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Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Die Funktion der Hyphosphäre für die Kohlenstoff- und Nährstoffverteilung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen in Grünlandböden unterschiedlicher Landnutzungsintensität

Prozesse auf der Mikro-Habitat-Skala könnten Veränderungen der Ökosystemfunktionen in Grünlandböden in größerem Maßstab erklären. In der letzten Phase haben wir gezeigt, dass Pilze wichtige Kohlenstoff- und Nährstofftransmitter zwischen der Mineralosphäre und der Rhizosphäre in Grünlandböden sind. In der nächsten Phase wollen wir die spezifische Bedeutung des Hyphosphäre (wurzelloser Boden um die Hyphen) unter Feldbedingungen mit Hilfe neu entwickelter HYPHOboxen untersuchen. Wir werden die Rhizosphäre und die Detritusphäre von der Hyphosphäre trennen. Mit zwei 13C-Markierungsansätzen, einem mit markiertem CO2 und einem mit markierter Pflanzenstreu, wollen wir untersuchen, ob die Landnutzungsintensität (LUI) den Kohlenstofffluss von Pflanzen in die Rhizo- und Hyphosphäre bzw. den Nährstofffluss von der Hyphosphäre in die Rhizosphäre beeinflusst. Die Frage ist, ob symbiontische arbuskuläre Mykorrhizen (AMF) oder freilebende saprotrophische Pilze die anfängliche C-Aufnahme dominieren werden, indem sie pflanzenbürtigen C verarbeiten und schnell in die Hyphosphäre leiten. Hyphosphären-Mikroorganismen könnten auch als Brücke für Kohlenstoff- und Nährstoffe zwischen der Detritusphäre und der Rhizosphäre dienen. Die neu etablierten Multi-Grünland-Experimente geben uns die Möglichkeit zu untersuchen, inwieweit und wie schnell eine Extensivierung der Grünlandnutzung die Biomasse und Funktion von Bodenmikroorganismen verändert. Die voneinander unabhängige Verringerung der Nährstoffversorgung (Reduzierung der Düngung, direkte Reaktion der Bodenmikroorganismen) oder die verminderte Mahthäufigkeit (Veränderungen des Pflanzeneintrags in den Boden, indirekte Reaktion der Bodenmikroorganismen) in diesem Experiment ermöglicht es, die beiden verschiedenen Mechanismen zu entschlüsseln und somit das mechanistische Verständnis der Reaktion von Grünland Agrarökosystemen auf Veränderungen der Landnutzungsintensität zu verbessern. Das langfristige Monitoring der mikrobiellen Parameter in 150 Grünlandstandorten (in Fortsetzung der Jahre 2011, 2014 und 2017) wird es uns ermöglichen, Effekte von kurzfristigen Veränderungen der Landnutzungsintensität (innerhalb von drei Jahren) von denen der längerfristigen Historie des Standorts (Legacy-Effekt) auf die Funktionen und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften zu trennen.

Forstliches Umweltmonitoring

Waldökosysteme sind vielfältigen Belastungen ausgesetzt. Um rechtzeitig ungünstigen Entwicklungen entgegensteuern zu können, ist eine fortlaufende Überwachung des Waldzustandes notwendig. Dieses forstliche Umweltmonitoring erfolgt in Rheinland-Pfalz mit Hilfe von landesweiten Übersichtserhebungen (Level-I: Kronenzustandserhebung, Bodenzustandserhebung oder Waldernährungserhebung auf einem systematischen Raster) und anhand von Intensivuntersuchungen an Waldökosystem-Dauerbeobachtungsflächen (Level-II kontinuierliche Messungen der Luftschadstoffbelastung und der Witterungsverläufe sowie eine fortlaufende Beobachtung der Reaktionen der Waldökosysteme auf natürliche und anthropogene Stresseinflüsse an ausgewählten für die wichtigsten Waldstandorte in Rheinland-Pfalz charakteristischen Flächen). Erfasst werden u.a.: Kronenzustand (terrestrisch und aus IRC-Luftbildern); Waldwachstum; Nährstoffversorgung; Bodenvegetation; Bodenzustand; Baumflechten; Feinwurzeln; Mykorrhiza; Streufall; Ozonschadsymptome; Phänologie; Klima; Witterung; Luftschadstoffimmission; Luftschadstoffdeposition; Bodenwasser; Quellwasser. Anhand dieser Ergebnisse erfolgen Bewertungen zu den Themen: Wasserhaushalt, Bioelementhaushalt, Bodenversauerung, Stickstoffsättigung, Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen durch Luftschadstoffe (critical loads, AOT 40 etc.). Alle wesentlichen Befunde und umfangreiche Bewertungen können auch unter www.fawf.wald-rlp.de und hier unter: Forschungsschwerpunkte/Forstliches Umweltmonitoring eingesehen werden.

