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Regulation der photosynthetischen Effizienz der Biomassebildung im dynamischen Lichtklima bei exemplarischen Grünalgen und Diatomeen

In dem Vorhaben wird untersucht, wie wirksam die absorbierte Lichtenergie in Biomasse konvertiert wird. Vergleichend werden Grünalgen und Diatomeen unter verschiedenen Licht- und Nährstoffbedingungen studiert. Auf diese Weise können die metabolischen Kosten unter Nährstoffmangel oder anderen produktivitätsbegrenzenden Bedingungen studiert werden. So wird auch die Säureanpassung ausgewählter Phytoplankter untersucht, um die Biomassebildung in extrem sauren Tagebaurestseen auf physiologischer Ebene zu verstehen. Es konnte gezeigt werden, dass unter Stickstoffmangel die Überführung anorganischen Kohlenstoffs in Biomassebildung durch eine Veränderung der makromolekularen Zusammensetzung der Zellen ähnlicher Effizienz stattfindet, wie unter optimaler Stickstoffversorgung. Dies führt zu einer ökologisch bedeutsamen Teilentkopplung des C und N Kreislaufs im Ökosystem. Ähnliches beobachtet man auch bei der Anpassung von Phytoplanktonalgen an extrem saure Bedingungen wie man sie in sauren Tagebaurestseen vorfindet.

Physiologische, biochemische und biophysikalische Untersuchungen zur Funktion und molekularen Organisation der Xanthophylle im Lichtsammelkomplex der Alge Mantoniella squamata

In diesem Vorhaben wird die Wechselwirkung von Photosynthesepigmenten und Proteinen auf molekularer Ebene untersucht, um besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen absorbiertes Licht für die Photosynthese genutzt wird und unter welchen Bedingungen die Energie als Wärmeabstrahlung verloren geht. Ein genaueres Verständnis der zugrunde liegenden Funktionsmechanismen ist z.B. notwendig, um in Zukunft pflanzliche Carotinoide verstärkt in der Biotechnologie einsetzen zu können. In dem Vorhaben wird die molekulare Pigmentorganisation und ihre lichtabhängige Dynamik in einer einzelligen Alge untersucht, die sich durch eine besonders reichhaltige Pigmentierung auszeichnet. Es konnte gezeigt werden, dass der dem Lichtschutz dienende Xanthophyllzyklus bei Diatomeen zusätzlich eine zentrale Rolle in der Regulation der Pigmentbiosynthese spielt. In Mantoniella konnte ein unvollständiger Xanthopyllzyklus nachgewiesen werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die Evolution des Lichtschutzes in der Photosynthese experimentell zu untersuchen.

The waste dilemma: the attempt of Germany and Italy to deal with the waste management regulation in two European countries

Wissenschaftliche Analysen zur Weiterentwicklung und Umsetzung des EU-Effort-Sharings

Ab dem Jahr 2013 muss Deutschland in den nicht vom Emissionshandel erfassten Sektoren ein absolutes Emissionsminderungsziel für Treibhausgasemissionen einhalten. Dies ist in der EU-Effort-Sharing-Entscheidung geregelt. In diesem Zusammenhang müssen eine Vielzahl von Maßnahmen zur Operationalisierbarkeit getroffen werden, z.B. Regelungen zur Emissionsberichterstattung im Rahmen der Monitoring mechanism regulation (MMR) und zur Feststellung der absoluten Emissionsmenge pro Mitgliedsstaat. Ferner wird das EU-Effort-Sharing kontinuierlich weiterentwickelt. Anfang 2014 hat die EU-Kommission in ihrer Mitteilung 'Ein Rahmen für die Klima- und Energiepolitik im Zeitraum zwischen 2020-2030 die Festlegung von Emissionsminderungszielen bis zum Jahr 2030 vorgeschlagen. Ziel des Vorhabens ist es das BMUB u.a. durch die kurzfristige Erstellung von Kurzstudien und wissenschaftlichen Analysen bei der Umsetzung und der Weiterentwicklung der EU-Effort-Sharing-Entscheidung zu unterstützen. Inhaltliche Schwerpunkte bei der Weiterentwicklung sind hier u.a.: Die Aufteilung der Ziele zwischen den Mitgliedsstaaten unter der EU-Effort-Sharing-Entscheidung im Jahr 2030 und die Regelungen zur Behandlung des LULUCF-Bereichs und der Landwirtschaft.

