Diese Arbeit besteht aus drei Teilen. Im ersten Teil wurde Holz mit verschiedenen, kommerziell erhältlichen Kieselsolen behandelt, die unterschiedliche pH-Werte und Oberflächenmodifikationen aufwiesen. Basische Kieselsole vermochten nicht in das Holz einzudringen, da ihr pH-Wert während des Eindringens absinkt und es zur Ausfällung des Kieselsols im Holz kommt. Neutrale und saure Kieselsole hingegen konnten problemlos in das Holz eingebracht werden. Eines der sauren Kieselsole, welches mittels Aluminumoxychlorid kationisch modifiziert war, reduzierte die Wasseraufnahme und den pilzlichen Abbau durch die Braunfäule Coniophora puteana (Kiefer) und die Weißfäule Trametes versicolor (Buche). Im Bläuetest zeigte sich ein verminderter Befall durch Aureobasidium pullulans, allerdings kein kompletter Schutz gegen diesen Pilz. Auch die kleinsten verfügbaren Partikelgrößen für Kieselsole ergaben keinerlei Zunahme des Zellwandvolumens (chemische Quellung, Bulking), was darauf hinweist, dass eine Eindringung in die Zellwand nicht stattfand. Es erscheint daher nicht möglich, Kieselsole in die Zellwand einzubringen und die Dimensionsstabilität des Holzes zu verbessern. Da Kieselsol lediglich in die Lumen der Holzzellen eingebracht werden kann, kann die Behandlung nicht als wirkliche Holzmodifizierung angesehen werden. Wegen der vielversprechenden Ergebnisse in den Wasseraufnahmeversuchen und den Pilztests wurde mit dem kationischen Kieselsol behandeltes Holz thermogravimetrisch und in einem Brandtest untersucht. Im thermogravimetrischen Test zeigte sich eine leicht verminderte Pyrolysetemperatur (eine übliche Wirkung von Feuerschutzmitteln), die Holzkohlemenge war jedoch nicht erhöht. Dies zeigt, dass die Menge an brennbaren Gasen, die während der Pyrolyse freiwerden, durch das Kieselsol nicht vermindert wurde. Auch zeigte die resultierende Holzkohle gleiche Oxidationseigenschaften wie die Holzkohle der Kontrollen. Im Brandtest wurden die Branddauer, die Brandgeschwindigkeit und der Gewichtsverlust vermindert. Das Nachglühen der Holzkohle wurde komplett unterbunden. Alle diese Effekte waren jedoch relativ klein verglichen mit den Effekten eines kommerziell erhältlichen Feuerschutzsalzes, welches ebenfalls als Referenzbehandlung getestet wurde. Im zweiten Teil der Arbeit wurden acetoxyfunktionelles Silan und verschiedene Polydimethylsiloxane (PDMS) mit Acetanhydrid kombiniert, um Holz zu acetylieren. Die PDMS hatten die folgenden Funktionalitäten: Amino, Acetoxy, Hydroxy und nicht-funktionell. Die beste Hydrophobierung des acetylierten Holzes wurde durch die Kombination mit acetoxyfunktionellem PDMS erreicht, welches anschließend in verschiedenen Konzentrationen getestet wurde. Eine Konzentration von 1% in Acetanhydrid zeigte bereits eine maximale Hydrophobierung, welches darauf schließen lässt, dass die inneren Oberflächen des Holzes mit dem PDMS belegt und hydrophobiert wurden. Die Pilzresistenz des behandelten Holzes wurde durch die Kombination mit dem PDMS nicht beeinflusst. Bei Wasserlagerung zeigte sich eine leichte Überquellung des Holzes, welches mit der Kombination von Acetanhydrid und PDMS acetyliert worden war. Untersuchungen der Biegefestigkeit und Bruchschlagarbeit ergaben jedoch keinen Einfluss. Im dritten Teil der Arbeit wurden wasserbasierte Emulsionen von funktionellen PDMS zur Imprägnierung von Holz eingesetzt. Es wurde untersucht, ob Resistenz gegen pilzlichen Abbau und Hydrophobierung wie auch erhöhte Dimensionsstabilität mit dieser Behandlung erreicht werden kann. Die α-ω-gebundenen Funktionalitäten der PDMS waren: Amino, Carboxy, Epoxy und Carbobetain. Die stärkste Hydrophobierung wurde mit dem carbobetain-funktionellen PDMS erreicht, allerdings ergab diese Behandlung keine verbesserte Pilzresistenz gegenüber einem Abbau durch Coniophora puteana und Trametes versicolor. In dieser Hinsicht die beste Wirkung zeigte die Behandlung mit carboxy-funktionellem PDMS. Dieses Material verminderte jedoch die Wasseraufnahmerate nur ungenügend und wurde außerdem stark ausgewaschen. Daher wurden in der Folge amino-funktionelles und carboxy-funktionelles PDMS kombiniert, um durch eine Salzbildung der beiden Funktionalitäten eine verbesserte Fixierung des carboxy-funktionellen Siloxans zu erreichen. Die Kombination zeigte bei einem Überschuss an amino-funktionellem PDMS eine gute Fixierung, jedoch ansonsten keine Synergieeffekte. Die Dimensionsstabilität des Holzes wurde durch die Behandlungen nur sehr geringfügig verbessert. Hierfür müsste eine gute Eindringung der Chemikalien in die Zellwand erfolgen und ein dauerhaftes Bulking erzielt werden. Die Eindringung der Chemikalien in die Zellwand war jedoch in allen Fällen nur gering.

