Das Projekt "Interaktionen zwischen Buche und Fichte in Abhängigkeit von Trockenheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Department Ökologie, Lehrstuhl für Ökophysiologie der Pflanzen durchgeführt. In den Wäldern Mitteleuropas dominieren Fichte (Picea abies (L.) Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.). Aufgrund ihrer vorteilhaften Wirkungen und Leistungen werden diese Arten in Mischkulturen bevorzugt, allerdings ist das Verhalten solcher Mischungen bei Stress, unter anderem bedingt durch Klimaveränderungen, infrage gestellt. Anhand eines ökologischen Transektes von feuchten zu trockenen Standorten und eines Überdachungsexperimentes werden die Auswirkungen von Trockenheiten von 3 Teilprojekten untersucht: (A) Zuwachs auf Baum- und Bestandesebene, (B) artspezifische Reaktionsmuster unter inner- und zwischenartlichen Wuchsbedingungen bei trockenheitsbedingter Xylem-Dysfunktion und Kohlenstoffverarmung und (C) Wirkung von Ektomykorrhizen auf Wurzel- und Baumwachstum. Die entlang eines Niederschlagsgradienten erzielten Wechselwirkungen zwischen Fichte und Buche werden untermauert durch experimentelle Befunde und Modellszenarien mit ökophysiologischen Prozessmodellen. Am Projekt sind drei antragstellende Arbeitsgruppen beteiligt sowie zwei externe Arbeitsgruppen. Durch Zusammenführung von Expertise in der langfristigen Versuchsbeobachtung, einzigartiger Infrastruktur, die durch das Kranprojekt im Kranzberger Forst gegeben ist und innovative Modellierungsansätze entsteht ein Projekt mit großer Synergie, Innovation und Erfolgsaussicht.
Das Projekt "Entwicklung von Mikrosensoren zur impedanzspektroskopischen Untersuchung der Kambialaktivität von Fichte (Picea abies)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Waldwachstum, Abteilung Waldwachstum durchgeführt. Im beantragten Forschungsprojekt werden Mikrosensoren entwickelt, die geeignet sind, die Wachstumsaktivität in der Kambialregion lebender Bäume auf dem Niveau wenige Zellen umfassender Gewebeverbände direkt, zeitnah und zerstörungsarm zu erfassen. Das Sensorkonzept basiert auf Methoden der Impedanzspektroskopie, einem in der Biologie etablierten Analyseverfahren, mit dem der frequenzabhängige komplexe Wechselstromwiderstand des Gewebes bestimmt wird. Die charakteristischen elektrischen Parameter gehen in die Modellierung eines Ersatzschaltbildes en, womit sich der aktuelle Zustand des Gewebes mit seinen resistiven und kapazitiven Eigenschaften darstellen und beschreiben lässt. Die Elektroden werden so dimensioniert, dass die aktive Kambialregion (Kambium mit lebendem Phloem und Xylem) möglichst exakt erfasst wird und charakteristische, gewebespezifische Zeitkonstanten bestimmt werden können. Damit können die Zellteilungs- und Ausdifferenzierungsvorgänge während der Wachstumsphase kontinuierlich und zeitlich hochaufgelöst beobachtet werden. Die Entwicklung dieser Messmethodik ist die Grundlage für die später angestrebte Anwendung im Umweltmonitoring und wird die Kenntnisse über die Steuerung der Wuchsreaktionen von Waldbäumen auf Umwelteinflüsse deutlich erweitern.
