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Begriffsbestimmungen

Die LUBW ist für die Überwachung der Luftqualität in Baden-Württemberg zuständig, mit dem Ziel Art und Wirkung von Luftverunreinigungen auf den Menschen und die Umwelt zu erkennen, zu erfassen und die Ursachen so weit wie möglich zu beseitigen oder zumindest zu begrenzen. Als Luftverunreinigungen werden gemäß dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) alle Veränderungen der natürlichen Zusammensetzung der Luft bezeichnet, beispielsweise durch Rauch, Ruß, Staub, Gase, Aerosole, Dämpfe und Geruchsstoffe. Im Zusammenhang mit unserer Umwelt ist die Emission die von einer Quelle ( Emittent ) ausgehende Freisetzung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen in die Atmosphäre. Die Emissionen können sowohl natürlichen Ursprungs als auch durch die Zivilisation bedingt (anthropogen) sein. Durch natürliche Ereignisse wie Waldbrände, Vulkanausbrüche (Emission von z. B. Ruß, Schwefeldioxid) und Sandstürme gelangen Schadstoffe in die Atmosphäre. Pflanzen emittieren Pollen sowie organische Gase, Sümpfe dagegen Methan. Anthropogen bedingte Emissionen stammen vor allem aus Verkehr, Industrie und Landwirtschaft. Beispiele hierfür sind die Schadstoffemissionen der Kraftfahrzeuge, die von einer Anlage ausgehenden Luftverunreinigungen oder Geräusche, der Straßenverkehrslärm und die Funkwellen von Sendemasten. Durch das Bundes-Immissionsschutzgesetz werden die Emissionen im Rahmen von Genehmigungen und Anordnungen begrenzt, mit dem Ziel Menschen, Tiere, Pflanzen, Böden, Gewässer sowie Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu schützen. Die Immission ist die Einwirkung der an die Umwelt abgegebenen Stoffe. Das Erfassen und Bewerten der Immission ist wesentliche Aufgabe der Luftqualitätsüberwachung. Im Bundes-Immissionsschutzgesetz werden u. a. die allgemeinen Grundlagen und Regelungen zum Schutz von Mensch und Umwelt vor Luftverunreinigungen genannt. Die Transmission ist der Transport bzw. die Ausbreitung sowie mögliche Umwandlung der Stoffe in der Atmosphäre. Bei der Transmission unterliegen die Stoffe den witterungsbedingten atmosphärischen Verhältnissen. Die Deposition ist die Ablagerung von aus der Atmosphäre entfernten Stoffen auf belebten und unbelebten Oberflächen. Unterschieden wird  zwischen nasser, trockener und feuchter Deposition. Mit der nassen Deposition werden gelöste und ungelöste Schadstoffe durch die Niederschläge (z. B. Regen, Schnee, Graupel) ausgewaschen. Diese Auswaschung als Selbstreinigung der Atmosphäre kann innerhalb von Wolken (Rainout) oder unterhalb der Wolkenbasis (Washout) erfolgen. Die Effektivität dieses Vorgangs, bestimmt durch den Rainout- bzw. Washout-Koeffizienten, hängt ab von den Die Wolken können die gebundenen Luftverunreinigungen aus verschiedenen Emissionsquellen zu entfernteren Gebieten transportieren. Dabei verändert sich das Verhältnis von trockener zu nasser Deposition von 10:1 in Emittentennähe auf 1:1 in emittentenferne Gebiete. Das heißt, während in der Nähe von Emissionsquellen die trockene Deposition den Hauptanteil der Gesamtdeposition bildet, nimmt der Anteil der nassen Deposition an der Gesamtdeposition mit der Entfernung zur Emissionsquelle zu und trägt dazu bei, dass Luftverunreinigungen auch zu empfindlichen Ökosystemen gelangen können. Die Sedimentation von Staubpartikeln (> 10 µm) durch Schwerkraft bzw. die Adsorption oder die Diffusion von Gasen, Feinstäuben und Aerosolen auf Oberflächen bedingen die trockene Deposition. Diese ist von der chemischen Zusammensetzung der bodennahen Luftschicht abhängig.

