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Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Experior Micro Tech GmbH durchgeführt. Klassische agrarische Produktionsweisen stehen vor Herausforderungen wie Klimawandel, Eutrophierung, Phosphorknappheit und Wasserverschmutzung sowie einer stärker werdenden Urbanisierung. Eine Lösung dem zu begegnen ist die vertikale, hydroponische Pflanzenproduktion in urbanen Regionen unter effizientem Wasser- und Nährstoffeinsatz. Das Projekt Nutrient+CtrlIVF hat daher zum Ziel, mittels NUTRI-STAT-Analysebausteinen die ionenselektive Regelung von Nährstoffen für den vertikalen, hydroponischen Pflanzenbau in Indoor Vertical Farms (IVF) zu etablieren. Aktuell wird die Nährstoffdosierung in re-zirkulierenden hydroponischen Systemen mittels Leitfähigkeits- und pH-Wert-Steuerung geregelt. Dies führt bei längerer Kreislaufführung der Nährlösung im Kultursystem zu einer Über- oder Unterversorgung mit einzelnen Nährstoffen. Ein zeitweises Öffnen des Nährlösungskreislaufs und damit verbundenes Verwerfen der Nährlösung (aktuelle Praxis) wird mit dem Einsatz von ionenselektiven Sensoren verhindert. Im beantragten Projekt messen NUTRI-STAT-Analysebausteine die Hauptnährstoffe Nitrat, Kalium und Dihydrogenphosphat. Die Sensoren werden mit einer Ansteuerungselektronik in eine Düngeunit integriert (Düngeunit+ISFET) und der Mess- und Dosierprozess für hydroponische Kultursysteme modifiziert und angepasst. Die Düngeunit+ISFET wird kontinuierlich den Einzelnährstoffgehalt in der hydroponischen Lösung messen und die Zudosierung ionenspezifisch umsetzen. Als Modellkulturen werden Wasserlinse und Süßkartoffel genutzt, da diese sich aufgrund der ernährungsphysiologischen Bedeutung und der Nutzbarkeit des gesamten Produkts für IVF's besonders eignen. Die bedarfsgerechte und nährstoffspezifische Düngung im urbanen, vertikalen Anbau soll besonders hochwertige Pflanzenqualitäten bei geringeren Nährstoff- und Wassereinsätzen und folglich erhöhter Ressourceneffizienz im Vergleich zum traditionellen Anbausystemen generieren.

Anpassung des symplastischen Transports an das wechselnde Milieu des Apoplasten und seine Wirkung auf die Einstellung dieses Milieus