Nitrogen and drought effects on the tree-soil interaction of ECM and AM temperate trees

Native plants and symbiotic fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

Our research project aims to combat wind erosion and desertification on the Tibetan Plateau. A new approach is applied - using native plants and associated symbiotic fungi - to improve the natural environment and, concomitant, human health. The field work is carried out by Swiss researchers in Darchen in collaboration with the Tibetan Medical and Astro Institute Mt. Kailash and the Institute of Mountain Hazards and Environment (IMHE, CAS) in Chengdu. Experimental wind tunnel investigations are conducted in Davos (WSL/SLF).

Synergismus von arbuskulären Mykorrhizapilzen und Bakterien zur Verbesserung der biologischen Bekämpfung von Meloidogyne incognita an Tomate

Es werden Interaktionen zwischen AMP (arbuskulären Mykorrhizapilzen) und Mikroben an Tomate in Hinblick auf die biologische Bekämpfung des Gallennematoden Meloidogyne incognita untersucht. Angestrebt ist (erste Phase), 1-3 Jahr): 1. Isolation und Identifikation von AMP, PHPR (plant health promoting rhizobacteria) und MHB (mycorrhiza helper bacteria) mit biocontrolFähigkeiten. 2. Unterscheidung von Interaktionen in und außerhalb der Wurzel. 3. Auffindung von Synergismen zwischen AMP und anderen Mikroben. 4. Prüfung möglicher Antagonismen. 5.Aufklärung von Wirkungsmechanismen der biologischen Bekämpfung bei Einzel- oder Koinokulation. 6. Erster Nachweis der Effizienz der kombinierten Inokula unter Feldbedingungen in Thailand. In der zweiten Phase (Jahr 4-6) wollen wir formulierte Inokula für Feldversuche in Thailand entwickeln. Ziele werden sein: 1. Adaptation der biocontrol-Organismen in lokale Systeme. 2. Untersuchung von Interaktionen mit anderen Krankheiten z.B. der bakteriellen Welke. 3. Integration der biologischen Bekämpfung in Produktionssystemen in Thailand. 4. Prüfung verschiedener Applikationstechniken. Diese Aspekte werden in Zusammenarbeit mit thailändischen Partnern bearbeitet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, When nano-scale meets biodiversity: retention and recycling mechanisms of organic phosphorus in soil

Soil organic matter is considered to become an increasingly important source of bioavailable phosphorus (P) with depletion of inorganic P within primary minerals. Current concepts on P cycling and mobilization of organic P largely ignore the formation of mineral-organic associations. This project aims to link processes occurring at the nanoscale on mineral surfaces with the bioavailability of organic P, with particular focus on the influence of biodiversity and establishment of functional niches by microbial communities on P recycling in soils. Along a soil P availability gradient the proportion of mineral-associated P as well as its composition (31P NMR and X-ray absorption near edge structure spectroscopy) will be determined and related to mineralogical soil properties. Based on adsorption and desorption experiments using both, monomeric and polymeric P sources, the recycling potential of mineral-bound organic P by various biotic communities (plants, mycorrhiza, bacteria) will be determined in mesocosm and field experiments. We expect to assess the relevance of mineral-associated organic P for the P recycling of forest ecosystems and to identify the major controlling abiotic and biotic variables.

Großpilze (Basidiomycota p.p. & Ascomycota p.p.)