Teilvorhaben 1: Untersuchungen und Validierung des Proteoms unter Trockenstress

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Untersuchungen und Validierung des Proteoms unter Trockenstress" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme, Abteilung Gehölz- und Vermehrungsphysiologie durchgeführt. Die Gefahr des Stickstoffaustrags in das Grundwasser und der sparsame Umgang mit der knappen Ressource Wasser werden in den nächsten Jahren durch die Intensivierung des Anbaus nachwachsender Rohstoffe an Bedeutung gewinnen. Für Mitteleuropa werden ausgeprägte Trockenperioden speziell im Frühjahr und Frühsommer prognostiziert, wenn gleichzeitig die Phasen des stärksten vegetativen Wachstums und der höchsten Stickstoffaufnahme bei Stärkekartoffeln zu verzeichnen sind. Im Rahmen des vorangegangenen Forschungsvorhabens 'PROKAR' konnten Proteine identifiziert werden, welche bei eingeschränkter Wasserverfügbarkeit bzw. Stickstoffmangel in vitro bei unterschiedlich toleranten Genotypen differentiell abundant sind. Gegenstand des gegenwärtigen Forschungsvorhabens ist die Validierung der Proteine an bereits konserviertem Material aus Rain-Out-Shelter-Versuchen bzw. aus Material aus durchzuführenden Topfversuchen. Zudem soll die Übertragbarkeit auf weitere Genotypen geprüft werden. Die Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung der Kandidatenproteine und eines Schnelltests für ihren Nachweis sind weitere Projektinhalte.

Teilvorhaben 2: Charakterisierung von Kandidatengenen der N-Effizienz und massenspektrometrische Analyse

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Charakterisierung von Kandidatengenen der N-Effizienz und massenspektrometrische Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. Die Gefahr des Stickstoffaustrags in das Grundwasser und der sparsame Umgang mit der knappen Ressource Wasser werden in den nächsten Jahren durch die Intensivierung des Anbaus nachwachsender Rohstoffe an Bedeutung gewinnen. Für Mitteleuropa werden ausgeprägte Trockenperioden speziell im Frühjahr und Frühsommer prognostiziert, wenn gleichzeitig die Phasen des stärksten vegetativen Wachstums und der höchsten Stickstoffaufnahme bei Stärkekartoffeln zu verzeichnen sind. Im Rahmen des vorangegangenen Forschungsvorhabens 'PROKAR' konnten Proteine identifiziert werden, welche bei eingeschränkter Wasserverfügbarkeit bzw. Stickstoffmangel in vitro bei unterschiedlich toleranten Genotypen differentiell abundant sind. Gegenstand des gegenwärtigen Forschungsvorhabens ist die Validierung der Proteine an bereits konserviertem Material aus Rain-Out-Shelter-Versuchen bzw. aus Material aus durchzuführenden Topfversuchen. Zudem soll die Übertragbarkeit auf weitere Genotypen geprüft werden. Die Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung der Kandidatenproteine und eines Schnelltests für ihren Nachweis sind weitere Projektinhalte.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von lifespin GmbH durchgeführt. Deutsches Weidelgras als das wichtigste Futtergras in Deutschland wird besonders von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein, da es allgemein keine ausgeprägte Trockentoleranz besitzt und Konkurrenzfähigkeit und Ertragskraft besonders in von Sommertrockenheit betroffenen Gebieten leiden wird. In Vorstudien konnte in Deutschem Weidelgras Variation für das Merkmal Trockentoleranz' gefunden werden, die für die Züchtung genutzt werden kann. Projektziel ist es, mit innovativen Methoden, die züchterische Bearbeitung des Merkmalskomplexes 'Trockentoleranz' bei Deutschem Weidelgras mit möglichst effizienten Methoden zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Studie werden somit zukünftig eine schnellere und effizientere Züchtung neuer Weidelgrassorten ermöglichen, die damit besser an die Auswirkungen des allgemeinen Klimawandels angepasst sind. Als Vorarbeit wurden spaltende Kreuzungspopulationen erstellt, die zu