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Wachstum und Trockenstress: Was verrät die Zellstruktur der Jahrringe über die Wasserversorgung der Bäume?

Das Projekt "Wachstum und Trockenstress: Was verrät die Zellstruktur der Jahrringe über die Wasserversorgung der Bäume?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Professur für Waldwachstum durchgeführt. Der Prozess der Jahrringbildung wird durch innere und äußere Faktoren gesteuert. In diesem Kooperations-Forschungsvorhaben zwischen dem Institut für Waldwachstum und der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA), Freiburg untersuchen wir die Zellstruktur der Jahrringe von Fichten (Picea abies) und Buchen (Fagus sylvatica) mit besonderem Augenmerk auf Trockenstressreaktionen in den Jahren 1976 und 2003 sowie deren Nachwirkungseffekte. Die Untersuchungsbäume wurden an verschiedenen Standorten der Bodenzustandserfassung (BZE) sowie des intensiven Waldmonitorings (Level II) in Baden-Württemberg ausgewählt. Damit ist es möglich, standortangepasste Bodenwasserhaushaltsmodelle für die Untersuchungsstandorte zu parametrisieren und damit die Wasserverfügbarkeit der Bäume zu rekonstruieren. Das Ziel dieser jahrringbasierten Forschungsarbeit besteht darin, Zellparameter zu identifizieren, anhand derer Trockenstress-Intensitäten quantifiziert werden können. Zudem liefern die Auswertungen Daten und Informationen für die Validierung von Geländewasserhaushaltsmodellen.

Auswirkungen extrem warmer und trockener Witterungsbedingungen auf das Wachstum von Fichten und Buchen entlang von Höhengradienten im Südschwarzwald

Das Projekt "Auswirkungen extrem warmer und trockener Witterungsbedingungen auf das Wachstum von Fichten und Buchen entlang von Höhengradienten im Südschwarzwald" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. In dem Vorhaben werden die Auswirkungen extrem trocken-warmer Witterungsverhältnisse auf das Wachstum von Fichten und Buchen unter Berücksichtigung des Baumalters und des Standorts retrospektiv untersucht. Dazu werden im Südschwarzwald Untersuchungsbäume entlang von Höhengradienten jeweils auf einem Sommer- und einem Winterhang ausgewählt. Um Unterschiede in den chemischen und physikalischen Bodeneigenschaften gering zu halten sollen alle Untersuchungsstandorte einen ähnlichen Substratcharakter besitzen. Das jährliche bzw. periodische Höhen- und Dickenwachstum der Untersuchungsbäume wird mittels Stammanalyse retrospektiv erhoben. Die auf diese Weise gewonnenen Radial- und Höhenzuwachsreihen werden zur statistischen Analyse der Wachstumsreaktionen einzeln und in Kombination untersucht. Die zur Analyse der Zusammenhänge zwischen Witterung und Zuwachs notwendigen meteorologischen Messreihen von geeigneten Stationen aus dem amt-lichen Messnetz werden vom Deutschen Wetterdienst bezogen. Der Einfluss des Baumalters bzw. -entwicklungsstandes auf die Sensitivität und das Regenerationsvermögen bezüglich Trockenstress wird anhand des Vergleichs zwischen jüngeren und älteren Untersuchungs-bäumen analysiert. Aus der Kenntnis baumarten- und standortspezifischer Zuwachsreaktionen auf Trockenstress ergeben sich erweiterte Interpretationsmöglichkeiten für die räumliche Differenzierung der Gefährdung von Wäldern. Die Untersuchung der zeitlichen Dynamik des Klima-Zuwachs-Systems auf der Grundlage langfristiger dendrometrischer Messreihen gewinnt angesichts der rasanten Umweltveränderungen zunehmend an Bedeutung.

