Information

1.5: Pflanzen erkennen, die zum Pflanzen in schwierigen Situationen geeignet sind - Biologie


Lernziele

  • Erkennen Sie Pflanzen, die für das Pflanzen in schwierigen Situationen geeignet sind.

Üben: Beenden Sie die Sätze, indem Sie für jede Pflanze die passende Wachstumsbedingung auswählen. Klicken Sie auf die Bilder für eine größere Ansicht. Sehen Sie sich die detaillierten Informationen zu jeder Pflanze an, die unter diesem Link zur KPU-Anlagendatenbank [Neue Registerkarte][1].

Ein interaktives oder mediales Element wurde von dieser Textversion ausgeschlossen. Sie können es hier online einsehen:
https://kpu.pressbooks.pub/plantidentification/?p=707

Ein interaktives oder mediales Element wurde von dieser Textversion ausgeschlossen. Sie können es hier online einsehen:
https://kpu.pressbooks.pub/plantidentification/?p=707


  1. https://plantdatabase.kpu.ca/plant/search.gsp

Reproduktion in Pflanzen

Pflanzenreproduktion ist der Prozess, durch den Pflanzen neue Individuen oder Nachkommen erzeugen. Die Fortpflanzung ist entweder sexuell oder asexuell. Sexuelle Fortpflanzung ist die Bildung von Nachkommen durch die Verschmelzung von Gameten . Asexuelle Fortpflanzung ist die Bildung von Nachkommen ohne Verschmelzung von Gameten. Die sexuelle Fortpflanzung führt zu Nachkommen, die sich genetisch von den Eltern unterscheiden. Asexuelle Nachkommen sind bis auf eine Mutation genetisch identisch. Bei höheren Pflanzen werden die Nachkommen in einem schützenden Samen verpackt, der langlebig sein kann und den Nachwuchs in einiger Entfernung von den Eltern verstreuen kann. Bei Blütenpflanzen (Angiospermen) ist der Samen selbst in einer Frucht enthalten, die die sich entwickelnden Samen schützen und bei ihrer Verbreitung helfen kann.


Vergleichende Biologie verschiedener Pflanzenpathogene zur Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzenkrankheiten in Europa

In diesem Review werden Umweltfaktoren beschrieben, die die Schwere von Pflanzenkrankheiten, insbesondere im Vereinigten Königreich und in Nordwesteuropa, beeinflussen, um die Auswirkungen des Klimawandels auf das Pflanzenwachstum und den Ertrag sowie die Schwere von Krankheitsepidemien zu bewerten. Während die Arbeit an einigen Krankheiten wie Phoma-Stängelkrebs von Raps und Fusarium-Ohrfäule von Weizen, die Pflanzenwachstum, Krankheitsentwicklung und Klimawandelmodelle kombinieren, detailliert beschrieben wird, werden Klimaänderungsprojektionen und Vorhersagen der resultierenden biotischen Reaktionen darauf sind komplex vorherzusagen, und detaillierte Modelle, die Klima, Pflanzenwachstum und Krankheitsentwicklung miteinander verbinden, stehen für viele Pflanzen-Pathogen-Systeme nicht zur Verfügung. Dieser Review verwendet einen neuartigen Ansatz zum Vergleich der Pathogenbiologie nach „Ökotyp“ (eine Kategorisierung basierend auf Aspekten wie Epidemietyp, Verbreitungsmethode und Infektionsbiologie), die von detaillierten Krankheitsverlaufsmodellen geleitet wird, sofern verfügbar, um potenzielle zukünftige Forschungsprioritäten für die Krankheitskontrolle zu identifizieren. . Folgen des prognostizierten Klimawandels werden auf Faktoren untersucht, die Krankheitszyklen von Pilzpathogenen (neun wichtige Krankheitserreger werden detailliert untersucht), Viren, Bakterien und Phytoplasmen antreiben. Andere nach „Ökotypen“ klassifizierte Krankheiten wurden überprüft und wahrscheinliche Veränderungen ihres Schweregrades als Orientierungshilfe für vergleichbare Krankheiten verwendet, über die weniger Informationen verfügbar sind. Sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen des Klimawandels werden mit Schwerpunkt auf Beispielen aus dem Vereinigten Königreich diskutiert und im Zusammenhang mit anderen Faktoren betrachtet, die Krankheiten und insbesondere das Auftreten neuer Krankheiten beeinflussen, wie z Auswirkungen anderer Umweltveränderungen wie erhöhtes CO2. Eine gute Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten wird zur Eindämmung des Klimawandels beitragen, indem sie die Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft verringert und gleichzeitig die Produktion aufrechterhält. Strategien zur Anpassung an den Klimawandel sind erforderlich, um die Krankheitsbekämpfung und die Ernteerträge in Nordwesteuropa aufrechtzuerhalten.

Dies ist eine Vorschau von Abonnementinhalten, auf die Sie über Ihre Institution zugreifen können.


1. EINLEITUNG

In den letzten zwei Jahren wurden mehrere große globale Syntheseberichte veröffentlicht, die zusammengenommen ein düsteres Bild des aktuellen Zustands des Klimas und der Biosphäre zeichnen. Wir versäumen es nicht nur, das Klima zu stabilisieren (IPCC, 2014 , 2018 ) oder den Verlust der biologischen Vielfalt an Land (IPBES, 2019 NYDF Assessment Partners, 2019 WWF, 2020a ) und im Meer (IPCC, 2019a ) einzudämmen, sondern diese Misserfolge erhöhen weltweit Armut und Ungleichheit und untergraben die Entwicklungserfolge des 20. Jahrhunderts ernsthaft (IPBES, 2019 WEF, 2020a , 2020b ). Es gibt eine wachsende Erkenntnis, dass diese Herausforderungen miteinander verbunden sind und nicht unabhängig angegangen werden können (IPCC, 2019b Turney et al., 2020). Da sich die Beweise dafür häufen, dass die natürlichen Systeme, von denen wir abhängig sind, sich über einen Punkt ohne Wiederkehr hinaus verschlechtern (IPCC, 2018 Rockström et al., 2009 Steffen et al., 2015), ist klar, dass größere und kohärentere Ansätze zur Bewältigung globaler Herausforderungen sind gefragt.

Naturbasierte Lösungen (NbS) – Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen, die die Arbeit mit der Natur beinhalten – haben in letzter Zeit als integrierter Ansatz an Popularität gewonnen, der die Doppelkrisen des Klimawandels und des Verlusts der biologischen Vielfalt angehen könnte (Seddon, Chausson, et al., 2020). und gleichzeitig ein breites Spektrum nachhaltiger Entwicklungsziele unterstützt (Gómez Martín et al., 2020 Maes et al., 2019). NbS sind Maßnahmen, die grob kategorisiert werden als Schutz, Wiederherstellung oder Management natürlicher und naturnaher Ökosysteme, nachhaltiges Management von Nutzflächen und aquatischen Systemen oder die Schaffung neuartiger Ökosysteme (Abbildung 1). Obwohl mehr Forschung erforderlich ist, zeigt eine schnell wachsende Evidenzbasis (Chausson et al., 2020 Hanson et al., 2020), dass gut konzipierte NbS mehrere Vorteile bieten können (Seddon, Chausson et al., 2020). Beispielsweise kann der Schutz und die Wiederherstellung von Lebensräumen entlang von Küsten oder in oberen Einzugsgebieten zur Anpassung an den Klimawandel beitragen, indem Gemeinden und Infrastruktur vor Überschwemmungen und Erosion geschützt werden, während gleichzeitig die Kohlenstoffbindung erhöht und die Biodiversität geschützt wird (Smith et al., 2017). Unterdessen kann die Vergrößerung von Grünflächen und das Pflanzen von Bäumen in städtischen Gebieten zur Kühlung und zum Hochwasserschutz beitragen, während gleichzeitig die Luftverschmutzung verringert, Erholung und gesundheitliche Vorteile geboten werden und Kohlenstoff gebunden wird (Alves et al., 2019 Brink et al., 2016 Abbildung 1).

Die einfache Logik, „mit der Natur zu arbeiten und sie zu verbessern, um gesellschaftliche Herausforderungen anzugehen“ (Seddon, Chausson, et al., 2020 Seddon et al., 2019) hat das Verständnis und das Engagement in verschiedenen Sektoren erleichtert, während die Breite des Konzepts zusammengewachsen ist unterschiedliche Gemeinschaften von Forschern, politischen Entscheidungsträgern und Praktikern in den Bereichen Klimawandel, Biodiversität und Entwicklung (Cohen-Shacham et al., 2019 van Ham & Klimmek, 2017). Durch die Vereinigung naturbasierter Ansätze in einem einzigen Rahmen (Tabelle 1) und die Ermöglichung eines flexiblen, integrierten Ansatzes zur Bewältigung unterschiedlicher Herausforderungen kann NbS – bei richtiger Gestaltung und Umsetzung – Synergien ermöglichen und Kompromisse zwischen Maßnahmen minimieren, um unterschiedliche Ziele zu erreichen. Dies hat zu einer umfassenden Übernahme des Konzepts durch Regierungen (Tabelle 2) und den Privatsektor geführt (Tabelle 3 Cohen-Shacham et al., 2019 Nesshöver et al., 2017 ). NbS wurden in jüngsten globalen Bewertungsberichten von Gremien wie dem Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) und der Zwischenstaatlichen Plattform für Wissenschaftspolitik zu Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen (IPBES IPBES, 2018 IPCC, 2019a , 2019b ) hervorgehoben und stehen im Mittelpunkt einer wachsenden Zahl wichtiger neuer Programme, die von Regierungs- und Nichtregierungsorganisationen sowie Institutionen des Privatsektors umgesetzt werden (Seymour, 2020).