Projektbeginn für die vorgesehenen Arbeiten zur Verfügung stehen. Dieses Material stellt den Nukleus dieses Vorhabens dar und wird im Rahmen dieses Projektes umfangreichen phänotypischen, physiologischen und molekulargenetischen Untersuchungen unterzogen. In Kombination von phänotypischer Beobachtung unter natürlichen (Feldversuch) und kontrollierten (Rain-out Shelter) Trockenstressbedingungen mit molekulargenetischen Untersuchungen der Vererbungsstruktur des komplex vererbten Merkmals, entsteht ein umfassendes Bild der Trockenstressantwort eines mehrjährigen Futtergrases. Auf dieser Basis können Genomregionen identifiziert werden, die an der Vererbung von Trockentoleranz beteiligt sind. Diese können in künftigen Züchtungsvorhaben markergestützt selektiert und kombiniert werden. Durch die Erfassung des Pflanzenmetaboloms werden Stoffwechselwege der Trockenstressantwort charakterisiert und eine Vielzahl neuer Biomarker identifiziert, so dass anhand der Pflanzeninhaltsstoffzusammensetzung auf die Trockenstressreaktion der Pflanze geschlossen werden kann.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von numares AG durchgeführt. Deutsches Weidelgras als das wichtigste Futtergras in Deutschland wird besonders von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein, da es allgemein keine ausgeprägte Trockentoleranz besitzt und Konkurrenzfähigkeit und Ertragskraft besonders in von Sommertrockenheit betroffenen Gebieten leiden wird. In Vorstudien konnte in Deutschem Weidelgras Variation für das Merkmal 'Trockentoleranz' gefunden werden, die für die Züchtung genutzt werden kann. Projektziel ist es, mit innovativen Methoden, die züchterische Bearbeitung des Merkmalskomplexes 'Trockentoleranz' bei Deutschem Weidelgras mit möglichst effizienten Methoden zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Studie werden somit zukünftig eine schnellere und effizientere Züchtung neuer Weidelgrassorten ermöglichen, die damit besser an die Auswirkungen des allgemeinen Klimawandels angepasst sind. Als Vorarbeit wurden spaltende Kreuzungspopulationen erstellt, die zu Projektbeginn für die vorgesehenen Arbeiten zur Verfügung stehen. Dieses Material stellt den Nukleus dieses Vorhabens dar und wird im Rahmen dieses Projektes umfangreichen phänotypischen, physiologischen und molekulargenetischen Untersuchungen unterzogen. In Kombination von phänotypischer Beobachtung unter natürlichen (Feldversuch) und kontrollierten (Rain-out Shelter) Trockentressbedingungen mit molekulargenetischen Untersuchungen der Vererbungsstruktur des komplex vererbten Merkmals, entsteht ein umfassendes Bild der Trockenstressantwort eines mehrjährigen Futtergrases. Auf dieser Basis können Genomregionen identifiziert werden, die an der Vererbung von Trockentoleranz beteiligt sind. Diese können in künftigen Züchtungsvorhaben markergestützt selektiert und kombiniert werden. Durch die Erfassung des Pflanzenmetaboloms werden Stoffwechselwege der Trockenstressantwort charakterisiert und eine Vielzahl neuer Biomarker identifiziert, so dass anhand der Pflanzeninhaltsstoffzusammensetzung auf die Trockenstressreaktion der Pflanze geschlossen werden kann.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Pflanzenbau - Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, einen Beitrag zur Aufklärung der Vererbungsstruktur des komplexen Merkmals temporäre Trockentoleranz bei Deutschem Weidelgras (wie sie z.B. in Bayern heute schon während der Vorsommertrockenheit in Franken auftritt) zu leisten. Dabei bleibt auch künftig für Standorte mit für Deutschen Weidelgras grundsätzlich zu geringer Wasserversorgung (permanenten Trockenstress) weiterhin der Wechsel zu anderen Gräserarten - mit im Regelfall geringerem Futterwert - notwendig. Mit innovativen, molekular basierten Züchtungsmethoden soll die Züchtung von Deutschen Weidelgrassorten unterstützt werden, die unter den sich ändernden Umwelt- und Klimabedingungen