Neue Forschungsprojekte in FISA http://www.fisaonline.de/ Hier finden Sie die 20 neuesten Projekte, die in das Forschungsinformationssystem Agrar / Ernährung (FISA) eingetragen wurden. en-en Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) TYPO3 Verbundvorhaben: Silphie - Anbauoptimierung, Sätechnik und Züchtung; Teilvorhaben 3: Optimierung praxisüblicher Sätechnik für die Aussaat der Durchwachsenen Silphie Gesamtziel des Vorhabens ist es, den Anbauumfang der Durchwachsenen Silphie in der landwirtschaftlichen Praxis weiter zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des Anbaus im Vergleich zu Mais zu verbessern. Voraussetzungen dafür sind ein sicheres, kostengünstiges Anbauverfahren und qualitativ hochwertiges Pflanzenmaterial. Dazu ist es erforderlich, ein risikoarmes Aussaatverfahren zu entwickeln, die Bestandesführung hinsichtlich Pflege, Pflanzenschutz und Düngung zu optimieren sowie Zusammenhänge zwischen gasrelevanten Inhaltsstoffen und Erntetermin aufzuzeigen, um eine möglichst hohe Gasausbeute in Biogasanlagen zu realisieren. Gleichzeitig gilt es, züchterisch verbessertes Pflanzenmaterial mit hohen Biomasse- und Gaserträgen für den Praxisanbau bereitzustellen. Das Institut für Landtechnik arbeitet in diesem Projekt intensiv mit den Projektpartnern, vor allem der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft zusammen. Ziel ist es, eine optimierte Sätechnik für die Aussaat der Durchwachsenen Silphie zur Verfügung zu stellen. Eine handelsübliche Einzelkornsämaschine für Mais soll genutzt werden und diese entsprechend den Anforderungen der Silphie angepasst werden. Mit der optimierten Sätechnik, die es auch möglich machen soll veränderte Saatgutpartien aus dem Teilprojekt der Firma N.L.C. für eine Aussaat zu nutzen. Ab dem zweiten Versuchsjahr werden Versuche mit der optimierten Maschine bei den Projektpartnern,nach deren Vorstellungen angelegt.

Abschlussbericht

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Verbundvorhaben: Silphie - Anbauoptimierung, Sätechnik und Züchtung; Teilvorhaben 2: Züchterische Verbesserung des Leistungspotenzials, Entwicklung von Basiszuchtmaterial und Optimierung von Saatguteigenschaften Zur Erweiterung der Agrobiodiversität im Energiepflanzenanbau in Deutschland sollen neue Kulturen wie die Durchwachsene Silphie genutzt werden. Da zurzeit nur Herkünfte ohne züchterische Bearbeitung zur Verfügung stehen, ist die Erarbeitung von züchterisch bearbeitetem Basismaterial die primäre Aufgabe bei diesem Fremdbefruchter. Das beantragte Teilprojekt bei N.L. Chrestensen hat das Ziel, eine ligninarme, aber methanreiche Linie aus dem Material unterschiedlichster Herkünften zu erarbeiten. Das im Blattstängel gebildete makromolekulare Lignin reduziert durch seine schlechte bakterielle Verwertbarkeit die Methanausbeute des Silphie-Materials. Daher soll über Selektion auf ligninarmes und ertragreiches Material gezüchtet werden. Dazu wird am JKI, Quedlinburg eine schnelle und preisgünstige Methode auf spektroskopischer Grundlage erarbeitet und im selektierten Material eingesetzt. Die Erhebung der Referenzdaten wird durch den Projektpartner TLL erarbeitet. Ein wesentliches Projektziel besteht in der Entwicklung eines homogenen, leistungsstarken Materials. Durch die Einbeziehung von in vitro-Verfahren kann dieser Prozess beschleunigt werden. Die Entwicklung eines in vitro-Protokolles und anschließende Vermehrung des Pflanzenmaterials wird als Fremdleistung an das Institut für Gemüse und Zierpflanzenbau (IGZ) gegeben. Die Prüfung des entwickelten in vitro-Materials erfolgt an beiden Standorten. Bearbeitung der Silphie-Herküfte, Entwicklung der in vitro-Methode und NIR-Kalibration.

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Verbundvorhaben: Silphie - Anbauoptimierung, Sätechnik und Züchtung; Teilvorhaben 1: Verbesserung des Anbauverfahrens unter Einbeziehung optimierter Sätechnik, Betreuung des Praxisanbaus und Prüfung von Selektionsmaterial, Gesamtkoordination Gesamtziel des Vorhabens ist es, den Anbauumfang der Durchwachsenen Silphie in der landwirtschaftlichen Praxis weiter zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des Anbaus im Vergleich zu Mais zu verbessern. Voraussetzungen dafür sind ein sicheres, kostengünstiges Anbauverfahren und qualitativ hochwertiges Pflanzenmaterial. Dazu ist es erforderlich, ein risikoarmes Aussaatverfahren zu entwickeln und die Bestandesführung hinsichtlich Pflege, Pflanzenschutz und Düngung zu optimieren. Gleichzeitig gilt es, züchterisch verbessertes Pflanzenmaterial mit hohen Biomasse- und Gaserträgen für den Praxisanbau bereitzustellen. Schwerpunktaufgaben der TLL als Koordinator im Projekt bestehen in der Optimierung des Anbauverfahrens bezüglich Pflanzenschutz, besonders bei Saat und Düngung sowie der Erprobung von ausgewählter bzw. optimierter Sätechnik, die vom Verbundpartner Universität Bonn bereitgestellt wird, im Parzellen- und Praxisversuch. Die langjährigen Versuche zur Silphie sind fortzusetzen, um belastbare Aussagen zur Nutzungsdauer liefern zu können. Ergänzt werden diese durch die Fortsetzung und Ausdehnung des Standortscreenings. Weiterhin sind eine umfangreichere Herkunftsprüfung sowie die Bereitstellung bzw. Prüfung von Zuchtmaterial in Zusammenarbeit mit dem Partner N. L. Chrestensen vorgesehen. Inhaltsstoffliche Untersuchungen sowie Praxisuntersuchungen in landwirtschaftlichen Biogasanlagen bilden weitere Schwerpunkte der Arbeiten.