Durch eine Erhöhung der Diversität in Kandidatengenen für Ölgehalt könnten sich neue Ansätze zur Erhöhung des Ölgehalts ergeben (Osborn et al., 2007; Würschum et al., 2013). Im Rahmen dieser Arbeit wurde die allele Diversität auf der Basis von DNA-Sequenzen in einer großen Anzahl von Kandidatengenloci für Ölgehalt in exotischem Rapsmaterial (Sommerrapssorten, chinesische Rapssorten und Resynthesen) im Vergleich zu Winterraps untersucht. Viele Allele wurden exklusiv in den exotischen Genotypen aufgefunden (neue Allele). Die höchste Anzahl an neuen Allelen wurde in der Resynthese “MOY4“ (Brassica rapa var. trilocularis x Brassica montana) entdeckt. Viele der Allele wiesen SNP, die zu Aminosäureaustauschen führen, sowie InDel im kodierenden Bereich der untersuchten Kandidatengenloci auf. Einige dieser Polymorphismen konnten sogar Bereichen von Proteindomänen zugeordnet werden. Im Großen und Ganzen konnte in der durchgeführten Diversitätsstudie gezeigt werden, dass die untersuchten exotischen Genotypen genutzt werden können, um die allele Diversität in Kandidatengenen für Ölgehalt zu erhöhen. Zudem weist die relativ hohe Anzahl an nicht stillen Polymorphismen in den kodierenden Bereichen der verschiedenen Kandidatengenloci darauf hin, dass einige aufgefundene Allele den Ölgehalt beeinflussen könnten. Um einen möglichen positiven Einfluss von neuen Allelen in Kandidatengenen für Ölgehalt auf den Ölgehalt zu testen, wurden diese in spaltenden F2-Populationen an jeweils drei verschiedenen Standorten untersucht. In diesem Versuch wurden neue Allele, die in der durchgeführten Diversitätsstudie entdeckt wurden, sowie neue Allele, welche bereits in dem vorigen GABI BRIDGE Projekt aufgefunden wurden, mittels Varianzanalyse auf eine Auswirkung auf den Ölgehalt getestet. In einzelnen Populationen konnten signifikante Geneffekte auf den 87 Ölgehalt an drei verschiedenen Kandidatengenloci ermittelt werden: S13 (Kandidatengen KAS III), K48 (Kandidatengen PKP2), L65 (Kandidatengen LEC2). Einzel-Locus-Genotyp x Umweltinteraktionen mit einem signifikanten Effekt auf Ölgehalt wurden an sechs Kandidatengenloci inklusive S13 von KAS III aufgefunden. Diese aufgefundenen signifikanten Effekte auf den Ölgehalt können als deutlicher Hinweis auf die Wichtigkeit der untersuchten Loci beziehungsweise des Alleles auf den Ölgehalt interpretiert werden.

In Wäldern spielt das Kronendach eine wichtige Rolle. Die Struktur des Kronendaches, insbesondere Größe und Form der Kronen sowie ihre Lage zueinander, bestimmt die mikroklimatischen Bedingungen am Waldboden, die wiederum die Verjüngung und damit die zukünftige Waldgeneration wesentlich beeinflussen. Für die aktuelle Bestandesgeneration steuert die Krone als Assimilationsorgan die Wachstumsleistung der Bäume. Dabei ist nicht nur die Größe von Bedeutung sondern auch die Stellung der Krone im Gefüge der Nachbarkronen, die wiederum das Ergebnis der Konkurrenz um Licht und Raum darstellt. Daher nutzen viele Modelle zur flexiblen, behandlungssensitiven Prognose des Einzelbaumwachstums für Bestände verschiedener Baumarten- und Alterszusammensetzung Kronenparameter als Eingangsgrößen. Da die Erhebung von Kronenparametern wie z.B. der Kronenmantelfläche im Bestand mit vergleichsweise großen Schwierigkeiten oder hohem Aufwand verbunden ist, müssen diese häufig geschätzt werden, um vielfältige Einsatzmöglichkeiten der Wachstumsmodelle zu gewährleisten. Zu diesem Zweck werden in der Regel Kronenlänge und Kronenbreite mithilfe statistischer Modelle hergeleitet und daraus unter der Annahme einfacher geometrischer Kronenformen Modellkronen konstruiert, die meist stark vereinfachend horizontal symmetrische Kronenformen und eine über dem Stammfuß zentrierte Position unterstellen. Dagegen besitzen Kronen in der Realität häufig horizontal asymmetrische Kronenformen und weichen in ihrer Position mehr oder weniger stark von einer über dem Stammfuß zentrierten Lage ab. Es stellt sich die Frage, ob die Anwendung differenziert geschätzter Kronendimensionen (Kronenlänge und Kronenbreite) und in Bezug auf Form und Lage realistischer Modellkronen zu Verbesserungen der Zuwachsprognosen führen können. