Das Projekt "Untersuchung der Genregulation und Funktion von Monoterpensynthasen bei Steineichen (Quercus ilex L.) und transgenen Birken (Betula pendula Roth)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt. Die Blätter der immergrünen Steineiche (Quercus ilex L.) produzieren und emittieren temperatur- und lichtabhängig Monoterpene. Der physiologische Vorteil der Monoterpenemission für die Steineiche und andere Baumarten wie z.B. die Birke (Betula pendula Roth) mit gleichen Emissionseigenschaften ist unklar. Es gibt aber Hinweise, dass Monoterpene, in ähnlicher Weise wie Isopren, zu einer Erhöhung der Wärmetoleranz führen können. Über die genaue Funktion dieser Monoterpenemission für die Pflanze wie auch über die ihr zugrundeliegende Regulation auf Gen- und Proteinebene ist gegenwärtig noch nichts bekannt. Im Rahmen von Vorarbeiten mit der Steineiche konnten die kinetischen Eigenschaften von Monoterpensynthasen charakterisiert und ihre Bedeutung für die Monoterpenemission gezeigt werden. Weiterhin konnte aus cDNA der Steineiche ein Gen einer funktionell in E. coli exprimierbaren Myrcensynthase isoliert werden. Ziel des Projekts ist die Funktionsanalyse der licht- und temperaturabhängigen Monoterpenemission von Bäumen und deren Regulation. Hierzu werden aufbauend auf Arbeiten mit der Steineiche Birken mit aus der Steineiche stammenden Monoterpensynthasen (z.B. Myrcensynthase) transformiert und die transgenen Linien für die Untersuchungen zur Funktion der Monoterpenbiosynthese und -emission, insbesondere in Abhängigkeit der Umweltfaktoren Temperatur und Licht genutzt.
Das Projekt "Analyse stofflicher Veränderungen in Laub- und Nadelblättern immissionsgeschädigter Waldbäume" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Chemische Pflanzenphysiologie durchgeführt. Ergebnisse: Ziel des Forschungsprojektes war es, quantitative und qualitative Veraenderungen fluechtiger organischer Substanzen in Blaettern immissionsgeschaedigter Waldbaeume zu erfassen. Ein Schwerpunkt wurde dabei auf die Stoffklasse der Terpene und die Baumart Picea abies gelegt. Daneben wurden auch die in der Luft der Schadgebiete auftretenden fluechtigen organischen Stoffe eingehend untersucht. Die Untersuchungen wurden an zwei verschiedenen Standorten des Schwarzwaldes durchgefuehrt, die sich hinsichtlich der Schadstoffsymptome deutlich unterscheiden. Im Welzheimer Wald waren die Schadsymptome ausschliesslich durch erhoehten Nadelverlust gekennzeichnet, waehrend im Bereich Kaelbelescheuer das dominierende Schadbild nicht nur durch Nadelverlust, sondern auch durch eine Vergilbung der Nadeln charakterisiert ist. Im ersten Schritt wurde eine quantitative gaschromatographische Methode zur Analyse von Mono- und Sesquiterpenen entwickelt. Bei den Monoterpenen und ihren Acetaten konnten in Fichtennadeln alle 30 Komponenten identifiziert werden, waehrend von den 22 Sesquiterpen-Kohlenwasserstoffen nur die bedeutendsten Komponenten bestimmt wurden. Im Versuchsansatz 'Welzheimer Wald' konnte gezeigt werden, dass sich die Terpen-Konzentrationen in Nadeln von Fichten, die in O3-, SO2 - oder O3/SO2-belasteter Luft in Open-Top-Kammern gewachsen waren, nur geringfuegig unterschieden. Auch die Terpenmuster waren mit Ausnahme des Limonens weitgehend aehnlich. Die Untersuchungen zur Terpenemission in Open-Top-Kammern wurden am Standort ,'Edelmannshof' fortgefuehrt (vgl. PEF 87/003/1A). Im Versuchsansatz 'Kaelbelescheuer' konnte gezeigt werden, dass sich das Terpenspektrum in jungen Nadeln nach dem Austrieb sowohl in geschaedigten als auch in den ungeschaedigten Baeumen ausserordentlich stark veraenderte. Beim Vergleich ein- und mehrjaehriger Nadeln der gesunden und kranken Baumkollektive fiel auf, dass die Nadeln kranker Baeume meist erhoehte Terpenkonzentrationen aufwiesen. Auffaellig war besonders die starke Zunahme von Camphen. An nicht terpenoiden Verbindungen konnten in den Nadeln geschaedigter Fichten hoehere p-Hydroxyacetophenon-Konzentrationen festgestellt werden.
