Das Projekt "Konstruktion einer cDNA-Bibliothek von Zellsuspensionskulturen von Kornrade (Agrostemma githago L.) zum Screening auf unbekannte P450-Sequenzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Pflanzliche Cytochrom-P450-Monooxygenasen (P450s oder CYPs) sind wichtige Enzyme des Sekundärmetabolismus. Sie spielen weiterhin eine große Rolle im Metabolismus von Xenobiotika - wie z.B. Pestiziden, insbesondere Herbiziden. Spezies-Unterschiede in der Aktivität bestimmter P450s zum Metabolismus von Herbiziden werden als der Mechanismus angesehen, der es toleranten Pflanzenspezies ermöglicht, gegenüber Herbiziden weniger empfindlich zu sein als andere. P450s, die im Pestizid-Metabolism involviert sind, üben vermutlich auch eine Funktion im Sekundär-Metabolismus aus. CYP73A1 z.B. ist die trans-Zimtsäure-Hydroxylase aus Jerusalem-Artichoke, die auch die Ring-Methyl-Hydroxylierung von Chlortoluron katalysiert, wie durch Expression ihrer cDNA in Hefe gezeigt wurde. Ein Wissenszuwachs über P450s, die in empfindlichen und toleranten Pflanzen vorkommen, und über molekulare Mechanismen, die den P450-katalysierten Metabolismus von Herbiziden in toleranten Pflanzen verantwortlich sind, kann zu einem Verständis der Herbizid-Resistenz und ihrer Entwicklung beitragen. Auf Grund seiner Toxizität war Kornrade (Agrostemma githago L.) in der Vergangenheit ein problematisches Unkraut in europäischen Getreidefeldern. Heutzutage ist die Pflanze fast ausgestorben - als Folge des Einsatzes von Herbiziden und einer verbesserten industriellen Saatgutreinigung. In Weizenfeldern, sind eine Reihe Herbizide effektiv gegenüber Kornrade (z.B. Triasulfuron, Diuron, Metribuzin, Dicamba + 2,4-D und Bromoxynil). Obwohl bislang über Resistenz bei Kornrade nicht berichtet wurde, sind Zellsuspensionskulturen der Kornrade in der Lage, die Herbizide Metamitron und Atrazin sowie das Xenoestrogen Nonylphenol zu metabolisieren. Die Metaboliten, die identifziert wurden, entstehen durch Dealkylierung und Hydroxylierung der aromatischen und aliphatischen Teilstrukturen der Ausgangsverbindungen. Da diese Reaktionen als typisch für P450-Enzyme im Metabolismus von Xenobiotika angesehen werden, kann man vermuten, dass P450s an der beobachteten Metabolisierung beteiligt sind. In Verlauf des Projektes wurde eine Plasmid-abhängige cDNA-Bibliothek von Kornrade-Zellsuspensionskulturen konstruiert, um unbekannte P450-Sequenzen zu isolieren. Um eine erhöhte Expression von P450s zu erreichen, wurden die Zellen mit dem Herbizid-Safener Benoxacor behandelt, von dem bekannt ist, dass er den P450-Gehalt von Mais-Keimlingen deutlich erhöht. Um sicherzustellen, dass die Kornradezellen der Suspensionskultur die gewünschten Enzyme noch exprimieren, wurde ihre Fähigkeit, 4-n-Nonylphenol (4-n-NP) durch Oxidation zu metabolisieren, in einer Metabolismus-Studie mit dem radioaktiv-markierten (ring-U-14C)4-n-Nonylphenol überprüft. Nach Anwendung verschiedener molekularbiologischer Techniken konnten letztlich mittels einer PCR-Strategie unter Verwendung P450-spezifischer degenerierter Primer zwei PCR-Produkte kloniert werden. U.s.w.
