Das Projekt "Wirkung von UV-B-Strahlung und Wasserstress auf Fichte (Picea abies L. Karst.)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Die Wirkung von UV-B-Strahlung (280-320 nm) auf Pflanzen ist vielschichtig und erst in Ansaetzen verstanden. Insbesondere bei Baeumen ist ueber die Wirkung von UV-B-Strahlung in Kombination mit anderen Umweltfaktoren wenig bekannt. Die Fichte Picea abies (L.) Karst ist eine wirtschaftlich wichtige Baumart Bayerns. Eine stete Zunahme der UV-B-Strahlungsintensitaet und ihre Auswirkung auf den Fichtenbestand ist deshalb nicht nur von oekologischer, sondern auch oekonomischer Bedeutung. Ziel des Projektantrags ist es, die interaktive Wirkung von UV-B-Strahlung und sommerlichem Trockenstress auf Jungfichten zu untersuchen. Unter Ausnutzung der natuerlichen Erhoehung der UV-B-Strahlung mit zunehmender Hoehe in der Troposphaere werden Klimakammerexperimente auf dem Wank in 1780 m ue.N.N. in speziell dafuer entwickelten Solardomen durchgefuehrt. Schwerpunkte der Arbeiten sind Untersuchungen ueber die Auswirkung der zunehmenden UV-B-Strahlung auf den photosynthetischen Gaswechsel, die Emission von fluechtigen organischen Verbindungen, die Bildung von isoprenoiden Verbindungen in den Nadeln sowie auf die pflanzlichen Schutzsysteme den antioxidativen Stoffwechsel und die UV-B Schirmpigmente der Fichten. Mit Hilfe dieser Untersuchungen sollen (i) Aussagen ueber das jahreszeitliche Verhalten der Fichten erarbeitet, (insbesondere in welcher Phase der Nadelentwicklung die Beeinflussung durch UV-B-Strahlung am hoechsten ist, (ii) der Einfluss von sommerlichem Trockenstress auf dieses Verhalten beschrieben, (iii) und moegliche Konsequenzen fuer das Wachstum der Fichten abgeschaetzt werden.
Das Projekt "Entwicklung eines biogenen Emissionskatasters fuer Deutschland und Europa" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Kohlenwasserstoffe spielen in der Chemie der Atmosphaere eine grosse Rolle. Sie werden photochemisch abgebaut, wobei Zwischen- oder Endprodukte entstehen, die zum Teil aeusserst toxisch sind und erhebliche Umweltschaeden verursachen koennen. Trotz der Bedeutung der Kohlenwasserstoffe fuer die Chemie der Troposphaere ist die Kenntnis ueber die zeitliche und raeumliche Verteilung der Kohlenwasserstoffemissionen der Biosphaere nur unzureichend. Dies trifft insbesondere fuer die biogenen Kohlenwasserstoffe zu. Im Sommer kann unter bestimmten meteorologischen und pflanzenphysiologischen Bedingungen der biogene Anteil an der gesamten Kohlenwasserstoffemission (BVOC) dem anthropogenen Anteil entsprechen. Mesoskalige Ausbreitungsmodelle benoetigen als Eingabegroesse neben anthropogenen Emissionen auch biogene Emissionen. Ein derartiges BVOC-Emissionskataster ist jedoch in der erforderlichen raeumlichen und zeitlichen Aufloesung fuer Deutschland und Europa derzeit nicht vorhanden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Weiterentwicklung und Bereitstellung von Algorithmen und Eingabedaten fuer die Berechnung von stuendlichen Emissionsraten fuer Isopren, Monoterpene und andere reaktive BVOC in hoher raeumlicher Aufloesung fuer Europa und Deutschland. In einer zweiten Foerderphase ist geplant, nachdem die wesentlichen theoretischen Arbeiten in der ersten Phase