Das Projekt "PCDD/PCDF-Transfer in Zucchini und Tomaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät III Agrarwissenschaften I, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Der Transfer von PCDD/PCDF aus dem Boden ueber die Wurzeln wurde bisher als unbedeutend angesehen; dafuer konnten durch eigene Untersuchungen an einer groesseren Zahl von Pflanzen weitere Belege erbracht werden. Eine Ausnahme bildet Zucchini, wo dieser Transfer auch in die Fruechte sehr gross ist. Aufgrund der relativ hohen PCDD/PCDF-Konzentrationen in Zucchinisprossen werden auch die als Ernterueckstaende im Boden verbleibenden Wurzeln hohe Belastungen aufweisen. In einem Freilandversuch sollen daher durch Anbau von Zucchini und zum Vergleich von einer Pflanzenart mit geringem Transfer (Tomate) in einem PCDD/PCDF-belasteten Boden die PCDD/PCDF-Konzentrationen in den Wurzeln und der Rhizosphaere dieser Pflanzen ermittelt werden. Ausserdem sollen in getrennten Versuchen Wurzelexsudate von Zucchini und Tomate gewonnen und durch Extraktion von PCDD/PCDF-belastetem Boden ueberprueft werden, ob Zucchiniwurzeln dioxin-mobilisierende Verbindungen in die Rhizosphaere abgeben. Ein Transfer Boden-Pflanze von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/PCDF) spielt nur bei im Boden wachsenden Speicherorganen wie Moehrenwurzeln und Kartoffelknollen eine Rolle, wobei der Transfer auch bei diesen Pflanzenorganen weitgehend auf die Schalen beschraenkt bleibt.Die PCDD/PCDF-Belastungen von Sprossorganen (Blaetter, Fruechte, Samen) stehen in keiner Beziehung zu den PCDD/PCDF-Konzentrationen der Boeden und sind selbst bei sehr hohen Bodenbelastungen auf atmogene PCDD/PCDF-Eintraege zurueckzufuehren. Eine Ausnahme bilden hierbei nur Zucchini und Kuerbis, deren PCDD/PCDF-Belastungen ein bis zwei Groessenordnungen ueber den Konzentrationen in allen untersuchten Sprossorganen anderer Pflanzenarten liegen. Fuer Zucchini konnte indirekt eine Ausnahme von PCDD/PCDF ueber die Wurzeln und eine Verlagerung in den Spross nachgewiesen werden. Ziel des ersten Vorhabens war es, am Beispiel von Zucchini zu untersuchen, ob die Aufnahme der extrem hydrophoben, im Boden fest an organische Substanz gebundenen PCDD/PCDF durch 'Dioxin-mobilisierende' Eigenschaften der Wurzelexsudate ermoeglicht wird. Hierzu wurden Zucchiniwurzelexsudate als Extraktionsmittel fuer einen hoch PCDD/PCDF-kontaminierten Boden eingesetzt und mit der Extraktionsleistung der Wurzelexsudate von Tomaten (eine Pflanzenart mit nachgewiesen sehr geringem PCDD/PCDF-Transfer) und H2O verglichen. Durch die Verwendung von Tomatenwurzelexsudaten konnte die Extraktionsausbeute im Vergleich zu H2O nicht gesteigert werden; dagegen wurden durch Zucchiniwurzelexsudate ca viermal so viel PCDD/PCDF aus dem Boden extrahiert. Dieses unerwartete Verhalten ist auf Substanzen in den Wurzelexsudaten von Zucchini zurueckzufuehren, die eine Mobilisierung der im Boden gebundenen PCDD/PCDF ermoeglichen und diese gleichzeitig in eine weniger hydrophobe, besser pflanzenverfuegbare Form ueberfuehren. Da eine Veraenderung der chemischen Struktur von PCDD/PCDF auszuschliessen ist, beruht die mobilisierende Wirkung ...
