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Auswirkungen von Trockenheit und erhöhtem CO2 auf die Blattrollkrankheit der Weinrebe: Eine Untersuchung der Interaktionen zwischen Pflanze, Vektor und Virus

In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.

Entwicklung einer Anbaumethode fuer gelben Enzian (Gentiana luteal.)

Die Bedarfsdeckung der Pharma- und Getraenkeindustrie mit Enzianwurzeln wird durch den Naturschutz schwieriger, ausserdem genuegen die heterogenen Sammeldrogen zum Teil nur ungenuegend der Arzneimittelgesetzgebung. Es soll daher ein wirtschaftliches Verfahren entwickelt werden, das qualitativ einheitliches Material (Zucker, Bitterstoffe, Aromastoffe) gewaehrleistet. Dabei werden oekologische und oekonomische Gesichtspunkte beruecksichtigt.

Forschergruppe (FOR) 5315: Humusauflage: Funktionsweise, Dynamik und Vulnerabilität im Wandel, Teilprojekt: Auswirkung von Nährstoffstrategien der Bäume und Kohlenstoffexsudation durch Wurzel-Mykorrhiza-Verbindungen auf den Umsatz der Humusauflage

Unterschiedliche Baumarten beeinflussen die Humusauflage von Waldböden hinsichtlich des Umsatz von Streueintrag und Zersetzungsraten. Die Stärke der Humusauflage nimmt zum Beispiel von Ahorn über Buche zur Fichte zu (Vesterdal et al. 2008). Diese drei Baumarten stehen im Zentrum der vorgeschlagenen Forschergruppe ‚FOREST FLOOR: Functioning, Dynamics, and Vulnerability in a Changing World‘. Die Dynamik der Humusauflagen wird über den Eintrag und der Qualität von Laubstreu und sowie über die Rhizodeposition gesteuert, zu der Wurzelexsudate, abgestoßene Wurzelzellen und die Absonderung der Mucilage gehören. Diese stellen wichtige Kohlenstoff- bzw. Nährstoffquellen für Pilze und Mikroorganismen der Rhizosphäre dar. Etwa 30 % der durch die Photosynthese synthetisierten Kohlenhydrate werden unterirdisch in die Rhizosphäre verlagert, d.h. zu den Baumwurzeln und ihren symbiotischen Mykorrhizapilzen und mikrobiellen Gemeinschaften. Zudem zeigen verschiedene Baumarten unterschiedliche Nährstoffnutzungsstrategien in Anpassung an die Nährstoffverfügbarkeit des Standorts, die sich in Unterschieden der Nährstoffspeicherung und Nährstoffaufnahmerate und Streuqualität wiederspiegeln. In dem vorliegenden Forschungsantrag P9 untersuchen wir die Hypothese, dass die Nährstoffnutzungsstrategien von Waldbäumen und insbesondere die C-Zusammensetzung der Wurzelexsudate einen starken Einfluss auf die Mykorrhiza-, Saprophyten- und mikrobielle Gemeinschaft haben, die sich folglich auf die Nährstoffverfügbarkeit und den Umsatz der Humusauflage auswirken. Ein zentrales Ziel ist die Erforschung der Zusammenhänge, wie und in welchem Ausmaß die Kohlenstoff Zusammensetzung der Wurzel Exsudate - d.h. das Verhältnis von Zuckern und organischen Säuren in den Exsudaten - den Umsatz der Humusauflage beeinflusst, indem sie die mikrobielle und pilzliche Zusammensetzung und in der Folge die Zersetzung von Organischer Materie des Bodens und Streu verändert. Das vorliegende Forschungsvorhaben wird für die Forschergruppe Informationen über die arten- und standortspezifische Blatt- und Streuqualität, die unterschiedlichen Strategien der Nährstoffnutzung und die Gehalte von Zuckern und organischen Säuren in den Wurzel Exsudaten von Bäumen erheben. Darüber hinaus wird die von den Bäumen vermittelte laterale Verteilung von Nährstoffen aus der Blattstreu in einem gemeinsamen 15N Markierungsexperiment untersucht (P2). Die Ergebnisse werden mit Informationen der mikrobiellen Gemeinschaft (P7) und den unterschiedlichen Mykorrhizatypen der Baumarten (P8) verknüpft und mit den Nährstoffaufnahmeraten in Abhängigkeit von der Nährstoffverfügbarkeit an den unterschiedlichen Standorten (P4) analysiert.