zum einen eine gute Anpassungsfähigkeit im Hinblick auf Trockenheit zeigen bzw. durch eine erhöhte Wassernutzungseffizienz pro gegebener Einheit Wasser mehr Biomasse bilden können als die aktuellen Sorten. Auf diese Weise kann es gelingen, Erträge und Qualitäten in der Produktion von Grundfutter und damit einer der wichtigsten heimischen Eiweißquellen auch in Zukunft zu sichern. Mit Hilfe innovativer, moderner Methoden der Pflanzenzüchtung, wie der Aufdeckung von Quantitative Trait Loci (QTL) oder den Methoden der genomischen Selektion und des Metabolitenprofilings, können die gesteckten Zuchtziele effizienter erreicht werden, als durch klassische Auslesezüchtung. Zielsetzung: Evaluierung von für das Merkmal 'Trockentoleranz' spaltenden Kreuzungspopulationen unter kontrollierten (Rain-out Shelter, Gewächshaus) und natürlichen Trockenstressbedingungen mit verschiedenen vorgeprüften phänologischen und physiologischen Selektionsmerkmalen. - Genotypisierung der spaltenden Populationen mit einem anhand der Kreuzungseltern vorselektiertem Sortiment an DNA-Markern. - QTL-Analyse zur Aufklärung der Vererbungsstruktur des Merkmals 'Trockentoleranz' mit dem Ziel einer effizienteren Selektion auf dieses Merkmal. - Erstellung von ausgewählten tetraploiden Populationen aus colchizinierten Eltern-Klonen (Ausgangsmaterial der spaltenden Kreuzungspopulationen), die in Zukunft ermöglichen sollen, die Übertragbarkeit von Ergebnissen zur Trockentoleranz aus genetisch leichter zu untersuchenden diploiden Individuen auf die bei der Neuzüchtung von Sorten häufig verwendeten Tetraploiden abzuschätzen und genetische Effekte von allgemeinen Ploidieeffekten trennen zu können. - Etablierung einer NMR-Plattform als neues Werkzeug zur Hochdurchsatzphänotypisierung (Inhaltsstoffprofil) und Selektion auf Basis von Stoffwechselprofilen (Metabolomics).

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. Deutsches Weidelgras als das wichtigste Futtergras in Deutschland wird besonders von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein, da es allgemein keine ausgeprägte Trockentoleranz besitzt und Konkurrenzfähigkeit und Ertragskraft besonders in von Sommertrockenheit betroffenen Gebieten leiden wird. In Vorstudien konnte in Deutschem Weidelgras Variation für das Merkmal 'Trockentoleranz' gefunden werden, die für die Züchtung genutzt werden kann. Projektziel ist es, mit innovativen Methoden, die züchterische Bearbeitung des Merkmalskomplexes 'Trockentoleranz' bei Deutschem Weidelgras mit möglichst effizienten Methoden zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Studie werden somit zukünftig eine schnellere und effizientere Züchtung neuer Weidelgrassorten ermöglichen, die damit besser an die Auswirkungen des allgemeinen Klimawandels angepasst sind. Als Vorarbeit wurden spaltende Kreuzungspopulationen erstellt, die zu Projektbeginn für die vorgesehenen Arbeiten zur Verfügung stehen. Dieses Material stellt den Nukleus dieses Vorhabens dar und wird im Rahmen dieses Projektes umfangreichen phänotypischen, physiologischen und molekulargenetischen Untersuchungen unterzogen. In Kombination von phänotypischer Beobachtung unter natürlichen (Feldversuch) und kontrollierten (Rain-out Shelter) Trockentressbedingungen mit molekulargenetischen Untersuchungen der Vererbungsstruktur des komplex vererbten Merkmals, entsteht ein umfassendes Bild der Trockenstressantwort eines mehrjährigen Futtergrases. Auf dieser Basis können Genomregionen identifiziert werden, die an der Vererbung von Trockentoleranz beteiligt sind. Diese können in künftigen Züchtungsvorhaben markergestützt selektiert und kombiniert werden. Durch die Erfassung des Pflanzenmetaboloms werden Stoffwechselwege der Trockenstressantwort charakterisiert und eine Vielzahl neuer Biomarker identifiziert, so dass anhand der Pflanzeninhaltsstoffzusammensetzung auf die Trockenstressreaktion der Pflanze geschlossen werden kann.