Das Projekt "Nitrogen and drought effects on the tree-soil interaction of ECM and AM temperate trees" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung durchgeführt. Bäume interagieren mit dem Boden nicht nur durch Wasser- und Nährstoffaufnahme, sondern auch durch die Freisetzung von Wurzelexsudaten, die die Löslichkeit von mineralischen Nährstoffen erhöhen, Substrate für Bodenbiota darstellen und so die Freisetzung von Nährstoffen aus organischem Material stimulieren können. Diese Wechselwirkung zwischen Baum und Boden wird durch symbiotische Wurzelassoziationen beeinflusst. Zu den zwei Haupttypen der symbiotischen Wurzelassoziationen in mitteleuropäischen Wäldern gehören arbuskuläre Mykorrhizen und Ektomykorrhizen, die wichtige Wurzelfunktionen und Rhizosphärenprozesse wie die Ressourcenaufnahme, die Wurzelstreuqualität und deren Umsatz, das 'priming' von Mikroorganismen und die Kohlenstoffspeicherung im Boden beeinflussen. Während der Einfluss von einzelnen, leicht zu kultivierenden symbiotischen Wurzelpartnern auf die Phosphoraufnahme weitgehend anerkannt ist, sind die Einflüsse von Mikroorganismengemeinschaften auf Ökosysteme immer noch wenig erforscht, obwohl sie die Kohlenstofffestlegung und den Umsatz von organischem C in Waldböden bestimmen. Ein besseres Verständnis der Rhizo- und Hyphosphärendynamik ist daher entscheidend, um Vorhersagen treffen zu können, wie sich die Bodenkohlenstoffspeicherung wichtiger mitteleuropäischer Baumarten bei steigenden Stickstoffeinträgen und zunehmender Sommertrockenheit verändern wird. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt untersucht den Einfluss von symbiotischen Mykorrhizen auf wichtige Wurzelfunktionen und setzt eine neu entwickelte in situ-Methode zur Messung von Wurzelexsudaten, Mini-Rhizoskop-Studien und 15N-Markierungsexperimente ein. Vier ektomykorrhizierte (Fagus sylvatica, Quercus robur, Tilia cordata, Carpinus betulus) und vier arbuskulär mykorrhizierte (Fraxinus excelsior, Acer pseudoplatanus, Acer platanoides, Prunus avium) Baumarten werden als Beispiele aus der temperaten Baumflora ausgewählt. Wir untersuchen Bäume mit indigenen forstlichen Mikroorganismen, um zeigen zu können, welchen Einfluss diverse mikrobielle Gemeinschaften auf die Wurzellebensdauer, Exsudation und Stickstoffaufnahme haben. Drei zentrale Hypothesen werden in einem integrierten Forschungsansatz getestet, bestehend aus (i) Freilanduntersuchungen der Rhizosphärendynamik der acht genannten Baumarten in einem Mischbestand, der natürlicher Sommertrockenheit ausgesetzt ist, und (ii) einem Experiment zum Einfluss unterschiedlicher indigener mikrobieller Gemeinschaften auf Wurzelfunktionen und Rhizosphärendynamik von Jungbäumen dieser acht Baumarten unter kontrolliertem Trockenstress im Göttinger Wurzellabor und assoziierten Lysimetern. Der Einfluss der symbiotischen Wurzelpartner auf wichtige Wurzelfunktionen wird vor dem Hintergrund der prognostizierten ansteigenden Stickstoffverfügbarkeit und zunehmenden Sommertrockenheit als Konsequenz des globalen Wandels untersucht.
