Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Auteursnaam op rug en omslag: Chris C.N. van Schie. Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met samenvatting in het Nederlands.

Der internationale Agrarhandel ist zunehmend durch Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards bestimmt. Standards definieren Regeln und Konditionen der Teilnahme an Wertschöpfungsketten und führen dadurch zu einer Umverteilung von Marktanteilen innerhalb dieser Wertschöpfungskette. Für einige Produzenten eröffnen Standards und Zertifizierungssysteme neue Vermarktungsmöglichkeiten, da sie den Zugang zu speziellen Marktsegmenten ermöglichen. Gleichzeitig aber ist der durch die zunehmend strengen Qualitätsstandards eingeleitete Prozess der Umverteilung begleitet von Marginalisierung und Marktausschluss. Dies geschieht, wenn bestimmte Produzenten die Anforderungen der standardisierten oder zertifizierten Produktion nicht erfüllen können. Die vorliegende Doktorarbeit analysiert die in Wissenschaft und Politik wiederholt geäußerte Annahme, dass Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards ein spezielles Hindernis für den Marktzugang von Entwicklungsländern auf die Märkte der Industrieländer darstellen. Des Weiteren wird angenommen, dass in Entwicklungsländern insbesondere kleinere Produzenten Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards nicht erfüllen können und an der Marktteilnahme ausgeschlossen werden. Vor diesem Hintergrund geht die vorliegende Arbeit drei zentralen Fragen nach: a) in welcher Weise beeinflussen Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards die Marktanteile der Entwicklungsländer auf dem internationalen Agrarmarkt b) in welcher Weise wirken sich Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards speziell auf kleinbäuerliche Produzenten aus und c) welche Einflüsse entscheiden darüber, dass Produzenten Standards übernehmen oder nicht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass sich die Marktanteile unterschiedlicher Entwicklungsländer unter dem Einfluss zunehmend strenger Nahrungsmittelsicherheits- und Qualitätsstandards sehr unterschiedlich entwickelt haben. Weiterhin deuten die Ergebnisse der Forschungsarbeit darauf hin, dass ein starkes staatliches Engagement und die Einbindung des Privatsektors sich positiv auf die Fähigkeit eines Landes auswirken, mit den neuen Marktanforderungen umzugehen, was dann zu einer positiven Entwicklung der Marktanteile führt. Des Weiteren zeigt sich, dass die kleinbäuerliche Produzenten aus theoretischer Perspektive durchaus einen komparativen Nachteil in der Anpassung an bestimmte Standards haben können, wenn die speziellen Eigenschaften kleinbäuerlicher Produktionssysteme in Betracht gezogen werden. Diese zeichnen sich unter anderem durch die Schwierigkeit aus, Informationen über Standards und Zertifizierungssysteme zu generieren und diese zu implementieren. Dennoch zeigt die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführte Fallstudie des marokkanischen Tomatensektors, dass die Größe der Produktion nur schwach mit den Anpassungskosten korreliert. Die Fallstudie macht deutlich, dass die Produzenten über die Anforderungen und Bedürfnisse der Käufer informiert sein müssen. Ergebnisse der Analyse zeigen, wie wichtig die vertikale Integration in die Wertschöpfungskette ist, um diese Informationen zu erhalten, da diese Informationen kaum horizontal zwischen den Produzenten kommuniziert werden. / The agricultural trading environment is increasingly determined by food safety and quality standards. Standards define the terms of chain membership, imply rules and conditions for participation, and hence lead to processes of (re)distribution within the chain. For some producers, standards may open up new opportunities as they permit market access to particular market segments. At the same time, the process of (re)distributing market shares is accompanied by marginalization and exclusion, as standards may impose prohibitively high barriers for certain producers in terms of the short-term and long-term efforts needed for production under certification. This thesis aims to have a closer look at the concern voiced by many researchers that food safety and quality standards establish a particular burden for exports from developing countries and, within the developing countries, for the small producers. Coming from this starting point the thesis aims to establish a detailed understanding of a) how developing countries` export shares are affected differently by food safety and quality standards, b) the particular impact of food safety and quality standards on small producers and c) the compliance decision process standards at the producer level. Results of the thesis show that developing countries are a heterogeneous group that shows various different tendencies regarding market share development under the impact of strengthening food standards. In addition, the analysis showed that “being small” in terms of export quantity at the country level does not necessarily lead to a negative impact of food safety and quality standards on the export share. Results of the analysis rather hint to the fact that a stronger involvement of the government and the private sector in SPS activities as well as a better communication structure within the country increase SPS capacity of a country and thus have a positive effect on a successful export performance. The same differentiated perspective is necessary to understand the impact of food safety and quality standards on small producers. On a theoretical basis small farmers could well have a comparative disadvantage in complying with quality standards owing to their specific endowments, which hamper their ability to acquire information on the standard and to implement it. However, empirical evidence of the Moroccan case study shows that farm size only correlates marginally with the cost or compliance. The survey rather shows how important the forward integration in the value chain is in order to understand the importance of food safety and quality standards for the marketing performance. To maintain market shares or even increase those in high quality markets, producers need information about the buyers’ requirements. Results of the survey show the importance of vertical coordination and direct information exchange between downstream actors, buyers and producers as information on buyer’s demands is rarely communicated horizontally amongst the farmers themselves.

