In den Jahren 2006 und 2007 wurde die räumliche Verteilung von Fusarium spp. und assoziierter Mykotoxine in natürlich infizierten Weizenfeldern auf der Regionalebene und auf der Bestandesebene untersucht. Auf der Regionalebene lagen die beprobten Flächen 100 m bis 10 km auseinander, während auf der Bestandesebene in einem 20 m x 20 m-Raster beprobt wurde. Ein Großteil der Untersuchungen wurde auf rekultivierten Flächen durchgeführt, da deren Bodenhomogenität die Analyse räumlicher Verteilung erleichtert. Die Bestimmung des Befalls mit Fusarium spp. geschah mikrobiologisch und mittels quantitativer PCR. Die Mykotoxinkontamination wurde mit einer Analysemethode (LC-ESI/MS) zum simultanen Nachweis von 32 Mykotoxinen durchgeführt. <br /> Vorherrschende Arten auf den Flächen auf der Regionalebene waren in beiden Jahren F. avenaceum und F. poae. Auch F. culmorum und F. graminearum wurden regelmäßig isoliert. Im Jahr 2006 traten zusätzlich F. proliferatum und F. tricinctum auf. Die Häufigkeit befallener Körner lag mit 7,2 % und 5,9 % in beiden Jahren auf einem ähnlichen Niveau. Unterschiedliche Witterungsbedingungen zwischen Blüte und Ernte führten jedoch zu deutlich unterschiedlichen Befallsintensitäten in beiden Jahren (68 pg mg-1 in 2006, 513 pg mg-1 in 2007). Die Mykotoxine Deoxynivalenol, Zearalenon und Enniatin B wurden in allen Proben nachgewiesen, was deren hohe Bedeutung für die Getreideproduktion unterstrich. 3-Acetyldeoxynivalenol, Moniliformin, Monoacetoxyscirpenol und Nivalenol traten vereinzelt auf, dann aber in relativ hohen Konzentrationen<br /> Die Häufigkeit Fusarium-befallener Körner zeigte in vielen Fällen eine Aggregation im Bestand, was auf die heterogene Verteilung von Ernteresten der Vorfrüchte zurückzuführen war. Bei der Befallsintensität herrschten zufällige räumliche Verteilungen vor. In einigen Fällen wurde eine Tendenz zur Aggregation oder regelmäßigen Verteilung nachgewiesen. Die räumliche Verteilung der Mykotoxinbelastung war abhängig vom Mykotoxin. So traten Deoxynivalenol und Moniliformin vorwiegend zufällig verteilt auf, Enniatin B regelmäßig verteilt und Nivalenol, Zearalenon sowie Zearalenol zeigten ein aggregiertes Auftreten. Der Nachweis verschiedener Verteilungen für die Befallsparameter unterstrich die Bedeutung angepasster und optimierter Beprobungs- und Monitoringstrategien, um die Situation im Bestand adäquat abbilden zu können. <br /> Isolate von F. graminearum aus einem Weizenbestand wiesen eine ähnlich hohe genetische Diversität auf wie Populationen auf höheren Skalenebenen....
<strong>Occurrence of Fusarium head blight in wheat fields - spatial distribution of Fusarium species and associated mycotoxins</strong><br /> Investigations into the spatial distribution of Fusarium spp. and associated mycotoxins in naturally infected wheat fields were carried out in 2006 and 2007, both on a regional and a local scale. On the regional scale the distances between the sampled fields were 100 m to 10 km, whereas the sampling on the local scale was carried out in a 20 m x 20 m-grid. A major part of the investigations took place on recultivated lots where the putative homogeneity of the soil substrate was thought to facilitate the analysis of spatial distributions. Infection with Fusarium spp. was analysed both microbiologically and using quantitative PCR. Mycotoxin contamination was determined using a liquid chromatography method (LC-ESI/MS) for simultaneous detection of 32 mycotoxins.<br /> Predominant species in both years were F. avenaceum and F. poae, whereas F. culmorum and F. graminearum occurred less frequently. In 2006 F. proliferatum und F. tricinctum were also isolated from wheat kernels. The frequency of infected kernels was similar in both years, at 7.2 % in 2006 and 5.9 % in 2007. However, different climatic conditions in the period from flowering to harvest resulted in major differences in fungal biomass between years (68 pg mg-1 in 2006 and 513 pg mg-1 in 2007). The mycotoxins deoxynivalenol, zearalenone and enniatin B were detected in each sample, demonstrating their high relevance in the production of small grain cereals. 3-acetyldeoxynivalenol, moniliformin, monoacetoxyscirpenol and nivalenol were isolated less frequently, but in relatively high concentrations.<br /> The frequency of infected kernels showed aggregated patterns in half of the fields, which was explained by aggregations of residues of the previous crop. The spatial distribution of fungal biomass most frequently had random patterns, although in some cases a tendency to regular and aggregated patterns was observed. The spatial distribution of mycotoxin contamination depended on the mycotoxin. Deoxinivalenol and moniliformin showed predominantly random patterns, whereas enniatin B was largely distributed regularly. Nivalenol, zearalenone and zearalenole showed aggregated patterns. The occurrence of different patterns for the various disease parameters demonstrated the high relevance of adjusted and optimised sampling and monitoring strategies for analysing the disease situation in the field.<br /> Isolates of F. graminearum from one wheat canopy showed a similar high level of genetic diversity to populations on larger scales....