Entwicklungspotenzial toxischer nostocaler Cyanobakterien im Prozess der Trophieminderung und globalen Erwärmung, Teilprojekt 3: Toxianalytik und -abbau

Vorstudie zum Projekt: Qualitätssicherung der Berichterstattung nach Artikel 17 (1) und 17 (3) der IVU-Richtlinie: Anforderungen und Möglichkeiten der Nutzung von Genehmigungsdaten der Länder zur Erfüllung der Berichtspflicht

A) Problemstellung: Nach Artikel 17 (3) i.V.m. 17 (1) der EG-IVU-Richtlinie (ehemals Artikel 16 (1) und (3))ist die Bundesrepublik Deutschland verpflichtet, alle 3 Jahre u.a. repräsentative Daten zu den Emissionsgrenzwerten, den Techniken, mit denen diese Grenzwerte erreicht werden, sowie äquivalente Parameter und äquivalente technische Maßnahmen für die industriellen und gewerblichen Anlagenarten nach Anhang I der Richtlinie an die EU-Kommission zu berichten. Neben der IVU-Richtlinie sind auch im Rahmen von Berichtspflichten für die Sektor-Richtlinien sowie das E-PRTR anlagenbezogene Daten der KOM zu übermitteln. Diese Erhebungen erfolgen nicht koordiniert und führen zu unnötigen Mehrfachbelastungen von Behörden und Betreibern. B) Handlungsbedarf (BMU; ggf. auch BfS, BfN oder UBA): Die KOM hat beschlossen, für den zum 30.9.2009 zu erarbeitenden Bericht für den Zeitraum 2006 bis 2008 ein elektronisches Berichtswerkzeug entwickeln zu lassen , über das die Mitgliedsstaaten ihre Berichtsdaten an die KOM übermitteln sollen. Die Daten sollen in eine öffentlichen zugängliche Datenbank eingepflegt werden. Genauere Angaben zum Aufbau und zur Funktionalität des Berichtswerkzeugs wie der Datenbank will die KOM auf einem Workshop am 3. März 2009 in Brüssel bekannt geben. Dieser Workshop und die mit ihm verbundenen Entscheidungen der KOM werden das eigentliche Projekt maßgeblich beeinflussen. Zur Vor- und Nachbereitung dieses Workshops benötigt das UBA externen DV-technischen Sachverstand, um sicher zu stellen, dass die für Deutschland zur Umsetzung der Berichtspflicht benötigten Spezifikationen an die KOM übermittelt werden können. C) Ziel dieser Vorstudie ist es, die deutschen Interessen in den Entscheidungsprozess der KOM über die Durchführung der diesjährigen Berichtspflicht, unterstützt durch externen DV-technischen Sachverstand, einbringen zu können, so dass durch die deutschen Kommentare ein für D nutzbares und funktionsfähiges Berichtssystem entsteht, das für die usw.

Competence network for genome research on bacteria for the environment, agriculture, and biotechnology, Cluster C. glutamicum (at Bielefeld University); the regulation of phosphate metabolism in C. glutamicum and lipid synthesis: The identification of regulators and regulatory metabolites

Phosphorous (P) is an essential component of all cells. P assimilation occurs mainly in the form of phosphate via the reactions of the energy and carbon metabolism. Therefore, the P metabolism is closely intertwined with the energy and the central carbon metabolism: only with sufficient P supply an optimal energy and carbon metabolism is possible. As the latter generates precursor metabolites for the biosynthesis of amino acids, the interplay of P and C metabolism is of particular importance in amino acid producing Corynebacterium glutamicum. The Institute of Biotechnology 1 at the Research Center Jülich successfully worked on the biochemical and genetic characterisation of the main amino acid biosynthesis pathways in C. glutamicum as well as on the central carbon metabolism. Moreover, using nuclear magnetic resonance (NMR) studies and stable isotope labeling techniques, in vivo activities of single enzymes and pathways were quantified. These informations were used to optimize amino acid production with C. glutamicum (metabolic design, Sahm et al. 2000). Within the project, the P metabolism and its regulation shall be characterized in depth using the genome sequence of C. glutamicum. The phosphate stimulon of C. glutamicum will be defined using DNA microarray technology. Among this group of genes showing differential expression in dependence of phosphate availability, genes of the energy and central carbon metabolism will be of particular interest. In Jülich, the equipment for the generation and application of DNA microarrays is available as well as expertise to use this key technology for genome-wide expression analyses in E. coli (Zimmer et al. 2000). A parallel approach will focus on unraveling the molecular mechanism(s) of phosphate regulation with particular emphasis on two-component regulatory sytems, which in E. coli and B. subtilis play central roles in this regulation. Regarding the analysis of genetic regulatory mechanisms, extensive experience has been gained for the genetic and biochemical characterization of two-component sytems in enterobacteria (Kaspar et al. 1999).