Das Projekt "Anpassung des symplastischen Transports an das wechselnde Milieu des Apoplasten und seine Wirkung auf die Einstellung dieses Milieus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Geographisches Institut, Schwerpunkt Geoökologie, Regionale Umweltanalyse und -planung durchgeführt. Die ersten drei Jahre des Projektes standen im Dienste zweier Aufgaben, die erheblich schwieriger waren, als anfangs gedacht: 1. Entwicklung von Verfahren zur Excised-Patch und Whole-Cell Präparation von Xylemkontaktzellen des Mais. Hinzu kam der Nachweis, daß die LBS Zellen in Venen 3. Ordnung in direktem Kontakt mit den Xylemelementen tatsächlich der Ort des Aus- tausches zwischen Symplast und Apoplast sind.Nachdem diese Fragen nun gelöst sind, gilt das Interesse im letzten Förderungsabschnitt der physiologischen Rolle des Transportes zwischen Symplast und Apoplast. Bereits vorliegende Ergebnisse zeigen dabei die Richtung an. 1. Die gemessene pH-Abhängigkeit des dominanten K+-Kanals im whole-cell Präparat der Xylemkontaktzellen (die dem der Mesophyllzellen entgegengesetzt ist) scheint der Funktion des Kanals für den Ladungsausgleich in Cotransportregionen (z.B. für die Aufnahme von NO3 oder Cl) aus dem Xylem angepaßt zu sein. 2. Die Fähigkeit des Inward K+-Kanals, bei K+Mangel Na+ durchzulassen, ist sicher wichtig für den Einfluß von K+ Mangel bei Salzstress...Gegen Ende der Förderungsperiode sollte genug Datenmaterial vorliegen, daß die zu Anfang des Projektes begonnene, aber aufgrund des Datenmangels eingefrorene Modellierung der Flußbilanzen wieder aufgegriffen wird, indem das bereits bestehende Computerprogramm für 2 Teilapoplasten erweitert wird. Hierfür ist neben der Kenntnis der Plasmalemmatransporter (dieser Antrag) sowie der Zu- und Abfuhr durch Xylem und Phloem (Anträge Schurr, Zimmermann, Heldt) auch die Kenntnis der Driving forces für die Flüsse und der Pufferkapazitäten in den Apoplasten notwendig. Pufferkapazitäten und fluorometrisch gemessene Ionenkonzentrationen werden aus der Zusammenarbeit vor Ort mit der Arbeitsgruppe Sattelmacher bekannt sein. Die Bestimmung der Membranspannungen, der osmotischen Gradienten und auch der mit Mikroelektroden gemessenen Ionenkonzentrationen ist aus diesem Antrag ausgeklammert worden und soll in einem gemeinsamen Projekt mit der Arbeitsgruppe Zimmermann (Würzburg) gewonnen werden (s. Antrag Zimmermann, Hansen, Sattelmacher).

Bewertung des Einflusses von Emissionen und Rueckstaenden auf Umwelt und Gesundheit

Das Projekt "Bewertung des Einflusses von Emissionen und Rueckstaenden auf Umwelt und Gesundheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Erziehungswissenschaftliche Fakultät, Institut für Biologie und ihre Didaktik durchgeführt. Es steht im Interesse der Umweltforschung und Umwelterziehung Vorurteile ueber Belastungen durch Emissionen und Rueckstaende aus Braunkohlekraftwerken kritisch zu hintertragen und an einfachen Modell-Systemen Schad- und Nutzwirkungen von Kraftwerksreststoffen (Braunkohlenasche und Rauchgasgips) zu erfassen (Ziel). Es wird davon ausgegangen, dass bei einer richtigen Verwendung (Recycling) durchaus positive Wirkungen auf Umwelt und Gesundheit zu erwarten sind (Hypothese). Als Ergebnis ist festzustellen, dass mit einer Kombination von Braunkohlenasche und Rauchgasgips eine Verbesserung von sauren Boeden und des Pflanzenwachstums, sowie eine Behebung von Mangelsituationen an Spurenelementen (Bor, Selen, Molybdaen, u.a.) bei sachgerechter Anwendung moeglich ist (Ergebnis).

Die duale Rolle des Transkriptionsfaktors PHR1 in Lotus japonicus, einer Modellpflanze für Wurzelsymbiosen

Das Projekt "Die duale Rolle des Transkriptionsfaktors PHR1 in Lotus japonicus, einer Modellpflanze für Wurzelsymbiosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Botanisches Institut, Lehrstuhl II durchgeführt. 'Das Ziel des beschriebenen Projekts ist die Entschlüsselung des gemeinsamen Kontrollmechanismus, der der Phosphatmangelantwort sowie der Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza (AM) in der Modellleguminose Lotus japonicus zugrunde liegt. Bei geringer Verfügbarkeit von Phosphat (Pi) kann die AM die Pi Aufnahme verbessern. Eine hohe Pi Verfügbarkeit hat jedoch einen negativen Einfluss auf die Entwicklung der AM Symbiose. Die Regulationsmechanismen dazu sind weitgehend unbekannt. Hier soll die duale Funktion des Transkriptionsfaktors PHR1 bei der Regulation der Gene der Pi-Mangelantwort und bei der Kontrolle der Symbiosomentwicklung untersucht werden, wobei das Symbiosom der Ort des gegenseitigen Stoffaustausches in der AM ist. Im ersten Teilprojekt werden PHR1-regulierte und PHR1-unabhängige Gene aus der Pi-Mangelantwort (PSI Gene) mit Hilfe einer phr1 Mutante und PHR1 ektopisch-expimierenden Pflanzen identifiziert. In einem zweiten Teilprojekt werden Gemeinsamkeiten bei der Regulation der AM-spezifischen Antwort und der PSI Gene aufgezeigt werden. Dazu werden die oben beschriebenen Mutanten physiologisch untersucht und die PHR1-regulierten, AM-spezifischen Gene identifiziert. Im Rahmen eines dritten Teilprojektes wird ein cis-aktiver regulatorischer Cluster bestehend aus den beiden cis-Elementen CTTC und P1BS untersucht, der AM-spezifische Pi Transportergene reguliert. Insgesamt soll das regulatorische Netzwerk zur Kontrolle der Pi-abhängigen Symbiosomentwicklung in der AM entschlüsselt werden. '

Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen

Das Projekt "Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.

Naehrstoffmangelversuch auf 2 oekologisch differenzierten Standorten

Das Projekt "Naehrstoffmangelversuch auf 2 oekologisch differenzierten Standorten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I durchgeführt. Standort Rauischholzhausen - Parabraunerde: 28 Varianten nur mineralische Duengung + 28 Varianten mit Stallmistduengung zur Hackfrucht = 56 Varianten. Fruchtfolge: Zuckerrueben - Winterweizen - Wintergerste. Es werden folgende Parameter erfasst: Ertraege, Naehrstoffumsatz, Naehrstoffbilanz, Bodenuntersuchungen, Klimafaktoren. Der Versuch laeuft seit 1954, ab 1984 erfolgte eine Umstellung in der Naehrstoffkombination. Standort Gross-Gerau - Sandboden: 16 Varianten Mineralduengung. Fruchtfolge: Silomais - Wintergerste - Winterroggen. Es werden folgende Parameter erfasst: Ertraege, Naehrstoffumsatz, Naehrstoffbilanz, Bodenuntersuchungen, Klimafaktoren. Der Versuch laeuft seit 1954; ab 1984, nach 30 Jahren (= 10 Rotationen) Laufzeit, Umstellung in der Naehrstoffkombination und 8 Varianten mit Stallmistduengung zur Hackfrucht.

Environment-dependent regulation of nitrogen import system in poplar

Das Projekt "Environment-dependent regulation of nitrogen import system in poplar" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Botanisches Institut, Lehrstuhl Physiologische Ökologie der Pflanzen durchgeführt. Poplar could succeed in nutrient rich areas as well as in nutrient poor forests soils where plants live in symbiosis with certain soil fungi to enable sufficient nutrition. Due to its huge demand, nitrogen, as major nutrient, is of special interest for poplar nutrition. In this project we want to characterize nitrate, ammonium and amino acid transporters from poplar roots that are differentially regulated as result of nitrogen nutrition (shortage or nitrogen excess), or by plant/fungus interaction. The kinetic parameters of selected transporters will be determined by heterologous expression. Tissue and organ specific expression of certain transporter genes will be investigated by Northern blot and RT-PCR and by the utilization of poplar transformants containing promoter-GFP fusions. GFP fusions with truncated promoters will also be used for the identification of cis-elements responsible for the nitrogen-dependent expression of selected transporter genes. In addition, the global impact of nitrogen nutrition on poplar gene expression will be investigated using macro and micro arrays hybridization and probes of poplar roots grown at different nitrogen sources and concentrations as well as mycorrhizas.

Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten

Das Projekt "Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Umweltmineralogie durchgeführt. Nass- und Trockendeposition sind die wesentlichen Prozesse, die Mineralstaub aus der Atmosphäre entfernen. Teragramm Mineralstaub werden pro Jahr interkontinental verfrachtet. Erreicht Staub weitab von seiner Quelle wieder die Erdoberfläche, kann er erheblichen Einfluss auf Ökosysteme haben. Insbesondere ozeanische Ökosysteme sind in ihrer Bioproduktivität nährstofflimitiert. Diese Nährstoffe können durch Mineralstaub eingetragen werden. Trotz der Bedeutung der Deposition sind Messungen bislang rar, und Staubmodelle, die sich an den wenigen Messungen validieren, zeigen erhebliche Fehler. Hauptsächlich der Mangel an geeigneten Messdaten behindert im Moment das weitergehende Verständnis des Staubzyklus. Fehlende standardisierte Messtechnik zur Trockendepositionsmessung erschwert bislang gute Datenerfassung. Daher wird ein neuer automatisierter Nass- und Trockendepositionssammler entwickelt und charakterisiert. Der Sammler wird mit meteorologisch relevanter Zeitauflösung (Stunden bis Tage) betrieben und damit einen großen Nachteil vergangener Messungen beheben, nämlich eine Zeitauflösung von meist Wochen bis Monaten. Durch den Einsatz automatisierter rasterelektronenmikroskopischer Einzelpartikel-Analyse wird ein bisher unerreichter Daten-Detailreichtum für Partikelgrößen von 700 nm bis 100 mym zur Verfügung stehen, einschließlich Partikelgrößenverteilung, Elementzusammensetzung und Partikel-Mischungszustand. Besondere Aufmerksamkeit wird potentiellen Nährstoffen wie Fe, P, K, Mg und Ca gewidmet. Für ausgewählte Proben wird weiterhin Partikel-Hygroskopizität bestimmt.Nach der Testphase auf der Insel Frioul, Frankreich, während der der Sammler im Vergleich zur dort existierenden Zeitreihe validiert wird, werden drei Instrumente an Stationen in Betrieb genommen, die für Staubeintrag in die relevant Ozeane sind: Sao Vicente, Kap Verde und Barbados im Saharischen Ausfluss so wie Heimaey, Island, im arktischen Staub. In einer zweiten Phase (nach dem vorliegenden Projekt) soll das Netzwerk dann erweitert werden durch New Island, Falkland im südamerikanischen Ausfluss, Amakusa, Japan im asiatischen Ausfluss und die Insel Amsterdam zwischen dem südafrikanischen und dem australischen Ausfluss. Zum ersten Mal werden aus diesem Projekt kontinuierliche Zeitreihen der Nass- und Trockendeposition von Mineralstaub zur Verfügung stehen, die tägliche bzw. Ereignis-basierte Zeitauflösung und zudem Partikel-Größenauflösung bieten. Hieraus werden atmosphärische Schlüsselfaktoren abgeleitet, die zur Deposition führen. Weiterhin wird eine Partitionierung zwischen Nass- und Trockendeposition und ihr Größenverteilung von Nährstoffen - insbesondere P und Fe - untersucht. Partikel-Mischungszustand und Form werden durch ein Mischungsmodell und Bildanalyse bestimmt. Eine öffentliche Datenbank wird bereitgestellt, die z. B. für Modellvalidierung zu Verfügung steht. Es ist geplant, die Stationen nach Ende der DFG-Finanzierungphase weiter zu betreiben.