The key objective of the present work was to acquire fundamental knowledge on the impact of nutrient supply and light quality on the accumulation of pharmaceutically relevant secondary metabolites, particularly saponins and lignans, using <i>Centella asiatica</i> and <i>Hydrocotyle leucocephala</i> as examples. Experiments on the impact of N, P, and K supply on saponin and sapogenin (centelloside) accumulation in leaves of <i>C. asiatica</i> were conducted in the greenhouse using soilless culture. Thereby, the relationship between plant growth and centelloside accumulation as influenced by nutrient supply was investigated. Furthermore, the suitability of fluorescence-based indices for non-destructive tracking of centelloside accumulation <i>in vivo</i> was examined. For this purpose, different levels of N, P, and K supply were selected as experimental factors. In order to investigate the effects of light quality on saponin and lignan accumulation, experiments were conducted in technically complex sun simulators providing almost natural irradiance. Here, we postulated that high intensity of photosynthetic active radiation (PAR) and ambient level of ultraviolet (UV)-B radiation additively promote the accumulation of centellosides in leaves of <i>C. asiatica</i>. The specific UV-B response in terms of flavonoid accumulation was monitored <i>in vivo</i> by fluorescence recordings. Finally, the impact of different PAR/UV-B combinations on the concentration and distribution pattern of selected phenylpropanoids, and in particular the lignan hinokinin, was examined in leaves and stems of <i>H. leucocephala</i>. The results ascertained in the single chapters can be summarized as follows: <br /> 1.The higher levels of N, P, or K supply (in the range from 0 to 150% of the amount in a standard Hoagland solution) enhanced net photosynthesis (Pn) and herb and leaf yield of <i>C. asiatica</i>. However, exceeding nutrient-specific thresholds, the high availability of one single nutrient caused lower leaf N concentrations and a decline in Pn and plant growth. Irrespective of N, P, and K supply, the leaf centelloside concentrations were negatively associated with herb and leaf yield. Moreover, negative correlations were found between saponins and leaf N concentrations, and between sapogenins and leaf K concentrations. <br /> 2.The accumulation of both flavonoids and anthocyanins was affected by N, P, and K fertigation in the same way as the centelloside accumulation, indicating that limitations in plant growth were generally accompanied by higher secondary metabolite concentrations. The fluorescence-based flavonol (FLAV) and anthocyanin (ANTH_RG) indices correlated fairly with flavonoid and particularly with anthocyanin concentrations. Moreover, the centellosides were positively correlated with the FLAV and ANTH_RG indices, and with the BFRR_UV index, which is considered as universal ‘stress-indicator’. Thus, the indices FLAV, ANTH_RG, as well as BFRR_UV enabled the <i>in situ</i> monitoring of flavonoid and centelloside concentrations in leaves of <i>C. asiatica</i>. <br /> 3.UV-B radiation favored herb and leaf production of <i>C. asiatica</i>, and induced higher values of the fluorescence-based FLAV index. Similarly, the ANTH_RG index and the saponin concentrations were raised under high PAR. In contrast, UV-B radiation had no distinct effects on saponin and sapogenin concentrations. In general, younger leaves contained higher amounts of saponins, while in older leaves the sapogenins were the most abundant constituents. <br /> 4.The concentration of the selected phenylpropanoids in <i>H. leucocephala</i> depended on the plant organ, the leaf age, the light regimes, and the duration of exposure. The distribution pattern of the compounds within the plant organs was not influenced by the treatments. Based on the chemical composition of the extracts a principal component analysis enabled a clear separation of the plant organs and harvesting dates. In general, younger leaves mostly contained higher phenylpropanoid concentrations than older leaves. Nevertheless, more pronounced effects of the light regimes were detected in older leaves. As assessed, the individual compounds responded very differently to the PAR/UV-B combinations. Hinokinin was most abundant in the stems, where its accumulation was slightly enhanced under UV-B exposure....
