Teilprojekt I: „Analyse des Anbaus von Leguminosen in Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen“ Teilprojekt II: „Ermittlung des N-Ertrages und der symbiotisch gebundenen N-Menge im legumen Zwischenfruchtbau in Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen“ Teilprojekt III: „Kalkulation der symbiotischen N2-Fixierleistung der im Ackerbau im Freistaat Sachsen angebauten Leguminosen (Zeitraum 2000 bis 2005)“ Teilprojekt IV: „Ermittlung des Schwellenpreises für den Einsatz biologisch-regenerativer Verfahren der Stickstoffversorgung im konventionellen Landbau in Sachsen“

Ab einem Preisniveau von 2 Euro/kg für industriell hergestellten Stickstoff wird der Leguminosenanbau durch die biologische Stickstofffixierung in der konventionellen Landwirtschaft wirtschaftlich vorteilhaft. Körnermais und teilweise Winterraps können dann von Ackerbohnen aus den Fruchtfolgen verdrängt werden. Dies wurde mittels Linearer Programmierung für einen durchschnittlichen landwirtschaftlichen Betrieb in Sachsen errechnet. Kleearten und Luzerne als Futterpflanzen werden unter diesem Blickwinkel aber erst ab Kosten von 2,30 Euro/kg Industriestickstoff konkurrenzfähig gegenüber Silomais. Letztlich entscheiden vor allem die Preis-Kosten-Relationen von Betriebsmitteln und Agrarerzeugnissen über den Einsatz der biologischen Stickstoffgewinnung. Dazu wurden zwei Szenarien dargestellt. Nicht zu erwarten ist, dass stark steigende Preise für Mineralstickstoffdünger in Zukunft zur vermehrten Umstellung auf ökologischen Landbau führen werden, einem Anbausystem, das sich fast vollständig auf die legume Stickstoffbindung stützt.

Ab einem Preisniveau von 2 Euro/kg für industriell hergestellten Stickstoff wird der Leguminosenanbau durch die biologische Stickstofffixierung in der konventionellen Landwirtschaft wirtschaftlich vorteilhaft. Körnermais und teilweise Winterraps können dann von Ackerbohnen aus den Fruchtfolgen verdrängt werden. Dies wurde mittels Linearer Programmierung für einen durchschnittlichen landwirtschaftlichen Betrieb in Sachsen errechnet. Kleearten und Luzerne als Futterpflanzen werden unter diesem Blickwinkel aber erst ab Kosten von 2,30 Euro/kg Industriestickstoff konkurrenzfähig gegenüber Silomais. Letztlich entscheiden vor allem die Preis-Kosten-Relationen von Betriebsmitteln und Agrarerzeugnissen über den Einsatz der biologischen Stickstoffgewinnung. Dazu wurden zwei Szenarien dargestellt. Nicht zu erwarten ist, dass stark steigende Preise für Mineralstickstoffdünger in Zukunft zur vermehrten Umstellung auf ökologischen Landbau führen werden, einem Anbausystem, das sich fast vollständig auf die legume Stickstoffbindung stützt.