Holzgeruch - Einfluss von Herkunft, klimatischen Bedingungen und Trocknung auf Geruch und generelle Emissionsprofile von Zirbenkiefer (Pinus cembra L.)

Zahlreiche Holzarten sind besonders reich an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), weshalb einige Anstrengungen unternommen wurden, ihre flüchtige Zusammensetzung zu ergründen. Solche Untersuchungen wurden oft in Hinblick auf die Auswirkungen der flüchtigen Emissionen von Holz und Holzwerkstoffen auf die Luftqualität in Innenräumen und damit auf ihre möglichen physiologischen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit motiviert. Holzemissionen wurden dabei oft als kritisch angesehen, da sie möglicherweise die Atemwege beeinträchtigen oder allergische Reaktionen hervorrufen können. In letzter Zeit gewinnt das Thema Holzgeruch jedoch zunehmend an Aufmerksamkeit, was die Wahrnehmung von Natürlichkeit und deren positiven Einfluss auf das Wohlbefinden betrifft. In dieser Hinsicht fühlt sich der Mensch zum Geruch von Bergwäldern und Bäumen hingezogen und sucht Entspannung in Verbindung mit solchen Gerüchen. Das Holz der Zirbe (Pinus cembra L.) ist eine besonders geschätzte Art, die auch als Zirbelkiefer und "Königin der Alpen" bekannt ist. Dieses Holz wird in Mitteleuropa häufig für den Möbelbau verwendet und wird wegen seines charakteristischen und langanhaltenden Geruchs geschätzt sowie in der Aromatherapie eingesetzt. Sein Geruch soll Stress abbauen, wobei physiologisch nachgewiesen wurde, dass durch Aufenthalt in der Umgebung von Zirbenholz die Herzfrequenz gesenkt werden kann. Es wurde auch berichtet, dass der Geruch einen gesunden Schlaf fördert, insbesondere bei Personen, die in Betten aus Zirbenholz schlafen. Einige wenige Studien haben sich bis dato mit der Zusammensetzung der ätherischen Öle beschäftigt, welche vorwiegend aus Nadeln und Zapfen gewonnen werden. Doch speziell die Geruchsstoffe aus dem Holz, welche für die physiologischen Effekte ursächlich scheinen, sind noch unzureichend untersucht. Zudem ist wenig über den Einfluss von Umwelt- und Trocknungsfaktoren während der Erstlagerung auf dieses charakteristische Holzgeruchsprofil bekannt. Ziel dieses Projektes ist es daher, die molekularen Grundlagen dieses hochwertigen Materials zu klären, wobei die VOC- und Geruchsstoffzusammensetzung identifiziert und quantifiziert sowie die Beziehungen zu allgemeinen holzchemischen Parametern hergestellt werden sollen. Hierzu werden ausgewählte Holzproben hinsichtlich der enthaltenen Zucker und Extraktstoffe bezüglich ihres Gehalts und ihrer Zusammensetzung mit etablierten Standardmethoden charakterisiert. Darüber hinaus werden Proben unterschiedlicher Herkunft vor und nach der Holztrocknung in einem arbeitsgruppenübergreifenden Ansatz komplementären Analysen unterzogen, die sowohl multidimensionale hochauflösende Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) als auch GCxGC-MS, Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie, Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie und GC-MS mit Flüssiginjektion nach Silylierung umfassen. Weiterhin wird das Holzmehl mittels Pyrolyse-GC/MS (Py-GC/MS) sowie Thermodesorptions-GC/MS (TD-GC/MS) analysiert.