Die Gruppe der Großpilze umfasst deutschlandweit mehr als 6.000 etablierte Arten und Varietäten. Einige Arten aus dieser Gruppe werden seit Jahrhunderten als Speisepilze gesammelt, anderen wird aufgrund ihrer Giftigkeit viel Aufmerksamkeit gewidmet. Den größten Anteil der Großpilze bilden jedoch Arten mit weit geringerem Bekanntheitsgrad, die meist nur von Expertinnen und Experten bestimmt werden können und für den Menschen meist ungenießbar sind. Um die Übersicht im komplexen Verwandtschaftsverhältnis der Echten Pilze zu behalten, werden die Großpilze von den Kleinpilzen abgegrenzt. Eine allgemein anerkannte Schwelle für die Unterscheidung gibt es derzeit noch nicht. Daher haben sich die Großpilz-Expertinnen und -Experten der Roten Liste auf einen durchschnittlichen Mindestdurchmesser der Fruchtkörper von 5 mm geeinigt. Viele Kleinpilze sind bislang so wenig untersucht, dass für sie noch keine Rote Liste erstellt werden kann. Das gilt für über 3.000 in Deutschland bekannte und für wahrscheinlich noch erheblich mehr, bisher unbeschriebene Arten. Viele Großpilzarten stehen in direktem Kontakt mit anderen Lebewesen. Über feine Pilzfäden, die sogenannten Hyphen, nehmen sie beispielsweise Kontakt zu Pflanzenwurzeln auf und leiten einen gegenseitigen Austausch mit Nährstoffen, Mineralien und Wasser ein. Von diesen, auch als Mykorrhiza bezeichneten, Verbindungen profitieren beide Lebewesen und es entsteht ein weiträumiges unterirdisches Austauschnetz. Eine Gefährdungsbewertung war bislang nur für etwa die Hälfte der in Deutschland bekannten Großpilzarten möglich, da zu vielen von ihnen keine flächendeckenden Bestandsdaten vorliegen. Etwa 800 Arten und Varietäten sind in Deutschland bestandsgefährdet und über 700 weitere sind extrem selten. Ausschließlich nach ökonomischen Belangen ausgerichtete Forstwirtschaft, die Aufgabe extensiver Grünlandbewirtschaftung sowie Emissionen aus Landwirtschaft, Industrie und Verkehr stellen für die Großpilze die größten Gefährdungsursachen dar. (Stand 23. April 2016) Dämmrich, F.; Lotz-Winter, H.; Schmidt, M.; Pätzold, W.; Otto, P.; Schmitt, J.A.; Scholler, M.; Schurig, B.; Winterhoff, W.; Gminder, A.; Hardtke, H.J.; Hirsch, G.; Karasch, P.; Lüderitz, M.; Schmidt-Stohn, G.; Siepe, K.; Täglich, U. & Wöldecke, K. (2016): Rote Liste der Großpilze und vorläufige Gesamtartenliste der Ständer- und Schlauchpilze (Basidiomycota und Ascomycota) Deutschlands mit Ausnahme der Flechten und der phytoparasitischen Kleinpilze. – In: Matzke-Hajek, G.; Hofbauer, N. & Ludwig, G. (Red.): Rote Liste gefährdeter Tiere, Pflanzen und Pilze Deutschlands, Band 8: Pilze (Teil 1) – Großpilze. – Münster (Landwirtschaftsverlag). – Naturschutz und Biologische Vielfalt 70 (8): 31–433. Die aktuellen Rote-Liste-Daten sind auch als Download verfügbar. Im Datenportal „Pilze Deutschlands“ stehen darüber hinaus Beobachtungsdaten, Kartier-/Artenlisten und Verbreitungskarten zur Verfügung.