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Agrarsysteme der Zukunft: F4F - Nahrung der Zukunft, Teilprojekt D F4F untersucht radikale Innovationen für eine nachhaltig gesunde Lebensmittelproduktion, um auch künftige Generationen mit ausreichend gesunden Lebensmitteln versorgen zu können. Dies erfolgt im Kontext von zwei tiefgreifenden Szenarien – „No Land“ und No Trade“. Gesamtziel des F4F-Vorhabens ist es, herausgefordert durch diese Extrem-Settings innovative Lösungsansätze im Food- und Agrobereich für eine nachhaltige Sicherung ausreichender und gesunder Ernährung zu erarbeiten. Über die gezielt eingesetzten Schlüsseltechnologien – (UV)LED-Technologie und Composit-Leichtbau-Werkstoffe – werden Innovationsansätze bis zum Proof of Concept für „Designed Food“ und „Natural Food“ entwickelt und auf ihre technische Realisierbarkeit, ihre ökonomische und ökologische Tragfähigkeit als auch auf ihre gesellschaftlichen Auswirkungen überprüft.

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Kleine sekretierte Proteine in der männlichen Blütenentwicklung und Pathogenität beim Mais Untersuchungen verschiedener Entwicklungsstadien der männlichen Infloreszenz in Mais implizieren, dass kleine sekretierte Proteine als Wachstums- und Entwicklungskoordinatoren fungieren. Für eine Infektion mit dem Brandpilz Ustilago maydis ist die korrekte Gewebeentwicklung Grundvoraussetzung. Ziel des Projektes ist es, kleine sekretierte Proteine zu identifizieren und zu charakterisieren, die entscheidend für die Infloreszenzentwicklung und die Pathogenresistenz sind. Langfristig können diese Studien neue Ansätze zur Kontrolle der männlichen Fertilität und der Pollenverbreitung von Mais bieten, aber auch zur Vermeidung von Ustilago maydis-Infektionen beitragen.

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Aufdeckung des regulatorischen Netzwerks, welches Hitzestress-Toleranz bei Kartoffelpflanzen vermittelt Aufdeckung des regulatorischen Netzwerks, welches Hitzestress-Toleranz bei Kartoffelpflanzen vermittelt

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Die globale kultivierte Flora, ihre Geschichte und ihr Beitrag zur invasiven Ausbreitung von Pflanzen Die meisten Pflanzen, denen wir täglich in unseren Gärten und öffentlichen Grünflächen sowie als Gartenflüchtlingen in der Natur begegnen, sind gebietsfremde Pflanzenarten die ursprünglich als Nutzpflanzen (inkl. Zierpflanzen) angebaut wurden. Jedoch ist nach wie vor nicht bekannt, welche dieser Nutzpflanzen in welchem Teil der Welt angebaut werden, und inwiefern diese Pflanzen im Bezug auf spezifische Eigenschaften, Ursprungsregion und Phylogenie vorbelasted sind. Solche Informationen sind nicht nur aus historischer und kultureller Perspektive wichtig, sondern auch weil die meisten gebietsfremden Arten, die mittlerweile etabliert oder invasiv sind, sich ursprünglich aus dem Anbau heraus verbreitet haben. Aus diesem Grund ist es das Hauptziel des vorgeschlagenen Projektes, eine globale Datenbank mit regionalen Listen von Nutzpflanzenarten zu erstellen, und diese dann auf Tendenzen (Biase) der jeweiligen Nutzpflanzenflora im Bezug auf geographischen Ursprung, spezifische Eigenschaften, Phyogenie sowie in welcher Weltregion sie angebaut wird, zu untersuchen. Indem wir die neu erstellte globale Nutzpflanzendatenbank mit Daten über die Etablierung der Arten verbinden, werden wir ausserdem ermitteln inwiefern Muster und Tendenzen im gebietsfremden Nutzpflanzenanbau die Muster der etablierten gebietsfremden Arten beeinflussen. Weitere Hauptziele, die wir verfolgen, sind inwiefern Anbautendenzen sich im Laufe der Zeit verändert haben und wie dies beeinflusst hat, welche gebietsfremden Nutzarten sich in der neuen Umbebung etabliert haben. Diese zwei Fragen werden wir mithilfe zweier einzigartiger Datensätze beantworten, einer davon enthält ca. 9000 vor 1814 in Kew Gardens (Großbritannien) eingeführte Pflanzenarten, und ein etwa 22.000 in den USA zwischen 1719 und 1939 erhältliche Arten umfassender Gartenkatalog. Das vorgeschlagene Projekt wird somit die erste globale Nutzpflanzendatenbank vorlegen, sowie wichtige Erkenntnisse liefern inwiefern Nutz- und Zierpflanzenarten und ihre Verfügbarkeit im Laufe der Zeit in Verbindung zu etablierter gebietsfremder Flora stehen.

