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Struktur- und isotopenchemische Untersuchungen zur Transformation organischer Kohlenstofffraktionen in ausgewählten Waldböden

Im Forschungsvorhaben werden mikrobielle Umsetzungsreaktionen organischen Materials in Böden quantitativ und qualitativ untersucht. Ziel ist es, die genaue Strukturaufklärung der beteiligten organischen Komponenten durchzuführen und deren exakte Abbauwege zu kennzeichnen. Die angestrebten Untersuchungen auf molekularer Ebene erlauben neben der genauen Bilanzierung des Kohlenstoffumsatzes eine gezielte Strukturaufklärung der beteiligten Komponenten mittels konventioneller GC-MS und GC-Isotope-Ratio Technik. Durch den Einsatz von 13C-markierten Tracersubstanzen soll aufgezeigt werden, (1) inwieweit der Abbau der organischen Substanz direkt zur Bildung von CO2 führt, (2) welcher Anteil in mikrobielle Biomasse überführt wird und, als wichtigster Aspekt, (3) in welcher Form organische Substanzen und deren mikrobielle Transformationsprodukte als makromolekulare organische Fraktionen im Boden verbleiben. Die strukturchemischen Untersuchungen werden Indikationen zur Abgrenzung zwischen den Einträgen aus mikrobieller Biomasse und Streu liefern.

Evaluierung genetischer Ressourcen zur züchterischen Verbesserung von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau, Evaluierung genetischer Ressourcen zur züchterischen Verbesserung von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau

Entwicklung eines Ideotyps von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau mit geeigneten Stützfrüchten in Deutschland und Erschließung genetischer Ressourcen für Anbau und Züchtung von Winterlinsen für den Mischanbau. Dies erfordert eine umfassende Testung hoch diverser genetischer Ressourcen im Feld an klimatisch unterschiedlichen Standorten, welche die Anbaubedingungen in Deutschland weitgehend repräsentieren. Um eine noch schärfere Selektion unter für die praktische Züchtung einfach realisierbaren natürlichen Bedingungen sicherzustellen, werden Topfversuche bzw. Weihenstephaner Kältekästen eingesetzt. Das im Topf schnell durchfrierende Erdreich stellt einen deutlich höheren Kältestress dar, als er im Feld mit Anschluss an den warmen Unterboden erreicht werden kann. Weitere Ziele sind die Aufdeckung und Überprüfung von Merkmalskorrelationen und das Auffinden morphologischer Marker sowie die Optimierung des Anbaus mit geeigneten Stützfrüchten. Letzteres umfasst sowohl die Steigerung der Konkurrenzkraft der Linse sowie ihrer Fähigkeit, an den Halmen und Stängeln der Stützfrucht emporzuklettern, aber auch die Auswahl standfester aber wenig konkurrierender Stützfruchtarten/-sorten in einer angepassten Aussaatstärke. Grundsätzlich ist die Linse konkurrenzschwach. Winterformen gängiger Stützfrüchte wie Getreide, Brassicaceen und Lein sind hingegen konkurrenzstärker als entsprechende Sommerformen. An drei Standorten sollen im ersten Jahr verschiedene Stützfruchtarten in unterschiedlicher Aussaatstärke mit zwei Linsensorten getestet werden. Die Verbesserung der Ertragsparameter unter geeigneten Anbaubedingungen im Mischanbau ist das Endziel des Projekts. Hierzu werden an zwei ökologisch bewirtschafteten Standorten und einem extensiv konventionell bewirtschafteten im zweiten und dritten Jahr Leistungsprüfungen für Linsengenotypen durchgeführt. Die Ergebnisse gehen in die praktischen Züchtungsarbeiten am Keyserlingk-Institut ein, die bisher auf Sommelinse beschränkt sind.

Bodengestützte FTIR Messungen von XCO2, XCH4, und XCO, Teilprojekt 2: Messungen in München

Deammonifikation in Biofilmen zur biologischen Abwasserreinigung

Der neue biologische Prozess der Deammonifikation soll in seiner verfahrenstechnischen Umsetzung zur Reinigung hoch stickstoffbelasteter Abwässer mit niedrigem C:N-Verhältnis grundlegend untersucht werden. Durch die gezielte Kombination von aerober Nitritation und anaerober Ammoniumoxidation in einem Biofilm ist eine vollständige, rein autotrophe N-Elimination aus problematischen Abwässern in einem Verfahrensschritt möglich. An einer Versuchsanlage nach dem Moving-bed Verfahren sollen Einflussfaktoren definiert werden, die sich auf Entwicklung und Umsatzleistungen eines solchen Biofilms auswirken. Für eine genaue Charakterisierung der Prozesse innerhalb des Biofilms und des Zusammenhangs zwischen Biofilmstruktur und -funktion sollen neue in situ-Techniken mit erprobten Methoden verknüpft werden. Selektive Hemmstoffe und 15N-Tracer zur Bilanzierung der Umsetzungen, fluoreszente in situ-Hybridisierung (FISH) mit konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) zur Identifizierung und Lokalisierung der Organismen und konfokale Ramanmikroskopie zur nichtinvasiven Messung der Stickstoffprofile in verschiedenen Biofilmtiefen. Neben der Klärung des Zusammenwirkens verschiedener Organismengruppen können die Umsatzleistungen in Abhängigkeit praxisrelevanter Betriebsparameter beschrieben und Steuerungsmöglichkeiten für den Prozess abgeleitet werden.