<strong>Relevanz der Mineralstoffversorgung und der Lichtqualität für die Akkumulation von Sekundärmetaboliten in Centella asiatica und Hydrocotyle leucocephala</strong><br /> Ziel dieser Arbeit war es, grundlegendes Wissen in Bezug auf den Einfluss des Nährstoffangebots und der Lichtqualität auf die Akkumulation von pharmazeutisch relevanten Sekundärmetaboliten, insbesondere Saponinen und Lignanen, zu erlangen, wobei <i>Centella asiatica</i> und <i>Hydrocotyle leucocephala</i> als Modellpflanzen dienten. Versuche zum Einfluss des N-, P- und K-Angebots auf die Saponin und Sapogenin (Centellosid)-Akkumulation in <i>C. asiatica</i> Blättern wurden im Gewächshaus in hydroponischer Kultur durchgeführt. Dabei wurde die Beziehung zwischen Pflanzenwachstum und Centellosid-Akkumulation in Abhängigkeit vom Nährstoffangebot untersucht. Weiterhin wurde die Eignung von Fluoreszenz-basierten Indizes für die nicht-destruktive Erfassung der Centellosid-Akkumulation <i>in vivo</i> geprüft. Dazu wurde ein unterschiedliches N-, P- und K-Angebot als experimenteller Faktor gewählt. Um die Effekte der Lichtqualität auf die Saponin- und Lignan-Akkumulation zu untersuchen, wurden Experimente in technisch komplexen Sonnensimulatoren durchgeführt, die eine nahezu natürliche Strahlung generierten. Die Studien basierten auf der Hypothese, dass eine hohe photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) und eine ambiente Ultraviolett (UV)-B Intensität die Centellosid-Akkumulation in <i>C. asiatica</i> Blättern additiv fördern. Die spezifische UV-B Antwort, d.h. die Akkumulation von Flavonoiden, wurde mit Hilfe von Fluoreszenz-Messungen <i>in vivo</i> verfolgt. Schließlich wurde der Einfluss von verschiedenen PAR/UV-B Kombinationen auf die Konzentration und das Verteilungsmuster von ausgewählten Phenylpropanoiden, insbesondere dem Lignan Hinokinin, in den Blättern und Stängeln von <i>H. leucocephala</i> untersucht. Die in den einzelnen Kapiteln ermittelten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: <br /> 1.Ein höheres N-, P- bzw. K-Angebot (im Bereich von 0 bis 150% der Nährstoffmenge in einer Standard Hoagland-Nährlösung) erhöhte die Nettophotosyntheserate (Pn) und den Kraut- und Blattertrag von <i>C. asiatica</i>. Bei Überschreitung nährstoffspezifischer Schwellenwerte hatte die hohe Verfügbarkeit der einzelnen Nährstoffe niedrigere Blatt N-Konzentrationen und eine Abnahme der Pn und des Pflanzenwachstums zur Folge. Unabhängig vom N-, P- und K-Angebot war die Centellosid-Konzentration negativ mit dem Kraut- und Blattertrag assoziiert. Des Weiteren wurden negative Korrelationen zwischen den Saponinen und der Blatt N-Konzentration und zwischen den Sapogeninen und der Blatt K-Konzentration gefunden.<br /> 2.Die Flavonoid- und Anthozyan-Akkumulation wurde durch die N-, P- und K-Fertigation auf die gleiche Weise beeinflusst wie die Centellosid-Akkumulation, was darauf hinweist, dass ein limitiertes Pflanzenwachstum generell mit einer höheren Konzentration an Sekundärmetaboliten einherging. Die Fluoreszenz-basierten Flavonol- (FLAV) und Anthozyan- (ANTH_RG) Indizes korrelierten gut mit den Flavonoid- und insbesondere mit den Anthozyan-Konzentrationen. Zudem korrelierten die Centelloside positiv mit den FLAV und ANTH_RG Indizes sowie dem BFRR_UV Index, der als universeller ‚Stressindikator‘ betrachtet wird. Somit ermöglichten die Indizes FLAV, ANTH_RG und BFRR_UV die <i>in situ</i> Beobachtung der Flavonoid- und Centellosid-Konzentration in den Blättern von <i>C. asiatica</i>. <br /> 3.UV-B Strahlung förderte die Kraut- und Blattproduktion von <i>C. asiatica</i>, und induzierte höhere Werte des Fluoreszenz-basierten FLAV Index. Ebenso waren der ANTH_RG Index und die Saponin-Konzentration unter hoher PAR Intensität erhöht. Im Gegensatz dazu hatte UV-B Strahlung keine eindeutigen Effekte auf die Saponin- und Sapogenin-Konzentrationen. Grundsätzlich enthielten jüngere Blätter höhere Saponin-Konzentrationen, während in älteren Blättern die Sapogenine die am häufigsten vorkommenden Substanzen waren. <br /> 4.Die Konzentration der ausgewählten Phenylpropanoide in<i>H. leucocephala</i> war abhängig von Pflanzenorgan, Blattalter, Lichtzusammensetzung und Behandlungsdauer. Das Verteilungsmuster der Substanzen zwischen den Pflanzenorganen wurde nicht durch die Behandlungen beeinflusst. Basierend auf der chemischen Komposition der Extrakte ermöglichte eine Hauptkomponentenanalyse eine klare Trennung der Pflanzenorgane und Erntetermine. Grundsätzlich enthielten jüngere Blätter meist höhere Phenylpropanoid-Konzentrationen als ältere Blätter. Stärkere Effekte der Lichtzusammensetzung wurden jedoch in älteren Blättern detektiert. Wie festgestellt, reagierten die einzelnen Substanzen sehr unterschiedlich auf die PAR/UV-B Kombinationen. Hinokinin kam am häufigsten im Stängel vor, wo die Akkumulation unter UV-B Strahlung leicht erhöht war....

Herbicides are an important tool for agricultural production to control weeds, avoid soil erosion, and maintain high yields. Highly competitive weeds like <i>Amaranthus</i> ssp. and <i>Sorghum halepense</i> have to be ...

