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  • 1
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: English
    Description: Das Pflanzenwachstum fördernde Bakterien (PGPB) kommen ubiquitär sowohl an der Wurzel als auch am Spross der Pflanzen vor und sie können über direkte oder indirekte Mechanismen einen bedeutenden Beitrag zur Stickstoffernährung der Pflanzen leisten. Die vorliegende Arbeit umfasst a) die Isolierung von PGPB, welche das Wachstum verschiedener Pflanzenarten fördern und durch Fusarien verursachte Pflanzenkrankheiten bekämpfen, b) die Analyse der Möglichkeiten Probleme der Pflanzenernährung durch den Einsatz von PGPB zu lösen, c) die Entwicklung neuer molekularbiologischer Methoden zur Messung der Diversität und Aktivität der PGPB. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Methoden zur Beschreibung der Diversität von rhizosphären PGPB entwickelt und verbessert um Verbindungen zwischen applizierten PGPB und deren Aktivitäten zu prüfen. Die sensitive quantitative real-time-PCR Methode wurde zur Quantifizierung bzw. zum Nachweis der inokulierten PGPB und zum Nachweis des nitrogenase-reduktase-Gens (nifH), des Markergens für potentiell diazotrophe Bakterien. Bakterienartspezifische Primer wurden aus dem Sequenzvergleich der 16S-23S ISR ausgewählter Bakterienstämme selektiert und Protokolle zur Quantifizierung dieser Bakterienarten erarbeitet. Die nifH Gen Quantifizierung an Pflanzen eröffnet die Möglichkeit Schlüsselorganismen in der assoziativen biologischen Luftstickstoffbindung zu identifizieren und kurzfristige Reaktionen der Bakteriengesellschaften auf Umweltveränderungen und Regulationsmechanismen in situ zu analysieren. Plant growth promoting bacteria (PGPB) are ubiquitous in both plant root and shoot, and are important contributors to the nitrogen-input of plants exerting their positive effects on plant growth directly or indirectly through different mechanisms. The present work focuses on a) the isolation of PGPB, which promotes the growth of different plant cultures and controls plant diseases caused by Fusarium species, b) the prospects of PGPB to solve plant nutritional problems, c) developing new molecular methods for the assessment of their diversity and activity. In the frame of this thesis, the methods for the description of the diversity of root colonizing PGPB have been developed and improved to provide links between introduced PGPB abundance and activities. The approach used was based on the sensitive real – time PCR detection/quantification of introduced PGBP and the nitrogenase reductase gene (nifH), which served as a marker gene for potential diazotrophs. The amplified 16S-23S ISR sequences of studied bacteria were subjected to strain – specific primer design and a highly specific bacteria quantification protocol were developed. The bacteria quantification protocol was based on real – time PCR using strain specific primers in order to evaluate the colonization ability of studied bacteria, which were inoculated to plant roots. The results presented in this thesis have shown that monitoring of nifH amount in plant root is a suitable and promising approach to link inoculated diazotrophic bacteria abundance and its potential activity. The study of nifH gene abundance in plant offers the opportunity to identify key players in asymbiotic nitrogen fixation, to study short-term community responses in changing environments, or to analyze the effect of regulation in situ.
    Keywords: Tomate ; Gurke ; 16s-23s Isr Quantifizierung ; Assoziative Diazotrophe Bakterien ; Blumenkohl ; Nifh Gen Quantifizierung ; Stickstoffaufnahme ; Paprika ; Real-Time Pcr ; Weizen ; Tomato ; 16s-23s Isr Quantification ; Asymbiotic Diazotrophic Bacteria ; Cauliflower ; Cucumber ; Nifh Gene Quantification ; Nitrogen Uptake ; Paprika ; Real-Time Pcr ; Wheat ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 14000 ; Zc 17000 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 2
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: English
    Description: Aufgrund seines Nährstoffaneignungsvermögens und Stimulierung des Pflanzenmetabolismus kann der Arbuskuläre Mykorrhiza (AM) Pilz im Gartenbau nutzbringend eingesetzt werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf den Möglichkeiten des AM Pilzes a) pflanzenernährerische Probleme zu lösen, b) die Blütenbildung bei Zierpflanzen zu steigern und c) das Gesundheitspotential von Gemüse für den Menschen zu erhöhen (sekundäre Pflanzenmetaboliten). Zur Lösung pflanzenernährerischer Probleme wurden Porree, Pelargonie und Poinsettie auf Torf-Substraten mit 20% und 40% Kompostzusatz untersucht. Ferner wurde Salat auf Torf-Substrat mit drei P Behandlungen getestet: substrateigenes P, Rohphosphat und lösliches P. Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurden in Nährlösungen auf Perlit mit niedrigem, mittlerem und hohem NH4+/NO3- Verhältnis ernährt. Gemessen wurde die AM Kolonisation, die Trockenmasse und die N, P, K, S, NO3-, Mg und Zn Konzentrationen im Spross. Die Blütenbildung von Pelargonien und Poinsettien wurde auf Torf-Kompost-Substraten untersucht. Der Einfluss auf die sekundäre Metaboliten von Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurde zusammen mit drei NH4+/NO3- Verhältnissen geprüft (s.o.). Untersucht wurden Glukose, Fruktose, Saccharose, lösliche Feststoffe und organische Schwefelverbindungen (gemessen als Pyruvat). Eine AM Kolonisation konnte die Nährstoffversorgung der Pflanze verbessern und die Blütenbildung erhöhen. Jedoch profitierten die Pflanzen unter den beschriebenen experimentellen Bedingungen nicht durchgängig in ihrem Wachstum und Metaboliten vom AM Pilz. Die Zugaben von Kompost ermöglichte die Verbesserung der Substratqualität für die Nährstoffversorgung und das Pflanzenwachstum unter ökologischen Gartenbaubedingungen. Der Ertrag von gesundheitsfördernden organischen Schwefelverbindungen konnte in Abhängigkeit von der jeweiligen Allium Spezies, durch eine Variation des Ammonium/Nitrat Verhältnissen und/oder durch einen AM Effekt auf das Wachstum gesteigert werden. Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can be beneficial for horticultural crops due to their nutrient acquisition properties and stimulation of the plant metabolism. The present work focuses on the prospects of AM fungi a) to solve plant nutritional problems, b) to induce flower development of ornamental plants, and c) to improve the health potential of crop plants for humans. Contribution of AM fungi to plant nutritional problems were investigated with leek, pelargonium and poinsettia plants on peat-based substrates with 20% and 40% compost additions. Moreover, lettuce plants were supplied on peat-based substrates with substrate own P, rock phosphate, or highly soluble P. Bunching onion and chinese chive were propagated on perlite in nutrient solution with low, medium and high NH4+:NO3- ratios. Mycorrhizal colonization, dry weight, and N, P, K, S, NO3-, Mg and Zn concentrations in plants were measured. Mycorrhizal effects on bud and flower development of pelargonium and poinsettia plants were investigated on peat-based compost substrates. Treatment effects on secondary metabolites in bunching onion and chinese chive were determined by exposing mycorrhizal and non mycorrhizal plants to three NH4+:NO3- supply ratios. The metabolites measured were glucose, fructose, and sucrose, total soluble solids, and organosulfur compounds (measured as pyruvic acid). Colonization improved plant nutrient status and flower development. Under the described experimental conditions, however, plants did not consistently benefit in growth or plant composition from the mycorrhizal symbiosis. Additions of compost were a means of improving the substrate quality for an increased plant nutrient acquisition and plant growth in organic horticulture. The plant quality of Allium species in respect to organosulfur compounds was increased by taking the individual Allium species into consideration, their specific requirements for an optimal NH4+:NO3- supply ratio, and a possible AM effect on plant growth.
    Keywords: Ammonium ; Arbukulärer Mykorrhizapilz ; Allium Spec. ; Blütenbildung ; Nitrat ; Ökologischer Gartenbau ; Organische Schwefelverbindungen ; Pelargonie ; Poinsettie ; Rohphosphat ; Salat ; Torf-Kompost Substrat ; Allium Spec. ; Ammonium ; Arbucular Mycorrhizal Fungi ; Compost ; Flower Development ; Lettuce ; Nitrate ; Organic Horticulture ; Organosulfur Compounds ; Peat ; Pelargonium ; Poinsettia ; Rock Phosphate ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 3
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: German
    Description: Die vorliegende Arbeit prüft bei der gärtnerischen Modell-Kultur Cyclamen den Einfluss des Genotyps (interspezifische Hybriden) auf generative Merkmale sowie bei C. persicum `Melody´ den Einfluss von Kultivierungsmaßnahmen wie die Besiedelung der Wurzeln durch einen symbiontischen Pilz (Piriformospora indica) in Kombination mit einem differenzierten Phosphor-Angebot auf vegetative und generative Merkmale: (1) Pflanzendurchmesser, (2) Blühzeitpunkt und Blütenanzahl, (3) Anzahl Samenanlagen pro Fruchtknoten, (4) Vitalität von Pollen und Samenanlagen, (5) Mikrosporogenese, (6) Befruchtungsvorgang (Pollenschlauchwachstum, Anteil Fruchtknoten mit Pollenschläuchen, Anzahl Pollenschläuche im Griffel und Penetration der Pollenschläuche in die Micropyle), (7) abortierte Blüten nach der Bestäubung (8) Samenbildung und (9) Samenanzahl. The present paper investigates Cyclamen as an horticultural model-culture. A main Focus is on the characteristics of the Cyclamen genotype, notably with interspecific hybrids. Further, Cyclamen persicum cv. served as a model to analyse effects on parameters of pollination, seed development and number of ovules per ovary, which are caused by a root colonization of the seed bearer with the symbiotic fungus Piriformospora indica (Piri) in combination with a differentiated phosphorus supply. In this regard, plant diameter, flowering time and flower number, the viability of pollen and ovules, the microsporogenesis, the growth of pollen tubes, the seed formation and the seed count were considered among important parameters of pollination and seed development.
