Der Einfluss der Rhizosphärenbakterien Bacillus subtilis FZB 24, FZB 37, FZB 42, Bacillus pumilus RK 13 und Streptomyces graminofaciens und des Algenpräparates Goemar Fruton Spezial® (Ascophyllum nodosum) auf Wachstum, Ertrag und Toleranz gegenüber Fusarium spp. bei Spargel wurde untersucht. Es wurden mehrjährige Parzellenfeldversuche und Modellversuche unter kontrollierten Bedingungen mit natürlich Fusarium spp. belasteten Böden und mit speziellen Fusarium Erregern inokulierten Substraten durchgeführt. Die Analyse des verwendeten Nachbaubodens ergab eine wesentlich höhere Kontamination mit Fusarium spp. (56%) in Relation zum Fruchtfolgeboden (14%). F. oxysporum war die dominante Fusariumart. Desweiteren wurde eine ganze Reihe anderer Arten, wie z.B. F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum und F. culmorum bestimmt, was die Komplexität der Wurzel- und Stängelfäuleerkrankung belegt. Analog zu diesem Ergebnis konnten im Vergleich zur Fruchtfolgevariante von den in dem Nachbauboden kultivierten Spargelpflanzen signifikant mehr Fusarium spp. (80%) isoliert werden. Das Wurzelwachstum war hier extrem reduziert. Unter diesen konduktiven Bedingungen gelang es durch Rhizombakterisierung (107 cfu/ml) mit B. subtilis FZB 42, eine signifikante Förderung des Wurzelwachstums relativ zur unbehandelten Kontrolle und zur B. subtilis FZB 37 Variante zu erzielen. In Pathogenitätstests konnten F. culmorum, F. oxysporum und F. proliferatum als bedeutende Spargelpathogene mit signifikant reduzierter Trieb- und Wurzelmasse nachgewiesen werden, während F. acuminatum nur geringe Symptome verursachte. Eine bakterielle Saatgutbeizung (108 cfu/ml) und zusätzliche präinfektionelle Gießapplikation (107 cfu/ml) konnte eine Infektion mit F. oxysporum f.sp. asparagi nicht verhindern. Dennoch waren die negativen Effekte im Vergleich mit der nicht bakterisierten Kontrolle in den B. subtilis Varianten FZB 24 und vor allem bei FZB 42 deutlich kompensiert. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass eine Resistenz- bzw. Toleranzinduktion ein potentieller Wirkmechanismus der Bakterien ist. In den Feldversuchen erbrachte eine Bakterisierung einjähriger Rhizome (107 cfu/ml) zur Pflanzung und ergänzende Gießbehandlungen (108 cfu/ml/1l/m) in den folgenden 2 Jahren eine tendenzielle Reduzierung der Trieblänge und des Triebdurchmessers, insbesondere in Kombination mit dem Algenpräparat. Einen eindeutigen Einfluss auf das Sortierungsergebnis konnte nicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz hierzu resultierte eine Saatgutbakterisierung mit B. subtilis FZB 24 in einem generell geförderten Triebwachstum und einer signifikant gesteigerten Wurzelentwicklung. Auch die anderen Mikroorganismen erbrachten eine tendenzielle Wuchsförderung. Es konnte eine gesicherte Korrelation zwischen Wurzelmasse und Knospenanzahl ermittelt werden. Blattapplikationen mit Goemar Fruton Spezial® während der Hauptvegetationsphase hatten keinen Einfluss auf das Pflanzenwachstum. / The effects of the rhizobacteria Bacillus subtilis, Strain FZB 24, FZB 37and FZB 42, Bacillus pumilus RK 13, Streptomyces graminofaciens N6 and the alga Ascophyllum nodosum (Goemar Fruton Spezial®) on plant growth, yield and Fusarium spp. tolerance of Asparagus officinalis (L.) were investigated. The trials were carried out under field conditions over sev-eral years by sawing and planting and as pot trials in the greenhouse and climate chamber with soil naturally infested with Fusarium spp. and with steamed substrates inoculated with particularly Fusarium species. Asparagus replant soil was considerable higher infested with Fusarium spp. (56 %) than fresh soil without asparagus history (14 %). F. oxysporum was the most determined Fusarium species followed by F. redolens, F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum, F. solani a.o.. That indicates the complex character of root and crown rot of asparagus. From asparagus plants cultivated in replant soil a significant higher rate of Fusarium isolations (80 %) could be worked out compared to the fresh soil treatment. The root growth in the contaminated soil was extremely reduced. In these conductive situation bacterial treatments with B. subtilis FZB 42 done as rhizom soaking (107cfu/ml) resulted in significantly increased root growth up to 32, 9 % related to the non treated control. B. subtilis FZB 37 was ineffective. F. oxysporum, F. culmorum and F. proliferatum showed a high pathogenicity to asparagus seedlings, manifested in significantly reduced fresh and dry weights of shoots and roots, while F. acuminatum caused only slight symptoms. None of the tested microorganisms applicated as seed coating (108 cfu/ml) and substrate drenching before pathogen inoculation (107 cfu/ml) could prevent seedlings from being infected by F. oxysporum f. sp. asparagi. The negative effects of infection are significantly compensated by Bacillus subtilis FZB 42 and FZB 24. The results support the conclusion, that induced tolerance is a potential mechanism of bacterial mode of action. Under field conditions rhizom bacterization of one year old asparagus plants (107 cfu/ml) before planting and additional soil drenching (108 cfu/ml/1,5l/m) during the following two years reduced shoot length, shoot diameter and yield, especially in combination with Goemar Fruton Spezial®. There was no remarkable influence on spear quality. Seed coating with B. subtilis FZB 24 (108 cfu/ml) and a soil drenching (108 cfu/ml/1l/m) in summer however re-sulted in higher shoots and significantly increased fresh weight and dry substance of roots. But also the other tested microorganisms showed a plant growth promoting trend. There was a significant positive correlation between root fresh weight and number of buds. By spraying the phylloclads four times during the main vegetation season the alga application only gave a slight improvement of plant growth in the field trials.

