TY - THES A1 - Wersebeckmann, Vera T1 - Terracing in steep slope viticulture and its potential to promote biodiversity in vineyard ecosystems N2 - A substantial area of the terrestrial surface is used for agricultural production. In Europe, many farmland species and ecosystems have evolved with traditional agricultural practices and rely on extensive cultivation for their survival. Today, agrobiodiversity is threatened by the abandonment of traditional agricultural land use. The cultivation of wine is one of the oldest forms of agriculture. On steep slopes, viticulture has shaped landscapes, cultural traditions, and unique ecosystems in many regions. In Germany, steep slope viticulture has been declining dramatically in recent decades due to insufficient profitability. The abandonment of these traditional cultural landscapes threatens the cultural heritage and the flora and fauna adapted to viticultural management. One solution to halt the decline of steep slope viticulture could be a change of cultivation system from vertically oriented rows to modern terraced vineyards. Here, the rows run parallel to the hillside, facilitating cultivation, and thus reducing production costs. At the same time, a large portion of terraced vineyard consists of uncultivated embankments, which can provide valuable habitats within the agricultural system. However, little is known about the effects of a cultivation system change and vineyard abandonment on biodiversity. In addition, information on how to sustainably revegetate terrace embankments is missing. Within the framework of this dissertation, the overall aim was to evaluate the potential of terraced vineyards to promote biodiversity and investigate measures for sustainable revegetation of terrace embankments. In addition, the effects of distinct vineyard management (vertically oriented vs. terraced) and vineyard abandonment on biodiversity were assessed. The main part of this thesis is based on a field study comparing three vineyard types (vertically oriented vineyard, terraced vineyard, abandoned vineyard) that were arranged in 15 triplets along the Upper Middle Rhine Valley (UMRV) in Germany. The effects of vineyard types, local vineyard parameters, and landscape structure on biodiversity were evaluated using four species groups. Studied groups represented plants and arthropod species (grasshoppers, wild bees, spiders). In a second field study, three newly constructed terrace embankments were revegetated using different seeding techniques and seed mixtures. In addition, measures to support plant establishment were evaluated. Plant establishment was assessed for three consecutive years in permanent vegetation plots. The first study on the three vineyard types revealed that there was no uniform positive effect of one vineyard type on all investigated groups. Instead, the responses were group and taxon-specific and driven by management-related disturbance intensities, local vegetation structures, soil and landscape structure. In total, the heterogeneous landscape and small-structured vineyard agroecosystem of the UMRV supported high species diversity, hosted high numbers of rare and threatened species, and diverse species communities across vineyard types. Plant species richness was enhanced by vineyard management and particularly benefited from terraced vineyards and rather nutrient-poor and extensively managed embankments. In comparison, plant communities of fallows were completely different with lower plant diversity. Grasshoppers were supported by vineyard management, and bare ground in vineyard inter-rows supported heat- and open-adapted species. Taller vegetation stands on terrace embankments enhanced grasshopper species richness while woody structures and vineyard abandonment reduced grasshopper diversity and abundance at the local and landscape scale. Wild bee species richness and abundance were strongly determined by their nesting needs. For ground-nesting bees, the suitability of soils for nesting was important, irrespective of vineyard management types whereas above-ground nesting bees were enhanced by woody structures of fallows at the local and landscape scale. Moreover, fallows further provided valuable floral and non-floral resources for both ground- and above-ground nesting bees. For spiders, there was no difference in species richness and abundance between vineyard types but many xerophilic species adapted to open habitat structures prevailed in terraced vineyards. Vineyard fallows supported highly distinct spider communities, including some late-successional species. In conclusion, the vineyard cultural landscape of the UMRV with both actively managed and abandoned vineyards led to a high diversity of plant and arthropod communities. Hence, for its preservation, a spatially heterogeneous landscape comprising both (semi) natural and viticultural-management elements is important. Results from the second study showed that terraced vineyards and especially terrace embankments can contribute to promoting biodiversity, especially if they are revegetated with regional seed mixtures. Seeds of locally adapted populations and hydro-seeding provided higher vegetation cover which is needed to prevent severe erosion whilst non-locally adapted standard seed mixtures and manual seeding had a higher failure risk and were more prone to severe precipitation events. Taken together, vineyard terracing appears to be a win-win solution for both winegrowers and biodiversity and thus helps to maintain viticulture on steep slopes. N2 - Ein erheblicher Teil der terrestrischen Landoberfläche wird für die agrarwirtschaftliche Produktion genutzt. In Europa sind viele Agrararten und Agrarökosysteme für ihr Fortbestehen auf die extensive landwirtschaftliche Nutzung angewiesen, da sie sich zusammen mit traditionellen landwirtschaftlichen Praktiken entwickelt haben. Agrarbiodiversität ist heute durch die Aufgabe der traditionellen landwirtschaftlichen Nutzung gefährdet. Der Weinanbau gehört zu den ältesten Formen der Landwirtschaft. Besonders in Steillagen hat der Weinbau in vielen Regionen Landschaften, kulturelle Traditionen und einzigartige Ökosysteme geprägt. In Deutschland ist der Weinbau in Steillagen in den letzten Jahrzehnten jedoch aufgrund mangelnder Rentabilität stark zurückgegangen. Die Aufgabe der Bewirtschaftung in diesen traditionellen Landschaften gefährdet die Kulturlandschaft und die mit der Bewirtschaftung der Weinberge assoziierte Flora und Fauna. Eine Lösung, um dem Rückgang des Steillagenweinbaus entgegen zu wirken, könnte die Umstellung des Anbausystems von in Falllinie gezeilten Reben hin zu modernen Querterrassenweinbergen sein. Hier verlaufen die Weinbergsgassen hangparallel, was die Bewirtschaftung erleichtert und die Produktionskosten senkt. Gleichzeitig besteht ein großer Teil der Querterrasse aus Böschungen, die unbewirtschaftet bleiben und wertvolle Lebensräume innerhalb des landwirtschaftlichen Systems darstellen. Über die Auswirkungen einer veränderten Bewirtschaftungsform und der Nutzungsaufgabe im Steillagenweinbau auf die Biodiversität ist jedoch wenig bekannt. Darüber hinaus fehlen Informationen darüber, wie Querterrassenböschungen nachhaltig begrünt werden können. Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation war, das Potenzial von Querterrassenweinbergen zur Förderung der Biodiversität zu evaluieren und Maßnahmen zur nachhaltigen Begrünung von Querterrassenböschungen zu untersuchen. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen einer unterschiedlichen Bewirtschaftung der Weinberge (Falllinie vs. Querterrasse) und der Aufgabe der weinbaulichen Nutzung auf die Biodiversität untersucht. Der Hauptteil dieser Arbeit basiert auf einer Feldstudie, die das Potential für die Biodiversität über drei Weinbergstypen (Falllinie, Querterrasse, Weinbergsbrache) hinweg vergleicht. Die drei Weinbergstypen waren in 15 Tripletts entlang des Oberen Mittelrheintals in Deutschland angeordnet. Die Auswirkungen der Weinbergstypen, der lokalen Weinbergsparameter und der Landschaftsstruktur auf die Biodiversität wurden anhand von vier Artengruppen bewertet: Pflanzen und Arthropodenarten (Heuschrecken, Wildbienen, Spinnen). In der zweiten Feldstudie zur Böschungsbegrünung wurden Böschungen von drei neu angelegten Querterrassenweinbergen mit unterschiedlichen Aussaattechniken und Saatgutmischungen begrünt und Maßnahmen zur Förderung der Anfangsetablierung untersucht. Die Etablierung der Vegetation wurde in drei aufeinanderfolgenden Jahren in permanenten Vegetationsplots bewertet. Die Ergebnisse der vergleichenden Studie der drei Weinbergstypen haben gezeigt, dass nicht ein einzelner Weinbergstyp einen positiven Effekt auf alle untersuchten Gruppen hatte, sondern, dass die Reaktionen gruppen- und taxonspezifisch waren und durch die Intensität der mit der Bewirtschaftung verbundenen Störungen, lokalen Vegetationsstrukturen, sowie Boden- und Landschaftsstukturen bestimmt wurden. Insgesamt hat die heterogene Landschaft und das kleinstrukturierte Agrarökosystem des Oberen Mittelrheintals zu einer hohen Biodiversität mit vielen seltenen und gefährdeten Arten sowie diversen Artengemeinschaften über die verschiedenen Weinbergstypen hinweg, beigetragen. Die Bewirtschaftung der Weinberge erhöhte die Pflanzendiversität, die besonders von den Querterrassen und deren nährstoffärmeren und extensiv bewirtschafteten Böschungen profitierte. Die Pflanzengemeinschaften der Brachen unterschieden sich deutlich von den bewirtschafteten Weinbergen und hatten insgesamt eine niedrigere Diversität als diese. Die Heuschrecken profitierten von der Bewirtschaftung und der dadurch geschaffene Offenboden in den Weinbergsgassen begünstigte wärmeliebende Offenland-Arten. Der Artenreichtum der Heuschrecken wurde durch höheren Vegetationsbestände der Böschungen gefördert, während holzige Strukturen und die Nutzungsaufgabe die Diversität und Abundanz der Heuschrecken auf der lokalen und Landschaftsebene reduzierten. Die unterschiedlichen Nistbedürfnisse waren für den Artenreichtum und die Abundanz der Wildbienen ausschlaggebend. Für bodennistende Bienen spielten die Eigenschaften des Bodens, unabhängig von der Bewirtschaftungsform, eine wichtige Rolle, während oberirdisch nistende Bienen von Gehölzstrukturen in den Weinbergsbrachen sowohl auf lokaler als auch auf der Landschaftsebene profitierten. Brachflächen boten darüber hinaus wertvolle florale und nicht-florale Ressourcen sowohl für boden- als auch für oberirdisch nistende Bienen. Für den Artenreichtum und die Abundanz der Spinnen gab es keine Unterschiede zwischen den Weinbergstypen, aber xerophile Arten, die an offene Lebensraumstrukturen angepasst sind, überwogen in den Querterrassen. In den Weinbergsbrachen fand sich eine von den Weinbergen abweichende Spinnengemeinschaft, die viele Arten später Sukzessionsstadien aufwies. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Weinbergskulturlandschaft des Oberen Mittelrheintals mit sowohl aktiv bewirtschafteten als auch aufgegebenen Weinbergen eine hohe Diversität von Pflanzen- und Arthropodengemeinschaften aufweist. Für ihre Erhaltung ist daher eine räumlich heterogene Landschaft wichtig, die sowohl (halb)natürliche als auch weinbaulich bewirtschaftete Teile umfasst. Die Ergebnisse der zweiten Studie haben gezeigt, dass Querterrassen hierzu und insbesondere, wenn sie mit regionalen Saatgutmischungen begrünt werden, einen Beitrag leisten können. Saatgut lokal angepasster Populationen und Nassansaat sorgten für eine höhere Vegetationsbedeckung, die erforderlich ist, um starke Erosionsschäden zu verhindern, während nicht lokal angepasste Standardsaatgutmischungen und Handansaat ein höheres Ausfallrisiko hatten und anfälliger für starke Niederschlagsereignisse waren. Insgesamt scheint die Terrassierung von Weinbergen eine Lösung zu sein, von der sowohl die Winzer als auch die Biodiversität profitieren und die somit zur Erhaltung des Weinbaus in Steillagen beitragen kann. Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-760 N1 - Diese Promotion wurde im Rahmen eines gemeinsam betreuten Promotionsverfahrens in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Natur- und Umweltwissenschaften der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) durchgeführt. VL - 2024 EP - 208 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Dries, Leonie T1 - Microbial structure and diversity in the rhizosphere of grape vines (Vitis vinifera L.) N2 - Microorganisms are a substantial component of the rhizosphere, and the activity and composition of rhizosphere microbial populations markedly affect interactions between plants and the soil. In addition, the microbiota of the rhizosphere can positively influence plant development, growth and vitality. In vineyards, management practices influence both grapevine root growth directly and the rhizosphere microbiota, but the exact mode of action is largely unknown. Recently, however, two new research approaches are increasingly coming into focus to enhance the grapevine growth and health: plant engineering and rhizosphere engineering (Chapter 1). In plant engineering, knowledge about plant-microbiome interactions is used for plant breeding strategies. In rhizosphere engineering, microbial communities are modified by adding specific fertilizers, nutrients, or by bio-inoculation with certain bacteria and/or fungi. Taken together, these new methods suggest a potential for reaching a more sustainable development of a pesticide- and fertilizer-reduced viticulture in the future. Consequently, the aim of this study was to investigate the bacterial rhizobiome of grapevines (Vitis vinifera L.) under different experimental designs. By characterizing the bacterial 16S rRNA gene, a statement on the existing bacterial communities and their diversity can be made and compared under different environmental conditions. For this, a method has to be established that allows to obtain rhizosphere and root material of grapevine plants, and to prepare it for sequencing and further analyses. This applies both to grapevines cultivated in greenhouses under controlled conditions as well as to variants under field conditions. The experimental designs aimed to gain knowledge regarding the bacterial diversity of the grapevine rhizosphere including different grape varieties, different grapevine rootstocks as well as different fertilization measures. The first experiment aimed to investigate the variability of the rhizosphere microbiome resulting from the genotype of the rootstock while minimizing the effect of all other environmental factors. This was made possible by investigating four ungrafted grapevine rootstock varieties of the same age, grown on the same soil under the same climatic conditions and managed identically. The bacterial communities associated with the rhizosphere of the rootstocks 1103 Paulsen, 140 Ruggeri, 161-49 Couderc, and Kober 5BB were characterized with the amplicon based sequencing technique, targeting regions V4-V5 of 16S rDNA gene. The four rootstocks showed similarities concerning the structure of the bacteria assemblage (richness and evenness). Nonetheless, differences were detected in the composition of the bacterial communities. Indeed, all investigated rootstocks recruited communities with distinguishable traits, thus confirming the role of rootstock genotype as driver of the bacteria composition (Chapter 2). In order to disentangle the effect of scion and rootstock, the rRNA (V4–V5 region of 16S rRNA) extracted from the rhizosphere of the grape varieties Riesling and Mueller-Thurgau ungrafted vs. grafted on different rootstocks were sequenced in three experimental set-ups in two different years. The bioinformatic analysis with tools designed to be robust for compositional data showed, that the investigated rootstocks or scions or combinations, respectively, recruited bacterial communities with distinguishable traits. Statistical differences were revealed between ungrafted Riesling and Mueller-Thurgau, and between grafted Riesling and ungrafted Riesling, and ungrafted Mueller-Thurgau and grafted Mueller-Thurgau. Thus, confirming the role of scion and rootstock genotype as a driver of the structure and composition of bacterial communities in the rhizosphere of grapevines (Chapter 3). In order to investigate the impact of different levels of nitrogen (N) fertilization on the rhizosphere microbiome an experimental vineyard with vines (Vitis vinifera L. cv. Pinot Noir) in large containers was examined in 2020 and 2021 at bud break. The vines were fertilized with two different levels of nitrogen added per year (N0 25 kg/ha and N1 75 kg/ha) individually. In order to examine the respective bacterial communities, rhizosphere material was sampled and a subsequent RNA-extraction followed by next generation sequencing was performed. The study revealed significant differences in the bacterial communities in the rhizosphere regarding fertilization levels and sampling depths. The results may help to understand the effect of nitrogen fertilization on the microbiome and, in the long term, reduce fertilization in viticulture, leading to more sustainable vine management (Chapter 4). Hence, superordinate, the future aim is to use new insights to enable more precise plant nutrition in the form of more accurate fertilization recommendations in order to reduce the associated costs in an economical and environmentally friendly way. A more precise knowledge of the specificity and dynamics of the grapevine rhizosphere microbiome under different management practices, grape varieties, rootstocks, and fertilization levels, should enable targeted adaptation strategies for increasingly frequent extreme years leading to a more sustainable viticulture. N2 - Mikroorganismen sind ein wesentlicher Bestandteil der Rhizosphäre und die Aktivität und Zusammensetzung der mikrobiellen Populationen in der Rhizosphäre beeinflussen die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und dem Boden erheblich. Darüber hinaus können die Mikroorganismen in der Rhizosphäre die Entwicklung, das Wachstum und die Vitalität der Pflanzen positiv beeinflussen. In Weinbergen beeinflussen Bewirtschaftungspraktiken sowohl das Wurzelwachstum der Reben als auch die Mikroorganismen der Rhizosphäre direkt, aber die genaue Wirkungsweise ist weitgehend unbekannt. In jüngster Zeit rücken jedoch zwei neue Forschungsansätze zur Verbesserung des Wachstums und der Gesundheit der Weinrebe immer mehr in den Mittelpunkt: das „Plant Engineering“ und das „Rhizosphere Engineering“ (Kapitel 1). Beim „Plant Engineering“ wird das Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Mikrobiom für Pflanzenzüchtungsstrategien genutzt. Beim „Rhizosphären-Engineering“ werden mikrobielle Gemeinschaften durch die Zugabe spezifischer Düngemittel, Nährstoffe oder durch Bioinokulation mit bestimmten Bakterien und/oder Pilzen verändert. Zusammengenommen bieten diese neuen Methoden ein Potenzial für eine nachhaltigere Entwicklung eines pestizid- und düngerreduzierten Weinbaus in der Zukunft. Ziel dieser Studie war es daher, das bakterielle Rhizobiom von Weinreben (Vitis vinifera L.) in verschiedenen Versuchsanordnungen