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Sustainable Agriculture through Artificial Intelligence and Digital Technologies, Teilvorhaben: Einsatz digitaler Technologien für die Feldplanung und Ernte von Mischkulturen

Sustainable Agriculture through Artificial Intelligence and Digital Technologies, Teilvorhaben: Messung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit des großflächigen Mischkulturanbaus im Vergleich zu Monokulturen

Getreidemonokultur auf extrem leichten Boeden

Wirkungen einer Gertreidemonokultur auf extrem leichten Boeden im Hinblick auf die Ertragsbildung und das Auftreten von Krankheiten.

Einfluss der Heterogenitaet von Pflanzenbestaenden auf den Befall von Pflanzen durch tierische Schaedlinge

Von Pflanzenbestaenden, die nur eine Pflanzenart enthalten, wird oft ein staerkerer Befall durch tierische Schaedlinge vermutet. Durch Laborversuche mit verschiedenen Arten phytophager Insekten wird geprueft, ob das Aufsuchen der Wirtspflanzen in Reinbestaenden gegenueber Mischbestaenden erleichtert ist.

Gestaltungsmoeglichkeiten fuer Sozialbrachflaechen

Durch minimale Bodenbearbeitung sollen Ernten erzielt werden, die es gestatten, dass die Sozialbrachflaechen konkurrenzfaehig bleiben. Gleichzeitig soll die relative Vorzueglichkeit von Roggen monokultur und Winterweizen - Wintergerste - Hafer - Fruchtwchsel ermittelt werden. Pflugarbeit ist eingestellt, Duengung erfolgt nur nach Bodenuntersuchung. Es werden versch. Duengungsvarianten auf ihren Stickstoff-Austrag getestet.

Beeinflussung und Abbau von Kunststoffen durch Mikroorganismen

Im Rahmen der 'biologischen Materialpruefung' wird im Laboratoriumsverfahren untersucht, inwieweit Kunststoffe gegenueber Mikroorganismen bestaendig sind oder ob sie Angegriffen oder Abgebaut werden koennen. Verwendet werden Reinkulturen niederer Pilze oder Bakterien, definierte Mischkulturen oder - z.B. beim Erd-Eingrabe-Verfahren - die natuerlichen Mikroorganismenfloren des Bodens. Es handelt sich nicht um ein streng abgegrenztes Thema, sondern um eine Reihe von Einzelthemen, deren Abgrenzungen - je nach Fragestellung - entweder durch die chemische Zusammensetzung der Kunststoffe oder aber durch deren Verwendungszweck (z.B. Dichtungsmaterialien, Folien) gegeben sind.

Wirkungen des Anbaues von Kulturpflanzen in Monokultur und Massnahmen der Kompensation

Untersucht wird der Daueranbau von Winter- und Sommerweizen im Hinblick auf die Ertragsbildung und die Bedeutung von Massnahmen zur Kompensation von ertragsbeeintraechtigenden Wirkungen.

Oekologische Analyse eines Naturschutzgebietes

Das Schweinsberger Moor (Naturschutzgebiet) liegt in einer Senke inmitten landwirtschaftlicher Flaeche. Es werden Pflegemassnahmen diskutiert, die zu einer Erhoehung seines Wertes als Naturschutzgebiet beitragen sollen. Kenntnisse ueber das Moor gibt es aber nicht. Wir machen: Wasserhaushalt ueber mehrere Jahre; Aenderungen der Vegetation (Ausbreitung Seggenwiesen, Schilfguertel, Weidenzone, Gewaesser) im Laufe der Jahre; Analyse der Tierwelt (insbesondere in der natuerlichen Monokultur der Phragmites-Zone) von wasserbewohnenden Wirbellosen ueber Insekten bis zu Saeugern und hoffen so eine Basis fuer Planungsunterlagen zu erhalten. Dazu versuchen wir, den Einfluss der umliegenden Landwirtschaft zu analysieren (Eutrophierung?).

Funktionelle Differenzierung von arbuskulären Mykorrhizapilzen im Ober- vs. Unterboden: beherbergen Unterböden Eigenschaften zur Nährstoffgewinnung, die eine nachhaltige Landwirtschaft unterstützen?