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.

Der Gelbkörper (corpus luteum, CL) ist eine transitorische Drüse, die im Ovar nach der Ovulation gebildet wird und durch ihre Progesteron-(P4)-Produktion die Trächtigkeit unterstützt. Bei allen bisher untersuchten Säugetieren endet die sekretorische Aktivität der CL mit dem Ende der Trächtigkeit oder Laktation, danach werden die CL abgebaut. Der Zyklus von Katzenartigen, wie etwa der Hauskatze, folgt dem gleichen Muster. Anders verläuft der Zyklus bei Luchsen. Beim Eurasischen Luchs (Lynx lynx) und beim Pardelluchs (Lynx pardinus) persistieren die CL nach der Geburt für mehr als zwei Jahre und sezernieren weiter P4. Die vorgestellte Arbeit sollte die Funktion persistierender (per) CL im Luchs untersuchen und die Fortpflanzung von Katzen weiter aufklären. Dazu wurden grundlegende histologische und hormonelle Aspekte der Lutealphase analysiert und der Einfluss des apoptotischen Systems sowie die Rezeptivität gegenüber Steroiden bei der Regulation der CL-Funktion betrachtet. Die CL von Hauskatzen und Luchsen wurden histomorphologisch unterteilt. In allen Proben wurden intraluteales P4 und Östrogene bestimmt. Weiterhin wurde die mRNA- und, wenn möglich, die Proteinexpression der proapoptotischen Faktoren BAX, Caspase-3, FAS, Tumor necrosis factor (TNF), TNF Rezeptor 1 (TNFRSFA1) und der Überlebensfaktoren (BCL2, TNFRSFB1), sowie des Progesteronrezeptors (PGR), der PGR-Membrankomponente (PGRMC) 1 und 2, des Östrogenrezeptors (ESR) 1 und 2, des G-Protein-gekoppelten Östrogenrezeptors 1 (GPER1) und des Androgenrezeptors (AR) gemessen. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Lutealphase der Hauskatze durch FAS, Caspase-3 und die TNF Rezeptoren 1 und 2 reguliert sein könnte. Steroide könnten über ihre Rezeptoren PGR, PGRMC1 und PGRMC2, ESR1 und AR wirken. Die physiologische Persistenz der CL beim Luchs könnte über BCL2, FAS, TNFRSFB1, PGRMC1, PGRMC2, ESR1, GPER1 und AR vermittelt werden. / Corpus luteum (CL) is a transitory gland which forms in the ovary after ovulation and supports the pregnancy with its production of progesterone (P4). In all mammals studied so far, the CL loses its secretory activity after pregnancy and regresses from the ovary. The feline luteal cycle follows the same pattern, and CL of the domestic cat functionally and structurally regress after lactation. However, the story is different for the lynx. In the Eurasian (Lynx lynx) and Iberian (Lynx pardinus) lynx, CL persist after parturition, weaning and for up to two years, still retaining their ability to secrete P4. Current work was initiated to understand the control of unusual persistent (per) CL in lynx and to learn more about feline reproduction in general. For this, studies on the basic histological and endocrinological aspects of the feline luteal phase, as well as potential involvement of systems of apoptosis and steroid receptivity in the CL regulation were performed. Collected CL from domestic cats and lynx were classified based on their histomorphology. In all samples, intraluteal P4 and estrogens were measured. Moreover, mRNA and where possible protein levels were determined for pro-apoptotic BAX, caspase-3, FAS, tumor necrosis factor (TNF), TNF receptor 1 (TNFRSFA1), pro-survival BCL2, TNFRSFB1, and for progesterone receptor (PGR), PGR membrane components (PGRMC) 1 and 2, estrogen receptors (ESR) 1 and 2, G protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER1) and androgen receptor (AR). The results suggest that the luteal phase of the domestic cat is potentially regulated by caspase-3, FAS, TNFRSF1A, TNFRSF1B, and by actions of steroids via PGR, PGRMC1, PGRMC2, ESR1 and AR. Physiological persistence of Iberian lynx CL might be mediated by BCL2, FAS, TNFRSFB1, PGRMC1, PGRMC2, ESR1, GPER1 and AR. Current work indicates profound differences between the CL function and regulation in domestic cats and lynx, and promotes a highly species-specific approach in reproduction studies.

