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Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Kombinationswirkungen der phytotoxischen Immissionskomponenten SO2, Aethylen und NO2 mit Hilfe einer Freilandbegasungsanlage

Experimentelle Ermittlung der relativen Phytotoxizitaet von Luftverunreinigungen

Ermittlung der relativen Toxizitaet von organischen Gasen und Daempfen auf Pflanzen

Durchfuehrung von Kurzzeittests zur Ermittlung der phytotoxischen Relevanz von Luftverunreinigungen.

Beeinflusst die induzierte Phytotoxizität bei Apfelnachbaukrankheit Malus domestica Wurzeln?

Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.

Einfluß von Mangan auf Redoxprozesse im Blattapoplasten und deren Bedeutung für die Mangan-Gewebetoleranz bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.

Die physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Unterschieden in der Mn-Gewebetoleranz in Abhängigkeit vom Genotyp, Blattalter, Si-Versorgung und Form der N-Ernährung (NO3-N versus NH4-N) sind noch weitgehend ungeklärt. Vorliegende Informationen aus der Literatur und insbesondere die eigenen Vorarbeiten weisen darauf hin, daß die Wirkungen von Mn auf Redoxprozesse im Blattapoplasten entscheidend für Mn-Toxizität und Mn-Toleranz sind. Im Vordergrund des beantragten Vorhabens soll daher die Untersuchung dieses Kompartiments stehen. Bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) soll mit Hilfe von histochemischen Methoden überprüft werden, ob ein erhöhtes Mn-Angebot zu einem vermehrten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies im Zellwandbereich führt. Neben der Bestimmung der antioxidativen Substanzen Ascorbinsäure, Glutathion und a-Tocopherol (Zusammenarbeit mit der AG Noga, Universität Bonn) des Apoplasten und Cytosols, des im Cytoplasma vorliegenden regenerativen Halliwell-Asada-Zyklus (Monodehydroascorbat- und Dehydroascorbat-Reduktase bzw. Glutathion-Reduktase) soll eine Charakterisierung der im Blattapoplasten lokalisierten Enzyme Peroxidase und Superoxid-Dismutase sowie der im Apoplasten vorkommenden Phenole vorgenommen werden, deren Zusammensetzung als mitentscheidend für die physiologischen Ursachen der Mn-Gewebetoleranz angesehen wird. Aufgrund der erwarteten Parallelen zwischen Mn- und Ozon-Toxizität soll vergleichend auch die Mn- bzw. Ozon-Toleranz verschiedener Pflanzenarten in Kooperation mit der AG Langebartels (GSF, Oberschleißheim) untersucht werden. Die Freisetzung von Ethan und Ethen als Indikatoren von Membranperoxidation soll mit Hilfe der hochempfindlichen Technik der Photoakustik in Zusammenarbeit mit der AG Kühnemann (Universität Bonn) bestimmt werden. Es wird erwartet, daß das Vorhaben zur Klärung der physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Mn-Toleranz beiträgt.

Wirkung von Pestiziden auf den Stoffwechsel, insbesondere auf den Photosyntheseapparat von hoeheren Pflanzen und Algen des Phytoplanktons

Pestizide, Pflanzen und Anthropoden - Verwendung eines Landnutzungs- und Klimagradienten-Ansatzes zur Untersuchung des möglichen Einflusses von Agrochemikalien

Pflanzenschutzmittel werden häufig als eine mögliche Ursache im Zusammenhang mit der Biodiversität in Agrarlandschaften genannt, obgleich ihre Rolle für die Verteilung von Nichtzielpflanzen und -arthropoden nach wie vor unklar ist. Wir wollen vorhandene Landschaftsdaten und ökologische Informationen eines von der Uni Würzburg etablierten Landnutzungs- und Klimagradienten in Bayern (LandKlif mit 180 ~Probestellen) nutzen. Zusätzlich sollen im vorliegenden Projekt Proben von Boden, Pflanzenbiomasse, Arthropodenbiomasse (Herbivore und Spinnen) genommen und darin landwirtschaftliche Pflanzenschutzmittel gemessen werden und weitere Proben von Artengruppen, für die bisher noch keine detaillierten Daten in LandKlif vorliegen (Spinnen und Käfer) genommen und bestimmt werden. Wir wollen die Bedeutung von landschaftlichen Parametern für die Pflanzenschutzmittelexposition untersuchen und die Traits der Pestizidexposition (Identität und Wirkweise, Wirkstoffkombinationen, Konzentrationsniveaus, wirkstoffspezifische Toxizität etc.) mit denen der Verteilung von Pflanzen und Arthropoden zusammenbringen und im Lichte der vorhandenen Informationen zu weiteren Einflussfaktoren analysieren. Unter Verwendung von substanz- und anbaufruchtspezifischen Daten zur Anwendung von Pestiziden wollen wir mittels meta-Analysen von Expositions- und Effektdaten für terrestrische Pflanzen und Arthropoden aus der Literatur bzw. aus Risikobewertungsdokumenten unsere Ergebnisse in einen weiteren Kontext stellen. Dieses Vorgehen soll auch die Interpretation der aus den hier vorgesehenen LandKlif-Analysen stammenden Daten erleichtern. Durch die Kombination des gut etablierten LandKlif-Untersuchungsgebietes sowie der terrestrischen Ökologieexpertise mit Expertise in der Ökotoxikologie von Pestiziden und in Meta-Analysen erhoffen wir uns eine Verbesserung des Verständnisses zur potentiellen Rolle von Agrochemikalien für Nichtzielpflanzen und Nichtzielarthropoden.

Wirkungen von Herbiziden auf den pflanzlichen Stoffwechsel

Untersuchungen, um genauere Kenntnis des Angriffs von phytotoxischen Substanzen im Chloroplasten der Pflanze zu erhalten: (1) direkte Hemmung des photosynthetischen Elektronentransports, (2) Hemmung der Carotinbiosynthese und damit photooxidative Zerstoerung des Chlorophylls, (3) peroxidativ wirkende Herbizide (Radikalbildner) und (4) Hemmstoffe der ATP-Synthese, Lipidbiosynthese. - Studien zu Struktur/Aktivitaetsbeziehungen, Bindungsstudien mit radioaktiv markierten Herbiziden, Selektion und Charakterisierung herbizidresistenter Mutanten, Untersuchungen zur lichtinduzierten Peroxidation und Antioxidantien. Die Arbeiten werden auf weitere Stoffwechselbereiche ausgedehnt.

Verhalten und Nebenwirkungen von systemischen Fungiziden in Pflanzen

Verhalten der Fungizide in Pflanzen (Transport/Transformation/Abbau/Nukleinsaeure-Wuchsstoff-Stoffwechsel).

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