Seit einigen Jahren gewinnt die Faserpflanze Hanf (<i>Cannabis sativa</i> L.) in der Diskussion um nachwachsende Rohstoffe und den Klima- und Umweltschutz in der Landwirtschaft als alternative Kulturpflanze in Deutschland immer mehr an Bedeutung.<br /> Diese Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss verschiedener agronomischer Maßnahmen, der standortbedingten Umweltvariabilität sowie der Sortenwahl auf die wertbestimmenden Eigenschaften (Strohertrag und Fasergehalt) von Faserhanf in Nordrhein-Westfalen zu untersuchen. Von dieser Zielsetzung ausgehend, wurde in zweijährigen Anbauversuchen mit der in Deutschland meistangebauten Hanfsorte Fedora 17 sowohl unter Versuchs- als auch unter Praxisbedingungen der Einfluss von zwei Aussaatstärken (108 und 216 kK/m²) und zwei Stickstoffstufen (60 und 120 kg/ha) getestet. Um den Einfluss dieser agronomischen Maßnahmen auf das Ertragspotenzial von Hanf genauer analysieren zu können, wurde die Versuchsanordnung unter Versuchsbedingungen um eine Saatstärke (162 kK/m²) und zwei Stickstoffstufen (0 und 40 kg/ha) erweitert. Zudem wurde im Versuchsanbau das Ertragspotenzial eines Sortenspektrums ermittelt.<br /> Ein Umwelteinfluss auf die wertbestimmenden Eigenschaften konnte zwar nachgewiesen werden, allerdings war es nicht möglich, die Bedeutung dieses Parameters im Vergleich zum Einfluss der Saatstärke oder Stickstoffdüngung eindeutig zu quantifizieren. Die ansteigende Saatstärke wies einen tendenziell – aber nicht statistisch nachweisbaren – negativen Einfluss auf die Ertragsleistung auf. Hinsichtlich der ansteigenden Stickstoffdüngung zeigte sich ein ausgeprägter Einfluss auf das Pflanzenwachstum, welcher sich jedoch kaum auf die wertbestimmenden Eigenschaften auswirkte. Eine Erkenntnis in diesem Zusammenhang war, dass das Düngungsoptimum häufig niedriger liegt als erwartet. Die Auswahl der Sorte hatte aufgrund des unterschiedlichen Reifeverhaltens einen Einfluss auf die wertbestimmenden Eigenschaften; spätreife Sorten erzielten im Mittel höhere Stroherträge als frühreife Sorten. Allerdings ist dieser Zusammenhang nicht direkt auf den Fasergehalt übertragbar, da auch frühreife Sorten vergleichbare Fasergehalte lieferten. Nach jetzigem Kenntnisstand, d. h. unter Berücksichtigung der Ergebnisse der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Anbauversuche und der verwendeten Literatur können folgende Aussagen für den Hanfanbau gemacht werden: Mit einer Aussaatstärke von 30-40 kg/ha, Stickstoffgaben zwischen 80-120 kg/ha und den Sorten Beniko (früh-reifend), Bialobrzeskie (mittel-frühreifend), Fedora 17 (mittel-reifend) oder Epsilon 68 (spät-reifend) können beim Hanfanbau in Nordrhein-Westfalen hohe Strohertragsleistungen bei mittlerem Fasergehalt erzielt werden.<br /> Die Bewertung des Hanfanbaus im Versuchsanbau und auf Praxisstandorten ergab, dass Hanf als Kulturpflanze unter den Bedingungen in Nordrhein-Westfalen anbauwürdig ist. Neben der Erweiterung der Fruchtfolge, den positiven Vorfruchteigenschaften und den vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten bietet der Anbau von Hanf als nachwachsender Rohstoff eine vielversprechende Alternative zu anderen Sonderkulturen. Allerdings wird Faserhanf nur dauerhaft in der heimischen Landwirtschaft als Kulturpflanze etabliert werden können, wenn durch den Vertragsanbau angemessene Erzeugerpreise im Vergleich zu herkömmlichen Kulturpflanzen erzielt werden können....