Umweltveränderungen kommen natürlicherweise vor und viele Spezies waren im Laufe ihrer Evolutionsgeschichte davon betroffen. Durch die Aktivitäten des Menschen jedoch finden diese in höherer Geschwindigkeit und größerem Umfang statt und stellen so für viele Spezies eine neue Herausforderung dar. Einen großen Einfluss auf die Umwelt nimmt der Mensch durch Verschmutzung, welche zu Veränderungen der Physiologie der Organismen und deren Verhalten führen und damit Einfluss auf die Populationsdynamik und letztendlich auf die Biodiversität haben kann. In meiner Dissertation untersuchte ich den Einfluss durch Bergbau ausgelöster Trübung auf das Verhalten und die soziale Struktur des Guppys. Er nutzt soziale Interaktionen für eine höhere Effizienz bei der Nahrungssuche und Räubervermeidung. Die Nutzung sei-nes dafür eingesetzten Sehsinns ist bei Trübung stark eingeschränkt. Ich untersuchte die Reaktion Trübung unerfahrener Fische aus Labor und Feld auf Trübung. Es zeigte sich, dass beide ihre sozialen Interaktionen in trübem Wasser verringerten. Eine zusätzliche Markow-Ketten-Analyse ergab aber auch, dass Laborfische Kontakte zu bestimmten In-dividuen der Gruppe verstärkten und Feldfische ihre initiierten Kontakte behielten. An-schließend studierte ich den Unterschied der sozialen Struktur Trübung erfahrener und - unerfahrener Fische. Trübung erfahrene Fische erhöhten die Gesamtzahl der Interaktio-nen, reduzierten jedoch die Anzahl der initiierten Kontakte im Gegensatz zu unerfahre-nen Fischen. Diese Strukturänderung, vermute ich, erhöht den Zusammenhalt und damit den In-formationsfluss im Schwarm. Die Ergebnisse von Folgeversuchen, nämlich der Erhalt der Paarungsanzahl und die effektivere Vermeidung einer Räuberattrappe bei Trübung er-fahrenen Fischen, unterstützen diese Vermutung. Die Arbeit zeigt, dass Guppys in der Lage sind, sich durch Änderung Ihrer sozialen Struktur an trübe Verhältnisse anzupas-sen. Dies könnte auch Einfluss auf ihre Populationsstruktur haben. / Most species have been subjected to environmental changes during their evolutionary history. However, due to human activity, environmental changes are currently occurring at higher speeds and on a greater scale, presenting new challenges for many species. Pollution, as a major type of human-induced environmental change, may not only affect physiology but also behaviour, thereby affecting population dynamics and consequently biodiversity. The topic of my dissertation is the effect of turbidity from quarrying on the behaviour and social association pattern of the guppy (Poecilia reticulata). Turbidity impairs the fish’s ability to use visual cues during social interactions, which in turn helps increases efficiency of foraging and avoiding predators. I investigated the initial re-sponse of guppies to turbidity and subsequently tested whether turbidity-experienced vs turbidity-inexperienced populations differ in their social association patterns and how they cope with ecological challenges. Both lab-reared and wild-caught guppies that were inexperienced with turbidity reduced social associations in turbid water in con-trast to turbidity-experienced fish. A Markov chain analysis revealed that lab-reared guppies increased associations with particular neighbours. Similarly, wild-caught gup-pies maintained the number of initiated associations under turbid conditions. The in-crease in non-initiated associations suggests a stronger connectivity within the shoal, leading to higher information transmission in a poor visual environment. Additional results showed that this altered social structure enabled turbidity-experienced fish to maintain the frequency of mating attempts in turbidity and to avoid predation risk. This suggests that guppies have the ability to adjust to turbidity, but with major changes in their social structure, which might have an impact on population dynamics.

Zusammenfassung Die Asteraceae Brachycome dichromosomatica ist eine besonders geeignete Spezies, um B-Chromosomen zu analysieren. Die auf den B-Chromosomen-lokalisierte 45S rDNA wurde auf Ursprung und Funktion untersucht. Die Mikrodissektion von B-Chromosomen und PCR-Amplifikation ermöglichte es, B-Chromosomen-spezifische ITS2-Sequenzen der 45S rDNA zu erhalten. Auffallend bei dieser Analyse waren zwei beständige Differenzen zwischen den Sequenzen von A- und B-Chromosomen. Phylogenetische Untersuchungen identifizierten keine Spezies, die eine ITS2-Sequenz hatte, die ähnlicher zu der B-Chromosomen-ITS2-Sequenz war als die A-Chromosomen-ITS2-Sequenz von B. dichromosomatica. Es wurde ein Ursprung der B-Chromosomen in der Zeit vor der Ausbildung der vier Cytodeme von B. dichromosomatica postuliert. Die Analyse der Assoziationen von Mikro-B-Chromosomen mit dem Nukleolus ergab, dass 70% der Mikro-B-Chromosomen nicht mit dem Nukleolus assoziierten. Die hohe Frequenz von nichtassoziierten Mikro-B-Chromosomen weist auf eine Inaktivität der Mikro-B-Chromosomen-lokalisierten 45S rDNA hin. Die Immunfluoreszenzmarkierung zeigte, dass sich das Chromatin der A- und B-Chromosomen deutlich in der euchromatischen Histon-H3-Methylierung unterscheidet. Während die A-Chromosomen deutliche Immunfluoreszenzsignale aufwiesen, zeigten die Mikro-B- und Standard-B-Chromosomen nur eine schwache Markierung mit Antikörpern gegen Histon H3K4me1,2,3, H3K9me3 und H3K27me2,3. Die heteropygnotischen, mit Tandem-Repeats angereicherten Mikro-B-Chromosomen waren dabei