Das Projekt "Der Einfluß von Düngung auf Ektomykorrhizen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fakultät für Biologie, Botanisches Institut, Lehrstuhl Spezielle Botanik,Mykologie durchgeführt. Auf den Flaechen des ARINUS-Projektes (PEF 1 86 012, 1 90 015, 1 93 006) und durch in-vitro Versuche wurde der Einfluss von Duengungen auf Ektromykorrhizen untersucht. Die Untersuchungen sollten einen Beitrag zur Oekologie und zur Reaktion von Mykorrhizen auf Umweltbelastungen und Restabilisierungsmassnahmen leisten. Die Forschungsarbeiten sollten zur Klaerung folgender Fragen beitragen: - Welchen Einfluss haben Ammoniumsulfat- und Kalium-Magnesiumsulfat-Duengungen auf die Mykorrhizierung und das Wurzelwachstum in Waldoekosystemen? Ist ein Rueckgang der Mykorthizafrequenz zu beobachten? Treten anatomische und morphologische Veraenderungen an den Mykorrhizen der geduengten Flaechen auf? - Wird die Zusammensetzung der Mykorrhizatypen veraendert? Verschwinden gewisse Mykorrhizatypen, bzw. erfahren andere eine starke Foerderung? - Unterscheiden sich verschiedene Mykorrhizatypen in ihrer Aufnahme- und Speicherfaehigkeit der Elemente Mg, K, P und N? Besteht ein Zusammenhang mit der Hyphenmantelstruktur? In Kulturversuchen mit Fichtensaemlingen wird einem Mykorrhizapilz (Pisolithus tinctorius) wurde der Einfluss von verschiedenen Stickstoff(N)-Formen und N-Konzentrationen auf die Mykorrhizierung und den Elementgehalt in Wurzeln und Nadeln untersucht. Bei den niedrigsten Konzentrationen (7 ppm N) war die Hartig-Netz-Bildung gering, im Bereich 25-56 ppm N war die Mykorrhizierung am besten. In den hoeheren Varianten kam es noch zu einer Hyphenmantelbildung, ein Hartig-Netz fehlte jedoch ganz und es gab viele intrazellulaere Infektionen. Auf den ARINUS-Versuchsflaechen wurde der Einfluss von Mg-Sulfat- und Ammonum-SulfatDuengungen' auf Mykorrhizen und Feinwurzeln untersucht. Die N-Duengung bewirkte eine Reduktion der relativen Mykorrhizahaeuflgkeit und einen Anstieg der unxnykorrhizierten Spitzen. Nach der Mg-Duengung blieb die relative Mykorrhizahaeufigkeit unveraendert, der Prozentsatz an unmykorrhizierten Spitien stieg leicht an. Eine Zunahme von Schaeden an Mykorrhizen (Nematodenbefall, abgestorbene Meristeme, Infektionen im Zentralzylinder) und Feinwurzeln (abgestorbene, uebergipfelte Wurzelspitzen) wurde im Zusammenhang mit den Duengungen nicht bemerkt. Die Mg-Gehalte der Feinstwurzeln stiegen nach der Mg-Duengung deutlich an, die N-Gehalte blieben nach der N-Duengung nahezu unveraendert. Alle Teilflaechen zeigten eine grosse Mykorrhizaartenvielfalt: insgesamt konnten 32 verschiedene Formen naeahgewiesen werden, pro Teilflaeche waren es zwischen 17 und 21 Formen. Eine Veraenderung des Artenspektrums wurde nach den Duengungen nicht beobachtet.