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Rolle des Genpools im Boden als Rekrutierungsquelle von virulenten Genotypen von Phytophthora plurivora In Europa, wird eine große Anzahl von Laubbaumarten derzeit von zahlreichen Phytophthora Arten bedroht. Ein Rückgang dieser Baumarten könnte schwerwiegende kurz- und langfristige ökologische und wirtschaftliche Folgen haben. Die Rotbuche (Fagus sylvatica) ist auf P. plurivora anfällig, welche das Absterben von jungen und auch alten Bäumen verursacht. Es wurde kürzlich gezeigt, dass die Populationen von P. plurivora in der Umwelt (z.B. Boden und Wasser) eine höhere genetische Diversität zeigen als diejenigen in den befallenen Bäumen. Das deutet auf eine Rekrutierung der virulenten Genotypen aus einer diversen Grundpopulation im Boden. Das Ausmaß der Krankheit resultiert aus einer Kombination verschiedener Faktoren, wobei die genetische Ausstattung des Wirtes und des Erregers wahrscheinlich die Hauptrolle für das Auftreten von Infektionen unter günstigen klimatischen Bedingungen spielen. Über Pathogenese und Epidemiologie im Pathosystem P. plurivora - Fagus sylvatica ist jedoch wenig bekannt. In diesem Projekt wird die molekulare Epidemiologie von P. plurivora untersucht. Insbesondere soll das ganze Genom von Isolaten aus dem Boden und von Baumläsionen sequenziert werden, um genomische Regionen zu identifizieren, die mit Pathogenität und Wirtsspezialisierung assoziiert sind. In dem Projekt werde ich auf genomische Varianten von P. plurivora eingehen, die (1) in Genotypen von erkrankten Bäumen im Vergleich zu Genotypen aus bodenbewohnenden Populationen überrepräsentiert sind; (2) signifikant mit infizierten Buchen in fünf geographischen Populationen assoziiert sind; und (3) unter Selektion in den untersuchten Populationen stehen. Die Ergebnisse dieser Studie werden (1) die Hypothese beweisen oder ablehnen, dass genetisch diverse P. plurivora Populationen im Boden als Rekrutierungsquelle für Genotypen dienen, die Bäume infizieren, und seinerseits der breite Boden-Genpool die Anpassung von P. plurivora an veränderte Umweltbedingungen und unterschiedliche Wirte erleichtert; (2) Genfamilien identifizieren, die mit der Pathogenese assoziiert sind; 3) das genetische Muster einer möglichen Wirtsspezialisierung des Erregers in europäischen Waldökosystemen auf Fagus sylvatica zeigen; 4) die genetische Struktur der untersuchten P. plurivora Populationen, inklusiv eine mögliche Populationsdiversifizierung und/oder lokale Anpassung, zeigen. Das Projekt wird wesentlich zum Verständnis des Prozesses der Entstehung von P. plurivora als aggressive Krankheitserreger in Wäldern beitragen. Die Erkenntnisse über die Krankheitsmechanismen von P. plurivora könnten für andere Baumpathogene und Wirtspflanzen relevant sein und somit zur Entwicklung wirksamer Schutzmaßnahmen beitragen. Ein besseres Verständnis der genetischen Muster, die zur Entstehung aggressiver Genotypen führen, ist auch für die Risikobewertung und das Management von zukünftigen Epidemien von Phytophthora-Arten von entscheidender Bedeutung.

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Untersuchungen und Bioengineering der metabolischen Netzwerke von Terpenen bei der Energiepflanze Rutenhirse (Panicum virgatum) zur Verbesserung ihrer Trockenstressresistenz Als Rohstoff der nächsten Generation hat Rutenhirse (engl. switchgrass; Panicum virgatum) aus der Familie der Süßgräser für die Produktion von Biokraftstoffen aus Lignocellulose einen sehr großen agrarökonomischen Wert. Hohe Netto-Energieerträge und eine geringe Habitatsspezifität machen Rutenhirse auch für den Anbau auf Grenzertragsflächen geeignet und versprechen eine nachhaltige Biokraftstoffproduktion. Zunehmende Dürre und andere Umweltbelastungen können allerdings den weiteren Anbau von Rutenhirse erschweren. Ein vertieftes Wissen über die molekularen Mechanismen, welche die Anpassung von Rutenhirse an die Umwelt steuern, würde wichtige Anhaltspunkte für die Optimierung der Pflanzenproduktivität liefern. Dynamische Netzwerke von artspezifischen Terpenen dienen als Schlüsselkomponenten der abiotischen Stresstoleranz von Rutenhirse. Durch präzises Genom-Engineering können diese Terpennetzwerke dazu genutzt werden, stressresistentere Pflanzen zu entwickeln und eine fortschrittliche Biokraftstoffproduktion zu ermöglichen. Mit Hilfe einer genomics-basierten Plattform zur schnellen Entdeckung von Terpenstoffwechselnetzwerken konnten bereits große und funktional vielfältige Terpenstoffwechsel-Genfamilien in Rutenhirse identifiziert werden. Frühere Studien zeigten zudem, dass Stress einen erhöhten Terpen-Stoffwechsel zur Folge haben kann, wodurch die Annahme unterstützt wird, dass Terpene eine wichtige Rolle bei der Stressabwehr spielen könnten. Auf Grund dieser Ergebnisse werden in diesem Projekt eine genomweite Suche nach Enzymen mit systemweiten Omics-, Mechanismus- und Bioaktivitätsstudien kombiniert, um das biosynthetische Netzwerk und die Rolle des Terpenstoffwechsels in Rutenhirse zu definieren. Diese Erkenntnisse ermöglichen ein gezieltes Genom-Engineering, um durch maßgeschneiderte Terpen-Gemische eine erhöhte Widerstandsfähigkeit sowie eine verbesserte Biokraftstoffproduktion zu entwickeln.

