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Steuerung und Bilanzierung von Kohlenstoffakquisition, Wasserumsatz und Wachstum im Mistel-Wirt-System in Abhängigkeit von Klima, Wasserversorgung und Nährstoffangebot

Im ersten Schritt des Vorhabens sollen die Reaktionsmuster des CO2- und H2O Blattgaswechsels von Mistel-Wirt-Paaren bezüglich Mikroklima und Lebensform des Wirts (immer- oder wechselgrün) im Jahreslauf möglichst kontinuierlich untersucht werden, um diese bis heute offen gebliebenen Informationslücke zu schliessen. Dabei soll die Hypothese überprüft werden, derzufolge Misteln vielfach mehr als ihre Wirte transpirieren, um über den Transpirationsstrom Nährstoffe des Wirtes, insbesondere Stickstoff, an sich zu binden. Es sollen hierzu auch Düngungsversuche an getopften Mistel-Wirt-Paaren durchgeführt und dabei besonderes Augenmerk auf die Nettophotosynthese und Wasserumsatz gelegt werden. Weiterhin wird die unterschiedliche Reaktion der beiden pflanzlichen Komponenten auf Wasserstress untersucht. Im fortgeschrittenen Stadium der Untersuchungen ist es das Ziel, über Kronenphotosynthese und deren Bilanzierung die C-Allokationsmuster des Parasiten zu bestimmen. Aufgrund des hohen Mistelbefalls von Forstbeständen und Obstbäumen, insbesondere im Raum Baden-Württemberg, ist diese Grundlagenforschung unmittelbar vor einem angewandten Hintergrund zu sehen.

Die Rolle von Pathogenen bei der Interaktion zwischen Trialeurodes vaporariorum und Encarsia formosa in Gewächshauskulturen

Mit dem Forschungsvorhaben wird das Ziel verfolgt, den Einfluss von Pflanzenpathogenen auf das Parasitierungsverhalten von Encarsia formosa bei der Weissen Fliege Trialeurodes vaporariorum zu klären. Da eine multiple Befallssituation verschiedener Pflanzenpathogene einerseits und tierischer Schaderreger andererseits in vielen Unterglas-Kulturen gegeben ist, soll die Bedeutung dieser Interaktionen für biologische Schädlingsbekämpfungsmassnahmen in diesem System exemplarisch bearbeitet werden. Durch räumliche und zeitliche Variation der Pathogeninfektionen wird sowohl die Bedeutung physikalischer Parameter (=Blattoberfläche) als auch physiologischer Parameter (=Wirtspflanzenmetabolismus) und die daraus resultierende ernährungsphysiologische Beeinflussung der Larven der Weissen Fliege auf die Parasitierungseffizienz von Encarsia formosa untersucht werden.

Entwicklung einer Push- and Pull-Strategie zur Bekämpfung von Drosophila suzukii mittels einer sprühfähigen Matrix und Extrakten aus Koniferen

Die Kirschessigfliege Drosophila suzukii hat sich schnell in ganz Europa verbreitet und verursacht bereits 2014 erhebliche Schäden in Obst- und Rebanlagen in Deutschland - so auch wieder in 2021. D. suzukii Weibchen legen ihre Eier in reifende Früchte, aus den Eiern schlüpfen Maden, die sich zunächst vom Fruchtfleisch ernähren. Durch den Larvenfraß wird der Hauptschaden verursacht. Derzeit stehen keine gut wirksamen Bekämpfungsmaßnahmen für D. suzukii zur Verfügung. Ziel des Projektes ist daher die Etablierung einer alternativen, umweltschonenden Bekämpfungsmethode von D. suzukii, einer sog. Push&Pull Strategie. Dafür soll über eine Pflanzen-freundliche SiO2-basierte sprühfähige, zu einem extrem dünnen durchsichtigen Film polymerisierende, Matrix ein D. suzukii abstoßender Duftstoff auf Wirtspflanzen und ein attraktiver Duftstoff auf Pflanzen außerhalb der Produktionsanlagen aufgebracht werden, zum anderen sollen Lockstofffallen, die einen attraktiven Lockstoff (Fruchtextrakte) für D. suzukii enthalten, die Insekten massenhaft fangen. Es ist bereits bekannt, dass sich in diese Matrix eingebettete Cyclodextrine zur Einbindung und längerfristigen Freisetzung verschiedener Duftstoffe aus der Matrix in anderen industriellen Anwendungsbereichen eignen. Es soll daher zunächst untersucht werden, ob sich die für D. suzukii identifizierten repellenten und attraktiven Duftstoffe so in die Cyclodextrine enthaltende Matrix einbetten lassen, dass diese Duftstoffe nach dem Aufsprühen auf Pflanzenteile über einen längeren Zeitraum in ausreichender Menge freigesetzt werden, um ihre repellente (Push) bzw. attraktive (Pull) Wirkung zu entfalten. Für eine selektive Anlockung von D. suzukii in die Massenfang-fallen und eine damit verbundene Abtötung sollen parallel spezifische attraktiv wirkende Substanzen identifiziert werden. Beide Bausteine zusammen ergeben dann als Push-Pull Systeme eine völlig neuartige, umweltschonende und gezielte Bekämpfungsstrategie für das Schadinsekt.

