Eine Veränderung der Standortfaktoren, beispielsweise bedingt durch den Klimawandel, kann mehr oder minder starke Effekte auf die Lebensbedingungen von Pflanzen ausüben. In landwirtschaftlich genutzten Ökosystemen betrifft dies sowohl die Kulturpflanzen, als auch die mit ihnen vergesellschaftete Ackerunkrautflora. In den vergangen Jahrzehnten konnten Veränderungen in der Abundanz, der Physiologie und der geographische Verbreitung einzelner Unkrautarten festgestellt werden. Die Verbreitung von Unkräutern wird im Allgemeinen durch ein plastisches Verhalten gegenüber ökologischen Faktoren (z.B. Temperatur, Feuchte, Boden usw.), oder durch eine Adaption an diese, durch die Konkurrenzbeziehungen zueinander, sowie zur Kulturpflanze und durch anthropogene Einflüsse bestimmt. In Ackerunkrautfloren wird verstärkt ein Wandel der Zusammensetzung des Artenspektrums und eine Verschiebung der Bedeutung einzelner Arten beobachtet. Unkräuter, die aktuell lediglich auf Ruderalstandorten, oder in geringem Abundanzen vorkamen („sleeper weeds“), erfuhren durch die Veränderung ihrer Umweltbedingungen die Gelegenheit zur Ausbreitung. Demgegenüber stehen Unkrautarten, die bereits in einem Gebiet etabliert sind und möglicherweise mit Verschiebungen (Zu- und Abnahmen) im Verbreitungsgebiet reagieren. Dabei ist ein besonderes Augenmerk auf Ausbreitungstendenzen von konkurrenzstarken Neophyten, aber auch auf sleeper weeds zu legen. Aus den klein- und großräumigen Areal- und Nischenverschiebungen folgen mögliche Gleichgewichtsveränderungen zwischen den Nutzpflanzen und den Unkräutern. Diese können zu Ertragsverlusten in Ackerkulturen führen und erfordern gezielte Anpassungsmaßnahmen in der Unkrautbekämpfung. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen veränderter Umweltbedingungen, insbesondere der für die Zukunft prognostizierten Klimabedingungen, auf Ackerunkräuter für den Raum Niedersachsen für das Jahr 2100 zu untersuchen. Dies wurde anhand von zwei unterschiedlichen Methoden - von prozessbasierten, experimentellen Gefäßversuchen und von korrelativer bioklimatischer Nischenmodellierung mit einem maximum Entropieansatz- für eine Auswahl an Unkrautarten vorgenommen. Der Fokus lag dabei auf drei Unkräutern, die Tendenzen zeigen, ihre Verbreitung in Europa zu verändern, und die aktuell in unterschiedlicher Häufigkeit in Niedersachsen vorkommen: Abutilon theophrasti, Datura stramonium und Iva xanthiifolia. Sie repräsentieren eine Artengruppe mit ähnlichen ökologischen Merkmalen: kompetitive, ruderale, stresstolerante, wärmeliebende, sommerannuelle C3-Ackerunkräuter. Ein Vorkommen dieser Arten wirkt sich negativ auf die landwirtschaftliche Produktivität aus; Iva xanthiifolia kann zusätzlich durch Allergene schädlich auf die menschliche Gesundheit wirken. Die in Rahmen dieser Arbeit durchgeführten manipulativen experimentellen Studien erfassten, wie sich veränderte Umweltbedingungen in Form einer Temperaturerhöhung (Umgebungstemperatur +2,5°C) und einer Reduktion der Bodenfeuchte (Feuchtigkeit des Bodens zwischen -0,1 bis -1,5 MPa) im Vergleich zu Umgebungstemperatur und guter Wasserversorgung (-0,0036 MPa) in unterschiedlichen Bodenarten (Lehm, Ton, Torf und Sand), sowie deren Wechselwirkungen, auf die Auflaufcharakteristika und das Wachstum der untersuchten Unkräuter auswirkten. Das Auflaufverhalten der Unkräuter war wesentlich durch die Umgebungsbedingungen (Nischenbedingungen) beeinflusst. Die Anwendung eines linearen gemischten Models und Ereigniszeitanalyse ergaben, dass Trockenheit die Anzahl der aufgelaufenen Keimlinge, und auch die Wahrscheinlichkeit, dass diese in den meisten Umweltbedingungen auflaufen könnten, verringerte. Dies war ergänzend in Umweltkombinationen mit erhöhter Temperatur und sandigen Boden signifikant feststellbar. Bei trockenen Bedingungen konnte die höchste Auflaufrate in torfhaltigen Bodenfestgestellt werden. Es konnte zudem nachgewiesen werden, dass für I. xanthiifolia die erhöhte Temperatur und reduzierte Wasserverfügbarkeit außerhalb der Optimalbedingungen für das