Teilprojekt I: „Analyse des Anbaus von Leguminosen in Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen“ Teilprojekt II: „Ermittlung des N-Ertrages und der symbiotisch gebundenen N-Menge im legumen Zwischenfruchtbau in Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen“ Teilprojekt III: „Kalkulation der symbiotischen N2-Fixierleistung der im Ackerbau im Freistaat Sachsen angebauten Leguminosen (Zeitraum 2000 bis 2005)“ Teilprojekt IV: „Ermittlung des Schwellenpreises für den Einsatz biologisch-regenerativer Verfahren der Stickstoffversorgung im konventionellen Landbau in Sachsen“

Bradyrhizobium japonicum ist ein Bodenbakterium, welches in der Lage ist mit der bedeutenden Agrarpflanze Sojabohne zu interagieren und deren Wachstum zu fördern. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genistein-Stimulon und verschiedenen Stressantworten von B. japonicum mittels Mikroarrayanalyse bestimmt. 101 Gene werden nach Genisteinzugabe induziert. NodW ist der Hauptaktivator der Genistein-induzierbaren Gene, welche zum Großteil kein nod-Box-Motiv in der Promotorregion aufweisen. Einzig acht Gene, wovon sieben für Transportersysteme kodieren, zeigen in der NodW-Mutante 613 nach Genisteinzugabe weiterhin ein erhöhtes Expressionsniveau. In weiterführenden Arbeiten konnte für zumindest ein Transportersystem (Bll4319/Bll4320/Bll4321) neben der Genistein-Abhängigkeit auch eine Regulation durch den Genistein-abhängigen TetR-Regulator FrrA nachgewiesen werden [Günther 2007; Bhandari 2008]. Dies zeigt, dass NodW in weiterführende Regulationskaskaden eingebunden sein muss, wobei diese in der vorliegenden Arbeit nicht näher charakterisiert wurden. Die Mikroarraydaten geben lediglich Hinweise auf mögliche Regulationskaskaden. Anhand der Mikroarraydaten liegt die Vermutung nahe, dass die Transkriptionsaktivierung des lateralen Flagellenclusters ebenfalls einer indirekten NodW-abhängigen Regulation unterliegt. Durch Pflanzentests war bekannt, dass es B. japonicum 901 möglich ist, den NodW-Defekt bei der Nodulation der Wirtspflanzen zu überwinden [Grob et al. 1993]. Dies beruht auf die Überexpression des 2-Komponentenregulators NwsB. So können Symbiose-relevante Gene wie die nod-Box-assoziierten Gene ähnlich dem Wildtyp nach Genistein-Zugabe induziert werden. NwsB ist aber nicht in der Lage, das Flagellarcluster der lateralen Flagellen (bis auf blr6846) nach Genistein-Zugabe zu induzieren. Dies bedeutet, dass trotz der hohen Ähnlichkeit zwischen den 2-Komponentenregulatoren NodW und NwsB, die Bindestellen in der Promotorregion der Genistein-induzierbaren Genen nicht identisch sind. Die NodD1-Mutante 1267 ist in der Lage, weiterhin Knöllchen mit allen Wirtspflanzen von B. japonicum zu bilden [Göttfert et al. 1992], was wahrscheinlich auf ein funktionelles NodW als Hauptaktivator der nodYABC-Operons zurückzuführen ist. Anhand der Mikroarraydaten ist festzustellen, dass kein weiteres nod-Box-assoziiertes Operon in der NodD1-Mutante 1267 verstärkt exprimiert vorliegt. Dies könnte bedeuten, dass NodW die Transkription von nodD1 und des nodYABC-Operons startet und später durch NodD1 in der Aktivierung der nod-Box-assoziierten Gene unterstützt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die transkriptionelle Stressantwort von B. japonicum hinsichtlich pH 4, pH 8, 80 mM NaCl, Hitzeschock und Temperaturstress analysiert. Dabei konnten sowohl Aussagen über Gene, welche in die allgemeine als auch in die spezifische Stressantwort eingebunden sind, getroffen werden. Die transkriptionelle Antwort auf pH 8 war mit 1636 differenziell exprimierten Genen die umfangreichste Stressantwort der vorliegenden Arbeit. Hierbei konnte gezeigt werden, dass B. japonicum bei pH-Stress besonders Gene der pHi-Homöostase aktiviert. Dies umfasst sowohl Transportergene als auch enzymatische Gene. Interessant waren die differenziell exprimierten Gene, welche bei pH 8 verstärkt und bei pH 4 verringert exprimiert vorlagen. Diese Gene besitzen im Promotorbereich eine RegR-Box und sind in der transkriptionellen Aktivierung von RegR abhängig [Lindemann et al. 2007]. Aufgrund der Homologie des RegSR-Systems von B. japonicum mit dem pH-abhängigen ActSR-System von S. meliloti besteht die Möglichkeit, dass RegSR ebenfalls in die pH-abhängige Regulation dieser Gene eingebunden ist. Neben solch spezifischen Stressantworten konnte auch eine allgemeine Stressantwort ermittelt werden. So weisen fünf Gene ein gleiches Expressionsmuster in den untersuchten Stressanalysen dieser Arbeit auf. blr5264 kodiert hierbei für einen 2-Komponenten-Hybridsensor und -Regulator und könnte als Regulator in die allgemeine Stressantwort von B. japonicum eingebunden sein. Aus diesem Grund wurde Blr5264 in GscR (general stress control regulator) umbenannt. Mittels Mutagenese von gscR wurde B. japonicum D826 erzeugt, dessen Transkriptom bezüglich Salzstress und Hitzeschock verifiziert wurde. Es wurden 87 Gene identifiziert, welche bei Stresseinfluss von GscR abhängig sind. Hierunter sind sieben verringert exprimierte Gene, welche bei Stress im Wildtyp verstärkt exprimiert vorliegen. Diese scheinen demzufolge bei Stress durch GscR transkriptionell aktiviert zu werden. Das interessanteste Gen war hierbei blr7881, welches für einen ArsR-Typ-Regulator kodiert und einen weiteren Schritt in der allgemeinen Stressantwort von B. japonicum sein könnte.