Das Projekt "Mobilisierung von Naehrstoffen und Schadstoffen durch Wurzelelexsudate" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Agrikulturchemie durchgeführt. Ziele: In den vergangenen Jahren hat sich herausgestellt (Lit. Vergl. Gerke, 1995), dass Pflanzenwurzeln durch ihre Ausscheidungen betraechtlichen Einfluss auf die Konzentrationen an Naehr- bzw. Schadelementen in der Rhizosphaere haben. Unser Wissen ueber die Qualitaet und Quantitaet von Wurzelausscheidungen an niedermolekularen organischen Substanzen (Saeuren, Phenole etc.) ist jedoch gering und lueckenhaft. Auch ist die Frage voellig ungeklaert, wie hoch eine Exsudation von bestimmten Saeuren bzw. Gemischen organischer Verbindungen sein muss, um in der Rhizosphaere solche Veraenderungen herbeizufuehren, dass es zu einer signifikanten Mobilisierung von Naehr- bzw. Schadelementen und somit zum erhoehten Antransport zur Wurzel kommt. Ob dieser dann zu einer erhoehten Aufnahme der Element beitraegt, ist aber ebenfalls noch zu klaeren. Die Ziele der Untersuchungen sollen deshalb sein: Da in Abhaengigkeit von der P-Ernaehrung die Exsudation von organischen Saeuren und damit die Loeslichkeit von Schwermetallen betraechtlich beeinflusst wird, soll die 1. Aufnahme von Cu, Zn und Cd (Wurzelsystem, Influx) von ausgewaehlten Kulturpflanzenarten (dikotyle: ggf. Gelbe, Weisse, Schmalblaettrige Lupine, Rotklee, Schwarzer Senf, Monokotyle: Weidelgras oder Mais) in Abhaengigkeit von der P-Ernaehrung aus mit den genannten Schwermetallen(SM)-kontaminierten Boeden geprueft werden. 2. Qualitative und quantitative Bestimmung von niedermolekularen Wurzelexsudaten an diesen Kulturpflanzen. Die Wurzelexsudation soll ueber die P-Ernaehrung beeinflusst werden. 3. Nach der Identifizierung und Quantifizierung der Exsudaten ist deren loesende bzw. mobilisierende Wirkung von P, Cu, Zn und Cd bzw. auch Fe in Boeden, die mit SM kontaminiert sind, zu pruefen. In Naehrloesungsversuchen sind die genannten Pflanzenarten mit komplexierten SM zu ernaehren, um die Aufnehmbarkeit der moeglichen Metallspezies zu testen. Es soll versucht werden, die Prozesse der Elementmobilisierung in das Naehrstoffaufnahmemodell von Claassen et al. (1986) zu integrieren.
Das Projekt "Phosphat in der Rhizosphäre: Einfluss organischer Beläge auf Eisenoxyden auf Mobilisierungs- und Festlegungsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Ökologie, Fachgebiet Bodenkunde durchgeführt. Die P-Mobilität in sauren Mineralböden wird im wesentlichen durch die Phosphat-Sorption an Aluminium- und Eisenoxide gesteuert. Intrapartikuläre Diffusion von Phosphat in Poren von Eisenoxiden ist eine mögliche Ursache für P-Immobilisierung. Beläge aus höhermolekularen organischen Substanzen können die Mikromorphologie der Eisenoxide stark beeinflussen. Geprüft werden soll die Hypothese, daß Beläge aus organischer Substanz die Zugänglichkeit der Intrapartikelräume von Eisenoxiden für Phosphat herabsetzen. Dazu sollen Beläge aus Mucilage - einem hauptsächlich aus Polyzuckern zusammengesetzten Wurzelexudat - sowie aus wasserlöslicher, organischer Substanz - in für wurzelferne Bodenlösung typischer Zusammensetzung - hergestellt werden. Mit Hilfe mikroskopischer, spektroskopischer und naßchemischer Methoden wird der Einfluß der Belegung der Eisenoxide mit diesen Substanzen auf Oberflächeneigenschaften und Porosität sowie auf die P-Desorption analysiert. Überprüft werden soll außerdem, ob niedermolekulare organische Wurzelexudate in der Lage sind, organische Beläge auf Eisenoxiden zu lösen. Die geplanten Arbeiten sollen zur Aufklärung der P-Mobilisierungsmechanismen in der Rhizosphäre beitragen. Besonders berücksichtigt wird der Einfluß organischer Beläge auf die P-Immobilisierung durch Eisenoxide.
Das Projekt "Regulation der durch Phosphatmangel induzierten Citratabgabe aus Proteoidwurzeln der Weißlupine (Lupinus albus L.)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät III Agrarwissenschaften I, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Die Ergebnisse eines vorangegangenen DFG-Projektes lieferten Hinweise darauf, dass die verstärkte Abgabe von Citrat und Protonen unter P-Mangelbedingungen auf einer erhöhten Akkumulation von Citronensäure im Wurzelgewebe beruht. Diese verstärkte Citratakkumulation ist einerseits die Folge einer erhöhten Biosyntheserate, beruht andererseits aber wahrscheinlich auch auf einem durch P-Limitierung der Atmungskette verminderten Citratumsatz im Citratcyklus. Zur Prüfung dieser Hypothese sollen P-Mangel induzierte Veränderungen der am Citratumsatz beteiligten Stoffwechselwege untersucht werden, um so Hinweise auf die an der Regulation beteiligten Schlüsselreaktionen zu erhalten. Im einzelnen sind Messungen der Wurzelatmung, des Pools an Adeninnukleotiden, des Redoxstatus (NADH/NAD-Verhältnis), 14C markierter Intermediärprodukte des Citratstoffwechsels und der an den Umsetzungen beteiligten Enzymaktivitäten, sowie Untersuchungen zur Citratakkumulation nach gezielter Applikation von Respirationshemmstoffen (KCN, SHAM) geplant. Die Wirksamkeit verschiedener Anionenkanalinhibitoren lieferte erste Hinweise, dass die Citratabgabe durch einen Anionenkanal im Plasmalemma erfolgt. Nach Isolierung von Protoplasten aus dem Proteoidwurzelgewebe soll über Patch-Clamp Messungen versucht werden, die Beteiligung eines Anionenkanals direkt nachzuweisen.