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der Arbeit, (a) Modellkronen zu entwickeln, die reinen Dimension der Kronen detailliert beschreiben, aber auch ihre potentiell asymmetrische Form und relative Lage abbilden können und (b) zu untersuchen, ob sich Zuwachsprognosen durch die Anwendung dieser Modellkronen verbessern lassen. Die Umsetzung erfolgt anhand von sechs Baumarten in Nordwestdeutschland: Eiche (Quercus robur L. und Quercus petraea [Mattuschka] Liebl.), Buche (Fagus sylvatica L.), Fichte (Picea abies [L.] Karst.), Douglasie (Pseudotsuga menziesii [Mirbel] Franco), Kiefer (Pinus sylvestris L.) und Lärche (Larix decidua Mill.). Für die Erstellung von Modellkronen werden als Eingangsgrößen die Dimension der Krone und die Lichtkronenlänge für jeden Baum eines Bestandes benötigt. Da diese Angaben nur in Ausnahmefällen flächendeckend zur Verfügung stehen, müssen sie in der Regel mittels statistischer Modelle geschätzt werden. Als Datengrundlage stehen Messwerte von zahlreichen ertragskundlichen Versuchsflächen in Nordwestdeutschland zur Verfügung sowie Daten zum Bekronungsgrad aus der Betriebsinventur in Niedersachsen. Bei den Versuchsflächen handelt es sich um Rein- und Mischbestände verschiedener Baumarten und Altersstufen auf verschiedenen Standorten, die sehr unterschiedlichen Bestandesbehandlungen unterworfen sind. Die Aufnahmen erfolgten zwischen 1966 und 2010, wobei die Flächen in der Regel mehrfach untersucht wurden. Dabei wurden u.a. folgende Merkmale erhoben: Brusthöhendurchmesser (BHD), Baum- und Kronenansatzhöhe, Alter, horizontale Kronenausdehnung in acht Himmelsrichtungen, die Höhe der maximalen Kronenbreite und Koordinaten der Einzelbäume. Die Schätzung der Kronenlänge erfolgt indirekt über den Bekronungsgrad (Kronenlänge im Verhältnis zur Baumhöhe). Es wird ein zweistufiges Verfahren eingesetzt, das der Struktur der kombinierten Datenbasis (330 401 Messwerte) gerecht wird. Diese enthält räumlich systematisch verteilte Messungen aus der Betriebsinventur (in der Regel ein Messwert pro Baumart und Inventurpunkt) und Messungen von den Versuchsparzellen, für die mehrere Werte je Parzelle vorliegen. Im ersten Schritt des zweistufigen Verfahrens wird der Bekronungsgrad zunächst mithilfe eines verallgemeinerten additiven Modells (GAM) geschätzt. Als erklärende Variablen gehen der BHD, die Baumhöhe, das Alter und die geografische Lage ein. Für die Baumart Buche wird darüber hinaus die Geländehöhe einbezogen. Im Vergleich mit vielen bekannten Modellen zur Schätzung des Bekronungsgrades oder der Kronenansatzhöhe ermöglicht die Berücksichtigung zusätzlicher erklärender Variablen sowie die flexiblere Quantifizierung ihrer Effekte auf die Zielgröße mittels glättender Splines differenziertere Schätzungen. Im zweiten Schritt werden die Vorhersagen durch die Schätzung von Zufallseffekten zur Berücksichtigung der auf Ebene der Versuchsparzellen und innerhalb der Aufnahmezeitpunkte korrelierten Messungen angepasst (verallgemeinertes lineares gemischtes Modell, GLMM). Der gewählte Ansatz ermöglicht die gleichzeitige Nutzung der Informationen aus Betriebsinventur und Versuchsflächen und bietet flexible Anwendungsmöglichkeiten in Abhängigkeit von der Datenlage: Für räumlich unabhängige Einzelbäume kann die Schätzung allein mithilfe der ersten Modellstufe erfolgen. Sollen Bekronungsgrade für ganze Bestände geschätzt werden, kann eine Anpassung an deren Besonderheiten mithilfe der zweiten Modellstufe erreicht werden. Die dafür benötigten Zufallseffekte können auch für Flächen außerhalb des Parametrisierungsdatensatzes mithilfe weniger Messungen geschätzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Bekronungsgrad der untersuchten Baumarten wesentlich von der geografischen Lage abhängt. Der BHD hat einen positiven Effekt auf den Bekronungsgrad, während der Bekronungsgrad mit zunehmender Baumhöhe (bei gleichem BHD) abnimmt. Der Alterseffekt ist negativ und deutet darauf hin, dass langsam erwachsene Bäume geringere Bekronungsgrade haben als solche, die dieselbe Dimension schneller erreicht haben. Die Datengrundlage zur Schätzung der Kronenbreite umfasst teilweise wiederholte Messungen an 18 486 Bäumen von Versuchsflächen in Nordwestdeutschland. Die Schätzung erfolgt mithilfe eines gemischten generalisierten additiven Modells (GAMM), das die Abhängigkeit der Messungen innerhalb von Versuchsparzellen und Aufnahmezeitpunkten berücksichtigt. Als Prädiktoren werden der BHD, die Baumhöhe und der Bekronungsgrad für alle sechs untersuchten Baumarten berücksichtigt. Für Eichen, Buche und Fichte kann darüber hinaus ein signifikanter Effekt von Alter und Geländehöhe festgestellt werden. Im Vergleich mit vielen anderen Modellen zur Schätzung der Kronenbreite werden zusätzliche erklärende Variablen einbezogen, deren Effekte auf die Zielgröße flexibel quantifiziert werden können, sodass differenziertere Schätzungen möglich sind. Die Ergebnisse bestätigen den engen positiven Zusammenhang zwischen der Kronenbreite und dem BHD. Für höhere Bäume werden bei sonst gleichen Eingangsgrößen geringere Kronenbreiten geschätzt als für niedrigere. Der positive Effekt des Bekronungsgrades impliziert, dass langkronige Bäume auch breitere Kronen haben als kurzkronige. Der Alterseffekt tendiert uneinheitlich und sagt für Buche und Fichte mit dem Alter steigende Kronenbreiten vorher, während für Eichen die Kronenbreiten mit steigendem Alter abnehmen. Mit zunehmender Geländehöhe nehmen