Begriff (Akronym) Definition Verweise
Naturbasierte Lösungen (NbS) Maßnahmen zum Schutz, zur nachhaltigen Bewirtschaftung und Wiederherstellung natürlicher oder veränderter Ökosysteme, die gesellschaftliche Herausforderungen effektiv und anpassungsfähig angehen und gleichzeitig dem menschlichen Wohlergehen und der Artenvielfalt zugute kommen. Cohen-Shachamet al. ( 2019 ) IUCN ( 2012 )
Naturbasierte Lösungen sollen Gesellschaften dabei helfen, eine Vielzahl von ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Herausforderungen auf nachhaltige Weise zu bewältigen. Dabei handelt es sich um Maßnahmen, die von der Natur inspiriert, unterstützt oder von ihr kopiert werden, indem sie bestehende Lösungen für Herausforderungen nutzen und verbessern sowie neue Lösungen erforschen, beispielsweise nachahmen, wie nichtmenschliche Organismen und Gemeinschaften mit Umweltextremen umgehen. Europäische Kommission ( 2015 )
Begriffe, die von naturbasierten Lösungen umfasst werden
Ökologische Technik Die Gestaltung nachhaltiger Ökosysteme, die die menschliche Gesellschaft mit ihrer natürlichen Umwelt zum Nutzen beider integrieren. Mitsch und Jørgensen ( 2003 ) Odum ( 1962 )
Ökosystembasierte Anpassung (EbA) Die Nutzung von Biodiversität und Ökosystemleistungen als Teil einer umfassenden Anpassungsstrategie, um den Menschen bei der Anpassung an die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu helfen. CBD ( 2009 )
Ökosystembasierte Katastrophenvorsorge (Öko-DRR) Die nachhaltige Bewirtschaftung, Erhaltung und Wiederherstellung von Ökosystemen zur Verringerung des Katastrophenrisikos mit dem Ziel einer nachhaltigen und widerstandsfähigen Entwicklung. Estralla und Saalismaa ( 2013 ) PEDDR ( 2010 )
Grüne/blaue Infrastruktur (GI/GBI/BI) Ein strategisch geplantes und verwaltetes, räumlich verbundenes Netzwerk multifunktionaler natürlicher, naturnaher und vom Menschen geschaffener grüner und blauer Merkmale, einschließlich landwirtschaftlicher Flächen, grüner Korridore, Stadtparks, Waldreservate, Feuchtgebiete, Flüsse, Küsten- und anderer aquatischer Ökosysteme. Europäische Kommission ( 2013 )
Ein integriertes Netzwerk von natürlichen und naturnahen Bereichen und Merkmalen wie städtische Grünflächen, Grünwege, Parks, Regengärten, Grünwege, städtische Forstwirtschaft, städtische Landwirtschaft, grüne Dächer und Wände usw. De la Sota et al. (2019)
Integriertes Landmanagement (ILM), Nachhaltiges Landmanagement (SLM), Einzugsgebietsmanagement und der Ökosystemansatz Verschiedene Ansätze zur nachhaltigen Bewirtschaftung ganzer Landschaften unter Beteiligung aller Akteure. CBD (2000) Reed et al. ( 2017 ) Rollason et al. ( 2018 ) Thomaset al. ( 2018 )
Agroforstwirtschaft, einschließlich Silvo-Acker und Silvo-Weide Die Praxis, Bäume auf Ackerland zu pflanzen, auch als Reihen zwischen den Kulturen oder als Unterschlupf für Vieh. Torralbaet al. ( 2016 )
Agrarökologie, konservierende Landwirtschaft und ökologischer Landbau Verschiedene Ansätze für eine nachhaltige Landwirtschaft, die auf den Schutz der Bodengesundheit abzielen. Warrenet al. ( 2008 )
Wald- und Landschaftsrestaurierung (FLR) Ein Prozess, der darauf abzielt, die ökologische Integrität wiederzuerlangen und das menschliche Wohlbefinden in einer abgeholzten oder degradierten Waldlandschaft zu verbessern. Maginnis und Jackson (2012)
Reduzierte Emissionen aus Entwaldung und Degradation+ (REDD+) Reduzierung der Emissionen aus Entwaldung und Waldzerstörung und Förderung des Naturschutzes, der nachhaltigen Bewirtschaftung von Wäldern und der Verbesserung der Waldkohlenstoffvorräte in Entwicklungsländern. REDD+ „Regelwerk“, auch bekannt als Warschauer Rahmenwerk für REDD (UNFCCC, 2016) Pariser Abkommen (Artikel 5) (UNFCCC, 2015)
Natural Climate Solutions (NCS) oder Nature-based Climate Solutions (NbCS) Erhaltungs- und Managementmaßnahmen, die Treibhausgasemissionen (THG) aus Ökosystemen reduzieren und ihr Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung nutzen. Griscomet al. (2017)
Gemanagte Neuausrichtung Verletzung des bestehenden Küstenschutzes, um Feuchtgebiete für ein nachhaltiges Hochwasserrisikomanagement mit zusätzlichen Umweltvorteilen zu schaffen. Esteves und Thomas ( 2014 )
Schlüsselkonzepte im Zusammenhang mit naturbasierten Lösungen
Blauer Kohlenstoff Organischer Kohlenstoff, der von den Ozeanen und Küstenökosystemen aufgenommen und gespeichert wird, insbesondere von bewachsenen Küstenökosystemen: Seegraswiesen, Gezeitensümpfe und Mangrovenwälder. Macreadieet al. (2019)
Naturkapital Elemente der Natur, die direkt oder indirekt einen Wert für den Menschen erzeugen, einschließlich Ökosysteme, Arten, Süßwasser, Land, Mineralien, Luft und Ozeane sowie natürliche Prozesse und Funktionen. Janssenet al. ( 2020 ) NCC ( 2014 )
Ökosystemleistungen (ES) Die Vorteile von Ökosystemen, die zum menschlichen Wohlbefinden beitragen. Millennium-Ökosystembewertung ( 2005 )
Beiträge der Natur für den Menschen (NCP) Alle positiven Beiträge oder Vorteile und gelegentlich auch negative Beiträge, Verluste oder Schäden, die Menschen aus der Natur ziehen. Diaz et al. ( 2018 )
Der Beitrag der Natur zur Anpassung (NCA) – früher als Anpassungsdienste bezeichnet Eigenschaften von Ökosystemen, die Optionen für zukünftige Lebensgrundlagen und die Anpassung an transformative Veränderungen bieten. Colloffet al. ( 2020 )
Name Veranstalter/Geldgeber Ziele und Methoden
Globale Initiativen
Bonn-Challenge 2011 von der IUCN und der deutschen Regierung ins Leben gerufen. Nationale Regierungen arbeiten mit Interessengruppen zusammen, um Strategien zu entwickeln. Bis 2030 zu 350 Mha FLR verpflichtet173 Mha zugesagt (Mai 2020). Begleitet von einem Atlas von 2000 Mha „entwaldeten und degradierten“ Flächen, die als geeignet für die Baumpflanzung angesehen werden und problematischerweise Savannen und andere grasbewachsene Biome umfassen. Laut Lewis, Wheeler et al. ( 2019 ) sind 43% der neuen Waldpfandrechte kommerzielle Plantagen. https://www.bonnchallenge.org/
New Yorker Erklärung zu Wäldern Freiwillige Selbstverpflichtung beim UN-Gipfel 2014 unterzeichnet. Regierungen, Unternehmen, NGOs, Gemeinden. Entwaldung halbieren und 150 Mha-Wälder wiederherstellen bis 2020. Ziel nicht erreicht (NYDF Assessment Partners, 2019). https://forestdeclaration.org/
Billionen Bäume BirdLife International, Wildlife Conservation Society und World Wide Fund for Nature Abholzung beenden/Waldschutz verbessern und Wälder wiederherstellen. Betonung auf „richtiger Baum, richtiger Ort“. https://www.trilliontrees.org/
Billion Tree Kampagne Plant for the Planet (NGO mit Unterstützung der UNO) Bis Mai 2020 1 Billion Bäume pflanzen, 13,8 Milliarden gepflanzt. Von Kindern initiierte Kampagne baut auf dem früheren UN-Milliarden-Bäume-Ziel auf. Spenden finanzieren eine produktive Plantage in Mexiko, und die App sammelt Details zu Bäumen, die anderswo gepflanzt wurden. Geht davon aus, dass 1 Billion Bäume 25–33 % des anthropogenen CO . ausgleichen werden2 bisher freigesetzte Emissionen. Weitläufige Aussagen wie „Bäume können fast überall gepflanzt werden“. https://www.trilliontreecampaign.org/
Trillion Tree-Plattform Weltwirtschaftsforum Erhaltung, Wiederherstellung und Züchtung von 1 Billion Bäumen bis 2030. Plattform zur Unterstützung der Trillion Trees-Community und der UN-Dekade zur Wiederherstellung von Ökosystemen 2021–2030 unter der Leitung von UNEP und FAO. Auf der Website heißt es, dass das Pflanzen von Bäumen „kein Allheilmittel“ ist. https://www.1t.org/
WeForest NGO, die Unternehmen CO2-Kompensationen anbietet Transformation von 250 kha Waldlandschaft bis 2021 Wiederherstellung von 25 kha Wald mit 25 Millionen Bäumen Verwenden Sie die bewährten Verfahren von FLR in verschiedenen Ökosystemen. https://www.weforest.org/
Ecosia Ecosia-Internetbrowser 1 Milliarde Bäume pflanzen 116 Millionen Bäume, die bis 2020 an 9.000 tropischen Standorten gepflanzt werden. Bei vielen Projekten geht es um Agroforstwirtschaft, zum Beispiel mit Kakao oder Bambus. Kostenloser Internetbrowser, der den Gewinn aus der Suche verwendet, um das Pflanzen von Bäumen zu finanzieren. https://info.ecosia.org/what
Regionale Initiativen – im Zusammenhang mit Bonn Challenge und/oder New York Declaration on Forests
Initiative zur Wiederherstellung der afrikanischen Waldlandschaft (AFR100) 1,4 Milliarden Dollar von Deutschland und der Weltbank an afrikanische Regierungen. 100 Mha FLR bis 2030. Nach Bond et al. ( 2019 ), ein Großteil davon werden kommerzielle Plantagen sein und vieles wird in der Savanne sein. https://afr100.org/
Initiative 20 × 20 Bisher 2,4 Milliarden US-Dollar von Impact-Investoren und Unternehmen. 20 Mha degradierter Flächen in Lateinamerika und der Karibik werden bis 2020 wiederhergestellt (FLR). Nächstes Ziel: zusätzliche 30 Mha bis 2030. Inklusive Holzplantagen. https://initiative20x20.org/
ECCA30 Europäische, kaukasische und zentralasiatische Regierungen und Investoren 30 Mha FLR in Europa, Kaukasus und Zentralasien bis 2030. https://infoflr.org/bonn-challenge/regional-initiatives/ecca30
Agadir-Verpflichtung Mittelmeerregierungen und Investoren. 8 Mha FLR bis 2030 in Algerien, Frankreich, Iran, Israel, Libanon, Marokko, Portugal, Spanien, Tunesien und der Türkei. Unterstützt von CBD-Sekretariat, FAO, IUCN, WRI, GPFLR, Weltbank, Global Mechanism, Union for the Mediterranean, Plan Bleu, EFIMED, MMFN, CTFC. https://www.unccd.int/news-events/agadir-commitment-restore-8-million-hectares-forest-ecosystems
Andere regionale Initiativen
EU-Biodiversitätsstrategie bis 2030 europäische Union Bis 2030 3 Milliarden Bäume pflanzen, auch in städtischen und ländlichen Gebieten (Europäische Kommission, 2020).
Nationale Initiativen
Getreide für grünes Programm Chinesische Regierung (1999–2018) 29 Mha Bäume in ganz China gepflanzt, um schwere Bodenerosion und Landdegradation zu reduzieren (Xian et al., 2020).
UK Nature for Climate Fund 640 Millionen Pfund von der britischen Regierung. 30 kha Bäume pflanzen und bis 2025 35 kha Torfland in England wiederherstellen. https://www.gov.uk/government/news/budget-2020-what-you-need-to-know
Grüne Legacy-Programme Äthiopische Regierung Pflanze 20 Milliarden Setzlinge über 4 Jahre. Im Jahr 2019 wurden 4 Milliarden Setzlinge gepflanzt, davon 350 Millionen an einem Tag. Das Ziel für 2020 waren 5 Milliarden Setzlinge. Pflanzung in ländlichen und städtischen Gebieten. https://www.worldagroforestry.org/blog/2020/06/09/ethiopia-grow-5-billion-trees-second-green-legacy-campaign
One Billion Trees-Programm Neuseeländische Regierung Bis 2028 1 Milliarde Bäume pflanzen Bisher 149 Millionen gepflanzt. https://www.mpi.govt.nz/forestry/funding-tree-planting-research/one-billion-trees-programme/about-the-one-billion-trees-programme/
Nationales Begrünungsprogramm Regierung der Philippinen Wiederherstellung von 1,5 Mha degradiertem Wald 2011-2016 – erreicht. Jetzt verlängert, um die verbleibenden 7,1 Mha degradierter Waldfläche bis 2028 wiederherzustellen, mit dem Ziel, Waldprodukte bereitzustellen, die Armut zu reduzieren und die Kohlenstoffsenke zu verbessern (DENR, o. J.). https://www.denr.gov.ph/index.php/priority-programs/national-greening-program
Gesellschaft Fonds (Summe) Pfanddetails Referenz
Amazonas Aktueller Klimafonds (100 Millionen US-Dollar) Wiederherstellung und Erhaltung von Wäldern, Feuchtgebieten und Mooren zur Kohlenstoffspeicherung. Der Fonds ist Teil der Verpflichtung des Unternehmens zur CO2-Neutralität bis 2040. Amazon (2020)
Jeff Bezos Earth Fund (10 Milliarden US-Dollar) Fördern Sie Aktivisten, Wissenschaftler und NGOs, um die Natur zu schützen. Cohen ( 2020 )
Apfel Carbon Solutions Fund Wiederherstellung und Schutz natürlicher Ökosysteme durch einen gemeinschaftsorientierten Ansatz, einschließlich Savannen in Kenia und 27.000 Hektar Mangroven in Kolumbien. Dies ist Teil des Versprechens von Apple, bis 2030 in der Lieferkette und im Produktlebenszyklus netto null Emissionen zu verursachen. Apfel ( 2020 )
Delta Airlines Delta Environmental Sustainability Principles (1 Milliarde US-Dollar für C-Neutralität, nicht alle für NbS angegeben) Investitionen über 10 Jahre (2020–2030) in die Kohlenstoffentfernung durch Forstwirtschaft, Renaturierung von Feuchtgebieten, Grünlandschutz, Meeres- und Bodenkohlenstoffabscheidung und andere negative Emissionstechnologien. Dies ist Teil des Ziels von Delta, die erste klimaneutrale Fluggesellschaft zu sein. Delta ( 2020 )
Flughafen heathrow Heathrow 2.0 (Summe nicht angegeben) In Großbritannien ansässige Kompensation seit 2018 mit Schwerpunkt auf der Renaturierung von Mooren, um die Emissionen des Flughafens selbst auszugleichen. Heathrow hat sich auch zum Ziel gesetzt, die Emissionen aller Flüge durch das Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation (CORSIA) der Vereinten Nationen auszugleichen, das den Emissionshandel beinhaltet. Sie arbeiten auch mit NGOs sowie dem öffentlichen und privaten Sektor zusammen, um einen Markt für Ökosystemdienstleistungen aus britischen Ökosystemen zu schaffen. Die Nutzung naturbasierter Kompensationen ist Teil der Roadmap von Heathrow für „klimaneutrales Wachstum“. Flughafen Heathrow Limited ( 2018 )
Mastercard und Partner Unbezahlbare Planeten-Koalition (Summe nicht angegeben) Die Koalition (einschließlich anderer Partner wie Citibank, Santander UK und HIS Markit) hat sich verpflichtet, über einen Zeitraum von 5 Jahren (2020–2025) 100 Millionen Bäume zu pflanzen, wobei die Pflanzung von Conservation International und dem World Resources Institute verwaltet wird. Mastercard ( 2020 ) Seymour ( 2020 )
Microsoft Biodiversitätsinitiative (Summe nicht angegeben) Schützen Sie bis 2025 mehr Land, als das Unternehmen nutzt, durch Landerwerb, die Schaffung von Nationalparks und gemeinschaftlichen oder indigenen Naturschutz. Microsoft hat sich außerdem verpflichtet, allein im Jahr 2020 250.000 Bäume zu pflanzen. Dies kommt zusätzlich zur Carbon Initiative, die das Unternehmen verpflichtet, bis 2030 CO2-negativ zu sein. Schmied ( 2020 )
Zwangsversteigerung Gründungsmitglied von 1t.org Ziel ist es, den Erhalt, die Wiederherstellung und das Wachstum von 100 Millionen Bäumen bis Ende 2030 zu unterstützen und zu mobilisieren. Vertriebsmitarbeiter ( 2020 )
Hülse NbS-Programm (300 £ M/Jahr 2019–2021) Investitionen in NbS wie Wiederherstellung und Schutz von Wäldern, Grünland und Feuchtgebieten als Ausgleich für den Kraftstoffverbrauch der Kunden an rund 1400 Tankstellen. Die Investition in NbS wird über die ersten 3 Jahre hinausgehen, zum Beispiel sollen in Schottland 1 Million Bäume über einen Zeitraum von 5 Jahren gepflanzt werden. Dies ist Teil des Plans von Shell, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen: 65 % durch Emissionsreduzierung und 35 % durch Kompensation, einschließlich des NbS-Programms (siehe jedoch Abschnitt 6.1). Shell ( 2019a , o. J. )
Unilever Klima- und Naturfonds (1 Mrd. €) Projekte zur Wiederherstellung, zum Schutz und zur Wassersicherheit von Ökosystemen. Dies kommt zusätzlich zu der Verpflichtung zu entwaldungsfreien Lieferketten bis 2023 und zu Netto-Null-Emissionen für alle Produkte bis 2039. Unilever ( 2020 )

Obwohl die Einfachheit und Breite des NbS-Konzepts eine Stärke ist, hat sie auch zu Verwirrung geführt. Es wurde viel daran gearbeitet, die Konzeptualisierung von NbS zu verbessern (Eggermont et al., 2015), einschließlich der jüngsten Entwicklung eines globalen Standards für NbS durch die International Union for the Conservation of Nature (IUCN Cohen-Shacham et al., 2019 IUCN, 2020). Dennoch besteht nach wie vor Unsicherheit darüber, was als NbS „zählt“ und inwieweit NbS eine Abweichung von bestehenden Konzepten und Praktiken darstellen. Im Zusammenhang mit dem Klimawandel wurden Bedenken geäußert, dass NbS verwendet werden, um den normalen Verbrauch fossiler Brennstoffe zu entschuldigen (Anderson et al., 2019 Edwards, 2020), dass das Pflanzen von Bäumen als „Silberkugel“-Lösung für den Klimawandel (Holl & Brancalion, 2020 Seymour, 2020) und dass dies von der dringenden Notwendigkeit ablenkt, eine Vielzahl intakter Ökosysteme über Landschaften und Meereslandschaften hinweg zu schützen und zu verbinden (Solan et al., 2020 Watson et al., 2018). Diese Probleme ergeben sich teilweise aus Unsicherheiten in der zugrunde liegenden Wissenschaft, wie zum Beispiel der begrenzten Anzahl von Kontexten, in denen die breiteren Vorteile von NbS nachgewiesen wurden (Chausson et al., 2020). Sie entstehen auch durch Missverständnisse über das Minderungspotenzial der Arbeit mit der Natur, wie zum Beispiel das jüngste Mem, dass NbS „30% der Klimalösung“ liefern kann. Es gibt auch Bedenken, dass NbS bei schwachen Rechten, insbesondere in Bezug auf Landbesitz, ohne Zustimmung der Gemeinschaft umgesetzt werden oder nachteilige soziale Folgen haben könnte. Solche Rechtsverletzungen können den Erfolg und die Nachhaltigkeit von Interventionen beeinträchtigen (Ramprasad et al., 2020 Scheidel & Work, 2018 Vidal, 2008).