Der Citratzyklus (TCA) ist einer der bedeutendsten Stoffwechselwege für alle lebenden Organismen. Trotz der zentralen Rolle dieses Prozesses im Pflanzenmetabolismus ist er nur relativ wenig untersucht worden. In dieser Arbeit berichte ich über die Produktion und die funktionale Analyse von Tomatenpflanzen (Solanum lycopersicum), die unabhängig eine leicht eingeschränkte Aktivität der mitochondrialen Citrat-Synthase (CS) und zweier Isocitrat-dehydrogenasen (mitochondriale NAD-IDH und cytosolische NADP-ICDH) zeigen. Die transgene Pflanzen wiesen mehrheitlich keine erkennbare Veränderung eines Wachstumphänotyps auf. Obwohl die photosyntetische Leistung keine Änderungen gezeigt hatte, war die mitochondriale Respiration gestiegen, begleitet von einem reduzierten Kohlenstoff-fluss durch den Citratzyklus. Darüber hinaus waren die CS Pflanzen charakterisiert durch wesentliche Änderungen im Blattmetabolismus, einschließlich eines eingeschränkten Niveaus des photosynthetischen Pigments und Zwischenprodukten des Citratzyklus zusammen mit einer Akkumulation von Nitraten, verschiedenen Aminosäuren und Stärken. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse auf eine Einschränkung der Nitrat-Aufnahme hin. Das mit Hilfe von TOM1 Mikroarrays und quantitativer RT-PCR durchgeführte Transcript-profiling hat gezeigt, dass die fehlende Aktivität der mitochondrialen CS teilweise von einer gestiegenen, peroxisomalen CS Isoform ausgeglichen wird. Die metabolische Verschiebung ergab eine Verstärkung der photorespiratorischen Leistung, die vermutlich eine ausgleichende Rolle in der Produktion organischer Säuren und der Wiederherstellung der Redox-Balance spielt. Interessantenweise war die metabolische Antwort von Blättern auf Stickstoffmangel in NADP-ICDH Pflanzen dramatischer als in NAD-IDH Pflanzen, was darauf hindeutet, dass die cytosolische Isoform der Hauptlieferant von 2-Oxoglutarat im Tomatenmetabolismus sein könnte. / Although the TCA cycle is a respiratory metabolic pathway of central importance for all living organisms, relatively few molecular physiological studies of plants were performed to date. Here, I report the generation and functional analysis of tomato plants (Solanum lycopersicum) independently displaying mildly limited activity of mitochondrial citrate synthase (CS) and two isocitrate dehydrogenases, namely mitochondrial NAD-IDH and cytosolic NADP-ICDH. The transgenic plants revealed minor phenotypic alterations. Although the leaf photosynthetic performance was largely unaltered, the changes in mitochondrial respiration and carbon flux through the TCA cycle were observed. Moreover, the plants were characterized by significant modifications in the leaf metabolic content and in maximal catalytic activities of several enzymes involved in primary C and N metabolism. These results hint towards limitations in nitrate assimilation pathway. The transcript profiling performed by utilizing TOM1 microarrays and quantitative RT-PCR approach revealed that the deficiency in mitochondrial CS activity was partially compensated by up-regulation of peroxisomal CS isoform. The limitations in the activities of isocitrate dehydrogenases resulted in up-regulation of the photorespiratory pathway, which presumably played a compensatory role in supporting organic acid production and re-establishing redox balance in the transgenic leaves. Interestingly, the leaf metabolic response towards nitrogen starvation conditions was far more dramatic in NADP-ICDH transgenic plants than NAD-IDH plants, hinting that the cytosolic isoform may be the major 2-oxoglutarate supplier in tomato metabolism.

