In dieser Arbeit wird die Eignung eines Haarwurzelsystems (HR) aus transgenen Sonnenblumen-hairy roots zur biotechnologischen Produktion von α-Tocopherol untersucht. Es wurden hairy roots mit und ohne Transgene erzeugt. Transgene HR exprimieren Tocopherolbiosynthesegene aus Arabidopsis thaliana. Die HR wurden unterschiedlichen Stressoren unterworfen, um die α-Tocopherolproduktion binnen eines Zeitraums zu überprüfen. Stressoren waren verringerte Kohlenstoffquelle, Beleuchtung und der Zusatz von Zytokininen. Die Produktionsleistung des Systems ist schlussendlich ungenügend zur kostengünstigen Produktion von α-Tocopherol.

In dieser Arbeit wird die Eignung eines Haarwurzelsystems (HR) aus transgenen Sonnenblumen-hairy roots zur biotechnologischen Produktion von α-Tocopherol untersucht. Es wurden hairy roots mit und ohne Transgene erzeugt. Transgene HR exprimieren Tocopherolbiosynthesegene aus Arabidopsis thaliana. Die HR wurden unterschiedlichen Stressoren unterworfen, um die α-Tocopherolproduktion binnen eines Zeitraums zu überprüfen. Stressoren waren verringerte Kohlenstoffquelle, Beleuchtung und der Zusatz von Zytokininen. Die Produktionsleistung des Systems ist schlussendlich ungenügend zur kostengünstigen Produktion von α-Tocopherol.

In Freiland- und Gefäßversuchen sollten Aufnahme der Schwermetalle (SM) und Wuchsverhalten an Kulturpflanzen im Hinblick auf die Wirkung von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM) Glomus intraradices, des Bakterienstammes Pseudomonas fluorescens (RA56) und als Dualinokulation auf Schwermetall belasteten Böden untersucht werden. Als Versuchspflanzen wurden Mais (Zea maize L.) und Weidelgras (Lolium multiflorum L.) und zusätzlich die Sonnenblume (Helianthus annuus L.) in Gefäßversuchen eingesetzt. Die Schwermetallkonzentrationen in den Böden lagen zwischen 0,5 und 56 mg Cd/kg TS, 17 und 650 mg Cu/kg TS und 110 und 1870 mg Zn/kg TS. Der Sonnenblumenertrag konnte im Gefäßversuch auf dem hoch belasteten Boden mit 36 mg Cd/kg TS, 556 mg Cu/kg TS und 1270 mg Zn/kg TS durch den AM-Pilz um 220 % und in der Dualinokulation um 348 % signifikant zur Kontrolle gesteigert werden. Gleichzeitig erhöhte die AM die Cd-Aufnahme um 29 % und die Dualinokulation um 66 %. Trotz der hohen Cd-Konzentrationen wiesen die Pflanzen mit Pilzbehandlungen keine Schäden auf. Der Maisertrag wurde durch AM und Bakterien im Feldversuch und als Dualinokulation in den ersten beiden Versuchsjahren bis zu 47 % gefördert. Im dritten Versuchsjahr kam es zu einer Ausbreitung der Mykorrhiza auf der gesamten Fläche, so dass eine Wuchsförderung auch auf den Kontrollparzellen statt fand. Durch die Variabilität der Cd -Gesamtgehalte auf der Versuchsfläche war der Vergleich der Aufnahmeraten zwischen den Varianten nur über den Cd-Transferfaktor möglich. In den oberirdischen Pflanzenteilen des Maises zeichneten deutlich eine Abnahme und in die Wurzeln eine Zunahme des Cd-Transfers ab. Gleichzeitig wurden die Mykorrhizainfektionen an den Maiswurzeln erhöht. Durch die Anwendung der Mykorrhiza in Kombination mit den Pseudomonaden können im Mais über mehrere Anbaujahre das Cd in das Erntegut reduziert werden mit gleichzeitiger Ertragserhöhung. / Influence of Mycorrhiza fungi and associate bacteria on the availability of nutrients and heavy metal in culture plants on heavy metal soils The heavy metal uptake and the influence on plant growing in culture plants is analysed in this study. Field- and pot experiments were done. An emphasis of this study was focused on the effect of the arbuscular Mycorrhiza (AM) fungi Glomus intraradices, the bacteria Pseudomonas fluorescens (RA56) and as dual inoculation. Maize (Zea maize L.) and Italien rye (Lolium multiflorum L.) were used and in addition sunflowers (Helianthus annuus L.) in the pot experiments. The concentrations of heavy metals in the soil were measured between 0.5 and 56 mg Cd/kg dry weight (d.w.), 17 and 650 mg Cu/kg d.w. and 110 and 1870 mg Zn/kg d.w. The yield of sunflowers was increased significantly up to 220% with AM fungi in the pot experiments. Cd-absortion increased by 29% in the soil with 36 mg Cd/kg d.w., 556 mg Cu/kg d.w. and 1270 mg Zn/kg d.w. in those pot experiments. With AM and Pseudomonades the yield was increased significantly up to 348% compared to the control group, the Cd-absortion increased by 66%. In spite of high Cd-concentrations, the plants showed no damages. The yield of maize was increased up to 47% due to AM fungi and Pseudomonades in singular and dual inoculation in the field experiments during the first and second year. In the third year, the AM fungi were spread over the whole area and no differences of yield were found. Because of the heterogeneous concentrations of Cd in the field area the comparison of Cd assimilation was allowed only by analysis of the transfer factor in the variants. Within the experimental years, the AM infection rate and the Cd-transfer was increased in the maize roots. On the other hand, the Cd translocation rate was decreased in the shoots. The reduction of Cd rate in monocotyledonous plants and an increase of yield are estimated for long term application of the AM fungi with Pseudomonades.