Das Projekt "China-Pilotprojekte: Prozessuntersuchung der atmosphärischen Schadstoffbildung aus anthropogenen und biogenen chemischen Vorläufern und ihr Einfluss auf Luftqualität und Klima" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung, Troposphäre (IEK-8) durchgeführt. Das Vorhaben umfasst die quantitative Untersuchung der chemischen Bildungs- und Reaktionsmechanismen von kurzlebigen klimawirksamen Schadstoffen (Short-Lived Climate-forcing Pollutants, SLCPs) und deren Einfluss auf das Klima innerhalb des International Joint Laboratory for Regional Pollution Control (IJRC). Das Verständnis von chemischen Mechanismen zur Beschreibung atmosphärischer Spurenstoffumwandlung und Bildung von Aerosolen mittels Feldexperimenten ist eine notwendige Voraussetzung um gegenwärtige und zukünftige Auswirkungen von SLCPs auf Luftqualität und Klima zu verstehen und gegeben falls zu regulieren. In diesem Projekt sollen die saisonalen und täglichen Schwankungen von Radikalen, Ozon und anderen atmosphärischen Oxidantien in einer hauptsächlich bewaldeten Umgebung (Messungen atmosphärischer Umgebungsluft in der SAPHIR Kammer auf dem Campus des FZJ) und in einer Umgebung in China (Yangtze River Delta, YRD), die von biogenen und anthropogenen Emission beeinflusst ist, gemessen werden. Der chemische Abbau von volatilen organischen Verbindungen (VOCs) und Stickoxiden (NOx) und die daraus resultierende Bildung von SLCPs, mit dem Schwerpunkt auf Ozon- und Aerosolbildung soll im Detail an beiden Standorten untersucht werden. Umfassende Messungen von atmosphärischen Radikalen, Spurengasen und Aerosolen an beiden Standorten erlauben eine detaillierte Analyse und eine entscheidende Weiterentwicklung des Verständnisses der chemischen Reaktionsmechanismen. Das verbesserte Verständnis von den Reaktionsmechanismen wird in regionale und globale Vorhersagemodelle für Luftqualität und chemische Vorhersagen integriert werden.
Das Projekt "BioFlüssigGas - Biologische Flüssiggaserzeugung im Labor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, MARUM - Zentrum für marine Umweltwissenschaften, Arbeitsgruppe Organische Geochemie durchgeführt. Propan dient verflüssigt als Brenn- und Heizgas (Flüssiggas), etwa bei Pkw als Autogas oder für den Heißluftballon, sowie als Kältemittel, als möglicher Bestandteil des Treibmittels in Sprays und Softairs sowie zur Herstellung von Ethylen und Propen. Propan wird unter Druck verflüssigt in Gasflaschen oder Tanks gelagert. Diese 'mobile' Energie ist besonders wichtig für Verbrauchsstellen mit wechselnden Standorten, z.B. beim Camping, im Handwerk, im Baugewerbe, in der Autogentechnik u.ä.. Leider kann dieser praktische und in der Handhabung sichere Energieträger bisher nur aus Erdgas gewonnen oder in Erdölraffinerien beim Cracken von Erdöl hergestellt werden. Ziel des Projektes ist die Herstellung von Propan durch Mikroorganismen aus Tiefseesedimenten im Labormaßstab. Der Antragsteller hat im Rahmen seiner Forschungstätigkeit die Bildung von Propan in Tiefseesedimentproben nachgewiesen. Eine mögliche wirtschaftliche Verwertung der biologischen Flüssiggasproduktion soll im Rahmen dieses Vorhabens experimentell geprüft und bewertet werden. Der Prozess der mikrobiellen Flüssiggaserzeugung soll gezielt stimuliert und untersucht werden: Zur Aufklärung des Bildungsmechanismus und zur Ermittlung der Bedingungen, unter denen die noch unbekannten Mikroorganismen Flüssiggas produzieren, sowie zur Identifizierung, Anreicherung und Isolierung der verantwortlichen Mikroorganismen.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. OXYCOAL-AC/ITM/BP1: 1.) Ziel ist es, die Interaktion von Strömungsturbulenz und Verbrennungschemie detailliert mathematisch zu beschreiben. Der Modellierungsansatz des Flamelet-Konzepts nutzt die Separierung der Skalen von Turbulenz und Chemie aus und ermöglicht bei auch für den industriellen Einsatz tolerablen Rechenzeiten eine detaillierte Beschreibung der Reaktionskinetik und der Schadstoffbildung in einer turbulenten dreidimensionalen Strömung. 2.) Für die Kohleverbrennung in O2-CO2-Atmosphäre muss die charakteristische chemische Kinetik für die Gasphase erarbeitet werden. Die Spezieskonzentrationen, die Zerfallskanäle bei der Oxidation und die Schadstoffentstehung von NOx werden durch detaillierte und reduzierte chemische Mechanismen im Detail aufgelöst. Der Besonderheit des Verbrennungsprozesses im FLOX-Modus, die vom großen Anteil rezirkulierenden Abgases im Brennraum herrührt, soll bei der Aufstellung der Mechanismen besonders berücksichtigt werden. 3.) Die erarbeiteten Kinetiken für Verbrennung und Schadstoffbildung werden in der 2. Bearbeitungsphase als Modul in einen angepassten turbulenten Strömungslöser integriert, der die Brennkammersimulation durchführen soll.