die Kronenbreiten von Eichen, Buche und Fichte ab. Zur Schätzung der Lichtkronenlänge werden artspezifische Mittelwerte aus insgesamt 3642 Messungen in zwei Varianten berechnet: das Verhältnis der Lichtkronenlänge relativ zur Kronenlänge bzw. relativ zur Baumhöhe. Ein Vorteil der zweiten Variante ist deren Unabhängigkeit von der Kronenlänge bzw. der Kronenansatzhöhe, die aufgrund von Schwierigkeiten diese Größe eindeutig zu erheben sowie der vergleichsweise hohen Unsicherheit bei der Schätzung als problematisch betrachtet wird. Die Ergebnisse zeigen, dass Eichen und Buche deutlich geringere relative Lichtkronenlängen sowohl in Bezug auf die Kronenlänge als auch im Verhältnis zur Baumhöhe aufweisen als die untersuchten Nadelbaumarten. Der Fehler der auf die Kronenlänge bezogenen Variante ist nur geringfügig kleiner ist als der der Alternative (Lichtkronenlänge bezogen auf die Baumhöhe). Neben den beschriebenen Eingangsgrößen für die Erstellung der Modellkronen (Kronenlänge, Kronenbreite und Lichtkronenlänge) wird für jede der untersuchten Baumarten eine Obergrenze für die horizontale Asymmetrie der Kronenprojektionsfläche (Verhältnis der größten Kronenbreite zur dazu senkrechten Kronenbreite) festgelegt, um unrealistische Extreme beim Aufbau der Modellkronen zu vermeiden. Als maximale Asymmetrie wird baumartspezifisch das 95%-Quantil der Asymmetriewerte von insgesamt 23 827 Bäumen verwendet. Bei Eichen und Buche kommen deutlich asymmetrischere Kronenformen vor als bei den Nadelbaumarten. Für die Modellkronen werden verschiedene Kronenprofile unterstellt, die in Verbindung mit der Baumhöhe und der Kronenlänge sowie acht potentiell unterschiedlichen Kronenradien zu dreidimensionalen Modellkronen führen. Der Aufbau dieser Modellkronen erfolgt mithilfe eines iterativen Verfahrens, bei dem die acht Kronenradien unter Berücksichtigung von Nachbarkronen und unter Einhaltung der maximalen Asymmetrie schrittweise gestreckt werden bis eine zuvor definierte baumspezifische Kronenprojektionsfläche erreicht ist. Auf diese Weise können Modellkronen aufgebaut werden, deren horizontale Form potentiell asymmetrisch ist und deren Schwerpunkt ggf. von einer Position oberhalb des Stammfußpunktes abweicht. Ein Vergleich der auf diese Weise erstellten Modellkronen mit Ergebnissen von Kronenablotungen zeigt eine geringere Übereinstimmung als alternativ unterstellte kreisrunde über dem Stammfuß zentrierte Modellkronen. Während kreisrunde Modellkronen die Gesamtüberschirmung auf Bestandesebene unterschätzen, wird diese durch die Unterstellung der beschriebenen potentiell asymmetrischen Modellkronen überschätzt. Die Anwendung der Modellkronen im Rahmen von Zuwachsprognosen wird anhand eines Datensatzes mit 60 505 Bäumen der sechs untersuchten Baumarten aus zahlreichen Versuchsparzellen getestet und mit Modellkronen verglichen wie sie im Wachstumssimulator BWINPro (Nagel 2009) unterstellt werden. Zu diesem Zweck wird das im Rahmen von BWINPro verwendete Modell, das den Grundflächenzuwachs in Abhängigkeit von Kronenmantelfläche, Alter, Kronenkonkurrenzindex und Freistellungsindex schätzt, um Zufallseffekte zur Berücksichtigung der Korrelationsstruktur innerhalb des Datensatzes erweitert und die Effekte der erklärenden Variablen mithilfe von Splines flexibilisiert. Ausgehend von diesem Referenzmodell wird untersucht, welche erklärenden Variablen – und insbesondere welche Modellkronen-Variante zur Berechnung der kronenbasierten Größen – am besten geeignet sind, den Grundflächenzuwachs zu beschreiben. Die Unterstellung der neuen Modellkronen führt nur in Einzelfällen zu Verbesserungen der Zuwachsschätzung. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Beschattung der Krone (Eichen, Buche, Fichte und Douglasie) oder der Wegfall von Beschattung durch das Ausscheiden von Konkurrenten (Buche und Douglasie) einen Einfluss auf den Grundflächenzuwachs ausübt. Dies impliziert, dass neben der Größe auch die konkrete Position und Ausformung der Krone und ihrer Nachbarkronen einen Einfluss auf den Zuwachs haben. Die Berücksichtigung der individuellen räumlichen Situation im Kronenraum sowie von Unterschieden in der Plastizität der Kronenausformung zwischen den Baumarten verspricht eine höhere biologische Plausibilität der Modellkronen im Vergleich zu einer räumlich unabhängigen Abbildung der Kronen. Dies ist insbesondere in räumlich strukturierten oder ungleichaltrigen Mischbeständen von Bedeutung, in denen die Konkurrenz im Kronenraum stark einseitig geprägt sein kann und wo Bäume mit unterschiedlichen Eigenschaften aufeinander treffen. Die beschriebenen Modellkronen, insbesondere die detaillierte Beschreibung möglicher Kronenformen können daher den Ausgangspunkt für zukünftige Bemühungen um eine realistischere Abbildung der Verhältnisse im Kronenraum bilden.