noch weniger mit diesen euchromatischen Markierungen gekennzeichnet als die Standard-B-Chromosomen. Keine Unterschiede zwischen den A- und B-Chromosomen wurden für die heterochromatischen Markierungen Histon H3K9me1,2 und H3K27me1 gefunden, was darauf hinweist, dass die B-Chromosomen nicht spezifisch durch zusätzliche heterochromatische Histonmarkierungen gekennzeichnet sind. / Summary The Asteraceae Brachycome dichromosomatica is a suitable species for the analysis of B chromosomes (Bs). The origin and activity of micro B-located 45S rDNA of was analysed. Microisolation of Bs and PCR with internal transcribed spacer 2 (ITS2)-specific primers succeeded in the isolation of B-specific ITS2-sequences. ITS2 was sequenced for micro B, large B and A chromosomes, and conserved differences were identified between sequences originating from A and both types of Bs. Phylogenetic analysis did not identify a species that contained an ITS2 sequence that was more similar to either of the B’s sequences than that of the B. dichromosomatica A chromosomes (As). Thus, an origin of the Bs from As at a time prior to the divergence of the four cytodemes of B. dichromosomatica is suggested. Because 70% of micro Bs did not co-localize with the nucleolus I conclude that micro B-located 45S rDNA is not constitutively transcribed. Immunofluorescence demonstrates that the chromatin in A and both types of Bs differs markedly in euchromatic histone H3 methylation marks. While A chromosomes are labelled brightly, the micro B and large Bs are faintly labelled with antibodies against H3K4me2/3, H3K9me3 and H3K27me2/3. The heteropycnotic, tandem-repeat enriched micro Bs were even less labelled with euchromatic histone H3 methylation marks than large Bs. No differences between A and Bs were found as to the heterochromatic marks H3K9me1/2 and H3K27me1, indicating that Bs are not additionally labelled by heterochromatin typical histone H3 modifications. 1

Um die Erhaltung und Nutzung der beiden gefährdeten, hochwertigen Baumarten Pyrus pyraster und Sorbus torminalis zu fördern, wurden Methoden der in vitro Kultur und der Kryokonservierung evaluiert und optimiert. Kryokonservierung von Sorbus torminalis wird erstmalig beschrieben. Als Explantatquellen dienten Winterknospen, überwiegend von selektierten Bäumen aus Nachkommenschaftsprüfungen. Von den geprüften Faktoren Nährmedienzusammensetzung, Kulturgefäß, Schneidetechnik, Temperatur, Pikiertermin und physiologischer Zustand der Explantate erwies sich letzterer als entscheidend. Die Reiser mit den Winterknospen wurden in zwei aufeinander folgenden Jahren im November, Dezember, Januar, Februar und März geerntet und sowohl direkt als auch nach 2-monatiger Lagerung bei +5°C bearbeitet. Bei Pyrus führte Ernte im März zu den besten Ergebnissen der in vitro Kultur. Die besten Ergebnisse der Kryokonservierung wurden von Ernten im November bis Januar erzielt. Bei Sorbus differierten die Ergebnisse der in vitro Kultur zwischen den Jahren so stark, dass keine Aussage möglich war. Bei der Kryokonservierung waren die Erntetermine Dezember und Januar erfolgreich. Zur Kryokonservierung von in vitro Material wurden die Alginat-Einkapselung und die Droplet-Technik geprüft. Mit Pyrus wurden mit der Droplet-Technik Vitalitätsraten zwischen 7 und 13% erzielt, wenn eine bisher unveröffentlichte Kombination von Vorbehandlungen und PVS2-Vitrifizierung eingesetzt wurden. Die Kryokonservierung wirkte sich im Vergleich weder positiv noch negativ auf Wachstum und Entwicklung aus. Die Diskrepanz zwischen der Nutzung der tiefen Dormanz der Knospen und des damit verbundenen natürlichen Frostschutzes für die Kryokonservierung einerseits und der Vermeidung von tiefer Dormanz bei Etablierung von in vitro Kulturen wegen der damit verbundenen Wachstumshemmung andererseits wird diskutiert. / To facilitate conservation and utilization of the endangered valuable tree species Pyrus pyraster and Sorbus torminalis methods of in vitro culture and cryopreservation were evaluated and optimized. Cryopreservation of Sorbus torminalis is described for the first time. The explant sources were dormant winter buds, mainly from selected trees from progeny trials. The evaluation of media composition, culture vessel, cutting technique, date of pricking and physiological state proved the latter to be crucial. Twigs with winter buds were harvested in two subsequent years in November, December, January, February and March and were processed immediately and after two months of storage at +5°C. With Pyrus, the best results in in vitro culture were obtained after harvest in March while for cryopreservation harvest in November to January proved to be best. With Sorbus, the results in in vitro culture differed between the years and no conclusion could be drawn. Cryopreservation was successful after harvest in December and January. Encapsulation in alginate and the droplet-technique were evaluated for the cryopreservation of in vitro material. Vitality rates of 7 to 13% were achieved with Pyrus using the droplet-technique with a combination of pre-treatments and PVS2-vitrification not published so far. In comparison, cryopreservation was of neither positive nor negative influence on growth and development. The discrepancy between deep dormancy of buds being useful for cryopreservation because of its natural frost protection and the need to avoid it because it impedes in vitro culture is discussed.

