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Auswirkungen von Trockenheit und erhöhtem CO2 auf die Blattrollkrankheit der Weinrebe: Eine Untersuchung der Interaktionen zwischen Pflanze, Vektor und Virus

In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.

Water isotope values and chemical parameters in time series samples (March 2020 - January 2021) from Müggelsee, Germany

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples taken before the outflow of Müggelsee. Sampling was conducted biweekly from March 2020 to January 2021. Samples were taken with a pipette from 40-60 cm below water surface and directly transferred into a measurement vial. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. Water chemical and physical parameters are daily average values derived from the Müggelsee long-term data monitoring station (https://emon.igb-berlin.de/grosser_mueggelsee.html). The data give information about the seasonal isotope amplitude at Müggelsee over the studied time period.

Water isotope values in time series samples (March - October 2020) collected at buoys deployed in northeastern German lake systems

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples taken at buoys temporarily installed in deep parts of the lake. Samples were taken monthly to bimonthly from March to October 2020. A Limnos water sampler was used to obtain samples from 1 m below water surface. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. Water temperatures were measured in similar depths with an Aqua TROLL 600 multiparameter sonde (In-Situ, Fort Collins, CO, USA). The data give information about the seasonal isotope amplitude in the sampled lakes and about spatial isotope variability in different branches of the associated riverine systems.

Water isotope values from a spatial campaign conducted in four northeastern German lakes in September 2020

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples taken at multiple spatially distributed spots in four selected lakes. A Limnos water sampler was used to obtain samples from 1 m below water surface on 29th and 30th September 2020. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer.

Water isotope values in shore samples collected in March and July 2020 from northeastern German lake systems

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. This sub-dataset is derived from water samples collected from lake shores. Samples were taken in March and July 2020 with a pipette from 40-60 cm depth below water surface and directly transferred into a measurement vial. Stable isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. The data give information about the seasonal isotope amplitude in the sampled lakes and about spatial isotope variability in different branches of the associated riverine systems.

Water isotope values from northeastern German lake systems 2020 et seq

Water isotopes (δ2H and δ18O) were analyzed in samples collected in lakes associated to major riverine systems in northeastern Germany throughout 2020. The dataset is derived from water samples taken at a) lake shores (sampled in March and July 2020); b) buoys temporarily installed in deep parts of the lake (sampled monthly from March to October 2020); c) multiple spatially distributed spots in four selected lakes (in September 2020); d) the outflow of Müggelsee (sampled biweekly from March 2020 to January 2021). At shores, water was sampled with a pipette from 40-60 cm below water surface and directly transferred into a measurement vial, while at buoys a Limnos water sampler was used to obtain samples from 1 m below surface. Isotope analysis was conducted at IGB Berlin, using a Picarro L2130-i cavity ring-down spectrometer. The data give information about the seasonal isotope amplitude in the sampled lakes and about spatial isotope variability in different branches of the associated riverine systems.

Fair gehandelte Produkte in Kantinen, bei Veranstaltungen und Sitzungen der Ministerien und der Staatskanzlei

1. Der Ministerrat beschließt die Selbstverpflichtung der Landesregierung, in den Ministerien und der Staatskanzlei ab dem 1. Juni 2022 Kaffee und Tee aus fairem Handel und ökologischem Anbau in den Kantinen sowie bei eigenen Sitzungen und Veranstaltungen der Ministerien und der Staatskanzlei anzubieten. Zucker soll aus ökologischem Anbau möglichst aus Europa kommen, bei Importprodukten aus Entwicklungsländern (nach OECD-DAC-Liste) zusätzlich aus fairem Handel. 2. Der Ministerrat beschließt eine Bevorzugung von Kaffee aus regionalen Röstereien beziehungsweise dem Herkunftsland Ruanda, soweit möglich, zu empfehlen. Der Ministerrat beschließt die Möglichkeit einer Abweichung vom Grundsatz einer fairen und ökologischen Beschaffung, soweit bestehende Liefer- oder Pachtverträge dem entgegenstehen, ebenso bei Veranstaltungen in nicht- landeseigenen Räumen, bei denen verpflichtende Bindungen an bestimmte Lieferanten bestehen, die die betreffenden Anforderungen nicht erfüllen. In diesen Fällen ist darauf zu achten, den Anforderungen an eine faire und ökologische Beschaffung so weit wie möglich zu genügen. 3. Der Ministerrat empfiehlt, bei Sitzungen und Veranstaltungen mit geeigneten Maßnahmen (Aufsteller, Servietten, etc.) darauf hinzuweisen, dass Produkte aus ökologischem Anbau beziehungsweise fairem Handel verwendet werden. 4. Der Ministerrat beschließt zudem, dass bei Veranstaltungen und Sitzungen in landeseigenen Räumen Umverpackungen aus Plastik möglichst vermieden werden sollen. Dies gilt, so weit umsetzbar, auch für Veranstaltungen der Ministerien und der Staatskanzlei in nicht-landeseigenen Räumen. 5. Der Ministerrat bittet die Staatskanzlei und die Ministerien, bestehende Lieferverträge schnellstmöglich anzupassen und nur dann zu verlängern, wenn die genannten Anforderung en eingehalten werden können.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Kopplung zwischen pilzlichem Phosphat- und pflanzlichem Zuckerexport in der Ektomykorrhizasymbiose