Erhöhung des Resistenzpotentials der Gerste - Ein interdisziplinärer Ansatz unter besonderer Berücksichtigung der Resistenzaktivierung, Molekulare Untersuchungen zum Einfluss wurzelbesiedelnder Pilze auf Resistenz und Suszeptibilität in Gersteblättern

Arbuskuläre Mykorrhizen erhöhen zwar die Resistenz von Pflanzen gegenüber pilzlichen Wurzelpathogenen und Bodennematoden, in oberirdischen Pflanzenteilen scheinen aber die Verteidigungsmechanismen unterdrückt zu werden. Auf der anderen Seite gibt es Hinweise, dass Blätter von Pflanzen, die mit dem Wurzelendophyt Piriformospora indica besiedelt sind, weniger stark von Blattpathogenen befallen werden. Diese Phänomene sollen auf cytologischer und molekulargenetischer Ebene untersucht werden. Der Einfluss des Mykorrhizapilzes Glomus spec. und des Wurzelendophyten Piriformospora indica auf die Infektion von Blättern und Wurzeln der Gerste mit nekrotrophen und biotrophen pilzlichen Pathogenen wird einmal makro- und mikroskopisch untersucht. Außerdem sollen Gene isoliert und charakterisiert werden, deren Expression (1) in den Blättern durch die Besiedelung der Wurzel mit Glomus spec. und P. indica oder (2) in den Wurzeln durch gleichzeitige Besiedelung mit Glomus spec. oder P. indica und mit einem Pathogen induziert ist. Als dritten gilt es, Gene zu identifizieren, bei denen durch die Anwesenheit eines Mykorrhizapilzes in der Wurzel die chemische Induktion ihrer Expression in den Blättern inhibiert ist.

Studien zur Rolle von Pilzen und Flechten in borealen Pinus-sylvestris-Wäldern Sibiriens

In naturnahen sibirischen Pinus-sylvestris-Wäldern ca. 40 km südwestlich des Dorfes Zotino am Jenissei werden seit mehreren Jahren auf Dauerflächen umfassende ökologische Untersuchungen im Rahmen des IGBP-Programmes 'Global Change' vorgenommen, u.a. zur Altersstruktur, zur Biomasseentwicklung, zur Bestandesdynamik, zur Rolle der Brände, zur Vegetationsentwicklung, zum Konkurrenzverhalten, zum Nährstoff- und Wasserhaushalt der Bestände und zu verschiedenen physiologischen Leistungen der Kiefern. Während des geplanten Aufenthaltes sollen in Abstimmung mit dem Direktor des Max-Planck-Institutes für Biogeochemie, E.-D. Schulze in bereits gut untersuchten Beständen verschiedenen Alters ergänzende mykologische und lichenologische Daten zur Klärung der Rolle pilzlicher Organismen im brandgeregelten Zyklus der Bestände erhoben werden.

Einfluß von Laccase-Produktion durch Pilze und Mykorrhizen auf die Bildung und Stabilität organischer Substanz in land- und forstwirtschaftlichen Böden

Im Projekt soll der Einfluß oxydativer Exoenzyme von Pilzen und Mykorrhizen auf den Auf- und Abbau der organischen Bodensubstanz charakterisiert werden. Über die gesamte Dauer des SPP sind zwei Arbeitsetappen geplant. Zuerst werden Primer zum molekularbiologischen Nachweis von Boden- und Mykorrhizapilzen mit Laccase-Genen und zur Analyse der Expression dieser Gene in Böden entwickelt. Um die bodenökologische Aussagekraft der Methode zu gewährleisten, werden Protokolle zur Extraktion von DNA und mRNA aus Böden mit Proben von den SPP-Standorten optimiert und geeicht. In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Methoden an den landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Böden der SPP-Standorte eingesetzt. Die Ergebnisse von Untersuchungen der Struktur und Funktionen der Pilzpopulationen werden im Zusammenhang mit Analysen anderer SPP-Teilnehmer interpretiert. Dabei sollen insbesondere Daten über Gehalt und Kreislauf der festen und gelösten organischen Bodensubstanz, über Fraktionierung natürlicher Isotope in den Phasen des Kreislaufs sowie über Aufbau- und Abbauvorgänge durch nicht pilzliche Bodenmikroorganismen und durch Bodentiere berücksichtigt werden. Die Beteiligung an Experimenten zum Abbau radioaktiv markierter Streu ist ebenfalls vorgesehen.

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