zu untersuchen. Durch die Charakterisierung des bakteriellen 16S rRNA-Gens kann eine Aussage über die vorhandenen bakteriellen Gemeinschaften und deren Diversität getroffen und unter verschiedenen Umweltbedingungen verglichen werden. Dazu wurde zunächst eine Methode etabliert, die es erlaubt, Rhizosphären- und Wurzelmaterial von Weinrebenpflanzen zu gewinnen und für die Sequenzierung und weitere Analysen aufzubereiten. Dies gilt sowohl für Weinreben, die in Gewächshäusern unter kontrollierten Bedingungen angebaut werden, als auch für Varianten unter Freilandbedingungen. Die Versuchspläne zielten darauf ab, Erkenntnisse über die bakterielle Diversität der Rhizosphäre von Weinreben unter Einbeziehung verschiedener Rebsorten, verschiedener Unterlagen sowie verschiedener Düngungsmaßnahmen zu gewinnen. Das erste Experiment verfolgte das Ziel, die Variabilität des Rhizosphärenmikrobioms zu untersuchen, die sich durch den Genotyp des Wurzelstocks ergibt und gleichzeitig den Einfluss aller anderen Umweltfaktoren zu minimieren. Dies wurde durch die Untersuchung von vier ungepfropften Rebenunterlagen gleichen Alters ermöglicht, die auf demselben Boden unter denselben klimatischen Bedingungen angebaut und identisch bewirtschaftet wurden. Die Bakteriengemeinschaften, die mit der Rhizosphäre der Unterlagen 1103 Paulsen, 140 Ruggeri, 161-49 Couderc und Kober 5BB assoziiert sind, wurden mit der amplikonbasierten Sequenzierungstechnik charakterisiert, die auf die Regionen V4-V5 des 16S rDNA-Gens abzielt. Die vier Unterlagsreben wiesen Ähnlichkeiten in Bezug auf die Struktur der bakteriellen Assemblage (richness und evenness) auf. Dennoch wurden Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaften festgestellt. Tatsächlich rekrutierten alle untersuchten Unterlagen Gemeinschaften mit unterscheidbaren Merkmalen, was die Rolle des Genotyps der Unterlage als treibende Kraft für die Bakterienzusammensetzung bestätigt (Kapitel 2). Um die Auswirkungen von Edelreis und Unterlage zu entflechten, wurde die rRNA (V4-V5-Region der 16S rRNA) aus der Rhizosphäre der Rebsorten Riesling und Müller-Thurgau, ungepfropft bzw. auf verschiedene Unterlagsreben gepfropft, in drei Versuchsanordnungen in zwei verschiedenen Jahren sequenziert. Die bioinformatische Analyse mit Werkzeugen, die auf die Robustheit von Kompositionsdaten ausgelegt sind, zeigte, dass die untersuchten Unterlagen oder Edelreiser bzw. Kombinationen bakterielle Gemeinschaften mit unterscheidbaren Merkmalen rekrutierten. Statistische Unterschiede wurden zwischen unveredeltem Riesling und Müller-Thurgau, zwischen veredeltem Riesling und unveredeltem Riesling sowie zwischen unveredeltem Müller-Thurgau und veredeltem Müller-Thurgau festgestellt. Damit wurde die Rolle des Genotyps von Edelreisern und Unterlagen als Einflussfaktor für die Struktur und Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften in der Rhizosphäre von Reben bestätigt (Kapitel 3). Um die Auswirkungen unterschiedlicher Stickstoffdüngungen auf das Mikrobiom der Rhizosphäre zu untersuchen, wurde 2020 und 2021 ein experimenteller Weinberg mit Reben (Vitis vinifera L. cv. Pinot Noir) in Großcontainern zum Zeitpunkt des Austriebs untersucht. Die Reben wurden mit zwei unterschiedlichen Stickstoffgaben pro Jahr (N0 25 kg/ha und N1 75 kg/ha) individuell gedüngt. Zur Untersuchung der jeweiligen Bakteriengemeinschaften wurde Rhizosphärenmaterial entnommen und anschließend eine RNA-Extraktion mit anschließender Sequenzierung zur Charakterisierung des aktiven Bakterioms durchgeführt. Die Studie ergab signifikante Unterschiede in den bakteriellen Gemeinschaften in der Rhizosphäre in Abhängigkeit von der Düngemenge und der Beprobungstiefe. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Wirkung der Stickstoffdüngung aus das Mikrobiom zu verstehen und langfristig die Düngung im Weinbau zu verringern, was zu einer nachhaltigeren Bewirtschaftung der Weinreben führen würde (Kapitel 4). Die Ergebnisse dieser Studien können übergeordnet dabei helfen, mit den neuen Erkenntnissen eine gezieltere Pflanzenernährung in Form von genaueren Düngeempfehlungen zu ermöglichen, um die damit verbundenen Kosten auf wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise zu senken. Eine genauere Kenntnis der Spezifität und Dynamik des Mikrobioms in der Rhizosphäre der Weinrebe unter verschiedenen Bewirtschaftungspraktiken, Rebsorten, Unterlagen und Düngungsniveaus sollte gezielte Anpassungsstrategien für immer häufiger auftretende Extremjahre ermöglichen und zu einem nachhaltigeren Weinbau führen. Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-827 VL - 2024 SP - II EP - 133 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Ponchon, Mathilde T1 - The entomopathogenic fungus Metarhizium robertsii and its endophytic potential in grapevine to regulate radicicole grape phylloxera populations N2 - Grape phylloxera Daktulosphaira vitifoliae destroyed 30% of the European vineyard by the end of the 19th century, attacking the woody roots of the grapevine Vitis vinifera (L.). To date, grafting grapevine on American resistant rootstocks is the leading solution to control the pest. However, grape phylloxera is present in most wine-growing soils and remains a threat in regions planted with non-grafted vines. Thus, alternative control solutions are investigated. The entomopathogenic fungus Metarhizium robertsii is known for its capacity to parasitize insects. Besides, the fungus can colonize plant rhizosphere and establish as an endophyte (i.e., within plant tissues) in many plant species. The thesis aimed to investigate if M. robertsii could persistently associate with the rhizosphere and as an endophyte in non-grafted grapevine V. vinifera without harming its growth while preventing the development of the grape phylloxera radicicole forms. Four M. robertsii strains native to four different vineyards were used and came from: i) the center-West Argentina (MsoilAR4.3), ii) the south of Australia (M224B), iii) the south-west of France (EF3.5(2)) and iv) the west of Germany (EF047). Greenhouse experiments were conducted to assess the association between M. robertsii and potted non-grafted grapevines. First, the comparison of the kinetic of grapevine rhizosphere and endosphere colonization was made, comparing the strain EF3.5(2) with a laboratory strain non-native to the vineyard (ARSEF-2575-GFP) to evaluate if a vineyard-native