Das Projekt "Nitrogen and drought effects on the tree-soil interaction of ECM and AM temperate trees" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung durchgeführt. Bäume interagieren mit dem Boden nicht nur durch Wasser- und Nährstoffaufnahme, sondern auch durch die Freisetzung von Wurzelexsudaten, die die Löslichkeit von mineralischen Nährstoffen erhöhen, Substrate für Bodenbiota darstellen und so die Freisetzung von Nährstoffen aus organischem Material stimulieren können. Diese Wechselwirkung zwischen Baum und Boden wird durch symbiotische Wurzelassoziationen beeinflusst. Zu den zwei Haupttypen der symbiotischen Wurzelassoziationen in mitteleuropäischen Wäldern gehören arbuskuläre Mykorrhizen und Ektomykorrhizen, die wichtige Wurzelfunktionen und Rhizosphärenprozesse wie die Ressourcenaufnahme, die Wurzelstreuqualität und deren Umsatz, das 'priming' von Mikroorganismen und die Kohlenstoffspeicherung im Boden beeinflussen. Während der Einfluss von einzelnen, leicht zu kultivierenden symbiotischen Wurzelpartnern auf die Phosphoraufnahme weitgehend anerkannt ist, sind die Einflüsse von Mikroorganismengemeinschaften auf Ökosysteme immer noch wenig erforscht, obwohl sie die Kohlenstofffestlegung und den Umsatz von organischem C in Waldböden bestimmen. Ein besseres Verständnis der Rhizo- und Hyphosphärendynamik ist daher entscheidend, um Vorhersagen treffen zu können, wie sich die Bodenkohlenstoffspeicherung wichtiger mitteleuropäischer Baumarten bei steigenden Stickstoffeinträgen und zunehmender Sommertrockenheit verändern wird. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt untersucht den Einfluss von symbiotischen Mykorrhizen auf wichtige Wurzelfunktionen und setzt eine neu entwickelte in situ-Methode zur Messung von Wurzelexsudaten, Mini-Rhizoskop-Studien und 15N-Markierungsexperimente ein. Vier ektomykorrhizierte (Fagus sylvatica, Quercus robur, Tilia cordata, Carpinus betulus) und vier arbuskulär mykorrhizierte (Fraxinus excelsior, Acer pseudoplatanus, Acer platanoides, Prunus avium) Baumarten werden als Beispiele aus der temperaten Baumflora ausgewählt. Wir untersuchen Bäume mit indigenen forstlichen Mikroorganismen, um zeigen zu können, welchen Einfluss diverse mikrobielle Gemeinschaften auf die Wurzellebensdauer, Exsudation und Stickstoffaufnahme haben. Drei zentrale Hypothesen werden in einem integrierten Forschungsansatz getestet, bestehend aus (i) Freilanduntersuchungen der Rhizosphärendynamik der acht genannten Baumarten in einem Mischbestand, der natürlicher Sommertrockenheit ausgesetzt ist, und (ii) einem Experiment zum Einfluss unterschiedlicher indigener mikrobieller Gemeinschaften auf Wurzelfunktionen und Rhizosphärendynamik von Jungbäumen dieser acht Baumarten unter kontrolliertem Trockenstress im Göttinger Wurzellabor und assoziierten Lysimetern. Der Einfluss der symbiotischen Wurzelpartner auf wichtige Wurzelfunktionen wird vor dem Hintergrund der prognostizierten ansteigenden Stickstoffverfügbarkeit und zunehmenden Sommertrockenheit als Konsequenz des globalen Wandels untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben 1/5: Abbau von Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) durch Mykorrhiza-Pilze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft durchgeführt. Es wird die Rolle von Ektomykorrhizen der Baumarten Pinus sylvestris, Quercus robur und Betula pendula fuer den PAK-Abbau oder die Freisetzung von im Humuskomplex gebundenen PAK untersucht. Das Screening der Mykorrhizapilze auf Schadstofftoleranz und metabolische Leistungsfaehigkeit erfolgt im Rahmen von in vitro-Versuchen mit Anthracen, Phenanthren und Pyren als PAK-Modellsubstanzen. In der Versuchsreihe mit sterilen Fruchtkoerperstuecken wurden die groessten PAK-Abbauraten durch Gattungen erzielt, bei denen hohe Gehalte an Laccase und Tyrosinase nachgewiesen werden konnten. Fortgesetzt werden die Versuche im Gewaechshaus mit mykorrhizierten Baeumen und real kontaminierten Boeden. Neben der Fragestellung des PAK-Abbaus ist zu klaeren, ob es zu einer Schaedigung der Mykorrhiza bzw. Hemmung der pflanzlichen Prozesse kommt. Mit dem Anbau von speziell mykorrhizierten Gehoelzen soll ein oekonomisch tragbares Sanierungsverfahren fuer grossflaechige Kontaminationen (bei geringen PAK-Gehalten) bereitgestellt werden.