Effect of drought on C cycling in the plant-soil system - which roles play lignin and lipids?

Das Projekt "Effect of drought on C cycling in the plant-soil system - which roles play lignin and lipids?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. Drought events are predicted to occur more frequently and for a longer duration due to climate change. Especially, severe droughts most likely increase in Central Europe during the summer season, when commonly plants actively grow. Due to this drought C uptake by plants and its translocation towards soil can be expected to decrease. Thus, this has a strong influence on the plant driven sequestration of C in soil and also drought might promote C loss in the soil. Furthermore, it remains questionable, if the plant-soil system can adapt to drought to further resist to severe droughts. Strong effects of drought were described for the regulation of lipid formation in plants including fatty acids as part of cell membranes and alkanes as part of the wax layer, whereas so far no information is available, if lipid incorporation into soils and lipid turnover therein is also influenced by drought. For another part of plant tissues like lignin a response on drought cannot be expected as lignin formation is not directly connected to the regulation of the stomata and the wax formation. However, as influences of drought on lignin and lipid cycling in the plant-soil system remain largely unknown, but they are part of intermediate stable C pool in soil, it should be known, whether drought might improve their mineralisation or storage in soils. In this proposal, we will determine CO2 uptake by plants, translocation of C from plants to soil and soil C fluxes of two different plant communities (grass and heath) that are exposed to a severe drought of 14 weeks under field conditions. Additionally, plots are differentiated that were previously exposed to annual drought or control conditions. C cycling is investigated under field conditions by help of a triple 13CO2 pulse labeling experiment and subsequent analyses of the isotope label in plant and soil samples. The whole experiment was performed under rainout shelters installed on the Bayreuth EVENT I experiment in summer 2011. Further, a laboratory experiment will be conducted, where under controlled conditions only soil moisture is regulated to drought and control conditions, respectively and via a continuous 13CO2 labeling C cycling in the plant-soil system is determined. All samples from the EVENT I experiment and the laboratory experiment will be analysed for their d13C isotopic values to trace the bulk C fluxes. In addition to the bulk C, lipids including fatty acids, alkanes and alcohols and lignin monomers will be monitored for the whole sample set to determine the regulation of lipid and lignin formation in plants under drought and especially to investigate the incorporation and mineralisation of bulk C and at a molecular level for lipids and lignin during the drought. This research will serve the following central goals: 1. Determine effect of increasing drought on C uptake by plants and bulk C, lipid and lignin translocation towards soil. usw.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Pflanzenbau - Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung durchgeführt. Mit der globalen Erwärmung und dem prognostizierten Klimawandel werden in Mitteleuropa zunehmend Perioden anhaltender Dürre erwartet. Bei Futter- und Rasengräsern ist die Bereitstellung von Sorten mit erhöhter Trockenheitsresistenz von besonderer Bedeutung, da die meisten Arten mehrjährig sind und damit die Stabilität gegenüber Jahreseffekten eine zusätzliche Relevanz besitzt. Es sollen anhand der in Deutschland wirtschaftlich bedeutendsten Gräserart Lolium perenne Grundlagen für eine effiziente Züchtung trockentoleranter Gräsersorten erarbeitet werden. Beabsichtigt ist eine umfassende Phänotypisierung eines breiten Spektrums genetischer Ressourcen von Lolium perenne. 