    Keywords: Pollen ; Vitalität ; Interspezifische Cyclamen-Hybriden ; Cyclamen Persicum ; Piriformospora Indica ; Phosphor-Düngung ; Samenanlagen ; Mikrosporogenese ; Pollenschlauchwachstum ; Pflanzenentwicklung ; Flowcytometrie ; Samenbildung ; Samenertrag ; Flow Cytometry ; Pollen ; Interspecific Cyclamen Hybrids ; Cyclamen Persicum ; Piriformospora Indica ; Phosphorus Fertilization ; Viability ; Ovules ; Microsporogenesis ; Pollen Tube Growth ; Plant Development ; Seed Formation ; Seed Set ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 52000 ; Zc 65200 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 4
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
    Language: English
    Description: Der Beitrag der arbuskulären Mykorrhizapilze zur Nährstoffaufnahme und zum Wachstum von Pflanzen ist vom Genotyp des Pilzes und der Pflanze abhängig, sowie von den Umweltbedingungen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mykorrhizapilze unterschiedlicher Herkunft verwendet. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Untersuchung der Rolle der Mykorrhiza bei der Reaktion der Pflanze auf räumlich unterschiedliches Nährstoffangebot im Boden. Als Versuchspflanzen wurden Süßkartoffel und Tagetes verwendet. Für die Arbeit wurden verschiedene Modellexperimente durchgeführt. In speziell für diese Arbeit konstruierten Gefäßen wurden nicht-mykorrhizierte und mykorrhizierte Süßkartoffelpflanzen mit organischer Substanz versorgt, die entweder gleichmäßig oder heterogen im Substrat verteilt war. In weiteren Experimenten wurde mit Hilfe von "split-root" Systemen die Wirkung arbuskulärer Mykorrhizapilze auf ein lokales Angebot von mineralischem Phosphor und Stickstoff im Boden untersucht. Darüber hinaus wurde in Versuchen Kompost räumlich konzentriert im Substrat angeboten. Die Messungen umfassten den Mykorrhizierungsgrad der Wurzel, die Entwicklung des extraradikalen Myzels, die Trockenmasse der Pflanze sowie die Konzentrationen an Phosphor und Stickstoff in der Pflanze. Eine Besiedlung der Wurzeln mit arbuskulären Mykorrhizapilzen führte in den meisten Versuchsansätzenzu einer erhöhten Nährstoffaufnahme der Pflanze und zu einem verbesserten Wachstum. Ein besonders starkes Hyphenwachstum in Bodenzonen mit viel organischer Substanz wurde jedoch nicht beobachtet. Zugabe von Kompost führte teilweise zu einem Rückgang des Mykorrhizierungsgrades. Die Verwendung von organischem Material oder Kompost im Gartenbau kann sinnvoll sein und zur Verminderung von Mineraldüngung beitragen. Optimales Pflanzenwachstum und Mykorrhizawirkung erfordern jedoch eine gute Balance zwischen Art und Menge des organischen Stoffes bzw. Komposts, den Substrateigenschaften und den Pflanzen- und Pilzgenotypen. The actual contribution of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant nutrient uptake depends on the fungal and plant genomes, and on environmental conditions. In the present study, AM fungi of different origin, for example isolated from plots with different long-term fertilizer application history, were used to quantify their contribution to plant nutrient uptake under situations of spatially heterogeneous soil nutrient distribution. Test plants for this study were sweet potato and marigold. Several model experiments were carried out. In specifically constructed growth containers, non-mycorrhizal and mycorrhizal sweet potato plants were supplied with organic matter either homogeneously or heterogeneously distributed in the substrate. Bacteria from a long-term organically fertilized soil were also added as a treatment. In other experiments using a split-root approach, the influence of AM fungi on the plant response to localized mineral phosphorus and nitrogen supply was studied. In a further experiment, the effects of localized compost supply on marigold plants inoculated with Glomus mosseae were investigated. Arbuscular mycorrhizal fungi increased nutrient uptake and growth of plants under most conditions, also when nutrients were heterogeneously distributed in soil. However, there was no indication of increased hyphal proliferation or activity in soil spots with high organic matter. Plant phosphorus status regulated the extent of AM root colonization. The extent of AM root colonization was partly decreased by application of organic matter and of compost to the substrate. Application of organic matter and/or compost can be beneficial in horticulture and can replace mineral fertilizer use. However, optimum plant growth and mycorrhizal function require a good balance between type and amount of organic matter or compost, growth substrate properties and plant and AM fungal genotype.
    Keywords: Phosphor ; Stickstoff ; Kompost ; Arbuskuläre Mykorrhizapilze ; Heterogene Nährstoffverteilung Im Boden ; Organische Substanz ; Süßkartoffel ; Tagetes ; Compost ; Phosphorus ; Nitrogen ; Arbuscular Mycorrhizal Fungi ; Heterogeneous Soil Nutrient Distribution ; Marigold ; Organic Matter ; Sweet Potato ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Wl 4385 ; Wm 1400 ; Zc 14110 ; Zc 14410 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 5
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: English