Non-mycorrhizal fungal endophytes are able to colonize internally roots without causing visible disease symptoms establishing neutral or mutualistic associations with plants. These fungi known as non-clavicipitaceous endophytes have a broad host range of monocot and eudicot plants and are highly diverse. Some of them promote plant growth and confer increased abiotic-stress tolerance and disease resistance. According to such possible effects on host plants, it was aimed to isolate and to characterize native fungal root endophytes from tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) and to analyze their effects on plant development, plant resistance and fruit yield and quality together with the model endophyte Piriformospora indica. Fifty one new fungal strains were isolated from desinfected tomato roots of four different crop sites in Colombia. These isolates were roughly characterized and fourteen potential endophytes were further analyzed concerning their taxonomy, their root colonization capacity and their impact on plant growth. Sequencing of the ITS region from the ribosomal RNA gene cluster and in-depth morphological characterisation revealed that they correspond to different phylogenetic groups among the phylum Ascomycota. Nine different morphotypes were described including six dark septate endophytes (DSE) that did not correspond to the Phialocephala group. Detailed confocal microscopy analysis showed various colonization patterns of the endophytes inside the roots ranging from epidermal penetration to hyphal growth through the cortex. Tomato pot experiments under glass house conditions showed that they differentially affect plant growth depending on colonization time and inoculum concentration. Three new isolates (two unknown fungal endophyte DSE48, DSE49 and one identified as Leptodontidium orchidicola) with neutral or positiv effects were selected and tested in several experiments for their influence on vegetative growth, fruit yield and quality and their ability to diminish the impact of the pathogen Verticillium dahliae on tomato plants. Although plant growth promotion by all three fungi was observed in young plants, vegetative growth parameters were not affected after 22 weeks of cultivation except a reproducible increase of root diameter by the endophyte DSE49. Additionally, L. orchidicola increased biomass and glucose content of tomato fruits, but only at an early date of harvest and at a certain level of root colonization. Concerning bioprotective effects, the endophytes DSE49 and L. orchidicola decreased significantly disease symptoms caused by the pathogen V. dahliae, but only at a low dosis of the pathogen. In order to analyze, if the model root endophytic fungus Piriformospora indica could be suitable for application in production systems, its impact on tomato was evaluated. Similarly to the new fungal isolates, significant differences for vegetative growth parameters were only observable in young plants and, but protection against V. dahliae could be seen in one experiment also at high dosage of the pathogen. As the DSE L. orchidicola, P. indica increased the number and biomass of marketable tomatoes only at the beginning of fruit setting, but this did not lead to a significant higher total yield. If the effects on growth are due to a better nutrition of the plant with mineral element was analyzed in barley in comparison to the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae. While the mycorrhizal fungus increased nitrogen and phosphate uptake of the plant, no such effect was observed for P. indica. In summary this work shows that many different fungal endophytes can be also isolated from roots of crops and, that these isolates can have positive effects on early plant development. This does, however, not lead to an increase in total yield or in improvement of fruit quality of tomatoes under greenhouse conditions. / Endophyten, die nicht zu den Mykorrhizapilzen gehören, können das Innere von Wurzeln ohne sichtbare Krankheitssymptome besiedeln und bilden so mit der Pflanze neutrale oder mutualistische Wechselwirkungen. Diese Pilze, auch als nicht-clavicipetale Endophyten bekannt, haben ein breites Wirtsspektrum von mono- und dikotyledonen Pflanzen und weisen eine hohe Diversität auf. Einige von ihnen fördern Pflanzenwachstum und erhöhen Resistenz und Toleranz gegenüber biotischem und abiotischem Stress. Ausgehenden von diesen möglichen Effekten auf ihre Wirtspflanzen war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Isolierung und Charakterisierung neuer pilzlicher Wurzelendophyten der Tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) und die Analyse ihres Einflusses auf Pflanzenentwicklung und Pflanzenresistenz, sowie auf Ertrag und Fruchtqualität unter Einbeziehung des Modellendophyten Piriformospora indica. Aus vier verschiedenen Anbaugebieten in Kolumbien konnten 51 neue Pilzstämme von oberflächensterilisierten Tomatenwurzeln isoliert werden. Diese Isolate wurden vorcharakterisiert und 14 potentielle Endophyten bezüglich ihrer Taxonomie, ihrer Besiedlungsmuster und ihres Einfluss auf das Pflanzenwachstum näher untersucht. Sequenzierung der ITS Region des ribosomalen RNA Genclusters und genaue