Monokulturen und ineffiziente Ressourcennutzung, begleitet von Bodendegradation und Verlust der biologischen Vielfalt in konventionell bewirtschafteten Agrarsystemen, stellen eine Herausforderung für eine stabile Nahrungsmittelproduktion dar. Um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern, ohne die Gesundheit und Funktionalität der Agrarökosysteme (weiter) zu gefährden, sind nachhaltige Strategien erforderlich. Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) sind die am weitesten verbreiteten Symbionten unter den Nutzpflanzen. Die meisten Studien zum Nutzen der AMF für die Pflanzenproduktion konzentrieren sich jedoch auf den Oberboden, d. h. die dünne Pflugschicht in konventionell bewirtschafteten Systemen. Das Potenzial von AMF in Unterböden (d.h. dem Mineralboden unterhalb der Pflugschicht) wird nur selten untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass Unterböden spezifische AMF-Arten beherbergen können, von denen man annimmt, dass sie sich in ihren Eigenschaften und Funktionalität von den Arten im Oberbodens unterscheiden. Das Hauptziel dieses Projekts ist eine funktionelle Differenzierung der AMF-Gemeinschaften im Ober- und Unterboden hinsichtlich ihrer Strategien zur Nährstoffakquise und -allokation. Das Projekt zielt auf die Beantwortung der Frage ab, (i) ob Unterböden AMF-Gemeinschaften mit funktionellen Eigenschaften beherbergen, die sich von denen der AMF-Gemeinschaften im Oberbodens unterscheiden oder sogar vielfältiger sind, und (ii) ob diese Eigenschaften für eine nachhaltige Bewirtschaftung von Nutzen sein können. Die DNA Amplikon Sequenzierung und Metatranskriptomanalyse von AMF-Gemeinschaften, die mit Pflanzen verschiedener funktioneller Pflanzengruppen assoziiert sind, erlaubt eine erste Bewertung der funktionellen Vielfalt von AMF Unterbodengemeinschaften. Dies beruht auf der Annahme einer merkmalsbasierten Partnerwahl zwischen Pflanze und Pilz. Zur weiteren funktionellen Charakterisierung wird die Aufnahme und der Transfer von leicht verfügbarem N und K durch AMF Gemeinschaften mit Hilfe von 15N-angereicherten Verbindungen sowie Spurenelementen untersucht, die bei der Nährstoffaufnahme als K-Analoga agieren. Die Anregung der N- und P-Mobilisierung aus organischem Material durch AMF-Gemeinschaften wird unter Verwendung von zweifach isotopisch markiertem (15N, 33P) Pflanzenbiomasse untersucht. Durch 13CO2-Pulsmarkierung der Wirtspflanzen wird die Kohlenstoffallokation der Pflanzen in verschiedene AMF-Gemeinschaften analysiert. Dadurch sollen Erkenntnisse über das Potenzial von Unterböden als Reservoir für funktionell vielfältige AMF-Gemeinschaften und deren Potenzial zur Verbesserung der Nährstoffverwertung in Agrarsystemen gewonnen werden. Das Projekt wird damit zur Klärung der Frage beitragen, ob eine angemessene Bewirtschaftung des Unterbodens geeignet ist, die funktionelle Vielfalt von AMF oder sogar gezielt bestimmte funktionelle Eigenschaften von AMF in landwirtschaftlichen Systemen zu fördern, um die Nahrungsmittelproduktion zu stabilisieren.

Meiotische Rekombination, Pollengröße und allelische Selektion im Roggen (Secale cereale) unter Nährtstoffmangel verursacht durch 140 Jahre Monokultur

Die Pflanzenzüchtung beruht überwiegend auf der Selektion von neuen, vorteilhaften Allelkombinationen um Nutzpflanzen zu verbessern. Neue Allelkombinationen entstehen durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung im Zuge der sexuellen Reproduktion. Rekombination und Fremdbestäubung zählen gleichzeitig zu den wichtigen Mechanismen, welche die Evolution pflanzlicher Populationen ermöglichen. Die Genome vieler Nutzpflanzen (z.B. Roggen, Weizen und Gerste) bestehen aus sehr großen, heterochromatischen Bereichen, in denen die Rekombinationsrate extrem reduziert ist. In diesen genomischen Bereichen befinden sich allerdings ca. 30 % aller Gene, welche dadurch für Pflanzenzüchter unzugänglich sind. In diesen Bereichen befinden sich tendenziell Gene, welche in essentiellen zellulären Prozessen, wie z.B. der Photosynthese, involviert sind. Weiterhin ist die Fremdbestäubung in Arten, welche ihren Pollen über Wind verbreiten, von der Größe der Pollen abhängig.Die meiotische Rekombination und die Pollenentwicklung werden auf molekularbiologischer Ebene durch mehr als 80 bisher bekannte Gene reguliert. Interessanterweise sind beide Prozesse auch stark von Umweltbedingungen abhängig. Diese Umweltabhängigkeit führt zu quantitativen Änderungen in der Ausprägung dieser Merkmale und ermöglicht so Variabilität in der Entstehung neuer Allelkombinationen im Laufe der Evolution.Das Ziel dieses Projektes ist es die genetischen Mechanismen zu verstehen, welche zu Variationen in der Rekombinationsrate, der Pollengröße und der Selektion unter Stressbedingungen führen. Die Erkenntnisse, welche hier erarbeitet werden, können dazu führen Züchtungsmethoden zu verbessern. Dies kann durch eine Erhöhung der effektiven Rekombinationsrate durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung geschehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit unser Verständnis über den direkten Einfluss von Rekombination und Fremdbestäubung auf Verschiebungen in der Allelfrequenz durch Selektion zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen beabsichtigen wir einen Dauerfeldversuch zu nutzen in dem eine Roggenpopulation abiotischem Stress ausgesetzt ist. Das Projekt ist auf drei Schwerpunkte ausgerichtet: (1) der genetischen Kontrolle der Rekombinationsrate unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden, (2) der genetischen Grundlage von quantitativen Unterschieden in der Pollengröße unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden und (3) der Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion unter abiotischem Stress und wie diese direkt von Rekombination und Fremdbestäubung beeinflusst werden.Dies wird unser Verständnis über die effektive Entstehung neuer Allelkombinationen durch Rekombination und Fremdbestäubung verbessern. Die hier identifizierten Genvarianten können dann in Züchtungsprogramme integriert werden.

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