    Description: Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine mutualistische Symbiose, die die Phosphataufnahme und Pathogenresistenz von Pflanzen verbessern kann. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde die Rolle der Protonen-pumpenden ATPase MtHA1 für die AM Symbiose in Medicago truncatula untersucht. In MtHA1 Mutanten konnten AM Pilze nur noch verkürzte Arbuskel ohne typische Verzweigungen ausbilden. Dies zeigte sich auch in Expressionsmustern von Genen, die für Proteine in verschiedenen Bereichen der periarbuskulären Membran kodieren. Außerdem waren AM Pilzbesiedelung, die verbesserte Nährstoffaufnahme und die Wachstumsförderung in MtHA1 mutierten Pflanzen reduziert. Die Mykorrhiza-induzierte Resistenz (MIR) wurde näher in M. truncatula Pflanzen untersucht, die von Aphanomyces euteiches infiziert waren, dem Erreger einer Wurzelfäule in Leguminosen. In einem geteilten Wurzelsystem, das eine hohe Expression von Verteidigungsgenen aufwies, unterdrückte ein AM Pilz diese Expression und erhöhte in Folge die Empfindlichkeit für das Pathogen. In Wurzeln von Topfkulturen dagegen konnte eine typische MIR beobachtet werden, die wahrscheinlich auf erhöhter Aktivität der Jasmonat/Ethylen-regulierten Verteidigungsantwort beruht, verursacht durch eine Unterdrückung der Salizylsäuresynthese. Im Ergebnis zeigt diese Arbeit die bedeutende Rolle des Gens MtHA1 für die Bildung und Funktion der arbuskelhaltigen Zellen. Die Mutation des Gens führt zur verminderten Arbuskelverzweigung, reduzierter Phosphataufnahme und Wachstumsförderung in der Mykorrhiza und schließlich zu einer geringeren Gesamtbesiedelung durch den AM Pilz. Genexpressionsanalysen weisen darauf hin, dass unterschiedliche Mechanismen den lokalen und systemischen Wechselwirkungen zwischen AM Pilzen und Pathogenen in der Wurzel zu Grunde liegen. Verschieden physiologische Zustände von geteilten Wurzelsystemen und Wurzeln in Topfkulturen erschweren allerdings einen direkten Vergleich der beiden experimentellen Ansätze. Arbuscular mycorrhiza (AM) is a wide spread mutualistic symbiosis, which can improve phosphate acquisition and pathogen resistance of plants. In the current Ph.D. thesis the role of a proton pumping ATPase (MtHA1) for the AM symbiosis in Medicago truncatula was investigated. In MtHA1 mutant plants, different AM fungi only developed truncated arbuscules without forming typical hyphal branches, and this phenotype was mirrored by expression patterns of genes for proteins located in different areas of the periarbuscular membrane. AM fungal colonization, improved phosphate uptake and plant growth promotion were reduced in MtHA1 mutant plants. Mycorrhiza-induced resistance (MIR) and the nodule symbiosis were, however, not affected. MIR was further analyzed in the M. truncatula infected with Aphanomyces euteiches which causes a root-rot disease in legumes. In a split root system showing high levels of defense-gene expression, colonization of an AM fungus reduced this expression and in consequence increased susceptibility of the roots for the pathogen. In roots of pot cultures, however, a typical MIR was observed and could be based on the higher activity of jasmonate/ethylene-regulated defense responses due to suppression of salicylic acid biosynthesis. In conclusion, this work shows that the gene MtHA1 encoding a proton pumping-ATPase plays a critical role in the formation and function of arbuscule-containing cells. Expression of the mutated gene results in reduced formation of arbuscule branches. This in turn negatively influences mycorrhizal phosphate uptake, plant growth promotion and overall mycorrhizal colonization of the roots. Gene expression analyses indicate that different mechanisms underlay local and systemic interactions between the mycorrhizal fungus and the root pathogen. The different physiological stages of pot culture and split root system make a comparison of the two experimental approaches, however, difficult.
    Keywords: Medicago Truncatula ; Protonen-Pumpenden Atpase ; Arbuskel-Verzweigungen ; Phosphataufnahme ; Mykorrhiza-Induzierte Resistenz ; Expression Von Verteidigungsgenen ; Geteilte Wurzelsysteme ; Medicago Truncatula ; Proton Pump Atpase ; Arbuscular Branches ; Phosphate Uptake ; Mycorrhiza-Induced Resistance ; Defense-Related Gene Expression ; Split-Root System ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Wl 4385 ; Zc 14110 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 6
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
    Language: English
    Description: In der vorliegenden Studie wurden zwei Fragestellungen bearbeitet, die beide das Ziel verfolgen, die Stickstoff(N)-Ausnutzungseffizienz in landwirtschaftlichen Systemen zu steigern: 1) Hat die langjährige organische Düngung einen Einfluss auf den Abbau kürzlich applizierter organischer Dünger? Die Hypothese war, dass relevante Effekte nur bei schwer abbaubaren organischen Düngern auftreten während bei leicht abbaubaren organischen Düngern die Düngungshistorie keine Rolle spielt. 2) Können die hohen N-Bilanzüberschüsse im intensiven Freilandgemüsebau durch den Einsatz von Winterzwischenfrüchten (ZF) deutlich reduziert werden? Die Hypothese war, dass ZF die Bilanzüberschüsse der betrachteten zweijährigen Fruchtfolgen um mindestens 30 kg N / ha reduzieren. Die erste Hypothese wurde überprüft, indem der Abbau organischer Dünger in Böden, die sich in ihrer organischen Düngungshistorie unterschieden, gemessen wurde. Es wurden ein Topfversuch im Gewächshaus sowie ein Inkubationsversuch im Labor durchgeführt. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass es Effekte der Historie auf den Abbau von Stallmist und Kiefernrinde gab, während es keine Effekte bei leicht abbaubarem Kohlmaterial gab. Daher wurde die Hypothese angenommen. Allerdings ergaben die beobachteten Effekte kein konsistentes Bild in Hinblick auf die Richtung der Effekte auf die Kohlenstoff(C)- und N-Mineralisierung und Effekte auf die Netto-N-Mineralisation waren generell sehr klein. Zur Überprüfung der zweiten Hypothese wurden an drei Standorten in Deutschland Feldversuche mit Gemüsefruchtfolgen und unterschiedlichen ZF durchgeführt. Die Ergebnisse ergaben, dass trotz der die mittleren Bilanzüberschüsse der Kontrollen (ohne ZF) von 217 kg N / ha die ZF die N-Bilanz im Mittel um nur 13 kg N / ha reduzierten. Daher wurde die Hypothese abgelehnt. Die Ergebnisse zeigten weiterhin, dass der verlustfreie Transfer der von der ZF aufgenommenen N-Menge an die Folgefrucht ein kritischer Schritt bei dieser Technik ist. The current study dealt with two questions that target potential options to increase the nitrogen (N) use efficiency of agricultural systems: 1) Does long-term organic fertilization affect the decomposition of recently added organic fertilizers? The hypothesis was that effects only occur for recalcitrant organic fertilizers while for readily decomposable organic fertilizers, the fertilization history does not play a role. 2) Can the N balance surpluses in intensive field vegetable production systems be substantially reduced by cultivation of winter catch crops (CC)? The hypothesis was that the N balance surpluses of the investigated two-year crop rotations can be reduced by more than 30 kg N / ha. The first hypothesis was tested by applying organic fertilizers to soils that only differed in organic fertilization history. A greenhouse pot experiment and a laboratory incubation experiment were conducted. The results indicated that fertilization history had effects on the decomposition of farmyard manure and pine bark, not however on the decomposition of readily decomposable cabbage material. Hence, the hypothesis was accepted in that fertilization history effects depended on the type of fertilizer. However, fertilization history effects showed no consistent trend with respect to increase or decrease in carbon (C) and N mineralization and the effects on net N mineralization were minor in magnitude. The second hypothesis was tested by performing field experiments at three sites in Germany. Vegetable crop rotations were set up, testing different types of CC. The results suggested that in spite of high N surpluses in the control treatments (no CC) of 217 kg N / ha, CC reduced the N balance surplus on average by only 13 kg N / ha. Hence, the hypothesis was rejected. The findings further indicated that the transfer of N taken up by the CC to the succeeding crop is a critical step when adopting this technique.
    Keywords: Düngeverordnung ; Düngungshistorie ; Gemüsefruchtfolge ; Inkubationsversuch ; Organische Düngung ; Stickstoffausnutzungseffizienz ; Stickstoffauswaschung ; Stickstoffbilanz ; Stickstoffmineralisierung ; Stickstoffüberschuss ; Stickstoffverlust ; Umsatz Organischer Dünger ; Zwischenfrüchte ; Catch Crop ; Fertilization History ; Incubation Experiment ; Nitrogen Balance Surplus ; Nitrogen Leaching ; Nitrogen Losses ; Nitrogen Mineralization ; Nitrogen Use Efficiency ; Organic Amendment ; Organic Fertilization ; Turnover Of Organic Matter ; Vegetable Crop Rotations ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 51600 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 7
    Language: English
    Description: Der Klimawandel bedroht Ökosysteme auf der ganzen Welt. Besonders der Anstieg in Länge, Intensität und Häufigkeit von Dürren kann bedeutenden Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf haben. Die Frage, ob Pflanzen und Mikroorganismen anfällig gegenüber ökologischem Stress wie Dürren sind, wurde bereits in vielen Studien für verschiedene Ökosysteme und mit verschiedenen Ansätzen untersucht, aber Analysen von Dürreauswirkungen, die ober- und unterirdische Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen mit einbeziehen, sind eher selten. Deshalb wird in der vorliegenden Studie die Frage erörtert, wie Trockenheit und/oder Hitze die Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen in Bezug auf ihre Kohlenstoff-Verbindung beeinflussen. Dies dient zur Bestimmung der Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung, wenn das Ökosystem an seine Grenzen gebracht wird. Der Fokus liegt deshalb auf durch Trockenstress und Hitze hervorgerufenen Veränderungen in der ober-unterirdischen Kohlenstoff-Dynamik in zwei vom Klimawandel bedrohten Ökosystemen. Es wurde untersucht, wie extreme Klimaereignisse, deren Häufigkeit in Zukunft weiter ansteigen soll, die Kohlenstoff-Verbindung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen beeinflusst und wie mikrobielle Gemeinschaften unter diesen Umständen reagieren, um die Resistenz und Reaktionsmechanismen von Ökosystemen im zukünftigen Klimawandel besser vorhersagen zu können. In Kapitel 4 wurde ein Buchenwaldunterholz-Ökosystem untersucht. Buchenwaldmonolithen wurden einem extremen Klimaereignis (Trockenheit und/oder Hitze) ausgesetzt. Die Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung und Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und -aktivität wurden mithilfe von stabilen 13C Isotopenmethoden und Ansätzen auf molekularer Basis, wie 16S rRNA- und Phospholipid-Analysen, bestimmt. In Kapitel 5 wurde ein kleines aquatisches Ökosystems untersucht. Zwei emerse aquatische Makrophyten, Phragmites australis und Typha latifolia, wurden in einem Mesokosmos-Experiment mit Sediment aus einem Soll einer einmonatigen Dürre ausgesetzt. Mithilfe einer 13CO2 Pulsmarkierung, sowie PLFA- und nicht-strukturbildenden Kohlenhydrat-Analysen wurde Kohlenstoff von den Blättern in die Wurzeln bis ins Sediment verfolgt, wo er teilweise in mikrobielle Phospholipide eingebaut wird. Diese Studie hat gezeigt, dass die zwei untersuchten Ökosysteme Trockenstress und Hitze relativ gut widerstehen können, zumindest kurzfristig, und dass das Kohlenstoff-Kontinuum, beziehungsweise die Verbindung zwischen ober- und unterirdischen Gemeinschaften, auch unter starkem Stress intakt bleibt. Zusammenfassend scheint es, dass Ökosysteme stark von einem funktionierenden Pflanze-Boden/Sediment-Mikroorganismen Kohlenstoff-Kontinuum abhängen und versuchen, es auch unter starkem Stress zu erhalten, was möglicherweise dazu beiträgt, dem Anstieg von extremen Dürreperioden aufgrund des Klimawandels besser