Das Projekt "Oberflächen und Grenzflächen in Pflanzen: Lignin, Suberin und Cutin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. Beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben haben komplexe phenolische Verbindungen (Lignin) und natürliche Polyester (Cutin, Suberin) eine wichtige Rolle gespielt indem sie neue Grenzflächen und Oberflächen mit hydrobisierenden Eigenschaften ermöglichten. Die Einlagerung von Lignin zwischen den Cellulose Mikrofibrillen und Hemicellulosen war wesentlich für die Entwicklung funktionsfähiger Leitbahnen (Xylem) und die mechanische Festigkeit. An den Grenzflächen zur Luft musste der Wasserverlust minimiert werden, was durch die Einlagerung von Cutin (Blätter) und Suberin (Stamm, Wurzel) erreicht wurde. Auch wenn Basiswissen über die drei Polymere vorhanden ist, macht sie ihre große Variabilität sowohl im Vorkommen als auch in ihrer Zusammensetzung und offene Fragen bezüglich der Polymerisation zu den am wenigsten verstandenen pflanzlichen Polymeren. Durch die Adaptionen um in den sehr vielfältigen Lebensräumen zu überleben entwickelten sich verschiedenartigste Erscheinungsformen, die hoch spezialisierte Gewebe erfordern um damit unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen zu erfüllen. Das wird erreicht durch eine sich ändernde Zusammensetzung und Struktur auf den verschieden hierarchischen Ebenen (mm-ìm-nm) und es gibt immer noch eine große Wissenslücke bezüglich Verteilung der Polymere und Struktur auf Mikro- und Nanoebene. Wir werden diese Lücke durch die Anwendung von Raman Imaging und Rasterkraftmikroskopie (AFM) füllen. Raman Imaging ermöglicht die chemische Zusammensetzung auf Mikroebene zu verfolgen und AFM ergänzt durch die Aufklärung von Nanostruktur und -mechanik. Jedes Raman-Image basiert auf Tausenden von Spektren, wovon jedes ein molekularer Fingerabdruck der Zellwand auf Mikroebene ist. Derzeit gelingt es nur einen Teil der chemischen und strukturellen Informationen die in der Raman-Signatur stecken, zu extrahieren. Durch mehr Wissen über die Raman-Spektren der Pflanzen und ihrer Komponenten und neue Ansätze der multivariater Datenanalyse wollen wir mehr Informationen zugänglich machen. Um auf Nano-Ebene die chemische Zusammensetzung von kleinsten Oberflächen und Grenzflächen zu entschlüsseln, werden wir Tip-enhanced Raman-Spektroskopie (TERS) anwenden. Mit diesen anspruchsvollen in-situ Ansätze werden wir 1) die Lignifizierung innerhalb der nativen Zellwand verfolgen und ungelöste Fragen rund um die Lignin Polymerisation angehen 2) die Chemie und Struktur der Tracheiden und Gefäßwände auf Mikro-und Nano-Ebene und etwaige Auswirkungen auf die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften aufklären 3) die Mikrochemie und Nanostruktur von Cuticula und Periderm und ihren Einfluss auf die Barriereeigenschaften entschlüsseln und 4) beantworten ob Trockenstress sich auch auf der Mikroebene und Nanoebene widerspiegelt. Neue Einblicke in die Variabilität, Verteilung und Zusammensetzung der Pflanzenpolymere und den Einfluss von Trockenstress werden gewonnen und wichtige Struktur-Funktions-Beziehungen aufgeklärt. usw.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Massenspektrometrie und CLOUD-Koordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Ziel des CLOUD-Experiments am CERN ist die Untersuchung der Bildung und des initialen Wachstums von Partikeln (Aerosolen) in der Atmosphäre, um ein verbessertes Verständnis des Strahlungsantriebs durch Aerosole zu erreichen. Im Teilprojekt werden Messungen zur Nukleation und zum initialen Aerosolwachstum für verschiedene Oxidationsprodukte von organischen Komponenten wie Terpenen und Sesquiterpenen aus biogenen Quellen durchgeführt. Aktuelle Messungen zeigen Nukleationsphänomene im Zusammenspiel mit Ionen aus kosmischer Strahlung. Die Messungen lassen erwarten, dass der Klimaantrieb auf Grund von veränderten Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen niedriger ausfällt als bisher angenommen. Diese ersten Messungen werden nun wesentlich erweitert und systematisiert. Die Temperaturabhängigkeit, der Einfluss von verschiedenen Oxidationsmitteln (OH, O3) Luftfeuchte, NOx und Ammoniak werden untersucht. Weiterhin sind Messungen mit anthropogen verursachten organischen Komponenten wie Xylen und Trimethylbenzol geplant. Ziele sind a) die Identifikation von wesentlichen an der Nukleation beteiligten hoch-oxidierten schwerflüchtigen organischen Komponenten, b) die Quantifizierung der Rolle der Ionen beim Nukleationsprozess, c) die Bestimmung der Komposition von Clustern und nano-Aerosolpartikeln und d) die Bestimmung von Nukleations- und Wachstumsraten. In Zusammenarbeit mit internationalen Projektpartnern soll die Klimawirksamkeit dieser neuen Aerosolprozesse abgeschätzt werden.