Es wurden mehrere Experimente durchgeführt, um - basierend auf 208 hochgradig homozygoten Inzuchtlinien - genetisch die Frosttoleranz von Ackerbohnen (Vicia faba L.) zu analysieren. Die Inzuchtlinien sind in drei Sätzen organisiert: Original-Satz (N=208, O-Satz), Winterbohnen-Satz (N=196, WB-Satz; eine Untermenge des O-Satzes), und Assoziations-Satz (N=186, A-Satz; eine Untermenge des WB-Satzes). Alle Experimente fanden statt: in der sog. Frost-Kammer (Pflanzenwuchskammer), im Gewächshaus, im Molekulargenetischen Laboratorium, oder im Zuchtgarten (Versuchsstation Reinshof der Georg-August-Universität Göttingen). Insgesamt wurden 65 morphologische Merkmale (Saison 2011/2012 und 2012/2013), physiologische Merkmale (Saison 2011/2012), und Feld-Merkmale (Saison 2012/2013) erfasst. Daraus werden 25 Merkmale für diese Studie hier verwendet. Mittels des A-Satzes und mit 156 polymorphen SNP-Markern wurde eine Assoziationsanalyse durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchung war, eine markergestützte Züchtung auf Frosttoleranz bei der Ackerbohne vorzubereiten, und also QTLs für Frosttoleranz für zukünftige Zuchtprogramme zu detektieren. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden. 1- Es wurde eine hohe genetische Variation zwischen allen Linien (Original-Satz) beobachtet, für alle acht morphologische Merkmale, die an Spross und Wurzel von Ackerbohnen-Jungpflanzen erfasst wurden. Die Pflanzen wurden über 10 Tage (5°C) gehärtet und dann während dreier Nächte einem Frost ausgesetzt (-16°C, -18°C, -19°C). Alle Merkmale zeigten eine hohe Wiederholbarkeit (h²), die Schätzwerte reichten von h2=59,45 für Wurzel-Frostempfindlichkeit bis zu h2=94,71 für den Blattturgor- und Blattfarbverlust. Darüber hinaus wurden hochsignifikante phänotypische und genotypische Korrelationen zwischen den morphologischen Merkmalen unter Froststress entdeckt. Die genotypischen Korrelationen zwischen den Merkmalen waren höher als die phänotypischen Korrelationen. Die höchste genetische (rg=-0,96) und phänotypische (rp= -0,83**) Korrelation wurde zwischen dem Wiederaufwuchs und der Wurzel-Frostempfindlichkeit gefunden. Zur Charakterisierung der Frosttoleranz von Ackerbohnen wurden drei Selektionsindices berechnet. Der wichtigste war der Frosttoleranz-Index, weil er zwei Schlüsselaspekte kombiniert: die Überlebensneigung und den Wiederaufwuchs. Diese hohe genetische Variation, phänotypische Korrelation, genotypische Korrelation, und hohe Wiederholbarkeit versprechen, dass ein Ausleseprozess zur erblichen Verbesserung der Frosttoleranz fruchtbar und effektiv wäre. 2- Als physiologische Parameter mit Beziehung zur Frosttoleranz der Ackerbohne wurde die Fettsäurezusammensetzung nach Härtung (5°C) und der relative Sproßwassergehalt (vor und nach Frost) studiert. Für diese physiologischen Parameter wurde der WB-Satz benutzt. Die genetische Variation in den aufgefundenen Fettsäure-Gehalten und im relativen Sproßwassergehalt wurde festgehalten. Alle physiologischen Kennwerte zeigten sehr hohe Wiederholbarkeitsschätzwerte (62,78 < h2 < 89,04). Wir erwartet war die Korrelation zwischen den ungesättigten Fettsäuren und den gesättigten Fettsäuren negativ (rp = -0,62, rg = -0,84**). Eine Erhöhung der ungesättigten Fettsäuren geht in Ackerbohnen bekanntermaßen mit einer Verringerung der gesättigten Fettsäuren einher. Eine ähnlich negative und signifikante Korrelationen (r = -0,20**) wurde zwischen dem Wassergehalt nach Frost und dem Wassergehalt vor Frost (nach Härtung) gefunden. Es ist gängiges Wissen, dass die Frosttoleranz von Pflanzen mit der Fähigkeit der Pflanzen assoziiert ist, die Eiskristallbildung während des Frosts im Spross- und Wurzelgewebe zu modulieren. Es wurden signifikante Korrelationen zwischen morphologischen und physiologischen Merkmalen gefunden. Der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren war mit dem Frosttoleranz-Index positiv korreliert (r = 0,22**). Darüber hinaus war die Verringerung des Wassergehaltes durch Froststress hochsignifikant korreliert mit allen morphologischen Merkmalen. Solche Korrelationen bieten eine verbesserte Beschreibung des physiologischen Verhaltens, welches die Pflanzen dem Frost gegenüber zeigen. 3- Der WB-Satz wurde auch benutzt, um die genetische Variation der Winterhärte der Genotypen in einem einjährigen Feldversuch zu überprüfen. Eine hohe, signifikante Variation wurde für alle Feldmerkmale gefunden. Die Wiederholbarkeitsschätzwerte reichten von 61,98 für Kornertrag (g/2m2) bis zu 92,03 für Blühbeginn. Die Linien S_299 und S_271 kombinierten hohe Winter-Überlebensraten mit niedriger Frostanfälligkeit des Blattes und mit hohem Kornertrag unter Feldbedingungen. Dieselben Genotypen rangierten bei den Besten für Frosttoleranz in den Frostkammer-Experimenten. Interessanterweise zeigten mehrere Feldmerkmale signifikante Korrelationen mit Merkmale aus der Frostkammer. Die höchste Korrelation (r=0,39**) war die zwischen Wiederaufwuchs (Frostkammer) und Winter-Überlebensrate (Feld). 4- Um die Verbesserung der Frosttoleranz der Ackerbohne weiter nach vorne zu bringen, wurde ein Assoziationsanalyse-Ansatz mit dem A-Satz gefahren. Als Ergebnis liegen nun 70 mutmaßliche QLTs vor, die sieben morphologische Merkmale (Überlebensneigung, Blattturgor- und Blattfarbverlust, Frosttoleranz-Index, Wuchshöhe, Index1, Index2, und Sproß-Frischmasse nach Frost) und sechs physiologische Merkmale (Gehalt an gesättigten Fettsäuren, Gehalt an ungesättigten Fettsäuren, relativer Wassergehalt vor Frost, relativer Wassergehalt nach Frost, Verringerung des Wassergehaltes durch Froststress, und C16:0-Gehalt, also Palmitinsäuregehalt) betreffen. Das Gametenphasenungleichgewicht zwischen Marker-Loci zeigte ein sehr niedriges Niveau (r2=0,00075). Darüber hinaus zeigt die Hauptkoordinatenanalyse für genetische Distanzen zwischen den A-Satz-Linien keine offensichtliche Struktur in dieser Linienpopulation. Mehrere Marker zeigten eine signifikante Assoziation mit mehr als einem Merkmal, was ernstlich die Hoffnung erhöht, dass der markergestützte Ausleseansatz für die Verbesserung der Frosttoleranz bei der Ackerbohne genutzt werden kann.