Die Wirkung von Umweltstress auf Zellwandreaktionen Hoeherer Pflanzen: Schwermetalltoxizitaet und Salinitaet

Das Projekt "Die Wirkung von Umweltstress auf Zellwandreaktionen Hoeherer Pflanzen: Schwermetalltoxizitaet und Salinitaet" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Lehrstuhl für Stoffwechselphysiologie und Biochemie der Pflanzen durchgeführt. Der Extrazellularraum (Apoplast) der hoeheren Pflanze ist fuer das Wachstum und die Anpassung an Umweltbedingungen von zentraler Bedeutung. Stressoren wie Schwermetalle, erhoehter Salzgehalt des Bodens oder Luftschadstoffe fuehren zu Stoerungen in der Biochemie des Apoplasten und induzieren Anpassungsreaktionen, die wiederum das Wachstum hemmen oder unter den Stressbedingungen foerdern koennen. Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass die verschiedenen Umweltstressoren im Apoplasten aehnliche Reaktionen induzieren, die molekularbiologisch und biochemisch detailliert untersucht werden muessen, um das Wachstum und Ueberleben von Pflanzen unter Stressbedingungen zu verstehen.

Tumorgenese bei Fischen und Abwasserbelastung natuerlicher Gewaesser

Das Projekt "Tumorgenese bei Fischen und Abwasserbelastung natuerlicher Gewaesser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Zoologisches Institut und Zoologisches Museum durchgeführt. Untersuchungen an epidemisch verbreiteten Fischtumoren (derzeit vor allem: Papillomatose des europaeischen Aals und Hauttumoren der nordpazifischen und nordatlantischen Plattfische) 1) Epidemiologie: Regionlae Befallsrate, saisonale Fluktuationen. 2) Pathologie: Histologie der Tumorgenese, Struktur und Wachstum der Geschwulste unter verschiedenen Umweltbedingungen. 3) Aetiologie: Beziehung zwischen Befallsrate und Gewaesserbelastung, Suche nach eventuellen beteiligten Viren, experimentelle Beeinflussung des Tumorwachstums, Versuche zur experimentellen Tumorgenese. 4) Therapie: Versuche zur Wachstumshemmung und Redifferenzierung der Tumoren mittels Stoffwechselinhibitoren/aktivatoren, Versuche zur selektiven Schaedigung des Tumorgewebes.

Proteomanalytische Untersuchung der Expansin-vermittelten Wachstumsdepression zweier unterschiedlich salzresistenter Maishybriden

Das Projekt "Proteomanalytische Untersuchung der Expansin-vermittelten Wachstumsdepression zweier unterschiedlich salzresistenter Maishybriden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Biologie I, Abteilung Allgemeine und Angewandte Botanik durchgeführt. Bodensalinität hat einen gravierenden Einfluss auf den Ernährungszustand und das Wachstum von Kulturpflanzen. Salzstress vermindert das Wachstum von Kulturpflanzen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass Salzstress bei Mais zu einer Alkalisierung des Apoplasten führt. Expansine sind apoplastische Proteine die für die Extensibilität der Zellwand und deren Wachstum verantwortlich sind. Sie haben ein saures pH-Optimum. Erste proteomanalytische Voruntersuchungen haben auch gezeigt, dass Expansine unter Salzstress vermindert werden und dass sie damit vermutlich wesentlich zur Wachstumsreduktion beitragen. Im vorliegenden Projekt soll die Regulation einzelner Expansin-Isoformen auf Transkriptebene sowie proteomanalytisch untersucht werden. Ein Expansinantikörper mit dessen Hilfe die Regulation einzelner Isoformen quantitativ in (2D-)Western-Blots sowie histologisch nachgewiesen werden kann, soll zum Einsatz kommen. Dazu sollen Kurzzeit- und Langzeit-Salzstress in verschiedenen Segmenten von Maisblättern untersucht werden. Weiterhin sollen das unterschiedliche Anpassungsvermögen mittels sensitiver und resistenter Maishybriden untersucht werden. Des Weiteren könnten Expansin-Isoformen auch durch posttranslationale Modifikationen reguliert werden. Im geplanten Projekt sollen daher Proteinphosphorylierungen an apoplastischen Proteinen untersucht werden. Optional soll im letzten Zeitraum des Antrags anhand eines revers-genetischen Ansatzes weiterhin eine Expansin-Isoform in Mais überexprimiert werden, um zu überprüfen, in wieweit diese Isoform zum verbesserten Wachstum unter Salinität beiträgt. Die Ergebnisse des Projekts werden maßgeblich zur Aufklärung des Beitrags der Expansine zur Wachstumsregulation von Mais unter Salzstress beitragen.

