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Evaluierung der Elektro-Ultrafiltration zur Erfassung der Stickstoffnachlieferung auf langjährig ungedüngten Standorten

Versuchsziel: Mit dem Versuch wird geprüft, ob sich eine unterschiedliche N-Nachlieferung auch dann in entsprechenden extrahierbaren organischen N-Gehalten widerspiegelt, wenn der Humusgehalt im Boden ähnlich hoch ist. Hintergrundinformation: Für die Bestimmung der N-Nachlieferung gibt es noch keine sichere Methode. Auch die weit verbreitete EUF-Methode vermag lediglich zwischen Standorten mit stark unterschiedlichen Humusgehalten zu unterscheiden. Standorte mit etwa gleichem Humusgehalt, aber unterschiedlichem N-Nachlieferungspotential kann die Methode jedoch nicht differenzieren. Nach erfolgreichen Vorarbeiten mit der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Analyse geringer Zellulosemengen (= leicht abbaubarer C im Boden) soll untersucht werden, ob sich das unterschiedliche N-Nachlieferungspotential von Böden eines Standortes (fast gleicher Humusgehalt) mit der NIRS besser differenzieren lässt als mit der EUF-Methode. Als weitere Methode soll die Extraktion mit CaCl2 geprüft werden.

Oberflächen und Grenzflächen in Pflanzen: Lignin, Suberin und Cutin

Beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben haben komplexe phenolische Verbindungen (Lignin) und natürliche Polyester (Cutin, Suberin) eine wichtige Rolle gespielt indem sie neue Grenzflächen und Oberflächen mit hydrobisierenden Eigenschaften ermöglichten. Die Einlagerung von Lignin zwischen den Cellulose Mikrofibrillen und Hemicellulosen war wesentlich für die Entwicklung funktionsfähiger Leitbahnen (Xylem) und die mechanische Festigkeit. An den Grenzflächen zur Luft musste der Wasserverlust minimiert werden, was durch die Einlagerung von Cutin (Blätter) und Suberin (Stamm, Wurzel) erreicht wurde. Auch wenn Basiswissen über die drei Polymere vorhanden ist, macht sie ihre große Variabilität sowohl im Vorkommen als auch in ihrer Zusammensetzung und offene Fragen bezüglich der Polymerisation zu den am wenigsten verstandenen pflanzlichen Polymeren. Durch die Adaptionen um in den sehr vielfältigen Lebensräumen zu überleben entwickelten sich verschiedenartigste Erscheinungsformen, die hoch spezialisierte Gewebe erfordern um damit unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen zu erfüllen. Das wird erreicht durch eine sich ändernde Zusammensetzung und Struktur auf den verschieden hierarchischen Ebenen (mm-ìm-nm) und es gibt immer noch eine große Wissenslücke bezüglich Verteilung der Polymere und Struktur auf Mikro- und Nanoebene. Wir werden diese Lücke durch die Anwendung von Raman Imaging und Rasterkraftmikroskopie (AFM) füllen. Raman Imaging ermöglicht die chemische Zusammensetzung auf Mikroebene zu verfolgen und AFM ergänzt durch die Aufklärung von Nanostruktur und -mechanik. Jedes Raman-Image basiert auf Tausenden von Spektren, wovon jedes ein molekularer Fingerabdruck der Zellwand auf Mikroebene ist. Derzeit gelingt es nur einen Teil der chemischen und strukturellen Informationen die in der Raman-Signatur stecken, zu extrahieren. Durch mehr Wissen über die Raman-Spektren der Pflanzen und ihrer Komponenten und neue Ansätze der multivariater Datenanalyse wollen wir mehr Informationen zugänglich machen. Um auf Nano-Ebene die chemische Zusammensetzung von kleinsten Oberflächen und Grenzflächen zu entschlüsseln, werden wir Tip-enhanced Raman-Spektroskopie (TERS) anwenden. Mit diesen anspruchsvollen in-situ Ansätze werden wir 1) die Lignifizierung innerhalb der nativen Zellwand verfolgen und ungelöste Fragen rund um die Lignin Polymerisation angehen 2) die Chemie und Struktur der Tracheiden und Gefäßwände auf Mikro-und Nano-Ebene und etwaige Auswirkungen auf die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften aufklären 3) die Mikrochemie und Nanostruktur von Cuticula und Periderm und ihren Einfluss auf die Barriereeigenschaften entschlüsseln und 4) beantworten ob Trockenstress sich auch auf der Mikroebene und Nanoebene widerspiegelt. Neue Einblicke in die Variabilität, Verteilung und Zusammensetzung der Pflanzenpolymere und den Einfluss von Trockenstress werden gewonnen und wichtige Struktur-Funktions-Beziehungen aufgeklärt. usw.

Naturfasern

Faserpflanzen gehören zu den ältesten nachwachsenden Rohstoffen. Eine große Anzahl von Pflanzenarten enthalten vor allem aus Zellulose bestehende Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die größte wirtschaftliche Bedeutung hat die Baumwolle erlangt, aber auch Jute, Sisal, Flachs, Hanf und Kokosfasern spielen eine wichtige Rolle. Im Freistaat Sachsen ist in den Regionen Erzgebirge, Oberlausitz und Vogtland der Flachs (Faserlein), außerhalb der höheren Mittelgebirgslagen auch der Hanf anbauwürdig. Flachs und Hanf sind botanisch und bezüglich ihrer Wuchsform sehr unterschiedliche Pflanzen. Verwendung finden Kurz- und Langfasern in Mischgarnen, Verbundwerkstoffen, Geotextilien, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, technischen Textilien, Asbestersatz.