Identifikation von Genen und Indikatoren für Trockentoleranz der Gerste (Hordeum vulgare)

Ziel des Projektes ist es, mittels assoziationsgenetischer Verfahren genomische Regionen bzw. Gene zu identifizieren, die an der Trockentoleranz der Gerste beteiligt sind. Für diesen Zweck gilt es in einem ersten Schritt aus einem Sortiment von 314 Sommergerstengenotypen bestehend aus 90 deutschen Sommergerstensorten und 224 genetisch und geographisch diversen Sommergerstengenotypen - basierend auf mittels des 9kiSelect Chips gewonnenen Daten zur genetischen Ähnlichkeit - 192 Genotypen auszuwählen, welche die in diesem Set vorhandene genetische Diversität repräsentieren. Mit insgesamt 9000 genbasierten SNP-Markern (9kiSelect Chip) wird die für eine genomweite Assoziationsstudie (GWA) nötige Markerabdeckung erzielt. Zusätzlich zu diesem genomweiten Ansatz werden aus der Literatur bekannte Kandidatengene für Trockentoleranz allelspezifisch sequenziert und in die Assoziationsstudien einbezogen. Um des weiteren genotypische Unterschiede in der Expression von trockentoleranzassoziierten Gene zu ermitteln, werden die extremen Genotypen der Population mittels Real-Time PCR analysiert. Die Phänotypisierungen dieser Genotypen erfolgt in Gefäßversuchen am Julius-Kühn-Institut in Groß- Lüsewitz. Trockenstress wird mit Beginn der Blüte appliziert. Erfasst werden neben der absoluten und relativen Ertragsleistung und Veränderungen der Ertragsstrukturparameter, der Chlorophyllgehalt, die Chlorophyllfluoreszenz, der relative Blattwassergehalt bzw. das relative Blattwasserdefizit sowie der Akkumulation von freiem Prolin, Glycinbetain und löslichen Zuckern. Parallel werden diese Genotypen an der Universität Hannover bzw. an der Universität Hohenheim im Hinblick auf die Reaktion auf das Auftreten von Trockenstress in der vegetativen und generativen Entwicklungsphase (SU) analysiert sowie an einem Trockenstandort in zweijährigen Feldversuchen (K), in welchen zusätzlich die Infrarotthermografie zur Charakterisierung der Trockentoleranz eingesetzt wird (K). Die auf diese Weise generierten phänotypischen und genotypischen Daten bilden die Grundlage für die assoziationsgenetische Identifikation von QTL für Trockentoleranz bei Gerste, welche gemeinsam mit den phänotypischen und genotypischen Daten Eingang in die Modellierungsarbeiten finden.

Biotechnologische Fumarat-Wertschöpfungskette - Von CO2 und Zucker bis hin zu biologisch abbaubaren Chemikalien, Teilprojekt C