Auflaufen lagen. Als direkte Fortsetzung des Auflaufexperimentes, unter selbigen Umweltbedingungen wie in der Auflaufphase, folgte das Wachstumsexperiment. Es zeigte sich, dass eine Erhöhung der Temperatur und eine verringerte Wasserverfügbarkeit sich negativ auf vegetative Merkmale (z.B. Gesamtpflanzenbiomasse, Blattfläche oder Wurzellänge) der untersuchten Unkräuter auswirkten. Torf -und tonhaltige Böden boten bessere Wachstumsbedingungen bei Trockenheit und Erwärmung als andere Bodentypen. Ein positives Pflanzenwachstum von I. xanthiifolia war stärker in guten Feuchtigkeitsbedingungen und kühleren Temperaturen festzustellen. Für A. theophrasti und D. stramonium konnte eine gesteigertes Wachstum in torf -und tonhaltige Böden unter Trockenheit und Erwärmung beobachtet werden. Diese beiden Arten wiesen eine höhere Plastizität als I. xanthiifolia in allen getesteten Nischenbedingungen auf. Die Ergebnisse aus den experimentellen Versuchen zeigten, dass unter zukünftigen klimatischen Bedingen besonders in torf- und sandhaltigen Böden stärker Veränderungen im Wachstums- und Auflaufverhalten der Unkräuter auftreten könnten. Des Weiteren schließen wir aus unseren experimentellen Ergebnissen, dass der prognostizierte klimatische Wandel das Auflauf- und Wachstumsverhalten von I. xanthiifolia beeinträchtigen könnte. Für A. theophrasti und D. stramonium leiteten wir hingegen aus ihrer hohen Toleranz gegenüber einem breiten Spektrum von Nischenbedingungen einen Vorteil unter den für die Zukunft prognostizierten klimatischen Bedingungen ab. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine ökologische Nischenmodellierung für die drei betrachteten Unkrautarten mit der Software MaxEnt erstellt. Die Modellierung wurde von Jana Bürger durchgeführt. Alle von ihr bearbeiten Teile, sind als dieses gekennzeichnet und sind von den Eigenteilen klar ersichtlich und voneinander abgrenzbar. Die Ergebnisse zeigten, basierend auf geeignetem Habitatszuwachs oder -verlust, dass die prognostizierten Klimabedingungen mäßige bis starke Auswirkungen auf die potentielle Verbreitung der Zielunkrautarten in Niedersachsen ausüben könnten. Die relevanten Umweltfaktoren (z. B. Temperatur, Feuchte, Boden, Landnutzug und Landbedeckung) für die potentielle zukünftige Verbreitung und Habitateignung unterschieden sich für die einzelnen Unkrautarten. Die Ergebnisse der Artverbreitungsmodellierung ergaben für A. theophrasti eine andere Aussage als die manipulativen Experimente. Das Model beschrieb eine mögliche Abnahme des potentiellen Verbreitungsgebietes und der Habitateignung für diese Art in Niedersachsen, wohingegen die Gefäßversuche eine hohe Plastizität und Toleranz gegenüber unterschiedlichen Nischenbedingungen ergaben. Bei den anderen beiden Arten stimmten die Ergebnisse der Modellierung mit den experimentellen Ergebnissen insofern überein, als dass eine mögliche Zunahme der Habitateignung für D. stramonium und eine Abnahme für I. xanthiifolia in Niedersachsen prognostiziert wurde. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass obwohl die untersuchten Unkräuter als eine Gruppe von Arten mit ähnlichen ökologischen Merkmalen ausgewählt wurden, unterschiedliche artspezifische Reaktionen in Bezug auf ihre Morphologie und ihre Verbreitung unter künftigen klimatischen Bedingungen zu erwarten sind. Des Weiteren sollten zukünftige Untersuchungen zu einem Ackerunkrautwandel neben veränderten Umweltbedingungen auch einer Veränderung der Landnutzung (Anbauspektrum) und der Bewirtschaftungsweise (Fruchtfolgen, Bodenbearbeitung, Pflanzenschutzmaßnahmen) einen höheren Stellenwert einräumen. Dieser integrative Ansatz, welcher manipulative Experimente und ökologische Nischenmodellierung verband, erklärte die aktuelle und die zukünftige potentielle Verbreitung und Habitateignung präziser, als eine getrennte Analyse es ermöglicht hätte. Ein solch kombinierter Ansatz kann zu einer höheren Vorhersagegenauigkeit der Auswirkungen von veränderten Umweltbedingungen auf Pflanzen- und Ökosystemprozesse in Niedersachsen beitragen.