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANEDO GmbH durchgeführt. Klassische agrarische Produktionsweisen stehen vor Herausforderungen wie Klimawandel, Eutrophierung, Phosphorknappheit und Wasserverschmutzung sowie einer stärker werdenden Urbanisierung. Eine Lösung dem zu begegnen ist die vertikale, hydroponische Pflanzenproduktion in urbanen Regionen unter effizientem Wasser- und Nährstoffeinsatz. Das Projekt Nutrient+CtrlIVF hat daher zum Ziel, mittels NUTRI-STAT-Analysebausteinen die ionenselektive Regelung von Nährstoffen für den vertikalen, hydroponischen Pflanzenbau in Indoor Vertical Farms (IVF) zu etablieren. Aktuell wird die Nährstoffdosierung in re-zirkulierenden hydroponischen Systemen mittels Leitfähigkeits- und pH-Wert-Steuerung geregelt. Dies führt bei längerer Kreislaufführung der Nährlösung im Kultursystem zu einer Über- oder Unterversorgung mit einzelnen Nährstoffen. Ein zeitweises Öffnen des Nährlösungskreislaufs und damit verbundenes Verwerfen der Nährlösung (aktuelle Praxis) wird mit dem Einsatz von ionenselektiven Sensoren verhindert. Im beantragten Projekt messen NUTRI-STAT-Analysebausteine die Hauptnährstoffe Nitrat, Kalium und Dihydrogenphosphat. Die Sensoren werden mit einer Ansteuerungselektronik in eine Düngeunit integriert (Düngeunit+ISFET) und der Mess- und Dosierprozess für hydroponische Kultursysteme modifiziert und angepasst. Die Düngeunit+ISFET wird kontinuierlich den Einzelnährstoffgehalt in der hydroponischen Lösung messen und die Zudosierung ionenspezifisch umsetzen. Als Modellkulturen werden Wasserlinse und Süßkartoffel genutzt, da diese sich aufgrund der ernährungsphysiologischen Bedeutung und der Nutzbarkeit des gesamten Produkts für IVF's besonders eignen. Die bedarfsgerechte und nährstoffspezifische Düngung im urbanen, vertikalen Anbau soll besonders hochwertige Pflanzenqualitäten bei geringeren Nährstoff- und Wassereinsätzen und folglich erhöhter Ressourceneffizienz im Vergleich zum traditionellen Anbausystemen generieren.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Osnabrück, Arbeitsgruppe Growing Knowledge durchgeführt. Klassische agrarische Produktionsweisen stehen vor Herausforderungen wie Klimawandel, Eutrophierung, Phosphorknappheit und Wasserverschmutzung sowie einer stärker werdenden Urbanisierung. Eine Lösung dem zu begegnen ist die vertikale, hydroponische Pflanzenproduktion in urbanen Regionen unter effizientem Wasser- und Nährstoffeinsatz. Das Projekt Nutrient+CtrlIVF hat daher zum Ziel, mittels NUTRI-STAT-Analysebausteinen die ionenselektive Regelung von Nährstoffen für den vertikalen, hydroponischen Pflanzenbau in Indoor Vertical Farms (IVF) zu etablieren. Aktuell wird die Nährstoffdosierung in re-zirkulierenden hydroponischen Systemen mittels Leitfähigkeits- und pH-Wert-Steuerung geregelt. Dies führt bei längerer Kreislaufführung der Nährlösung im Kultursystem zu einer Über- oder Unterversorgung mit einzelnen Nährstoffen. Ein zeitweises Öffnen des Nährlösungskreislaufs und damit verbundenes Verwerfen der Nährlösung (aktuelle Praxis) wird mit dem Einsatz von ionenselektiven Sensoren verhindert. Im beantragten Projekt messen NUTRI-STAT-Analysebausteine die Hauptnährstoffe Nitrat, Kalium und Dihydrogenphosphat. Die Sensoren werden mit einer Ansteuerungselektronik in eine Düngeunit integriert (Düngeunit+ISFET) und der Mess- und Dosierprozess für hydroponische Kultursysteme modifiziert und angepasst. Die Düngeunit+ISFET wird kontinuierlich den Einzelnährstoffgehalt in der hydroponischen Lösung messen und die Zudosierung ionenspezifisch umsetzen. Als Modellkulturen werden Wasserlinse und Süßkartoffel genutzt, da diese sich aufgrund der ernährungsphysiologischen Bedeutung und der Nutzbarkeit des gesamten Produkts für IVF's besonders eignen. Die bedarfsgerechte und nährstoffspezifische Düngung im urbanen, vertikalen Anbau soll besonders hochwertige Pflanzenqualitäten bei geringeren Nährstoff- und Wassereinsätzen und folglich erhöhter Ressourceneffizienz im Vergleich zum traditionellen Anbausystemen generieren.

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