Tierische Schaderreger: Apfelwickler / Obstmade

Der Apfelwickler ist ein bedeutender Schädling am Apfel, da er nicht nur durch das Anstechen der Frucht und die nachfolgende Fraßtätigkeit der Larven schädigt, sondern so auch Eintrittspforten für andere Schaderreger, wie u.a. Monilia Fruchtfäule schafft. Geeignete Gegenmaßnahmen sind nur erfolgreich, wenn sie zum richtigen Zeitpunkt erfolgen. Dazu gilt es die Flugzeiten des Schmetterlings zu ermitteln. Die Überwachung des Flugverlaufes erfolgt seit 2005 mit Hilfe von Pheromonfallen in Gärten an unterschiedlichen Standorten im Stadtgebiet. Der Einfluss der jeweiligen Witterung im Flugzeitraum ist für ein mehr oder weniger starkes Auftreten des Wicklers und somit für die Schädigung der Frucht verantwortlich. Monitoring Flugverlauf Lebensweise Gegenmaßnahmen Die Apfelwickler-Population ist von klimatischen Bedingungen abhängig und zeigt eine starke Jahresperiodizität. Die höchsten Fangzahlen wurden im Jahr 2006, einem sehr warmen und trockenen Jahr, ermittelt. Im Mittelwertvergleich über die Jahre 2005 bis 2025 fällt das Jahr 2025 in den unteren Bereich der Fangzahlen. Im Vergleich zum Vorjahr zeigte sich eine weitere Abnahme der Fangzahlen. Die Fänge der 1. Apfelwickler-Generation in den Pheromonfallen begannen im Mai und blieben bis Juli auf einem konstant niedrigen Niveau. Aufgrund der Witterung (Regenereignisse) verlagerte sich der Flug der 2. Generation in den späten Juli hinein. Der Flughöhepunkt erreichte dann im August sein Ende. Durch weitere Regenereignisse gegen Ende Juli und Anfang August wurde der Falterflug zwischenzeitlich pausiert. Die lange Flugperiode endete wie im Vorjahr gegen Ende August. Lockstoff-Fallen (Pheromonfallen) dienen nur zur “Flugüberwachung” bzw. Ermittlung der Flugdichte und damit der Schwellenwerte für die Bekämpfung. Eigene Erfahrungen zeigen, dass bei 10 gefangenen Faltern in der Woche bzw. stark ansteigenden Fangzahlen Gegenmaßnahmen empfehlenswert sind. Raupenfanggürtel (Ringe aus Wellpappe) können ab Ende Juli als ergänzende Maßnahme an den Stämmen angebracht werden. Sie bieten den abwandernden Raupen künstliche Verstecke. Um einen Schlupf der Wickler auch aus diesen Fanggürteln zu verhindern, sollten sie noch vor dem Winter von den Bäumen entfernt werden, spätestens jedoch im zeitigen Frühjahr noch vor dem Gehölzaustrieb. Der Einsatz von Leimringen zur Reduktion der Apfelwicklerpopulation ist ungeeignet . Auch der Einsatz von nützlichen Trichogramma-Schlupfwespen ist möglich. In der Praxis haben sich allerdings keine auffälligen Effekte bei der Reduzierung des Apfelwicklers gezeigt. Wer dennoch diesen Einsatz plant, sollte in jedem Fall im Vorfeld auf die Verwendung chemischer Präparate am Baum verzichten. Eine Anwendung von Nematoden (biologischer Pflanzenschutz) im Herbst findet vorwiegend im Profi-Apfelanbau statt. Bei der Bekämpfung haben sich vor allem die Apfelwickler-Granulosevirus-Präparate bewährt. Diese wirken als reine Fraßgifte über den Verdauungstrakt der Larven. Die Mittel haben nur eine Wirkungsdauer von etwa 6 bis 8 Sonnentagen. Danach ist der Wirkstoff abgebaut und eine erneute Behandlung sollte erfolgen. Besonders gut wirken sie, wenn der Spritzbrühe geringe Mengen Zucker beigemischt werden. Ein negativer Einfluss auf eine Reihe von Nützlingen, wie z.B. auf Florfliegen, Erzwespen, Spinnen und nützliche Wanzen, kann bei sachgerechter Anwendung beider Wirkstoffe ausgeschlossen werden. Bienen und Hummeln werden ebenfalls nicht geschädigt.

Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie 2022 - CornWall3: Identifizierung und Charakterisierung neuer Maismutanten mit verbesserten Biomasse Eigenschaften als erneuerbare Ressource für Grundstoffe der chemischen Industrie, Teilvorhaben C

Water isotope values in time series samples (March - October 2020) collected at buoys deployed in northeastern German lake systems

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples taken at buoys temporarily installed in deep parts of the lake. Samples were taken monthly to bimonthly from March to October 2020. A Limnos water sampler was used to obtain samples from 1 m below water surface. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. Water temperatures were measured in similar depths with an Aqua TROLL 600 multiparameter sonde (In-Situ, Fort Collins, CO, USA). The data give information about the seasonal isotope amplitude in the sampled lakes and about spatial isotope variability in different branches of the associated riverine systems.

Water isotope values from a spatial campaign conducted in four northeastern German lakes in September 2020

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples taken at multiple spatially distributed spots in four selected lakes. A Limnos water sampler was used to obtain samples from 1 m below water surface on 29th and 30th September 2020. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer.

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