morphologische Charakterisierung zeigten, dass sie zu verschiedenen phylogenetischen Gruppen innerhalb der Ascomycota gehören. Neun Morphotypen ließen sich beschreiben, wobei sechs zu den ‚Dark Septate Endophytes’ (DSEs) gehören, aber nicht mit der bekannten Phialocephala Gruppe verwandt waren. Ausführliche konfokale mikroskopische Untersuchungen ergaben sehr verschiedene Besiedelungsmuster der Wurzelendophyten vom Endringen in die Epidermis bis zum Hyphenwachstum durch den Kortex. Topfexperimente unter Gewächshausbedingungen zeigten dass die Isolate in Abhängigkeit von der Inokulumkonzentration und der Zeit der Besiedlung das Wachstum der Tomaten sehr unterschiedlich beeinflussten. Drei neue Isolate (die beiden unbekannte pilzlichen Endophyten DSE48 und DSE49 und eines identifiziert als Leptodontidium orchidicola) mit neutralen oder positiven Effekten wurden für weitere Versuche ausgewählt. In mehreren Experimenten sollte ihr Einfluss auf das vegetative Wachstum, auf Ertrag und auf Fruchtqualität untersucht werden, sowie ihre Fähigkeit die Auswirkungen des Pathogens Verticillium dahliae auf Tomatenpflanzen zu vermindern. Obwohl wachstumsfördernde Effekte durch alle drei Pilze in jungen Pflanzen beobachtet wurden, waren vegetative Wachstumsparameter nach 22 Wochen der Besiedlung nicht mehr beeinflusst bis auf ein signifikante Erhöhung des Wurzeldurchmessers durch den Endophyten DSE49. L. orchidicola dagegen erhöhte die Biomasse und den Glukosegehalt der Früchte, aber nur zu frühen Ernteterminen und bei einer bestimmten Intensität der Wurzelbesiedelung. Hinsichtlich eines schützenden Effekts, konnten die Endophyten DSE49 und L. orchidicola die Krankheitssymptome, die durch V. dahliae verursacht wurden, vermindern, aber nur bei einem geringen Pathogendruck. Um zu überprüfen, ob der Modellendophyt P. indica in Produktionssytemen eingesetzt werden kann, wurde seine Auswirkungen auf Tomaten untersucht. Ähnlich wie die neuen pilzlichen Isolate, zeigte aber auch er seinen fördernden Einfluss nur auf das frühe vegetative Wachstum. Schützende Effekte gegen V. dahliae konnten ebenfalls nur bei niedrigem Pathogendruck konstant beobachtet werden. Wie L. orchidicola erhöhte P. indica die Biomasse an marktfähigen Tomaten am Anfang des Fruchtansatzes, was nicht zu einem insgesamt höheren Ertrag führte. Ob die beobachteten Effekte auf ein verbesserte Nährstoffversorgung der Pflanze zurückzuführen seien, wurde in Gerste im Vergleich mit dem arbuskulären Mykorrhizapilz Glomus mosseae untersucht. Während der Mykorrhizapilz sowohl Phosphat wie Stickstoffaufnehme der Pflanze erhöhte, konnte dies für P. indica nicht festgestellt werden. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass auch aus Wurzeln von Kulturpflanzen viele verschiedene pilzliche Endophyten isoliert werden können, und dass einige von diesen durchaus einen positiven Effekt auf die frühe Pflanzenentwicklung aufweisen. Zumindest für Tomate unter Gewächshausbedingungen führen diese Effekte aber nicht zu einer Erhöhung des Gesamtertrags oder einer nachhaltigen Verbesserung der Fruchtqualität.

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In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe von Gefäßversuchen der Transfer von ausgewählten organischen (m-Kresol, Simazin, Lindan, Anthracen, Galaxolid) und anorganischen Umweltschadstoffen (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni) aus dotiertem Substrat in Nutzpflanzen (Tomaten, Paprika) untersucht. Zum besseren Verständnis des Schadstofftransfers der organischen Verbindungen und als Möglichkeit einer kosten- und zeitsparenden Alternative zu den herkömmlichen Untersuchungsverfahren, wurden ergänzend in vivo – Experimente durchgeführt. Weitere Schwerpunkte der Arbeit waren Untersuchungen zur Schadstoffaufnahme durch Pflanzen in Abhängigkeit von der Substratkonzentration sowie der Vegetationsdauer. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten waren Studien über mögliche Einflüsse eines neuartigen Bodenverbesserungsmaterials auf die Schadstoffmobilität und Bioverfügbarkeit der oben genannten potentiellen Schadstoffe sowie die damit verbundene mögliche Aufnahme durch die Untersuchungspflanzen.

In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe von Gefäßversuchen der Transfer von ausgewählten organischen (m-Kresol, Simazin, Lindan, Anthracen, Galaxolid) und anorganischen Umweltschadstoffen (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni) aus dotiertem Substrat in Nutzpflanzen (Tomaten, Paprika) untersucht. Zum besseren Verständnis des Schadstofftransfers der organischen Verbindungen und als Möglichkeit einer kosten- und zeitsparenden Alternative zu den herkömmlichen Untersuchungsverfahren, wurden ergänzend in vivo – Experimente durchgeführt. Weitere Schwerpunkte der Arbeit waren Untersuchungen zur Schadstoffaufnahme durch Pflanzen in Abhängigkeit von der Substratkonzentration sowie der Vegetationsdauer. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten waren Studien über mögliche Einflüsse eines neuartigen Bodenverbesserungsmaterials auf die Schadstoffmobilität und Bioverfügbarkeit der oben genannten potentiellen Schadstoffe sowie die damit verbundene mögliche Aufnahme durch die Untersuchungspflanzen.