1. Der Beitrag zur Histologie und Ultrastruktur umfasst die Entwicklung der Praeparationsmethoden fuer eine schonende Elektronenmikroskopie und Roentgenmikroanalyse von Nadeln der Arten Picea abies und Pinus sylvestris, die Messungen und quantitativen Auswertungen. Die Objekte sind Nadelquerschnnitte geschaedigter und bedingt gesunder Fichten und Kiefern verschiedener Altersstufen. Die Proben wurden zu verschiedenen Jahreszeiten entnommen und stammen sowohl aus Freiland - wie aus Begasungsexperimenten. 2. Der Oekophysiologiebeitrag besteht in Transpirations- und Wasserpotentialmessungen an gesunden und geschaedigten Fichten zu verschiedenen Jahres- und Tageszeiten.
Die CO2 - Aufnahme höherer Pflanzen erfolgt diffusiv über kleine Öffnungen der Blattoberfläche, die Stomata. Gleichzeitig geht auf demselben Weg Wasserdampf verloren, angetrieben vom atmosphärischen Sättigungsdefizit (VPD). Die Flüsse beider Gase werden durch die stomatäre Öffnungsweite bestimmt. Seit mehreren Jahrzehnten ist daher die wechselseitige Skalierung der Flüsse von Wasserdampf und CO2 ein zentraler Teil aller wichtigen Gaswechsel-Modelle - erkennbar am Faktor 1.6, dem Verhältnis der Diffusionskonstanten. Allerdings wird die Gültigkeit dieser Annahme in Frage gestellt, wenn sich Feinstaubablagerungen auf den Blättern befinden. Hygroskopische Feinstaubbestandtteile lösen sich in der feuchten Blattgrenzschicht auf, kriechen als dünne Filme in die substomatäre Höhle und verbinden sich dort mit apoplastischem Wasser. Durch diese „hydraulische Aktivierung der Stomata“ (HAS) transportieren die Stomata sowohl flüssiges als auch gasförmiges Wasser vom Blattinneren in die Atmosphäre. Wir konnten zeigen, dass bereits moderate Luftverschmutzung die stomatäre Transpiration bei Tag, die minimale Leitfähigkeit bei Nacht, sowie das Verhältnis zwischen Transpiration und Blattöffnungsweite signifikant beeinflusste. Diese Effekte werden durch den klimawandelbedingten Anstieg von VPD noch verstärkt: Wassernutzungseffizienz und Trockentoleranz nehmen ab und die Modellentwicklung auf Basis der gegenseitigen Skalierung von CO2 und H2O wird unzuverlässiger. In diesem Projekt soll in Labor, Gewächshaus und Freiland der HAS-Einfluss auf den pflanzlichen Gaswechsel und die Hydraulik quantifiziert werden, wobei iso- und anisohydrische Arten unterschiedlich auf Feinstaubablagerungen reagieren. Sowohl experimentelle Erhöhung als auch Verringerung der Feinstaubkonzentration werden als Versuchsansätze genutzt, gemeinsam mit aktuellen Gaswechsel-, optischen und Isotopen-Techniken. Die Ergebnisse sind bedeutsam für das Verständnis der Atmosphäre/Pflanze-Interaktion auf allen Skalen von der Schließzelle bis zum Pflanzenbestand.
Steigende Temperaturen und Wassermangel verringern die Ernteerträge und die Qualität der Ernte in vielen landwirtschaftlichen Regionen. Dieses Problem wird sich durch den Klimawandel voraussichtlich noch verstärken. Wir werden uns in diesem Projekt auf Reis, eine er die wichtigste menschliche Nahrungspflanzen, konzentrieren. Der Anbau von Reis ist wasserintensiv, und vom Klimawandel besonders betroffen. Wir wollen mehrere natürliche genetische Variationen identifizieren und testen, die bereits einige Reis-Landrassen in die Lage versetzen, unter warmen und trockenen Klimabedingungen ausreichend Saatgut zu produzieren. Das Projekt hat die Verbesserung der Klimaresistenz von Nutzpflanzen zum Ziel. Ein Fokus liegt dabei auf der Rolle der Spaltöffnungen. Diese regulierbaren Poren steuern den Wasserverlust aus der Pflanze und sind daher entscheidend für die Verdunstungskälte und die Reaktion auf Trockenstress. Wir haben bereits die Genome von fast eintausend Reissorten untersucht, um eine Liste von 30 Genen mit natürlich vorkommenden Variationen zu identifizieren, die mit Wachstum in schwierigen Umgebungen verbunden sind. Sechs dieser Gene wurden priorisiert, und drei von ihnen sind direkt an der Regulierung der Spaltöffnungen beteiligt. Um herauszufinden, welche dieser Gene am ehesten in der Lage sind, Klimaresilienz zu verleihen, werden wir 200 traditionelle Reissorten, die entweder funktionale oder nicht-funktionale Kopien unserer Zielgene enthalten, untersuchen. Wir werden diese Reissorten sowohl in sorgfältig kontrollierten Umgebungen als auch in tropischen Feldversuchen anbauen und ihre Stressresistenz und ihren