abgeschlossen sind, ein Freilandexperiment zur Evaluierung des Emissionskatasters durchzufuehren. Die zu messenden Groessen sowie deren raeumliche und zeitliche Verteilung werden auf die in der ersten Phase erzielten Ergebnisse abgestimmt. Am Experiment werden mehrere Gruppen, die auf dem Gebiet der VOC-Messungen taetig sind, beteiligt. Ein geeigneter Standort wird von diesen Gruppen festgelegt. Ergebnisse: Als Ergebnis der Diskussion zur Bestandsmodellierung ist festzuhalten, dass als geeignetes Bestandsmodell ein Mehrschichtenmodell mit einem K-Ansatz unter Einschluss von Chemie fuer das weitere Vorgehen gewaehlt wird. Auf der Basis einer Literaturrecherche und der Auswertung eigener Arbeiten wurden biogene Emissionsfaktor fuer in Europa typische Baumarten zusammengestellt. Diese Datenbasis wird mit dem Erscheinen von neuen Emissionsfaktoren weiter aktualisiert. Ein erstes Kataster fuer Bayern, enthaelt die Emissionen von Isopren, Monoterpenen und anderen Kohlenwasserstoffen in einer raeumlichen Aufloesung von 1 km x 1 km. Die Emissionen wurden mit einer zeitlichen Aufloesung von einer halben Stunde berechnet. Die Ergebnisse sind als Jahreswerte (einer Vegetationsperiode) und als Halbstundenwerte fuer ausgewaehlte Tage verfuegbar. Bei den Emissionsberechnungen wurden die Monate des Sommerhalbjahres beruecksichtigt, da in diesen Monaten aufgrund der verhaeltnismaessig hohen Temperaturen und starken Sonneneinstrahlung die mit Abstand hoechsten Emissionen zu erwarten sind. Waehrend des Sommers ist mit etwa 90 Prozent der biogenen Emissionen zu rechnen.
Das Projekt "IBÖ-02: Modulares, photosynthetisch-biotechnologisches Verfahren zur Produktion von Terpenen aus Kohlendioxid und Sonnenlicht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Solare Materialien durchgeführt. Das Projekt hat die Entwicklung eines neuartigen biotechnologischen Prozesses zur Produktion von Isoprenoiden wie (S)-Limonen aus Kohlendioxid und Sonnenlicht zum Ziel. Unter den bislang zugänglichen biologischen Brennstoffen ist Limonen die Substanz mit der höchsten Kompatibilität zu gegenwärtig gebräuchlichem Kerosin. Des Weiteren soll der angestrebte Modellprozess als Ausgangsbasis für die Entwicklung einer Plattformtechnologie zur bio-basierten Produktion nachhaltiger Wert- und Treibstoffe dienen. Das angestrebte neuartige Bioprozesskonzept besteht aus einem zweistufigen Reaktionssystem. In der ersten Stufe wird Kohlendioxid durch Algen direkt in Glykolat umgesetzt, unter Umgehung von Algenwachstum (also Biomassebildung). In der zweiten Stufe soll das Glykolat über eine direkt angeschlossene Fermentation ohne weitere Aufreinigung zu Zielprodukten umgesetzt werden. Für diese Glykolatverwertung wird das industriell genutzte Bakterium Escherichia coli eingesetzt. Letzteres und eine erste Kopplung der beiden Schritte steht im Fokus der Sondierungsphase. Es soll also eine Plattformtechnologie für die Entwicklung nachhaltiger Bioprozesse auf der Grundlage von Glykolat etabliert werden, welche eine dramatisch höhere Effizienz besitzt, als dies bei gegenwärtig eingesetzten Biomasse-basierten Technologien der Fall ist. Über ein entsprechendes Agrarkonzept kann dabei eine Konkurrenzsituation mit der Nahrungsmittelproduktion vermieden werden.