Environmental Determinants of Microbial Biopolymer Degraders in Agricultural Soil

The structural polysaccharides cellulose and chitin of plants, fungi, and arthropods are major components of organic matter in agricultural soils. These biopolymers are carbon sources of soil microbial communities linked to soil redox processes. Soil aggregates of waterunsaturated soil form natural boundaries of oxic conditions outside and oxygen-limited conditions inside. These biogeochemical interfaces lead to a highly heterogeneous oxygen distribution on a millimetre scale. The effects and mechanisms of the toxicity of herbicides on biopolymer degrading communities in such highly compartmentalized soils have not been resolved. The proposed study is a continuation of a project funded within Priority Program 1315 'Biogeochemical Interfaces in Soil'. The preceding project resolved phylogenetic identities of known and novel prokaryotes linked to cellulose degradation under both oxic and anoxic conditions, and demonstrated that the acidic herbicides Bentazon and MCPA impair microbial processes involved in cellulose degradation. The proposed project will (I) identify chitin-degrading prokaryotes, fungi, and protists that are active in oxic and anoxic microzones, (II) determine the tolerance of various cellulolytic and chitinolytic taxa to Bentazon and MCPA, (III) characterize key chitin-degraders, and (IV) will quantitatively assess oxygen distribution in during biopolymer degradation in an agricultural soil. Central methods will include stable isotope probing, analyses of 16S rRNA, 18S rRNA, and chitinase genes, HPLC, GC, and oxygen sensing via analysis of fluorescence dyes.

Optimierung von Buchweizen durch moderne Züchtungsmethoden zur Produktion von Nahrungsmitteln und Wertschöpfung biobasierter Rohstoffe, Teilvorhaben A

Optimierung von Buchweizen durch moderne Züchtungsmethoden zur Produktion von Nahrungsmitteln und Wertschöpfung biobasierter Rohstoffe, Teilvorhaben B

Lignos-Furnier als natuerliche Alternative zu Kunststoffoberflaechen

Transformation de vieux papier en ethanol (FRA)

Il s'agit de transformer du vieux papier en ethanol. Cette ethanol pourrait etre ajoute a l'essence. L'interet ecologique est double: - d'une part trouver une utilisation pour le vieux papier (decharger les installations d'incineration) - d'autre part diminuer la pollution de l'air par les gaz d'echappement des voitures (p.ex. 4 Prozent d'ethanol diminue ces emissions de 50 Prozent) (FRA)

Herstellung stofflich vollständig recyclebarer Filter und Dämmstoffe aus Aerogelen aus Altholz, Teilvorhaben 1: Aufarbeitung, Bereitstellung und Charakterisierung der Rohstoffe, Charakterisierung der Produkte, Recycling der Produkte

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Aerogelen mittels aus Altholz gewonnener Rohstoffe (Cellulose, Lignin, Hemicellulose). Aus den Aerogelen werden Dämmstoffe und/oder schadstoffabsorbierende Filter hergestellt, aus denen nach Ende der Gebrauchsdauer wieder die genannten Rohstoffe gewonnen werden können. Zusätzlich werden beispielhaft weitere Varianten aus nachwachsenden Rohstoffen aufgezeigt. Aerogele zeichnen sich durch hervorragende Dämmeigenschaften, geringe Schallübertragung und gute Absorptionswirkung für flüchtige chemische Stoffe aus. Das eröffnet diesen Materialien zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, z.B. als Dämmstoffe oder Filter. Während die ersten Aerogele aus Siliziumdioxid hergestellt wurden, gibt es heute vielseitige Ausgangsmaterialien, die u.a. auch aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können, wie z.B. aus Cellulose, Lignin, Stärke oder aus Polysacchariden. Diese Stoffe können auch aus Abfällen oder Produktionsresten verschiedener Herstellungsverfahren gewonnen werden.

Dissolved organic matter (DOM) composition in axenic and xenic cultures of Thalassiosira gravida in response to varying temperatures and photoperiods

This dataset comprises dissolved organic matter (DOM) composition from axenic and xenic cultures of Thalassiosira gravida that were cultivated at the Alfred-Wegener-Institute (Bremerhaven, Germany) in March, 2023. After a cell density of ~ 15.000 cells * mL-1 was reached, cultures were filtered through a 0.2 µm polycarbonate (PC) filter (Whatman) that was cleaned by soaking in 10 % hydrochloric acid (HCl, Merck suprapure) for at least 12 h and subsequently rinsing with ultrapure water (Merck Millipore MilliQ). Cultures were grown under two temperatures (9 °C, 13.5 °C) and two photoperiods (16:8 h, 24:0 h light:dark). 2 mL of the sample were filtered through a 0.2 µm regenerated cellulose (RC)-membrane syringe filter (Sartorius) after defrosting. Molecular composition data were acquired with Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) coupled to a reversed-phase liquid chromatography (RPLC) with negative electrospray ionization (ESI) according to Lechtenfeld et al., 2024 (doi: 10.1021/acs.est.3c07219). Measurements were performed on on a solariX XR, Bruker Daltonics, Billerica, U.S.A. at the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ; Leipzig, Germany). Molecular formulas were assigned and filtered using UltraMassExplorer (Leefmann et., 2019; doi: 10.1002/rcm.8315). If the Total ion chromatogram (TIC) was much higher and/or different in certain retention time windows compared to other samples of the same treatment, the sample was excluded from the dataset. The aim of this study was to investigate responses of algal extracellular release and bacterial DOM transformation to marine heatwave-like conditions.

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