Das Projekt "Interaktionen zwischen Buche und Fichte in Abhängigkeit von Trockenheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Department Ökologie, Lehrstuhl für Ökophysiologie der Pflanzen durchgeführt. In den Wäldern Mitteleuropas dominieren Fichte (Picea abies (L.) Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.). Aufgrund ihrer vorteilhaften Wirkungen und Leistungen werden diese Arten in Mischkulturen bevorzugt, allerdings ist das Verhalten solcher Mischungen bei Stress, unter anderem bedingt durch Klimaveränderungen, infrage gestellt. Anhand eines ökologischen Transektes von feuchten zu trockenen Standorten und eines Überdachungsexperimentes werden die Auswirkungen von Trockenheiten von 3 Teilprojekten untersucht: (A) Zuwachs auf Baum- und Bestandesebene, (B) artspezifische Reaktionsmuster unter inner- und zwischenartlichen Wuchsbedingungen bei trockenheitsbedingter Xylem-Dysfunktion und Kohlenstoffverarmung und (C) Wirkung von Ektomykorrhizen auf Wurzel- und Baumwachstum. Die entlang eines Niederschlagsgradienten erzielten Wechselwirkungen zwischen Fichte und Buche werden untermauert durch experimentelle Befunde und Modellszenarien mit ökophysiologischen Prozessmodellen. Am Projekt sind drei antragstellende Arbeitsgruppen beteiligt sowie zwei externe Arbeitsgruppen. Durch Zusammenführung von Expertise in der langfristigen Versuchsbeobachtung, einzigartiger Infrastruktur, die durch das Kranprojekt im Kranzberger Forst gegeben ist und innovative Modellierungsansätze entsteht ein Projekt mit großer Synergie, Innovation und Erfolgsaussicht.
Das Projekt "Untersuchungen zur Co-Dynamik der genetischen Diversität von Tannen (Abies alba Mill.) und mit ihr vergesellschafteter Ektomykorrhiza-Pilze nach Großstörungsereignissen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachbereich Biologie, Professur Naturschutzbiologie durchgeführt. In den letzten beiden Jahrzehnten haben Störungen durch Sturm- und Orkanereignisse (1990: Vivian, Wiebke; 1999: Lothar) vor allem in Südwestdeutschland zu großen Kahlflächen geführt. Diese bieten sich hervorragend als Modellflächen an zur Erforschung des Einflusses von Großstörungsereignissen auf eine Co-Dynamik der genetischen Diversität von Baumarten und ihrer obligat vergesellschafteten Ektomykorrhiza während nachfolgender Sukzessionsprozesse. Erstmalig sollen solche Untersuchungen im Rahmen eine diszplinären Verbundprojektes am Symbion 'Tanne' (Tannenindividuum - Ektomykorrhiza) durchgeführt werden. An denselben und räumlich explizit erfassten Tannenindividuen (Alt- bzw. Jungbäumen) werden vergleichende populationsgenetische und geostatistische Untersuchungen bezogen auf Baum und Ektomykorrhiza durchgeführt. Die Genotypisierungen bzw. genetischen Fingerprintings erfolgen mittels molekularer Marker. Die Erfassung und Verschneidung räumlich genetischer Muster von Wirtsbaum und zugehörigem Symbiosepar tner soll zuletzt zur Untersuchung einer räumlichen Co-Dynamik führen. In Simulationsstudien sollen diese Muster über Generationen fortgeschrieben werden, indem die Parameter 'Größe der Störungsfläche' und 'Ausmaß und Verteilung der genetischen Diversität der angrenzenden Source-Bestände' verändert werden.
Das Projekt "Funktionelle Anatomie und Oekologie von Mykorrhizen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Institut für Systematische Botanik durchgeführt. Durch intensive anatomisch-morphologische Studien an Ektomykorrhizen konnte bisher und wird noch in verstaerktem Masse eine breite Palette an unterschiedlichst organisierten Ektomykorrhizen und Ektomykorrhizen verschiedenster Pilzverwandschaften charakterisiert werden. Diese Ektomykorrhizen sollen verglichen und dabei festgestellt werden, wie sich Verteilung, Organisation und Ontogenie der zuleitenden Elemente, speziell der Rhizomorphen darstellt. Aus solchen Untersuchungen zur funktionellen Anatomie werden Rueckschluesse auf die Effektivitaet der Mykorrhizen moeglich. Mit diesen Untersuchungen sollen letzlich die Voraussetzungen geschaffen werden, in ausgewaehlten Vergleichsbestaenden den Anteil der vorkommenden, unterschiedlich organisierten Ektomykorrhiza-Arten statistisch zu erfassen.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Untersuchungen zum Einfluss transgener Pappeln auf die mit ihnen assoziierten Mykorrhizapilze in schwermetallhaltigen Boeden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Botanisches Institut, Lehrstuhl Physiologische Ökologie der Pflanzen durchgeführt. Glutathion bildet die Grundlage fuer die Synthese cysteinreicher Peptide, die einen wesentlichen Anteil an der Schwermetalltoleranz von Pflanzen haben. Transgene Aspen mit einer erhoehten Kapazitaet zur Snythese von Glutathion sollen daher auf ihr Potential hin untersucht werden, schwermetallreiche Boeden zu entgiften. Aspen sind fuer ihre Wasser- und Naehrsalzversorgung auf die Symbiose mit Bodenpilzen angewiesen (Mykorrhiza). Ihr Potential zur Bodenentgiftung haengt damit stark von ihrer Faehigkeit ab, im Freiland auch nach Transformation solche Symbiosen einzugehen. Da die gentechnische Veraenderung in den transgenen Aspen zu einem verstaerkten Schwefelbedarf sowie zu einer erhoehten Einlagerung von Schwermetallen in die Blaetter fuehrt, soll untersucht werden, ob (a) der erhoehte Schwefelbedarf der Pflanzen deren Mykorrhizierung veraendert, (b) die erhoehte Kapazitaet der transgenen Aspen Schwermetalle zu entgiften auch fuer mykorrhizierte Freilandpflanzen gilt, da die Pilzpartner selbst eine wichtige Rolle in der Schwermetalle uebernehmen koennen, (c) es unter Freilandbedingungen zu einem horizontalen Gentransfer von Aspen auf die assoziierten Ektomkorrhizapilze kommt.