Raps (Brassica napus L.) ist die bedeutendste Ölpflanze in Deutschland. Der Ertrag wird jährlich durch den Befall von Schädlingen bedroht. Zum Einsatz kommen im konventionellen Anbau verschiedene Insektizide. Der Befall mit Rapsstängelrüsslern (Ceutorhynchus napi GYLL.) kann bis zu 70 % Minderertrag zur Folge haben. Entscheidend für die Ausprägung des Schadens ist der Vorgang der Eiablage. Mit der Eiablage gibt das Weibchen ein Sekret ab, welches das Stängelmark schädigt und die charakteristischen Symptome hervorruft. Die Symptome sind Stauchung der Pflanzen, verdrehte und aufgeplatzte Stängel. Die Wunden können Eintrittspforten für pilzliche Erreger sein. Die Eier bzw. Larven, die im Stängel schlüpfen und sich vom Stängelmark ernähren, sind mit konventionellen Insektizidbehandlungen nicht erreichbar. Der Schaden durch erwachsene Tiere ist, abgesehen von der Eiablage, unerheblich. Im Hinblick auf die Biologie von Insekten sind die Temperatureinflüsse von außen maßgeblich. Für den Klimawandel wird eine Erwärmung für Niedersachsen vorhergesagt von 2°C für die nahe Zukunft und 4°C für den Zeitraum 2070 - 2100. Ziel dieser Studie war es mit verschiedenen Versuchen den Einfluss des Klimawandels auf die Schädling-Pflanzen Beziehung zu benennen. Dazu gehörte ein Feldversuch, der angesetzt wurde um die Ausprägung des Schadens durch den Rapsstängelrüssler an zwei verschiedenen Sorten zu vergleichen. Des Weiteren wurde untersucht wie sich eine erhöhte Bodentemperatur auf die Wirtspflanze und deren natürlicher Befall sowie das Schlupfen der erwachsenen Rüssler auswirkt. Im Labor wurden die Eiablage, die Lebensdauer und die Fertilität erwachsener Weibchen unter Einfluss unterschiedlicher Temperaturen beobachtet. Im Zuge des Klimawandels wird sich neben der Temperatur auch die Regenverteilung verändern. Deshalb befasste sich abschließend ein Versuch mit der Auswirkung von Trockenstress auf das Duftstoffspektrum von Raps. Die Ergebnisse dieser Studie sind ebenso vielfältig wie die Versuche selbst. Der Feldversuch hat keine Unterschiede des Befalls zwischen zwei Sorten gezeigt. Im Frühjahr bevorzugten die RSR die frühe Sorte und wechselten später auf die späte Sorte. Eindeutige Präferenzen waren nicht erkennbar. Indikatoren für die Ausprägung des Schadens kristallisierten sich nicht heraus. Innerhalb der Göttinger Bodenerwärmungsanlage wurde deutlich, dass die Erhöhung der Bodentemperatur auf 2°C und 4°C einen signifikanten Einfluss auf das Wachstum der Rapspflanzen hatte. Dies spiegelte sich auch in den Befallshäufigkeiten wieder. Die großen Pflanzen aus den erwärmten Bereichen wurden zur Eiablage der weiblichen Rapsstängelrüssler bevorzugt. In den erwärmten Bereichen wurden auch eine Woche früher 50 % des Schlupf der Erwachsenen erreicht. Die Eiablage ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur ist, desto signifikant mehr Eier werden gelegt. Es wurde ein Unterschied deutlich im Temperaturbedürfnis des Ei-Schlupf und in der Mortalitätsrate, ob die Temperatur gleichförmig oder wechselnd auf die Eier einwirkt. Die Fertilität und die Lebensdauer der erwachsenen Weibchen wurden nicht von der Temperatur beeinflusst. Trockenstress verändert das Duftstoffspektrum von Rapspflanzen. Es gibt Unterschiede in der Zusammensetzung der Duftstoffprofile und in der Intensität der abgegebenen Stoffe. Diese werden verändert durch den Trockenstress sowohl als auch durch den Fraß der erwachsenen Rüsslern. Diese Versuche waren der Anfang für die Erforschung des Klimawandels am Beispiel der Interaktion zwischen Raps und Rapsstängelrüsslers. Abschließend müssen weitere Versuche den komplexen Einfluss des Klimawandels auf dieser Beziehung klären.

