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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-01-01 - 2019-12-31

Pflanzenblätter sind Schlüsselkomponenten im globalen Kohlenstoff- und Wasserkreislauf, da praktisch die gesamte terrestrische Kohlenstoffaufnahme aus der Atmosphäre und ~ 70% aller terrestrischen Verdunstung über diese verläuft. Die Erforschung der Kohlenstoff- und Wasserflüsse über Blätter hat sich bislang darauf fokussiert, wie die Poren an der Oberfläche des Blattes (Spaltöffnungen) und die Mesophyllzellen, in denen Photosynthese stattfindet, auf die Umwelt reagieren. Die vielen Interzellularen (Lufträume) zwischen den Spaltöffnungen und den Mesophyllzellen wurden dabei meist übersehen, da diese luftgefüllten Hohlräume in den Blättern von den bisher am häufigsten untersuchten Pflanzen kaum die Diffusion von Kohlstoffdioxide (CO2) begrenzen. Bei bestimmten Blatttypen könnten diese Interzellularen allerdings die Bewegung von CO2 limitieren. Blätter der Bedecktsamer (Angiospermen), die am stärksten diversifizierte und evolutionär jüngste Pflanzengruppe, zeigen eine verbesserte Kontrolle der Spaltöffnungen und Wassertransporteigenschaften im Vergleich zu ihren Vorfahren, beispielsweise den Farnen und Gymnospermen. Im Vergleich dazu ist wenig über die Vielfalt des Interzellularsystems bekannt und ob Angiospermen auch hier ähnlich wie beim Wassertransport ein effizienteres System entwickelt haben. Das geplante Projekt „3D funktionelle Charakterisierung von Lufträumen in Blättern“ soll diese Frage beantworten. Die Darstellung des dreidimensionalen Aufbaus von Blättern mittels hochauflösender Röntgencomputertomografie ermöglicht es, Volumen und Verteilung der Interzellularen zu analysieren. In Kombination mit einer Analyse von Photosynthese und Transpiration soll die dreidimensionale Darstellung des Blattes die Bedeutung der Interzellularen als wesentliche funktionelle Parameter für Kohlenstoff- und Wassertransportprozesse sowie die Koordination der Interzellularen mit anderen Blatteigenschaften aufklären. Die funktionelle Charakterisierung erfolgt mittels Finite-Elemente-Analyse, die v.a. für technische Modelle verwendet wird, aber auch pflanzenphysiologische Prozesse in einem dreidimensionalen Blatt simulieren kann. Das Modell soll anschließend verwendet werden, um ein „Big Leaf“ Modell zu entwickeln (eine Vegetationsschicht wird hier als ein einziges großes Blatt gesehen). Solche Modelle ermöglichen es, die Rolle der Interzellularen im Kohlenstoff- und Wasserhaushalt zu quantifizieren. Diese Modelle werden auch dazu dienen anhand der Eigenschaften fossiler Blätter das frühere Klima zu rekonstruieren und auch die Reaktion auf das zukünftige Klima vorherzusagen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-10-01 - 2020-09-30