Eine der drängendsten Fragen des 21. Jahrhunderts ist die Sicherstellung der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung unter Berücksichtigung zukünftiger klimatischer und umweltpolitischer Aspekte. In dieser Doktorarbeit werden die wichtigsten, für eine höhere Nahrungsmittelproduktion erforderlichen Prozesse, wie Intensivierung, Flächenausdehnung und Handel, sowie deren Interaktionen mit der Umwelt näher untersucht. Diese Prozesse fließen in das globale, ökonomische Landnutzungsmodell MAgPIE ("Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment") ein. Das Modell simuliert räumlich expliziten Landnutzungswandel und untersucht damit verbundene Vorgänge und Einflüsse, wie die landwirtschaftliche Produktion, internationaler Handel, Produktionskosten, Emissionen und Wassermangel. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die Bedeutung des Wechselspiels zwischen Intensivierung und Flächenausdehnung. Regionen, wie Afrika, der Mittlere Osten, Südasien und China benötigen hohe Investitionen in technischen Fortschritt um der wachsenden Nachfrage standzuhalten. Zunehmende Handelsliberalisierung reduziert das Bedürfnis zur Produktivitätssteigerung mit Ausnahme von Lateinamerika, wo aufgrund komparativer Vorteile der Landwirtschaft höhere Produktivitätssteigerungen und stärkere Flächenausdehnungen beobachtet werden. Bezüglich drohenden Wassermangels hat eine Handelsöffnung in den meisten Fällen positive Auswirkungen, da wasserarme Regionen aufgrund vermehrter Importe Wasser sparen können. Dies trifft jedoch nicht auf Australien, Japan und Teile Zentralasiens zu, die durch erhöhte Exporte ihre knappen Wasserressourcen stärker beanspruchen. Die Einbindung von Regeln zum Waldschutz in einen globalen Emissionshandel könnte weitere Entwaldung verhindern. Gleichermaßen würde ein geringerer Konsum von tierischen Produkten in entwickelten Ländern zu einer geringeren Ausbeutung der Wasserressourcen in wasserknappen Gebieten führen. / One of the most prevailing questions in the 21st century is how to provide enough food for a growing population under increasing environmental and climatic constraints. In this thesis, I will examine the most important processes behind higher food production, like intensification, cropland expansion, and international trade, and its interaction with the environment. The processes are implemented in the global economic land use model MAgPIE ("Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment"), which simulates spatially-explicit land use and land use change. Moreover, it examines procedures related to agricultural production, trade, production costs, greenhouse gas emissions, and water scarcity. Results of the thesis reveal the importance of the interplay between intensification and cropland expansion. Countries in Africa, the Middle East and South and East Asia require high investments in technological change to cope with future demand. Trade liberalisation lowers required yield improvements but leads to additional deforestation, especially in Latin America due to comparative advantages in agriculture. In terms of water scarcity, an opening of trade has foremost positive implications since water-scarce regions can save water through imports. This does not hold for Australia, Japan, and Central Asia, which additionally strain their water resources due to higher exports. Appropriate policies on international level can diminish the impact on environment and climate. The inclusion of avoided deforestation into a global emission trading scheme would be able to prevent deforestation. Similarly, policies reducing the consumption of animal products in developed countries would lower the pressure on water resources in water-scarce regions.

Die Zusammenarbeit von Bauern, Beratern, Forschern und ihren Organisationen zur Entwicklung des ländlichen Raumes befindet sich in Brasilien in einer Krise. Es fehlen Entscheidungen und überzeugende Vorschläge seitens der Regierung für die Zukunft der landwirtschaftlichen Beratung. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Forschung und Beratung in Brasilien und der Zusammenarbeit der Akteure im ländlichen Raum beizutragen. Als eine spezifische Form der Partizipation wird die Partnerschaft eingeführt, bei der die Akteure Organisationen sind und deren Wirkung über die mikrosoziale Ebene hinaus die meso- und makrosoziale Ebene einbezieht. Zunächst werden die bisher in der brasilianischen Agrarforschung und Beratung vertretenen Konzepte untersucht. Das Verständnis ihrer Grenzen und Möglichkeiten erlaubt, den Spielraum für die Einführung neuer Ansätze besser einzuschätzen. In der Arbeit werden zwei partizipative Erfahrungen im brasilianischen Bundesstaat Pará als Fallbeispiele aufbereitet: eine Entwicklungsorientierte Forschung mit Gruppen von Bauern im Rahmen einer Partnerschaft zwischen einer Forschungsorganisation (LAET) und einer Bauernorganisation (MPST) und der Aufbau eines landwirtschaftlichen Beratungsdienstes (Lumiar). Die Tatsache, daß beide Projekte im gleichen Kontext in der Region der Transamazônica angesiedelt sind, erleichtert das Verständnis der verschiedenen Dimensionen von Partizipation und Partnerschaft. Die Fallstudien werden in einem Dialog zwischen Theorie und Praxis anhand von Schlüsselelementen analysiert: Einstellung, Motivation und Fähigkeit; Bedarf; Macht; Organisationen; Konflikte; Vertrauen und Verhandlungen. Die Arbeit gelangt zu der Schlußfolgerung, daß eines der größten Probleme in der Praxis die Unklarheit über die Art der Partnerschaft ist, die unterschiedlich eng gestaltet werden kann. Im Prinzip wird die Möglichkeit der partizipativen Zusammenarbeit zwischen verschiedenen sozialen Welten (Bauern, Forscher, Berater) bestätigt, wobei