Das Projekt "Naehrstoffaufnahme und Veraenderungen in der Rhizosphaere von Fichten unter verschiedenen Umweltbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät III Agrarwissenschaften I, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Pflanzenwurzeln koennen die chemischen und physikalischen Bedingungen in ihrer unmittelbaren Bodenumgebung, der Rhizosphaere, aktiv beeinflussen. Durch Wurzelabscheidungen und andere Mechanismen veraendern sie zum Beispiel die Verfuegbarkeit von Bodennaehrstoffen und den Saeuregrad (pH-Wert) des Bodens. Diese Effekte haben auf den meist naehrstoffarmen Waldboeden eine besondere Bedeutung, genauso wie die Intensitaet des jaehrlichen Wurzelzuwachses und die Lebensdauer der Wurzeln. Unter Verwendung verschiedener Waldboeden werden deshalb unter kontrollierten Bedingungen Versuche durchgefuehrt. Sie sollen zeigen, wie verschiedene Umwelteinfluesse wie (Trockenheit, Bodenversauerung, Naehrstoffmangel und Naehrstoffueberschuss) das Wurzelwachstum der Fichten beeinflussen und wie die Wurzeln in ihrer Aktivitaet darauf reagieren. Fichtenwurzeln leben, wie die Wurzeln fast aller anderen Baeume, sehr haeufig in Symbiose mit bestimmten Pilztypen (Ektomykorrhizen). Auch der Beitrag und die Wirkungsweise dieser Mykorrhizen beim Wachstum von Fichten soll charakterisiert werden. Die Beobachtung der Wechselwirkungen im Raum Pflanzenwurzel- Pilz-Boden koennte auch die Aufstellung von Kausalanalysen zum Auftreten neuartiger Waldschaeden erleichtern.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Lokalisation der Kationenaufnahme von Ektomykorrhizen in Modellsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fakultät für Biologie, Botanisches Institut durchgeführt. Es ist heute allgemein anerkannt, dass die Naehrstoffaufnahme der Pinaceen und Fagaceen ueberwiegend ueber die mykorrhizierten Saugwurzeln laeuft. Daraus ergibt sich die Frage, ob die Naehrstoffaufnahme der Baeume nur aus den im Makroporenwasser geloesten Elementen ueber die Hyphenmanteloberflaeche erfolgt, oder ob Hyphen in Fein- und Mittelporen zusaetzlich Elemente mobilisieren koennen. In Modellversuchen soll deshalb gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Hildebrand, FVA Baden-Wuerttemberg, geklaert werden, wo die Kationenaufnahme der Ektomykorrhizen von Fichten erfolgt, von welchen Bereichen der Mykorrhiza, der Hyphenmanteloberflaeche, den abgehenden Hyphenstraengen oder nur den wachsenden Hyphenspitzen Kationen aufgenommen werden koennen und aus welchen Bodenkompartimenten diese entnommen werden. Es soll geklaert werden, inwieweit der Aggregatzustand des Bodens und die Verfuegbarkeit von Naehrelementen, Wasser und Sauerstoff das Hyphenwachstum in Fein- und Mittelporen beeinflussen und welche Auswirkungen das auf die Kationenaufnahme der Mykorrhizen hat. Fuer die Untersuchung wurden die Fichtensaetzlinge unter sterilen Bedingungen in Petrischalen nach dem in der Arbeitsgruppe der Antragsteller ueblichen Verfahren mykorrhiziert. Als Pilzpartner wurden Piloderma croceum und Paxillus involutus eingesetzt. Je Horizont und Pilzpartner wurden 10 Vergleichsproben bepflanzt und auf dem Filterbett kultiviert. Die Bodenproben wurden in natuerlicher Lagerung von den Versuchsstandorten Schoellkopf, Steinwald und Hirschkopf (Hochschwarzwald) entnommen, mit Lanthannitrat markiert, mykorrhizierte Fichtensaemlinge eingebracht und diese auf Filterbetten bei definierter Wasserspannung (30, 160 u. 900 hPa) mehrere Wochen kultiviert. Das von den Mykorrhizen in den Boden eingewachsene Myzel sowie die Mykorrhizen selbst wurden anschliessend unter Einsatz der Elektronen-Energieverlust-Analyse am TEM9O2 bezueglich Lanthanaufnahme untersucht. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen standortspezifische, reproduzierbare Unterschiede in der Entwicklung der Behandlungsvarianten. Nasse Standortsbedingungen wirkten sich auf die Wurzel- und Mykorrhizaentwicklung nicht nachteilig aus, wenn eine guenstige Aggregatstruktur mit ausreichender Belueftung des Bodens gegeben war (Standort Steinwald ). Anderenfalls (Standorte Schoellkopf' und Hirschkopf') wirkte sich erhoehte Bodenfeuchte insbesondere im Ah auf beinahe alle gemessenen Parameter wachstumsmindernd aus. Hieraus kann gefolgert werden, dass die Mykorrhizen auf den Nassvarianten der Boeden Schoellkopf' und Hirschkopf' Kontakt zur Bodenloesung hatten, waehrend im Versuch Steinwald lufterfuellte Hohlraeume durch Myzel ueberbrueckt werden muessen. Lanthanaufnahme konnte sowohl ueber den apoplastischen wie auch den symplastischen Transport nachgewiesen werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Funktionelle Diversität von Mykorrhizapilzen in Beziehung zu Landnutzungsänderungen und Ökosystemfunktionen (Ectomyc)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Im Projekt ECTOMYC werden Ökosystemfunktionen und Artenreichtum von Ektomykorrhizapilzen an den Wurzeln ihrer Wirtsbäume untersucht und die Reaktion dieser Pilzgesellschaften auf Waldbewirtschaftungsmaßnahmen charakterisiert. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Boden pH, Bewirtschaftungsintensität, Baumart und Wurzelnährelementgehalt Triebkräfte für die taxonomische Zusammensetzung von Pilzgesellschaften sind. Mit Hilfe stabiler Isotope (15NO3-, 15NH4+) zeigten wir, dass verschiedene Ektomykorrhiza-Arten große Unterschiede im Hinblick auf ihre N-Anreicherung aufwiesen. Dies zeigt, dass erhebliche Art-spezifische Unterschiede in der Pilzgemeinschaft für die N-Akquise bestehen. Über den gesamten Gradienten der Waldplots in den Exploratorien wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen N und der Zusammensetzung der Pilzgesellschaften nachgewiesen. Obgleich 'traits' von Pilzen wichtig für Dynamik von Nährstoffkreisläufen in Ökosystemen sind, gibt es nur wenige Untersuchungen über die Substratpräferenzen von Pilzen in ihrer natürlichen Umgebung. Um diese Wissenslücken zu schließen, planen wir in der neuen Phase folgende Untersuchungen: i) Analyse der zeitlichen und räumlichen Variation der Zusammensetzung der Pilzgesellschaften an Wurzeln (Mkcorrhiza, Saprophyten, Pathogene) und ihrer potentiellen Triebkräfte (Landnutzung, Klima, Boden, Wurzelnährelemente) ii) Analyse von Substratpräferenzen von Pilzgesellschaften in Köderexperimenten iii) Etablierung kausaler Zusammenhänge zwischen forstlichen Eingriffen (Lückenhieb), Veränderungen der Wurzelphysiologie und der Funktion und Diversität von unterschiedlichen ökologischen Gruppen in Pilzgesellschaften Um diese Ziele zu erreichen, soll die Diversität der Pilzgesellschaften auf den 150 experimentellen Waldplots untersucht und die Ergebnisse genutzt werden, um die Zeit-räumliche Variation der Pilzgesellschaften von 2014-2020 zu erforschen. Des Weiteren werden wir Substratköder auslegen und die besiedelnden Pilzgemeinschaften untersuchen. Durch das neue Waldexperiment (Auflichtung) wird der Kohlenstofffluss in den Boden stark verändert. Wir wollen diese Situation nutzen, um den Einfluss auf die Wurzelphysiologie, die Wurzel-assoziierten Pilzgesellschaften und mögliche feedback Reaktionen auf die Baumernährung zu analysieren. Insgesamt werden die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis von funktionalen Zusammenhängen von Artengemeinschaften in Ökosystemen beitragen.
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