Das Projekt "Photoprotective Isoprenoide als physiologische Marker für die Adaptation von Douglasien an Trockenstress und Klimawandel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung der Vielfalt isoprenoidabhängiger Mechanismen zur Toleranz von Trockenheit in Douglasien. Essentielle Isoprenoide, wie beispielsweise Carotenoide, Abscisinsäure und Xanthophylle sind verbreitet in allen grünen Organismen, während Nicht-Isoprenoide zwar weit verbreitet sind, aber dennoch nicht in allen Pflanzenarten vorkommen. Letztere schliessen flüchtige Verbindungen ein, etwa Isopren, Monoterpene und Sesquiterpene. Neben einer Vielzahl bekannter Funktionen wird auch angenommen, dass nicht-essentielle Isoprenoide antioxidative Eigenschaften besitzen und Schutz gegenüber oxidativem Stress etwa bei Trockenstress oder hohen Temperaturen bieten. In diesem Projekt analysieren wir die Muster und die Größenordnung der Emissionen leichtflüchtiger Isoprenoide in fünf unterschiedlichen Provenienzen der Douglasie und erfassen die Produktion essentieller Isoprenoide (im nachgeordneten biosynthetischen Stoffwechselweg) derselben Bäume. Durch die Verwendung von Provenienzen, die sich evolutiv an gegensätzliche Lebensräume angepasst haben, werden wir Muster der Isoprenoid Emissionen und die Bildung essentieller Isoprenoide mit provenienztypischen adaptiven Mechanismen der Trockenheits- bzw. Hitzetoleranz zueinander in Beziehung setzen können. Zu diesem Zweck können wir auf 50 Jahre alte Bäume in großangelegten Herkunftsversuchen zurückgreifen sowie auf Sämlinge, die durch kontrollierte Selbstbestäubung von den entsprechenden Herkünften erzeugt wurden und die unter kontrollierten Bedingungen simulierten Trockenstressbedingungen ausgesetzt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Metabolitanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von numares AG durchgeführt. Zuchtarbeiten zur Entwicklung von kasachischem Löwenzahn (Taraxacum koksaghyz) als nachwachsender Industrierohstoff mit Mehrfachnutzung (Kautschuk, Inulin) sollen weitergeführt werden. Ziele des Vorhabens sind weitere Selektionsschritte im Pflanzenmaterial unter Nutzung unterstützender und beschleunigender Zuchtmethodik (Molekulare Marker, Biomarker, In vitro-Techniken, NMR-Analytik). Ferner soll Saatgut für weitere Vermehrungen gewonnen sowie Wurzeln zur Extraktion von Kautschuk und Inulin geerntet werden. Die Extrakte werden im Pilotmaßstab weiter bearbeitet. Rohstoffchargen sollen bereitgestellt und ihre technischen und physikochemischen Eigenschaften beurteilt werden. In spaltenden Taraxacum koksaghyz Populationen sollen genetische Analysen für agronomisch und metabolomisch relevante Merkmale durchgeführt werden. Isoprenoide und Inulin sollen NMR-analytisch erfasst werden. Selektierte Genotypen sollen in vitro vermehrt, z.T. polyploidisiert sowie in vitro beschleunigt zur Blüte gebracht werden. Sequenzen der Schlüsselgene relevanter Stoffwechselwege sollen als Selektionsmarker eingesetzt und weitere Marker zur Spezies-Identifikation sowie zur markergestützten Rückkreuzung eingesetzt werden. Verschiedene Taraxacum-Arten und daraus hergestellte Bastarde sollen in ihren agronomischen Eigenschaften züchterisch verbessert und letztendlich als Industrierohstoff bereitgestellt werden. Saatgut und Wurzeln werden auf Praxisflächen erzeugt.
