Das Vorhaben umfasst Untersuchungen der inhibierenden Wirkung von Sonnenstrahlung auf die Photosynthese in tropischen Pflanzen und deren Akklimatisation an ambiente Lichtbedingungen. Die Reaktion des Photosyntheseapparats auf natürlichen 'Lichtstress' in Schatten- und Sonnenblättern wird mittels verschiedener Messparameter analysiert. Insbesondere werden spezifische Filter für ultraviolettes Licht (UV-B und UV-A) angewandt, um die Reaktion der Blätter auf die solare UV-Strahlung zu untersuchen. Im Vordergrund der Messungen steht der CO2-Gaswechsel, da Studien mit artifizellem UV-Licht eine bevorzugte Inhibition der CO2-Assimilation durch UV-B gezeigt haben. Daneben werden Änderungen der Aktivitäten der Photosysteme II und I durch Chlorophyllfluoreszenz- bzw. Absorptionsmessungen erfasst. Die Akklimatisation von Schattenblättern an tägliche Sonnenexposition wird mehrere Wochen lang anhand der Zusammensetzung der Photosynthesepigmente und Anreicherung von UV-absorbierenden Substanzen verfolgt. Modellversuche mit Mutanten von Arabidopsis thaliana sollen klären, ob das im Xanthophyllzyklus gebildete Zeaxanthin und die assoziierte thermische Dissipation von Anregungsenergie zum Schutz des Photosystems I beiträgt. Die Sonnenexpositions-Experimente und physikalischen Messungen werden weitgehend am Smithsonian Tropical Research Institute in Panama in Kooperation mit Dr. K. Winter durchgeführt. Pigmentanalysen und Datenverarbeitung sowie die Untersuchung einer C4-Pflanzenart und der Arabidopsis-Mutanten erfolgen am Institut für Biochemie der Pflanzen in Düsseldorf.
Das Zentrale Wissenschaftliche Serviceprojekt ist darauf ausgelegt, den wissenschaftlichen Projekten des Sonderforschungsbereichs durch die Bereitstellung von Basisdaten Hilfestellung zu leisten. So liefert das Projekt klimatologische Daten sowie Biodiversitäts-Daten arborikoler Arthropodengemeinschaften von allen Sonderforschungsbereichen Kern-Untersuchungsflächen. Zudem wird ein Barcoding-System für arborikole Arthropoden und für die häufigsten vaskulären Pflanzen im Untersuchungsgebiet entwickelt. Außerdem dient es als Anlaufstelle für Convention of Biodiversity (CBD) relevante Themen, z.B. in Bezug auf Umgang mit biologischen Proben und im Rahmen von Access-and-Benefit-Sharing Maßnahmen. Das Projekt trägt zudem wesentlich zur Auswahl, Etablierung und Pflege von Sonderforschungsbereichs Untersuchungsflächen bei.
Einleitung: Die grossen Schmutzwassermengen, die taeglich anfallen, koennen durch natuerliche Gewaesser-Oekosysteme nicht mehr gereinigt werden und muessen deshalb hochtechnischen Abwasserreinigungsanlagen zugefuehrt werden. Es waere oekologisch sinnvoll, diese teilweise durch kuenstliche Gewaesser-Oekosysteme zu ersetzen. Die meisten bisherigen Experimente zur Abwasserreinigung mit kuenstlichen Gewaesser-Oekosystemen wurden in subtropisch-tropischen Klimagebieten mit tropischen Pflanzen durchgefuehrt. Solche Reinigungssysteme sollen mit einheimischen Pflanzen auch fuer unsere Breitengrade genutzt werden koennen. Bisher wurden in diesem Zusammenhang vor allem Untersuchungen mit Schilf (Phragmites australis) durchgefuehrt. Im vorliegenden Projekt werden verschiedene Moeglichkeiten einer Abwasserreinigung mit Hilfe von kuenstlichen Gewaesser-Oekosystemen untersucht, die ausser der Wasserreinigung auch eine Wiederverwendung von im Abwasser vorhandenen Naehrstoffen ermoeglichen. Ziel ist, sowohl den Wasser- als auch den Naehrstoffkreislauf zu schliessen. Fragestellungen: Welche einheimischen Pflanzen eignen sich zur Wasserreinigung in Gewaesser-Oekosystemen? Koennen diese nach der Reinigung des Abwassers weiterverwendet werden, z.B. als menschliche Nahrung? Untersuchungsgegenstand: Die Untersuchungen wurden mit Brunnenkresse (Nasturtium officinale) Wasserlinse (Lemna sp.), verschiedenen Schwimmfarnarten (Salvinia natans und Azolla sp. ), Froschloeffel, (Alisma sp.) Schwanenblume (Butomus umbellatus) und Pfeilkraut (Sagittaria sp.) durchgefuehrt. Untersuchungsmethoden: In einer Versuchsanlage wurde die Reinigung von naehrstoffbelastetem Abwasser mit der Produktion von weiterverwendbarer Biomasse kombiniert. Freischwimmende und verwurzelte Wasserpflanzen wurden auf ihre Faehigkeit getestet, Naehrstoffe, vor allem Stickstoff und Phosphor, aus dem Wasser aufzunehmen. Anschliessend wurde analysiert, wie sich die Wasserpflanzen einer Pflanzengemeinschaft bei verschiedenen Erntemengen entwickeln. Zum Schluss wurden die gewonnenen Ergebnisse in einer Pilotanlage ueberprueft.