<strong>Influence of agronomic measures, environment and variety on traits defining the value of fibre hemp (Cannabis sativa L.) in North Rhine-Westphalia </strong><br /> In the last few years fibre hemp (<i>Cannabis sativa</i> L.) has been gaining more and more importance as an alternative crop in the ongoing discussion on renewable resources and the protection of the climate and the environment in agriculture.<br /> The aim of this study was to analyse the influence of varying agronomic measures, environmental variability determined by site as well as the choice of variety on the traits defining the value of hemp (straw yield and fibre content) with a focus on hemp cultivation in North Rhine-Westphalia. For this purpose Fedora 17, the hemp variety most often cultivated in Germany, was tested in two-year field trials under experimental conditions as well as in field cultivation with varying sowing densities (20 and 40 kg/ha) and levels of nitrogen fertilization (60 and 120 kg/ha). To analyse the influence of agronomic measures on the yield potential of hemp in more detail, an additional sowing density (30 kg/ha) and two further levels of nitrogen fertilization (0 and 40 kg/ha) were tested under experimental conditions. Furthermore the yield potential of a number of varieties was evaluated.<br /> Even though it was possible to verify an environmental influence on the traits defining the value of hemp, it was not possible to quantify the relevance of this parameter in comparison to the influence of the sowing density or the nitrogen fertilizer rate. Increasing the sowing density showed a tendency – not statistically proven – to have a negative influence on the yield. Higher levels of nitrogen fertilization showed a strong influence on plant growth, which however, hardly affected the traits defining the value of hemp. A conclusion was that the optimal level of nitrogen fertilization is often lower than anticipated. The choice of variety had an influence on the traits defining the value of hemp with regard to the maturation rate. As a rule, late maturing varieties achieved a higher yield than early maturing varieties. However, this result cannot be directly applied to the fibre content, as early maturing varieties also achieved comparable fibre contents. <br /> According to present knowledge, taking the results of the field trials conducted in this study and the literature evaluated into consideration, the following statement regarding cultivation of hemp can be made: high straw yield and fibre content can be achieved for hemp cultivation in North Rhine-Westphalia with sowing densities between 30-40 kg/ha, nitrogen fertilizer rates between 80-120 kg/ha and the varieties Beniko (early maturing), Bialobrzeskie (middle early maturing), Fedora 17 (middle maturing) or Epsilon 68 (late maturing).<br /> The comparative assessment of hemp cultivation under experimental conditions and in field cultivation showed that hemp can be recommended for cultivation under the condi-tions in North Rhine-Westphalia. In addition to diversification of crop rotation, the positive effects as a preceding crop and the large range of applications, the cultivation of hemp as a renewable resource offers a promising alternative to other specialised crops. However, hemp will only be successfully established as a crop in local agriculture if contract farming guarantees adequate predetermined returns in comparison to traditional crops....

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung der Treibhausgasemissionen von Spargel, Rhabarber und Erdbeeren, die mit Hilfe verschiedener Anbaumethoden zur Verfrühung des Erntezeitpunktes in Deutschland ...

The objective of the present study was to identify quantitative trait loci (QTL) for yield, yield components and water content in leaves as measured with the THz-sensor in a MAGIC population derived from eight different parents, the so called “founder of the German barley breeding”. The MAGIC double haploid (DH)-lines were genotyped with the Illumina 9K iSelect chip from TraitGenetics, Germany. Phenotypic values for 534 MAGIC DH-lines were scored in two consecutive years in an augmented designed pot experiment in a polytunnel under two different water conditions - well watered and terminal drought. <br /> QTL detection was carried out in SAS 9.2 with multi-locus analysis and cross validation which included marker, line nested in the marker genotype, treatment and their interaction. Epistatic interactions were calculated using the same program, including marker*marker interaction among others. Two mapping approaches were conducted, using either binary SNP marker data (BA), or haplotype information (HA) from each parent gained with R/mpMap. <br /> The QTL analysis of the DH-lines resulted in 108 putative QTL, 35 out of them mapped simultaneously with both approaches, four out of them with marker*treatment interaction allele effects. When the two approaches were compared, a greater power of allelic effect was detected with the HA. The best contributing parent could directly be assigned and multiple mean comparisons calculated. With this information, QTL QTkw.MAGIC.HA-2H.a could be identified as an improving QTL for thousand kernel weight under terminal drought conditions. The remaining allele effects for marker*treatment interaction did not differ significantly between the parental allelic mean determined with the haplotype approach. In comparison, the binary approach was able to map the allelic effects to smaller genetic intervals. Thus both mapping approaches have their advantages and disadvantages when applied to a multi-parent population, and therefore should be used in conjunction with each other when analysing this type of population. The results of epistatic interaction emphasised the importance of interaction between genomic regions in the characteristic value of agronomic traits. For the trait days to heading a reduction by 7.2 days was investigated by interaction between two regions. The genomic region on 5H, 206.4 cM was significantly involved, furthermore the marker sequence matched with that of a predicted protein sequence that regulates the phyto hormone auxin, which is involved in plant growth. Thus the present study demonstrates that the established MAGIC barley population is an important genetic resource and will be an ideal mapping population in which to investigate both, inheritance and interactions between gene regions....