strain had a more durable colonization. Droplet Digital PCR (ddPCR), a culture-based method, and confocal imaging of root segments were used to characterize the associations. The strain EF3.5(2) had a higher establishment in the rhizosphere and root-endosphere of non-grafted grapevine than the strain ARSEF-2575-GFP. Both strains were established for up to 96-98 days post-inoculation (dpi) in both compartments. Then, the potential of association with the non-grafted grapevine of all four-vineyard native M. robertsii strains was compared. The rates of rhizospheric colonization at 68-70 dpi ranged from 60% for the Argentinian MsoilAR4.3 strain, 65% for the Australian M224B strain, 76% for the French EF3.5(2) strain, to 100% for the German EF047 strain. The rates of root endosphere colonization were 14%, 10%, 5%, and 33% at 68-70 dpi, respectively. No significant differences of rhizosphere and root-endosphere colonization between tested strains were recorded. Also, the fungal association unaffected the grapevine's growth and leaf pigment content during the experimental period. Finally, the effect of direct parasitism of the strain EF3.5(2) on the survival and development of radicicole grape phylloxera clone 'Pcr7' was evaluated in the woody root section bioassay. Depending on the method used to infect the insect, a significant reduction of 90 %, 70 %, and 86% in survival probability was found, and 92%, 89%, and 93 % in reduction of adults' development compared with control treatments. Also, the symptoms induced by grape phylloxera on non-grafted grapevines co-inoculated with M. robertsii were reduced by 91% (mean of 4.8 ± 8.4 nodosities) compared with the phylloxera infested-plants (mean of 52.7 ± 50.7 nodosities). The qPCR analysis performed on grapevine inoculated with strain EF3.5(2) showed after 24h, the up- regulation of the VvWRKY-75, VvPR3.2, VvPR4, and VvG1, which are phylloxera-responsive defense genes involved in the resistance against phylloxera. In conclusion, M. robertsii’s persistent association with non-grafted grapevine represents an alternative protection strategy against radicicole grape phylloxera, especially for wine-growing regions planted with non-grafted vines. Further field experiments should be carried out to determine the environmental factors affecting the effectiveness and persistence of M. robertsii associated with grapevine. N2 - Die Reblaus Daktulosphaira vitifoliae zerstörte bis zum Ende des 19. Jahrhunderts 30 % der europäischen Weinberge, indem sie die älteren, holzigen Wurzeln von wurzelechten, nicht gepfropften Weinreben (Vitis vinifera (L.)) angriff. Bis heute ist das Aufpfropfen von Weinreben auf amerikanische, Reblaus-resistente Unterlagsreben die verbreitetste Lösung zur Bekämpfung dieses Schädlings. Die Reblaus ist jedoch in Böden fast aller Weinbaugebiete vorhanden und stellt in Regionen, in denen nicht gepfropfte Reben angebaut werden, weiterhin eine Gefahr dar. Daher werden alternative Bekämpfungsmöglichkeiten untersucht. Der entomopathogene Pilz Metarhizium robertsii ist für seine Fähigkeit bekannt, Insekten zu parasitieren. Neben seiner entomopathogenen Eigenschaft kann der Pilz die Rhizosphäre von Pflanzen besiedeln und sich als Endophyt (d. h. im Pflanzengewebe) in einer Vielzahl von Pflanzenarten etablieren. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation sollte untersucht werden, ob sich M. robertsii dauerhaft in der Rhizosphäre und als Endophyt auf nicht gepfropften, wurzelechten Weinreben ansiedeln kann, und die Entwicklung der radicicolen Form der Reblaus verhindert wird, ohne das Wachstum der Weinrebe zu beeinträchtigen. Es wurde eine Auswahl von vier M. robertsii-Stämmen verwendet, die in vier verschiedenen Weinbaugebieten beheimatet sind: i) im mittleren Westen Argentiniens (Stamm MsoilAR4.3), ii) im Süden Australiens (Stamm M224B), iii) im Südwesten Frankreichs (Stamm EF3.5(2)) oder iv) im westen Deutschlands (Stamm EF047). Mit Hilfe künstlicher Inokulationsmethoden wurde in Gewächshaus-Experimenten die Assoziation zwischen M. robertsii und nicht veredelten Topfreben (Cv Cabernet Sauvignon) untersucht. Zunächst wurde die Besiedlung der Reben-Rhizosphäre und -Endosphäre durch den Stamms EF3.5(2) mit der durch einen nicht im Weinberg heimischen Laborstamm (ARSEF-2575-GFP), verglichen, um festzustellen, ob ein im Weinberg heimischer Stamm zu einer dauerhafteren Besiedlung der Rebe führt. Mit Hilfe von Droplet Digital PCR (ddPCR), einer kulturbasierten Methode und konfokaler Bildgebung von Wurzelsegmenten zur Bewertung der Assoziationen wurde festgestellt, dass der im Weinberg heimische Stamm eine bessere Etablierung in der Rhizosphäre und Wurzel-Endosphäre aufwies als der Stamm ARSEF-2575-GFP. Beide Stämme waren für bis zu 96-98 Tage nach der Inokulation (days post-inoculation, dpi) noch in beiden Kompartimenten etabliert. Anschließend wurden die aus vier unterschiedlichen Weinbauregionen stammenden M. robertsii-Stämme hinsichtlich ihres Assoziationspotenzials mit nicht veredelten Weinreben verglichen. Es zeigte sich, dass der Anteil an Pflanzen mit erfolgreich besiedelter Rhizosphäre nach 68- 70 dpi zwischen 60 % für den argentinischen Stamm MsoilAR4.3, 65 % für den australischen Stamm M224B, 76,2 % für den französischen Stamm EF3.5(2) und 100 % für den deutschen Stamm EF047 lag. Die Besiedlungsrate der Wurzel-Endosphäre betrug 14,3 %, 9,5 %, 4,8 % bzw. 33,3 % nach 68-70 dpi. Zwischen den getesteten Stämmen wurden keine signifikanten Unterschiede bei der Besiedlung der Rhizosphäre und der Wurzel-Endosphäre festgestellt. Die Pilzassoziation hatte auch keinen Einfluss auf das Wachstum der Rebe und den Pigmentgehalt der Blätter während des Versuchszeitraums. Schließlich wurde der Einfluss von direktem Parasitismus des Stammes EF3.5(2) auf das Überleben und die Entwicklung des radikalen Reblausklons 'Pcr7' in einem Bioassay mit holzigen Wurzelabschnitten untersucht. Abhängig von der Methode, mit der das Insekt infiziert worden war, wurde eine signifikante Verringerung der Überlebenswahrscheinlichkeit um 90 %, 70% und 86,1 % sowie eine Verringerung der Entwicklung von adulten Tieren um 92 %, 89 % und 93 % im Vergleich zur Kontrollbehandlung festgestellt. Außerdem wurden die durch die Reblaus induzierten Symptome bei nicht gepfropften Reben, die mit M. robertsii infiziert waren, um 91 % reduziert (Mittelwert von 4,8 ± 8,4 Nodositäten) im Vergleich