Nährstoffgehalt messen. Die Daten aus diesen Experimenten werden nicht nur die genetischen Sequenzen aufzeigen, die von Natur aus mit Hitze- und Dürretoleranz verbunden sind, sondern es auch ermöglichen, mit Hilfe von maschinelles Lernen die Eigenschaften, die die beste Vorhersagen für die Leistung der Pflanzen auf dem Feld erbringen, zu ermitteln. Wir werden die Funktion unserer Zielgene durch genetische Manipulation ihrer Expression verifizieren und durch in silico transkriptomische, physiologische und biochemische Analysen neue genomische Ressourcen für die Reisforschungsgemeinschaft bereitstellen. Schließlich werden wir mit Hilfe von Gene Editing versuchen die gefundene Stressresistenz in stressanfälligen modernen Elitereissorte wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, brauchen wir die verschiedenen Fähigkeiten unseres multidisziplinären Teams. Darüber hinaus haben wir ein "Bürgerwissenschaftliches" Programm entwickelt, um die Rolle aller 30 klimaassoziierten Reisgenen neben den vorrangigen Zielgenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir mit Schülern in lokalen Schulen in den USA und Großbritannien zusammenarbeiten. Hierbei werden wir zusätzliche Gene untersuchen und den Schülern und Lehrern die Möglichkeit geben, einen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen die den Klimawandel bekämpfen zu leisten.
Die Landwirtschaft steht in vielen Teilen Europas vor zwei großen Herausforderungen: Die zunehmende Verknappung des verfügbaren Bodenwassers und eine gleichzeitige Stickstoffreduktion, als Maßnahme die eine Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers durch Nitrate verhindern soll. Beide Herausforderungen stehen in Wechselwirkung, da eine geringe Verfügbarkeit von Bodenwasser zum einen die Transpiration und die Massenfluss-getriebene Aufnahme von Nährstoffen wie Nitrat (NO3-) und Chlorid (Cl-) verringert. Im Gegenzug hat sich gezeigt, dass die Aufnahme, d. h. das Vorhandensein von NO3- und Cl- im Blatt, die stomatären Bewegungen beeinflussen und somit wiederum einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch der Pflanzen haben. In dem geplanten Projekt soll die Beziehung zwischen dem NO3--zu-Cl--Verhältnis im Boden und der stomatären Bewegung an zwei Kulturpflanzen untersucht werden; der dikotylen Ackerbohne und dem Getreide Gerste. Beide Kulturen unterscheiden sich vermutlich hinsichtlich einer Abhängigkeit von NO3- und Cl- für die Regulierung der stomatären Leitfähigkeit, da der stomatäre Schluss in Gerste von apoplastischem NO3- abhängt, während diese Abhängigkeit bei dikotylen Pflanzen nicht gefunden wurde. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob Gersten- oder Ackerbohnenschließzellen die Aufnahme von NO3- gegenüber Cl- bevorzugen, um die stomatäre Öffnung voranzutreiben. Das Projekt soll den Einfluss des NO3--zu-Cl--Verhältnisses im Boden auf die Stomata in vier Arbeitspaketen (APs) untersuchen, in deren Umfang Versuche auf den Organisationsebenen der Gesamtpflanzen (AP1), von Organ-/Gewebeebene (AP2), auf Einzelzellebene (AP3) und abschließend an individuellen Transportproteinen (AP4) durchgeführt werden sollen. Im AP1 werden verschiedene NO3--zu-Cl--Verhältnisse im Boden mit der Fähigkeit unserer Modellpflanzen, die Stomata sowie die Hydratisierung des Blattes zu regulieren, in Beziehung gesetzt. In AP2 werden wir untersuchen, inwieweit unterschiedliche NO3--zu-Cl--Verhältnissen im Boden die Ionen-, Metaboliten- und Hormonkonzentration (ABA) im Blattapoplasten und im Schließzellsymplasten beeinflussen, während AP3 zeigen soll, in welchem Maße das Anionenangebot (NO3-, Cl-) die stomatären Bewegungen beeinflusst. Im Zuge dessen soll geprüft werden, ob Schließzellen der Ackerbohne und Gerste NO3- oder Cl- für die osmotischen Prozesse bevorzugen, die die stomatären Bewegungen antreiben. Schließlich werden wir uns im WP4 auf die Rolle von NPF-Transportern für der Aufnahme von NO3- und Cl- in Schließzellen sowie auf die Rolle der SLAC1-ähnlichen Anionenkanäle, die diese Anionen wieder aus den Schließzellen herausschleusen können, konzentrieren. Obgleich gezeigt wurde, dass SLAC1-ähnliche Kanäle eine wichtige Rolle bei der Regulation der stomatären Bewegungen spielen, gibt es nur wenige Informationen über die Bedeutung einer NPF-vermittelten Aufnahme von NO3- und Cl- in die Schließzellen.