Hecken und Gehölze erfüllen in unserer Umwelt viele wichtige Funktionen: sie erzeugen Sauerstoff, filtern die Luft, dienen als Sicht- und Windschutz, bieten Lebensraum für Vögel und Insekten und dienen als strukturierende und abgrenzende Elemente. Für den städtebaulichen Schallschutz werden sie jedoch kaum genutzt, da in den maßgeblichen Planungsrichtlinien die Bewuchsdämpfung für alle Arten von Bewuchsflächen sehr niedrig angesetzt wird. Dabei wird übersehen, das die Angaben in den Richtlinien Mindestangaben darstellen, die in der Praxis häufig deutlich übertroffen werden können. Derzeit bestehen noch fast keine Kenntnisse über eine geeignete Gestaltung von Schallschutzhecken und deren Wirksamkeit. Auch über die akustischen Eigenschaften von Heckenpflanzen ist bislang nur sehr wenig bekannt. In dieser Studie wird untersucht, welche Pflanzen sich für Schallschutzzwecke aus akustischer Sicht besonders eignen, wie sie gepflanzt werden sollten, welche Abmessungen eine Hecke besitzen sollte und wie sich weitere Einflussfaktoren wie Bewuchsdichte, Blattfläche, Form und Dicke der Blätter, etc. auf die akustischen Eigenschaften auswirken. Die Untersuchungen erfolgen sowohl durch Messungen unter idealisierten Bedingungen im Labor als auch an realen Hecken im Freien. Weiterhin werden rechnerische Modelle eingesetzt, wobei das Ziel darin besteht, Dämpfungs- und Absorptionskoeffizienten zu bestimmen, die Schallschutzwirkung zu verbessern und verlässliche Bemessungsgrundlagen für die Städte- und Landschaftsplanung zu erarbeiten.
Die Faktoren und Prozesse die Tiergemeinschaften beeinflussen sind bisher nur wenig untersucht. Theoretischer Weise sind Tiergemeinschaften entweder vorhersagbar und von Nischenprozessen gesteuert oder von Stochastizität geprägt (Neutrale Modelle). Für oberirdische Arthropoden-Gemeinschaften, Mikroorganismen und für tropische Pflanzen sind diese Prozesse gut untersucht. Im Gegensatz dazu sind die strukturierenden Faktoren von Bodentiergemeinschaften bisher kaum verstanden. Das DFG Projekt Biodiversity Exploratorien bildet einen hervorragenden Rahmen um Faktoren zu verstehen, die zum Verständnis der Zusammensetzung von Bodentier-Gemeinschaften beitragen können. Ein perfekter Model Organismus zum Verständnis der strukturierenden Faktoren für Bodentiere sind Oribatiden (Hornmilben). Sie sind sehr häufig (mit Dichten von bis zu 400.000 ind./m2) und kommen in großer Diversität in allen Böden dieser Erde vor. Landnutzung ist einer der wichtigsten Faktoren, der heutzutage terrestrische Ökosysteme beeinflusst. Seit mehr als 10.000 Jahren beeinflussen Menschen terrestrische Ökosysteme; die intensivsten Veränderungen erfolgten dabei in den letzten 150 Jahren seit dem Beginn der intensiven Landwirtschaft sowie dem großflächigen Kahlschlag vieler Wald. Insgesamt ist mehr als die Hälfte der Oberfläche der Erde durch menschliche Aktivität beeinflusst. Wir untersuchen (1) die langfristige Zersetzung von Totholz entlang eines Wald Landnutzungsgradienten. Wir hypothetisieren, dass Oribatiden Gemeinschaften im Totholz durch Landnutzung aber auch durch lokal vorhandene Gemeinschaften beeinflusst werden (environmental filtering vs. Nischen Hypothese). Mit zunehmender Zeit wird die Bedeutung von Environmental filtering zunehmen. Wir untersuchen weiterhin (2) welche Faktoren die Oribatiden Gemeinschaften in Boden und Streu beeinflussen. Dazu nutzen wir die Methode der Community Phylogenetics. Wir hypothetisieren, dass Oribatiden Gemeinschaften vor allem durch abiotische Faktoren und durch die vorhandenen trophischen Nischen beeinflusst werden. Drittens (3) untersuchen wir die langfristige zeitliche Dynamik in Oribatiden Gemeinschaften in den Wald Ökosystemen der Biodiversitäts-Exploratorien entlang eines Landnutzungsgradienten. Wir hypothetisieren, dass Landnutzung die Oribatiden Gemeinschaften über die Zeit nur wenig beeinflusst, weil Oribatiden Gemeinschaften generell nur wenig von der Anwesenheit verschiedener Waldtypen beeinflusst werden und generell gut vorhersagbar sind. Viertens (4) untersuchen wir die Resilienz der Oribatiden Gemeinschaften nach einer Störung entlang eines Landnutzungsgradienten. Wir hypothetisieren, dass die Erholung von Oribatiden Gemeinschaften in naturnahen Buchen Ökosystemen schneller ist als in bewirtschafteten Nadelwäldern.