Das Projekt "Labor- und Feldstudien zur Isopren- und Monoterpenemission von Waldbaeumen unter Beruecksichtigung der Immissionsbelastung durch Photooxidantien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und Angewandten Spektroskopie, Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie durchgeführt. Das Vorhaben hat die Bestimmung der Emissionsraten von Isopren und Monoterpenen von zwei in Deutschland weitverbreiteten Waldbaeumen (Fichten, Buchen) zum Ziel, wobei neben den bekannten meteorologischen und biologischen Einflussfaktoren insbesondere die Rolle luftgetragener Schadstoffe auf Hoehe und Zusammensetzung der biogenen VOC-Emissionen (Volatile Organic Compounds) untersucht wird. Die Arbeiten gliedern sich in Labor- und Freilandstudien. Zunaechst werden Klonfichten in Expositionskammern unter kontrollierten Bedingungen erhoehten Ozonkonzentrationen ausgesetzt und die VOC-Abgabe mit der von Kontrollpflanzen verglichen. Moegliche Einwirkungen nicht von Ozon selbst, sondern von Produkten der Ozon/VOC-Reaktionen - die sich auch in Waldbestaenden bei erhoehten Immissionskonzentrationen von Ozon bilden - werden bei diesen Experimenten in Betracht gezogen. Daran anschliessend werden die Versuche auf die Untersuchung der Beeinflussung der VOC-Emissionen einer Laubbaumart (Buche) erweitert.Um schliesslich quantitative Emissionsdaten ueber den Eintrag biogener Kohlenwasserstoffe aus anthropogen beeinflussten Waldbestaenden in die Atmosphaere bereitzustellen, werden transportable Messkuevetten entwickelt und anhand von Freilanduntersuchungen die Uebertragbarkeit der erhaltenen Resultate ueberprueft. Ziel des Vorhabens ist letztlich die Bewertung und Quantifizierung des Einflussfaktors Photooxidantienkonzentration auf die VOC-Quellstaerke von Waldoekosystemen und damit die Schaffung von Beitraegen zur Parametrisierung biogener VOC-Emissionen.
Das Projekt "Chemische und biologische Untersuchungen zum allergenen Potential von Terpenen, Terpenmetaboliten und Terpenoxidationsprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Hygiene und Umweltmedizin durchgeführt. Die zunehmende Verwendung von Monoterpenen wie vor allem d-Limonen, -, -Pinen, 3-Caren und -Terpinen in Produkten aus dem Bereich der Körperpflege, terpenhaltigen Medikamenten, sowie der vermehrte Einsatz von terpenhaltigen Naturstoffen als Baumaterialien in Innenräumen bildet möglicherweise eine wesentliche Ursache für das steigende Auftreten der entsprechenden Sensibilisierungen. Zwischen 1995 und 1999 stieg die Anzahl der sensibilisierten Patienten von 0,5 auf 2,9 Prozent. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind wenig verstanden. In diesem Forschungsvorhaben sollen vergleichende in vitro und in vivo Untersuchungen Ansätze zur Klärung dieses sozialmedizinisch bedeutsamen Problems liefern. Exemplarisch sollen hierzu die Terpene - Terpinen, d-Limonen und 3-Caren auf ihr allergenes Potential für Blutleukozyten bzw. T-Lymphozyten der Haut auf polyklonaler und monoklonaler Ebene analysiert werden. Daneben soll die transiente Genexpression durch die Substanzen in Antigen-präsentierenden Zellen ermittelt werden und gleichzeitig die dafür relevanten Metabolite bzw. Oxidationsprodukte identifiziert werden. Dabei soll geklärt werden, welchen Anteil jeweils die Terpene selbst, einzelne Metabolite und Oxidationsprodukte oder Kombinationseffekte ursächlich an der enormen Steigerung der in vivo Befunde beteiligt sind. Diese Untersuchungen werden grundlegende Hinweise zum Wirkmechanismus der Substanzen liefern und dadurch Ansätze für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Monoterpenexpositionen in umweltrelevanten Konzentrationen bieten.