zu widerstehen. Climate change is threatening ecosystems around the world. Especially the increase in duration, intensity, and frequency of droughts can have a considerable impact on the global carbon cycle. The question whether plants and microbes are susceptible to environmental stress like drought has been assessed in many studies for different ecosystem types and by using numerous approaches, but research on drought effects that includes above- and belowground interactions is rather scarce. Therefore, the present study assesses the question of how drought and/or heat influence the interactions of plants and microbes, especially the carbon coupling, in order to determine the strength of plant-microbe carbon linkages when an ecosystem is pushed to its limits. The focus of this study thus lies on changes in aboveground-belowground carbon dynamics and the subsequent effects on the soil microbial community under drought and/or heat stress in two climate-threatened ecosystems. It was evaluated how extreme climate events, that are predicted to be more frequent in the near future, affect the carbon coupling between plants and microorganisms and how microbial communities respond under these circumstances, in order to be able to better predict ecosystem resistance and response mechanisms under future climate change. In chapter 4 a beech forest understory ecosystem was investigated. An extreme climate event (drought and/or heat) was imposed on beech forest monoliths and the strength of the plant-microbe carbon linkages and changes in the microbial community structure and activity were determined by using stable 13C isotope techniques and molecular-based approaches like 16S rRNA and microbial phospholipid-derived fatty acid (PLFA) analysis. In chapter 5 a small aquatic ecosystems was investigated. Two emergent aquatic macrophytes, Phragmites australis and Typha latifolia, were grown on kettle hole sediment and then exposed to a month-long summer drought in a mesocosm experiment. By conducting a 13CO2 pulse labeling as well as PLFA and non-structural carbohydrate analyses, the fate of carbon was traced from the plant leaves to the roots and into the sediment, where some of the recently assimilated carbon is incorporated into microbial PLFAs. Overall, this study showed that the two investigated ecosystems can endure environmental stress like heat and drought relatively well, at least in the short-term, and that the carbon continuum, or the linkage between above- and belowground communities, remained intact even under severe stress. In conclusion, it seems that ecosystems strongly depend on and try to maintain a functional plant-soil/sediment microorganism carbon continuum under drought, which might help to withstand the increase in extreme drought events under future climate change.
    Keywords: Trockenstress ; Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Kontinuum ; 13c Labeln ; 16s Rrna ; Hitzestress ; Phragmites Australis ; Typha Latifolia ; Buchenwald ; Sölle ; Drought Stress ; Plant-Soil-Microorganism-Carbon-Continuum ; 13c Labeling ; 16s Rrna ; Heat Stress ; Phragmites Australis ; Typha Latifolia ; Beech Forest ; Kettle Holes ; 579 Mikroorganismen ; Pilze ; Algen ; 572 Biochemie ; 580 Pflanzen (Botanik) ; Zc 78650 ; Zc 25600 ; Wn 1950 ; Ddc:579 ; Ddc:572 ; Ddc:580
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 8
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: German
    Description: In der vorliegenden Arbeit wurden Prozesse untersucht, welche die Akkumulation von Kohlenstoff und Stickstoff im Endosperm von Gerste im frühen Zeitraum nach der Anthese beeinflussen. Es wurde die C- und N-Verlagerung in Pflanzen der Sorte ´Bomi` sowie den low-starch-Mutanten Risoe 16 und Risoe 13 zu 8, 14 und 20 Tagen nach Anthese untersucht. Im Fokus standen die Vorgänge im Endosperm. Für die Termine 14 und 20 Tage nach Anthese wurde daher die Zusammensetzung des Proteins nach Fraktionierung in Albumine/Globuline, Hordeine und Gluteline analysiert. Mittels 13C- und 15N in vivo Doppel-Pulsmarkierung ganzer Pflanzen erfolgte die Untersuchung des Beitrages der aktuellen C- und N-Assimilation zur Endospermentwicklung. Im Untersuchungszeitraum konnte keine C-Remobilisierung festgestellt werden. Dahingegen wurde bei ´Bomi` und Risoe 16 eine Genotyp-abhängige Mobilisierung von Stickstoff in den vegetativen Organen nachgewiesen. Die Analyse von Frisch- und Trockenmassen der Endosperme offenbarte ein um 17 % niedrigeres Vermögen zur Akkumulation von Trockenmasse bei Risoe 16 und Risoe 13 gegenüber bei gleicher Sink-Kapazität. Es zeigte sich weiterhin, dass die C- und N-Einlagerung in das Endosperm nicht komplett unabhängig erfolgten. Die Analyse der Proteinfraktionen des Endosperms offenbarte, dass deren Bildungsdynamik und Zusammensetzung von Veränderungen im Stärkemetabolismus beeinflusst wird. Die Albumin/Globulin-Menge pro Endosperm betrug bei Risoe 16 bzw. Risoe 13 zu 14 dpa das 3,5- und 1,9-fache des Wertes von ´Bomi`. Sie stieg beim Wildtyp bis 20 dpa an, während sie bei den Mutanten zumindest tendenziell sank. Weiterhin fiel die Hordeinmenge im Mittel beider Mutanten gegenüber ´Bomi` zu 14 dpa 57 % und 20 dpa 38 % niedriger aus. Für die Glutelinmenge zeigte sich erst zu 20 dpa ein Unterschied, wobei der Wert von Risoe 16 und Risoe 13 37 % bzw. 29 % höher als jener des Wildtyps lag. This thesis investigates processes that influence the accumulation of carbon and nitrogen in the early stage of endosperm development. The C- and N allocation was examined at 8, 14 and 20 days post anthesis (dpa) in the barley cultivar ´Bomi` and the low-starch mutants Risoe 16 as well as Risoe 13. The endosperm was in the focus of interest. Therefore the composition of its protein was determined at 14 and 20 dpa by fractionation