Nadelholz für die Zukunft

Das Projekt "Nadelholz für die Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holzforschung (IHF) durchgeführt. Klimamodelle sagen eine weitere Erhöhung der Lufttemperatur und gleichzeitig Änderungen in der Niederschlagshäufigkeit sowie - Intensität voraus. Hohe Temperaturen fördern Trockenperioden und Hitzewellen - wie z.B. im Jahr 2003 - werden alle paar Jahre auftreten. Ostösterreich ist eine Trockenregion mit jährlichen Niederschlagssummen zwischen 500 und 700 mm. Daher ist die Wasserverfügbarkeit einer der wichtigsten Parameter bezüglich der Stabilität der Wälder in Ostösterreich. Die negativen Effekte klimatischer Extremereignisse sind nicht nur im Jahr des Auftretens sichtbar. Sie zeigen Wirkung auf die Vitalität und Wüchsigkeit der Bäume über mehrere Jahre hinweg. Zum Beispiel konnten nach der Trockenphase 2003 in Zentraleuropa Effekte an Nadeln sowie auf den Zuwachs über bis zu vier Jahre beobachtet werden. Auch die Holzdichte, der wichtigste Parameter der Holzqualität, wird von Trockenperioden beeinflusst. Daher bedrohen klimatische Extremereignisse nicht nur die Stabilität der Wälder, das Einkommen und das finanzielle Risiko der Waldbesitzer sondern auch mögliche Fördergelder der Nationalen Regierung und der Europäischen Union. Die klimatischen Verbreitungsgrenzen von Baumarten werden nicht nur durch mittlere Temperatur- oder Niederschlagswerte bestimmt, sondern in weit größerem Maße von Klimaextremen. Auf Grund der zu erwartenden Änderungen des Klimas muss der Faktor Trockenresistenz verstärkt bei der Auswahl von Baumarten und Samenherkünften sowie Waldbauliches Planen und Handeln berücksichtigt werden. Der vorliegende Projektantrag hat das Ziel, die Reaktion der für die österreichische Forstwirtschaft ökonomisch bedeutsamen Nadelhölzer Fichte, Lärche, Tanne und Douglasie auf Trockenperioden der Vergangenheit mittels Röntgen-densitometrischer Messungen zu bestimmen. Die wesentlichen Fragen des Projektes sind: Wie stark reagieren die Baumarten mit Zuwachseinbußen und Holzdichteveränderungen? Welche Dauer und Intensität muss eine Trockenperiode aufweisen, um für die jeweilige Baumart relevant zu sein? Wie groß ist die genetische Variation der Trockenreaktion der Baumarten und kann diese Variation genutzt werden, um zukünftige Baumpopulation an das erwartete Klima durch Selektion geeigneter Herkünfte anzupassen? Die dendroklimatologischen Untersuchungen werden an Individuen von Herkunftsversuchen, d.h. von Versuchen, auf denen eine Vielzahl verschiedener Samenherkünfte gemeinsam angepflanzt wurden, durchgeführt. Die hier angestrebte Analyse der Trockenreaktion verschiedener Baumarten und Herkünfte wird unser Verständnis der klimatischen Grenzen von Baumarten verbessern und wichtige Impulse zur Entwicklung von Adaptationsmaßnahmen für vitale Wälder unter zukünftigen Klimabedingungen geben.