Da die öffentliche und private Klimafinanzierung zunehmend auf NbS ausgerichtet ist, muss unbedingt sichergestellt werden, dass das Konzept nicht zweckentfremdet, kooptiert oder korrumpiert wird. Hier diskutieren wir die Ursprünge und Definitionen des NbS-Konzepts, zeigen, wie und warum NbS in den letzten Jahren an Popularität gewonnen hat, fassen das Versprechen und die Fallstricke des NbS-Framings zusammen und präsentieren Richtlinien, wie man die Botschaft richtig macht, was erfolgreich ist, nachhaltige NbS.


Die Bedeutung der Biodiversität für das menschliche Leben

Es mag nicht klar sein, warum Biologen über den Verlust der biologischen Vielfalt besorgt sind. Wenn man sich den Verlust der biologischen Vielfalt als das Aussterben der Wandertaube, des Dodo-Vogels und sogar des Wollmammuts vorstellt, kann der Verlust ein emotionaler sein. Aber ist der Verlust praktisch wichtig für das Wohlergehen der menschlichen Spezies? Aus evolutionärer und ökologischer Sicht ist der Verlust einer bestimmten Einzelart unwichtig (der Verlust einer Schlüsselart kann jedoch zu einer ökologischen Katastrophe führen). Aussterben ist ein normaler Teil der Makroevolution. Aber die beschleunigte Aussterberate bedeutet den Verlust von Zehntausenden von Arten innerhalb unseres Lebens, und es wird wahrscheinlich dramatische Auswirkungen auf das menschliche Wohlergehen durch den Zusammenbruch von Ökosystemen und durch zusätzliche Kosten haben, um die Nahrungsmittelproduktion, saubere Luft und sauberes Wasser sowie den Menschen aufrechtzuerhalten Gesundheit.

Die Landwirtschaft begann, nachdem sich frühe Jäger-Sammler-Gesellschaften an einem Ort niedergelassen und ihre unmittelbare Umgebung stark verändert hatten. Dieser kulturelle Wandel hat es den Menschen schwer gemacht, ihre Abhängigkeit von nicht domestizierten Lebewesen auf dem Planeten zu erkennen. Biologen erkennen an, dass die menschliche Spezies in Ökosysteme eingebettet und von ihnen abhängig ist, genauso wie jede andere Spezies auf dem Planeten abhängig ist. Die Technologie glättet die Extreme der Existenz, aber letztendlich kann die menschliche Spezies ohne ihr Ökosystem nicht existieren.

Menschliche Gesundheit

Zeitgenössische Gesellschaften, die in der Nähe des Landes leben, verfügen oft über ein breites Wissen über die medizinische Verwendung von Pflanzen, die in ihrem Gebiet wachsen. Die meisten Pflanzen produzieren sekundäre Pflanzenstoffe, das sind Giftstoffe, die die Pflanze vor Insekten und anderen Tieren, die sie fressen, schützen, von denen einige jedoch auch als Medikamente wirken. Jahrhundertelang wurde in Europa älteres Wissen über die medizinische Verwendung von Pflanzen in Kräuterbüchern zusammengestellt – Büchern, die Pflanzen und ihre Verwendungen identifizierten. Der Mensch ist nicht die einzige Spezies, die Pflanzen zu medizinischen Zwecken verwendet: Menschenaffen, Orang-Utans, Schimpansen, Bonobos und Gorillas wurden alle bei der Selbstmedikation mit Pflanzen beobachtet.

Abbildung 8. Catharanthus roseus, das Madagaskar-Immergrün, hat verschiedene medizinische Eigenschaften. Es ist unter anderem eine Quelle von Vincristin, einem Medikament zur Behandlung von Lymphomen. (Kredit: Wald und Kim Starr)

Auch die moderne pharmazeutische Wissenschaft erkennt die Bedeutung dieser Pflanzenstoffe an. Beispiele bedeutender Medikamente, die aus Pflanzenstoffen gewonnen werden, umfassen Aspirin, Codein, Digoxin, Atropin und Vincristin (Abbildung 8). Viele Medikamente wurden einst aus Pflanzenextrakten gewonnen, werden aber heute synthetisiert. Es wird geschätzt, dass 25 Prozent der modernen Medikamente einst mindestens einen Pflanzenextrakt enthielten. Diese Zahl ist wahrscheinlich auf etwa 10 Prozent gesunken, da natürliche Pflanzeninhaltsstoffe durch synthetische Versionen ersetzt werden. Antibiotika, die in den Industrieländern für außergewöhnliche Verbesserungen der Gesundheit und der Lebensdauer verantwortlich sind, sind Verbindungen, die größtenteils aus Pilzen und Bakterien gewonnen werden.

In den letzten Jahren haben Tiergifte und Gifte intensive Forschungen zu ihrem medizinischen Potenzial angeregt. Bis 2007 hatte die FDA fünf auf tierischen Toxinen basierende Medikamente zur Behandlung von Krankheiten wie Bluthochdruck, chronischen Schmerzen und Diabetes zugelassen. Weitere fünf Medikamente befinden sich in klinischen Studien, und mindestens sechs Medikamente werden in anderen Ländern eingesetzt. Andere untersuchte Toxine stammen von Säugetieren, Schlangen, Eidechsen, verschiedenen Amphibien, Fischen, Schnecken, Kraken und Skorpionen.

Abgesehen von Gewinnen in Milliardenhöhe verbessern diese Medikamente das Leben der Menschen. Pharmaunternehmen suchen aktiv nach neuen Verbindungen, die von lebenden Organismen synthetisiert werden und als Medizin wirken können. Es wird geschätzt, dass 1/3 der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung für Naturstoffe ausgegeben wird und dass etwa 35 Prozent der neuen Medikamente, die zwischen 1981 und 2002 auf den Markt kamen, aus Naturstoffen stammten. Die Möglichkeiten für neue Medikamente werden im direkten Verhältnis zum Verschwinden der Arten reduziert.

Landwirtschaftliche Vielfalt

Seit Beginn der menschlichen Landwirtschaft vor mehr als 10.000 Jahren züchten und selektieren menschliche Gruppen Nutzpflanzensorten. Diese Kulturpflanzenvielfalt entsprach der kulturellen Vielfalt stark unterteilter Menschenpopulationen. Zum Beispiel wurden Kartoffeln seit etwa 7.000 Jahren in den zentralen Anden Perus und Boliviens domestiziert. Die in dieser Region angebauten Kartoffeln gehören zu sieben Arten und die Zahl der Sorten geht wahrscheinlich in die Tausende. Jede Sorte wurde gezüchtet, um in bestimmten Höhenlagen und Boden- und Klimabedingungen zu gedeihen. Die Vielfalt wird durch die unterschiedlichen Anforderungen der Topographie, die begrenzte Bewegung von Menschen und die Anforderungen, die durch die Fruchtfolge an verschiedene Sorten entstehen, die in verschiedenen Bereichen gut ankommen, getrieben.

Kartoffeln sind nur ein Beispiel für die vom Menschen geschaffene Vielfalt. Alle Pflanzen, Tiere und Pilze, die vom Menschen kultiviert wurden, wurden aus ursprünglichen wilden Vorfahrenarten in verschiedene Sorten gezüchtet, die sich aus den Anforderungen an Nährwert, Anpassung an die Wachstumsbedingungen und Resistenz gegen Schädlinge ergeben. Die Kartoffel ist ein bekanntes Beispiel für die Risiken einer geringen Kulturpflanzenvielfalt: die tragische Hungersnot der irischen Kartoffel, als die in Irland angebaute einzige Sorte anfällig für eine Kartoffelfäule wurde und die Ernte vernichtete. Der Verlust der Ernte führte zu Hungersnöten, Tod und Massenauswanderung. Die Resistenz gegen Krankheiten ist ein Hauptvorteil für die Erhaltung der Artenvielfalt, und ein Mangel an Vielfalt heutiger Pflanzenarten birgt ähnliche Risiken. Saatgutunternehmen, die in den Industrieländern die Quelle der meisten Pflanzensorten sind, müssen ständig neue Sorten züchten, um mit der Entwicklung von Schädlingsorganismen Schritt zu halten. Dieselben Saatgutunternehmen haben jedoch am Rückgang der Zahl der verfügbaren Sorten teilgenommen, da sie sich darauf konzentrieren, weniger Sorten in mehr Regionen der Welt zu verkaufen.

Abbildung 9. Das Svalbard Global Seed Vault ist eine Lagerstätte für Saatgut der verschiedenen Nutzpflanzen der Erde. (Kredit: Mari Tefre, Svalbard Global Seed Vault)

Die Fähigkeit, neue Kulturpflanzensorten zu schaffen, hängt von der Vielfalt der verfügbaren Sorten und der Zugänglichkeit von Wildformen im Zusammenhang mit der Kulturpflanze ab. Diese Wildformen sind oft die Quelle neuer Genvarianten, die mit bestehenden Sorten gezüchtet werden können, um Sorten mit neuen Eigenschaften zu schaffen. Der Verlust von Wildarten, die mit einer Kulturpflanze in Zusammenhang stehen, bedeutet den Verlust des Potenzials zur Verbesserung der Kulturpflanzen. Die Erhaltung der genetischen Vielfalt wildlebender Arten, die mit domestizierten Arten verwandt sind, sichert unsere kontinuierliche Nahrungsversorgung.

Seit den 1920er Jahren unterhalten die Landwirtschaftsabteilungen der Regierung Saatgutbanken für Pflanzensorten, um die Pflanzenvielfalt zu erhalten. Dieses System weist Mängel auf, da Saatgutbanken im Laufe der Zeit durch Unfälle verloren gehen und es keine Möglichkeit gibt, sie zu ersetzen. Im Jahr 2008 begann der Svalbard Global Seed Vault (Abbildung 9) mit der Lagerung von Saatgut aus der ganzen Welt als Backup-System für die regionalen Saatgutbanken. Lagert eine regionale Saatgutbank Sorten in Spitzbergen, können Verluste aus Spitzbergen ersetzt werden.

Das Saatgewölbe befindet sich tief im Fels einer arktischen Insel. Die Bedingungen innerhalb des Gewölbes werden für das Überleben der Samen bei idealer Temperatur und Luftfeuchtigkeit gehalten, aber die tiefe unterirdische Lage des Gewölbes in der Arktis bedeutet, dass ein Ausfall der Gewölbesysteme die klimatischen Bedingungen im Gewölbe nicht beeinträchtigt.

Übungsfrage

Das Svalbard Global Seed Vault befindet sich auf der Insel Spitzbergen in Norwegen, die ein arktisches Klima hat. Warum könnte ein arktisches Klima gut für die Samenlagerung sein?

Der Ernteerfolg hängt maßgeblich von der Qualität des Bodens ab. Obwohl einige landwirtschaftliche Böden durch umstrittene Kultivierung und chemische Behandlungen unfruchtbar gemacht werden, enthalten die meisten eine große Vielfalt von Organismen, die Nährstoffkreisläufe aufrechterhalten – sie spalten organisches Material in Nährstoffverbindungen auf, die Pflanzen für das Wachstum benötigen. Diese Organismen erhalten auch die Bodentextur, die die Wasser- und Sauerstoffdynamik im Boden beeinflusst, die für das Pflanzenwachstum notwendig sind. Wenn die Bauern den Ackerboden mit alternativen Mitteln pflegen müssten, wären die Lebensmittelkosten viel höher als heute. Solche Prozesse werden Ökosystemleistungen genannt. Sie treten innerhalb von Ökosystemen wie Bodenökosystemen als Folge der vielfältigen Stoffwechselaktivitäten der dort lebenden Organismen auf, bieten jedoch Vorteile für die menschliche Nahrungsmittelproduktion, die Verfügbarkeit von Trinkwasser und die Atemluft.

Andere wichtige Ökosystemleistungen im Zusammenhang mit der Nahrungsmittelproduktion sind die Pflanzenbestäubung und die Schädlingsbekämpfung. Über 150 Nutzpflanzen in den Vereinigten Staaten erfordern Bestäubung, um zu produzieren. Eine Schätzung des Nutzens der Honigbienenbestäubung in den Vereinigten Staaten beträgt 1,6 Milliarden US-Dollar pro Jahr, andere Bestäuber tragen bis zu 6,7 Milliarden US-Dollar mehr bei.

Viele Honigbienenpopulationen werden von Imkern verwaltet, die ihre Bienenstöcke an Landwirte vermieten. Honigbienenpopulationen in Nordamerika haben große Verluste erlitten, die durch ein als Koloniekollaps-Störung bekanntes Syndrom verursacht wurden, dessen Ursache unklar ist. Andere Bestäuber sind eine Vielzahl anderer Bienenarten und verschiedene Insekten und Vögel. Der Verlust dieser Arten würde den Anbau von Pflanzen, die eine Bestäubung erfordern, unmöglich machen und die Abhängigkeit von anderen Pflanzen erhöhen.

Schließlich konkurrieren Menschen um ihre Nahrung mit Pflanzenschädlingen, von denen die meisten Insekten sind. Pestizide kontrollieren diese Konkurrenten jedoch, Pestizide sind jedoch teuer und verlieren mit der Zeit ihre Wirksamkeit, wenn sich die Schädlingspopulationen anpassen. Sie führen auch zu Kollateralschäden, indem sie Nicht-Schädlingsarten töten und die Gesundheit von Verbrauchern und Landarbeitern gefährden. Ökologen glauben, dass der Großteil der Arbeit bei der Beseitigung von Schädlingen tatsächlich von Räubern und Parasiten dieser Schädlinge geleistet wird, aber die Auswirkungen wurden nicht gut untersucht. Eine Überprüfung ergab, dass in 74 Prozent der Studien, die nach einem Effekt der Landschaftskomplexität auf natürliche Feinde von Schädlingen suchten, je größer die Komplexität, desto größer die Wirkung von schädlingsunterdrückenden Organismen. Eine experimentelle Studie ergab, dass das Einbringen mehrerer Feinde von Erbsenblattläusen (einem wichtigen Luzerneschädling) den Ertrag von Luzerne signifikant erhöhte. Diese Studie zeigt die Bedeutung der Landschaftsvielfalt anhand der Frage, ob eine Vielfalt von Schädlingen wirksamer bei der Bekämpfung ist als ein einzelner Schädling, die Ergebnisse zeigten, dass dies der Fall ist. Der Verlust der Vielfalt der Schädlingsfeinde wird den Anbau von Nahrungsmitteln unweigerlich erschweren und kostspieliger machen.

Wilde Nahrungsquellen

Neben dem Anbau von Feldfrüchten und der Aufzucht von Nahrungstieren bezieht der Mensch Nahrungsressourcen von Wildpopulationen, vor allem von Fischpopulationen. Für etwa 1 Milliarde Menschen sind aquatische Ressourcen die Hauptquelle für tierisches Eiweiß. Aber seit 1990 ist die weltweite Fischproduktion zurückgegangen. Trotz erheblicher Anstrengungen werden nur wenige Fischereien auf dem Planeten nachhaltig bewirtschaftet.