in albumins/globulins, hordeins and glutelins. Furthermore the contribution of current C-and N assimilation to endosperm development was investigated by employing 13C- and 15N in vivo double puls-labelling of whole plants. During the investigation period no C remobilisation occurred. In contrast a genotype dependent mobilization of nitrogen in the vegetative organs was proved for ´Bomi` and Risoe 16. The analysis of endosperm fresh and dry weight revealed a 17 % lower ability to accumulate dry matter for Risoe 16 and Risoe 13 as compared to ´Bomi` although sink capacity was comparable. Furthermore there werevstrong indications that C- and N incorporation in the endosperm were not completely independent from each other. The analysis of the endosperm protein revealed that its composition as well as the formation dynamics and the amount of the single fractions were influenced by the changes in starch metabolism. The amount of albumin/globulin per endosperm of Risoe 16 and Risoe 13 at 14 dpa was 3.5 and 1.9-fold higher as compared with ´Bomi`. In the following 6 days it rose for the wildtype, while it tended to decrease for the mutants. Furthermore the amount of hordeins (mean value of both) in the endosperm of the mutants was 57 % and 38 % lower than that of ´Bomi` at 14 dpa and 20 dpa, respectively. The amounts of glutelins were not distinct between genotypes at 14 dpa but at 20 dpa with 37 % and 29 % higher values compared with ´Bomi` for Risoe 16 and Risoe 13, respectively.
    Keywords: Gerste ; Endosperm ; Proteinfraktionen ; Stickstoff ; Barley ; Endosperm ; Protein Fractions ; Nitrogen ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 31400 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 9
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
    Language: English
    Description: Folienmanagement ist von wirtschaftlicher Bedeutung im Freiland-Gemüsebau im Frühjahr. Aber die Prognose des optimalen Zeitpunktes der Abnahme von Plastik-Abdeckungen vom Bestand ist mit den bereits verfügbaren Mitteln zu ungenau, um die heutigen Anforderungen an die Produktionssicherheit zu erfüllen. Der bislang verwendete empirische Ansatz benötigt aktuelle Referenzmessungen unter den Abdeckungen, welche kostspielig sind. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Grundlagen eines mechanistischeren Modellansatzes zu entwickeln, welcher auf dem physikalischen und biologischen Verständnis von Energiehaushalt, Pflanzenwachstum und den Prozessen der Qualitätsentwicklung unter den Abdeckungen beruht, um die zukünftige Produktionssicherheit zu verbessern. Entsprechende Feldversuche wurden durchgeführt, um Daten zum Pflanzenwachstum und Mikroklima unter und über der Abdeckung zu erhalten und neue sowie etablierte Untermodelle zu parametrisieren. Weiterhin wurden Laborversuche zum Verständnis z.B. der optischen Eigenschaften der Abdeckungen, Blätter und des Bodens ausgeführt. Außerdem wurde eine neue Methode zur Bestimmung des Blattflächenindex bei Kopfsalat und Kohlrabi geprüft und für die effiziente Erhebung der Pflanzendaten etabliert (Sandmann et al. 2013). Im Ergebnis können nun verschiedene Prozesse der Gemüseproduktion unter Abdeckungen besser verstanden und mit hinreichender Genauigkeit mathematisch beschrieben werden, z.B. Strahlungshaushalt (Graefe & Sandmann 2014) und Blattflächenwachstum. Die meisten Ziele der Arbeit wurden erreicht. Weitere Arbeit ist vor allem notwendig für die Modellierung der Lufttemperatur unter der Abdeckung und die Entwicklung eines mechanistischen Ansatzes zur Beschreibung der Pflanzenqualität. Hier konnte die Pflanzenqualität wegen der subjektiv beeinflussten Daten nur über einen empirischen Ansatz modelliert werden. Die übliche Erfassung der Pflanzenqualität sollte überdacht werden, um zukünftig möglichst objektive Werte zu erhalten. Plastic film management is economically of importance for vegetable growing in the field in early spring, but the prediction of the best moment of removal of plastics from the crops is currently too imprecise to fulfill contemporary requirements in production safety. The broadly used approach for prediction is of empirical nature and is depending on current reference data from below covers, which are expensive to gather. The aim of this thesis was to develop the scientific foundations for a more mechanistic model approach, based on the physical and biological understanding of the energy balance, plant growth and plant quality formation process below plastic covers in order to increase future production safety. Field trials at three sites, with two species and several cover materials and removal strategies were carried out to gain data from plants and microclimate beneath and above covers for parameterization of new and established submodels. Additionally, laboratory experiments were performed to understand e.g. the optical properties of plastics, leaves and soil. Furthermore, a new method for determining leaf area index in lettuce and kohlrabi was adopted and established for a more efficient plant data collection (Sandmann et al. 2013). As a result, several processes of vegetable production using plastic covers are now better understood and can be described mathematically and sufficiently precise, e.g. the short wave radiation budget (Graefe & Sandmann 2014) and leaf area growth. Most, but not all aims of the thesis could be achieved. Further work will be necessary according to modeling of air temperature below the covers, leaf gas exchange and the development of a mechanistic approach for plant quality formation. Here, plant quality could only be modelled via an empirical approach, due to subjectively influenced data. Common plant quality data acquisition should be reconsidered to yield as much as possible objective values in the future.