zu den nur mit der Reblaus infizierten Reben (Mittelwert von 52,7 ± 50,7 Nodositäten). Die qPCR-Analyse, die an der mit dem Stamm EF3.5(2) inokulierten Rebe durchgeführt wurde, zeigte nach 24 Stunden eine Hochregulierung von VvWRKY-75, VvPR3.2, VvPR4 und VvG1, bei denen es sich um Abwehrgene der Weinrebe handelt, die auf die Reblaus reagieren und vermutlich am Kontrollmechanismus beteiligt sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Assoziation von M. robertsii mit nicht veredelten V. vinifera-Reben eine nachhaltige Pflanzenschutzstrategie gegen die Reblaus darstellt, insbesondere in Weinbauregionen, in denen Reben nicht veredelt angebaut werden, wie z. B. in Australien und Argentinien. In Zukunft sollten Feldversuche durchgeführt werden, um die Umweltfaktoren zu ermitteln, die die Wirksamkeit und Persistenz der M. robertsii-Stämme beeinflussen. KW - Biological Control, non-grafted Vitis Vinifera, Metarhizium robertsii, grape phylloxera, endophytism Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-865 N1 - Diese Dissertation wurde in einem ordnungsgemäßen Promotionsverfahren entsprechend den Bestimmungen des Kooperationsvertrages “CONTRAT DE COTUTELLE DE THÈSE INDIVIDUELLE“ zwischen der Université Bordeaux und der Hochschule Geisenheim University erstellt. VL - 2024 SP - 3 EP - 212 PB - Hochschule Geisenheim University CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Linck, Holger T1 - Diagnosis, Transmission, and Management of Phytoplasmas Infecting Rubus Species N2 - Phytoplasmas ('Candidatus Phytoplasma') are plant-pathogenic bacteria that colonize the phloem of their host plants and can cause diseases in more than 700 plant species world-wide, including many economically important crops, ornamentals, and forest trees. They are spread by phloem-feeding insect vectors, vegetative propagation (grafting or production of cuttings), or plant parasitic dodder species of the genus Cuscuta. In Rubus species, phytoplasmas are associated with a disease referred to as Rubus stunt. Symptoms include stunting, witches' broom, small leaves, short internodes, enlarged sepals, phyllody, flower proliferation, and fruit malformations. As Rubus species are usually propagated vegetatively and the period of latency can be up to one year, the commercial production of planting material in plant nurseries can play a major role in the spread of Rubus stunt in addition to its only known insect vector, the leafhopper Macropsis fuscula. Furthermore, phytoplasmas usually occur in Rubus plants at concentrations too low for regular PCR to detect their DNA in plants and nested PCR is too time consuming for routine screening and prone to carry-over contamination. Hence, a fast, sensitive, and reliable molecular detection method for phytoplasmas in Rubus species is of major importance to stop the spread of this disease. Therefore, a multiplex TaqMan qPCR assay for the detection of Rubus stunt phytoplasmas was developed in this thesis, which provides an efficient tool for the screening of Rubus mother plants. This qPCR assay was subsequently used in a screening of putative insect vectors of Rubus stunt phytoplasmas in raspberry plantations in southern and northern Germany. A total of 4868 hemipteran insects were sorted, identified to family, genus, or species level and 597 DNA extracts, including pooled samples representing all identified insects, sampling locations, and sampling dates, were analyzed for phytoplasma DNA. With only seven sampled individuals of M. fuscula the occurrence of the only known vector for Rubus stunt phytoplasmas was low. DNA extracts from 18 samples were positive for phytoplasma DNA, among them species from the genera Euscelidius, Macrosteles, Euscelis, Anaceratagallia, and Psammotettix. Furthermore, the susceptibility of four raspberry cultivars to Rubus stunt after artificial graft inoculation was investigated. While graft inoculation was verified to be a practical tool for artificial phytoplasma inoculation in raspberries, assessing the disease severity of Rubus stunt proved to be difficult. All four raspberry cultivars used in this experiment ('Autumn Bliss', 'Glen Ample', 'Polka', and 'Tulameen') were successfully colonized by phytoplasmas. The efficacy of heat therapy with subsequent tissue culture to eliminate phytoplasmas from infected raspberry and blackberry plants was also evaluated. All previously infected raspberry and blackberry plants were tested negative for the presence of phytoplasma DNA after this procedure. Therefore, this method is suitable as an important step during the production of healthy mother plants and nuclear stock material in order to secure the production of healthy planting material. In conclusion, a fast and reliable molecular detection assay for routine diagnostics of phytoplasmas in Rubus species was developed and applied in experiments investigating putative insect vectors of Rubus stunt phytoplasmas, the susceptibility of different raspberry cultivars, and the efficacy of heat therapy coupled with tissue culture. The results of these trials can now be incorporated into disease management strategies for Rubus stunt. N2 - Phytoplasmen ('Candidatus Phytoplasma') sind phytopathogene Bakterien, die das Phloem ihrer Wirtspflanzen besiedeln und bei mehr als 700 Pflanzenarten weltweit, darunter viele wirtschaftlich wichtigen Kulturpflanzen, Zierpflanzen und Forstpflanzen, Krankheiten verursachen können. Verbreitetet werden können Phytoplasmen von phloemsaugenden Vektorinsekten, bei der vegetativen Vermehrung (Pfropfung oder Produktion von Stecklingen) oder über pflanzenparasitäre Seide-Arten der Gattung Cuscuta. Bei Rubus-Arten erzeugen Phytoplasmen die sogenannte Rubus stunt, zu deren Symptome ein gestauchter Wuchs, Hexenbesenwuchs, kleine Blätter, kurze Internodien, vergrößerte Kelchblätter, Phyllodie, Blütenproliferation und Fruchtmissbildungen gehören. Das einzige beschriebene Vektorinsekt für Rubus stunt ist die Himbeermaskenzikade (Macropsis fuscula). Da Rubus-Arten normalerweise vegetativ vermehrt werden und die Latenzzeit von Rubus stunt bis zu einem Jahr betragen kann, spielt die kommerzielle Produktion von Pflanzgut eine wichtige Rolle bei der Verbreitung der Krankheit. Darüber hinaus treten Phytoplasmen in Rubus-Arten für gewöhnlich nur in sehr niedrigen Titern auf, die zu gering sind, um die Phytoplasmen DNA mit einer herkömmlichen PCR nachzuweisen. Die sensitivere nested PCR hingegen ist zu zeitintensiv für Routinescreenings und anfällig für Verunreinigungen. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein schneller und zuverlässiger multiplex TaqMan qPCR Assay zum Nachweis von Rubus stunt Phytoplasmen entwickelt, der nun als effizientes Werkzeug für das Screening von Mutterpflanzen zur Verfügung steht. Diese Nachweismethode wurde anschließend in einem Insektenscreening angewendet, für das potentielle Vektorinsekten für Rubus stunt Phytoplasmen in Himbeeranlagen in Süd- und Norddeutschland gefangen wurden. Es wurden insgesamt 4868 Insekten der Ordnung Hemiptera aussortiert und auf Familie, Gattung oder Art bestimmt. Davon wurden 597 DNA-Extrakte, die alle identifizierten Arten, Probenstandorte und Probenzeitpunkte repräsentieren, hinsichtlich des Vorkommens auf Phytoplasmen-DNA untersucht. Das Auftreten des einzigen beschriebenen Vektorinsekts für Rubus stunt Phytoplasmen, M. fuscula, war mit nur sieben Individuen gering. Insgesamt wurden 18 DNA-Extrakte positiv auf Phytoplasmen-DNA getestet, darunter Arten der Gattungen Euscelidius, Macrosteles, Euscelis, Anaceratagallia, und Psammotettix. Des Weiteren wurde die Anfälligkeit von vier Himbeersorten ('Autumn Bliss', 'Glen Ample', 'Polka' und 'Tulameen') auf Rubus stunt durch künstliche Infektion mittels Anplatten infizierter Pflanzen untersucht. Während sich das Anplatten als gute Methode für die künstliche Inokulation von Himbeeren erwies, stellte es sich als schwierig heraus, die Befallsstärke der Rubus stunt zu bonitieren. Alle vier Himbeersorten wurden erfolgreich von Phytoplasmen besiedelt. Zusätzlich wurde die Wirksamkeit einer Wärmetherapie mit nachfolgender Gewebekultur zur Eliminierung von Phytoplasmen aus infizierten Himbeer- und Brombeerpflanzen untersucht. Alle zuvor infizierten Himbeer- und Brombeerpflanzen wurden nach dieser Behandlung negativ auf die Anwesenheit von Phytoplasma-DNA getestet. Diese Behandlung stellt daher ein geeignetes Mittel bei der Produktion von Mutterpflanzen dar, um die Produktion von gesundem Pflanzmaterial sicherzustellen. Zusammenfassend wurde eine schnelle und zuverlässige molekulare Diagnosemethode, die sich für Routineuntersuchungen von Rubus-Arten auf Phytoplasmen eignet, entwickelt und in Versuchen zu potentiellen Rubus stunt Vektorinsekten, der Anfälligkeit verschiedener Himbeersorten und der Wirksamkeit von Wärmetherapie mit anschließender Gewebekultur angewendet. Die Ergebnisse dieser Studien können nun in Bekämpfungsstrategien gegen Rubus stunt integriert werden. Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-102 VL - 2019 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ER - TY - THES A1 - Neumann, Lena T1 - Improving the apple carbon balance model MaluSim by integrating and testing water deficit and fruit drop effects N2 - Apple (Malus x domestica Borkh.) is the major tree fruit in Germany, but there still exist major uncertainties in commercial apple production. Thinning has been practiced for many years and is an essential part for successful apple production, but is still an unpredictable part with large variations from year to year and even within years. Another uncertainty for apple growers is the need of apple trees for adequate water supply. Due to the advancing climate change apple growers are uncertain whether additional irrigation will be necessary during the establishment phase of young apple trees. Therefore, to facilitate these decisions in future, the motivation of this study was to acquire a universal apple model to be used in Germany and Central-Europe. The apple carbon-balance model MaluSim which has been developed in the USA was chosen as a basis. At first, the model has been parameterized for German growing conditions and first simulation runs were conducted. In comparison to the original model, the seasonal assimilate production for German standard trees was about half of the one for standard trees in the USA, while standard trees in Germany were only about one third of the size of US ones. Subsequently, the previously untested fruit growth and abscission submodel has been modified and tested. Simulated final fruit numbers were compared to counted fruit numbers of unthinned trials in Zornheim (GER), Jork (GER), Lindau (CH), Güttingen (CH) and Wädenswil (CH). The modification ‘G4-4’ showed good simulation results with very low deviations to actual fruit numbers. Average deviation to fruit numbers was only 3.7 %. Results indicate that the model is able to very adequately calculate final fruit numbers of natural fruit drop of Central-European apple trees and that it could be a tool used for thinning advices. Based on published data, a new water submodel has been included into the MaluSim framework to additionally improve the model. Midday stem water potential has been used as an indicator for water status of the tree. A water stress effect on long shoot growth, respiration, and photosynthesis based on midday stem water potential was used in the water submodel. First simulation runs using the new water submodel indicate that general behavior is realistic. Modeling results generally corresponded to findings of published experimental results. The submodel is able to simulate variable intensities of water deficit effects at variable times. To study the effects of additional irrigation and water deficits on young apple orchards a field experiment was conducted during 2012 and 2013 in Geisenheim, Germany. Trees of the cultivars ‘Fresco’ (‘Wellant®’), ‘Jugala’, and ‘AW 106’ (‘Sapora®’) were planted in autumn 2011 in a randomized plot design. In 2012, three irrigation treatments, CT (control treatment, only rain fed), NT (normal treatment, irrigated with 2 L/tree/day), and ET (evapotranspiration treatment, irrigation based on calculated water balance), were applied and effects on tree growth and physiology were recorded in 2012 and 2013. Besides soil moisture, water status of the trees has been recorded using predawn and midday stem water potential measurements. In both years, amounts of precipitation were higher than the 30-year average for the site, with 2013 being wetter than 2012. Between treatments, statistically significant differences developed in both seasons, but were less profound in 2013. In 2012, vegetative growth recorded in NT and ET was statistically significantly higher than in CT for all cultivars. In