Biologie und Kontrolle von Orobanche ramosa L.

Das parasitische Unkraut Orobanche ramosa L. verbreitet sich in Mitteleuropa und bedroht die Produktion mehrerer Kulturpflanzen - Tabak, Raps, Kartoffel, Karotte und Tomate. Im Gegensatz zu anderen Unkräutern, die mit der Kulturpflanze um Ressourcen konkurrieren, entnimmt O. ramosa Wasser, Nährstoffe und Assimilate direkt aus der Wirtswurzel. Dies führt zu erheblichen Ertrags- und Qualitätsverlusten. Da O. ramosa unmittelbar mit der Wirtspflanze verbunden ist und 90 Prozent der Parasitenentwicklung unterirdisch stattfinden, ist dieser Parasite schwer zu kontrollieren. In dieser Arbeit werden drei Ziele verfolgt: 1) Wir möchten mehr über die Populationsdynamik und die Verbreitung von O. ramosa in Deutschland erfahren. Zur Beschreibung von Populationen verwenden wir verschiedene klassische, aber auch molekulare Marker-Techniken (Polymerase-Ketten-Reaktion, PCR, mit spezifischen Mikrosatelliten; ISSR-PCR, RAPD). 2) Untersuchung der Pflanze-Pflanze-Interaktion unter besonderer Berücksichtigung von Resistanzmechanismen der Kulturpflanze (in diesem Fall Tabak), sowie Faktoren der Pathogenität von O. ramosa. Analyse der Produktion sekundärer Metabolite, reaktiver Sauerstoff-Zwischenprodukte (ROI), sowie der Exprimierung und Aktivität spezifischer Enzyme und Gene. 3) Entwicklung von Methoden zur Kontrolle von O. ramosa, basierend auf erworbener systemischer Resistenz (SAR) und der Verwendung spezifischer hyperparasitischer Bakterien und Pilze, die zur biologischen Kontrolle verwendet werden können.

Entwicklung einer Push- and Pull-Strategie zur Bekämpfung von Drosophila suzukii mittels einer sprühfähigen Matrix und Extrakten aus Koniferen, Teilvorhaben 1: Identifizierung, Herstellung und Wirksamkeitstestung repellenter Duftstoffe

Die Kirschessigfliege Drosophila suzukii hat sich schnell in ganz Europa verbreitet und verursacht bereits 2014 erhebliche Schäden in Obst- und Rebanlagen in Deutschland - so auch wieder in 2021. D. suzukii Weibchen legen ihre Eier in reifende Früchte, aus den Eiern schlüpfen Maden, die sich zunächst vom Fruchtfleisch ernähren. Durch den Larvenfraß wird der Hauptschaden verursacht. Derzeit stehen keine gut wirksamen Bekämpfungsmaßnahmen für D. suzukii zur Verfügung. Ziel des Projektes ist daher die Etablierung einer alternativen, umweltschonenden Bekämpfungsmethode von D. suzukii, einer sog. Push&Pull Strategie. Dafür soll über eine Pflanzen-freundliche SiO2-basierte sprühfähige, zu einem extrem dünnen durchsichtigen Film polymerisierende, Matrix ein D. suzukii abstoßender Duftstoff auf Wirtspflanzen und ein attraktiver Duftstoff auf Pflanzen außerhalb der Produktionsanlagen aufgebracht werden, zum anderen sollen Lockstofffallen, die einen attraktiven Lockstoff (Fruchtextrakte) für D. suzukii enthalten, die Insekten massenhaft fangen. Es ist bereits bekannt, dass sich in diese Matrix eingebettete Cyclodextrine zur Einbindung und längerfristigen Freisetzung verschiedener Duftstoffe aus der Matrix in anderen industriellen Anwendungsbereichen eignen. Es soll daher zunächst untersucht werden, ob sich die für D. suzukii identifizierten repellenten und attraktiven Duftstoffe so in die Cyclodextrine enthaltende Matrix einbetten lassen, dass diese Duftstoffe nach dem Aufsprühen auf Pflanzenteile über einen längeren Zeitraum in ausreichender Menge freigesetzt werden, um ihre repellente (Push) bzw. attraktive (Pull) Wirkung zu entfalten. Für eine selektive Anlockung von D. suzukii in die Massenfang-fallen und eine damit verbundene Abtötung sollen parallel spezifische attraktiv wirkende Substanzen identifiziert werden. Beide Bausteine zusammen ergeben dann als Push-Pull Systeme eine völlig neuartige, umweltschonende und gezielte Bekämpfungsstrategie für das Schadinsekt.