<strong>Marker-Merkmal-Sensor Assoziation in einer multi-parent advanced generation intercross (MAGIC) Population in Gerste (Hordeum vulgare ssp. vulgare)</strong><br /> Im vorliegenden Projekt steht die Identifizierung von QTL bezüglich des Ertrags, Ertragskomponenten und für den Wassergehalt von Blättern, ermittel mit dem THz-Sensor, in einer acht Eltern MAGIC Population im Vordergrund. Dafür wurden 534 DH-Linien der MAGIC Population mit dem 9k iSelect chip von TraitGenetics, Germany, genotypisiert. Die Phänotypisierung erfolgte in zwei aufeinanderfolgenden Jahren in zwei Bewässerungsstufen - ausreichende Bewässerung und zeitlich begrenzter Wasserstress, in Topfversuchen in einem Folientunnel. Die QTL Kartierung wurde mit Hilfe von SAS 9.2 mit einer multi-locus Analyse und cross validation mit den Faktoren Marker, Bewässerung, DH-Linie genestet im Markergenotyp, und den entsprechenden Interaktionen durchgeführt. Epistatische Effekte wurden mit dem gleichen Modell unter Berücksichtigung der Marker*Marker Interaktion berechnet. Zwei unterschiedliche Auswertemethoden wurden zur QTL Kartierung verwendet, ein binäres Auswertesystem (BA) und die Haplotypeninformationen (HA) der acht Eltern ermittelt durch das Programm R/mpMap. <br /> Die QTL Kartierung mit beiden Auswertemethoden detektierte 108 putative QTL, davon 35 mit beiden Auswertemethoden, vier davon mit einer Marker*Bewässerung-Interaktion. Im Vergleich der Auswertemethoden konnte mit dem HA ein stärkerer Alleleffekt ermittelt werden, die allelischen Mittelwerte der Eltern berechnet, und dadurch Mittelwertvergleiche aller Eltern in allen Bewässerungsstufen berechnet werden. Mit Hilfe dieser Information konnte das QTL QTkw.MAGIC.HA-2H.a gemappt werden, welches ein vorteilhaftes Allel bezüglich Tausendkornzahl unter Trockenstress aufweist. Die restlichen allelischen Mittelwerte der Eltern aller QTL mit Marker*Bewässerung-Interaktion waren nicht signifikant zueinander. Mit dem BA konnte der genetische Effekt im Vergleich zu HA in ein kleineres genetisches Intervall gemappt werden. Beide Auswertemethoden haben Vor- und Nachteile, und sollten in einer Vielelternpopulation gemeinsam angewendet werden. Die Ergebnisse aus der Analyse der epistatischen Effekte hebt die Bedeutung dieses Phänomens zur Merkmalsausprägung von agronomischen Merkmalen hervor. Für den Blühzeitpunkt konnte eine Reduktion um 7,2 Tage im Zusammenspiel zweier Genorte berechnet werden. Dabei spielt die genomische Region auf 5H, 206,4cM eine wichtige Rolle, weiterhin stimmte die Markersequenz in dieser Region mit einer Sequenz für ein „predicted protein“ überein, welches Auxin reguliert, ein wichtiges Phytohormon im Pflanzenwachstum. Die vorliegende Arbeit demonstriert, dass MAGIC Populationen eine wichtige genetische Ressource bilden, um Vererbung und Interaktionen von Genregionen zu ermitteln....

Intensive human activities have contributed to the increase of tropospheric ozone. Ozone is toxic to plants and causes serious damage to crop production and global food supply. Therefore it is necessary to adapt crops to ...

Mit der vorliegenden Dissertation soll das ökologische Beziehungsgeflecht der Elsbeere (Sorbus torminalis) erfasst werden, einer in Deutschland seltenen, in zerstreuten, kleinen Populationen vorkommenden Baumart (Fam. Rosaceae). In den Jahren 2011 bis 2013 wurden Versuche zur Blüten- und Fortpflanzungsbiologie durchgeführt; auch wurden erstmalig die Tiere erfasst, welche die Ressourcen Blüten, Blätter und Früchte nutzen. Hauptziel dieser Arbeit ist es, die wechselseitigen Beziehungen zwischen Fortpflanzungssystem und Morphologie der Elsbeere einerseits und den Blütenbesuchern, Frugivoren und Herbivoren andererseits zu erfassen. Die Tiere wurden taxonomisch und autökologisch kategorisiert. Bei den Untersuchungsstandorten bei Bonn handelt es sich um eine Baumsamen-Plantage mit unbedrängten, gepfropften Elsbeeren und um einen seit Jahrzehnten forstlich nicht mehr genutzten Berghang des FFH-Gebiets Siebengebirge.<br /> Durch ihr generalisiertes Blütensyndrom sichert sich die konkurrenzschwache Elsbeere in allen für sie besiedelbaren Habitaten den größtmöglichen und von Umwelteinflüssen weitgehend unabhängigen Bestäubungserfolg. Die morphologischen und quantitativen Ausprägungen ihrer generativen Organe unterschieden sich signifikant je nach Standort. <br /> Die Bestäubungsversuche ergaben, dass durch Fremdbestäubung die höchste Anzahl an Samen je Frucht produziert wurde und somit die erfolgreichste von allen Bestäubungsvarianten war. Es gab Hinweise auf ein nicht vollständig funktionierendes gametophytisches Selbstinkompatibiltäts-System (GSI), welches zu einer Erhöhung des Homozygotiegrades führen kann, und entgegen früherer Erkenntnisse scheinen Apomixis und Autogamie bei der Elsbeere möglich zu sein. An der Plantage mit einer weitaus höheren Blütendichte wurden 78 Arten als Blütenbesucher dokumentiert, im Siebengebirge 37 Arten. <br /> Die Klopfschirmproben ergaben eine Phytophagen-Dominanz an beiden Standorten. Im Siebengebirge deutete der hohe Anteil parasitischer Hymenopteren auf eine höhere Spezialisierung dieser Gruppe hin sowie auf stabilere ökologische Verhältnisse und eine höhere strukturelle und floristische Biodiversität. In Folge des starken Befalls wurde die Elsbeerlaus (Dysaphis aucupariae) als sekundäre Nutzungsressource identifiziert, mit deren Auftreten die Zoodiversität in der Baumkrone erhöht wird. Durch die Züchtung von Schmetterlingsraupen mit Elsbeerlaub wurde ermittelt, dass 17 Lepidoptera-Arten die Elsbeere als Raupenfutterpflanze nutzen. <br /> Bei den frugivoren Vögeln konnten Stare und Drosseln als Haupt-Samenausbreiter bestätigt werden. Bei den Säugetieren wurden als potenzielle Samenverbreiter Rehe, Wildschweine und der Steinmarder mit einer Wildkamera eindeutig identifiziert. Die vorliegenden Untersuchungen führen zu einer für den Naturschutz positiven Erkenntnis: Die Elsbeere kann einen wertvollen Beitrag zu Arterhalt und Diversität einer Vielzahl von Insekten und frugivoren Vertebraten leisten und beim prognostizierten Klimawandel zur ökologischen Stabilisierung und Diversifizierung künftiger Forste beitragen....
