Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
Die deutsche Apfelproduktion steht vor einer Vielzahl an Herausforderungen. Nachhaltige Produktion oder auch Ökologisierung der Landwirtschaft und Resilienz gegenüber Auswirkungen des Klimawandels sind nur einige der Forderungen, denen sich die Produzenten neben der wachsenden internationalen Konkurrenz am Markt stellen müssen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden und in Deutschland alle Kräfte zu fördern, die sich mit Apfelzüchtung befassen, wird ein Verbund aus institutionellen Züchtern und vielen der derzeit existierenden privaten Züchtungsinitiativen, der Fachgruppe Obstbau im Bundesausschuss Obst und Gemüse und der Fördergemeinschaft Ökologischer Obstbau e.V. (FOEKO) angestrebt, der sich den Herausforderungen gemeinsam stellen will. Dieser Verbund setzt sich als erstes Ziel die Realisierung des Projektes ApRésKlimaStress. In ApRésKlimaStress sollen durch phänotypische Evaluierungen und die Genotypisierung genetischer Ressourcen bei Apfel neue Quellen für Mehltau- und Schorfresistenz identifiziert werden, da nur wenig Resistenzen zur Verfügung stehen, die noch nicht gebrochen sind. Für die Bekämpfung dieser klimarelevanten Schaderreger sind im Erwerbsobstbau bis zu 20 Pflanzenschutzmittelbehandlungen pro Saison notwendig, was den ökologischen Fußabdruck der Produktion deutlich erhöht. Die Züchtung von Sorten mit pyramidisierten Resistenzen gegenüber beiden Schaderregern auch unter Nutzung kolumnarer Apfelsorten, die eine erhöhte Resilienz gegenüber Trockenstress ermöglichen, wird als Möglichkeit gesehen den oben genannten Herausforderungen zu begegnen. Als weitere Resistenzquelle wird auch die Nichtwirtsresistenz von Apfel/Birnenhybriden evaluiert. Ziel ist die Entwicklung von kostengünstigen und einfach umsetzbaren molekularen Markers: KASP-Assays, die von allen Partnern unabhängig, je nach der eigenen Züchtungsstrategie kombiniert und genutzt werden können. Die Umsetzung der Analysen kann dann bei unabhängigen Anbietern beauftragt werden.
Das Forschungsprojekt NORAH wird von der NPZ Innovation GmbH (NPZi) und der Abteilung für Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Universität Kiel mit dem Ziel beantragt, die technischen und wissenschaftlichen Voraussetzungen für die Züchtung von Rapssorten mit hoher Resistenz gegen die Weißstängeligkeit (Sclerotinia sclerotiorum) zu schaffen. Die NPZi verfügt über Rapslinien mit hoher quantitativer Resistenz gegen Sclerotinia. Diese Resistenz wurde in Biotests mit nicht-adaptiertem Material identifiziert und durch Kreuzung kombiniert. Über die physiologische Ursache dieser Resistenz und deren genetische Veranlagung ist nichts bekannt und eine Selektion der Resistenz erfolgt bisher über aufwendige Biotests. Im Rahmen der vorliegenden Projektskizze sollen genetische und molekulare Analysen der vorliegenden Sclerotinia-Resistenz erforscht werden. Dies beinhaltet die Identifikation von Regionen innerhalb des Rapsgenoms, die mit der Resistenz gekoppelt sind (QTL). Untersuchungen an Genen innerhalb der QTL sollen Aufschlüsse über molekulare Mechanismen der Sclerotinia-Resistenz ermöglichen. Zudem sollen Testhybriden mit den Resistenzdonoren erstellt werden, um die Dominanz der Resistenz festzustellen und um zu untersuchen, welche Bedeutung additive Effekte in der Ausprägung quantitativer Sclerotionia-Resistenz besitzen. Es wird erwartet, dass mehrere QTL für die Expression der Sclerotinia-Resistenz verantwortlich sind und sich diese im Rapsgenom lokalisieren lassen. Sequenzanalysen innerhalb der QTL ermöglichen die Entwicklung spezifischer molekularer Marker für die Selektion von Rückkreuzungsnachkommen. Im Ergebnis können molekulare Marker und adaptierte Linien mit hoher quantitativer Sclerotinia-Resistenz für die Raps-Hybridzüchtung zur Verfügung gestellt werden. Aus wissenschaftlicher Sicht ermöglichen die genetischen/molekularen Analysen neue Einblicke in konstitutive oder induzierte Prozesse als Ursache für quantitative Resistenzmechanismen.