Entwicklung einer Push- and Pull-Strategie zur Bekämpfung von Drosophila suzukii mittels einer sprühfähigen Matrix und Extrakten aus Koniferen, Teilvorhaben 3: Entwicklung einer SiO2-Cyclodextrin-Matix zur Einbindung repellenter und attraktiver Duftstoffe für Drosophila suzukii

Die Kirschessigfliege Drosophila suzukii hat sich schnell in ganz Europa verbreitet und verursacht bereits 2014 erhebliche Schäden in Obst- und Rebanlagen in Deutschland - so auch wieder in 2021. D. suzukii Weibchen legen ihre Eier in reifende Früchte, aus den Eiern schlüpfen Maden, die sich zunächst vom Fruchtfleisch ernähren. Durch den Larvenfraß wird der Hauptschaden verursacht. Derzeit stehen keine gut wirksamen Bekämpfungsmaßnahmen für D. suzukii zur Verfügung. Ziel des Projektes ist daher die Etablierung einer alternativen, umweltschonenden Bekämpfungsmethode von D. suzukii, einer sog. Push&Pull Strategie. Dafür soll über eine Pflanzen-freundliche SiO2-basierte sprühfähige, zu einem extrem dünnen, durchsichtigen Film polymerisierende, Matrix ein D. suzukii abstoßender Duftstoff auf Wirtspflanzen und ein attraktiver Duftstoff auf Pflanzen außerhalb der Produktionsanlagen aufgebracht werden, zum anderen sollen Lockstofffallen, die einen attraktiven Lockstoff (Fruchtextrakte) für D. suzukii enthalten, die Insekten massenhaft fangen. Es ist bereits bekannt, dass sich in diese Matrix eingebettete Cyclodextrine zur Einbindung und längerfristigen Freisetzung verschiedener Duftstoffe aus der Matrix in anderen industriellen Anwendungsbereichen eignen. Es soll daher zunächst untersucht werden, ob sich die für D. suzukii identifizierten repellenten und attraktiven Duftstoffe so in die Cyclodextrine enthaltende Matrix einbetten lassen, dass diese Duftstoffe nach dem Aufsprühen auf Pflanzenteile über einen längeren Zeitraum in ausreichender Menge freigesetzt werden, um ihre repellente (Push) bzw. attraktive (Pull) Wirkung zu entfalten. Für eine selektive Anlockung von D. suzukii in die Massenfang-fallen und eine damit verbundene Abtötung sollen parallel spezifische attraktiv wirkende Substanzen identifiziert werden. Beide Bausteine zusammen ergeben dann als Push-Pull Systeme eine völlig neuartige, umweltschonende und gezielte Bekämpfungsstrategie für das Schadinsekt.

Die Wirkung der Arborizid-Wirkstoffe 2,4,5-T und Glyphosate auf die Entwicklung des Hallimasch (A. mellea) und auf die Befallsdisposition seiner Wirtspflanzen

Nachweis der Expression von cellulolytischen Enzymen des Rapsschädlings Leptosphaeria maculans in planta