<strong>The Significance of the Wild Service Tree (Sorbus torminalis L. Crantz) in Regard to Animal Ecology</strong><br /> This thesis aims to document the ecological web of the wild service tree (Sorbus torminalis) – a rare species of the Rosaceae family which in Germany occurs in scattered and small populations. During the years 2011 to 2013 research on flower visitors and reproduction biology were conducted and, for the first time, those animals were documented which use the tree´s annual resources flowers, leaves, and fruits. The main objective of this thesis is to record the mutual relationships between the reproductive system and the morphology of S. torminalis on the one hand and the flower visiting, frugivorous, and herbivorous animals on the other. These animals were classified taxonomically and autecologically. Both research sites are located near Bonn; one is a tree seedling plantation with grafted and generously spaced trees; the other is a slope on a hill in the nature reserve Siebengebirge (FFH, Flora-Fauna-Habitat-Directive) which has been taken out of forestry management for several decades.<br /> With its generalistic flower syndrome, the competitively weak service tree manages to ensure the greatest possible pollination success in all its suitable habitats. Due to the strong tree competition in the Siebengebirge, the two locations showed significant differences in the morphologies and quantities of the tree´s reproductive organs. <br /> Experiments proved that cross-pollination yielded the highest numbers of seeds per fruit which translated into the greatest reproduction success. There were signs pointing to a sometimes failing gametophytic self-incompatibility system (GSI) which can increase the degree of homozygosity. Contrary to literature, S. torminalis seems capable of apomixis and autogamy. On the plantation with its far greater flower density, 78 flower visiting species were recorded whereas the Siebengebirge location yielded 37 species.<br /> The beating tray results showed that the feeding guilds in both locations were dominated by phytophagous invertebrates. The high percentage of parasitic hymenoptera species in the Siebengebirge pointed to a higher specialization of this group and a more stable ecological situation as well as a higher structural and floral biodiversity there. As a consequence of a massive infestation with Dysaphis aucupariae, this aphid proved to be an abundant secondary food resource for many animals. The aphids increased canopy zoodiversity considerably. Rearing caterpillars exclusively with service tree leaves showed that also 17 butterfly species used the tree as a food resource.<br /> Starlings and thrushes were identified as main seed dispersers; a scouting camera captured roe deer, wild boars, and stone marten as potential seed dispersing mammals.<br /> The evaluation of the collected animal data leads to a positive insight for nature conservation: Wild service trees can considerably improve species conservation success and enrich the numbers and diversity of many invertebrate species as well as frugivorous vertebrates. And, last but not least, during a climate change, S. torminalis could help to ecologically stabilize and diversify future managed forests....

<strong>Genetische Kartierung von quantitativen Trait Loci im Zusammenhang mit Arsentoleranz und Akkumulation im Reis (<i>Oryza sativa</i> L.)</strong><br /> Reis (Oryza sativa. L) ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel der Welt, das von mehr als der Hälfte der Weltbevölkerung konsumiert wird und eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von Mineral- und Nährstoffen in die Nahrungskette spielt. Die wichtigsten Reisanbaugebiete der Welt, insbesondere in Südasien, werden jedoch durch Arsen (As), einem unerwünschten toxischen Element, bedroht. Der Anbau von Reis in Bangladesch und Indien ist abhängig von As-kontaminierten Grundwasserquellen, die zur Bewässerung der Reisfelder eingesetzt werden, wodurch sich der As-Gehalt im Oberboden erhöht. Eine Anreicherung von As in Reispflanzen hat einen erheblich negativen Einfluss auf die Gesundheit von Mensch und Tier. Ein Verständnis der genetischen Grundlagen über die Toleranz von Reis gegenüber As sowie die Aufnahme von As in die Pflanze, wird nützliche Informationen für Züchter liefern, um As sichere Sorten zu entwickeln. Diese Arbeit ist in vier Hauptteile gegliedert: (I) Screening verschiedener Genotypen auf eine neue Quelle von As-Toleranz. Die Arsentoxizität führt zu signifikant negativen Reaktionen der Pflanzen, einschließlich reduzierter Keimfähigkeit, reduzierter Biomasse, verkümmertem Pflanzenwachstum, reduziertem Blattchlorophyllgehalt und einer erhöhten As-Konzentration im Spross. Unter Feldbedingungen, variiert die As-Anreicherung im Korn stark mit dem Genotyp. Im Allgemeinen waren die Indica-Unterarten toleranter als die der Japonica-Unterarten. (II) Entwicklung von zwei dauerhaft abgebildete Populationen unter Verwendung der Rückkreuzung. Die erste Population besteht aus 230 Rückkreuzungs-Linien, die von einer Kreuzung