deren wesentliche Schwierigkeit die Vermittlung zwischen verschiedenen Interessen ist. Erst durch die Einbeziehung der Ebene der Organisationen mit ihren Interessen können die Handlungen der Akteure verstanden werden, die auf diesem Niveau durch die zunehmende Notwendigkeit gekennzeichnet sind, Ungewißheitszonen zu sichern. Hegemoniestreben und die Gefahr von Mißverständnissen werden größer. Machtbeziehungen und Konflikte sind normale Erscheinungen, mit denen die Forscher und Berater umzugehen lernen müssen. Die Freiheit der Akteure bietet Spielraum zur Verwirklichung neuer Ansätze, beschränkt jedoch auch ihre verordnete Einführung. Einerseits ermöglicht sie die Einbindung offizieller Institutionen in die Agrarentwicklung. Andererseits verwandeln sich Organisationen, die als homogen angesehen werden, in zahlreiche Akteure mit unterschiedlichen Interessen. Verhandlungen sind im allgemeinen keine Auseinandersetzung um Argumente, sondern es geht um Interessen und Macht. Vertrauen kann es wegen der Machtbeziehungen und der zu ihrer Aufrechterhaltung notwendigen Ungewißheitszonen nur in eingeschränktem Maße geben und ist eher auf die mikrosoziale Ebene beschränkt, wo Strategien und Machtspiele eine geringere Rolle spielen. Zahlreiche Phänomene offenbaren sich erst durch die Aktion, darunter die Verhältnisse zwischen den Beteiligten, der soziale Bedarf und die Motive für die Zusammenarbeit. Die Integration zwischen Forschung und Beratung sowie die Zunahme von Interdisziplinarität kann nur durch die Auseinandersetzung vor Ort erreicht werden. Subjektive Faktoren, an erster Stelle Empathie, spielen eine entscheidende Rolle bei der Beratung, der Verhandlung und der Konfliktbehandlung. Die Erfahrungen aus den Fallstudien werden zu einem Vorschlag für einen kombinierten Forschungs- und Beratungsdienst aufgearbeitet. Dieser ordnet sich in die aktuellen Bemühungen um eine Neudefinition der Dienstleistungen für die bäuerliche Landwirtschaft ein, bei der die brasilianische Bundesregierung und die Bauernorganisationen Auseinandersetzungen und Dialoge um Veränderungen in der Agrarpolitik führen. / The cooperation among farmers, extensionists, researchers and their organisations to develop the rural areas in Brazil is in a crisis. Decisions as well as convincing proposals from the government are lacking about the future of the rural extension. The aim of this work is to contribute to the improvement of research and rural extension services in Brazil and also the cooperation among the actors in the rural areas. Partnership is introduced as a specific form of participation, in which organisations are the actors. Its impacts go beyond the micro social level to include the meso and the macro levels. Current approaches in Brazilian research and rural extension are analyzed first. Based on an understanding of their limits and possibilities, the opportunities for the introduction of new approaches are evaluated. Case studies on two participatory experiences in the Brazilian state of Pará are presented in this work: a research project with farmer groups in a partnership between a research organisation (LAET) and a farmer`s organisation (MPST), and the creation of a rural extension service (Lumiar). The fact that these studies are situated within the same context in the Transamazonian region facilitated the assessment of the various dimensions of participation and partnership, allowing the analysis of the research as well as the extension aspects. The case studies are discussed through key elements: attitude, motivation, ability, demand, power, organisations, conflicts, trust and negotiations. The results show that one of the biggest problems was the uncertainty about the type of partnership, which may take different forms: distant or close. The results of the dialogue between theory and practice, which were structured by the key elements, confirm the possibility of participatory work among different social worlds (farmers, researchers and extensionsts), whose main problem is the mediation between different interests. Only through the consideration of the organisational level can the actions of the actors be understood, which are characterized at this level by the growing need to protect uncertainty zones. The search for hegemony becomes relevant and the danger of disagreement grows. Power relations and conflicts are natural phenomena which the researcher and the extensionist have to learn to deal with. The actors´ freedom of action provides opportunities for the introduction of new approaches. However, it also limits its regulated implementation. Organisations, initially considered homogeneous, turn into many actors with diverse interests. In negotiations, arguments are less important than interests and power. Because of the power relations and the uncertainy zones, trust is only possible in a limited way. That is why it is more limited to the micro social level, in which the strategies and the power games play a minor role. Many phenomena only become apparent through action, such as the relationship between the stakeholders, their social needs and reasons for cooperation. The integration of research and extension, as well as an increase in interdisciplinarity can be achieved only through common action on the local level. Subjective factors, especially empathy, play a decisive role in advising, negotiation and conflict management. Based on the case studies, a proposal is presented for an integrated research and extension service. It can be part of the current efforts aimed at redefining services for smallholder agriculture, in which the Brazilian government and farmers` organisations are using confrontation and dialogue to achieve changes in the agrarian politics.