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Schwanzbeißen ist eines der gravierendsten Probleme in der konventionellen Schweinehaltung, da es zu einer erheblichen Einschränkung des Tierwohls führt und zudem wirtschaftliche Einbußen nach sich zieht. Eine Prävention von Schwanzbeißen ist äußerst schwierig, da die Ursachen multifaktoriell sind. Viele Risikofaktoren, die Schwanzbeißen auslösen können, sind durch Untersuchungen hinreichend bekannt, aber das fehlende Bewusstsein für das Vorhandensein dieser Risikofaktoren auf den Betrieben erschwert es den Landwirten, eine Veränderung der Situation herbeizuführen. Ein ganzheitlicher Ansatz ist erforderlich, um die vorhandenen Risikofaktoren auf den Betrieben zu identifizieren und für jeden Betrieb ein entsprechendes individuelles Profil mit seinen Stärken und Schwächen zu erstellen. Vor diesem Hintergrund wurde das Schwanzbeiß Interventions Programm (SchwIP) 2011 entwickelt, dem eine betriebsindividuelle Erhebung verbunden mit den Grundsätzen der Planung von Tiergesundheit und Tierwohl (Animal Health and Welfare Planning, AHWP) zu Grunde liegt. SchwIP wurde auf deutschen konventionellen Betrieben mit Mastschweinehaltung angewendet und evaluiert, um Landwirten zu helfen, die Risikofaktoren für Schwanzbeißen zu identifizieren und zu reduzieren, sowie sich der Herausforderung zu stellen, die Gegebenheiten auf den Betrieben zu optimieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu ergründen: 1) wie eine Management-Anwendung in der Praxis verbreitet werden kann und ob ein Wissenstransfer zu den Anwendern erfolgt, 2) ob die Anwendung von SchwIP bezüglich einer Reduzierung von Risikofaktoren für Schwanzbeißen und einer Verringerung der Prävalenz von Schwanzverletzungen auf den Betrieben effektiv ist und 3) ob sich die Effektivität der Anwendung der Management-Hilfe auch in der Erfassung der Prävalenz von Schwanzverletzungen am Schlachthof widerspiegelt. Es wurden 23 eintägige Schulungen mit 19 Veterinären und 115 landwirtschaftlichen Betriebsberatern durchgeführt, um die Management-Hilfe SchwIP in ganz Deutschland zu verbreiten (Kapitel 4). Die Teilnehmer erlernten die Anwendung von SchwIP in interaktiven Schulungen mit einer Kombination aus theoretischen und praktischen Lehrabschnitten. Die Schulungsgruppen wurden subjektiv, basierend auf der Ausprägung ihrer ablehnenden Einstellung gegenüber Bestandteilen oder der Konzeption von SchwIP einer der folgenden drei Kategorien zugeordnet: hochgradig, mittelmäßig oder geringfügig ablehnend. In den nach der Schulung ausgeteilten Feedback-Bögen bewerteten hochgradig ablehnende Schulungsgruppen die Anwendbarkeit der Managementhilfe auf den Betrieben signifikant schlechter als die anderen beiden Gruppen. Allerdings wurden keine Unterschiede zwischen den Kategorien der Schulungsgruppen hinsichtlich der Benotung des Wissenstransfers in den Feedbackbögen sowie der sich an die Schulungen anschließenden praktischen Anwendungen auf den Betrieben festgestellt. Insgesamt erachteten 67% der Teilnehmer Schulungen als geeignetes Medium für das Erlernen zukünftiger Managementhilfen. Als Schlussfolgerung lässt sich ableiten, dass es erforderlich ist, sich Erfahrungen und Grundkenntnisse im Kommunikationstraining sowie in dem Leiten einer Gruppe anzueignen, bevor Schulungen entwickelt und durchgeführt werden, um auf die unterschiedlichen Einstellungen der Teilnehmenden eingehen zu können. Die Managementhilfe SchwIP wurde auf 188, von Schwanzbeißen betroffenen Betrieben, an jeweils einem Tag zwischen Juni und November im Jahr 2012 und erneut im gleichen Zeitraum im Jahr 2013 angewendet. Die Anwendung erfolgte entweder von einer Wissenschaftlerin der Arbeitsgruppe (68 Betriebe) oder von einem der 68 geschulten Tierärzte bzw. Betriebsberater (120 Betriebe) (Kapitel 5). Die Auswahl der untersuchten Buchten war problemorientiert, das heißt, Buchten wurde Vorrang in der Erhebung gegeben, in denen Schwanzbeißen zum Zeitpunkt des Besuchs vorhanden war oder Buchten, bei denen ein wiederkehrendes Auftreten bekannt war. Insgesamt zeigte sich, dass durch die Anwendung von SchwIP, bezogen auf alle Betriebe, das Gesamtrisiko zwischen den beiden Erhebungen signifikant reduziert werden konnte. Die Landwirte nahmen sich bei jedem Betriebsbesuch Ziele und Maßnahmen vor, unterstützt von dem jeweiligen Anwender und dem generierten SchwIP-Betriebsbericht, um das Risiko für Schwanzbeißen auf ihren Betrieben zu reduzieren. Der Grad der Umsetzung der vorgenommenen Maßnahmen (alle, einige oder keine Maßnahmen umgesetzt) hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Veränderung des Gesamtrisikos von Schwanzbeißen. In den verschiedenen Risikokategorien Komfort, Beschäftigung, Futter & Wasser, Gesundheit und Stress konnte kein Unterschied im jeweiligen Gesamtrisiko der Kategorien zwischen den