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Unterdrückung von Läsionsnematoden an Soja durch Beeinflussung des Mikrobioms der Rhizosphäre Unterdrückung von Läsionsnematoden an Soja durch Beeinflussung des Mikrobioms der Rhizosphäre

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Tetraploider Rübsen: Schritte hin zu autopolyploiden Brassica-Kulturpflanzen Natürlich vorkommende polyploide Arten zeigen oft eine größere Anpassungsfähigkeit als ihre diploiden Vorläuferarten. Polyploide haben außerdem normalerweise größere Zellen und Organe als Diploide. Daher hat die Induktion von Polyploidie, wobei die Chromosomenzahl einer Art künstlich verdoppelt wird, ein großes Potential für die Pflanzenzüchtung, besonders für Rüben und Gemüse. In Rübsen (diploider Brassica rapa) und verwandten Gemüsearten haben gezielte Züchtungsanstrengungen in den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts zur erfolgreichen Zulassung einer Reihe von tetraploiden Kulturpflanzen geführt. Die damals eingesetzten Induktionstechniken wurden jedoch durch Probleme wie niedriger Fruchtbarkeit und Triebkraft behindert und dann aufgegeben. Wir nutzen moderne Genotypisierungs-, Sequenzierungs- und cytogenetische Methoden, um die Faktoren zu identifizieren, die für Erfolg oder Scheitern von induzierter Polyploidie-Züchtung verantwortlich sind, indem wir erfolgreiche tetraploide Sorten nutzen, sowie neues tetraploides Material aus verschiedenen Genotypen und mit unterschiedlichen Homozygotiegraden und subgenomischer Divergenz erstellen. Die folgenden Hypothesen werden getestet: 1) höhere subgenomische Divergenz führt in den Tetraploiden zu höherer Stabilität und Triebkraft 2) Es gibt genetische Variation für die genomische Stabilität im tetraploiden Stadium und 3) „Doppelkreuzungshybriden“ (die aus einer Kreuzung von F1 mit F1 im tetraploiden Stadium entstehen sollen) zeigen eine größere Heterosis als normale F1 Hybriden. Solche Hybride haben ein immenses Potential für Ertragsverbesserungen als Ergebnis erhöhter Heterosis, falls solche stabilen tetraploiden Kulturpflanzentypen nach Bedarf geschaffen werden können.

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Universalität und Regulation der Komplementation von Genexpression und ihre Assoziation mit der phänotypischen Ausprägung der Heterosis in Maishybriden Die Beobachtung, dass F1-Hybride leistungsstärker als ihre Eltern sind wird als Heterosis bezeichnet. Mais liefert von allen Getreiden weltweit die höchsten jährlichen Kornerträge und wird in den wichtigsten maisproduzierenden Ländern ausschließlich als Hybride angebaut. Wegen ihrer herausragenden wirtschaftlichen Bedeutung wird die Nutzung der Heterosis als eine der wichtigsten Innovationen der modernen Landwirtschaft angesehen. Dennoch sind die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen weitgehend unverstanden. In früheren Arbeiten beobachteten wir, dass hunderte von Genen eine extreme Form der Komplementation auf Genexpressionsebene in Hybriden zeigten, die wir als „single parent expression“ (SPE) bezeichnet haben. Gene, die solche Expressionsmuster zeigen, sind nur in einem der beiden Eltern aktiv, aber immer in der Hybride, was im Einklang mit dem Dominanzmodell der Heterosis steht. Als Folge dieser Expressionsmuster zeigen Hybride hunderte von zusätzlich aktiven Genen im Vergleich zu ihren Elternlinien. Im ersten Teil des hier vorgeschlagenen Projekts werden wir RNA-Seq anwenden, um zu zeigen, dass SPE Komplementation universell beobachtet wird und eine signifikante Plastizität in unterirdischen gegenüber oberirdischen, Keimlings- im Vergleich zu adulten und vegetativen gegenüber generativen Geweben zeigt. Danach werden wir die Methode des "genomic evolutionary rate profiling" einsetzen, um die Hypothese zu testen, dass inaktive Allele in SPE Mustern generell nachteilige Allele repräsentierten. Im zweiten Teil dieses Projekts verfolgen wir das Ziel die Regulation der SPE Komplementation und ihre Rolle in der phänotypischen Ausprägung der Heterosis zu studieren. In diesem Zusammenhang werden wir eine Population von rekombinanten Inzuchtlinien von Mais einsetzen, die in ihre Elternlinien zurückgekreuzt wurde. Wichtige Regulatoren der SPE Gene vermuten wir in trans-eQTL Netzwerken, die wir mithilfe von RNA-Seq identifizieren. Rekombinante Inzuchtlinien, die in ihre Elternlinien zurückgekreuzt wurden tragen im Durchschnitt 50% heterozygote Gene, während die SPE Muster in diesen Genotypen nur auf 75% im Vergleich zu den F1-Hybriden aus den Eltern reduziert werden. Diese Populationen erlauben deshalb die getrennte Betrachtung des Einflusses von Heterozygotie und extremer Dominanz in Bezug auf Heterosis. Die Variation der Zahl der SPE Muster in verschiedenen rekombinanten Inzuchtlinien erlaubt ihren Einfluss auf die phänotypische Leistung zu studieren. Schließlich werden hochauflösende SNP Marker aus den RNA-Seq Experimenten dazu verwendet einige der Loci, die den hier untersuchten heterotischen Merkmalen zugrunde liegen, durch QTL Kartierungen zu bestimmen. Zusammengefasst werden diese Experimente zum mechanistischen Verständnis der molekularen Grundlagen der Heterosis beitragen und zu neuen Erkenntnissen führen, die zur verbesserten züchterischen Nutzung der Heterosis in Mais eingesetzt werden können.