Das Aussterben der Fischerei führt selten zum vollständigen Aussterben der befischten Arten, sondern zu einer radikalen Umstrukturierung des marinen Ökosystems, in der eine dominante Art so überfischt wird, dass sie ökologisch eine untergeordnete Rolle spielt. Abgesehen davon, dass der Mensch die Nahrungsquelle verliert, wirken sich diese Veränderungen auf viele andere Arten auf schwer oder unmöglich vorhersehbare Weise aus. Der Zusammenbruch der Fischerei hat dramatische und lang anhaltende Auswirkungen auf die lokale Bevölkerung, die in der Fischerei arbeitet. Darüber hinaus wird der Verlust einer kostengünstigen Proteinquelle für Bevölkerungen, die es sich nicht leisten können, sie zu ersetzen, die Lebenshaltungskosten erhöhen und Gesellschaften auf andere Weise einschränken. Im Allgemeinen haben sich die Fische aus der Fischerei auf kleinere Arten verlagert, da größere Arten bis zum Aussterben gefischt werden. Das Endergebnis könnte eindeutig der Verlust von aquatischen Systemen als Nahrungsquellen sein.

Psychologischer und moralischer Wert

Schließlich wurde argumentiert, dass Menschen psychologisch davon profitieren, in einer artenreichen Welt zu leben. Ein Hauptvertreter dieser Idee ist der Entomologe E. O. Wilson. Er argumentiert, dass die menschliche Evolutionsgeschichte uns an das Leben in einer natürlichen Umgebung angepasst hat und dass gebaute Umgebungen Stressoren erzeugen, die sich auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden auswirken. Es gibt umfangreiche Forschungen zu den psychologischen regenerativen Vorteilen von Naturlandschaften, die darauf hindeuten, dass die Hypothese etwas Wahres sein könnte. Darüber hinaus gibt es ein moralisches Argument, dass der Mensch die Verantwortung hat, anderen Arten so wenig Schaden wie möglich zuzufügen.


Testen Sie Ihren Boden

Sie können herausfinden, welche Art von Erde Sie haben, indem Sie sich die Textur Ihres Bodens ansehen, wenn er nass und trocken ist. Nehmen Sie eine kleine Menge Erde in die Hand und befeuchten Sie sie. Dann zu einer Paste kneten und zwischen den Handflächen zu einer Kugel ausrollen.

Schauen Sie sich dann die Eigenschaften dieses Balls an, um festzustellen, welche Art von Boden Sie haben.

  • Lehmboden: Rollt sich leicht zu einer Kugel zusammen, kann sich aber rau anfühlen oder äußerlich glänzend aussehen.
  • Sandiger Boden: Rollt ohne Probleme zu einer Kugel, fühlt sich aber kiesig an ODER rollt nicht gut zu einer Kugel und fühlt sich kiesig an.
  • Lehmiger Boden: Fühlt sich klebrig und kiesig an, was auf den perfekten Boden hindeutet. Wenn es mit Sand vermischt wird, kann es auseinanderfallen.
  • Schluffiger Boden: Er fühlt sich glitschig und seidig an, rollt aber mit etwas Arbeit zu einer Kugel.
  • Torfiger Boden: Rollt sich zu einer Kugel zusammen, bricht aber leicht auseinander. Fühlt sich ein bisschen an wie ein Schwamm.
  • Kreidiger Boden: Rollt nicht so gut und hat eine trockene Textur.

V Silizium und abiotischer Stress: eine Verbreitung vorgeschlagener Mechanismen

Bemerkenswerterweise lindert Si ein breites Spektrum abiotischer Belastungen, einschließlich Strahlung (Shen et al., 2010 ), Unterkunft (Savant et al., 1997), Verwundung (Kim et al., 2014 ), Temperatur (Muneer et al., 2017 ), Hypoxie (Fleck et al., 2011 ), Salzgehalt (Flam-Shepherd et al., 2018 ), Dürre (Liu et al., 2014), Nährstoffmangel, wie der von Eisen (Fe Pavlovic et al., 2016 ), P (Kostic et al., 2017 ) und K (Chen et al., 2016 ) und Metalltoxizität (z. B. Cadmium (Cd), Shao et al., 2017 Mangan (Mn), Che et al., 2016 Arsen (As), Sanglard et al., 2014 Aluminium (Al), Wang et al., 2004 und Kupfer (Cu), Mateos-Naranjo et al., 2015). [Korrektur nach Online-Veröffentlichung vom 14. Juli 2018 hinzugefügt: 'schwer' wurde aus dem vorhergehenden Satz gestrichen.] Obwohl einige dieser Belastungen zusammenhängen, handelt es sich um eine vielfältige und weitgehend unterschiedliche Reihe von Szenarien, und daher liegt es nahe, dass Si Pflanzen einen grundlegenden Schutz bieten, der eine Vielzahl von Vorteilen bietet. Verblüffenderweise scheint ein Überblick über die einschlägige Literatur etwas anderes zu vermuten, da Si anscheinend an einer Vielzahl von Prozessen und Funktionen beteiligt ist, einschließlich Genexpression (Manivannan & Ahn, 2017), Redoxhomöostase und oxidativem Stress (Liang et al., 2003 Zhu et al., 2004 Farooq et al., 2016 ), Stickstoffassimilation (Pereira et al., 2013 ), Kohlenhydratstoffwechsel (Zhu et al., 2016 ), Zellsignalisierung (Detmann et al., 2012 , 2013 ), TM-Ionen- und Wasserflüsse (Liang et al., 2006 et al., 2014), Hormonregulation (Liang XL et al., 2015 Markovich et al., 2017 ), Wurzelexsudation (Kidd et al., 2001 Wu et al., 2016 ), Metallchelatbildung (Wang et al., 2004 Mai et al., 2015 ), Wurzelarchitektur (Gong et al., 2006 Fleck et al., 2011), Transpiration (Gao et al., 2006 ) und Photosynthese (Shen et al., 2010 Detmann et al., 2012 ) (für Rezensionen siehe Epstein, 1999 Ma, 2004 Liang et al., 2007 Meharg & Meharg, 2015 Cooke & Leishman, 2016 Coskun et al., 2016 Debona et al., 2017 Frew et al., 2018). [Korrektur nach Online-Veröffentlichung vom 14. Juli 2018 hinzugefügt: ‘heavy’ wurde aus dem vorhergehenden Satz gestrichen.]

Oxidativer Stress ist ein charakteristisches Merkmal von Stress (Mittler, 2002 Apel & Hirt, 2004 Gill & Tuteja, 2010 ) und seine Reduktion durch Si durch Hochregulierung der antioxidativen Aktivität ist ein vorgeschlagener Hauptwirkungsmechanismus (Liang, 1999 Liang et al., 2003 , 2006 Zhu et al., 2004 Gong et al., 2005 Günes et al., 2007 Farooq et al., 2016 Hasanuzzaman et al., 2017 Kim et al., 2017 vgl. Mateos-Naranjo et al., 2015). Folglich haben mehrere Studien Si mit erhöhten Spross- und Wurzelaktivitäten von Antioxidantien in Verbindung gebracht, sowohl enzymatisch (zB Superoxiddismutase, Peroxidase, Katalase, Ascorbatperoxidase und Glutathionreduktase) als auch nicht-enzymatisch (zB Ascorbat, Glutathion, Phenolverbindungen usw.). sowie Veränderungen der Konzentrationen üblicher Marker für oxidativen Stress, einschließlich Malondialdehyd, Wasserstoffperoxid (H2Ö2) und Prolin, unter verschiedenen abiotischen Belastungen (für Übersichten siehe Liang et al., 2007 Cooke & Leishman, 2016 Kim et al., 2017). Aber auch hier muss man sich der Bezugspunkte und der Unterscheidung zwischen direkten und indirekten Wirkungen bewusst sein. Tatsächlich scheint Si im Vergleich zu Stresszuständen ohne Si-Supplementierung oxidativen Stress zu lindern, was jedoch nicht bedeutet, dass Si direkt an der antioxidativen Aktivität beteiligt ist, und tatsächlich gibt es derzeit keinen solchen Beweis. Darüber hinaus hat Si, wie bei anderen biochemischen Prozessen (siehe Abschnitt III), in Abwesenheit von Stress keine klare oder konsistente Wirkung auf die antioxidative Aktivität (Tabelle 1). Eine sparsamere Erklärung ist daher, dass Si die durch Stress verursachten Belastungen verhindert oder mildert, was sich dann in einer verringerten Induktion von oxidativem Stress widerspiegelt (Abb. 4a). Dies wird vielleicht am deutlichsten durch die Tatsache gestützt, dass die Si-Zufuhr die Translokation von Giftstoffen (z et al., 1999 Gong et al., 2006 Sanglard et al., 2014 Che et al., 2016 Shao et al., 2017 Flam-Hirte et al., 2018 vgl. Rogalla & Römheld, 2002 Blamey et al., 2018). Eine Verringerung der Giftstoffakkumulation wird offensichtlich die Belastungen des Sprossgewebes verringern und sich somit in einem verringerten oxidativen Stress niederschlagen.

Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sind von zentraler Bedeutung für die Zellsignalisierung und beeinflussen ein breites Spektrum kritischer und kaskadierender Prozesse, einschließlich der Expression von Genen, des Wachstums, der Entwicklung, des programmierten Zelltods und einer Reihe von Stressreaktionen (Mittler, 2002, Apel & Hirt, 2004 .). Gill & Tuteja, 2010). Daher überrascht es nicht, dass Verringerungen des ROS mit Si-Bereitstellung unter Stressbedingungen zu zahlreichen nachgelagerten Änderungen führen ( Liang Y et al., 2003, 2005, 2015 Zhu et al., 2004 et al., 2016 Markovich et al., 2017 ) sollte dies jedoch nicht mit einer „aktiven Rolle“ von Si verwechselt werden. Zum Beispiel wurde behauptet, dass eine Si-Supplementierung viele physiologische Parameter beeinflusst, basierend auf Korrelationen mit erhöhten Polyaminspiegeln (z et al., 2016 ), aber solche Beobachtungen sind im Hinblick auf mechanistische Beweise alles andere als schlüssig. Ebenso sind Behauptungen unbegründet, dass Si die durch K + -Mangel induzierte Blattchlorose durch Verringerung der Akkumulation von Putrescin lindert (Chen et al., 2016). Eine ähnliche Schlussfolgerung kann aus einer kürzlich durchgeführten Analyse der Rolle von Si bei der Förderung der Cytokinin-Biosynthese und seiner Beziehung zur Seneszenzverzögerung bei Arabidopsis und Sorghum gezogen werden (Markovich et al., 2017). Eine weitere verbreitete Behauptung ist, dass Si den Transport von Wasser und Ionen durch Membranen beeinflussen kann. Im Zusammenhang mit hyperosmotischem Stress wurden beispielsweise Erhöhungen der hydraulischen Leitfähigkeit bei Bereitstellung von Si einer erhöhten Expression von Genen zugeschrieben, die für AQPs kodieren (Liu et al., 2014). In ähnlicher Weise haben einige Studien bei Salzgehalt (NaCl) darauf hingewiesen, dass Si die vakuoläre Sequestrierung von Na + fördern und somit lebenswichtige zytoplasmatische Funktionen schützen kann (Liang et al., 2007 und Referenzen darin). Dies basiert weitgehend auf Beobachtungen erhöhter H + -ATPase-Aktivitäten mit Si-Bereitstellung (Liang, 1999 Liang et al., 2005 , 2006 ) und Spekulationen über nachgelagerte Effekte auf H + -abhängige Na + -Flüsse (z. B. Tonoplasten- (NHX1) oder Plasmamembran- (SOS1) Antiporter). Auch diese Ergebnisse sind korrelativ und werden nur unter Stress beobachtet, im Gegensatz zu Kontrollbedingungen, was darauf hindeutet, dass Si, anstatt die AQP-Funktion oder die H + -ATPase-Aktivität zu stimulieren, einfach ihre Abnahme abschwächt ( 4a ). Soweit uns bekannt ist, ergaben die einzigen Versuche, die Wirkung von Si auf die Na + -Flüsse der Wurzel direkt zu messen, keine beobachtbaren Effekte in salzgestressten Reiskeimlingen (Malagoli et al., 2008 Flam-Shepherd et al., 2018). In ähnlicher Weise zeigten elektrophysiologische Messungen, die in epidermalen und kortikalen Wurzelzellen durchgeführt wurden, keine Auswirkungen der Si-Bereitstellung auf Ruhemembranpotentiale oder NaCl-induzierte Depolarisationen, was darauf hindeutet, dass Si keinen Einfluss auf TM-Ströme hat (Flam-Shepherd et al., 2018). In Bezug auf andere Giftstoffe fehlen der Behauptung, dass Si den TM-Cd-Einstrom hemmt und die vakuoläre Sequestrierung stimuliert, ebenfalls mechanistische Beweise (Ma et al., 2016). Im Zusammenhang mit Nährstoffmangel bietet die Behauptung, dass Si den P-Influx in P-defizientem Weizen erhöht, basierend auf Genexpressionsanalysen (dh Erhöhungen der Expression für P-Transporter codierende Gene) und Gewebegehaltsdaten, keinen Beweis für eine direkte Beteiligung von Si im Prozess (Kostic et al., 2017). Obwohl solche Vorschläge nicht vollständig ausgeschlossen werden können, ist immer Vorsicht geboten, wenn Veränderungen in der Genexpression als Proxy für Veränderungen der Proteinabundanz oder -aktivität ohne ordnungsgemäße Überprüfung verwendet werden (Tian et al., 2004 Schwanhausser et al., 2011 Ponala et al., 2014 ).

Was könnte solch weit verbreitete Effekte erklären, wenn sie nur nachgelagerte (indirekte) Reaktionen widerspiegeln? Mit anderen Worten, was sind die ultimativen Ursachen für die Linderung von abiotischem Stress durch Si? Bei Sprossgeweben verhindert die Si-Ablagerung in der Kutikula nachweislich den Wasserverlust durch Verdunstung und schützt Pflanzen bei Wassermangel (Ma et al., 2001 Ma, 2004). In Wurzeln sammelt sich Si um Zellen herum an, die Si-Transporter exprimieren, wie die Exodermis und Endodermis in Reis (Lux et al., 2003 Gong et al., 2006 Ma & Yamaji, 2015). Dies ist kritisch, da die Si-Ablagerung, die diese Zellschichten umgibt, den „apoplastischen Bypass-Weg“ blockiert, wobei Ionen wie Na + , Cl − und Cd 2+ über Brüche und Unterentwicklungen im Caspar-Band (CB) in den Transpirationsstrom gelangen und sich anschließend anreichern in Trieben, potenziell toxisch (Yeo et al., 1999 Ranatunge et al., 2005 Schii et al., 2005 , 2013 Gong et al., 2006 Faiyue et al., 2010 Flam-Shepherd et al., 2018). Interessanterweise scheint Si nicht nur die apoplastischen Bypasswege zu „verstopfen“, sondern auch die CB-Bildung selbst zu fördern, indem es zur Stimulation der Suberin- und Lignin-Biosynthese beiträgt, wodurch Pflanzen weiter vor apoplastischem Bypass von Giftstoffen geschützt werden (Fleck et al., 2011 , 2015 ). Der Mechanismus, durch den diese Veränderungen auftreten, ist noch nicht klar, obwohl angenommen wird, dass Si mit Phenolen innerhalb der Zellwände interagiert und vernetzt oder die Ausfällung von Phenolen induziert, was zu einer verstärkten CB-Entwicklung führt. Schließlich ist die gemeinsame Ausfällung von Si und Metallgiften wie Al in der extrazellulären Matrix ein weiterer kritischer Aspekt (Kidd et al., 2001 Wang et al., 2004 Mai et al., 2015 Wu et al., 2016 ).


