Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Die Versorgung der Apfelfrüchte mit Ca2+ ist oft unzureichend, was zu physiologischen Erkrankungen, erhöhter Atmungsaktivität und zu Anfälligkeit gegen Krankheiten führen kann. Diese Probleme lassen sich nicht durch Maßnahmen im Bereich Wurzel/Boden lösen, so daß Applikation von Calciumchlorid oder Calciumnitratlösungen auf die Früchte weltweit praktiziert werden. Zahlreiche Spritzungen werden empfohlen, um den Ca-Gehalt der Früchte meßbar zu erhöhen, und das Auftreten der Stippigkeit zu reduzieren. Trotzdem ist die Wirkung oft unzureichend und deshalb werden außerhalb Europas die Früchte nach der Ernte mit CaCl2-Lösungen infiltriert. Dieses Verfahren ist außerordentlich effektiv, darf aber in Deutschland und anderen europäischen Ländern nicht angewandt werden. Damit bleibt die Applikation von Calciumsalzlösungen durch Spritzung auf die Früchte vor der Ernte die einzige Alternative. Obwohl es hunderte von Veröffentlichungen zum Thema Stippigkeit gibt, ist die Aufnahme in Früchte bisher nie systematisch untersucht worden. Um zu klären, wann und wie häufig gespritzt werden muß, sind solche Versuche aber unerläßlich. Im Wesentlichen geht es um die Beantwortung der folgenden Fragen: (1) Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Aufnahme von CaCl2 im Verlauf der Fruchtentwicklung? Wie viele Behandlungen sind erforderlich und welche Zeitpunkte sind optimal? (2) Welchen Einfluß haben Schorffungizide auf die Calciumaufnahme? Die Literaturrecherche ergab, daß zu diesen Fragen bisher keine systematischen und quantitativen Untersuchungen durchgeführt worden sind. Eigene Vorversuche haben ergeben, daß viele Zusatzstoffe die Calciumaufnahme drastisch reduzieren.
Außer dem bekannten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) existieren weitere stark klimawirksame Spurengase biologischen Ursprungs, z.B. Lachgas (N2O) und Methan (CH4), die mikrobiell im Boden produziert (N2O, CH4) oder im Falle des Methans auch verbraucht (oxidiert) werden. Die steigende atmosphärische CO2-Konzentration kann sich über die Pflanzen in vielfacher Weise auf die bodenmikrobiellen, Spurengasproduzierenden Prozesse auswirken. So ist beispielsweise nachgewiesen worden, dass der Wasserverbrauch der Pflanzen unter erhöhtem CO2 häufig sinkt und die Abgabe von leicht zersetzbarem Kohlenstoff an den Boden (Wurzelexudation) steigt. Beides könnte die Denitrifikation und damit die N2O-Produktion begünstigen, ebenso die Methanproduktion, wenn im Boden anaerobe Bedingungen (z.B. durch Überflutung) eintreten. Steigende Bodenfeuchte würde zugleich die Sauerstoff-abhängige Methanoxidation im Oberboden hemmen. Zu diesem Thema existieren bislang weltweit nur Kurzzeit- und Laborstudien. Im hier vorgestellten Projekt werden im Freilandexperiment die Langzeitauswirkungen steigender atmosphärischer CO2-Konzentrationen über das System Pflanze-Boden auf die Flüsse der klimawirksamen Spurengase N2O und CH4 in einem artenreichen Dauergrünland untersucht. Hierzu gelangt ein im Institut für Pflanzenökologie neuentwickeltes Freiland-CO2-Anreicherungssystem (FACE) zur Anwendung, bei dem die CO2-Konzentration in drei Anreicherungsringen seit Mai 1998 um etwa 20 Prozent gegenüber den drei Kontrollringen erhöht wurde. Über die Jahresbilanzierungen der Spurengasflüsse sowie über begleitende Prozessstudien soll geklärt werden, wie und auf welche Weise erhöhtes CO2 auf die N2O- und CH4-Spurengasflüsse rückwirkt. Die ersten Ergebnisse zeigen deutlich, dass in einem etablierten artenreichen Ökosystem wie dem untersuchten Feuchtgrünland zuerst die unterirdischen Prozesse auf die steigenden CO2-Konzentrationen reagierten (Bestandesatmung). Die oberirdische Biomasse zeigte erst nach etwa 1,5 Jahren der CO2-Anreicherung einen signifikanten Zuwachs gegenüber den Kontrollflächen. Im Jahr 1997, vor dem Beginn der CO2 -Anreicherung, waren sowohl die N2O-Emissionen als auch die CH4 Flüsse auf den (späteren) Anreicherungs- und den Kontrollflächen fast identisch. Seit Beginn der Anreicherung hingegen sind die N2O-Emissionen vor allem während der Vegetationsperiode dramatisch angestiegen: auf 278 Prozent der Emissionen der Kontrollflächen. Die Methanoxidation war rückläufig unter erhöhtem CO2: Mittlerweile oxidieren die CO2 Anreicherungsflächen 20 Prozent weniger CH4 als die Kontrollflächen (Jahr 2000), wobei auch hier der größte Unterschied während der Vegetationsperiode auftrat. Eine erhöhte Bodenfeuchte kommt als Erklärung nicht in Frage, da sich diese nicht geändert hat.
Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.
Das Qualitätskriterium für die Müllverbrennung, bzw. für die Ablagerung der Schlacke aus der Thermischen Abfallbehandlung ist der Glühverlust. Im FG Abfalltechnik besteht die begründete Vermutung, dass die Müllverbrennung verändert werden kann, wenn als Qualitätskriterium für eine Ablagerung der Schlacke nicht mehr der Glühverlust verwendet wird, sondern die für die mechanisch-biologisch behandelten Abfälle zu Grunde gelegten Größen Atmungsaktivität und Gasbildungsrate herangezogen werden und dabei in jedem Fall immer noch eine ausreichende Inertisierung erreicht wird. Um dies zu untersuchen soll die in die Müllverbrennung eingesetzte Abfallmenge durch Kurzverbrennungen vergrößert werden. Eine Kurzverbrennung kann durch die Verstärkung der Feuerraumbelastung, sowie die Verkürzung die Verweilzeit des Abfalls im Feuerraum erreicht werden. Den Zuordnungskriterien für Deponien für mechanisch-biologisch vorbehandelten Abfälle liegt der Ansatz zugrunde, dass beim biologischen Teilprozess der MBA der biologisch abbaubare Kohlenstoff weitestgehend abgebaut wird, so dass sich der verbleibende Abfall bei der Ablagerung auf einer Deponie trotz des Vorhandenseins von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen inert verhält. Wenn bei der Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen der biologisch abbaubare Kohlenstoffanteil als leicht flüchtiger Anteil zuerst und schnell abgebaut wird, sollte trotz des oben beschriebenen erhöhten Mülldurchsatzes (Kurzverbrennung), die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate für die Schlacke, eingehalten werden können. Es muss überprüft werden, ob der bei der Kurzverbrennung verbleibende fixe Kohlenstoff biologisch nicht abbaubar ist und dadurch die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate nicht erhöht. Die Auswirkungen der Kurzverbrennung auf den Ausbrand sollen in Versuchen in der Technikumsverbrennungsanlage des FG Abfalltechnik durchgeführt werden. Die Kurzverbrennungen sollen durch zum einen die Erhöhung der Rostbelastung und zum anderen die Reduzierung der Verweilzeit umgesetzt werden. Zur Beurteilung des Ausbrandes wird von den Schlacken die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate und zum Vergleich der Glühverlust bestimmt. Die bei den Versuchen gewonnenen Ergebnisse sollen zeigen, dass eine Erhöhung der Mülldurchsatzleistung erreicht und dennoch ein ausreichender Ausbrand unter den Gesichtspunkten der Atmungsaktivität und der Gasbildungsrate gewährleistet werden kann. Unter diesen Bedingungen könnten die Durchsätze in den Müllverbrennungsanlagen vergrößert werden und dadurch eine Möglichkeit, das ab dem 01.06.2005 erwartete Kapazitätsdefizit an Abfallbehandlungsanlagen zu vermindern oder gar auszugleichen, gegeben werden.