Neue Bestrebungen in der Architektur gelten einer umfangreichen Bepflanzung in Wohnhaeusern. Dadurch kann es zu einem erhoehten Vorkommen von Pilzen in der Luft kommen. Diesbezueglich sind Messungen in drei Objekten durchgefuehrt worden, einem jetzt als Grossraumbuero dienenden ehemaligen Gewaechshaus, einem neuerstellten Wohnhaus mit 154 m2 grossem Gewaechshausanteil und einem Gewaechshaus fuer tropische Pflanzen. In der Luft wurden mit 8000 KBE/m3 stets hohe Konzentrationen von Schimmelpilzen gefunden. Am haeufigsten liessen sich Penicillium sp., danach Cladosporium sp. nachweisen. Aspergillus fumigatus sowie andere bei 37 Grad Celsius wachsende Schimmelpilze wurden aus der Luft nur ganz selten isoliert. Dagegen waren sie in Erdproben fast regelmaessig nachzuweisen. Weitere Untersuchungen gelten der Frage, ob bestimmte Erdsorten in dieser Hinsicht ein abweichendes Verhalten zeigen.
Jatropha curcas L. ist eine tropische Ölpflanze mit diversen Nebenprodukten. Ein Vorgängerprojekt lieferte ein Patent zur Entgiftung von Jatropha-Protein als hochwertiges Tierfutter. Hauptziel dieses Projektes ist es, eine integrierte, multifunktionale Prozesskette zur Entkapselung von Jatrophafrüchten, Entschälung von Samen, Entölung von Kernen durch Matrix (Co-)pressung mit harten Getreidekörnern und Entgiftung des resultierenden Designerfutters zu entwickeln. Zusätzliche Ziele sind die Optimierung der enzymgestützten Öl- und Proteinextraktion, Anwendung von Phorbolestern als Biopestizid und Pelletierung von Jatropha-Kapseln und Samenschalen zur thermischen Nutzung. Auswirkungen auf die Ressourceneffizienz umfassen die Parameter Wasserverbrauch, Immissionsschutz, Landnutzung und Netto-Energieertrag. Die JatroSolutions (nachfolgend JS) wird zu Anfang des Projektes vornehmlich an der Entwicklung von Prototypen zur Entkapselung und Samenentschälung beteiligt sein. Anschließend wird in erster Linie fachliches Knowhow in die Prozessentwicklung der Matrix-Pressung und Entgiftung einfließen. Sobald entgiftetes Material zur Verfügung steht werden Fütterungsexperimente unter Leitung der JS durchgeführt. Durch JS wird ein Verfahren zur Phobolester-Extraktion optimiert und zusammen mit PPM hochskaliert. Die Eignung der Phorbolester als Biopestizid wird untersucht. Zum Ende des Projektes wird die JS die Aufgaben der ökonomischen Analysen und Öffentlichkeitsarbeit übernehmen.