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https://fisa-typo38.prod.as.ble.de/projekte-finden/details/?tx_fisaresearch_projects%5Bp_id%5D=13562&tx_fisaresearch_projects%5Baction%5D=projectDetails&tx_fisaresearch_projects%5Bcontroller%5D=Projects&cHash=0c0866c214ded3e0da09d310087fd1a4 Tue, 18 Feb 2020 08:56:08 +0000 https://fisa-typo38.prod.as.ble.de/projekte-finden/details/?tx_fisaresearch_projects%5Bp_id%5D=13562&tx_fisaresearch_projects%5Baction%5D=projectDetails&tx_fisaresearch_projects%5Bcontroller%5D=Projects&cHash=0c0866c214ded3e0da09d310087fd1a4
Untersuchung der Auswirkungen von Wäldern auf die Biodiversität und Ökosystemleistungen von Grünland in Agrarlandschaften Übergangszonen zwischen verschiedenen Ökosystemen weisen unterschiedliche abiotische Gradienten auf, die Muster von Biodiversität und Ökosystemleistungen (ÖSL) für die umgebenden Agrarlandschaften bilden. Wald-Grünland-Übergangszonen sind bedingt durch Landnutzungsveränderungen, Fragmentierung und landwirtschaftliche Intensivierung in europäischen Agrarlandschaften verbreitet. Grünland zählt zu den europäischen Vorrangflächen für Naturschutz in Agrarlandschaften, da hier ober- und unterirdisch etliche endemischer Pflanzen- und Tierarten vorkommen, die ÖSL bereitstellen. Die Effekte von Grünlandmanagement auf Biodiversität-und ÖSL sind gut untersucht, die Auswirkungen von Landschaftsfaktoren hingegen sind weniger klar. Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Reaktion von Grünlandpflanzen- und bodenbiotischen Arten auf vergangenes und gegenwärtiges Management sowie die Entfernung von Wald zu verstehen. Grünlandpflanzengemeinschaften haben hintereinandergeschaltete Auswirkungen auf die Bodenfauna. Eine höhere Pflanzenvielfalt mit größeren und komplexeren Bodenfaunagemeinschaften ermöglicht dadurch die Steigerung von ÖSL. Wie das Management mit der Entfernung zum Wald interagiert, soll anhand folgender Hypothesen getestet werden: (1) Positive Auswirkungen von Wald auf die Biodiversität im Grünland und ÖSL nehmen mit der Entfernung zur Waldgrenze ab; (2) Die Beta-Diversität der biotischen Gemeinschaften von Pflanzen und Böden unterscheidet sich zwischen beweideten und gemähten Grünlandflächen in Interaktion mit der Entfernung zur Waldgrenze; (3) Komplexere biotische Pflanzen- und Bodengemeinschaften führen zu verstärkter Dekompostierung, größerer C- und N-Speicherung und höherer Futterqualität und -menge; (4) Die Dauer der Landnutzungs- und Grünlandbewirtschaftung der Landnutzer korreliert mit ihrem Wissen über wichtige Pflanzen- und Bodenarten und deren Beitrag zu ÖSL; (5) Die frühere Grünlandbewirtschaftung wirkt sich auf die Unterschiede zwischen den Arten und den ÖSL-Beziehungen aus. Pflanzen und Bodenfauna, am Beispiel von Regenwürmern und Bodenmikroorganismen, werden in Grünlandflächen in Nordostdeutschland untersucht, entlang von Transekten, die vom Wald in jede Fläche reichen. Böden werden auf Kohlenstoff, Stickstoff und Mineralisierung untersucht. Dekompostierung wird im Feld mit Teebeuteln bewertet. Biomasse wird geerntet, getrocknet und gewogen. Landnutzerwissen über das vergangene und gegenwärtige Management sowie ihre Wahrnehmung von Wald-Grünland-Übergangszonen wird in Interviews erfragt. Pflanzen-, Regenwurm- und mikrobielle Gemeinschaften sowie die ÖSL, zu denen sie beitragen, werden in Bezug auf Management und Entfernung zum Wald statistisch modelliert. Dieses Projekt wird zeigen, wie Muster der Biodiversität mit ÖSL in den Übergangszonen interagieren, was zu einer veränderte Wahrnehmung von Agrarlandschaften beitragen könnte und die Rolle von Übergangszonen zwischen Wäldern und Grünland für Naturschutz und ÖSL unterstreichen.