Essentiell für die Nährstoffversorgung von Waldbäumen ist die Assoziation ihrer Wurzelsysteme mit Bodenpilzen. In angepassten Feinwurzeln (Ektomykorrhizen) wird Phosphat vom Pilzpartner an die Pflanze abgegeben, wobei gleichzeitig seine Versorgung mit pflanzlichem Zucker erfolgt. Die Versorgung des jeweiligen Partners erfolgt dabei wechselseitig. Exportiert einer der Partner eine ungenügende Nährstoff- Metabolitmenge, vermindert auch der andere Partner die Versorgung. Wie dieser Stoffaustausch auf der zellulären Ebene organisiert wird, ist bisher kaum verstanden. Während bisher keine pilzlichen Phosphatexporter bekannt sind, sind Kandidaten für den pflanzlichen Zuckerexport identifiziert. Einige Mitglieder einer neuen Genfamilie pflanzlicher Zuckertransporter (SWEETs) werden in der Modellpflanze Pappel Mykorrhiza-spezifisch induziert und konnten von uns im Rahmen von Vorarbeiten als funkti-onelle Glukoseexporter charakterisiert werden. Ziel des Projekts ist es, mit Hilfe dieser SWEET Gene die Steuerung des pflanzlichen Kohlenhydratexports sowie den Zusammenhang zwischen pilzlicher Kohlenhydrat- und pflanzlicher Phosphatversorgung in der Symbiose auf der molekularen Ebene aufzuklären. Hierzu soll einerseits die Signalkette entschlüsselt werden, die zu einer Mykorrhiza-spezifischen Induktion der SWEET Gene führt. Durch transgene Pappeln, bei denen a) die Expression ausgewählter SWEET Gene unterdrückt bzw. b) bei denen der Kohlenhydratfluss Richtung Pilzpartner moduliert wurden, soll die Auswirkung der veränderten Kohlenhydratversorgung des Pilzpartners auf die pflanzliche Phosphatversorgung analysiert werden. Methodisch soll dies durch Kohlenhydratflussanalysen sowie in vivo Imaging geschehen. Unklar ist bisher, ob der für Pappeln postulierte Mechanismus der pilzlichen Kohlenhydratversorgung auch in anderen Waldbäumen abläuft, und ob unterschiedliche Mykorrhizapilze vergleichbare Effekte in der Pflanze induzieren. Untersucht werden soll hierzu die Expression von SWEET Homologen der Fichte in von natürlichen Standorten isolierten Mykorrhizen, die mit unterschiedlichen Pilzpartnern gebildet wurden. Weiterhin soll analysiert werden, ob und gegebenenfalls wie sich der Phosphatgehalt des Bodens auf die Expression der identifizierten Mitglieder der SWEET-Genfamilie auswirkt. Fernziel ist hierbei zu ergründen, ob unterschiedliche Pilzpartner durch die Beeinflussung der SWEET Gen Expression unterschiedliche Zuckermengen für eine gegebene Phosphatmenge erhalten können.