Um die Resilienz wichtiger Landnutzungssysteme der Tropen gegenüber Klimaschwankungen und Klimawandel zu bewerten, untersuchen wir, wieviel funktionale Diversität im Hinblick auf die hydraulische Strategien der Bäume verloren geht, wenn artenreiche Tieflandregenwälder in Gummibaum- und Ölpalmen-Plantagen umgewandelt werden. Wir messen die Kavitationsresistenz (P50-Wert), das minimale Xylem-Wasserpotential und die hydraulische Leitfähigkeit von Zweigen, und erfassen anatomische Eigenschaften des Xylems, stomatäre Regulationsmuster und den hydraulic safety margin (HSM) in einer großen Zahl von Holzgewächsen in drei weit verbreiteten tropischen Landnutzungssystemen.
The 'hydraulic activation of stomata' (HAS) describes the establishment of continuous liquid water connections along stomatal walls, which affects individual stomata. It enables the efficient bidirectional transport of water, solutes, and hydraulic signals between the leaf interior and leaf surface and makes stomatal transpiration partly independent of stomatal aperture. While in our earlier work we postulated the existence of these connections and contributed substantially to their final approval, this research proposal focusses on the fundamental significance of HAS for the water and nutrient relations of plants, for atmosphere/plant interaction, and for the modelling of gas exchange. The planned experimental investigations aim to describe HAS formation by hygroscopic salts, to examine new concepts of the plant humidity sensor, nocturnal transpiration, stomatal water uptake, and the 'extended apoplast', as well as the significance of epicuticle waxes for atmospheric particle capture. Together, this should lead both to the further development of new theoretical concepts describing plant adaptations to aerosol regimes, and to practical applications in foliar fertilization, plant protection, and improvement of salt stress tolerance.
Der Boden beeinflusst durch Wasserhaushalt, Temperaturverhältnisse, Bodenstruktur, Bodenleben, Lufthaushalt und Angebot an Nährstoffen den Charakter und die Qualität des Weines. Der Einfluss des Bodens auf die Weinqualität erfolgt über die Versorgung mit Nährstoffen. Ausreichend und regelmäßig gedüngte Böden erbringen gehaltvollere Weine. Der Nährstoff Kalium spielt in der Rebenernährung eine Schlüsselrolle. Kalium ist für die Wasseraufnahme und den Wasserhaushalt wesentlich, da es quellend wirkt und das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen regelt. Kalium ist als wichtiges Element für viele Enzymreaktionen am Eiweiß- und Kohlehydratstoffwechsel und damit an der Zucker- und Bukettbildung beteiligt. Außerdem fördert es die Trauben- und Holzreife sowie die Frosthärte. Kaliumreiche Weine sind gut gepuffert und dadurch wird die geschmackliche Wirkung der Säuren im Wein als weniger scharf und harmonisch empfunden. In den Richtlinien für die sachgerechte Düngung im Weinbau wird derzeit die jährliche Ausbringung folgender Mengen an Kalium (K) empfohlen: Gehaltsstufe A: 100 kg, Gehaltsstufe B: 83 kg, Gehaltsstufe C: 66 kg und Gehaltsstufe D: 33 kg. Aufgrund immer wieder auftretender Kaliummangelsymptome sowohl an Blättern als auch an Beeren und im Besonderen aufgrund des Auftretens von Traubenwelke soll diese Empfehlung evaluiert und adaptiert werden, um eine gute Versorgung der Reben zu gewährleisten.
