Das Projekt "Teilvorhaben: Zustandsklassifizierung von Pflanzen mittels bildbasiertem AI-System" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Protohaus gemeinnützige GmbH durchgeführt. Pflanzen reagieren auf ihre Umwelt. Ihre Blätter folgen dem Lauf der Sonne, ihre Wurzeln suchen im Boden nach Nährstoffen oder sie bilden verstärkt schützende Stoffe bei zu starker Strahlung. Viele Reaktionen können als Indikatoren für den aktuellen Gesundheitszustand der Pflanze dienen. Das erschlaffen von Blättern weist auf Probleme mit der Wasserversorgung hin, während Verfärbungen auf eine Mangelversorgung mit bestimmten Nährstoffmineralien deuten. Während das Auge von Landwirten und Gärtnern darin geschult ist frühzeitig Fehlentwicklungen zu identifizieren, erkennen weniger erfahrende Menschen diese deutlich später. Dabei gilt, je früher Mangelerscheinungen, Krankheiten und Schädlinge erkannt werden, desto besser können Gegenmaßnahmen wirken. Um die frühzeitige Erkennung von Fehlentwicklungen im Pflanzenanbau zu verbessern zielt das Forschungsvorhaben auf die Entwicklungen von innovativen visuellen Kontrollsystemen. Über Kamerabilder soll eine AI die Morphologie, Phänologie und andere Parameter von Pflanzen messen und den Gesundheitszustand klassifizieren. Das vorliegende Teilvorhaben entwickelt hierfür die Grundlagen, in dem ein kleinskaliges, geschlossenes Hydroponiksystem konstruiert und betrieben wird. Wesentliche Umweltparameter könnten kontrolliert und manipuliert werden, so dass verschiedene Umweltszenarien simuliert und bspw. Mangelerscheinungen hervorgerufen werden können. Kameras zeichnen die Reaktionen der Pflanzen auf, sodass im weiteren Verlauf ein AI-Algorithmus anhand der Bilder auf die frühzeitige Erkennung trainiert werden kann. Daneben wird ein Gewächshaus betrieben, in welchem entwickelte Technologien aus dem Projekt in der Praxis erprobt und weiterentwickelt werden. Außerdem werden Veranstaltungen und Workshops zu projektspezifischen Themen organisiert um einen Co-Creation Prozess mit der Öffentlichkeit zu initiieren.
Das Projekt "Überwindung der Nachbaukrankheit mithilfe eines integrierten Ansatzes, Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme, Abteilung Gehölz- und Vermehrungsphysiologie durchgeführt. Das Verbundprojekt BonaRes-ORDIAmur will in einem integrierten Ansatz die Ursachen der Apfelnachbaukrankheit (engl. Apple Replant Disease = ARD) aufklären und aus den gewonnenen eigenen Erkenntnissen sowie basierend auf der Literatur oder Erfahrungen Dritter Maßnahmen zur Überwindung von ARD entwickeln. Diese sollen langfristig und nachhaltig die Bodengesundheit für Baumschulen und Obstbetriebe erhalten, die zunehmend unter den drastischen wirtschaftlichen Folgen von ARD leiden. Die hier beantragten Teilprojekte der Leibniz Universität Hannover (P4b, P8, P9, P13 und PK) haben die folgenden Ziele: In P4b sollen der Zusammenhang zwischen Bodenpartikelzusammensetzung und ARD Ausmaß aufgeklärt werden sowie die Auswirkungen von Aktivitätsverschiebungen zwischen Generalisten und Spezialisten auf Funktionalität sowie Konnektivität der Bodengemeinschaft untersucht werden. P8 strebt tiefere Einblicke in bestätigte biotische Faktoren im Zusammenhang mit der ARD (Endophyten, Mykorrhizapilze, Mykoviren, Wurzelpathogene) an, um dadurch die Selektion toleranter Unterlagen und die Bewertung weiterer Managementmaßnahmen zu unterstützen. P9 hat das Ziel, die bakteriellen Endophyten in Genotypen mit unterschiedlicher ARD-Reaktion zu identifizieren, zu isolieren und zu lokalisieren sowie deren Interaktion untereinander, mit pilzlichen Endophyten und der Pflanze zu verstehen und zu nutzen. P13 untersucht langfristige Veränderungen der Bodenmesofauna in ARD Böden, charakterisiert Schlüsselarten in ihrer Bedeutung für das Bodennahrungsnetz und für die ARD-Ätiologie und erarbeitet Strategien zur Nutzung der Manipulation der funktionellen Mesofauna-Diversität. Das Koordinationsprojekt PK wird seine wichtige Arbeit zur Koordination der Zentralexperimente, der Verbundarbeit, der Außendarstellung und der Interaktion mit dem BonaRes-Zentrum, anderen Modul A-Projekten und Außenstehenden fortsetzen.