aus Indica × Japonica-Sorten abgeleitet und mit 6K Single Nucleotide Polymorphism (SNP) Beadchip genotypisiert sind. Die Population zwei besteht aus 563 Linien, die aus der Kreuzung zwischen einem gemeinsamen Elternteil und elf Spendereltern abgeleitet und mit einem abstimmbaren Genotypisierungs-by-sequencing (tGBS)-Ansatz genotypisiert wurden, was zu 55.239 SNPs führte. (III) Population eins wurde 18 Tage unter 10 ppm As-Toxizitätsstress phänotypisiert. In der zweiten Population wurden Linien, die von vier Kreuzungen aus den elf Kreuzungen abgeleitet wurden, für die Phänotypisierung unter 5, 10 und 15 ppm As-Stress für 18 Tage sowie als Feldscreening für zwei aufeinanderfolgende Saisons betrachtet. Die Anreicherung von As im Spross stand im direkten Zusammenhang zu der As-Konzentration der Behandlung. Unter Feldbedingungen war der As-Gehalt in der Pflanze während der Trockenzeit deutlich höher im Vergleich zur Regenzeit. (IV) Quantitative Trait Locus (QTLs) Mapping für die mit As verbundenen Traits wurden mittels Assoziationsanalyse durchgeführt. Die Marker-Trait-Zuordnung wurde für As-bezogene Merkmale bestimmt. QTLs wurden auf mehreren Chromosomen (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 und 12) nachgewiesen, was auf eine komplexe genetische Struktur für die Toleranz gegenüber As-Toxizität hinweist. Zehn QTLs wurden für relativ tolerante Merkmale kartiert, sechs QTLs für den As-Gehalt im Spross, zwei QTLs für As-Gehalt im Pflanzenwurzel und zwei QTLs für As-Gehalt im Korn. Mehrere gemeinsame Loci wurden unter den Toleranzmerkmalen und dem As-Gehalt im Spross gefunden. QTLs, die auf den Chromosomen 8 und 6 kartiert waren, stimmten mit der vorherigen Studie überein und wurden für die As-Konzentrationen im Korn zum Reifestadium sowie für die Phosphor (P)-Konzentrationen im Keimlingsstadium, kolokalisiert....
Rice (Oryza sativa. L) is one of the world’s most important staple crops, consumed by more than half of the world’s population, and it plays a significant role in the entry of mineral nutrients into the food chain. Arsenic (As) is an unwanted toxic mineral that threatens the major rice-growing regions in the world, especially in South Asia. Rice production in Bangladesh and India depends on As-contaminated groundwater sources for irrigating paddy fields and in the presence of elevated amounts of As in the topsoil. Arsenic accumulating in rice plants has a significant negative effect on human and animal health. Understanding the genetic basis of As tolerance and uptake in rice will provide useful information for the breeders to develop As safe varieties. This thesis is structured into four major parts: (I) screening diverse genotypes for a new source of As tolerance. Arsenic toxicity leads to significantly negative plant responses, including reduced germination ability, reduced biomass, stunted plant growth, reduced leaf chlorophyll content, and increased shoot As concentration. Under field condition, As accumulation in grain vary considerably with the genotype. In general, Indica subspecies were more tolerant than those from the Japonica subspecies. (II) Development of two permanent mapping populations using backcross breeding approach. Population one consist of 230 backcross lines derived from a cross between Indica × Japonica varieties and genotyped with 6K single nucleotide polymorphism (SNP) Bead chip. Population two consist of 563 lines derived from the cross between one common parent and eleven donor parents. Genotyped with tunable genotyping-by-sequencing (tGBS) approach resulting in 55,239 SNPs. (III) Population one was phenotyped under 10 ppm As toxicity stress for 18 days. In the second population, lines derived from the four crosses out of eleven crosses were considered for phenotyping under 5, 10 and 15 ppm As stress for 18 days and field screening was carried out for two consecutive seasons. As accumulation is shoot was directly proportional to As concentration in the treatment. In field conditions As content in the plant was considerably high in the dry season than the wet season. (IV) Quantitative trait locus (QTLs) mapping for As related traits was carried using association analysis. Marker-trait association was determined for As-related traits. QTLs were detected on several chromosomes (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 and 12) indicating a complex genetic structure for As toxicity tolerance. Ten QTLs were mapped for relative tolerant traits, six QTLs for As content in shoots, two QTLs for As content in plant root and two QTLs for As content in grain. Several common loci were found among the tolerance trait and As content shoot traits. QTLs mapped on chromosome 8 and 6 were found to be consistent with a previous study and co-localized for As concentrations in grain at maturity and shoot phosphorus (P) concentrations at the seedling stage....

Arable soils usually store several thousand kg phosphorus (P) per ha, thus far exceeding the recommended P fertilizer dose to sustain crop yields. However, the soil profile is frequently not considered in fertilizer ...