    Keywords: Mikroklima ; Modell ; Salat ; Gemüse ; Plastik-Abdeckung ; Qualitätsvorhersage ; Kohlrabi ; Model ; Lettuce ; Vegetable ; Plastic Cover ; Micro Climate ; Quality Prediction ; Kohlrabi ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 60720 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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  • 10
    Dissertation
    Dissertation
    Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
    Language: English
    Description: Es wurden Wurzelsysteme auf 1900, 2400 und 3000 m eines südecuadorianischen Bergregenwaldes untersucht. Ziel war es, ein besseres Verständnis über den Einfluss der Höhenstufe auf die Wurzelfunktionen Nährstoffaneignung und Verankerung sowie Speicherung von C und Nährstoffen in der Wurzelbiomasse zu erlangen. Auf 2400 und 3000 m nahmen die Wurzellängendichten (WLD) mit zunehmender Bodentiefe schneller ab als auf 1900 m. Die vertikale Verteilung der N-Aufnahme war ähnlich der Verteilung der WLD. Das Nährstoffaneignungsvermögen war also in größerer Meereshöhe deutlich mehr auf die organische Auflage konzentriert war als auf 1900 m. Nährstoffkonzentrationen in Blättern zeigten, dass auf 1900 m das Pflanzenwachstum nicht durch Nährstoffmangel limitiert war, während auf 2400 und 3000 m v. a. N, aber auch P, S und K das Pflanzenwachstum limitierten. Die schlechte Nährstoffversorgung der Pflanzen in großer Meereshöhe war vermutlich auf langsame Mineralisation organisch gebundener Nährstoffe und auf ein geringes Nährstoffaneignungsvermögen aus tieferen Bodenschichten zurückzuführen. Die Wurzelbiomasse war auf 3000 m höher als in niedrigerer Meereshöhe. Die Bedeutung des Wurzelsystems für die C-Speicherung stieg also mit zunehmender Höhenstufe. Auch Vorräte an N, S, K, Ca und Mg in den Wurzeln waren auf 3000 m am höchsten. Die Grobwurzelsysteme der Bäume wiesen auf allen Höhenstufen Verankerungs-fördernde Merkmale auf. Bäume auf 3000 m bildeten flachgründigere Wurzelteller als auf 1900 m. Wurzeleigenschaften, die die horizontale Ausdehnung des Wurzeltellers fördern, waren auf 3000 m häufiger oder ausgeprägter als auf 1900 m. Es wird gefolgert, dass eine gehemmte Tiefendurchwurzelung des Bodens in größerer Meereshöhe sowohl das Nährstoffaneignungsvermögen als auch auf die Verankerung der Bäume verringerte. Die hohe Biomasseallokation in die Wurzeln in größerer Meereshöhe weist darauf hin, dass Umweltbedingungen hier besondere Anforderungen an die Wurzelfunktionen stellen. Root systems at 1900, 2400 and 3000 m of a south Ecuadorian montane forest were investigated. The aim of this study was to improve our knowledge on the impact of altitude on the root functions nutrient acquisition, anchorage and storage of C and nutrients in root biomass. At 2400 and 3000 m, the decrease of root length densities (RLD) with increasing soil depth was more pronounced than at 1900 m. The vertical distribution of N uptake was similar to the vertical distribution of RLD. Thus, the ability for nutrient uptake was more concentrated to the organic surface layer at high altitudes than at 1900 m. Foliar nutrient concentrations showed that plant growth at 1900 m was not limited by nutrient deficiency. In contrast, at 2400 and 3000 m especially N, but also P, S and K limited plant growth. The decreased nutritional status of plants at high altitudes was caused by low mineralization rates of nutrients as well as low ability for nutrient acquisition from deeper soil layers. At 3000 m, root biomass was higher than at low altitudes. Hence, the importance of root systems for C sequestration increased with increasing altitude. Similarly, pools of N, S, K, Ca and Mg were higher at 3000 m than at 1900 and 2400 m. At all altitudes, coarse root systems of trees showed traits that are supposed to improve anchorage. At 3000 m, root soil plates were more superficial than at 1900 m. Root traits that improve the horizontal extension of root soil plates were more pronounced or occurred more often at 3000 m than at 1900 m. It is concluded that impeded rooting in deeper soil layers at high altitudes decreased both the ability for nutrient acquisition and anchorage. At high altitudes, the high allocation of biomass to the root systems showed that at these sites, environmental conditions enhanced the requirements to the functions of roots.
    Keywords: Kohlenstoffsequestrierung ; Nährstoffaufnahme ; Nährstoffspeicherung ; Verankerung ; Wurzelarchitektur ; Anchorage ; Carbon Sequestration ; Nutrient Acquisition ; Nutrient Storage ; Root Architecture ; 630 Landwirtschaft ; Veterinärmedizin ; 39 Landwirtschaft ; Garten ; Zc 74282 ; Zc 74200 ; Ddc:630
    Source: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
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