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Freezing tolerance of genetically enhanced amylopectin starch potatoes (event AV43-6-G7) (BASF Freezing)

Das Projekt "Freezing tolerance of genetically enhanced amylopectin starch potatoes (event AV43-6-G7) (BASF Freezing)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Landschaftsbiogeochemie durchgeführt. Tubers of commonly grown potatoes (Solanum tuberosum L.) that remain in the field after the harvest are normally killed by temperatures of below -3°C. However, the recent absence of severe winters has allowed potatoes to survive the cold season and to multiply at a prolific rate. The volunteers are hosts for many potato diseases and compete with rotational crops for light, water and nutrients and hence are controlled through an integrated management approach. Modifications by conventional breeding or a transgenic approach may influence ecological parameters such as the frost tolerance and the tubers' ability to develop volunteer potatoes. The objective of the study was to evaluate the freezing tolerance of a transgenic 'amylopectin potato' in comparison to the isogenic control and two reference varieties. The frost hardiness of the tubers was tested in climate chamber experiments under different frost regimes.

Can the resistance and resilience of trees to drought be increased through thinning to adapt forests to climate change?

Das Projekt "Can the resistance and resilience of trees to drought be increased through thinning to adapt forests to climate change?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Waldbau-Institut durchgeführt. Recent and predicted increases in extremely dry and hot summers emphasise the need for silvicultural approaches to increase the drought tolerance of existing forests in the short-term, before adaptation through species changes may be possible. We aim to investigate whether resistance during droughts, as well as the recovery following drought events (resilience), can be increased by allocating more growing space to individual trees through thinning. Thinning increases access of promoted trees to soil stored water, as long as this is available. However, these trees may also be disadvantaged through a higher transpirational surface, or the increased neighbourhood competition by ground vegetation. To assess whether trees with different growing space differ in drought tolerance, tree discs and cores from thinning experiments of Pinus sylvestris and Pseudotsuga menziesii stands will be used to examine transpirational stress and growth reduction during previous droughts as well as their subsequent recovery. Dendroecology and stable isotopes of carbon and oxygen in tree-rings will be used to quantify how assimilation rate and stomatal conductance were altered through thinning. The results will provide crucial information for the development of short-term silvicultural adaptation strategies to adapt forest ecosystems to climate change. In addition, this study will improve our understanding of the relationship between resistance and resilience of trees in relation to extreme stress events.

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

Das Projekt "Einfluß von Mangan auf Redoxprozesse im Blattapoplasten und deren Bedeutung für die Mangan-Gewebetoleranz bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Fachbereich Gartenbau, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. 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.

Simulated field environment with combined salt and drought stresses as a platform for phenotyping plant tolerance to salinity

Das Projekt "Simulated field environment with combined salt and drought stresses as a platform for phenotyping plant tolerance to salinity" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenernährung durchgeführt. Salinity occurs often simultaneously with drought stress. Therefore, breeding for tolerance to combined both stresses can contribute significantly to crop yield. However, classical selection in salinity has generally been unsuccessful, partly due to high variability of salt stress resulting from the different salinity and drought status. Unfortunately, the use of unrealistic stress protocols for mimicking salinity and drought stress is the norm rather than the exception in biotechnological studies. Therefore, the great challenge is to gain knowledge required to develop plants with enhanced tolerance to field conditions. Our overall hypothesis is that a realistic stress protocol simulating a field environment with combined salt and drought stress as a platform for precision phenotyping of plant tolerance to salinity may solve this problem. This study will demonstrate that highly managed stress environments can be created and key traits of plants can be characterised by using advanced non-destructive sensors that are able to identify relevant traits of plants.

Oekotoxikologische Untersuchungen ueber die Wirkung von Schwermetallen (Hg, Cd und Pb) auf Heuschrecken und Laufkaefer

Das Projekt "Oekotoxikologische Untersuchungen ueber die Wirkung von Schwermetallen (Hg, Cd und Pb) auf Heuschrecken und Laufkaefer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Fachbereich Biologie, Lehrgebiet Zoologie-Entomologie durchgeführt. Schwermetalle sind fuer Feldheuschrecken sehr toxisch, wenn die Toleranzgrenzen ueberschritten werden; sie fuehren zu einer starken Dezimierung der Populationen und damit zur Reduktion des Nahrungsangebotes vieler Voegel und Kleinsaeuger. Laufkaefer sind Praedatoren vieler pflanzenfressender Insekten und koennen deren Populationsdynamik beeinflussen. Oekotoxikologische Untersuchungen sollen zeigen, wieweit diese Insektengruppe durch Schwermetalle im Boden und in der Nahrung belastbar ist, ohne dass ihre Populationen empfindlich reduziert werden. Geprueft wird der Einfluss der Schwermetalle auf die Entwicklung, die Generationsfolgen, ihre Anreicherung in den verschiedenen Organen und Ausscheidungen.

Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and canidate gene based association mapping

Das Projekt "Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and canidate gene based association mapping" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landessaatzuchtanstalt (720), Arbeitsgebiet Weizen durchgeführt. Durum wheat is mainly grown as a summer crop. An introduction of a winter form failed until now due to the difficulty to combine winter hardiness with required process quality. Winter hardiness is a complex trait, but in most regions the frost tolerance is decisive. Thereby a major QTL, which was found in T. monococcum, T.aestivum, H. vulgare and S.cereale on chromosome 5, seems especially important. With genotyping by sequencing it is now possible to make association mapping based on very high dense marker maps, which delivers new possibilities to detect main and epistatic effects. Furthermore, new sequencing techniques allow candidate gene based association mapping. The main aim of the project is to unravel the genetic architecture of frost tolerance and quality traits in durum. Thereby, the objectives are to (1) determine the genetic variance, heritability and correlations among frost tolerance and quality traits, (2) examine linkage disequilibrium and population structure, (3) investigate sequence polymorphism at candidate genes for frost tolerance, and (4) perform candidate gene based and genome wide association mapping.