Jatropha curcas L. ist eine tropische Ölpflanze mit diversen Nebenprodukten. Hauptziel dieses Projektes ist es, eine integrierte, multifunktionale Prozesskette zur Entkapselung von Jatrophafrüchten, Entschälung von Samen, Entölung von Kernen durch Matrix(Co-) pressung mit harten Getreidekörnern zu entwickeln. Das Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim (440e) wird sich im Projekt mit der Entwicklung folgender Technologien befassen: Prototypen für die Entkapselung und Entschälung werden entwickelt ; Ein Matrix-Pressverfahren wird entwickelt und die Öl-Gewinnung optimiert; Brenneigenschaften von Pellets werden analysiert.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll die ressourceneffiziente Produktion von qualitativ hochwertigem Öl und gut verwertbarem Designerfuttermittel aus den Kernen der Jatropha erforscht werden. Ziel des Teilprojektes von PPM ist es, im Labormaßstab ermittelte Prozessparameter in den Technikumsmaßstab zu überführen, und damit das up-scaling der Verfahren zu ermöglichen. a) Die nach einem speziellen Pressverfahren erzeugten proteinreichen Presskuchen werden in einer vorhandenen Batch-Extraktionsanlage im Pilotmaßstab entgiftet. Der Entgiftungsprozess der Jatropha-Presskuchen wird unter Berücksichtigung der Prozessparameter aus den Laborversuchen des Vorgängerprojekts entwickelt und entsprechend optimiert. b) Ein up-scaling des Laborprozesses der enzymgestützten Öl- und Proteinextraktion zum Pilotmaßstab in Batch- und kontinuierlichen Prozessen wird durch PPM durchgeführt. Die Herstellbarkeit und Qualität des Biodiesels aus kalt gepresstem Öl als auch Ölen, welche zum Einen den Einsatz von Lösungsmitteln und zum Anderen durch den Einsatz von Enzymen gewonnen wurden, werden durch PPM untersucht. Die dabei erworbenen Kenntnisse sollen die Grundlage für eine Übertragbarkeit des Prozesses in den Industriemaßstab bilden. c) Der im Labormaßstab entwickelte und optimierte Prozess zur Isolierung und Stabilisierung von Phorbolestern aus Jatrophaöl wird von PPM in den Pilotmaßstab überführt. d) Prozesskettenentwicklung
Arbuskuläre Mykorrhizapilze sind die bedeutendsten Mykobionten in den Tropen und tragen entscheidend dazu bei die meisten Pflanzen mit Mineralien zu versorgen. Deshalb ist die Kenntnis der mutualistischen Pilz-Pflanzen-Assoziationen unerlässlich um die Biologie und Ökologie von tropischen Ökosystemen zu verstehen und Richtlinien für ein Beobachtungssystem und die Erhaltung der Artenvielfalt unter dem erwarteten Klimawandel zu geben. Im Gegensatz zu der Erfassung von Vögeln, Säugetieren, Arthropoden oder Wassertieren wurden arbuskuläre Mykorrhizapilze nur selten in den Tropen untersucht, und keine Untersuchungen sind von den hoch gelegenen Paramos in Ecuador bekannt. Der Hauptgrund für die weitverbreitete Unterschätzung der Wichtigkeit von Mykobionten in ökologischen Studien und das Fehlen eines Überwachungssystems liegt an dem technisch schwierigen Zugang zu den Organismen. Während der letzten Jahre wurden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt um arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) zu identifizieren, weil sich morphologische Merkmale als unzureichend erwiesen haben. Verschachtelte PCRs, Klonierung und Sequenzierung sind nun inzwischen gut etablierte Methoden zur Identifizierung von AM Pilzen. In den Vorgängerprojekten wurde mit diesen Methoden eine umfangreiche Datenbasis (über 1000 Sequenzen) für den andinen tropischen Bergregenwald erarbeitet. Die Anwendung der ökologischen Netzwerk-Theorie zeigte, dass alle untersuchten AMF-Gemeinschaften signifikant genestet waren. Gemäß der Netzwerktheorie zeigt eine signifikante Nestedness an, dass der Artenreichtum von Pilzen und Pflanzen durch die mutualistische Interaktion unterstützt wird. Arbuskuläre Mykorrhizapilze unterstützen deshalb nicht nur die Ernährung der Pflanzen, sondern integrieren seltene Arten in ein Netzwerk und tragen damit zur Erhaltung dieser Arten bei. Das Monitoring der Veränderung dieser AMF-Gemeinschaften entlang eines Höhengradienten wie er in den ecuadorianischen Anden vorliegt, wird deshalb Daten liefern, die auf funktioneller Ebene entsprechend von Klimaänderungen interpretiert werden können. Ähnliche Analysen sollen auf gestörten Flächen durchgeführt und mit naturbelassenen Flächen verglichen werden. Es ist notwendig, die Empfindlichkeit der AM-Pilze gegenüber Störung und Höhe zu untersuchen und zu erfahren, ob AM-Pilze zwischen verschiedenen Höhen- und Zerstörungsstufen wechseln können und damit belastbar oder empfindlich gegenüber Klimaänderungen oder Feuer sind - mit den entsprechenden Folgen für die Etablierung und das Wachstum der Pflanzen. Deshalb ist es notwenig weitere Untersuchungen auf verschiedenen Höhen- und Störungssstufen durchzuführen, um ein Monitoring-System für AM-Pilze zu etablieren und Indikatororganismen für Klimawandel und Störung zu erkennen.
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