Bradyrhizobium japonicum ist ein Bodenbakterium, welches in der Lage ist mit der bedeutenden Agrarpflanze Sojabohne zu interagieren und deren Wachstum zu fördern. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genistein-Stimulon und verschiedenen Stressantworten von B. japonicum mittels Mikroarrayanalyse bestimmt. 101 Gene werden nach Genisteinzugabe induziert. NodW ist der Hauptaktivator der Genistein-induzierbaren Gene, welche zum Großteil kein nod-Box-Motiv in der Promotorregion aufweisen. Einzig acht Gene, wovon sieben für Transportersysteme kodieren, zeigen in der NodW-Mutante 613 nach Genisteinzugabe weiterhin ein erhöhtes Expressionsniveau. In weiterführenden Arbeiten konnte für zumindest ein Transportersystem (Bll4319/Bll4320/Bll4321) neben der Genistein-Abhängigkeit auch eine Regulation durch den Genistein-abhängigen TetR-Regulator FrrA nachgewiesen werden [Günther 2007; Bhandari 2008]. Dies zeigt, dass NodW in weiterführende Regulationskaskaden eingebunden sein muss, wobei diese in der vorliegenden Arbeit nicht näher charakterisiert wurden. Die Mikroarraydaten geben lediglich Hinweise auf mögliche Regulationskaskaden. Anhand der Mikroarraydaten liegt die Vermutung nahe, dass die Transkriptionsaktivierung des lateralen Flagellenclusters ebenfalls einer indirekten NodW-abhängigen Regulation unterliegt. Durch Pflanzentests war bekannt, dass es B. japonicum 901 möglich ist, den NodW-Defekt bei der Nodulation der Wirtspflanzen zu überwinden [Grob et al. 1993]. Dies beruht auf die Überexpression des 2-Komponentenregulators NwsB. So können Symbiose-relevante Gene wie die nod-Box-assoziierten Gene ähnlich dem Wildtyp nach Genistein-Zugabe induziert werden. NwsB ist aber nicht in der Lage, das Flagellarcluster der lateralen Flagellen (bis auf blr6846) nach Genistein-Zugabe zu induzieren. Dies bedeutet, dass trotz der hohen Ähnlichkeit zwischen den 2-Komponentenregulatoren NodW und NwsB, die Bindestellen in der Promotorregion der Genistein-induzierbaren Genen nicht identisch sind. Die NodD1-Mutante 1267 ist in der Lage, weiterhin Knöllchen mit allen Wirtspflanzen von B. japonicum zu bilden [Göttfert et al. 1992], was wahrscheinlich auf ein funktionelles NodW als Hauptaktivator der nodYABC-Operons zurückzuführen ist. Anhand der Mikroarraydaten ist festzustellen, dass kein weiteres nod-Box-assoziiertes Operon in der NodD1-Mutante 1267 verstärkt exprimiert vorliegt. Dies könnte bedeuten, dass NodW die Transkription von nodD1 und des nodYABC-Operons startet und später durch NodD1 in der Aktivierung der nod-Box-assoziierten Gene unterstützt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die transkriptionelle Stressantwort von B. japonicum hinsichtlich pH 4, pH 8, 80 mM NaCl, Hitzeschock und Temperaturstress analysiert. Dabei konnten sowohl Aussagen über Gene, welche in die allgemeine als auch in die spezifische Stressantwort eingebunden sind, getroffen werden. Die transkriptionelle Antwort auf pH 8 war mit 1636 differenziell exprimierten Genen die umfangreichste Stressantwort der vorliegenden Arbeit. Hierbei konnte gezeigt werden, dass B. japonicum bei pH-Stress besonders Gene der pHi-Homöostase aktiviert. Dies umfasst sowohl Transportergene als auch enzymatische Gene. Interessant waren die differenziell exprimierten Gene, welche bei pH 8 verstärkt und bei pH 4 verringert exprimiert vorlagen. Diese Gene besitzen im Promotorbereich eine RegR-Box und sind in der transkriptionellen Aktivierung von RegR abhängig [Lindemann et al. 2007]. Aufgrund der Homologie des RegSR-Systems von B. japonicum mit dem pH-abhängigen ActSR-System von S. meliloti besteht die Möglichkeit, dass RegSR ebenfalls in die