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The present investigation was undertaken in order to develop a method that would result in a synchronous in vitro maturation of nucleus and cytoplasm of porcine oocytes. A series of nine experiments was set up to compare various types and combinations of sera and porcine follicular fluid (pFF). A further important investigative feature was the testing of the use of a goat serum antibody against the maturation-inhibiting hormone inhibin. In addition, two feeder layer systems were tested as to their suitability for the in vitro maturation of porcine oocytes and their in vitro cultivation when fertilised. The oocytes were harvested by cutting open ovarian follicles of slaughtered peripubertal sows. They were washed three times in PBS + 10% foetal calf serum (FCS) and subsequently transferred to a maturation medium (TCM199 + Protein source/Feeder layer), where they were incubated at 39°C and 5% CO2 for 46 hours. In Experiments 1 - 4, the percentage of metaphase II oocytes that developed was determined (maturation rate). In Experiments 1 and 2, the cultured oocytes were stained with Giemsa and the degree of expansion of the mucified cumulus oopherus after maturation was assessed. The Giemsa stain was replaced by Lacmoid stain in Experiments 3 and 4. In Experiments 5 - 9, the oocytes matured in vitro were fertilised in order to ascertain the efficiency of their cytoplasmic maturation. In these latter five experiments, both the rate of cellular division and the integrity of the blastomeres' cytoplasm were investigated (FDA staining). Also, the number of zygotes containing two or m! ore embryonal nuclei were counted (Hoechst A 33342 staining). In the first experiment of this series, the influence of different concentrations of FCS on the maturation rate of porcine oocytes was tested (n = 192 - 258 oocytes/group). From the results of this experiment, the recommended concentration of FCS needed to be added to the basic maturation medium (TCM199) was found to be 5% as this resulted in the best maturation rate (48%), and an optimally expanded cumulus (quality 1) in 47% of the oocytes. A slightly higher degree of maturation (50%) tended to be present when just 1% FCS was added, but only 23% of the oocytes had an optimal expansion of their cumulus oophorus. The generally used standard of adding 10% FCS to the maturation medium provided only middling success (39% maturation rate, 23% quality I oocytes). The fundamental necessity of FCS in the maturation medium was also confirmed by the results from the first test group where no FCS was present: just 27% metaphase II oocytes developed and only 17% had an optimally expanded cumulus. Experiment 2 looked at the effects of an inhibin-antibody-containing goat serum on the maturation of porcine oocytes (n = 162 - 307 oocytes/group). The first control group grown with only 10% pFF showed the best degree of maturation both with respect to the rate of maturation and the expansion of the cumulus oopherus (83% and 87%, resp.). The groups of oocytes grown in maturation media containing anti-inhibin antibodies did not grow so well as those with pFF, but they tended to grow better than those groups without this antibody (61% and 70% vs 64% and 61%, resp.). As a second control group grown with a heat-inactivated goat serum without the anti-inhibin antibodies resulted in the poorest results (47% maturation rate). It can be concluded that the addition of the anti-inhibin antibody promotes maturationof porcine oocytes The third experiment (n = 61 - 86 oocytes/group) looked anew at the use of various concentrations of the anti-inhibin goat serum, whereby in this series pFF was used as the basic protein source and not, as in Experiment 2, the heat-inactivated goat serum. All three media containing the anti-inhibin antibody tended to have better maturation rates than the three media without this antibody (71%, 71% and 65% vs 58%, 67% and 68%, resp.). In Experiment 4, twelve different test groups (n = 74 - 116 oocytes/group) were set up in order to test not only the effect of differing serum concentrations, but also the influence of two feeder-layer combinations on the in vitro maturation of porcine oocytes. All the test groups with a feeder layer [Buffalo Rat Liver cells (BRL) or porcine oviduct feeder layer (pEIL); Groups 2,3,5,6,8,9,11 and 12] showed significantly better degrees of maturation than the test groups without feeder layers (Groups 1,4,7,10). The best maturation results were