Erhebungen festgestellt werden. Allerdings konnte in der Kategorie Beschäftigung ein Wissenstransfer durch die Anwender und das SchwIP verzeichnet werden, da im Jahr 2013 mehr Betriebe eine Beschäftigung anboten, sowie mehr Betriebe Beschäftigungsmaterial (z. B. Stroh, Heu, etc.) anstelle von Beschäftigungsobjekten (z. B. Kette mit Holzstück) bereitstellten. Darüber hinaus zeigte sich, dass sich die Prävalenz von Schwanzläsionen (Blut am Schwanz, entzündliche Schwellungen des Schwanzes, Teil- oder Vollverlust) und von Ohrläsionen (Blut oder Kruste am Ohr) zwischen den beiden Betriebserhebungen signifikant reduzierte. Begleitend zu den Betriebserhebungen wurde eine Bonitierung der Schwanzläsionen von 32 Betrieben, auf denen das SchwIP angewendet wurde, und von 32 Kontrollbetrieben am Schlachthof durchgeführt (Kapitel 6). Drei Beobachter beurteilten Schwanzläsionen von einer Gesamtstichprobe von 80.034 geschlachteten Schweinen anhand von Fotos, wobei 43.402 Fotos von SchwIP Betrieben im Zeitraum vom 02.07.2012 bis 29.11.2013 bonitiert wurden und 36.632 Fotos von Kontrollbetrieben im Zeitraum vom 22.11.2012 bis 29.11.2013. Die Bonitur erfolgte mit Hilfe einer 4-stufigen Skala (keine / leichte / schwere Verletzung, Nekrose). Zusätzlich wurde beurteilt, ob ein Vollverlust des Schwanzes vorhanden war oder nicht. Für die Auswertung wurden die Verletzungsgrade zusammengefasst zu den Befunden ‘Verletzung‘ und ‘keine Verletzung‘. Verletzungen wurden unabhängig von dem jeweiligen Schweregrad im Durchschnitt bei 25,4 % der Schlachtkörper von Kontrollbetrieben festgestellt, wobei die Mehrzahl der Verletzungen leichte Verletzungen waren (23,6 % der Schlachtkörper). Es wurden weniger Schwanzspitzennekrosen in der routinemäßigen Fleischuntersuchung ermittelt als Nekrosen von Fotos bonitiert wurden. Von insgesamt 548 Schwanzspitzennekrosen wurden nur 17 % übereinstimmend sowohl von Fotos als auch in der routinemäßigen Fleischuntersuchung erfasst, wohingegen 53 % der Nekrosen, die in der routinemäßigen Fleischuntersuchung festgestellt wurden, auch in der Fotobonitur als solche bewertet wurden. Die Prävalenz von Schwanzverletzungen war in der ersten Saison (Winter), in der sowohl von SchwIP- als auch von Kontrollbetrieben Fotos vorhanden waren, im Beobachtungszeitraum signifikant höher bei den SchwIP-Betrieben als bei den Kontrollbetrieben, aber in keiner der folgenden Saisons. Dies weist auf eine Reduzierung durch die Anwendung der Managementhilfe SchwIP hin. Zusammenfassend erwies sich die Kombination von einer betriebsindividuellen Erhebung, entsprechend, den in SchwIP integrierten Grundsätzen der Planung von Tiergesundheit und Tierwohl (AHWP) als erfolgreich. Die Risikofaktoren für Schwanzbeißen auf Betrieben mit bestehender Schwanzbeißproblematik konnten reduziert und die Prävalenz von Schwanzverletzungen, sowohl auf den Betrieben als auch im Schlachthof, gesenkt werden. Schulungen mit Betriebsberatern und Veterinären erwiesen sich zudem als ein sehr effektiver Weg, neue Managementhilfen in der landwirtschaftlichen Praxis zu verbreiten und einen Wissenstransfer von der Wissenschaft in die Beratung und daran anschließend an die Landwirte bereitzustellen.

Das Spurengas Lachgas (N₂O) trägt zur Klimaerwärmung und Zerstörung der Ozonschicht in der Atmosphäre bei. Mit einem Anteil von ca. 70% sind landwirtschaftliche Böden weltweit Hauptverursacher der hohen anthropogenenN₂O Emissionen. N₂O entsteht in Böden durch verschiedene mikrobiologische Prozesse, bei denen N₂O unter anderem aus düngerbürtigem N gebildet wird. Die Entwicklung effektiver Minderungsmaßnahmen wird erst möglich, wenn ein Verständnis der N₂O Quellprozesse und ihrer Dynamik in Böden vorhanden ist. In dieser Studie wurde die Denitrifikation als ein Quellprozess untersucht, der zusammen mit Nitrifikation und Nitrifizierer-Denitrifikation hauptsächlich für die N₂O Emissionen aus Böden verantwortlich ist. Die Denitrifikation beschreibt die Reduktion von Nitrat (NO₃^-) zu N2, wobei Nitrit (NO₂^-), Stickstoffmonoxid (NO) und N₂O Zwischenprodukte dieses Reaktionsweges sind. Lange Zeit galten heterotrophe Bakterien als alleinige Verursacher von N₂O Emissionen aus der Denitrifikation. Im Jahr 1972 wurde allerdings in Versuchen mit Pilzreinkulturen nachgewiesen, dass auch Pilze in der Lage sind, N₂O über die Denitrifikation zu bilden. Zwei Jahrzehnte später wurde gezeigt, dass den meisten Pilzen das Enzym N₂O-Reduktase fehlt. Somit ist nicht N₂, sondern N₂O das hauptsächliche Endprodukt der pilzlichen Denitrifikation. Dies lässt vermuten, dass die Bildung von N₂O durch pilzliche Denitrifikation noch unterschätzt wird, vorausgesetzt Pilze und Bakterien haben ähnliche Prozessraten. Bisher wurde jedoch nicht ausgiebig erforscht, welchen Anteil die einzelnen mikrobiellen Gemeinschaften an der N₂O Bildung tatsächlich