Mineralstoffwechsel und Spurenelementstoffwechsel

1. Akkumulation von Cd in den Nebennieren und Wirkungen auf den Metabolismus von Nebennierenrindenhormon. 2. Biokinetik von Jod, Cobalt und Chrom bei schwangeren Saeugetieren.

Züchtung von Quinoa für den Anbau in Deutschland, Teilprojekt C

Das Hauptziel des Projektes besteht darin, neue Quinoa-Sorten für den Anbau in Deutschland zu entwickeln, die über die Ertragsleistung aktueller Sorten hinausgehen, und damit Quinoa langfristig als neue Kulturart in einer diversifizierten Landwirtschaft zu etablieren. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem die genetischen Grundlagen agronomisch wichtiger Merkmale anhand genomischer Assoziationsstudien (GWAS) und QTL-Kartierung identifiziert und daraus Marker für die Marker-gestützte Züchtung entwickelt werden. Zusätzlich sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, um Quinoa den modernen Methoden der Pflanzenzüchtung zugänglich zu machen. Dafür sollen Verfahren zur Produktion von doppelhaploiden (DH) Linien sowie eines cytoplasmatischen Sterilitätssystem (CMS) entwickelt werden, um die Effizienz der Züchtung von Quinoa zu erhöhen. Die Kulturart Quinoa zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber Umweltstress und eine hohe Kornqualität aus. Um diese Eigenschaften in der Züchtung zu kombinieren und zu verbessern, sollen durch innovative Analysemethoden des Korns mit NMR Spektroskopie sowie mehrortige und -jährige Feldversuche robuste Sorten mit einer hohen Produktqualität gezüchtet werden, die anschließend in die Sortenprüfung eingebracht werden können. In der Summe wollen wir am Beispiel der Kulturpflanze Quinoa zeigen, dass durch die Anwendung aktueller Methoden der Genomik, Haploidentechnologie und Phänotypisierung, bisher wenig genutzte Kulturpflanzen in vergleichsweise kurzer Zeit so weit entwickelt werden können, dass sie für einen wirtschaftlichen Anbau interessant werden.

Züchtung von Quinoa für den Anbau in Deutschland

des Projektes besteht darin, neue Quinoa-Sorten für den Anbau in Deutschland zu entwickeln, die über die Ertragsleistung aktueller Sorten hinausgehen, und damit Quinoa langfristig als neue Kulturart in einer diversifizierten Landwirtschaft zu etablieren. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem die genetischen Grundlagen agronomisch wichtiger Merkmale anhand genomischer Assoziationsstudien (GWAS) und QTL-Kartierung identifiziert und daraus Marker für die Marker-gestützte Züchtung entwickelt werden. Zusätzlich sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, um Quinoa den modernen Methoden der Pflanzenzüchtung zugänglich zu machen. Dafür sollen Verfahren zur Produktion von doppelhaploiden (DH) Linien sowie eines cytoplasmatischen Sterilitätssystem (CMS) entwickelt werden, um die Effizienz der Züchtung von Quinoa zu erhöhen. Die Kulturart Quinoa zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber Umweltstress und eine hohe Kornqualität aus. Um diese Eigenschaften in der Züchtung zu kombinieren und zu verbessern, sollen durch innovative Analysemethoden des Korns mit NMR Spektroskopie sowie mehrortige und -jährige Feldversuche robuste Sorten mit einer hohen Produktqualität gezüchtet werden, die anschließend in die Sortenprüfung eingebracht werden können. In der Summe wollen wir am Beispiel der Kulturpflanze Quinoa zeigen, dass durch die Anwendung aktueller Methoden der Genomik, Haploidentechnologie und Phänotypisierung, bisher wenig genutzte Kulturpflanzen in vergleichsweise kurzer Zeit so weit entwickelt werden können, dass sie für einen wirtschaftlichen Anbau interessant werden.

Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and canidate gene based association mapping

Durum wheat is mainly grown as a summer crop. An introduction of a winter form failed until now due to the difficulty to combine winter hardiness with required process quality. Winter hardiness is a complex trait, but in most regions the frost tolerance is decisive. Thereby a major QTL, which was found in T. monococcum, T.aestivum, H. vulgare and S.cereale on chromosome 5, seems especially important. With genotyping by sequencing it is now possible to make association mapping based on very high dense marker maps, which delivers new possibilities to detect main and epistatic effects. Furthermore, new sequencing techniques allow candidate gene based association mapping. The main aim of the project is to unravel the genetic architecture of frost tolerance and quality traits in durum. Thereby, the objectives are to (1) determine the genetic variance, heritability and correlations among frost tolerance and quality traits, (2) examine linkage disequilibrium and population structure, (3) investigate sequence polymorphism at candidate genes for frost tolerance, and (4) perform candidate gene based and genome wide association mapping.

Zukunftsszenarien zur Förderung einer nachhaltigen Nutzung mariner Räume, Vorhaben: Schutz oder Nutzung - Einfluss mariner Schutzgebiete und Windparks auf das Ökosystem

Mikroplastik als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW

Beurteilung und Bewertung der Interaktion von Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) an Bundeswasserstraßen Mikroplastik soll als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW untersucht und bewertet werden. Im Rahmen des Kooperationsvorhabens mit der Universität Potsdam und der BfG sind sowohl abklärende Laborversuche als auch Feldversuche vorgesehen. Aufgabenstellung und Ziel Kunststoffe haben heute vielfältige Einsatzbereiche in unserer Lebensumwelt und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Mikroplastikpartikel (MPP) stellen einen neuartigen Umweltschadstoff dar, der ubiquitär in allen Umweltbereichen vorkommt. Bisher ist nur sehr wenig über das Umweltverhalten von MPP bekannt, das gesellschaftliche, wissenschaftliche und politische Interesse nimmt jedoch stetig zu. Die hohe Persistenz in der Umwelt stellt zwar eine große Herausforderung für die Reduktion dar, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit, MPP als künstlichen ubiquitären Tracer einzusetzen. Die Wechselwirkung zwischen Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) wird neben den räumlich und zeitlich variablen hydrologischen Randbedingungen maßgeblich durch die geomorphologischen, geologischen und hydrogeologischen Eigenschaften der Gewässersohle bestimmt. Insbesondere die Verringerung der Durchlässigkeit in der Gewässersohle durch Kolmationsprozesse (z. B. Infiltration von Feinmaterial) gilt hierbei als Schlüsselgröße. Ein eindeutiger Nachweis einer dauerhaften Sohlenverdichtung an Bundeswasserstraßen konnte bisher jedoch nicht erbracht werden. Die besonderen Randbedingungen an Bundeswasserstraßen (u. a. Umlagerungs- und Durchmischungsvorgänge) können mit den geohydraulischen Standarduntersuchungsmethoden nicht ausreichend erfasst werden. Die an der BAW weiterentwickelte Gefrierkernmethodik ermöglicht eine räumlich hoch aufgelöste geohydraulische Charakterisierung (Strasser et al. 2015). Durch die ergänzende Messung der MPP-Verteilung im Sediment ist es möglich, Rückschlüsse auf die komplexen hydromorphologischen Prozesse im Gewässerbett während der letzten Jahrzehnte zu ziehen und in die geohydraulische Bewertung einzubeziehen. Ziel des FuE-Vorhabens ist es, aus der MPP-Tiefenverteilung Rückschlüsse auf die Austauschprozesse und die Hydrodynamik in der Gewässersohle von Bundeswasserstraßen zu ziehen und zukünftig die vorhabensbedingten Auswirkungen von wasserbaulichen Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen besser bewerten und prognostizieren zu können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die OW-GW-Interaktion an Bundeswasserstraßen kann durch Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen erheblich verändert werden. Die Auswirkungen der wasserbaulichen Maßnahmen auf die Gewässersohle und die Grundwasserverhältnisse können mit den vorhandenen Standardverfahren nicht hinreichend genau erfasst werden. Im Rahmen des FuE-Vorhabens soll ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges Prognose- und Bewertungsinstrument zur Erfassung der geohydraulischen Ausgangsbedingungen an der Gewässersohle entwickelt werden. Damit sollen die Einflüsse von wasserbaulichen Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen auf den Wasser- und Stoffaustausch über die Gewässersohle und das Ufer besser untersucht und bewertet werden können. Dadurch können Konfliktpotenziale und wasserwirtschaftliche Anforderungen besser erkannt und ggf. reduziert werden. Darüber hinaus kann die Planungssicherheit von WSV-Projekten verbessert werden, was mit relevanten Zeit- und Kostenvorteilen verbunden ist.

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