Immissionsoekologische Dauerbeobachtungsflaechen in Fichten-, Kiefern- und Buchenbestaenden mit Zuwachsmessungen bei Fichte

Das Projekt "Immissionsoekologische Dauerbeobachtungsflaechen in Fichten-, Kiefern- und Buchenbestaenden mit Zuwachsmessungen bei Fichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landesanstalt für Ökologie, Landschaftsentwicklung und Forstplanung Nordrhein-Westfalen durchgeführt. Die Untersuchungen dienen der Aufklaerung der Waldschadensdynamik und der Zusammenhaenge zwischen Schaedigungsgrad und Zuwachs durch wiederholte Ansprache der Gesundheit von Fichten, Kiefern und Buchen in ausgewaehlten Bestaenden vom Boden her oder anhand von Color-Infrarot-Luftbildern und zusaetzlichen Messungen des jaehrlichen Dickenzuwachses in ausgewaehlten Fichtenbestaenden.

Anwendung neuartiger Technologiekonzepte für die Phosphor-Rückgewinnung aus Biomasse zur Herstellung von Bio-Polyphosphaten - TP DWI

Das Projekt "Anwendung neuartiger Technologiekonzepte für die Phosphor-Rückgewinnung aus Biomasse zur Herstellung von Bio-Polyphosphaten - TP DWI" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V. durchgeführt. Der innovative Kern des Projektes besteht darin, biobasiertes Polyphosphat mit bakteriostatischen Eigenschaften sowie Freisetzungssysteme für biobasierten Kunststoff als erneuerbare Eingangsgrößen zur Herstellung funktionalisierter Kunststoffe zu verwenden. Fokus des Projektes ist die Synthese langkettiger Polyphosphate (größer als 50) und die Quantifizierung der wachstumshemmenden Wirkung. Die Entwicklung eines biotechnologischen Herstellungsprozess von Phosphat aus biogenen Reststoffen (entölte Samen, Kleie) erfolgte in Kooperation zwischen der Biotechnologie und des iAMB an der RWTH und wurde zum Patent angemeldet. Diese Polyphosphate werden basierend auf der Expertise im DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien in Kunststoffe für die Herstellung von Bedarfsgegenständen (Spielzeuge, Kugelschreiber) oder in Folien (für Kunststoffverpackungen im Lebensmittelbereich oder Agrar-Folien) eingebettet bzw. auf der Oberfläche beschichtet mit dem Ziel einer langsamen Freisetzung von Polyphosphat im Anwendungsfall. Polymerbasierte Systeme für die Freisetzung von Nährsubstraten (Salz/Glucose) wurden am DWI und der RWTH mit entwickelt und kommerzialisiert. Das entwickelte Freisetzungssystem für Polyphosphate wird für die Funktionalisierung von Bio-Kunststoffen angewendet und ein Prototyp erstellt. Durch die Prototypen wird der Nachweis erbracht, dass mit Polyphosphat funktionalisierte Bedarfsgegenstände bestehend aus nachwachsenden Rohstoffen (biobasierte Kunststoffe) hergestellt werden können. Die Kombination aus biobasiertem Kunstoffen und Bio-Polyphosphat führt zu einer neuen Werkstoffentwicklung für die Verpackungs- und Agrar-Industrie, aber ebenfalls für die Herstellung von Bedarfsgegenständen.

Anwendung neuartiger Technologiekonzepte für die Phosphor-Rückgewinnung aus Biomasse zur Herstellung von Bio-Polyphosphaten - TP RWTH