Einfluss der Stickstofform (NO3- vs. NH4+) auf den Wasserhaushalt der Pflanze, die Empfindlichkeit gegenüber Wassermangel und Salzstress unter besonderer Berücksichtigung der Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse

Die Form des Stickstoffangebotes übt einen nachhaltigen Einfluss auf Wachstum und Produktivität der meisten Kulturpflanzen aus. Hierfür werden verschiedene Prozesse verantwortlich gemacht. Ammoniumernährung übt einen nachhaltigen Einfluss auf die Quantität und Qualität der Gehalte an Aminosäuren, organischen Säuren und Zucker aus. Da alle diese Inhaltsstoffe die ernährungsphysiologische und sensorische Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse stark beeinflussen, ist davon auszugehen, dass die Form der N-Ernährung einen größeren Einfluss auf die Qualität ausübt, als dies gemeinhin angenommen wird. Eine solche Vermutung wird noch dadurch unterstützt, dass durch Ammoniumernährung i.d.R. die Kaliumgehalte stark vermindert werden, was wiederum nicht ohne Auswirkungen auf die Qualität bleibt. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen die physiologischen Auswirkungen der Form der N-Ernährung auf die Wassernutzungseffizienz, die Resistenz gegenüber Wasser- und Salzstress sowie auf qualitätsbestimmende Inhaltsstoffe untersucht werden. In einer anschließenden Phase sollen die Ergebnisse genutzt werden, um die Ernährungssituation der Pflanze in diesen Stressstituationen, die sowohl in Israel als auch in Palästina verbreitet auftreten, gezielt zu verbessern.

Forschergruppe (FOR) 5315: Humusauflage: Funktionsweise, Dynamik und Vulnerabilität im Wandel, Teilprojekt: Auswirkung von Nährstoffstrategien der Bäume und Kohlenstoffexsudation durch Wurzel-Mykorrhiza-Verbindungen auf den Umsatz der Humusauflage

Unterschiedliche Baumarten beeinflussen die Humusauflage von Waldböden hinsichtlich des Umsatz von Streueintrag und Zersetzungsraten. Die Stärke der Humusauflage nimmt zum Beispiel von Ahorn über Buche zur Fichte zu (Vesterdal et al. 2008). Diese drei Baumarten stehen im Zentrum der vorgeschlagenen Forschergruppe ‚FOREST FLOOR: Functioning, Dynamics, and Vulnerability in a Changing World‘. Die Dynamik der Humusauflagen wird über den Eintrag und der Qualität von Laubstreu und sowie über die Rhizodeposition gesteuert, zu der Wurzelexsudate, abgestoßene Wurzelzellen und die Absonderung der Mucilage gehören. Diese stellen wichtige Kohlenstoff- bzw. Nährstoffquellen für Pilze und Mikroorganismen der Rhizosphäre dar. Etwa 30 % der durch die Photosynthese synthetisierten Kohlenhydrate werden unterirdisch in die Rhizosphäre verlagert, d.h. zu den Baumwurzeln und ihren symbiotischen Mykorrhizapilzen und mikrobiellen Gemeinschaften. Zudem zeigen verschiedene Baumarten unterschiedliche Nährstoffnutzungsstrategien in Anpassung an die Nährstoffverfügbarkeit des Standorts, die sich in Unterschieden der Nährstoffspeicherung und Nährstoffaufnahmerate und Streuqualität wiederspiegeln. In dem vorliegenden Forschungsantrag P9 untersuchen wir die Hypothese, dass die Nährstoffnutzungsstrategien von Waldbäumen und insbesondere die C-Zusammensetzung der Wurzelexsudate einen starken Einfluss auf die Mykorrhiza-, Saprophyten- und mikrobielle Gemeinschaft haben, die sich folglich auf die Nährstoffverfügbarkeit und den Umsatz der Humusauflage auswirken. Ein zentrales Ziel ist die Erforschung der Zusammenhänge, wie und in welchem Ausmaß die Kohlenstoff Zusammensetzung der Wurzel Exsudate - d.h. das Verhältnis von Zuckern und organischen Säuren in den Exsudaten - den Umsatz der Humusauflage beeinflusst, indem sie die mikrobielle und pilzliche Zusammensetzung und in der Folge die Zersetzung von Organischer Materie des Bodens und Streu verändert. Das vorliegende Forschungsvorhaben wird für die Forschergruppe Informationen über die arten- und standortspezifische Blatt- und Streuqualität, die unterschiedlichen Strategien der Nährstoffnutzung und die Gehalte von Zuckern und organischen Säuren in den Wurzel Exsudaten von Bäumen erheben. Darüber hinaus wird die von den Bäumen vermittelte laterale Verteilung von Nährstoffen aus der Blattstreu in einem gemeinsamen 15N Markierungsexperiment untersucht (P2). Die Ergebnisse werden mit Informationen der mikrobiellen Gemeinschaft (P7) und den unterschiedlichen Mykorrhizatypen der Baumarten (P8) verknüpft und mit den Nährstoffaufnahmeraten in Abhängigkeit von der Nährstoffverfügbarkeit an den unterschiedlichen Standorten (P4) analysiert.

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