haben. Zur Unterscheidung der N₂O Bildungsprozesse in Bezug auf die beteiligten Mikroorganismen stellt die Isotopenanalyse von N₂O eine vielversprechende Anwendung dar. Vor allem die ¹⁵N-Positionspräferenz im N₂O (SP = site preference, d.h. die Differenz zwischen den δ¹⁵N-Werten der außenständigen und zentralen N-Atome im linearen N₂O-Molekül) aus der Denitrifikation zeigte starke Unterschiede zwischen Reinkulturen einiger Bakterien (SP = -11 bis 0 ‰) und zwei untersuchten Pilzen (SP ~ 37 ‰). Jedoch wurden Bakterienreinkulturen bisher ausgiebiger untersucht als Pilzreinkulturen, auch wenn bekannt ist, dass sich die beteiligten Enzyme bei der Denitrifikation, bis auf die NO-Reduktase, zwischen Bakterien und Pilzen nicht unterscheiden. Die verschiedenen NO-Reduktasen sind vermutlich die Ursache für die unterschiedlichen SP-Werte des von Pilzen und Bakterien produzierten N₂O. Des Weiteren wurde bei Bakterien ein Austausch der Sauerstoffatome von Zwischenprodukten der Denitrifikation und dem umgebenden Wasser gefunden, der zwischen 4 und 100% beträgt. Ob es einen solchen Sauerstoffaustausch auch bei Pilzen gibt, ist bisher jedoch unerforscht. Würde der Sauerstoffaustausch bei pilzlicher Denitrifikation nicht erfolgen, ermöglichte dies neben der unterschiedlichen SP eine weitere Unterscheidung der Herkunft des N₂O. Der Sauerstoffaustausch würde signifikante Unterschiede in der O Isotopensignatur im N₂O pilzlicher bzw. bakterieller Herkunft verursachen. In der vorliegenden Studie, die Aufschluss über die pilzliche N₂O Produktion aus der Denitrifikation geben soll, wurden drei Hauptthemen behandelt. In einem Isotopen-Tracerexperiment mit <up>18</sup>O-angereichertem Wasser wurde untersucht, ob bei sechs Pilzreinkulturen ein Sauerstoffaustausch zwischen Wasser und Zwischenprodukten der Denitrifikation stattfindet. Die Pilzreinkulturen zeigten tatsächlich durch Inkorporation von ¹⁸O aus Wasser in N₂O einen Sauerstoffaustausch. Auch Pilze können bis zu 100% des O während der Denitrifikation austauschen. Eine Unterscheidung zwischen der Denitrifikation durch Bakterien und Pilze anhand der Sauerstoffsignatur ist somit nicht möglich. Das zweite Thema sollte Auskunft darüber geben, ob hohe SP-Werte des N₂O aus der Denitrifikation bei Pilzreinkulturen allgemeingültig sind. Neben den zwei bisher untersuchten wurden vier weitere Pilzreinkulturen inkubiert. Diese Studie zeigte für die getesteten Pilzarten ebenfalls höhere SP-Werte (SP = 19.7 bis 32.6 ‰) im Vergleich zum Wertebereich von Bakterienreinkulturen. Basierend auf den Ergebnissen zum Sauerstoffaustausch aus dem Isotopen-Tracerexperiment wurde für die jeweiligen sechs Pilze, anhand der im Rahmen dieses Versuchs ermittelten natürlichen Sauerstoffisotopensignaturen, Mechanismen zur O Isotopenfraktionierung untersucht. Dafür wurden, neben den Werten des Sauerstoffaustausches und der natürlichen O Isotopensignatur der Pilzreinkulturen, Werte für Fraktionierungseffekte aus der Literatur in einem Isotopenfraktionierungsmodell angewendet, um die Beteiligung der verschiedenen Enzyme, die während der Denitrifikation an dem Sauerstoffaustausch beteiligt sind, abzuschätzen. Im Vergleich zu den NO₃^-- und NO-Reduktasen wies die N₂O^--Reduktase einen maßgeblich höheren Sauerstoffaustausch auf. Die Erkenntnisse aus den Experimenten mit den Pilzereinkulturen sollten im Rahmen des dritten Themas auf Ihre Übertragbarkeit auf die mikrobiellen Gemeinschaften in Böden untersucht werden, indem Bodeninkubationsversuche mit selektiver Hemmung der Organismengruppen (Pilze und Bakterien) durchgeführt wurden. Bei dieser Modifizierung der Methode zur Substrat-induzierten Respiration mit selektiver Hemmung (SIRIN) sollte untersucht werden, ob sich die spezifischen SP-Werte für Bakterien und Pilze nach selektiver Wachstumshemmung von Bodengemeinschaften durch spezifische Antibiotika nachweisen lassen. Die Ausprägung des Hemmungseffekts auf SP-Werte in den drei getesteten Böden entsprach nicht den Erwartungswerten, die sich aus den SP-Werten der Pilz- und Bakterienreinkulturen ergaben. Die ermittelten SP-Werte lagen in den meisten Fällen im Bereich jener bakterieller Reinkulturen und eine Hemmung der Bakterien führte in keinem Fall zu der erwarteten Veränderungen der SP-Werte. Folglich konnten die SP-Werte dieser Versuche nicht dazu dienen, die N₂O Bildung in den gehemmten Varianten den verschiedenen Organismengruppen zu zuordnen. Ungeklärt blieb, ob dies durch fehlende Eignung der modifizierten SIRIN-Methode zu erklären ist, oder ob die an Reinkulturen beobachteten SP-Unterschiede zwischen Pilzen und Bakterien nicht auf mikrobielle Gemeinschaften der Versuchsböden übertragbar sind. Im Hinblick auf nach wie vor bestehende methodische Defizite bei der Untersuchung der Pilzdenitrifikation im Boden sollte dies in weitergehenden Studien geklärt werden.