ERA Net Plant Genomics - MELRIP: Verstehen des klimakterischen bzw. nichtklimakterischen Reifungsprozesses in Melone auf der Grundlage transkriptomischer, metabolomischer und Reverser Genetik-Ansätze, Teilvorhaben Golm

JPI Water Verbundprojekt PROMOTE: Protecting water resources from mobile trace chemicals, Teilprojekt 1: Schutz der Wasserressourcen vor mobilen und persistenten organischen Spurenstoffen

Hoch polare und mikrobiologisch stabile (persistente) organische Verbindungen (persistent mobile organic chemicals, PMOC) sind von besonderer Bedeutung für die Qualität von Rohwässern der Trinkwasserversorgung, da sie natürliche und technische Barrieren durchdringen können. PMOC sind zugleich äußerst schwer zu analysieren. Aus diesem Grunde gibt es nur fragmentarische Kenntnisse über ihr Auftreten in teilweise geschlossenen Wasserkreisläufen, und unter Umständen nur unzureichenden Schutz der Trinkwasserressourcen vor PMOC. Das Projekt PROMOTE fokussiert auf diese Verbindungen und hat zum Ziel, die gravierendsten Kenntnislücken bezüglich PMOC zu füllen: (a) analytische Methoden zum screening und zur quantitativen Analyse von PMOC aus Oberflächen- und Grundwasser, (b) Kenntnisse zum Auftreten von PMOC in Rohwässern der Trinkwasserversorgung, (c) Eintragsquellen, (d) Entfernungsmöglichkeiten oder Transformationen im Zuge der Wasseraufbereitung. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird PROMOTE nötigenfalls Empfehlungen für die Regulation hinsichtlich Wasserqualität (WFD watch list) oder Chemikalien (REACH) erarbeiten. PROMOTE wird diese Ziele durch ein stufenweises Vorgehen erreichen. Durch screening-Untersuchungen und systematische Auswertung von Stoffdatenbanken werden PMOC Verdachtstoffe identifiziert, für die quantitative Analysenmethoden entwickelt werden. Deren Anwendung auf mehrere Flusseinzugsgebiete in Europa ergibt ein repräsentatives Bild bezüglich des Auftretens von PMOC und ermöglicht das Erkennen von Eintragsquellen. Laborversuche dienen der Identifizierung von Transformationsprodukten und die Verfolgung von PMOC durch bestehende Anlagen und Verfahren der Wasseraufbereitung beleuchtet deren Potential zur Entfernung der verschiedenen PMOC. Die Summe dieser Erkenntnisse dient der Priorisierung der problematischsten PMOC und der Ableitung von Empfehlungen für die Regulation.

Entwicklung der biotechnologischen Grundlagen und praxisnaher Anbauverfahren zur Steigerung der Dendromasseproduktion durch Züchtung und Massenvermehrung von Sorten ausgewählter Baumarten, Teilvorhaben 1: Entwicklung der biotechnologischen Grundlagen

Das Vorhaben schafft Voraussetzungen für eine Erweiterung des Baumartenspektrums und der Möglichkeiten für eine wirtschaftliche Produktion von Dendromasse durch die Entwicklung geprüfter, in ihrer Leistungsfähigkeit und Widerstandskraft verbesserter, in vitro vermehrter Klone der Arten Hybridlärche (Larix x eurolepis), Douglasie (Pseudotsuga menziesii) und Aspe (Populus tremula). Bei Lärche und Douglasie besteht der einzige Weg, somatische Embryogenese (sE) nutzen zu können, bislang darin, zygotische Embryonen (zE) als Ausgangsmaterial einzusetzen. Daraus resultiert ein langwieriger Prozess nachträglicher Klontests. Innovative Ansätze sollen entwickelt werden, die auf die direkte Nutzung selektierter adulter Elitebäume zielen. Es soll erreicht werden, Zellen aus adulten Genotypen in totipotente Stammzellen umzuwandeln, die somit wieder zur sE befähigt sind. Grundlegende Untersuchungen behandeln die Optimierung methodischer Lösungen und Verfahren zur sE an unreifen zE sowie der Entwicklung neuer Ansätze für reife zE und für Gewebe von Elitebäumen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Analyse der genetischen Regulation grundlegender Prozesse der Embryogenese und eine daraus resultierende Ableitung methodischer Ansätze für die Aufklärung der Induktion der sE. Bei der Aspe ist eine klonale Vermehrung über traditionelle In-vitro-Vermehrung aussichtsreich. Dadurch wird es möglich, ein repräsentatives Spektrum von Genotypen in vitro aufzubauen und für die Massenvermehrung vorzubereiten.

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