Pflanzenwachstum messen

Um genügend Daten über die Gesamtgesundheit Ihrer Pflanzen zu erfassen, empfehlen wir Ihnen, mindestens eine abschließende Gewichtsmessung, eine Messung der Wurzelgesundheit und alle Beobachtungsmessungen, die sich auf die von Ihnen verwendete Pflanzenart beziehen, aufzuzeichnen.

Wiegen von Pflanzen: Frisch- vs. Trockengewicht

  • Messen des Frischgewichts: Während Sie das Frischgewicht von Pflanzen technisch messen können, ohne sie zu beschädigen, kann das einfache Entfernen einer Pflanze aus ihrem Wachstumsmedium ein Trauma verursachen und die laufende Wachstumsrate und damit Ihr Experiment beeinträchtigen. Die Messung des Frischgewichts von Pflanzen ist knifflig und sollte wahrscheinlich am Ende des Experiments als letzte Wachstumsmessung gespeichert werden. So messen Sie das Frischgewicht:
    1. Entfernen Sie die Pflanzen aus dem Boden und waschen Sie lose Erde ab.
    2. Tupfen Sie die Pflanzen vorsichtig mit einem weichen Papiertuch ab, um freie Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen.
    3. Sofort wiegen (Pflanzen haben eine hohe Wasserzusammensetzung, daher kann das Warten auf das Wiegen zu einer gewissen Austrocknung führen und daher ungenaue Daten liefern).
  • Messung des Trockengewichts: Da Pflanzen eine hohe Wasserzusammensetzung haben und der Wassergehalt einer Pflanze von der Wassermenge in ihrer Umgebung abhängt (die sehr schwer zu kontrollieren ist), neigt die Verwendung des Trockengewichts als Maß für das Pflanzenwachstum dazu, zuverlässiger sein. Sie können diese Daten nur einmal als letzte Maßnahme am Ende Ihres Experiments erfassen.
    1. Entfernen Sie die Pflanzen aus der Erde und waschen Sie lose Erde ab.
    2. Tupfe die Pflanzen ab und entferne jegliche freie Oberflächenfeuchtigkeit.
    3. Trocknen Sie die Pflanzen in einem Ofen, der auf niedrige Hitze (100 ° F) eingestellt ist, über Nacht.
    4. Lassen Sie die Pflanzen in einer trockenen Umgebung abkühlen (ein Ziploc-Beutel hält Feuchtigkeit ab) - in einer feuchten Umgebung nimmt das Pflanzengewebe Wasser auf. Sobald die Pflanzen abgekühlt sind, wiegen Sie sie auf einer Waage.
    5. Pflanzen enthalten hauptsächlich Wasser, also stellen Sie sicher, dass Sie eine Skala von Milligramm haben, da eine trockene Pflanze nicht sehr viel wiegt.

Wurzelmasse

Als letzte Messung wird die Wurzelmasse empfohlen, da die Pflanze aus ihrem Wachstumsmedium entfernt werden muss, um genaue Daten zu erfassen. Je nach Art und Struktur der Wurzeln gibt es unterschiedliche Methoden zur Messung der Wurzelmasse

  • Rasterschnitttechnik:
    1. Entfernen Sie die Pflanze aus dem Boden.
    2. Wenn du mit dünnen oder hellen Wurzeln arbeitest, solltest du die Wurzeln vielleicht mit einer sauren Beize färben.
    3. Legen Sie die Wurzeln auf ein Gittermuster und zählen Sie, wie oft die Wurzeln das Gitter schneiden.
  • Verfolgen Sie die Wurzeln auf Papier, messen Sie jede der Spuren und berechnen Sie die Wurzellänge aus den Spuren.
  • Zähle die Anzahl der Wurzeln.
  • Messen Sie den Durchmesser der Wurzel. Dies ist besonders nützlich für Wurzelgemüse wie Rüben, Karotten, Kartoffeln usw., die eine große Wurzel haben.

Wurzelschussverhältnis

Wurzeln ermöglichen es einer Pflanze, Wasser und Nährstoffe aus dem umgebenden Boden aufzunehmen, und ein gesundes Wurzelsystem ist der Schlüssel zu einer gesunden Pflanze. Das Wurzel-Spross-Verhältnis ist eine Kennzahl, die Ihnen hilft, die allgemeine Gesundheit Ihrer Pflanzen zu beurteilen. Ihre Kontrollgruppe von Pflanzen wird Ihnen für jeden Ihrer Pflanzentypen ein "normales" Wurzel-Spross-Verhältnis liefern. Alle Änderungen von diesem normalen Niveau (entweder nach oben oder nach unten) wären ein Hinweis auf eine Änderung des allgemeinen Gesundheitszustands Ihrer Pflanze . Es ist wichtig, die Daten des Wurzel-Spross-Verhältnisses mit Daten aus Beobachtungen zu kombinieren, um ein genaues Verständnis davon zu erhalten, was mit Ihren Pflanzen passiert. Zum Beispiel könnte eine Zunahme des Wurzel-Spross-Verhältnisses ein Hinweis auf eine gesündere Pflanze sein, vorausgesetzt, die Zunahme beruht auf einer größeren Wurzelgröße und NICHT auf einer Abnahme des Triebgewichts. So messen Sie das Wurzel-Spross-Verhältnis:

  1. Entfernen Sie die Pflanzen aus der Erde und waschen Sie lose Erde ab.
  2. Tupfe die Pflanzen ab und entferne jegliche freie Oberflächenfeuchtigkeit.
  3. Trocknen Sie die Pflanzen in einem Ofen, der auf niedrige Hitze (100 ° F) eingestellt ist, über Nacht.
  4. Lassen Sie die Pflanzen in einer trockenen Umgebung abkühlen (ein Ziploc-Beutel hält Feuchtigkeit ab) - in einer feuchten Umgebung nimmt das Gewebe Wasser auf. Sobald die Pflanzen abgekühlt sind, wiegen Sie sie auf einer Waage.
  5. Trennen Sie die Wurzel von der Spitze (an der Bodenlinie schneiden).
  6. Wiegen und notieren Sie Wurzel und Spitze für jede Pflanze separat. (Trockengewicht für Wurzeln/Trockengewicht für Pflanzenoberseite = Wurzel/Spross-Verhältnis)
  7. Das Wurzel/Spross-Verhältnis kann für jede Behandlung berechnet werden.
  8. Pflanzen enthalten hauptsächlich Wasser, also stellen Sie sicher, dass Sie eine Skala von Milligramm haben, da eine trockene Pflanze nicht sehr viel wiegt.

Überwachung

Es gibt viele verschiedene Merkmale einer Pflanze, die durch Beobachtung gemessen werden können, um das Ausmaß des Pflanzenwachstums/der Pflanzengesundheit zu bestimmen. Die folgende Tabelle beschreibt einige der Maßnahmen, die Sie durchführen können, und empfiehlt außerdem, wie oft Sie diese Beobachtungen im Verlauf Ihres Experiments machen sollten.


DNA extrahieren

Da die DNA die Blaupause für das Leben ist, alles Lebende enthält DNA. DNA-Isolierung ist eine der grundlegendsten und wichtigsten Techniken beim Studium der DNA. Die Gewinnung von DNA aus Zellen und deren Aufreinigung sind im Bereich der Biotechnologie und Forensik von zentraler Bedeutung. Extraktion und Reinigung von DNA sind die ersten Schritte bei der Analyse und Manipulation von DNA, die es Wissenschaftlern ermöglichen, genetische Störungen zu erkennen, DNA-Fingerabdrücke von Individuen zu erstellen und sogar gentechnisch veränderte Organismen zu schaffen, die nützliche Produkte wie Insulin, Antibiotika und Hormone produzieren können.

DNA kann sein aus vielen Zelltypen extrahiert. Die erster Schritt besteht darin, die Zelle zu lysieren oder aufzubrechen. Dies kann durch Mahlen eines Stücks Gewebe in einem Mixer erfolgen. Nach dem Aufbrechen der Zellen wird eine Salzlösung wie z NaCl und eine Reinigungslösung die Verbindung enthalten SDB (Natriumdodecylsulfat) hinzugefügt. Diese Lösungen zersetzen und emulgieren die Fett- und Proteine, die eine Zellmembran bilden. Schließlich wird Ethanol hinzugefügt, da DNA in Wasser löslich ist. Der Alkohol führt dazu, dass DNA ausfällt oder sich aus der Lösung absetzt und alle zellulären Komponenten zurücklässt, die in Alkohol nicht löslich sind. Die DNA kann auf einen Rührstab gespult (gewickelt) und an dieser Stelle aus der Lösung gezogen werden.

Detergent, enZyme (Fleischzartmacher), EINalkohol

Um DNA aus Zellen zu extrahieren.

Mixer, Erbsen, Salz, Spülmittel, Wasser, Messbecher und Löffel, Sieb, Fleischklopfer, Alkohol, Reagenzglas, Glasrührstab

  1. Zuerst müssen Sie etwas finden, das DNA enthält, wie z Spalterbsen, frischer Spinat, Hühnerleber, Zwiebel oder Brokkoli.

  1. Messen Sie etwa 100 ml oder 1/2 Tasse Spalterbsen ab und geben Sie sie in einen Mixer.
  2. Geben Sie eine große Prise Salz (weniger als 1 ml oder etwa 1/8 Teelöffel) in den Mixer.
  3. Gib etwa doppelt so viel kaltes Wasser wie die DNA-Quelle (etwa 200 ml oder 1 Tasse) zu den Erbsen im Mixer.
  4. Auf hoher Stufe (Deckel auf) etwa 15 Sekunden mixen.
  1. Der Mixer trennt die Erbsenzellen voneinander, sodass Sie jetzt eine wirklich dünne Erbsenzellensuppe haben.

Und nun diese 3 einfachen Schritte:

  1. Gießen Sie Ihre dünne Erbsenzellensuppe durch ein Sieb in einen anderen Behälter wie einen Messbecher oder ein Becherglas.

  1. Schätzen Sie, wie viel Erbsensuppe Sie haben, und fügen Sie etwa 1/6 dieser Menge Flüssigwaschmittel hinzu (etwa 30 ml oder 2 Esslöffel). Zum Mischen wirbeln.

  1. Gießen Sie die Mischung in Reagenzgläser oder andere kleine Glasbehälter, die jeweils zu etwa 1/3 gefüllt sind.
  2. Geben Sie in jedes Reagenzglas eine Prise Enzyme und rühren Sie vorsichtig um. Vorsichtig sein! Wenn Sie sich zu stark rühren, zerbrechen Sie die DNA, wodurch sie schwerer zu sehen ist. (Verwenden Sie Fleischzartmacher für Enzyme. Wenn Sie keinen Weichmacher finden können, versuchen Sie es mit Ananassaft oder Kontaktlinsen-Reinigungslösung.)

  1. Neige dein Reagenzglas und gieße langsam Reinigungsalkohol (70-95% Isopropyl- oder Ethylalkohol) in das Röhrchen an der Seite, so dass es eine Schicht auf der Erbsenmischung bildet. Gießen Sie, bis Sie ungefähr die gleiche Menge Alkohol in der Tube haben wie die Erbsenmischung.

  1. Alkohol ist weniger dicht als Wasser, daher schwimmt er oben und bildet zwei separate Schichten.
  2. Das gesamte Fett und das Protein, das wir in den ersten beiden Schritten aufgebrochen haben, wandern in die untere, wässrige Schicht.
  3. DNA steigt aus der Erbsenschicht in die Alkoholschicht auf. Sie können die DNA mit einem Glasrührstab oder einem Holzstab in den Alkohol ziehen.
  4. Durch langsames Drehen des Rührstabs wird die DNA um den Stab gewickelt (gewickelt), sodass sie aus der Flüssigkeit entfernt werden kann.

1. Hat die DNA eine Farbe?

2. Beschreiben Sie das Aussehen der DNA.

3. Enthalten nur Lebewesen DNA? Erklären.

Häufig gestellte Fragen: 1. Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich keine DNA sehe. Was habe ich falsch gemacht?

Überprüfen Sie zunächst noch einmal auf DNA. Schauen Sie sich die Alkoholschicht sehr genau an, um kleine Bläschen zu erkennen. Oft sind DNA-Klumpen lose an den Blasen befestigt.

Wenn Sie sicher sind, dass Sie keine DNA sehen, müssen Sie im nächsten Schritt sicherstellen, dass Sie mit genügend DNA begonnen haben. Viele Nahrungsquellen für DNA, wie zum Beispiel Weintrauben, enthalten auch viel Wasser. Wenn die gemischte Zellsuppe zu wässrig ist, ist nicht genug DNA zu sehen. Um dies zu beheben, gehen Sie zurück zum ersten Schritt und fügen Sie weniger Wasser hinzu. Die Zellsuppe sollte undurchsichtig sein, d.h. man kann sie nicht durchschauen. Ein weiterer möglicher Grund dafür, dass keine DNA zu sehen ist, besteht darin, dass nicht genügend Zeit für jeden Schritt zur Verfügung steht. Achten Sie darauf, das Reinigungsmittel mindestens fünf Minuten lang einzurühren. Wenn die Zell- und Kernmembranen noch intakt sind, bleibt die DNA in der unteren Schicht stecken. Wenn Sie das Reagenzglas aus Erbsenmischung und Alkohol 30-60 Minuten lang stehen lassen, fällt DNA in der Alkoholschicht häufig aus.

2. Warum verklumpt die DNA?

Einzelne DNA-Moleküle sind lang und strähnig. Jede Zelle Ihres Körpers enthält sechs Fuß DNA, aber sie ist nur ein Millionstel Zoll breit. Damit all diese DNA in Ihre Zellen passt, muss sie effizient verpackt werden. Um dieses Problem zu lösen, verdreht sich die DNA fest und verklumpt im Inneren der Zellen. Selbst wenn Sie DNA aus Zellen extrahieren, verklumpt sie immer noch, wenn auch nicht so stark wie in der Zelle.

Stellen Sie sich Folgendes vor: Der menschliche Körper enthält etwa 100 Billionen Zellen, von denen jede 1,80 m DNA enthält. Wenn Sie nachrechnen, werden Sie feststellen, dass unser Körper mehr als eine Milliarde Meilen DNA enthält!

3. Kann ich diese DNA als Probe für die Gelelektrophorese verwenden?

Ja, aber Sie sehen nur einen Abstrich. Die DNA, die Sie extrahiert haben, ist genomisch, was bedeutet, dass Sie die gesamte DNA-Sammlung aus jeder Zelle haben. Wenn Sie die DNA nicht mit Restriktionsenzymen schneiden, ist sie zu lang und strähnig, um sich stattdessen durch die Poren des Gels zu bewegen, und Sie sehen am Ende nur einen Abstrich.