Das Projekt "Verwundungsaktivierter Abbau des Sesquiterpens Caulerpenin: Mechanismus und ökologische Bedeutung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen der Isoprenoid-Biosynthese in marinen Makroalgen zu erlangen. Dabei soll die Wehrchemie der invasiven Grünalge Caulerpa taxifolia als Modellsystem vertiefend untersucht werden. Die chemische Verteidigung der Alge basiert nahezu exklusiv auf einem einzelnen dominanten Sesquiterpen, dem Caulerpenin. Der Gesamtkomplex von den frühen Stufen der CaulerpeninBiosynthese über beteiligte Intermediate bis hin zur durch Fraß oder mechanische Beschädigung hervorgerufenen Aktivierung des Caulerpeninabbaus soll durch chemisch-analytische und proteinbiochemische Methoden untersucht werden. Um ein Bild über die beeindruckend effiziente Wehrchemie des Caulerpenins und seiner Folgeprodukte zu erhalten, sollen in Freilandversuchen die im Labor erhaltenen Erkenntnisse an mechanisch und durch Fraß geschädigten Algen und deren Fraßfeinden überprüft werden. Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen die bisherige Wissenslücke über die Isoprenoidbiosynthese in marinen Makroalgen füllen und die Voraussetzung zur vertiefenden mechanistischen Betrachtung der sehr weit verbreiteten auf Isoprenoiden basierenden Wehrchemie anderer mariner Algen schaffen.
Das Projekt "Flüsse von BOVOC zwischen Gebirgsgrasslandökosystemen und der Atmosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Innsbruck, Institut für Ökologie durchgeführt. Flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen (sog. VOCs) beeinflussen die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre und damit das Klima. Emittiert werden diese durch menschliche Aktivitäten und der Biosphäre, der bei weitem größte Teil der Emissionen stammt von Pflanzen. In der Vergangenheit wurden vor allem Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Methan oder Isoprenoide, detailliert untersucht. Biogene oxygenierte VOCs (sog. BOVOCs), wie Methanol, Acetaldehyd und Aceton, wurden hingegen kaum untersucht obwohl diese in signifikanten Mengen in der Atmosphäre vorkommen und deren geschätzte gemeinsame Quellenstärke sich ungefähr auf die Hälfte jener von Isopren, welches die globalen VOC-Emissionen dominiert, beläuft. Dementsprechend unsicher sind die globalen Budgets von Methanol, Acetaldehyd und Aceton, und insbesondere die Abschätzung ihrer biogenen Senken/Quellengrößen. Das übergeordnete Ziel des beantragten Projektes ist es daher das Verständnis über den Austausch von Methanol, Acetaldehyd und Aceton zwischen terrestrischen Ökosystemen und der Atmosphäre zu erhöhen und damit die Fähigkeit diese Prozesse zu simulieren zu verbessern. Dazu wird eine Studie die experimentelle Aspekte mit Simulationsstudien kombiniert für ein Grünlandökosystem im Stubaital (Österreich) durchgeführt. Im Detail werden dabei folgende Zielsetzungen verfolgt: (i) Quantifizierung der saisonalen Flüsse von Methanol, Acetaldehyd und Aceton. In der Vergangenheit wurden VOC-Austauschmessungen häufig im Rahmen von kurzen intensiven Kampagnen bzw. maximal über eine Vegetationsperiode durchgeführt was eine Analyse der interannuellen Variabilität nicht zulässt. Im Rahmen des beantragten Projektes ist daher geplant für zwei weitere Jahre BOVOC-Flussmessungen durchzuführen um so, unter Einbeziehung von zwei Jahren Daten aus einem Vorgängerprojekt, erstmals die interannuelle Variabilität dieser Flüsse untersuchen zu können. (ii) Quantifizierung der Beiträge der Vegetation und des Bodens zum gesamten BOVOC-Austausch. Dazu werden, sowohl im Labor wie im Freiland, BOVOC-Austauschmessungen an Blättern der vorkommenden Pflanzenarten, wie auch, unter Einsatz einer neuartigen nicht destruktiven Methode, vom/zum Boden durchgeführt. (iii) Hochskalierung der unter (ii) erhobenen Daten auf Ökosystemebene mittels eines prozess orientierten Modells und Vergleich der Modellsimulationen mit den unter (i) mit einer unabhängigen Methode erhobenen Ökosystemflüsse. Dieser Vergleich stellt den ultimativen Test unseres Prozessverständnisses über den Austausch zwischen Biosphäre und Atmosphäre dieser drei wichtigen BOVOCs dar.
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