pH-abhängige Regulation dieser Gene eingebunden ist. Neben solch spezifischen Stressantworten konnte auch eine allgemeine Stressantwort ermittelt werden. So weisen fünf Gene ein gleiches Expressionsmuster in den untersuchten Stressanalysen dieser Arbeit auf. blr5264 kodiert hierbei für einen 2-Komponenten-Hybridsensor und -Regulator und könnte als Regulator in die allgemeine Stressantwort von B. japonicum eingebunden sein. Aus diesem Grund wurde Blr5264 in GscR (general stress control regulator) umbenannt. Mittels Mutagenese von gscR wurde B. japonicum D826 erzeugt, dessen Transkriptom bezüglich Salzstress und Hitzeschock verifiziert wurde. Es wurden 87 Gene identifiziert, welche bei Stresseinfluss von GscR abhängig sind. Hierunter sind sieben verringert exprimierte Gene, welche bei Stress im Wildtyp verstärkt exprimiert vorliegen. Diese scheinen demzufolge bei Stress durch GscR transkriptionell aktiviert zu werden. Das interessanteste Gen war hierbei blr7881, welches für einen ArsR-Typ-Regulator kodiert und einen weiteren Schritt in der allgemeinen Stressantwort von B. japonicum sein könnte.

No description available.

We evaluated the effect of cyanobacterial crude extracts containing microcystin (CCEMC+) from a natural bloom on seed germination and initial development of three economically important legume species: green mung bean Vigna radiata, cowpea Vigna cylindrical and red mung bean Vigna angularis and compared it to crude extracts of cyanobacteria without the toxin (CCEMC–). Results showed that CCEMC+ and CCEMC– caused different effects on seed germination and initial development of the three species. There was a clear inhibition on germination and root growth of the green mung bean exposed to the CCEMC+ (20, 200 and 500 μg/L), indicating that the green mung bean being more sensitive to CCEMC+ when compared to the cowpea and red mung bean. CCEMC+ induced a greater occurrence of abnormal seedlings in the green mung bean, duce to inhibition the germination as well as reduction of fresh weight and root length. The CCEMC– extract caused no harmful effects to germination and seedlings growth of the green mung bean and red mung bean. However, it reduced shoot and root length in cowpea bean, suggesting that the cowpea being more sensitive to both extracts. Our results indicated that the sensitivity in germination and root growth of the green mung bean V. radiata could be used as an indicator to evaluate the toxic effect and monitor the toxin concentration of water contaminated with microcystins. / Nghiên cứu này khảo sát và so sánh các tác động bất lợi của ly trích vi khuẩn lam có chứa và không chứa độc tố lên sự nẩy mầm và sự phát triển ở giai đoạn đầu của ba loại cây họ đậu gồm đậu xanh Vigna radiata, đậu đỏ Vigna angularis và đậu đen Vigna cylindrical. Kết quả cho thấy hai loại ly trích gây ra các tác động khác nhau lên ba loại cây đậu thí nghiệm. Ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 20, 200 và 500 μg/L ngăn chặn đáng kể sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu xanh. Cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố đều ngăn chặn sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu đen. Ngược lại ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 500 μg/L lại kích thích chiều dài rể, thân mầm và trọng lượng tươi ở đậu đỏ. Kết quả cho thấy đậu đen khá nhạy cảm với cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố, trong khi đó đậu xanh nhạy cảm hơn với ly trích có chứa độc tố. Tính nhạy cảm của các loại cây họ đậu khi phơi nhiễm với ly trích vi khuẩn lam có thể được sử dụng để chỉ thị cho sự ô nhiễm và quan trắc độc tố vi khuẩn lam trong môi trường.