Die pilzlichen Erreger der Tomate Alternaria solani und des Manioks Colletotrichum gloeosporioides f.sp. manihotis verursachen große Ertragsausfälle in Westafrika. In der vorliegenden Arbeit wurden die Blattkrankheiten nach Applikationen mit wässerigen Extrakten aus Westafrika (Ausgangsmaterial: organischer Haushaltsmüll) unter kontrollierten Bedingungen unterdrückt. Im Pathosystem Tomate - A. solani erzielten die Extrakte eine Befallsverminderung um bis zu 94 % im Vergleich zur Kontrollvariante und im Maniok - C. gloeosporioides wurde die Anzahl der gebildeten Acervuli/cm² Blattoberfläche bis um 87 % reduziert. Der primäre Wirkmechanismus der Extrakte gegen die Pathogene ist Antagonismus, hervorgerufen von den Mikroorganismen in den Extrakten. Isolierte Bakterien aus den Extrakten hemmten das Wachstum der Pathogene in Plattentests, was auf die Bildung von fungistatischen Substanzen zurückzuführen war. Die Bakterien, die aus den Extrakten isoliert und identifiziert wurden, gehörten überwiegend zu den Bakteriengattungen Pseudomonas und Bacillus. Die Extraktionsbedingungen nahmen in Hinblick auf die Wirksamkeit der Extrakte gegen die Pathogene eine wichtige Stellung ein. Die Untersuchungen zeigten einen Zusammenhang zwischen gestiegener Mikroorganismenanzahl und Befallsreduktion. Durch die Auswahl optimaler Extraktionsbedingungen erhöhte sich die Anzahl der Koloniedichte in den Extrakten; dies führte zur einer stärkeren Befallsreduzierung an der Tomate und am Maniok. Hierbei waren die Umgebungstemperatur und die Häufigkeit des Durchmischens des Kompost-Wasser-Gemisches von besonderer Bedeutung. Extrakte, die während der Extraktionszeit einer Temperatur von 20°C ausgesetzt waren, erzielten eine stärkere Befallsreduzierung von A. solani an der Tomate und wiesen eine höhere Mikroorganismendichte auf als Extrakte, die einer Temperatur von 30°C und 35°C ausgesetzt waren. Tägliches Durchmischen des Wasser-Kompost-Gemisches während der Extraktionszeit erhöhte die Mikroorganismendichte um das Siebenfache in den Extrakten und die Wirksamkeit gegen A. solani und C. gloeosporioides im Vergleich zu den Extrakten, die nur zu Beginn durchmischt wurden. Die Lagerungszeit der fertigen Komposte hatte einen Einfluß auf die Mikroorganismendichte der wässerigen Extrakte sowie auf deren Wirksamkeit. Extrakte, die aus frischen Komposten hergestellt wurden, zeigten einen besseren suppressiven Effekt gegen die Pathogene und wiesen eine höhere Mikroorganismenanzahl auf als Extrakte, deren Komposte schon länger gelagert worden waren. Die Anreicherung der Extrakte mit dem Formulierungshilfsstoff Xanthan steigerte die Wirksamkeit der Extrakte gegen A. solani an Tomatenpflanzen und gegen C. gloeosporioides f.sp. manihotis an abgetrennten Maniokblättern. Angereicherte Extrakte reduzierten den Befall um bis zu 46 % mehr als der Extrakt ohne Formulierungshilfsstoffe, während die Steigerung der Wirksamkeit nach Anreicherung mit Alginat oder Zellulose eine Abhängigkeit von der Herkunft der Komposte zeigte. Eine erhöhte ß-1,3-Glucanase-Aktivität wurde am vierten Tag nach der Applikation von Extrakten an der Tomate und an der Batate festgestellt. Diese Ergebnisse belegen die Bedeutung von Spritzbehandlungen mit wässerigen Kompostextrakten gegen die Pathogene A. solani und C. gloeosporioides f.sp. manihotis und stellen eine erfolgversprechende Alternative zur Bekämpfung von Pilzkrankheiten in Westafrika dar. / Great yield losses of cassava in West Africa are caused by fungal pathogens that also affect tomato, e.g. Alternaria solani and Colletotrichum gloeosporioides f sp. manihotis. In the present study these foliar diseases were effectively suppressed under controlled conditions after application of watery compost extracts to tomato and cassava The disease incidence of A. solani on tomato was reduced up to 94 % and the number of the acervuli produced on the surface of cassava leaves was reduced up to 87% compared to the control treatment. Reduction is due to antagonistic effects of the microorganisms in the extracts towards the pathogens. Bacterial strains isolated from the extracts suppressed the growth of the pathogens in dual-culture-tests due to the production of antibiotics. Bacteria isolated and identified from the extracts were mostly pseudomonas and bacillus strains. The conditions used for extraction of compost played a significant role for their effectiveness against different pathogens. The investigations showed that optimisation of extract conditions increased the density of microorganisms in the extracts and led to a higher disease reduction on tomato and cassava plants. Temperature and stirring frequency of the compost - water mixture during the extraction period were very important factors for increased effectiveness. Extracts incubated at 20 °C during the extraction period caused a higher disease reduction on tomato and showed a higher density of microorganisms, than extracts that were incubated at 30 or 35 °C. Daily stirring of the compost - water mixture during the extraction period increased the density of microorganisms in the extracts sevenfold and increased the effectiveness against A. solani and C. gloeosporioides compared to the extract that was stirred only once at the beginning. The Effectiveness as well as the density of the microorganisms were depended on the incubation time of the compost extracts. Extracts produced from fresh composts showed greater suppressive effects against pathogens and higher densities of microorganisms than extracts of composts that were stored for a longer time. Enrichment of the extracts with the formulate substance xanthan increased the effectiveness against A. solani on tomato plants and against C. gloeosporioides on detached leaves of cassava and reduced the disease incidence up to 46% compared to the extract without formulate substances. The increase of the effectiveness after enriching with alginate was depended on the origin of the compost. An increased ß-1,3- glucanase activity were determined on tomato and sweet potato leaves 4 days after the application of the extracts onto the plants. The results of this study show that watery compost extracts can be successfully applied against the cassava and tomato pathogens A. solani and C. gloeosporioides f. sp. manihotis and offers easily applicable methods for the reduction of fungal diseases in West Africa.