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Anwendung und Kombination von Störung und Konkurrenz in einem agro-ökologisch basiertem Management von ausdauernden Unkräutern Ziel von AC/DC-weeds ist es, neue und verbesserte agrarökologische Maßnahmen gegen ausdauernde Unkräuter in der Landwirtschaft zu entwickeln, zu prüfen und umzusetzen. Dadurch soll Bodenwendung im ökologischen und konventionellen Landbau reduziert – und bei letzterem zusätzlich Glyphosat ersetzt werden. Eine Kontrolle von Wurzelunkräutern mit weniger Herbiziden würde mehr Biodiversität auf Feldern ermöglichen. Neue Ansätze des agrarökologischen Managements von ausdauernden Unkräutern erfordern es, kulturelle, physikalische und bio-basierte chemische Maßnahmen zu nutzen, zu verknüpfen und zu bewerten. Ausdauernde Pflanzen werden durch Störung und Konkurrenz unterdrückt – dies müssen agrarökologische Maßnahmen rational und effektiv kombinieren. Aufbauend auf einem besseren Verständnis werden neue Methoden des agrarökologischen Managements untersucht. Sieben Partner aus fünf europäischen Ländern, die einen Großteil der klimatischen und landwirtschaftlichen Bedingungen in Zentral- und Nordeuropa abdecken, werden zusammenarbeiten. AC/DC-weeds hat sieben Arbeitspakete. Basierend auf aktuellem Wissensstand, erwarteten Ergebnissen und der angestrebten Wirkung nutzt jedes Paket die aussichtsreichsten Methoden. In Feldversuchen werden neue Methoden der unterirdischen Störung ohne Bodenwendung sowie der Einsatz von bio-basierten Herbiziden zur Entblätterung untersucht. Die neuen Methoden werden in gemeinsamen Versuchen auf ihre Wirkung und Durchführbarkeit getestet. Erhöhte Konkurrenz wird oft untersucht. Die vorhandenen Ergebnisse zu Effekten auf Wurzelunkräuter werden in einer Metaanalyse systematisiert und merkmalsbasiert geordnet abgelegt. Drei bedeutende Arten in Zentral- und Nordeuropa unterscheiden sich in Biologie und Ökologie. Die artenspezifischen Informationen zu Elymus repens, Cirsium arvense und Sonchus arvense werden zusammengefasst, Wissenslücken werden mit klein-skalierten Experimenten geschlossen. Wir nutzen neue Methoden um ausdauernde Unkräuter mit Hilfe von in Drohnen installierten Sensoren räumlich zu lokalisieren. Zuverlässige Algorithmen werden hierfür entwickelt. Qualitative Modelle zur Analyse des Einflusses von Anbauverfahren, Boden, Wetter und Umwelt auf das Vorkommen von Wurzelunkräutern werden entwickelt. Mit einem neu erarbeiteten interaktiven Grafikmodul können Anwender die Effekte unterschiedlicher Störungs- und Konkurrenzmaßnahmen visualisieren. Koordination stellt sicher, dass Datenfluss, Austausch und Kommunikation zwischen den Partnern funktionieren. Der strukturierte Datenfluss sichert, dass Ergebnisse aus technischen und ökologischen Experimenten sowie analysierten und beschriebenen Merkmalen auch in neue technologische Entwicklungen überführt werden können. Umwelteffekte und ökonomische Auswirkungen für die vorgeschlagenen technologischen Veränderungen im Ackerbau werden geprüft und für die Verbreitung der Ergebnisse aufbereitet. Alle Ergebnisse und Produkte werden gemeinsam und koordiniert verbreitet.

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Bodenbiodiversität und Bodenunterdrückung von Pflanzenkrankheiten und Insektenschädlingen Keine Zusammenfassung vorhanden

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Nutzung der Interaktion von Kartoffelpflanzen mit ihrem Mikrobiom für die Entwicklung von nachhaltigen Züchtung- und Produktionsstrategien Konventionelle Landwirtschaft basiert hauptsächlich auf der Verwendung von Düngemitteln und Pestiziden. Dabei werden Pflanzen als unabhängige Organismen angesehen, während der Beitrag von Mikroorganismen im Boden zur Nährstoffversorgung und Pathogenabwehr ignoriert wird. Die Praxis hat zu Nutzpflanzen mit geringer Nährstoffeffizienz, zu Grundwasserverschmutzung und Bodenerosion geführt. Große Mengen an Düngemitteln und Pestiziden haben dabei nützliche Mikroorganismen verdrängt. Deren potentielle positive Effekte auf Pflanzen wurden durch spezialisierte synthetische Substanzen zum direkten Schutz von Pflanzen redundant gemacht und sind in der Züchtung von Nutzpflanzen nicht berücksichtigt worden. Das Konzept des hier beantragten Projektes beruht darauf, dass Pflanzen unter natürlichen Bedingungen mit nützlichen Mikroorganismen interagieren und daher weniger auf synthetische Düngemittel und Pestiziden angewiesen sind. Zum Beispiel sollten Kultivare mit grösserer Wurzelmasse und Exudation von organischen Verbindungen effizienter Mikroorganismen rekrutieren können. Eine höhere Diversität an Mikroorganismen sollte es daher Pflanzen erlauben, Mikrobiome besser zur Nähestoffaufnahme, zur Pathogenabwehr und Stressresistenz zu nutzen. Gleichzeitig würde die geringere Notwendigkeit zur Verwendung von Dünger und Pestiziden die Grundwasserverschmutzung verringern. Dieser Ansatz wird besondern für den Kartoffelanbau nützlich sein, da viele Kultivare ein unterentwickeltes Wurzelsystem haben und anfällig gegen Schädlinge und Umwelteinflüsse wie den globalen Klimawandel sind. PotatoMETAbiome will Kartoffelkultivare identifizieren, die effektiv mit dem Bodenmikrobiom interagieren und dadurch unabhängiger von Dünger und Pestiziden werden. Gleichzeitig sollen diese Kultivare gute Erträge sowohl unter optimalen Bedingungen, als auch unter biotischem (Pathogene) und abiotischem Stress (Trockenheit) erbringen. An Kultivieren, die stark mit ihrem Mikrobiom interagieren sollen genetische Analysen sowohl an den Mikroorganismen als auch an den Pflanzen durchgeführt werden. Dadurch sollen Mechanismen identifiziert werden, die es Pflanzen erlauben, ein optimales Mikrobiom zu rekrutieren. Zusätzlich sollen genetische Marker für die Züchtung von Kartoffelsorten entwickelt werden, die eine hohe Kompetenz für die Interaktion mit nützlichen Mikroorganismen haben.