No description available.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob sich mit der Düngung von Stroh, Gehölzhäcksel, frischem Pferdemist und Grüngutkompost die Ertragsleistung und Nährstoffaufnahme von Leguminosen sowie der Folgefrucht Winterweizen steigern lässt. Darüber hinaus sollte die Aufnahme von düngebürtigem Kohlenstoff durch Rotklee mittels 13-C-angereichertem Stroh quantifiziert werden. Die Verfügbarkeit von Kalium, teilweise auch von Schwefel und Molybdän, wurde vor allem nach der Düngung von Grüngutkompost und von Pferdemist für die untersuchten Leguminosen verbessert, während nach der Düngung von Gehölzhäcksel und Stroh keine signifikanten Effekte auf die Nährstoffaufnahme der Pflanzen festgestellt werden konnten. Die scheinbare Ausnutzung des gedüngten Stickstoffs durch die Leguminosen lag in Abhängigkeit von der Düngung zwischen 0 und 9 % (Gehölzhäcksel < Grüngutkompost < Pferdemist < Stroh). Nur nach der Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse und Ackerbohne verringerte sich der Anteil an symbiotisch fixiertem Luftstickstoff am Spross-N gegenüber der Kontrolle, nicht jedoch die symbiotisch fixierte N-Menge. Der Vorrat an mineralischem Stickstoff im Boden in einer Tiefe von 0 bis 30 cm war unter Ackerbohne und Rotklee ca. 40 Tage nach der Düngung und Einarbeitung von Gehölzhäcksel gegenüber den Vergleichsvarianten und der Kontrolle deutlich vermindert. Ein Einfluss der durch die Düngung bedingten temporären N-Festlegung im Boden auf den Anteil an fixiertem Luftstickstoff am Spross-N konnte bei keiner der untersuchten Leguminosen festgestellt werden. Der nachfolgende Winterweizen reagierte in einem Jahr mit signifikant höherem Kornertrag auf die Düngung von Grüngutkompost zu Ackerbohne und erhöhtem Rohproteingehalt im Korn auf die Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse. Mit Hilfe von 13-C-markiertem Stroh wurde im Freiland eine Assimilation von 0,5 % der mit dem Stroh gedüngten Kohlenstoffmenge durch Rotklee ermittelt. / The aim of this study was to examine, whether the application of wheat straw, pruning, horse manure and green compost improves the yield formation and nutrient uptake of legumes and the succeeding crop winter wheat. Furthermore it should be quantified the amount of carbon in red clover derived from the organic fertilizer by carbon dioxid assimilation. An improved uptake of potassium, partially of sulphur and molybdenum for the legumes could be detected after the application of green compost and horse manure. No effects were found on plant nutrient uptake after the application of straw and pruning. The apparent utilization of the applied nitrogen by organic fertilizer was 0 to 9 %, depending on the fertilization (pruning < green compost < horse manure < straw). The proportion of symbiontically fixed nitrogen decrease in faba bean and in chick-pea after manuring with horse manure compared with the control. However the total amount of symbiotically fixed nitrogen did not decreased. The amount of mineral nitrogen in the soil (depth: 0 to 0,3 m) was significant reduced under faba bean and red clover, 40 days after application and incorporation of pruning. No effect on the symbiotic nitrogen fixation of the legumes was found because of the organic fertilizer induced temporary immobilization of nitrogen in this soil layer. An increased grain yield was determined in the succeeding winter wheat after fertilizing green compost to faba bean and a higher content of crude protein in grain of the wheat was determined after fertilizing horse manure to chick-pea. With the help of a 13C-tracer method it could be estimated, that about 0,5 % of the added carbon with straw was assimilated by red clover under field conditions.