Das Projekt "Anwendung neuartiger Technologiekonzepte für die Phosphor-Rückgewinnung aus Biomasse zur Herstellung von Bio-Polyphosphaten - TP RWTH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Biologie VI, Lehrstuhl für Biotechnologie durchgeführt. Der innovative Kern des Projektes besteht darin, biobasiertes Polyphosphat mit bakteriostatischen Eigenschaften sowie Freisetzungssysteme für biobasierten Kunststoff als erneuerbare Eingangsgrößen zur Herstellung funktionalisierter Kunststoffe zu verwenden. Fokus des Projektes ist die Synthese langkettiger Polyphosphate (größer als 50) und die Quantifizierung der wachstumshemmenden Wirkung. Die Entwicklung eines biotechnologischen Herstellungsprozess von Phosphat aus biogenen Reststoffen (entölte Samen, Kleie) erfolgte in Kooperation zwischen der Biotechnologie und des iAMB an der RWTH und wurde zum Patent angemeldet. Diese Polyphosphate werden basierend auf der Expertise im DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien in Kunststoffe für die Herstellung von Bedarfsgegenständen (Spielzeuge, Kugelschreiber) oder in Folien (für Kunststoffverpackungen im Lebensmittelbereich oder Agrar-Folien) eingebettet bzw. auf der Oberfläche beschichtet mit dem Ziel einer langsamen Freisetzung von Polyphosphat im Anwendungsfall. Polymerbasierte Systeme für die Freisetzung von Nährsubstraten (Salz/Glucose) wurden am DWI und der RWTH mit entwickelt und kommerzialisiert. Das entwickelte Freisetzungssystem für Polyphosphate wird für die Funktionalisierung von Bio-Kunststoffen angewendet und ein Prototyp erstellt. Durch die Prototypen wird der Nachweis erbracht, dass mit Polyphosphat funktionalisierte Bedarfsgegenstände bestehend aus nachwachsenden Rohstoffen (biobasierte Kunststoffe) hergestellt werden können. Die Kombination aus biobasiertem Kunstoffen und Bio-Polyphosphat führt zu einer neuen Werkstoffentwicklung für die Verpackungs- und Agrar-Industrie, aber ebenfalls für die Herstellung von Bedarfsgegenständen.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RAITH TEC GmbH durchgeführt. Als Reaktion auf die Anfrage gärtnerischer Betriebe nach Alternativen zur chemischen Wachstumskontrolle, wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt, welches das pflanzliche Wachstum durch die Ausbringung eines gezielten mechanischen Luftreizes auf natürliche Art und Weise hemmt. Ziel ist es nun, das neue Produktionsverfahren in die Praxis einzuführen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass gärtnerischen Betrieben ein Alternativverfahren zur pflanzlichen Wuchshemmung zur Verfügung steht, um das Qualitätskriterium eines stabilen und kompakten Pflanzenwachstums, trotz des Verzichts auf chemische Einsatzstoffe, weiterhin gewährleisten zu können. Im Rahmen eines Verbundprojekts zwischen der Universität Hohenheim und der LVG Heidelberg, sowie der Maschinenbaufirma RAITH TEC GmbH und der Firma KNECHT GmbH, soll der im Vorfeld bereits erprobte Prototyp bis zu einem marktreifen Endprodukt weiterentwickelt werden. Um das neue System auch für spezialisierte und infrastrukturell unterschiedlich-ausgelegte Betriebe attraktiv zu gestalten, soll seitens der Industrie auf den jeweiligen Betrieb angepasste Systemkonfiguration entwickelt und produziert werden. Nach erfolgreicher Entwicklung soll das marktreife System an der LVG Heidelberg für Erprobungs- und Demonstrationszwecke installiert werden. Strukturierte Versuchsreihen an unterschiedlichen Gemüse- und Zierpflanzen sollen dessen Wirkungsgrad darlegen. An der Universität Hohenheim soll die pflanzliche Wachstumsreaktion unter Abstufung der Luftreizfrequenz und Intensität unter kontrollierten Umweltbedingungen untersucht werden. Einzelne Arbeitspakete sollen von der Universität Hohenheim koordiniert werden. Hiermit soll ein maßgeblicher Beitrag zur Entwicklung und Einführung umweltfreundlicher Technologien geleistet werden, um in Zukunft eine ressourcenschonende und ökonomisch-wettbewerbsfähige Zierpflanzen- und Gemüsebauproduktion gewährleisten zu können.

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