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Betrachtung der regionalen Klimawandelfolgen auf die landwirtschaftlichen Erträge des agrarintensiven Landes Niedersachsen. Zu diesem Zweck wurde das neuentwickelte robuste Pflanzenmodell BioStar herangezogen um mittels hochaufgelösten (100 × 100 m) Wettreg Klimadaten des 21. Jahrhunderts die Entwicklung der Biomasseerträge von vier Wintergetreiden (Weizen, Gerste, Roggen & Triticale), drei Maissorten (differenziert nach Reifezeitpunkt) und drei weiterer Feldfrüchte (Sonnenblume, Sorghum & Sommerweizen) zu modellieren. Bei dem Pflanzenmodell BioStar handelt es sich um ein kohlenstoffbasiertes Pflanzenmodell, mit dem anhand von Eingangsklimadaten (Niederschlagshöhe, Temperatur, Globalstrahlung, Luftfeuchte und Windgeschwindigkeit) und dem verfügbaren Bodenwasser (Feldkapazität) der Ertragszuwachs im Verlauf der Vegetationsperiode simuliert wird. Das Modell eignet sich für die Thematik insbesondere auch deshalb, da es an der Universität Göttingen entwickelt und auf Niedersächsischen Standorten validiert wurde. Die zur Modellierung benötigten Bodenparameter wurden der Niedersächsischen BÜK50n entnommen. Dabei kamen nur Flächen zur Anwendung, die nach der Corine Landbedeckungserhebung von 2005 zu den landwirtschaftlich genutzten Flächen in Niedersachsen zählen. Die mittlere Größe dieser gut 90.000 Flächen liegt damit um 33 ha. Die Entwicklung wird unter Berücksichtigung des IPCC Szenarios A1B sowie des CO2-Düngeeffekts bis zum Ende des Jahrhunderts pflanzenabhängig stagnierend bis deutlich positiv verlaufen, wovon allerdings nicht alle Regionen in gleicher Weise profitieren können. Insgesamt verschieben sich die landwirtschaftlichen Gunstgebiete weiter nach Westen — was aber durch die bessere Entwicklung des Westens und nicht in einer negativen Entwicklung der östlichen Flächen begründet ist. Das Ostbraunschweigische Hügelland ist meist unter den Regionen mit der besten Entwicklung, kann im absoluten Vergleich aber nie zu den guten landwirtschaftlichen Standorten aufschließen. Größter Verlierer wird den Ergebnissen nach das südliche Hügelland sein, das über die kommenden Jahrzehnte zusehends schlechtere Voraussetzungen für den Pflanzenanbau bietet. Die gesamte Entwicklung wird dabei aber erst ab etwa der Jahrhunderthälfte einsetzen, vorher lassen sich für den Großteil der Pflanzen kaum Veränderungen konstatieren. In den kommenden 20 Jahren zeigt nur die Gerste deutliche Anzeichen eines Ertragszuwachses und mittelreifender Mais eines Ertragsrückgangs. Bis 2099 kehrt sich dieser Trend dann wieder um. Eigentlich alle Feldfrüchte zeigen spätestens zum Jahrhundertende eine positive Entwicklungstendenz, wenn Winterweizen, Winterroggen und Wintertriticale auch nur vergleichsweise schwach. Die beiden hauptausschlaggebenden Entwicklungsfaktoren werden in Zukunft zum einen die atmosphärische CO2-Konzentration sein, über deren Düngeeffekt die Erträge positiv beeinfluss werden. Ihr stehen die abnehmenden Sommerniederschläge gegenüber, die sich deutlich negativ auf die Erträge auswirken. Vieles wird in Zukunft davon abhängen, inwieweit diese Niederschläge tatsächlich zurückgehen werden und wie stark der CO2-Düngeeffekt tatsächlich ausfallen wird. Ungeachtet dessen werden sich aber die Wintergerste und der Sommerweizen dennoch tendenziell positiv entwickeln können, da beider Entwicklung relativ unabhängig von den CO2- Konzentrationen verläuft, wobei die Gerste zusätzlich weniger anfällig auf sinkende Sommerniederschläge reagiert. Interessant wird auch die Entwicklung des Maises werden. Im Gegensatz zu anderen Studien die nur mit „Mais“ modellieren, wurde hier auf früh-, mittel- und spätreifende Sorten zurückgegriffen. Die unterschiedlichen Sorten besitzen über das Jahrhundert deutlich größere Unterschiede als etwa die Arten Weizen, Roggen und Triticale. Während mittelreifender Mais die schlechtesten Aussichten, eigentlich unter allen behandelten Pflanzen, besitzt, wird spätreifender Mais mit den deutlichsten Ertragszuwächsen im kommenden Jahrhundert rechnen können.