Das Projekt "Subproject 8: Plant water relations: Complementary plant water and light use along a diversity gradient (D-A-CH/LAE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Agrarwissenschaften, Departement Biologie durchgeführt. Within Subproject Plant Water Relations (SP8), we will address complementary resource use, one of the potential mechanisms explaining biodiversity-ecosystem functioning relationships. We will focus on water and light use, since here major gaps in knowledge still exist, despite the relevance of both resources for plant performance. We aim to identify temporal niches for water sourcing at the species level and for the first time quantify plant water relations along a diversity gradient in the main experiment (block 2), complementing on-going efforts to partition ecosystem water fluxes (task 1). We will determine the ecophysiological mechanisms in terms of light and water use that are the basis for any spatio-temporal resource complementarity (in the tracer and Ecotron experiments) (task 2). In addition, we will assess the temporal development of light and water use niches, their biochemical basis and relevance for C and N allocation in the new species-specific trait experiment (task 3). Our measurements based on plant ecophysiology (e.g., leaf water potentials, leaf gas exchange rates) will be complemented by the assessment of water- and light-related plant traits (e.g., leaf morphology, carbon allocation, leaf greenness), canopy light profiles as well as stable oxygen and hydrogen isotope analyses of plant xylem and soil water. Based on these different approaches, we will collect a unique dataset on light, and in particular, on water use, to quantify niche complementarity and its development over time as well as to identify the underlying ecophysiological mechanisms.
Das Projekt "Bekämpfung des Feuerbranderregers (Erwinia amylovora) im Obstbau mittels Xylemapplikation ohne Antibiotika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RLP AgroScience GmbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Feuerbrand kann im Kernobstbau zu großen Ausfällen führen. In Deutschland sind zurzeit 13.500 ha Apfel- und Birnenanlagen von dieser Problematik betroffen. Für die Bekämpfung von Feuerbrand war bis 2004 das Antibiotikum Streptomycin zugelassen, dessen Anwendung nur noch nach Paragraph 11 Abs. 2 Satz 1 Nr. 2 PflSchG bei Gefahr im Verzüge' erlaubt ist. Allerdings ist die Anwendung von Antibiotika im Pflanzenschutz heftig umstritten, da unerwünschte Auswirkungen auf die Umwelt sowie Wirkungsverluste durch Resistenzbildung zu befürchten sind. Ziel des Projekts ist deshalb die Entwicklung einer praxisreifen Methode zur Bekämpfung von Feuerbrand, ohne den Einsatz von Antibiotika (entsprechend der Strategie der europäischen Gemeinschaft zur Bekämpfung der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel) und unter Verwendung eines umweltneutralen Applikationssystems, welches geeignete Substanzen direkt in das Xylem von Bäumen appliziert. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden In einem ersten Arbeitsschritt wurde die Wirkung xylemapplizierter Substanzen (Bion® (Acibenzolar-S-methyl), Prohexadion-Ca und Fosetyl-AI), die nach Aufnahme in pflanzliches Gewebe über sekundäre Biosynthesewege eine Resistenzbildung gegen den Feuerbranderreger anregen können, in Gewächshaus- und Freilandexperimenten untersucht. Parallel dazu entwickelte der Kooperationspartner TU Kaiserslautern einen auf den Einsatzzweck abgestimmten und, im Gegensatz zu bisherigen Fabrikaten, gewebeschonenden Baumapplikator. In einem weiteren Schritt erfolgt die Verknüpfung dieser Arbeiten: Eine als besonders geeignet ermittelte Wirksubstanz wird zusammen mit dem neu entwickelten Baumapplikator im Freilandexperiment eingesetzt. Hierbei erfolgen Beurteilungen bezüglich der Wirkung der xylemapplizierten Substanz sowie der, aufgrund der Montage des Baumapplikators resultierenden Wunden. Ebenso werden rückstandsanalytische Untersuchungen mit den Früchten der, im Freilandexperiment eingesetzten Versuchsbäume durchgeführt. Im Anschluss an das Projekt ist die Vermarktung des neu entwickelten Verfahrens in Kooperation mit der Trifolio-M GmbH geplant. Prohexadion-Ca ist besonders xylemgängig und erzielte hervorragende Wirkungen gegen Erwinia amylovora, welche denen von Plantomycin entsprachen. Bion® (Acibenzolar-S-Methyl) erscheint ebenfalls geeignet, müsste aber formulierungstechnisch bearbeitet werden, um die notwendigen Applikationsmengen zu ermöglichen. Die Xylemapplikation von Fosetyl-AI erzielte lediglich eine mittlere Wirkung und erzeugte außerdem Schäden an Blättern und Knospen. Bezüglich der Entwicklung des Baumapplikators wurde eine gewebeschonende, Sekundärschäden vermeidende Injektoreneinheit erfolgreich getestet und ein Konzept für eine kostengünstige mobile Versorgungseinheit erstellt. Fazit: Xylemapplikation von Prohexadion-Ca wird im zweiten Versuchsteil unter Verwendung der technischen Neuentwicklung weiter verfolgt.