4. Ist das weiße, zähe Zeug nicht tatsächlich eine Mischung aus DNA und RNA?

Das ist genau richtig! Das Verfahren zur DNA-Extraktion ist eigentlich ein Verfahren zur Nukleinsäure-Extraktion. Ein Großteil der RNA wird jedoch durch Ribonukleasen (Enzyme, die RNA schneiden) geschnitten, die beim Aufbrechen der Zellen freigesetzt werden.


Erbsenrost-Krankheit durch Uromyces Fabae - Diskussion! | Pflanzenkrankheiten

Erbse ist eine der sechs weltweit angebauten Hülsenfrüchte und ist neben der Ackerbohne die zweitertragreichste Leguminosenfrucht. Es wird sowohl als frisches Gemüse als auch in getrockneter Form verzehrt und stellt einen signifikanten Proteingehalt in der vegetarischen Ernährung dar.

Seine Samen sind sehr nahrhaft und werden sowohl für Lebensmittel als auch für Rotationsvorteile bei der Getreideproduktion angebaut. Die Einbeziehung von Erbsen in die Fruchtfolge ist agronomisch sehr bedeutsam.

Erbsen sind ein guter Vorläufer anderer Kulturpflanzen, da sie den Boden mit den Knöllchenbakterien Rhizobien anreichern, die atmosphärischen Stickstoff fixieren. Außerdem haben Erbsen eine höhere Kapazität, Mineralien zu verwerten, die praktisch schwer assimilierbar sind und dem Getreide nicht zur Verfügung stehen.

Das Wurzelsystem von Erbsen dringt bis zu einer Tiefe von 1-1,5 m ein und so können Erbsen im Gegensatz zu Getreidekulturen mineralische Nährstoffe aus den tieferen Bodenschichten extrahieren.

Der Nährwert von Trockenerbsensamen ist ähnlich wie bei anderen Körnerleguminosen und enthält 18-30% Protein, 35 -50% Stärke und 4-7% Ballaststoffe. Erbsenprotein hat einen Mangel an schwefelhaltigen Aminosäuren, enthält jedoch relativ hohe Mengen an Lysin, was es zu einer guten Nahrungsergänzung für Getreide macht. Erbse rangiert unter den Körnerleguminosen für die weltweite Produktion an zweiter Stelle nach Trockenbohne und an vierter Stelle in Bezug auf die geerntete Fläche.

Trockene Erbse wird in mehr als 87 Ländern produziert. Indien steht an fünfter Stelle bei der Produktion und an dritter Stelle bei der Erntefläche (FAO, 2005). In Indien nimmt die Erbse eine Fläche von 0,64 Mio. ha mit einer Produktion von 0,52 Mio. Tonnen und einer Produktivität von 890 kg/ha ein.

Diese Produktivität ist jedoch im Vergleich zur höchsten Produktivität von 58,0 Q/ha in den Niederlanden recht gering. Mc Phee (2003) beschrieb, dass Trockenerbse vor 9000 Jahren domestiziert wurde.

Erbsen stammen aus dem Nahen Osten und dem Mittelmeerraum und werden seit der frühen Jungsteinzeit angebaut. Es gibt Hinweise darauf, dass Erbsen nach der Domestikation mit Getreidepflanzen wie Weizen und Gerste angebaut wurden.

Erbse gehört zur Gattung Pisum, ein Mitglied der Familie Papilionaceae tribus viciae und besteht aus den Arten Pisum sativum L. (Ps) und Pisum fulvum (Sibth und Sn). Pisum sativum L. wurde weiter unterteilt, um mehrere Unterarten Ps. ssp sativum, Ps ssp. elatuis, Ps ssp humile, Ps ssp arvense und Ps. ssp hortense. In der Literatur sind ssp elatius und ssp humile die Vorfahren von Ps ssp sativum.

Zu den größten Einschränkungen bei der Erbsenproduktion zählen Krankheiten, Schädlinge, Frost, Dürre und übermäßige Hitze. Die wichtigsten Krankheiten, die die Erbsenproduktion beeinträchtigen, sind Fusarium-Wurzelfäule, Aphanomyces-Wurzelfäule, Fusarialwelke, Erbsen-Enation-Mosaikvirus, Echter Mehltau, Falscher Mehltau, Aschochyta-Fäule und Rost.

Viele andere kleinere Krankheiten beeinträchtigen auch den Ertrag dieser wichtigen Kulturpflanze. In Indien wurde das Problem des Echten Mehltaus durch die Verwendung des Resistenzgens gegen Echten Mehltau überwunden, und es ist zwingend erforderlich, nur Einträge mit Resistenz gegen Echten Mehltau in All India Coordinated Varetals Improvement Trials aufzunehmen.

Erbsenrost, der durch Uromyces fabae (Pers) de Bary verursacht wird, gilt als der wichtigste unter warmen und feuchten Bedingungen. Unter spät gesäten Bedingungen in Indien wird es zu einem großen Problem.

Verbreitung und Verluste von Uromyces fabae:

Uromyces fabae wurde aus verschiedenen Teilen Europas, Afrika Kanada Australien gemeldet. In Indien wird es aus Ostindien, Zentralindien, südlichen Teilen Indiens und der Himalaya-Region von Himachal Pradesh gemeldet.

Uromyces fabae zerstörte die Ernte in der Vorgebirgsregion Nordindiens vollständig. Ertragsverluste bei Erbsen aufgrund von Rost wurden auch von Upadhyay und Gupta (1998) berichtet. Singh (1999) berichtete über die Verluste beim Erbsenertrag aus Tarai-Regionen. Durchschnittlich wurden im Jahr 1986-1988 etwa 56,81 % Ertragsverluste gemeldet. Sie klassifizierten die Verluste weiter und berichteten, dass 22,21 % des Verlustes auf die Verringerung des Samengewichts der Erbse zurückzuführen sind.

Verluste hängen auch von verschiedenen Wachstumsstadien der Pflanze ab. Frühe Infektionen zerstören die Ernte vollständig. Das Auftreten von Krankheiten im Stadium der Schotenbildung reduzierte den Getreideertrag. Hauptattribut des Ertragsverlustes ist hauptsächlich auf die Gewichtsreduzierung von 100 Samen zurückzuführen.

Symptome von Erbsenrost:

Erbsenrost ist in Indien durch das Auftreten von zwei Arten von Symptomen gekennzeichnet. Frühe Symptome entwickeln sich auf der abaxialen Seite älterer Blätter und bilden runde bis ovale Aezidien. Anfangs bilden Aecidien cremeweiße bis hellgelbe bis leuchtend orangefarbene Pusteln auf Blatt und Stängel.

Unter günstigen Bedingungen entwickelten sich diese Pusteln weiter und breiteten sich auf andere Pflanzenteile aus. Eine Aecidia ist eine Ansammlung mehrerer kleiner becherartiger Strukturen an der Pflanze. Aus den Aecial Cups freigesetzte Aeciosporen werden als gelbes Pulver abgelagert.

Kleine aezidiale Pusteln sind meist auf das Blatt beschränkt. Es ist jedoch auch am Stiel zu sehen. Bei Rankengenotypen der Erbse ist es auch auf den Nebenblättern und der Ranke zu sehen. Uredialpusteln entwickelten sich auf beiden Blattoberflächen, beschränkten sich jedoch meist auf den Stängel. Sie erscheinen als pudrige hellbraune Pusteln. Die geplatzte Epidermis des infizierten Teils des Wirts legt eine schwarze bis braune pulvrige Masse frei.

Telial-Symptome treten nach einer äzialen/uredialen Infektion spät in der gleichen Jahreszeit oder auf einem Teil der Pflanze auf, der zur Seneszenz führt. Teliosporen werden in den Pusteln der Äzien oder Uredia gebildet. Teilweise wird sie auch eigenständig gebildet. Telia werden meist am Stiel und an der Ranke gebildet. Die Korngröße wird bei stark infizierten Genotypen deutlich reduziert und die Farbe des Korns wird matt.

Kausaler Organismus:

Der beiläufige Erbsenrostorganismus in den meisten Teilen Indiens ist Uromyces fabae (Pers.) de Bary. Es handelt sich um einen biotrophen, makrozyklischen, autozytierenden Rost. Es gehört zur Abteilung: Basidiomycotina, Klasse: Basidiomycetes, Unterklasse: Teliomycetidae, Ordnung: Uredinales, Familie: Pucciniaceae.

Wirtsbereich und Vorkommen des Erregers:

Uppal (1933) und Prasada und Verma (1948) fanden mehrere Arten von Vicia, Lathyrus, Pisum und Linsen, die für Uromyces fabae in Indien und im Ausland anfällig sind. In Indien werden Vicia, Lathyrus und Pisum als Wirtspflanzen für Uromyces fabae (Pers. de Bary) beschrieben.

Sie beobachteten eine natürliche Infektion bei Vicia sativa L. und V. hirsuta Gray, einem häufigen Unkraut, das auch in den Linsenfeldern in Indien vorkommt. Vicia faba L., V. bienes L., V. hirsuta L. und V. arborensis L. wurden als sehr anfällig für Uromyces fabae beschrieben und Vicia sativa und Lathyrus aphaca erwiesen sich als krankheitsfrei.

Conner und Bernier (1982) berichteten von insgesamt 52 Arten von oiVicia faba und 22 Arten von Lathyrus, die mit Uromyces viciae-fabae infiziert waren.

Auch auf Erbsen, Linsen und Ackerbohnen fanden sie diesen Erreger. Butler (1912) berichtete über das Vorkommen des Rosterregers Uromyces fabae auf Erbsen und anderen Hülsenfrüchten aus Indien. Sydow und Butler (1912) berichteten über diesen Pilz aus dem Bundesstaat Maharastra.

Erbsenrost (Uromyces fabae) ist weltweit verbreitet und befällt eine Reihe von Wirtsarten, die verschiedenen Gattungen der Familie der Leguminoceen in den Indo-Gangetischen Ebenen angehören. Prasada und Verma (1948) berichteten auch über das Vorkommen von Uromyces fabae auf Linsenernten aus Delhi. Roy (1949) verzeichnete in seiner Pilzliste von Bengalen die Prävalenz von Uromyces fabae auf den Blättern und Stängeln von Pisum sativum.

Mitter und Tandon (1930) Patel (1934) Pavgi und Upadhyay (1966) sowie Kapooria und Sinha (1966) berichteten über die Verbreitung dieses Erregers in den Regionen von Uttar Pradesh. Bilgrami (1979) berichtete über das Vorkommen dieses Erregers bei verschiedenen Wirtsarten von Erbse, Linse und Lathyrus. Baruah (1980) berichtete, dass die Rostinfektion der Erbsenpflanzen sowohl durch Uromyces fabae als auch durch U. pisi verursacht wird.

Davon kommt U. pisi in Indien selten vor. Choudhary (1998). berichteten über eine Wirtsunspezifität bei Uromyces fabae und fanden wenige Hülsenfrüchtegattungen, die mit dem Pathogen infiziert waren. Das Auftreten von Uromyces fabae wurde auch aus Kanada, Europa, Äthiopien und Australien in leichter bis schwerer Form auf Erbsen, Linsen und Ackerbohnen berichtet.

Pathogene Variabilität:

In Feldsammlungen von Uromyces fabae wurde über pathogene Variabilität berichtet. Die Urediosporen von Uromyces fabae waren die einzigen infektiösen Sporen im gemäßigten Klima und werden in verschiedenen Resistenz-Screening-Programmen bei Erbsen und Zuckererbsen verwendet.

Es wurde auch über die Existenz erbsenspezifischer Stämme aus NEPZ in Indien berichtet. Aeciosporen wirken als sich wiederholende Spore bei Uromyces fabae und spielen eine wichtige Rolle beim Ausbruch von Krankheiten unter feuchtwarmen Bedingungen.

Acidial State:

Die Aecidium ist klein, weißlich und becherförmig aufgebaut und trägt Äciosporen. Die Aeciosporen sind rund bis eckig oder elliptisch, gelb gefärbt und besitzen feine Warzen. Sie messen 14-22 pm im Durchmesser.

Aeciosporen sind sitzend und in einer Kette von 7-8 Sporen gebildet. Aecidien sitzen tief in den schwammigen Mesophyllzellen. Aeciosporen, die nach dem Aufbrechen des Peridiums von Aecial Cups freigesetzt werden. Auf der Pflanzenoberfläche werden große Mengen von Aeciosporen abgelagert, die hellgelb aussehen.

Die Urediosporen sind rund bis eiförmig, hellbraun, stachelig mit 3-4 Keimporen, messen 20-30 x 18-26 pm. Uredia entwickelte sich selten. Urediosporen sind gestielt, rund bis elliptisch. Urediosporen treten in Gruppen auf, nachdem sie die Epidermis des Wirts gerissen haben.

Teleosporen:

Sie sind halbkugelig eiförmig oder elliptisch mit runder oder abgeflachter Spitze, die beträchtlich verdickt ist und papiliert erscheint. Die Sporen sind glatt und messen 25-30 x 18-27 pm. Die Stängel sind in der Regel an den abgelösten Sporen resistent und blass gelblichbraun, dick und bis zu 90 pm.

Die Basidiospore von Uromyces fabae keimte innerhalb von 3 Tagen nach der Rehydratation und wurde durch die Photoperiode nicht beeinflusst. Der Keimungsprozentsatz der Basidiosporen war auf den Substraten außer Glasobjektträger hoch.

Auf Wasseragar (2%) produzierten Basidiosporen lange Keimröhren von 50-100 µm. Die Differenzierung im Keimschlauch beginnt nach 3 Tagen. Die Infektionsstruktur löste sich besser auf, wenn die Keimung auf 5% Wasseragar untersucht wurde.

Die kurze Keimröhre schwillt apikal an und bildet ein kleines Appressorium. Anschließend wurde ein Penetrationszapfen gebildet und ein längliches Vesikel in Agar expandiert. Auf dem Glasobjektträger tritt häufig eine Appressoriumbildung auf, jedoch wird selten eine Vesikelbildung beobachtet.

Die Basidiosporendifferenzierung wurde am effektivsten auf einer Nitrozellulosemembran induziert. Weniger als 5% Basidiosporen produzierten lange Keimröhren und die Mehrheit der Basidiosporen erreichte das Appressoriumstadium. In Basidiosporen sind immer zwei Kerne zu sehen.

Während der frühen Infektionsstrukturentwicklung wanderten beide Kerne gemeinsam aus dem Zytoplasma in das Vesikel. Anschließend wurde der Penetrationszapfen verschlossen und das Vesikel wuchs apikal, wobei eine primäre Hyphe gebildet wurde, die einige Zeit von einem Septum begrenzt war. Bis zum primären Hyphenstadium wurden nicht mehr als zwei Kerne beobachtet.

Biotrophe pflanzenpathogene Pilze differenzieren innerhalb der lebenden Zellen ihrer Wirtspflanzen spezialisierte Infektionsstrukturen, die Haustorium genannt werden. Diese Haustorien werden seit ihrer Entdeckung mit der Nährstoffaufnahme in Verbindung gebracht.