In der Interaktion zwischen dem phytopathogenen Pilz Leptosphaeria maculans und seiner Wirtspflanze Raps spielen Cellulose-abbauende Enzyme eine entscheidende Rolle. Mit Hilfe dieser Enzyme ist der Pilz in der Lage, den Sproß der Pflanze bis zur Wurzelhalsregion so zu degradieren, dass die Pflanze umfällt. Die Krankheit wird deshalb auch Umfallkrankheit genannt. die Knickstelle befindet sich meist im Wurzelhalsbereich. Cellulose-abbauende Enzyme des Pilzes sind neben den Pektinasen demzufolge die Ursache dieses Symptoms, das der Umfallkrankheit ihren Namen gab. Über die Regulation und die Wirkungsweise des cellulolytischen Enzymkomplexes in der Pflanze ist bisher wenig bekannt. Mit Hilfe von Reportergenfusionen, die durch Transformation in dem Rapsschädling Leptosphaeria maculans exprimiert und dann in situ untersucht werden sollen, wollen wir die Expression dieser Gene in planta messen und ihre Genprodukte im Pflanzengewebe lokalisieren. Durch die Verwendung multipler Reportersysteme soll das Expressionsverhalten gleichzeitig und aufeinander bezogen dargestellt werden. Dieser Ansatz läßt neue Aspekte in der Wirkungsweise synergistisch wirkender Enzymkomplexe erhoffen

Contribution of ectomycorrhizal fungi to the formation and mobilization of soil organic matter (SOM)

In forest ecosystems ectomycorrhizal fungi are responsible for the mobilization of mineral nutrients from soil organic matter (SOM) resulting in a marked increase in productivity of their symbiotic host plants. In return the fungi obtain a significant amount of photosynthetic products from these plants, allowing the formation of an extensive hyphal system. These hyphae constitute a major part of soil biomass and, ultimately, a major source for SOM formation. While plant-fungal nutrient exchange has been analyzed extensively, this proposal is focused on the fungal contribution to SOM formation and on the processes leading to the acquisition of nutrients by the fungi. These two processes will be studied separately and in a quantitative way using isotopic labeling in soil bioreactors. Analysis of the fate of 13C labeled fungal material (Laccaria bicolor) in soil bioreactors will tell how fast and to what extent the various fractions of hyphal biomass are transformed into non-living SOM. As potential molecular or structural markers for SOM formation from fungal hyphae we will analyze characteristic remnants of fungal hyphae in SOM using scanning electron microscopy, DNAfragments using a PCR approach for the fungal rRNA internal transcribed spacerregions and biochemical markers like fatty acids and ergosterol. The impact of ectomycorrhizal mycelia supported by Pinus sylvestris plantlets on 13C- and 15N-labeled SOM and on microbial biomass will be analyzed in separate soil bioreactor experiments.

Befallsmechanismen des hyperparasitischen Pilzes Fusarium oxysporum f.sp. orthoceras gegenüber Orobanche cumana, einem parasitischen Unkraut der Sonnenblume

Einleitung: Die Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae) sind parasitische Blütenpflanzen, die sich über ein Kontaktorgan (Haustorium) an die Wurzel der Wirtspflanze anhaften und von ihr Wasser, Nährstoffe und Assimilate aufnehmen. Zu den Wirtspflanzen einiger Orobanche-Arten zählen auch wichtige Nutzpflanzen, wie etwa Bohnen, Sonnenblumen oder Tabak. Je nach Befallsintensität kann es zu signifikanten Ertragsminderungen oder sogar zu kompletten Ertragsverlusten kommen. Insbesondere im Mittelmeergebiet, Asien und Nordafrika steigt die Bedrohung der Nutzpflanzenproduktion durch Orobanche stetig an. Die Kontrolle von Orobanche mit Hilfe von Herbiziden ist teuer, schwierig handhabbar und nicht ausreichend effektiv. Resistenzzüchtungen der Nutzpflanzen werden aufgrund des Vorkommens verschiedenster Orobanche-Rassen (mit verschiedenen Pathogenitätsfaktoren) schnell durchbrochen. Leider fehlen bislang ausreichende Informationen zur Interaktion von Orobanche mit den jeweiligen Wirten. Anhand derartiger grundlegender Erkenntnisse könnten alternative oder verbesserte Kontrollmaßnahmen entwickelt werden. Stärkung der Resistenz der Nutzpflanzen (induzierte Resistenz) oder die Verwendung Orobanche-spezifischer Antagonisten (wie etwa des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras) als biologisches Kontrollagens stellen wirksame Möglichkeiten der Kontrolle des Pathogens dar. Ziele: Als Modell zum Verständnis der Interaktion der Sommerwurz mit seinen Wirten wird die Assoziation von Orobanche cumana Wallr. und der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) verwendet. Die Ziele des Projektes sind: - grundlegender Erkenntniszuwachs zur Interaktion von O. cumana und H. annuus. - Wirkungsweise des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras auf seinen Wirt O. cumana (Biochemie, Histologie), - Auswirkung von Pflanzenstärkungsmitteln als Resistenzaktivatoren der Sonnenblume auf den Befall mit O. cumana.

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