Mechanisms of oxidative stress tolerance in rice and their application in the molecular breeding of genotypes adapted to stress environments

Das Projekt "Mechanisms of oxidative stress tolerance in rice and their application in the molecular breeding of genotypes adapted to stress environments" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz - Pflanzenernährung (Prof. Werner) durchgeführt. Abiotic environmental stresses are among the major factors limiting agricultural productivity in many developing countries. A common feature of various environmental stresses is the excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) in the leaf tissue leading to 'oxidative stress' and in turn visible leaf lesions, reduced growth, and in severe cases plant death. This project aims at identifying molecular mechanisms associated with oxidative stress tolerance in rice (Oryza sativa L.) under three different environmental conditions: (i) high tropospheric ozone concentration, (ii) zinc deficiency, and (iii) iron toxicity. This is achieved by dissecting naturally occurring genotypic variability in oxidative stress tolerance into distinct quantitative trait loci (QTL). Physiological mechanisms and genes underlying such tolerance QTL are identified by adopting an interdisciplinary approach including biochemical characterization of the antioxidant systems, transcriptome profiling, and experiments with gene knock-out mutants for candidate genes. Theoretical understanding of stress tolerance mechanisms obtained from laboratory experiments would be validated in field experiments together with international research institutions and partners in developing countries. At a later stage, the project strives to adopt emerging techniques in gene discovery such as single nucleotide polymorphism (SNP) based association mapping, and apply lessons learned from studying the 'model cereal crop' rice to other species such as barley (Hordeum vulgare L.). The project is expected to contribute to world-wide efforts in adapting crop production to stress environments by specifically advancing the understanding of oxidative stress tolerance.

Züchtung von Rebunterlagen mit hoher Reblausfestigkeit und Anpassung an Trockenheit und Kalk-Chlorose

Das Projekt "Züchtung von Rebunterlagen mit hoher Reblausfestigkeit und Anpassung an Trockenheit und Kalk-Chlorose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Geisenheim University, Zentrum Angewandte Biologie, Institut für Rebenzüchtung und Rebenveredlung durchgeführt. Eine hohe Resistenz gegen Bodenpathogene, gute Standortanpassung und Veredlungsaffinität sind die entscheidenden Merkmale von Unterlagen. Bei der Pathogenresistenz ist bei Reben die Widerstandsfähigkeit gegen die Reblaus Daktulosphaira vitifoiae essentiell, da die europäische Kulturrebe Vitis vinifera L über keinerlei Resistenzen verfügt und nur an wenigen Standorten ein wurzelechter Anbau möglich ist. Klimaveränderungen erfordern neue Unterlagen mit hoher Reblausfestigkeit und besserer Standortanpassung. Aufgrund der derzeitigen Szenarien werden sowohl Trockenresistenz als auch Toleranz gegen hohe Kalkgehalte insbesondere in Verbindung mit hohem Bodenwassergehalte zukünftig von Bedeutung sein. Hierfür werden entsprechende Kreuzungen vorgenommen, die Sämlinge aufgezogen, auf ihre Reblausfestigkeit getestet und anschießend Prüfungen der Wurzelungs- und Veredlungsfähigkeit vorgenommen. Anschließend wird die Witterungs- und Bodenanpassung der Zuchtstämme insbesondere auf Trocken- und Kalkstandorten untersucht. Ziel ist die Entwicklung verschiedener Unteralgen, die eine vollständige Reblausresistenz mit hohen Trockenheits- und/oder Kalktoleranz kombinieren.

Physiologische Aspekte der Saeurebelastung und Saeuretoleranz von Nadeln und Blaettern

Das Projekt "Physiologische Aspekte der Saeurebelastung und Saeuretoleranz von Nadeln und Blaettern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Botanik und Pharmazeutische Biologie mit Botanischem Garten, Lehrstuhl für Botanik I durchgeführt. Messung der Saeurebelastung von Pflanzen bei SO2-Begasung unter kontrollierten Laborbedingungen. Quantifizierung der Schaedigung der Zellen durch Protonen. Photosynthesemessungen als Indikator fuer Saeureschaeden.

Die hydraulische Aktivierung von Stomata (HAS) - Entstehung; Einfluss auf Nährstoff- und Wasserhaushalt; Anwendung

Das Projekt "Die hydraulische Aktivierung von Stomata (HAS) - Entstehung; Einfluss auf Nährstoff- und Wasserhaushalt; Anwendung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) - Bereich Pflanzenernährung durchgeführt. The 'hydraulic activation of stomata' (HAS) describes the establishment of continuous liquid water connections along stomatal walls, which affects individual stomata. It enables the efficient bidirectional transport of water, solutes, and hydraulic signals between the leaf interior and leaf surface and makes stomatal transpiration partly independent of stomatal aperture. While in our earlier work we postulated the existence of these connections and contributed substantially to their final approval, this research proposal focusses on the fundamental significance of HAS for the water and nutrient relations of plants, for atmosphere/plant interaction, and for the modelling of gas exchange. The planned experimental investigations aim to describe HAS formation by hygroscopic salts, to examine new concepts of the plant humidity sensor, nocturnal transpiration, stomatal water uptake, and the 'extended apoplast', as well as the significance of epicuticle waxes for atmospheric particle capture. Together, this should lead both to the further development of new theoretical concepts describing plant adaptations to aerosol regimes, and to practical applications in foliar fertilization, plant protection, and improvement of salt stress tolerance.

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