Das Projekt "Wirkung von reduzierter UV-B-Srahlung auf Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft durchgeführt. Die Zerstörung der stratosphärischen Ozonschicht (führt zu stärkerer UV-B-Strahlung in Reinluftgebieten) einerseits und die Zunahme troposphärischen Ozons und der Smog-Wolkenbildung (führen zur Abnahme der UV-B-Strahlung) andererseits erfordern neue Kenntnisse über die Reaktionen der Pflanzen auf die UV-B-Strahlung. Als Ergänzung zu ausländischen Experimenten mit erhöhter UV-B Strahlung haben wir deshalb die natürliche UV-B-Strahlung ganz oder teilweise mittels verschiedener Plexiglasfilter herausgefiltert. Reduzierte UV-B-Srahlung führte bei Pappeln zu grösserer Belaubungsfläche, mehr Assimilationsstärke und grösserem Wachsestergehalt an der Blattoberfläche, aber zu einem geringerem Anthozyangehalt. Interessante Aspekte dürften sich aus dem Vergleich zwischen den Anthozyanidingehalten unter reduzierter UV-B-Strahlung und denen unter erhöhtem CO2, Ozon und Schwermetallen ergeben.
Das Projekt "Gerichtete (gravitrope) und ungerichtete Reaktionen (Endoctyose, Halotoleranz) auf Schwerkraft in Pflanzen (Flugexperimente WAICO und TEXUS Endofil und SPARC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Zierpflanzen- und Gehölzwissenschaften, Abteilung Molekulare Ertragsphysiologie durchgeführt. Für gerichtete und ungerichtete Reaktionen der Pflanze auf Schwerkraft wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass an das Cytoskelett gekoppelte, als Statolithen fungierende Organelle und an das Cytoskelett gekoppelte Ionenkanäle (Ca2+, K+) als die zentralen Teile eines primären Sensorapparates für Schwerkraft fungieren. Diese Hypothese wird für die gravitrope Reaktion der Wurzel weitgehend akzeptiert. Durch die in unserem Labor isolierte agravitrope Mutante wird einerseits ein Experiment im Orbit (WAICO, 2007/2008) unterstützt, andererseits können durch Untersuchung dieser Mutante wichtige, dem primären Sensorapparat nachgeschaltete Komponenten identifiziert werden (TEXUS SPARC, 2010). Um die Grundhypothese für nicht gerichtete Reaktionen auf Schwerkraft noch stärker experimentell zu belegen, dient ein weiteres Flugexperiment (ENDOFIL). Im TEXUS-Flug in 2009 soll die postulierte Beteiligung des Cytoskeletts in myg an der Beschleunigung der Endocytose in Tabakpollenschläuchen durch Inhibitoren nachgewiesen werden.
Das Projekt "Von der Zelle zum Baum - Wirkungsanalyse der Bodentoxizität auf Zell-, Organ-, Organismus- und Ökosystemebene im Hinblick auf die Phytoremediation belasteter Böden mit Holzpflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft durchgeführt. Das Grossprojekt Von der Zell zum Baum besteht zurzeit aus 33 Projekten, die Forschungsthemen von der molekularen Ebene via Zellen, Organe und Organismen bis hin zur Ökosystem-Ebene umfassen. Fragestellung: Müllablagerungen in Deponien, Emissionen aus Produktionsstätten und landwirtschaftliche Praktiken mitsamt der Anwendung von Klärschlamm (reglementiert in der Schweiz seit 1981) haben dazu geführt, dass heute in ganz Europa viele Böden mit Schwermetallen belastet sind. Es handelt sich dabei nicht nur um Altlasten aus früheren 'Umweltsünden' mit entsprechend grossem Sanierungsbedarf - chronische Schwermetalleinträge über grosse Gebiete stellen langfristig ein mindestens ebenso grosses Problem dar. Die Verdachtsflächen, welche die Richtwerte an Schwermetallen und organischen Schadstoffen übersteigen, werden in der Schweiz auf 4 Prozent (Verursacher Landwirtschaft), 12 Prozent (Industrie), 11 Prozent (Verbrennungsanlagen) und 9 Prozent (Verkehr) der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche (Keller & Desaules, Schriftenreihe FAL 23, 1997). Europaweit müssen Lösungen gefunden werden, wie mässig belastete Böden stabilisiert bzw. dekontaminiert und nachhaltig genutzt ('Energy Farming', Erholungsgebiet) werden können. Dazu werden dringend Daten benötigt über Flüsse, Allokation und Metabolismus der Schadstoffe in Abhängigkeit von der Bepflanzung, des Bodentyps und der Azidität der Niederschläge. Das Grossprojekt Von der Zelle zum Baum berücksichtigt im ökosystemaren Ansatz, dass die Reaktionen der Pflanzen auf die Schadstoffe durch die Konkurrenz zwischen verschiedenen Pflanzen um Licht, Wasser und Nährstoffe und durch assoziierte Organismen (Schädlinge, Pathogene, Mycorrhiza, Bakterien) stark beeinflusst werden. Damit schliesst das Grossprojekt eine Lücke in der Forschung, denn bisherige Kenntnisse basieren auf Nutzpflanzen (Monokulturen), Topfpflanzen und Laboruntersuchungen. Ziele für Wissensgewinn: Verfügbarkeit der Schwermetalle (Zn, CD, Cu, Pb) für die Pflanzen und die Gemeinschaft der Organismen im Modellökosystem; Einfluss des sauren Regens und der Azidität des Bodens; Transport / Immobilisierung der Schwermetalle; Stress Physiologie (Wachstum, Barrieren, Abwehrmechanismen, Schädigung); Analyse der Beziehungen unter Stress zwischen den Pflanzen (Konkurrenzverhalten) und den assoziierten Organismen (Bakterien, Pilze, Insekten). Ziele für Umsetzung: Abschätzung von Gewinn und Risiko bei Begrünung / Aufforstung moderat belasteter Standorte; Phytoremediation von Deponien u.a.