Das Projekt "Wassertransport in Nadeln von alpinen Koniferen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Innsbruck, Institut für Botanik, Abteilung für Physiologie und Zellphysiologie Alpiner Pflanzen durchgeführt. An der alpinen Waldgrenze treten während des Winters massive Embolien im Holz bzw. Xylem von Koniferen auf. Im Rahmen von vorhergehenden Studien wurden die Entstehung von Embolien, Anpassungsmechanismen sowie Effekte auf das Leben der Bäume an der Waldgrenze analysiert. Diese Studien konzentrierten sich auf die Verhältnisse im Xylem von Stamm und Ästen, während Informationen zum lebenswichtigen Organ 'Nadel weitgehend fehlen. Das beantragte Projekt hat die Untersuchung des Wassertransportsystems von Koniferennadeln zum Ziel. Es basiert auf der Hypothese, dass das Xylem der Nadeln verwundbarer gegenüber Trockenheit und Gefrier-Tau Ereignissen ist, jedoch eine ähnliche hydraulische Effizienz wie das Xylem in Zweigen aufweist. An der alpinen Waldgrenze erwarten wir während des Winters extreme Embolieraten, die in der Folge zu Schädigungen der Nadeln und zu Beeinträchtigungen der photosynthetischen Kapazität der Nadel-Biomasse führen. Außerdem vermuten wir eine Bedeutung der Nadel bei Wiederbefüllungs-Vorgängen. Beobachtungen an der alpinen Waldgrenze und Untersuchungen im Labor sollen eine Überprüfung dieser Hypothesen ermöglichen. Mit einer neu entwickelten Methode zur Messung von Leitfähigkeiten in Koniferennadeln wird der Jahresverlauf der Emboliegrade an der alpinen Waldgrenze in Fichte und Zirbe analysiert werden. Mit diesen Messungen werden auch Wiederbefüllungs-Vorgänge im Frühjahr untersucht. Zusätzlich soll das Muster von Embolien innerhalb des Baumes mit jenem von im Frühjahr sichtbaren Schäden an den Nadeln verglichen werden. In den Labors wird zudem die hydraulische Effizienz und die Trockenheit- bzw. Gefrier-Tau induzierte Verwundbarkeit verschiedener Koniferenarten untersucht und mit anatomischen Messungen korreliert. In einem weiteren experimentellen Ansatz werden die Auswirkungen auf die Photosynthese durch künstliche Induktion von Embolien im Nadelxylem mittels Druckkragen untersucht. Das beantragte Projekt ermöglicht die Entwicklung einer neuen Methode zur Analyse des Wassertransportsystems von Koniferen und Einblicke in die hydraulischen Eigenschaften von Koniferennadeln. Es wird unser Wissen über den Wasserhaushalt von Bäumen an der alpinen Waldgrenze und dessen Bedeutung für die Bildung der alpinen Waldgrenze erweitern.