Der Zuckerfluss vom Wirt Vicia faba zum Rostpilz Uromyces fabae scheint hauptsächlich durch den Haustorienkomplex zu erfolgen. Eines der am häufigsten exprimierten Gene in Rosthaustoria, dessen Expression in anderen Pilzstrukturen vernachlässigbar ist, kodiert für einen Hexose-Transporter.

Die funktionelle Expression des Gens HXT1 in Oozyten von Saccharomyces cerevisiae und Xenopus laevis weist eine Substratspezifität für D-Glucose und D-Fructose zu und weist auf einen Protonen-Symport-Mechanismus hin. Abs gegen HXT1p ausschließlich markierte Haustorien in der Immunfluoreszenzmikroskopie und die haustoriale Plasmamembran in der Elektronenmikroskopie.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass der Pilz diesen Transporter in Haustorien konzentriert, um ein spezielles Kompartiment des Haustorienkomplexes zu nutzen. Die extrahaustorielle Matrix, begrenzt durch die Plasmamembranen sowohl des Wirts als auch des Parasiten, bildet ein neu gebildetes apoplastisches Kompartiment mit Eigenschaften, die sich von denen des Bulk-Apoplasten unterscheiden.

Diese Organisation könnte die Konkurrenz des Parasiten mit natürlichen Senkenorganen des Wirts erleichtern.

Überlebensmodus des Erregers in Uromyces fabae:

Die Aeciosporen und Urediosporen von Uromyces fabae überlebten bei einer Temperatur von mehr als 30°C eine Woche lang nicht, daher sollten sie die hohen Temperaturen der dazwischenliegenden Erntesaison nicht überleben. Teliosporen überlebt während der dazwischenliegenden Jahreszeit und keimt, um Basidiosporen zu produzieren, die Pyknien produzierten und anschließend eine Infektion bei Erbsen verursachten.

Die Trümmer der Erbsenpflanze, die Telelia trugen, wurden auf die Erbsenpflanze geimpft und es wurden keine Spermagonien auf den Pflanzen gefunden. Bei den wenigen Pflanzen wurde jedoch ein Befall beobachtet. Dieses Ergebnis muss an verschiedenen Stellen überprüft werden, um die Rolle der Teleosporen bei der Initiierung einer Primärinfektion zu bestätigen.

Als Erreger eines breiten Wirtsspektrums haben Conner und Bernier (1982) die Rolle des Kollateralwirts beim Auftreten von Krankheiten auf Erbsen vorgeschlagen.

Sie berichteten von Vicia- und Lathyrus-Arten als Nebenwirt für Uromyces fabae und Krankheitserreger überleben auf diesen Wirten während der Abwesenheit der Hauptkultur. Über die Migration von Erregern aus Kollateralwirten aus Indien und anderen Ländern liegen keine Informationen vor. Erbsen werden das ganze Jahr über in den verschiedenen Teilen Indiens angebaut, aber ihre Rolle bei der Vermehrung und weiteren Verbreitung der Uromyces fabae ist nicht bekannt.

In dem kürzlich abgeschlossenen A.I.C.P.I.P-Experiment (2005) wurde das Auftreten von Rost in Pant Nagar früher als in Varanasi und Dholi festgestellt. Es ist eine umfassende Untersuchung der Nebenwirte und der außerhalb der Saison angebauten Erbsenkulturen gemäßigter, subtropischer und tropischer Teile Indiens erforderlich, um die Rolle der Nebenwirte bei der Vermehrung des Pathogens von Jahr zu Jahr zu bestätigen.

Keimung verschiedener Sporen:

Die Keimung der Sporen erfolgt unabhängig vom Wirt. Es wurde festgestellt, dass Wasseragar (0,2%) eine Keimung von 46,67 % in Urediospore und eine Keimung von 9,67 % in Aeciosporen induziert. Gelegentliche Keimung wurde bei Teliosporen beobachtet, die drei Jahre nach der Inkubation bei 18°C ​​für 15 Tage gelagert wurden.

Die Keimung von Teliosporen war weniger als 1%. Aeciosporen, Urediosporen und Teliosporen keimten durch eine einzige Keimröhre. Die Keimung in der Aeciospore wurde nach 8 Stunden auf 0,2% Wasseragar bei 25°C eingeleitet. Es wurde auch gefunden, dass die Urediosporen nach 4 Stunden Inkubation auf 0,2% Wasseragar bei 15 °C keimten.

Einfluss von relativer Luftfeuchtigkeit und Temperatur auf die Keimung der Aeciosporen und Urediosoren:

Die optimale Bedingung für die Keimung der Aeciosporen war 25 °C in Kombination mit 100 % relativer Luftfeuchtigkeit. Die prozentuale Keimung der Aeciosporen nahm mit abnehmender Temperatur unter 25°C allmählich ab.

Keine der Aeciosporen keimte bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 88,5% bei einer Temperatur unter 25°C. Die Keimung der Aeciosporen war minimal (0,17%) bei 5°C in Kombination mit 100% relativer Luftfeuchtigkeit. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 98% in Kombination mit 15°C begünstigte die maximale (3,5%) Keimung der Urediosoren. Längere Blattnässedauer erhöhte die Roststärke.

Zusammenhang zwischen Temperatur und Schwere der Erkrankung:

Die mittlere Temperatur zu Beginn der Krankheit lag zwischen 15 und 20 °C. Das Auftreten der Krankheit wurde verzögert, als das Auftreten der optimalen Temperatur (25-30°C) aufgrund des verzögerten Einsetzens des kühlen Wetters spät in der Saison war.

Urediosporen von U. viciae-fabae (Sauerbohnenrost) keimten gut im Bereich von 5–26°C, mit der schnellsten Keimung bei 20°C. Die Einwirkung von 30°C führte zu einer schlechten Keimung und beschädigte die Sporen. Die Infektion von Vicia faba-Blättern war von einem Feuchtigkeitsfilm abhängig.

Bei 20°C trat eine gewisse Infektion mit nur 4 Stunden Blattnässe auf, aber längere Nassperioden bis zu 24 Stunden führten zu einer erhöhten Infektion. Bei niedrigeren Temperaturen war der Infektionsprozess langsamer und die Anzahl der Endpusteln war ebenfalls geringer. Die Sporenkeimung wurde durch Tageslicht und alle künstlichen Lichtquellen, die tiefrote (700-800 nm) Wellenlängen enthielten, verzögert.

Die Verzögerung wurde bei höheren Lichtintensitäten erhöht. Wenn die Sporen abwechselnden Licht- und Dunkelperioden ausgesetzt wurden, zeigte sich, dass 40 Minuten Dunkelheit für die irreversible Induktion der Keimung bei 20°C ausreichten.

Penetration von Uredia:

Die Vorpenetrationsphase:

Die Uredosporen des Rostpilzes Uromyces fabae bilden ein Adhäsionspolster und setzen nach Kontakt mit der Kutikula des Wirts eine Cutinase und zwei spezifische Esterasen frei. Anscheinend wird die Haftung der Pads durch diese Enzyme verbessert. Die Sporen haben eine reduzierte Fähigkeit, sich an die Blattoberfläche zu heften, wenn diese Enzyme inaktiviert sind.

Wahrnehmung der Hostoberfläche:

Die Appressoriumbildung durch urediospbre Keimschläuche des Bohnenrostes Uromyces appendiculatus wird durch physikalische Unterschiede in der Topographie der Blattoberfläche, wie zum Beispiel Stomatalippen von Schließzellen, oder durch definierte, 0,5 m hohe Grate auf einer künstlichen Oberfläche induziert. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass viele Rostpilze speziesspezifische Reaktionen auf Membranen mit definierten Topographien zeigen.

Zellwandabbau (durch enzymatische Wirkung):

Dennoch erfordert die Penetration von obligat biotrophen Parasiten wie Rostpilzen und Echten Mehltau oder einigen Hemibiotrophen nur eine geringe Schädigung der Zellwand. Der Abbau der Zellwand ist auf die Penetrationsstelle beschränkt, wie von Xu und Mendgen (1997) gezeigt wurde. Die Sekretion von cellulytischen Enzymen dieser Pathogene wird entweder durch die Entwicklung reguliert oder durch Umweltsignale ausgelöst.

Zum Beispiel wurde gezeigt, dass die Cellulase-Aktivität von Uromyces fabae-Keimlingen streng durch Differenzierung reguliert wird. Es steigt während der Appressoriumbildung und erreicht ein Maximum während der Entwicklung von Infektionshyphen und haustorialen Mutterzellen.

Auch die Produktion der Pektin-Enzyme Pektin-Methylesterase und Polyglacturonat-Lyase sowie extrazellulärer Proteasen dieses Rostpilzes hängt von der Differenzierung der Infektionsstrukturen ab.

Offensichtlich ermöglicht die konzertierte Wirkung von zellwandabbauenden Enzymen das Hyphenwachstum durch das Blattgewebe, verhindert jedoch eine ausgedehnte Zellwandmazeration und den Zelltod, was auch die biotrophe Lebensweise des Pilzes beeinträchtigen würde.

Der Pilz dringt durch Blattstomata ein und bildet ein spindelförmiges substomatales Vesikel. Haustoriale Mutterzellen verlängern sich und versuchen, die Blattmesophyllzellen zu durchdringen.

Gelingt die Penetration, entwickelt sich in der Mesophyllzelle ein nährstoffabsorbierendes Haustorium, das das Pilzwachstum nachfolgender Hyphen ermöglicht. Die Rostinfektion kann in sehr frühen Stadien der Pilzentwicklung von der Sporenablagerung bis zur Spaltöffnungserkennung behindert werden, was zu einer geringeren Infektion führt. Trotzdem entwickeln sich die meisten keimenden Sporen weiter und entwickeln normale haustoriale Mutterzellen.

Die Bildung von Haustorium kann jedoch durch die Papillenbildung innerhalb der Mesophyllzellen verhindert werden. Papillen haben eine Hornhautmatrix und enthalten verschiedene anorganische und anorganische Bestandteile, einschließlich antimikrobieller Proteine ​​und phenolischer Autofluoreszenzverbindungen.

Papillen werden auf der inneren Oberfläche der Mesophyllzellwände abgelagert, wo Pilze versuchen einzudringen und als physikalische oder chemische Barriere zu wirken, wenn die Penetrationsresistenz versagt und sich Haustorien in den Wirtszellen entwickeln.

Entwicklung nach der Penetration:

Aeciosporen keimen, um Keimröhren hervorzubringen, und später wurde festgestellt, dass dieser Prozess im Wirtsgewebe etwa 48 bis 72 Stunden dauert Entstehung einer haustoriellen Mutterzelle, aus der das erste Haustorium entsteht, das in der Wirtszelle gebildet wird.

Der Prozess nach der Penetration besteht darin, dass sich das Myzel in den Zellzwischenräumen ausbreitet und später einige der schwammigen Mesophyllzellen des Wirts ersetzt.

Um die Myzelaggregation bildete sich eine perdiale Einzelzellschicht. Diese Struktur dehnt sich weiter aus und erreicht eine Größe (pM). Die Entwicklung des Aeciummyzels war während der gesamten Zeit dikaryotisch.

Dikaryotisches Myzel, das später sporogene Zellen des Aeciums oder Aeciosporophoren bildet, seine Form an der Basis des Aecial-Primordiums enthält jede Zelle zwei Kerne, die sich während der Bildung eines Aeciosporeninitials konjugiert teilen. Zwei der Tochterkerne verbleiben in der sporogenen Zelle und die anderen beiden bewegen sich in Richtung Aeciosporen-Initialen.

Nachdem die Initialzelle durch das Septum von der Mutterzelle abgegrenzt ist, teilen sich die Kerne in der Initialzelle wieder und ein transversales Septum trennt die Initialzelle in eine zweikernige Aeciosporen und eine kleine keilförmige, zweikernige sterile Interkalar- oder Disjunktorzelle. Der gesamte Vorgang wiederholte sich mehrmals, was zur Bildung einer Kette von Aeciosporen, einer disjunktoren Zelle, führte.

Die Anordnung der Äciosporen ist zur Basis hin jünger, während sie zur Spitze hin älter ist - in der Äzienhöhle entstanden. Periphere Zellen der Zellbasis werden sukzessive geteilt, um eine Wand zu bilden, die die Sporenketten umgibt. Diese Wand ist das Peridium. Bei einem jungen Aecium, das die Wirtsepidermis nicht durchbrochen hat, umgibt das Peridium die Sporenketten allseitig und bildet eine vollständige Kuppel darüber.

Wenn die Aecium reift, drücken sich die Sporenketten durch das Dach des Peridiums und bilden eine Lippe um die Aeciumschale. Wenn sich ein Aecium entwickelt, zerfallen die Disjunktorzellen und die Sporen trennen sich voneinander. Wenn sich Aecia in einem Blatt entwickeln, befinden sie sich im Allgemeinen im unteren Teil und durchbrechen die untere Epidermis.

Bei besonders empfindlichen Erbsensorten beginnt im Allgemeinen eine große Anzahl von Aezieninitialen und bilden die Aecidiophoere, aber die Entwicklung von Aeciosporen wird behindert und führt zu nicht brütenden Aecidien. Bei diesen Erbsen-Genotypen wurde auch beobachtet, dass die Anzahl der Aecidiosporophoren signifikant geringer ist als bei den anderen Genotypen. Aber die Anzahl der Aeciosporen in der Kette betrug fast 3-6 pro Aeciosporophor.

Die Verringerung der Anzahl der Aecisporephore kommt hauptsächlich von der Verringerung der Aecisporophos. Bei Uromyces fabae variierte die Anzahl der Aecidiosporen zwischen 10 und 40. Die Aecidiosporophoren wachsen direkt in der Höhle in Richtung Epidermis. Die Perdialschicht ersetzt die Mesophyllzelle, die unterhalb der Epidermis erreicht ist. Nach einiger Zeit reißt der Druck der reifen Aeciosporen die Epidermis auf.

Basidiosporen waren zweikernig. Vesikel enthält zwei Kerne und Septum trennen zwei Kerne in der Infektionsstruktur. Die Kernfärbung von Aeciospore und Urediospore zeigte deutlich die zweikernige Struktur. Beide Kerne waren sie bei der Septumbildung im Keimschlauch zusammen.

Einfluss des Wirtsfaktors auf den Ausbruch einer Krankheit:

Einfluss von Temperaturen und Pflanzenwachstumsstadien auf Sporen Produktion:

Die Aeciosporen wurden bei beiden Temperaturregimen, d. h. 10-15°C und 20-25°C, in allen Wachstumsstadien der Ernte reichlich produziert. Bei höheren Temperaturen (20-25°C) war während der Schotenbildung die Anzahl der Aezidien/Pusteln/Blatt am höchsten.

Eine höhere Temperatur förderte mehr Anzahl von aezialen Pusteln als die niedrigere Temperatur. Teliosporen wurden produziert, als die Pflanzen in das Seneszenzstadium eintraten (110-130 Tage nach der Aussaat).