Fischgemeinschaften in Seen sind zunehmenden Umweltveränderungen unterworfen. Die Analyse des Einflusses abiotischer und biotischer Faktoren auf die Größenstruktur von Fischgemeinschaften ist entscheidend, um die Entwicklung von Seeökosystemen im Zuge von Umweltveränderungen vorhersagen zu können. Es ist jedoch schwierig Fische in Seen zu beproben, da Fanggeräte selektiv sind. Die Qualität und Vergleichbarkeit von Fischfängen durch Angler, Kiemennetze, Schleppnetze und Hydroakustik wurden untersucht. Anglerfänge eignen sich begrenzt für vergleichende Fischbestandsuntersuchungen. Vertikale Hydroakustik eignet sich für die Fischbiomassequantifizierung in geschichteten Seen. Der Beprobungsaufwand von Kiemennetzen kann reduziert werden, wenn zeitnah hydroakustische Untersuchungen statt finden. Schleppnetze eignen sich für die Beprobung von pelagischen Fischen in tiefen Seen. Die Größenstruktur von Fischgemeinschaften unterschied sich auf regionaler und überregionaler Ebene entlang abiotischer und biotischer Gradienten. Die regionale Studie zeigte, dass tiefe nährstoffarme Seen mit hohen Raubfischabundanzen durch mehr große Fische gekennzeichnet waren. Nährstoffreiche Flachseen mit wenigen Raubfischen zeigten höhere Anteile von mittleren Fischgrößen. Im überregionalen Vergleich führten Temperaturpräferenzen der Fischarten zu zwei Fischgemeinschaften, die sich in ihrer Größenzusammensetzung unterschieden. Ein hoher Anteil großer Salmoniden war typisch für hochgelegene Kaltwasserseen im Norden und Süden Europas. Flachlandseen mit Kühl- und Warmwasserfischen zeichneten sich durch eine Dominanz von kleinen Fischen aus. Das lässt vermuten, dass Fischgemeinschaften in Flachlandseen relativ robust gegenüber Umweltveränderungen reagieren. Kaltwasserfischgemeinschaften könnten im Zuge der Klimaerwärmung starken Änderungen unterliegen, da eine Veränderung in der Artenzusammensetzung von einer Verschiebung in der Größenstruktur hin zu mehr kleinen Fischen begleitet sein wird. / Lake fish assemblages are increasingly exposed to environmental change in their habitats. The investigation of abiotic and biotic factors and their effects on the size structure of lake fish is essential for predicting the response of fish assemblages to environmental change. However, sampling of lake fish is challenging because sampling gears are selective. The quality and correspondence of fish catches from angling, gillnetting, trawling and hydroacoustics were analysed. Non-standardised catch data from recreational angling were of limited quality for a comparison of fish stocks. Vertical hydroacoustics is an efficient method to quantify fish biomass in stratified lakes. Sampling effort of multi-mesh gillnets can be reduced when fish abundance estimates are derived from contemporarily operating hydroacoustics. Trawling is useful to sample pelagic fish assemblages in deep lakes. The size structures of fish assemblages differed on a small and a large geographical scale along gradients of abiotic and biotic lake descriptors and differences in fish assemblage composition. At a small geographical scale assemblages in deep and less nutrient-rich lakes with high predator abundances were characterised by a higher proportion of large fish. Shallow nutrient-rich lakes with few predators were characterised by more medium-sized fish. At a large geographical scale thermal optima of fish generated two types of assemblages with different size structures. A high proportion of large salmonids was observed in coldwater lakes at high elevation sites in northern and southern Europe. Lowland lakes with cool- and warmwater fish were dominated by small-sized individuals. The results suggest that lowland lake fish assemblages are relatively robust against environmental change. Coldwater fish assemblages instead may suffer dramatic consequences from global warming as expected species shifts are likely to be accompanied by shifts in the size structure towards smaller individuals.