Das Projekt "Quantifizierung sekundärer Eisbildungsmechanismen: das Zersplittern gefrierender Tropfen gegen Tropfen-Eispartikel-Kollision" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Eine verlässliche Modellierung der Wolkenprozesse für die Wetter- und Klimavorhersage bedarf eines fundierten Verständnisses der Eisbildung in Mischphasenwolken. Jedoch überschreiten in situ gemessene Eiskristallkonzentrationen oft die Konzentration der eisnukleierenden Partikel um mehrere Größenordnungen. Motiviert durch diese Diskrepanz sucht die Atmosphärenforschungsgemeinschaft nach Sekundären Eisbildungsmechanismen (SIP), d.h. Prozessen, bei denen zusätzliche Eispartikel zum Beispiel durch Fragmentierung vorhandener Eispartikel oder während des Tropfengefrierens gebildet werden.In Zusammenarbeit zwischen dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) in Leipzig und dem Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) planen wir, zwei mögliche SIP Mechanismen zu untersuchen: die Bildung von sekundären Eispartikeln, verursacht durch (A) Tropfen-Eispartikel Kollisionen (Eissplitterentstehung) und (B) dem Zersplittern gefrierender Tropfen. Es wird angenommen, dass diese zwei SIP Mechanismen in Mischphasenwolken besondere Relevanz besitzen.Folgende Hauptziele wird das geplante Projekt umfassen: (1) die Entwicklung eines neuen experimentellen Aufbaus (Ice Droplet splintEring and FragmentatIon eXperiment, IDEFIX), um die Bildung sekundärer Eispartikel durch (A) und (B) zu untersuchen, (2) die Identifizierung des physikalischen Mechanismus der sekundären Eisbildung mittels Hochgeschwindigkeitsvideoüberwachung eines SIP Ereignisses, (3) die Quantifizierung der Anzahl sekundärer Eispartikel in Abhängigkeit von der Temperatur, Tropfengröße und Aufprallgeschwindigkeit (A) und von der Tropfengröße und -zusammensetzung (B), und (4) die Entwicklung von Parametrisierungen beider SIP Mechanismen (A) und (B). Diese Parametrisierungen werden von externen Kooperationspartnern in Modellen, die Wolkenmikrophysik auflösen, für die Beschreibung der SIP Mechanismen angewendet.Bei der Entwicklung von IDEFIX werden wir von der langjährigen Erfahrung beider Kooperationspartner profitieren: die Expertise des TROPOS Teams bzgl. der Tropfen-/Eisbildung und des Tropfen-/Eispartikelwachstums und Verdunstung in einem wohl definierten thermodynamisch kontrollierten System, sowie der Detektion dieser Hydrometeore, und der Expertise des KIT Teams für die Hochgeschwindigkeitsvideobeobachtung von freischwebenden gefrierenden Tropfen. Das modulare Design von IDEFIX ermöglicht es beiden Kooperationspartnern ihre Möglichkeiten für die Modulentwicklung vor Ort auszuschöpfen und dann beim Experimentieren in einer Reihe von Messkampagnen, die am TROPOS durchgeführt werden, zusammenzuführen.