Das Projekt "Xylan, ein neuartiges Papieradditiv - Teilvorhaben 1: Koordination und Öffentlichkeitsarbeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Gesellschaft für Holzforschung durchgeführt. Ziel ist es, durch Scorption von Haferspelzen-Arabinoxylan auf der Oberfläche von Zellstofffasern die Festigkeitseigenschaften der aus den Fasern erhaltenen Papiere entscheidend zu verbessern. Dadurch sollen auch die Festigkeitseigenschaften in Z-Richtung (Scott Bond) verbessert werden und die Füllstoffverteilung verbessert und so der notwendige Füllstoffeinsatz (insbesondere TiO2) gesenkt werden. Es sollen die Bedingungen für eine möglichst quantitativ Adsorption der Xylane auf den Fasern entwickelt werden. Es sollen die Ladungsdichte der Zellstoffe, Xylane und Papieradditive untersucht werden. Für die Xylane soll durch die Extraktion und Bleiche sowie durch enzymatische und chemische Modifizierung eine Änderung der Ladungsdichte und der Molmassenverteilung erreicht werden. Die Zusammenhänge der Adsorptionsvorgänge und die Wechselwirkungen mit verschiedenen Papieradditiven soll untersucht werden. Die Erkenntnisse werden im Labor- und Technikumsstadium erarbeitet und dann im Betriebsversuch verifiziert und bei Erfolg durch die Partner patentrechtlich abgesichert.
Das Projekt "Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Viskositätsreglern und thermoplastischen Werkstoffen auf der Basis des bei der industriellen Xylangewinnung anfallenden Holzrückstandes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Fachgruppe Chemie und Biologie, Arbeitsgruppe Organische Chemie durchgeführt. Das bei der industriellen Xylangewinnung anfallende alkalisch-oxidativ behandelte Buchenholz wird zur Herstellung neuer Produkte genutzt. Die Veresterung mit Carbonsäuren soll zu thermoplastischen Werkstoffen auf Holzbasis führen. Durch Methylierung und Hydroxyalkylierung sollen preiswerte Viskositätsregler gewonnen werden. Die kostengünstige Gewinnung von Zellstoff aus dem vorbehandelten Buchenholz wird ebenfalls erforscht. Die Herstellung des modifizierten Holzes erfolgt durch drei verschiedene Syntheseverfahren, das Slurryverfahren, ein neu entwickeltes, modifiziertes Slurryverfahren sowie ein Festbettverfahren. Die AUA Jena GmbH entwickelt spezielle Analysemethoden zur Bestimmung der in den Biopolymerenverbund eingeführten Substituenten. Aussichtsreiche Produkte, (Viskositätsregler oder thermoplastische Muster) werden praktischen Applikationstests bei Industriepartnern unterzogen. Die entsprechenden Synthesen werden optimiert und in den kleintechnischen Maßstab überführt. Eine Vermarktung ausgewählter Produkte ist angestrebt. Der resultierende Erkenntnisgewinn wird durch Veröffentlichungen und Vorträge an Forschung und Industrie weitergegeben.
Das Projekt "Regulation des Gaswechsels durch schnelle Wurzelsignale bei Mais" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Department für Biologie, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Holzbiologie und Institut für Holztechnologie und Holzbiologie des Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei durchgeführt. In der ersten Projektphase konnte ausgeschlossen werden, daß die Stomataregulation bei Wiederbewässerung trockengestreßter Maispflanzen primär durch chemische Signale verursacht wird. Durch selektive Kompensation des hydraulischen und des elektrischen Signals wurde gezeigt, daß vermutlich das elektrische Signal den Anstieg der Gaswechselparameter nach der Wiederbewässerung initiiert. Die weiteren Untersuchungen haben zum Ziel, die noch offenen Fragen in der Regulation der Stomata durch nicht-chemische Signale mit ergänzenden Methoden zu klären. Dazu soll die Reaktion auf Wiederbewässerung sowohl im Phloem und im Xylem untersucht werden. Ferner soll mit Hilfe des THz-Imaging die Geschwindigkeit des aufsteigenden Wassers in der Pflanze ermittelt werden. Die Analyse der Blattproben auf Abscisinsäuregehalte werden auf Einladung von Prof.Dr. D. Hanke von Frau C. Koziolek in dessen Labor erfolgen.
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