Das Projekt "Hyperakkumulation in Thlapsi" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenforschung durchgeführt. Metallakkumulierende Pflanzen dienen als Modellsystem und Ausgangspunkt fuer die Entwicklung von Phytosanierungstechnologien. Im vorliegende Projekt soll die Rolle von pflanzenphysiologischen und Rhiszosphaerenprozessen bei der Hyperakkumulation von Schwermetallen in zwei Thlaspi-Arten (Taschelkraut) untersucht werden. Thlaspi capaeifolium ist ein Pb/Zn/Cd-Akkumulierer, die in Ostoesterreich endemische Art Thlaspi goesingense ein Ni/Cr-Akkumulierer. Wesentliche Projektziele sind die Untersuchung physiologischer Prozesse bei der Aufnahme und Verlagerung der Metalle in der Pflanze in Abhaengigkeit vom pH-Wert des Bodens sowie die Bestimmung der Bindungsformen von Metallen waehrend der pflanzeninternen Translokation. Weiters sollen jene Pflanzenorgane lokalisiert werden, in denen die Schwermetalle bevorzugt akkumuliert werden. Besonderes Augenmerk wird den Prozessen in der Rhiszosphaere gewidmet, die Einfluss auf die Pflanzenverfuegbarkeit der Metalle haben. In Topfversuchen wird die Reaktion beider Thlaspi-Arten (Pflanzenwachstum, Metallaufnahme und -akkumulation) auf das erhoehte Angebot von Metallen untersucht, die an ihren natuerlichen Standorten keine Rolle spielen. Das Verstaendnis dieser Prozesse ist fuer die Entwicklung von Technologien der Phytosanierung von groesster Bedeutung. Das Projekt gliedert sich in drei Abschnitte: Untersuchung von Prozessen der Metallmobilisierung in der Rhizosphaere. Hierbei werden (a) in Hydroponic-Experimenten Wurzelexsudate der beiden Thlaspi-Arten bei verschiedenen pH-Werten identifiziert und (b) Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Rhizosphaerenboden in sogenannten Rhizobox-Versuchen studiert. Unter anderem werden dabei Bodenloesungen aus dem Nahbereich der Wurzeln mit Hilfe von Mikrosaugsonden gewonnen und auf ihre Zusammensetzung analysiert; Experimente zur Metallaufnahme werden in drei verschiedenen methodischen Varianten durchgefuehrt: (a) Hydroponic-Experimente, (b) Topfversuche zur Verpflanzung der Thlaspi-Arten auf Boeden mit von den natuerlichen Verhaeltnissen abweichendem Metallangebot, und (c) gemeinsame Aufzucht (Co-Transplant) beider Thlaspi in Topfversuchen zum Studium von Wechselwirkungen zwischen den Arten in der Rhizosphaere; Experimente zur Erfassung der Metallverlagerung und -kompartimentierung in den beiden Thlaspi-Arten, mit Schwerpunkt auf (a) der Analyse von Xylemsaft zur Identifizierung von Prozessen der Metalltranslokation, und (b) Roentgenstrahlen-Mikroanalyse (EDAX) zur Bestimmung der Kompartimentierung der Metalle in den Pflanzen. Erwartete Ergebnisse aus diesen Untersuchungen sind Einblicke in grundlegende pflanzenphysiologische Prozesse der Hyperakkumulation von Schwermetallen in Thlaspi-Arten, insbesondere Metallaufnahme, -translokation und -kompartimentierung in der Pflanze. Weiters erwarten wir Aufschluesse ueber die Rolle von Rhizosphaerenprozessen bei Hyperakkumulation, wobei vor allem Informationen ueber den Einfluss des pH und organischer Wurzelexsudate auf die Metallmobi
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