Pflanzenblätter sind komplexe Organe mit einer großen Vielfalt an Formen und Strukturen. Es ist seit langem bekannt, dass die Blattanatomie eng mit biologischen Funktion zusammenhängt. Die wichtigste Aufgabe von Blättern ist die Aufnahme von Licht und Kohlendioxid (CO2) in der Photosynthese. Die Photosynthese bildet die Grundlage der globalen Ernährung, sodass es gesellschaftlich und wirtschaftlich hoch relevant ist, wie dieser Prozess auf Veränderungen in der Umwelt und insbesondere auf eine begrenzte Wasserverfügbarkeit reagiert. Ein Großteil der aktuellen Forschung konzentriert sich darauf, wie die Reaktion der Photosynthese auf Umweltfaktoren durch biochemische Prozesse bestimmt wird. Die Struktur eines Blattes ist quantitativ schwer beschreib- und messbar und wurde daher oft ignoriert. Jüngste Ergebnisse legen jedoch nahe, dass die Blattanatomie nicht als statisch angenommen werden kann, sondern sich schnell und reversibel in Reaktion auf ein Wasserdefizit ändert. Diese dynamische Veränderung der Anatomie bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Wirkung der inneren Blattstruktur auf die Photosynthese zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden Blätter von trockentoleranten und empfindlichen Pappelklonen einem Wasserdefizit ausgesetzt und Änderungen der Anatomie, des Blattwasserzustandes und der Photosynthese werden genau verfolgt. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten werden neue Mikroskopiertechniken und Computermodelle eingesetzt, um den dreidimensionalen Aufbau in bisher nicht erreichtem Detail bis zur subzellulären Ebene zu analysieren. Mit dem 3d-Modell des Blattes kann die Ausbreitung des CO2 im Blatt analysiert werden und damit auch, wie sich Änderungen in der Anatomie auf die Photosynthese auswirken. Die Experimente werden klären, welche kurzfristigen Veränderungen der Anatomie durch Wassermangel induziert werden und wie dies die Photosynthese beeinflusst. In Kombination mit einem mechanistischen Modell der Photosynthese ermöglicht dies anatomische Merkmale zu identifizieren, die die Photosynthese unter einem Wasserdefizit einschränken und potentiell zur Züchtung trockenresistenter Pflanzen verwendet werden können.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-01-01 - 2019-12-31

Die Pollen des Unkrauts Ragweed gelten als besonders aggressiver Allergie-Auslöser und verursachen jährlich einen enorm hohen volkswirtschaftlichen Schaden. Während Ungarn seit langem betroffen ist und Bekämpfungsmaßnahmen sowohl organisatorisch als auch rechtlich erfolgreich verankert hat, hat sich die Pflanze in Österreich erst in den letzten Jahren verstärkt ausgebreitet. Da die Verbreitung v.a. aus den östlichen Nachbarländern erfolgt, ist das Burgenland besonders stark betroffen. Jedoch gibt es derzeit auf AT Seite weder eine geregelte Vorgehensweise zur Erfassung und Bekämpfung von Ragweed noch eine Zusammenarbeit mit den HU Behörden. Dieses Ungleichgewicht in der Handlungsfähigkeit der Verwaltungssysteme stellt eine große Herausforderung für die Grenzregion dar. Da Ragweed vor der Grenze nicht halt macht, kann das Problem nur durch gemeinsames Handeln bekämpft werden. Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, eine nachhaltige institutionelle Kooperation zw. den AT und HU Verwaltungssystemen bzw. Forschungsinstitutionen zum Thema Ragweed-Bekämpfung aufzubauen. Dadurch wird ein Know-how-Transfer ermöglicht, von dem beide Seiten profitieren und durch den die Qualität des öffentlichen Dienstes und damit auch die Lebensqualität der Bevölkerung verbessert werden. Im Rahmen einer Erhebung und Forschung werden grundlegende Daten und Informationen erhoben (Ko 1: Grenzüberschreitende Zusammenarbeit von Universitäten im Rahmen der Forschungsarbeiten), auf deren Basis grenzüberschreitend koordinierte Empfehlungen für eine Bekämpfung und Verhinderung der Ausbreitung gemacht werden. Durch den Aufbau eines gemeinsamen Ragweed-Meldesystems wird erstmals ein grenzüberschreitender Datenaustausch ermöglicht. Mit der Etablierung einer bilateralen Ragweed-Arbeitsgruppe mit Experten aus beiden Ländern wird der Grundstein für eine langfristige institutionelle Zusammenarbeit gelegt (Ko 2: Nachhaltige grenzüberschreitende Zusammenarbeit von Verwaltungseinheiten).

Betreute Hochschulschriften