Ziel des Projekts ist es, das biologische Verständnis der Flugbrandresistenz der Gerste zu verbessern und die Resistenz gegen den Erreger Ustilago nuda insbesondere für den Ökologischen Landbau zu steigern. Dazu sollen in genetisch diversem Material geeignete Resistenzeigenschaften identifiziert und in einem optimierten Kreuzungsansatz in Elitesorten mit exzellenten agronomischen und qualitativen Eigenschaften überführt werden. Zunächst wird auf Basis eines Differentialsortiments die Aggressivität von Flugbrandisolaten unterschiedlicher Herkunft bewertet. Zusätzlich werden vorhandene Elitesorten und hunderte Gerstengenotypen einer hochgradig diversen, weltweiten Kollektion einschließlich genetischer Ressourcen auf ihre Anfälligkeit gegenüber Flugbrand gescreent und auf GenotypGerste × GenotypFlugbrand-Interaktionen analysiert. Basierend darauf werden durch Kreuzung von Resistenzdonoren mit nicht-resistenten Genotypen bi-parentale Kartierungspopulationen aufgebaut. Diese Populationen werden für die genetische Kartierung der Flugbrandresistenz genutzt und ermöglichen die Ableitung molekularer Marker. Eng gekoppelte molekulare Marker erlauben eine effizientere Selektion resistenter Genotypen und die systematische Kombination unterschiedlicher Resistenzgene. Das Projekt unterstützt die Züchtung neuer Sorten mit verbesserter Resistenz gegen den Flugbrand der Gerste sowohl für die ökologische als auch für die konventionelle Landwirtschaft und trägt dazu bei, Resistenzgene nachhaltig nutzbar zu machen. Es kann damit einen wichtigen Beitrag für die Umsetzung des Green Deals der EU leisten. Durch die Introgression von Flugbrandresistenzen in Zuchtmaterial mit hohem Ertragspotential und exzellenten Qualitätseigenschaften hinsichtlich Futtereignung und Saatgutqualität soll zudem ein wichtiger Beitrag zur Qualitätssicherung des Sortenspektrums der Wintergerste geleistet werden.
Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem CO2 aus der Atmung von Wurzel und Mikroorganismen führt zur Bildung pedogener Karbonate, die einer der wichtigsten Schlüssel zur Bestimmung des Alters der Bodenbildung (Radiokarbondatierung) und der Rekonstruktion der Paläou-welt (d13C, d18O) unter semiariden und ariden Klimatenbedingungen sind. Deswegen war ein erhöhtes Interesse für pedogene Karbonate seitens der Geowissenschaften in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu verzeichnen. Bis jetzt ist die Geschwindigkeit der Bildung pedogener Karbonate völlig unbekannt, obwohl davon die Präzision der Altersbestimmung und der Paläoumweltrekonstruktionen wesentlich abhängt. In diesem Vorhaben wird die Geschwindigkeit der Bildung der pedogenen Karbonate durch den Isotopenaustausch bei der Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem 14CO2 aus der Rhizosphärenatmung der in der 14CO2-Atmosphäre markierten Pflanzen bestimmt. Mit dieser sehr sensitiven und bereits erprobten Methode wird der Einfluss der Pflanzenarten, Dauer des Pflanzenwachstums, Temperatur, Feuchte, CaCO3-Gehalte und CaCO3-Verlagerung auf die CaCO3-Rekristallisationsrate bestimmt. Aus den experimentell ermittelten Abhängigkeiten der Rekristallisation von den Umweltvariablen wird ein Modell zur Bildung der pedogenen Karbonate erstellt und anhand der Radiokarbondatierung der unter verschiedenen Bedingungen entnommen pedogenen Karbonate geprüft. Das Forschungsvorhaben ermöglicht erstmalig die Präzision der Bestimmung des Alters der Bodenbildung und der Rekonstruktion der Paläoumwelt anhand der pedogenen Karbonate experimentell zu quantifizieren.