Widerstandskomponenten im Host:

Es gibt mehrere Widerstandskomponenten, die einzeln oder zusammen mit anderen Komponenten den Widerstand verstärken. Die meisten dieser Komponenten werden durch Umweltfaktoren wie Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Daher ist ein mehrjähriges und standortübergreifendes Testen dieser Komponenten äußerst wichtig, um diese Eigenschaften bei der Pflanzenverbesserung zu nutzen.

In den meisten Fällen sind diese Merkmale auf die Keimplasmalinien von Erbsen, Linsen und Vicien verstreut. Einzelne Wirkungen dieser Komponenten sind unter Feldbedingungen sehr wenig und daher schwer nachzuweisen. Mit molekularen Techniken können diese jedoch nachgewiesen werden.

Die Schutzwirkung dieser Merkmale kann durch Vergleich der Krankheitsschwere, AUDPC, Testgewicht unter geschützten und ungeschützten Bedingungen überprüft werden. Der Ertragsgewinn unter Fungizidschutz ist beim anfälligen Genotyp immer höher als beim langsamen Rosten.

Einfluss der Inkubationszeit und der Latenzzeit auf die Rostschwere:

Die Inkubationszeit von aeciospre reichte von 7,17-17,84 Tagen bei verschiedenen Erbsen-Genotypen. Die Korrelation zwischen Inkubationszeit und AUDPC war negativ -0,68. Die höchste Inkubationszeit wurde von Pant P 13 gezeigt und die niedrigste Inkubationszeit wurde von HUVP 1 dargestellt.

variiert zwischen 8,23 und 17,83 Tagen zwischen den Erbsen-Genotypen. Die Latenzzeit beeinflusst die Schwere der Krankheit und ihre Ausbreitung. Genotyp mit einer höheren Latenzzeit verzögerte den Ausbruch der Krankheit. Die Korrelation (r) zwischen Latenzzeit und AUDPC war negativ –0,58.

Es gibt viele Genotypen mit einer höheren Latenzzeit. Die Latenzzeit hat große Bedeutung bei der Verzögerung des Ausbruchs der Krankheit und ihrer weiteren Ausbreitung. Die meisten Genotypen von Resistenzerbsen, die an Rost-Hot-Spots wie Bangalore, Pune und Varanasi untersucht wurden, weisen im Allgemeinen eine höhere Latenzzeit auf.

Signifikante Unterschiede wurden zwischen den Linsensorten für die Latenzzeit für Urediosporen bei den anfälligen Sorten festgestellt, sie wurden 8 Tage beobachtet, während die gleiche Menge an Pusteln nach 15 Tagen bei den resistenten Sorten festgestellt wurde.

Es gab einen signifikanten Unterschied in der Latenzzeit in den Vicia-Keimplasmalinien. Die meisten der langsam rostenden Linien hatten eine längere Latenzzeit als die anfällige. Die Latenzzeit war negativ mit der Schwere der Erkrankung, AUDPC und Ausbreitungsgeschwindigkeit korreliert. Der LP war negativ mit dem CS, AUDPC, DS und r korreliert.

Signifikante Unterschiede werden für die Größe der Kolonien berichtet, die von 1,9 bis 4,9 mm 2 variierte. Kleine Kolonien werden oft mit den langsam rostenden Genotypen in Verbindung gebracht. In einigen Fällen wird jedoch die Wirkung einer kleinen Koloniegröße durch die hohe Häufigkeit von Kolonien/Einheitsflächen zunichte gemacht.

Der Unterschied in der Pustelngröße wurde bei Linsen gemeldet, der zwischen 0,096 und 0,56 mm2 variierte.

Die nach der Inokulation gemessenen Kolonien waren an Sämlingen größer als an der erwachsenen Pflanze. Bei der anfälligen Kontrolle war die Koloniegröße fast doppelt so groß wie bei der adulten Pflanze. Die überempfindlichen Linien zeigten in beiden Pflanzenreifestadien die kleinsten Kolonien. Einige nicht überempfindliche Linien zeigten auch kleinere Kolonien als die anfällige Kontrolle.

Infektionshäufigkeit:

Unter Feldbedingungen zeigte ein Teil der Erbsenlinie eine geringere Anzahl von Kolonien auf dem Blatt, wenn Sporen auf allen Linien wehten. Die Infektionshäufigkeit nahm jedoch zu, wenn sich das freie Wasser über einen längeren Zeitraum auf der Pflanzenoberfläche mit einer Temperatur von 25-30°G erstreckte.

Linsengenotypen zeigten genügend Variation für die Infektionshäufigkeit. Die meisten Linien mit der niedrigen Infektionshäufigkeit verzögern die Krankheitsentwicklung und werden als langsam rostende Typen identifiziert.

Zwischen den Vicia-Genotypen wurde ein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Infektionshäufigkeit festgestellt, wenn die gleiche Menge an Urediospre unter identischen Bedingungen der Krankheitsentwicklung geimpft wurde. Die meisten der langsam rostenden Linien zeigten im Vergleich zu den anfälligen eine geringe Infektion. Dieser Trend wurde auch unter der Feldsituation festgestellt.

Vererbung von Resistenzen:

Mehrere Ackerbohnenquellen zeigten zwei verschiedene Arten von unvollständiger Resistenz gegen U. viciae – fabae. Eine Art von Resistenz äußert sich als Verringerung der Schwere der Erkrankung ohne mikroskopisch sichtbare Nekrose. In anderen Fällen wurde überempfindliche Resistenz als unvollständige Resistenz in Verbindung mit einer spät wirkenden Nekrose des Wirtsgewebes beschrieben, die zu einer Verringerung des Infektionstyps führt.

Beide Arten der unvollständigen Resistenz unterscheiden sich nur durch das Vorhandensein oder Fehlen einer mikroskopisch sichtbaren Nekrose. Die genetische Grundlage der Überempfindlichkeitsresistenz wurde als monogen vorgeschlagen. Emeran (2001) schlug eine rassenspezifische Natur der hypersensiblen Resistenz vor. Die Hinweise auf eine physiologische Spezialisierung bei U. viciae fabae deuten darauf hin, dass die Verwendung eines einzelnen Resistenzgens in Sorten wahrscheinlich nicht zu einer langfristigen Rostbekämpfung führen würde

Der Fortschritt bei der Entwicklung resistenter Sorten war aufgrund des Mangels an gut charakterisierten resistenten Quellen bei Erbsen langsam. Unvollständige Resistenzen machen das Problem für die Erbsenzüchter schwierig. Die verfügbaren resistenten Quellen sind vom langsam rostenden Typ und verlangsamen die Geschwindigkeit, was zu mittleren bis niedrigen Krankheitsniveaus gegen vorherrschende Pathogene führt.

Es wurde jedoch keine Studie zur Charakterisierung von langsam rostenden Komponenten in Erbsen durchgeführt, die dringend benötigt wird, um geeignete langsam rostende Linien gegen diesen Erreger auszuwählen. Gegen eine variable Erregerpopulation sind nur langsam rostende Linien bekannt, die eine dauerhafte Resistenz zeigen.

Langsames Rosten ist eine Form der quantitativen Resistenz, und die quantitative Resistenz wird stark von den Wachstumsstadien der Pflanzen und den Umweltbedingungen beeinflusst, was die tatsächliche Resistenzleistung maskiert.

Daher ist es erforderlich, die tatsächliche Leistungsfähigkeit der verschiedenen Genotypen zu ermitteln und den Umwelteinfluss auf die Resistenz und ihre Komponenten zu trennen, um ihre Verwendbarkeit in einem Zuchtprogramm zu ermitteln. Diese Resistenzkomponenten können dabei Selektionsverfahren in einem Erbsenverbesserungsprogramm unterstützen.

Vererbungsstudien zur Rostbeständigkeit von Erbsen sind begrenzt und noch nicht gut etabliert. Es gab Berichte über die Existenz sowohl monogener als auch polygener Resistenzformen gegen Rost bei Erbsen. Das Fehlen einer Überempfindlichkeitsreaktion bei Erbsen gegen Uromyces fabae deutet auf das Fehlen rassenspezifischer monogener Resistenzformen hin.

Klare Informationen über die Vererbung der Rostresistenz bei Erbsen würden helfen, eine geeignete Strategie zur Verbesserung der bestehenden Resistenz bei Erbsen zu entwickeln und könnten bei jedem Erbsenverbesserungsprogramm hilfreich sein. Es würde auch die Entwicklung geeigneter langfristiger Strategien für das Krankheitsmanagement ermöglichen.

Die Resistenzzüchtung würde erheblich erleichtert, wenn Informationen über die Biologie dieses Erregers und seine Wechselwirkung mit der Umwelt verfügbar wären.

Auch Pflanzenwachstumsstadien wirken sich auf den Befall aus und beeinflussen den Gesamtertragsverlust. Nur bestimmte ertragsattributierende Zeichen sind unter solchen Bedingungen betroffen. Da die Krankheit während der späten vegetativen Stadien auftritt, ist bei Erbsen nur das Samengewicht am stärksten betroffen.

Daher ist es notwendig, einen Zusammenhang zwischen der Krankheit und der durch sie verursachten Verringerung des Samengewichts herzustellen. Dies wird es den Arbeitern auch ermöglichen, die Ertragsverluste vorherzusagen, indem sie das Stadium des Auftretens der Krankheit und ihre Schwere kennen.

Auswahl der Widerstandskomponente unter Feld:

Die Selektion auf Rostresistenz im Zuchtprogramm impliziert einen Krankheitsscreeningprozess, der in einigen Fällen schwierig oder unzuverlässig ist. Ebenso macht es die obligate Natur von U. viciae fabae schwierig, das Pathogen in Kultur zu halten und unter kontrollierten Wachstumsbedingungen auf eine Screening-segregierende Population anzuwenden. Komplikationen werden wahrscheinlich zunehmen, wenn sowohl die Uredial- als auch die Aecidialsporen eine Krankheit verursachen.

Da der Infektionsprozess beider Sporen unterschiedlich ist. Die Infektion durch Uredia beschränkt sich meist auf die Epidermiszellen und wenige Schichten von Mesophyllzellen. Während im Falle des aecidialen Zustands die Infektion tief im Mesophyll und im schwammartigen Gewebe liegt, um die aezialen Becher zu bilden.

Daher kann das Resistenzniveau desselben Genotyps mit den verschiedenen Spores variieren und muss ermittelt werden. Das natürliche Auftreten von Krankheiten im Feld hing von geeigneten Umweltbedingungen ab, die das Resistenzzüchtungsprogramm weiter erschwerten.

Jedoch werden die Komponenten mit maximaler Beständigkeit zusammen mit den Ertragsmerkmalen wahrscheinlich ausgewählt, wenn die Rostverteilung im Siebfeld normal wäre, mit 90 % Roststärke bei der Empfindlichkeitsprüfung und <20 % bei der Beständigkeitsprüfung.

Der Selektionsgewinn dieser Linien kann anhand einer geringeren Schwere der Krankheit, einer niedrigen AUDPC und einem höheren Samentestgewicht als bei den anfälligen Kontrollen nachgewiesen werden. Der Gewinn an erhöhtem Ertrag und Testgewicht wäre bei resistenten Genotypen geringer, wenn sie unter fungizidgeschützten und ungeschützten Bedingungen gezüchtet werden.

Molekulare Marker für Resistenz:

Zwei RAPD-Marker, nämlich SC10-82360 (Primer, GCCGTGAAGT) und SCRI-711000 (Primer, GTGGCGTAGT), das das Rostresistenzgen (Ruf) mit einem Abstand von 10,8 cM (0,097 rf und LOD von 5,05) und 24,5 cM (0,194 rf und LOD von 2,72) flankiert, wurden identifiziert.

Diese RAPD-Marker sind Ruf nicht nahe genug, um eine zuverlässige Marker- & #8211-unterstützte Auswahl auf Rostbeständigkeit zu ermöglichen. Wenn jedoch die beiden Ruf flankierenden Marker zusammen verwendet werden, würde die Wirksamkeit von MAS erheblich verbessert.

Die Massensegregantenanalyse wurde verwendet, um RAPD-Marker zu identifizieren, die mit einem Gen verbunden sind, das die hypersensible Resistenz bestimmt. Die monogene Natur der Resistenz wurde durch die Analyse des F . bestimmt2 Population aus einer Kreuzung zwischen resistenter und anfälliger Linie. Die Verknüpfung von RAPD-Markern wurde durch Screening von 55 F . bestätigt2 Pflanzen segregieren auf Resistenz.

Drei RAPD-Marker (OPD13736 und.OPI20900) wurden in der Kopplungsphase auf das Resistenzgen für Rasse 1 (Uvf-l) kartiert. Keine Rekombination zwischen OPI20900 und Uvf -1 wurden erkannt. Zwei zusätzliche Marker (OPP201172 und OPR07930) wurden mit dem Gen in der Abstoßungsphase in einem Abstand von 9,9 bzw. 11,5 cM verknüpft.

Krankheitsmanagement:

Fungizide bieten jedoch ein wirksames Mittel zur Rostbekämpfung. Es ist jedoch nicht kosteneffektiv und mit mehreren umwelt- und gesundheitsbezogenen Gefahren verbunden. Daher bietet der Anbau von krankheitsresistenten Sorten der Kulturpflanze ein billiges, wirksames und sicheres Mittel zur Krankheitsbekämpfung. Auch für diese Krankheit werden resistente Sorten als Bestandteil der integrierten Bewirtschaftung empfohlen.

Optimale Besiedlung und rechtzeitige Aussaat der Pflanzen helfen, Rost zu vermeiden. Rostvorkommen in Nordindien traten meist ab der zweiten Januarwoche auf. Aussaat im Oktober im Allgemeinen in einem späteren Stadium nach der Kornfüllung betroffen. Späte Aussaat fällt meistens mit dem anfälligsten Stadium zusammen.

Das Auftreten von Rost in verschiedenen Teilen des Landes, insbesondere in den nördlichen und südlichen Hügeln, sollte untersucht werden. Das Wirtsspektrum der Rostpopulation im Erbsenanbaugebiet sollte herausgearbeitet werden. Die regionale Einbeziehung von Uredial und Acecial beim Ausbruch von Rost wird einen besseren Einblick in die Rostbiologie ermöglichen. Messtechnische Faktoren, die die Entstehung von Rost beeinflussen, sollten im Detail untersucht werden.

Verschiedene Merkmale des Wirts, die die Krankheit beeinflussen, müssen noch untersucht werden. Studien zur Vererbung der Rostbeständigkeitskomponenten sind unerlässlich, um die verschiedenen Widerstandskomponenten in einem agronomisch geeigneten Hintergrund zu pyramidenförmig zu machen.

Latente Perioden, die die Krankheit beeinflussen, wurden bei wenigen Spendern charakterisiert und rekombinante Inzuchtlinien, die in anfälligem Hintergrund aufgezogen wurden, müssen mit molekularen Werkzeugen kartiert werden.


Schau das Video: Pollenallergiker? Inspiration til altanplanter (Januar 2022).