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Nitrifikation als Funktion von Nährstofflimitierung und Stöchiometrie Der landwirtschaftliche Einsatz von Dünger-N steigt stetig und erhöht nicht nur die pflanzliche N-Versorgung, sondern auch die vieler natürlicher Bodenmikroorganismen, wie etwa Nitrosomonas und Nitrobacter. Dabei können Nitrat (NO3-) und Lachgas (N2O) entstehen, die Gewässer bzw. die Atmosphäre belasten können. Sowohl heterotrophe als auch nitrifizierende Mikroorganismen benötigen eine bestimmte C:N:P-Stöchiometrie für den Aufbau von Biomasse. Die meisten Nitrifizierer sind autotroph und beziehen Energie zum Wachstum aus der N-Oxidation (NH3) und C aus anorganischem CO2, und sind damit im Gegensatz zu vielen heterotrophen Mikroorganismen unabhängig von organischen C-Ressourcen. Dies könnte bei entsprechender N- und P-Verfügbarkeit vorteilhaft für autotrophe Nitrifizierer sein, aber auch die Verluste an NO3- und N2O erhöhen. Das Projekt folgt der zentralen Hypothese, dass organische C-Limitierung und N:P-Stöchiometrie die Bildung von N2O und NO3- sowie die Anzahl an autotrophen Nitrifizierern beeinflussen. Mittels kontrollierter Laborexperimente werden die Faktoren N:P-Stöchiometrie und organische C-Limitierung isoliert betrachtet. Hierzu werden NO3-, N2O, C:N:P-Stöchiometrie, mikrobielle Nährstofflimitierung und die Abundanz der autotrophen Nitrifizierer bestimmt. Es wird erwartet, dass die C:N:P-Stöchiometrie einen signifikanten Einfluss auf die N-Dynamik und folglich auf die landwirtschaftliche Stickstoffnutzungseffizienz hat, insbesondere während des Abbauphasenübergangs hin zur mikrobiellen C-Limitierung.

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Zum Einfluss der Diversität von Produktionssystemen auf die Ertragsstabilität und Umweltanpassungsfähigkeit von Weizen und Gerste: Eine Untersuchung auf Basis von Dauerfeldversuchen Ziel dieses Projektes ist es, einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis vom Einfluss der Diversität von Produktionssystemen auf die Kornertragsstabilität von Weizen und Gerste zu leisten. Insbesondere wird dieses Projekt neue Einblicke in die komplexen Sorte x Umwelt x Management Interaktionen geben, mit einem speziellen Fokus auf die langfristigen Stabilitätsauswirkungen von Managementfaktoren wie Fruchtfolge und Düngung. Die Untersuchungen basieren auf Ergebnissen von Langzeit-Feldexperimenten, dabei werden die folgenden Hypothesen für Weizen und Gerste getestet:1. Die Vorfruchtwirkungen von Blatt-Fruchtarten, insbesondere Hülsenfrüchten, führen zu einer höheren Ertragsstabilität und Umweltanpassungsfähigkeit im Vergleich zu Getreide-Vorfrüchten. (Untersuchung verschiedener Vorfruchtarten: Zuckerrübe, Raps, Mais, Klee, Ackerbohne, Weizen, Roggen, Hafer) 2. Eine höhere Mineralstickstoffdüngung führt zu einer verbesserten Ertragsstabilität und Umweltanpassungsfähigkeit im Vergleich zu geringerem Stickstoffangebot. (Vergleich verschiedener mineralischer Stickstoffdüngungsstufen: 0%, 50%, 100%) 3. Zusätzliche organische Düngung führt zu höherer Ertragsstabilität und besserer Umweltanpassungsfähigkeit als reine Mineraldüngung. (Untersuchung von verschiedenen organischen Düngemitteln: Wirtschaftsdünger, Gründüngung, Zuckerrübenblätter, Getreidestroh, Erbsen- / Ackerbohnenstroh )4. Weizensorten, bzw. Gerstensorten, zeigen ähnliche Ertragsstabilitäts-Reaktionen in Abhängigkeit von den vorangegangenen Kulturen, der Stickstoffversorgung und zusätzlicher organischer Düngung. (Verifizierung der in den vier Langzeit-Feldversuchen verwendeten Weizen- und Gerstensorten). Um die Hypothesen zu beantworten, wurden drei Arbeitspakete entworfen. Das erste Arbeitspaket umfasst die Zusammenstellung der experimentellen Datenbank, die aus einem organischen Dauerfeldversuch an der Universität Kopenhagen (Dänemark) und drei konventionellen Dauerfeldversuchen an der Justus-Liebig-Universität Gießen (Deutschland) besteht. Das zweite und zentrale Arbeitspaket umfasst die Stabilitätsanalyse der Feldversuchsergebnisse. Hier werden die Auswirkungen der Managementfaktoren auf die Ertragsstabilität von Weizen- und Gerstensorten in verschiedenen Produktionssystemen und in verschiedenen Umgebungen bestimmt. Aufgrund der langjährigen Datenreihen wird es möglich sein, valide Aussagen bezüglich der Managementeffekte auf die Ertragsstabilität von Weizen und Gerste abzuleiten. Im dritten Arbeitspaket geht es um die Modellierung der Umweltanpassungsfähigkeit von Weizen und Gerste in verschiedenen Produktionssystemen. Basierend auf einem Systemmodellansatz werden Weizen- und Gerstenertragsreaktionen, die verschiedenen ausgewählten Managementstrategien und Umwelteinflüssen unterliegen, analysiert, und Simulationen hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Umweltstress unter zukünftigen Klimaszenarien durchgeführt.