Optimierung der Wassernutzungseffizienz (WUE) von Nutzpflanzen bleibt ein vorrangiges Ziel moderner landwirtschaftlicher Praktiken. Unser derzeitiges Verständnis der Pflanzenreaktionen auf Bewässerung konzentriert sich überwiegend auf stationäre Bedingungen. Jüngste Studien unter Feldbedingungen haben jedoch faszinierende Unterschiede in der Produktivität bestimmter Mais- (Zea mays) und Tomaten- (Solanum lycopersicum) Sorten bei Bewässerung zu unterschiedlichen Tageszeiten aufgedeckt und das Konzept der periodischen Bewässerung aufgezeigt. Trotz der anerkannten Rolle der Spaltöffnungsbewegungen bei der Regulierung der WUE und des Ertrags von Pflanzen bleibt deren spezifische Beteiligung an der Koordinierung von Reaktionen auf periodische Bewässerung unerforscht. Daher scheint es vielversprechend, die komplexe Regulierung der Spaltöffnungsbewegungen als Reaktion auf Bewässerung bei Morgengrauen und Dämmerung zu untersuchen, um die WUE in Nutzpflanzen erheblich zu verbessern. Meine vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Bewässerung bei Dämmerung im Vergleich zu Morgengrauen die WUE von Arabidopsis thaliana Pflanzen verbessert, während Gene, die an der Schließung der Spaltöffnungen beteiligt sind, zu dieser Zeit das höchste Expressionsniveau aufweisen. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die Auswirkungen von Bewässerung bei Morgengrauen und Dämmerung auf die Regulierung der Spaltöffnungsbewegungen zu verstehen, indem i) der Einfluss von Bewässerung bei Morgengrauen und Dämmerung auf die Genexpression in Schließzellen bestimmt wird, ii) die ABA-Antwort in einzelnen Schließzellen von Pflanzen, die periodisch bewässert wurden, überwacht wird; iii) die Aktivität und Verfügbarkeit von SLAC1 und SLAH3 in bei Morgengrauen und Dämmerung bewässerten Pflanzen verglichen wird. Die erwarteten Ergebnisse dieses Projekts sollen unser Verständnis der zeitlichen Dynamik, die den Spaltöffnungsreaktionen auf Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit zugrunde liegt, erweitern. Darüber hinaus haben die praktischen Erkenntnisse aus dieser Untersuchung das Potenzial, landwirtschaftliche Programme zur Optimierung der WUE in Nutzpflanzen voranzutreiben und somit nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zu fördern.
Pflanzen im Allgemeinen und Bäume im Speziellen reagieren sehr sensibel auf klimatische Veränderungen. Der Kohlenstoff- und Wasserhaushalt wird unter Feldbedingungen gemessen und gibt so Aufschluss über physiologische Regelmechanismen (z.B. zwischen Wasserhaushalt und dem Öffnungsgrad der Stomata) oder das Baumwachstum. Mit Hilfe von systemischen Modellen interpretieren wir die ökophysiologischen Messungen und folgern daraus, wie weit sich einzelne Baumarten an veränderte klimatische Bedingungen anpassen können und ab wann artspezifische physiologische Grenzen erreicht werden. Im Wallis wachsen Waldföhren und Flaumeichen zumindest zeitweise am Rande ihrer physiologischen Möglichkeiten. Erste Resultate zeigen, warum die Flaumeiche (Quercus pubescens) unter den herrschenden klimatischen Bedingungen physiologische Vorteile gegenüber der Waldföhre (Pinus sylvestris) hat.
Im Rahmen systematischer Untersuchungen an Fichtennadeln unterschiedlichen Jahrgangs und Schaedigungsausmasses wurde den vermuteten Aenderungen der Stoffumsaetze vor allem der ungesaettigten Fettsaeuren von Lipiden durch Einwirkung von Photooxydantien nachgegangen. Dabei steht als gesichertes Ergebnis aus mehreren Gebieten im Nahbereich verschiedener Schadstoffemmitenten fest, dass geschaedigte sowie aeltere Nadeln einen wesentlich geringeren Gehalt an Gesamtfettsaeuren aufweisen. Vor allem die Menge an laengerkettigen ungesaettigten Fettsaeuren nimmt ab, hingegen ist ein vermehrtes Auftreten kuerzerkettiger gesaettigter Fettsaeuren beobachtbar. Die saeulen- und gaschromatographische Auftrennung der Nadelextrakte nach steigender Schadstufe und zunehmender Seneszenz in Lipidklassen laesst eine Abnahme der Phospho- und Glykolipide, im besonderen aber der Cholesterylester erkennen, waehrend der Gehalt an freien Fettsaeuren, Mono-, Di- und Triglyceriden steigt. Das verminderte Vorkommen ungesaettigter Fettsaeuren in geschaedigten Bestaenden geht primaer auf einen Rueckgang der Cholesterylester zurueck. Wie es scheint, kommt den Sterolen eine bedeutende Rolle im Verlauf der Schadprozesse zu. Parallel dazu erfolgen lichtmikroskopische Untersuchungen an aus unfixiertem Material hergestellten Gefrierschnitten, wobei geschaedigte Nadeln einen roten Farbstoff in den Schliesszellen der Stomata sowie im Zentralzylinder einlagern. Dabei duerfte es sich um Gerbstoffe handeln, die aus Phenolen durch Einfluss von Photooxydantien entstehen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 68 |
| Land | 2 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 65 |
| Text | 5 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 5 |
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|---|---|
| Deutsch | 65 |
| Englisch | 21 |
| Resource type | Count |
|---|---|
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 61 |
| Lebewesen und Lebensräume | 71 |
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| Weitere | 71 |