attained with 10% pFF and a BRL feeder layer (88% metaphase II oocytes), where less than half of these developed in the culture media without serum/pFF and a feeder layer (40% metaphase II oocytes). The test groups with both the antibody-containing goat serum and pEIL or BRL tended to grow better than those groups with the non-heat-inactivated goat serum and a pEIL or BRL feeder layer (81% and 78% vs 74% and 70%, resp.). Maturation rates ! of 79% were achieved in the test groups 11 and 12 grown with BRL or pEIL but without serum or pFF, which shows that a feeder layer can replace the function of serum in in vitro culture. In order to test their degree of cytoplasmic maturation, the oocytes in Experiment 5 were not stained directly after maturation but were fertilised in vitro and their rate of division was determined (n = 109 - 139 oocytes/group). Using the same test situation as in Experiment 3, more oocytes were matured and fertilised. Those test groups without the anti-inhibin antibody which had shown a poor result in Experiment 3 showed in this new test series a tendency for a higher rate of division (32%, 32% and 34%). Those oocytes grown on media with the lowest concentrations of anti-inhibin exhibited an equivalent rate of division to this. In comparison, the group which had exhibited the highest maturation rate in Experiment 3 - the group grown on the medium containing only 10% pFF - now showed the lowest rate of division (25%). As the test situation for these two experiments were the same, this result indicates that there is a great discrepancy between the degree of nuclear and cytopl! asmic maturation induced by the various additives to the basic culture medium. The degree of cytoplasmic maturation of the oocytes was then assessed in Experiment 6 (n = 158-220 oocytes/group). The test situations in this experiment, whereby the oocytes were cultured with a feeder layer mirrored those set up in experiment 4. The best rates of division occurred in the culture with 9% pFF, 1% anti-inhibin and a BRL feeder layer (38%). The worst results occurred in the culture without either a protein source or a feeder layer. The rate of division of all the other test groups lay between 25 and 32%. In Experiment 7, a complex system of judgement for the classification of the test groups was used (n = 84-137 oocytes/group). The rate of division, the integrity of the cytoplasm and the number of nuclei after in vitro fertilisation were assessed for every oocyte. The design of this experiment was the same as for Experiment 6. The worst results for all three criteria were found in those test groups without a feeder layer. A cultivation constellation of 9% pFF, 1% anti-inhibin and a BRL feeder layer produced the best results for the rate of division, vitality and the percentage of zygotes with 2 or more nuclei (39%, 89% and 40%, resp.). The cultures with 9% pFF, 1% anti-inhibin and pEIL had a 35% rate of division, 94% vital oocytes and 50% fertilised oocytes containing 2 or more nuclei. These two methods of cultivation can both, therefore, be recommended for the in vitro maturation of porcine oocytes. Experiment 8 considered the use of a feeder layer not only for the maturation phase but also for the subsequent culture of the embryo (n = 68-80 oocytes/group). The best results in both culture phases were obtained with a BRL feeder layer system (66% division rate, 84% vital oocytes and 78% oocytes with 2 or more nuclei). In comparison, the maturation and embryo cultures without feeder layers exhibited a rate of division of 18%, 48% vital oocytes, and 25% oocytes with 2 or more nuclei. As in comparison to the feeder-layer-supported embryo cultures, there were significantly poorer results for all three parameters in those cultures where a feeder layer was not used during the embryonal culture phase, it may be concluded that within the scope of this research work, feeder layers have a positive effect on both these phases of oocyte cultivation. In Experiment 9, in vitro matured oocytes were compared with in vivo matured oocytes (n = 127-130 oocytes/group). The immature oocytes were matured in vitro on oviduct feeder layers and then cultivated, while the mature oocytes were collected from superovulated sows. The success of the different maturation systems were then tested by embryo transfer. The mature oocytes in each group were fertilised in vitro and the resulting embryos were implanted in synchronised recipient sows. A viable pregnancy could not be produced in any of the test groups.