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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.

Einfluss der Stickstofform (NO3- vs. NH4+) auf den Wasserhaushalt der Pflanze, die Empfindlichkeit gegenüber Wassermangel und Salzstress unter besonderer Berücksichtigung der Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse

Die Form des Stickstoffangebotes übt einen nachhaltigen Einfluss auf Wachstum und Produktivität der meisten Kulturpflanzen aus. Hierfür werden verschiedene Prozesse verantwortlich gemacht. Ammoniumernährung übt einen nachhaltigen Einfluss auf die Quantität und Qualität der Gehalte an Aminosäuren, organischen Säuren und Zucker aus. Da alle diese Inhaltsstoffe die ernährungsphysiologische und sensorische Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse stark beeinflussen, ist davon auszugehen, dass die Form der N-Ernährung einen größeren Einfluss auf die Qualität ausübt, als dies gemeinhin angenommen wird. Eine solche Vermutung wird noch dadurch unterstützt, dass durch Ammoniumernährung i.d.R. die Kaliumgehalte stark vermindert werden, was wiederum nicht ohne Auswirkungen auf die Qualität bleibt. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen die physiologischen Auswirkungen der Form der N-Ernährung auf die Wassernutzungseffizienz, die Resistenz gegenüber Wasser- und Salzstress sowie auf qualitätsbestimmende Inhaltsstoffe untersucht werden. In einer anschließenden Phase sollen die Ergebnisse genutzt werden, um die Ernährungssituation der Pflanze in diesen Stressstituationen, die sowohl in Israel als auch in Palästina verbreitet auftreten, gezielt zu verbessern.

Organic matter composition in the subsoil: Contribution of root litter and microbial-derived compounds

The aim of P2 within the Research Unit 'The Forgotten Part of Carbon Cycling: Organic Matter Storage and Turnover in Subsoils (SUBSOM)' is to contribute to the understanding of the different sources and stabilization processes of subsoil organic matter. This will be achieved by the analysis of the soil organic matter composition in topsoil versus subsoil by 13C NMR spectroscopy in bulk soils as well as organo-mineral associations. This will be done on a number of soil profiles differing in parent material and mineralogy and therefore also in the relevance of organo-mineral associations for subsoil C stabilization. In addition, a specific sampling approach will allow to differentiate three zones associated with the dominating effect of (1) leaching of DOC (the 'bulk soil' between trees), (2) root litter decomposition (the 'root-affected zone'), and (3) direct rhizodeposition of root exudates (the 'rhizosphere' sensu strictu). The contribution of above-ground versus below-ground litter is differentiated by the analysis of cutin and suberin biomarkers. Organic matter derived from microbial sources will be identified by the microbial signature of polysaccharides in the subsoil through the analysis of neutral sugars and amino sugars. Organo-mineral associations will be further characterized by N2-BET analyses to delineate the coverage of the mineral phase with organic matter. With these analyses and our specific analytical expertise at the submicron scale (nanoSIMS) we will participate in selected joint experiments of the research unit.

Physiologie und Kinetik des mikrobiellen Wachstums mit Substratmischungen

Alle bis heute gemachten Untersuchungen zur Wachstumskinetik von Mikroorganismen beruhen auf Experimenten mit Einzelsubstraten. In der Natur wachsen Mikroorganismen jedoch immer in Gegenwart von Substratgemischen (im Mikrogramm/l-Bereich). In dieser Arbeit wird erstmals die Kinetik eines Bakteriums (Escherichia coli) mit definierten Substratgemischen in diesem Konzentrationsbereich untersucht. Dabei kommt eine in unserem Labor entwickelte Methode zur Messung kleinster Zuckerkonzentrationen zur Anwendung. Es konnte gezeigt werden, dass beim Wachstum in kontinuierlicher Kultur mit Glucose/Galactose-Mischungen die Restsubstratkonzentrationen der beiden Zucker signifikant niedriger waren im Vergleich zum Wachstum mit den Einzelzuckern. Diese Arbeiten sind wichtig fuer das Verstaendnis des Wachstums von Mikroorganismen in der Natur mit komplexen Gemischen von Naehrstoffen, von denen jeder einzelne in sehr geringer Konzentration vorliegt.

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.

Innovativer Prozess zur Herstellung maßgeschneiderter Dextrane für klinische Anwendungen, TP 1: Prozessinnovation

Water isotope values and chemical parameters in time series samples (March 2020 - January 2021) from Müggelsee, Germany

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 before the outflow of Müggelsee. Sampling was conducted biweekly from March 2020 to January 2021. Samples were taken with a pipette from 40-60 cm below water surface and directly transferred into a measurement vial. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. Water chemical and physical parameters are daily average values derived from the Müggelsee long-term data monitoring station (https://emon.igb-berlin.de/grosser_mueggelsee.html). The data give information about the seasonal isotope amplitude at Müggelsee over the studied time period.

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.

Water isotope values in shore samples collected in March and July 2020 from 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 collected from lake shores. Samples were taken in March and July 2020 with a pipette from 40-60 cm depth below water surface and directly transferred into a measurement vial. Stable isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. 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.

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