Das Community Land Model (CLM) als Modul von TerrSysMP unterstellt bei der heterotrophen Bodenatmung eine einheitliche Temperaturabhängigkeit. Unsere Studien deuten jedoch eine je nach Randbedingungen (Textur, Porosität, Feuchte, Nährstoffstatus) variable Temperaturabhängigkeit an. Der Einfluss dieser Randbedingungen soll daher in Abhängigkeit von Landnutzung und Bodentyp klassifiziert und in das CLM implementiert werden. Unter Einsatz von nah- und fernerkundlicher Sensorik sowie Mid-Infrarotspektroskopie und Bodeninkubationen in unserem RESPICOND-System werden wir diese Fragestellung für ausgewählte Ausschnitte des Rur-Einzugsgebietes überprüfen.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die Mengen der Wurzelexsudate in einem im Labor modellierten Grünlandökosystem quantifiziert werden. Die Untersuchungen sollen genaue Kenntnis über die Teilkomponenten der Rhizodeposition und der Bodenatmung erbringen. Zur präzisen Quantifizierung der Teilkomponenten der Rhizodeposition wird die Translokation von14C-Assimilaten in den Boden von einem für Grünlandökosystem typischen Vertreter - Lolium perenne - verfolgt. Dabei werden drei aus der Literatur bekannte Methoden mit eigenen Modifikationen und einer selbst entwickelten Methode verglichen. Diese Methoden stützen sich auf die Prinzipien: der Isotopenverdünnung, der Markierung verschiedener Pools in parallelen Varianten, der kurzfristigen Inhibierung der Mikroorganismenaktivität und der zeitlichen Trennung von Prozessen mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Die anderen Kapitel der Habilitationsschrift werden folgenden Teilprozessen der Transformation der niedermolekularen organischen Substanzen im Boden anhand der Ergebnisse früherer Untersuchungen des Antragsstellers gewidmet: 1) den Geschwindigkeiten des mikrobiellen Abbaus der niedermolekularen organischen Substanzen 2) ihrer Verwertung durch die Bodenmikroorganismen 3) Dynamik des Einbaus in die Humusfraktionen und Rezyklierung der Humusfraktionen durch die niedermolekularen organischen Substanzen 4) Aufnahme von niedermolekularen organischen Substanzen durch die Pflanzen (kurz) 5) ihre Migration im Boden (kurz) Ein spezielles Kapitel wird der Transformation der Aminosäuren - den wichtigsten N-haltigen organischen Substanzen im boden - gewidmet. Die experimentellen Ergebnisse werden in der Habilitation zu einem Gesamtkonzept der Transformation der niedermolekularen organischen Substanzen im Boden zusammengefasst.
Sauerstoffverbrauch und mitochondriale Atmungsaktivitaet verschiedener Gewebe koennen als Kenngroessen des konstitutionellen Leistungsniveaus von Tieren dienen.Das Forschungsvorhaben soll Zusammenhaenge zwischen dem embryonalen Energiemetabolismus und dem Leistungsvermoegen im adulten Stadium aufzeigen. Das Interesse gilt insbesondere den Zusammenhaengen mitVitalitaet, Lege- und Mastleistung von Huehnern und Fasanen, aber auch den Beziehungen zu genetisch fixierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln. Schliesslich dienen die Studien der Etablierung eines Systems zur Evaluierung der Einwirkung externer, chemischer und physikalischer Noxen toxikologischer und produktionstechnischer Natur auf den Gefluegelembryo. Die Untersuchungen werden an Bruteiern von Huehnern, Fasanen und Japanischen Wachteln durchgefuehrt. Die Erfassung des embryonalen Sauerstoffverbrauchserfolgt mit Hilfe einer eigens hierfuer entwickelten Variante der polarographischen Sauerstoffmessung mittels Clark- Zellen. Die Ergebnisse zeigen signifikante Zusammenhaenge zwischen embryonalem Sauerstoffverbrauch und den Schlupfraten, sowie den zu erwartenden Legeleistungen der adulten Tiere. Auch ein Zusammenhang mit genetisch determinierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln konnte nachgewiesen werden. Moegliche Anwendungsbereiche der Methodik liegen in einer vorgezogenen und verkuerzten Leistungspruefung fuer Legehennen. Diese Moeglichkeit wird derzeit ueberprueft. Darueber hinaus laesst das System Moeglichkeiten zur Beurteilung chemisch- physikalischer Noxen und zur Optimierung von Produktionstechniken erwarten.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 141 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 141 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 141 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 123 |
| Englisch | 34 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 113 |
| Webseite | 28 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 124 |
| Lebewesen und Lebensräume | 134 |
| Luft | 107 |
| Mensch und Umwelt | 141 |
| Wasser | 114 |
| Weitere | 141 |