Das Projekt "Optimierung der Synthese von Monoterpenen und Monoterpensäuren aus Glycerin in produkttoleranten Mikroorganismen zur Gewinnung natürlicher Wirkstoffe für die Agro- und Kosmetikindustrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Optimierung der mikrobiellen Synthese von Monoterpenen sowie deren Säurederivaten ausgehend von Glycerin zur Gewinnung natürlicher Wirkstoffe für die Agro- und Kosmetikindustrie. Von zentraler Bedeutung ist dabei das Bodenbakterium Pseudomonas putida. Einige P. putida Stämme sind lösemitteltolerant und können hohe Konzentrationen der für andere Mikroorganismen toxischen Monoterpene tolerieren. P. putida eignet sich aufgrund dieser physiologischen Konstitution, seiner guten Kultivierbarkeit bis zur Hochzelldichte und seiner molekularbiologischen Zugänglichkeit als vielversprechender Kandidat für die de novo Synthese von Monoterpenen und deren Säuren. Mit dem geplanten Vorhaben soll das innerhalb der ersten Förderphase etablierte System zur de novo Terpen(säure)produktion basierend auf P. putida mit Hilfe molekularbiologischer und verfahrenstechnischer Methoden deutlich weiter optimiert werden, so dass am Ende des Vorhabens eine erste Abschätzung des wirtschaftlichen Potenzials der neuen Produktionsstrategie möglich ist.
Das Projekt "Biologische und chemisch-analytische Charakterisierung des allergenen Potentials von Terpenen, Terpenmetaboliten und Terpenoxidationsprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Uniklinik, Lehrstuhl für Dermatologie und Venerologie durchgeführt. Die zunehmende Verwendung von Monoterpenen wie vor allem d-Limonen, a-, b-Pinen, 3-Caren und a-Terpinen in Produkten aus dem Bereich der Körperpflege, terpenhaltigen Medikamenten, sowie der vermehrte Einsatz von terpenhaltigen Naturstoffen als Baumaterialien in Innenräumen bildet möglicherweise eine wesentliche Ursache für das steigende Auftreten der entsprechenden Sensibilisierungen. Zwischen 1995 und 1999 stieg die Anzahl der sensibilisierten Patienten von 0,5 auf 2,9 Prozent. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind wenig verstanden. In diesem Forschungsvorhaben sollen vergleichende in vitro und in vivo Untersuchungen Ansätze zur Klärung dieses sozialmedizinisch bedeutsamen Problems liefern. Exemplarisch sollen hierzu die Terpene, a-Terpene, d-Limonen und 3-Caren auf ihr allergenes Potential für Blutleukozyten bzw. T-Lymphozyten der Haut auf polyklonaler und monoklonaler Ebene analysiert werden. Daneben soll die transiente Genexpression durch die Substanzen in Antigen-präsentierenden Zellen ermittelt werden und gleichzeitig die dafür relevanten Metabolite und Oxidationsprodukte identifiziert werden. Dabei soll geklärt werden, welchen Anteil einzelne Metabolite und Oxidationsprodukte bzw. Kombinationseffekte im Vergleich zu den Ausgangssubstanzen an den in vivo Befunden haben. Diese Untersuchungen werden grundlegende Hinweise zum Wirkmechanismus der Substanzen liefern und dadurch Ansätze für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Monoterpenexpositionen in umweltrelevanten Konzentrationen bieten.
Das Projekt "ICBio: Entwicklung eines modellhaften integrierten Bioprozesses zur Produktion natürlicher antimikrobieller Monoterpen-Wirkstoffe am Beispiel der Synthese von R-(+)-Perillasäure mit Pseudomonas putida" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Im Rahmen des Foschungsvorhabens soll ein neuartiger, umweltgerechter und wirtschaftlicher biotechnologischer Prozeß zur Synthese und Gewinnung natürlicher Monoterpensäuren entwickelt werden. Die Zielverbindungen, insbesondere R-(+)-Perillasäure, besitzen aufgrund ihres antimikrobiellen und antifungalen Wirkspektrums Potential zur Verwendung als Konservierungsmittel in der Kosmetik- und pharmazeutischen Industrie. Das gram-negative Bakterium Pseudomonas putida vermag Limonen über die Oxidationszwischenstufen Perillaalkohol und Perillaaldehyd zu Perillasäure zu metabolisieren und diese Monoterpensäure als Hauptprodukt zu akkumulieren. Die Zielsetzung des geplanten Projekts umfaßt u.a. die Entwicklung eines geeigneten in situ Produktabtrennungsverfahrens sowie die Medienoptimierung mit Hilfe eines genetischen Algorithmus.
Das Projekt "Auswirkungen der Struktur und des Wasserstatus von Leitgewebe der gemeinen Fichte auf die primaere Anziehung von Borkenkaefern (Coleoptera: Scolytidae)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Forstentomologie, Forstpathologie und Forstschutz durchgeführt. The following hypothesis is investigated: The release of behaviourly relevant monoterpene-patterns through the intact bark of the stem takes place episodically, and depends on structural, physiological and chemical traits of bark tissues and on microclimatic conditions as well. Special attention is paid: the anatomy, resin duct system, water state, monoterpene content, and temperature, of the phloem, in their topographical and temporal variability within a tree and in their variance due to individual differences. Insects in consideration are Ips typographus and Pityogenes chalcographus.
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