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Genomweite Muster der allopolyploiden Genomkollision und ihre Zusammenhang mit Heterosis Raps (Brassica napus), eine junge allopolyploide Art mit begrenzter genetischer Vielfalt, ist eine wichtige Ölpflanze in China und Deutschland. Um die für die Züchtung verfügbare genetische Basis zu erweitern, werden interspezifische Kreuzungen zwischen verwandten Brassica-Arten häufig durchgeführt, um synthetische B. napus-Formen zu erzeugen. Die "Genomkollision" in der ersten Meiose einer synthetischen B. napus-Hybride führt zu starken genomischen Veränderungen, allerdings kann auch ausgeprägte Heterosis in Kreuzungen zwischen synthetischen Formen und natürlichem Raps auftreten. Hier stellen wir die Hypothesen auf, dass durch vorteilhafte Genomveränderungen Dominanzeffekte entstehen, welche das heterotische Potential von synthetischem B. napus fördern, und dass heterotische Genomstrukturvarianten mit spezifischen Ergebnissen der allopolyploiden Chromosomenkollision assoziiert sind. Moderne Genomanalysetechniken bieten neue Möglichkeiten, strukturelle Genomvariationen in Verbindung mit Leistungsmerkmalen von Nutzpflanzen zu untersuchen und auszunutzen. Aufbauend auf einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen führenden chinesischen und deutschen Rapsforschungsgruppen verfolgen wir einen multidimensionalen "Omics"-Ansatz, um die Nachkommen einer Kreuzung zwischen synthetischen und natürlichen B. napus-Eltern mit ungewöhnlich starker Heterosis detailliert zu untersuchen. Zunächst werden heterotische Muster der F1 im Vergleich zu ihren synthetischen und natürlichen B. napus Eltern untersucht, basierend auf einer integrierten Analyse von Genomstrukturvarianten anhand von hochwertigen De novo-Genomassemblies im Kontext von regulatorischen (mRNA, miRNA) und epigenetischen (Gesamtgenombisulfit) Modifikationen. Zweitens werden Quantitative Trait Loci (QTL) identifiziert, die zur Hybridleistung in einer abgeleiteten F2-Population beitragen, mit Feldphänotypisierung in beiden Ländern sowie Genotyping-by-Sequencing für die Projektion von QTL auf die zusammengesetzten Genome der beiden Elternteile im Kontext der strukturellen, regulatorischen und epigenetischen Merkmale in den ursprünglichen Eltern und ihrer F1. Schließlich werden die Daten umfassend mit anderen Resequenzierungs- und epigenetischen Datensätzen verglichen, die zuvor von den beiden Partnern generiert wurden. Das übergeordnete Ziel ist es zu untersuchen, wie Genomstrukturvarianten Methylierungsmuster, miRNA- sowie mRNA-Expression und ihre Verbindung mit Heterosis in hoch divergenten allopolyploiden Eltern beeinflussen. Neben einem allgemeinen Verständnis der Genom-Evolution und dem hybriden Vorteil komplexer Allopolploide durch Chromosomen-Kollisionen werden die Ergebnisse auch neue Erkenntnisse für die zukünftige Produktion ertragreicher Ölraps-Hybriden in China, Deutschland und weltweit liefern.

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Untersuchungen zur Verbesserung ernährungsphysiologischer Eigenschaften von Ackerbohnen und Erbsen für Milchrinder durch kombinierte gärbiologische und thermische Behandlung Die Silierung von Körnerleguminosen trägt dem Erfordernis hoher Stoffstromdurchsätze bei der Ernte Rechnung. Infolge des Silierprozesses sowie des Toastens ist eine Reduzierung des Gehaltes an antinutritiven Inhaltsstoffen zu erwarten. Der Silierprozess ist dabei so zu steuern, dass proteolytische / desmolytische Prozesse auf minimiert werden und der Erhalt der Stärkefraktion gewährleistet wird. Durch den Toastprozesses wird zudem das Ziel verfolgt, die Pansenstabilität von Protein und Stärke zu steigern. Damit soll die Einsatzwürdigkeit von Erbsen bzw. Ackerbohnen in Milchviehrationen gesteigert werden. Durch hofeigene Konservier- und Aufbereitungsverfahren werden erhebliche wirtschaftliche und logistische Vorteile gegenüber traditioneller Lösungen (zentrale Dienstleister) erwartet. Nach diversen Vorversuchen zu Identifizierung der amylolytischen Aktivität von Milchsäurebakterienstämmen (MSB) werden nach der Ernte zerkleinerte Erbsen und Ackerbohnen mit 2 verschiedenen MSB (hohe bzw. niedrige amylolytische Aktivität) beimpft und in Laborsilos einsiliert. Untersucht werden jeweils 2 Genotypen (weißblühende vs. buntblühende Erbsen; tanninarme vs. tanninreiche Ackerbohnen) die sowohl früh (70 % TM) als spät (> 82 % TM und rückbefeuchtet) geerntet wurden. Nach 90 Tagen Silierdauer werden die Leguminosenkörner alternativ getoastet bzw. unbehandelt beprobt und laboranalytisch untersucht. Nach den Ergebnissen dieser Laborversuche wird je Kulturart eine geeignete Variante ausgewählt und in jeweils 3 sächsischen Demobetrieben des Netzwerkes in Siloschläuchen großtechnisch demonstriert. Die nachfolgende Verfütterung der Silagen in den sächsischen Demobetrieben, wird durch Untersuchungen und Erhebungen begleitet. Im LfULG wird abschließend in einem 100 tägigen Fütterungsversuch an hochleistenden Milchrindern, die Fütterungseignung und der Fütterungserfolg von silierten vs. silierten und getoasteten Erbsen untersucht.

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