200 Genotypen sollen in Feldversuchen an fünf repräsentativen Standorten mit zumindest periodisch auftretendem Wassermangel über drei Jahre hinweg mittels Sichtbonituren und spektrometrischen Messungen auf Verhalten und Leistung unter Trockenstress geprüft werden. Mit 50 ausgewählten divergierenden Genotypen werden aufwändigere Prüfungen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Neben Untersuchungen in Rain-out-Sheltern sollen Keimungsversuche unter Trockenstress, Bestimmungen des Wassersättigungs- und Resaturationsdefizit von isolierten Blättern sowie Versuche in PEG-Hydroponik-Systemen durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob merkmalsrelevante Teilaspekte der Trockentoleranz auch unter solchen Bedingungen erfasst und gegebenenfalls als frühzeitig anzuwendende Selektionskriterien genutzt werden können. Im Ergebnis sollen (1) möglichst hoch differenzierende Phänotypprofile erstellt, (2) Pflanzenmaterial aller Genotypen für weiterführende quantitativ-genetische Untersuchungen sowie für die später durchzuführende Entwicklung molekularer und physiologischer Marker konserviert sowie (3) der Züchtungspraxis einfach zu handhabende Screeningverfahren und charakterisiertes 'pre-breeding'-Material zur Verfügung gestellt werden.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. Mit der globalen Erwärmung und dem prognostizierten Klimawandel werden in Mitteleuropa zunehmend Perioden anhaltender Dürre erwartet. Bei Futter- und Rasengräsern ist die Bereitstellung von Sorten mit erhöhter Trockenheitsresistenz von besonderer Bedeutung, da die meisten Arten mehrjährig sind und damit die Stabilität gegenüber Jahreseffekten eine zusätzliche Relevanz besitzt. Es sollen anhand der in Deutschland wirtschaftlich bedeutendsten Gräserart Lolium perenne Grundlagen für eine effiziente Züchtung trockentoleranter Gräsersorten erarbeitet werden. Beabsichtigt ist eine umfassende Phänotypisierung eines breiten Spektrums genetischer Ressourcen von Lolium perenne. 200 Genotypen sollen in Feldversuchen an fünf repräsentativen Standorten mit zumindest periodisch auftretendem Wassermangel über drei Jahre hinweg mittels Sichtbonituren und spektrometrischen Messungen auf Verhalten und Leistung unter Trockenstress geprüft werden. Mit 50 ausgewählten divergierenden Genotypen werden aufwändigere Prüfungen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Neben Untersuchungen in Rain-out-Sheltern sollen Keimungsversuche unter Trockenstress, Bestimmungen des Wassersättigungs- und Resaturationsdefizit von isolierten Blättern sowie Versuche in PEG-Hydroponik-Systemen durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob merkmalsrelevante Teilaspekte der Trockentoleranz auch unter solchen Bedingungen erfasst und gegebenenfalls als frühzeitig anzuwendende Selektionskriterien genutzt werden können. Im Ergebnis sollen (1) möglichst hoch differenzierende Phänotypprofile erstellt, (2) Pflanzenmaterial aller Genotypen für weiterführende quantitativ-genetische Untersuchungen sowie für die später durchzuführende Entwicklung molekularer und physiologischer Marker konserviert sowie (3) der Züchtungspraxis einfach zu handhabende Screeningverfahren und charakterisiertes 'pre-breeding'-Material zur Verfügung gestellt werden.

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