the wetter season 2013, similar tendencies evolved. But only in ‘Jugala’ and ‘Fresco’ long shoot growth and wood surface area was significantly higher, while for ‘AW 106’ differences in long shoot growth were not statistically significant. Similar results were obtained for the first harvest in 2013. Light interception and calculated leaf area, measured in ‘Fresco’, was significantly lower in CT trees (2012: 17.4 %; 2013: 24.9 %) compared to ET (2012: 26.3 %; 2013: 42.1 %) and NT (2012: 24.2 %; 2013: 38.3 %), in both years. Additionally, differences between CT and the two irrigated treatments were found for leaf gas exchange rates during the seasons. A relationship between midday stem water potential and leaf gas exchange has been confirmed. Grouping of photosynthesis measurements according to midday stem water potentials led to statistically significant differences between groups. Photosynthesis started to decrease between -1 and -1.5 MPa. In conclusion, the results show that although both years have even been wetter than usual, the additional irrigation was highly beneficial for tree growth and had a positive effect on orchard establishment. This effect is supposed to be considerably higher in drier years. N2 - Der Apfel ist eine der wichtigsten kommerziell angebauten Obstarten in Deutschland. Für die Apfelproduzenten gibt es jedoch einige Methoden und Investitionen, die mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Die Ausdünnung wird schon seit vielen Jahren eingesetzt und ist eine essentielle Methode für den erfolgreichen Apfelanbau. Jedoch zeigt sie eine sehr hohe Variabilität zwischen Jahren als auch zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb eines Jahres und liefert dadurch häufig unerwartete Ergebnisse. Außerdem beschäftigt die Anbauer die Frage ob aufgrund des fortschreitenden Klimawandels eine Zusatz-bewässerung vor allem für die Etablierung von jungen Bäumen mit noch geringem Wurzelvolumen in Zukunft notwendig sein wird. Um diese wichtigen Entscheidungen in Zukunft erleichtern zu können wurde im Rahmen dieser Arbeit ein universell einsetzbares Apfel-Modell zur Anwendung in Deutschland und Mitteleuropa erarbeitet. Als Basis diente das in den USA entwickelte Kohlenstoffbilanzmodell MaluSim. Dieses wurde zunächst an mitteleuropäische Bedingungen angepasst und erste Simulationsläufe zum Vergleich mit dem Originalmodell wurden durchgeführt. Hierbei zeigte die Simulation der kumulierten Gesamt-Assimilatproduktion einer Saison bei den, nur ein Drittel so großen, deutschen Standardbäumen halb so hohe Werte als für Standardbäume in den USA. Im Folgenden wurde das bisher nicht funktionierende MaluSim Fruchtsubmodell modifiziert und dahingehend getestet, ob es in der Lage ist, den natürlichen Fruchtfall korrekt zu berechnen. Hierfür wurden modellierte Fruchtzahlen mit gezählten Fruchtzahlen unausgedünnter Varianten von Apfelanlagen aus Versuchen in Zornheim (D), Jork (D), Lindau (CH), Güttingen (CH) und Wädenswil (CH), verglichen. Bei diesem Test konnte das modifizierte Modell ‘G4-4’ besonders überzeugen. Die mittlere Abweichung der modellierten Werte zu den tatsächlich gezählten Fruchtanzahlen lag bei lediglich 3,7 %. Die Ergebnisse zeigen, dass das modifizierte Modell ‘G4-4’ den natürlichen Fruchtfall sehr zufriedenstellend berechnen konnte und dass das Modell das Potential hat auch im Bereich Ausdünnungsempfehlungen eingesetzt zu werden. Des Weiteren wurde, basierend auf veröffentlichten Daten, ein Wassersubmodell ent-wickelt und in das Modell ‚G4-4‘ integriert. Hierbei wurde das mittägliche Stammwasser-potential als Indikator für den Wasserstatus des Baumes herangezogen. Aus diesem Parameter werden Wasserdefiziteffekte für das Langtriebwachstum, die Respiration, sowie für die Photosynthese berechnet. Erste Simulationsläufe zeigen generell realistische, mit veröffentlichten Erkenntnissen vergleichbare, Ergebnisse. Das Submodell ermöglicht eine Simulation von unterschiedlich starken Wasserdefiziteffekten zu variablen Zeitpunkten. Zusätzlich wurde zur Untersuchung der Auswirkungen von Zusatzbewässerung und Wassermangel auf neugepflanzte Apfelbäume ein Feldexperiment in Geisenheim, Deutschland durchgeführt. Jungpflanzen der Sorten ‘Fresco’ (‘Wellant®’), ‘Jugala’, und ‘AW 106’ (‘Sapora®’) wurden im Herbst 2011 in randomisierten Blöcken gepflanzt. Ab 2012 erfolgten drei verschiedene Bewässerungsvarianten: CT (Kontroll-Behandlung) wurde nicht bewässert und nur durch natürliche Regenfälle befeuchtet, NT (Normal-Behandlung) wurde zusätzlich mit 2 l/Baum/Tag bewässert, und ET (Evapotranspiration-Behandlung) wurde nach Berechnung der Wasserbilanz (Niederschlag und Verdunstung) bewässert. Die Auswirkungen der drei Varianten auf das Wachstum und die Physiologie der Bäume wurden in den Jahren 2012 und 2013 gemessen. Neben Bodenwassergehalten wurde der Wasserstatus der Bäume durch die Messung des frühmorgendlichen sowie des mittäglichen Stammwasserpotentials bestimmt. In beiden Versuchsjahren kam es zu höheren Niederschlagsmengen als im 30-jährigen Mittel von 1981 bis 2010, wobei 2013 nasser als 2012 war. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Varianten konnten vor allem in der Saison 2012 gefunden werden. 2012 war das vegetative Wachstum der Bäume in den beiden bewässerten Varianten NT und ET bei allen Sorten signifikant höher als in der unbewässerten CT Variante. In der niederschlagsreicheren Saison 2013 zeigten sich ähnliche Tendenzen, jedoch konnten nur bei ‚Jugala‘ und ‘Fresco’ signifikante behandlungsbedingte Unterschiede des Langtriebwachstums und der Holzoberfläche nachgewiesen werden, während für ‘AW 106’ die Unterschiede im Langtriebwachstum nicht statistisch signifikant waren. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich für die erste Ernte in 2013. Die Lichtaufnahme, sowie die berechnete Gesamtblattfläche, der Bäume, gemessen für ‘Fresco’, war in beiden Jahren statistisch signifikant deutlich niedriger in der unbewässerten CT Variante (2012: 17,4 %; 2013: 24,9 %) als bei ET (2012: 26,3 %; 2013: 42,1 %) und NT (2012: 24,2 %; 2013: 38,3 %). Des Weiteren konnten zu bestimmten Zeitpunkten signifikant niedrigere Photosyntheseraten für CT als für ET und NT durch Gaswechselmessungen der Blätter nachgewiesen werden. Durch eine Gruppierung der Werte in Bezug auf das zugehörige gemessene mittägliche Stammwasserpotential der Bäume konnte belegt werden, dass mit abnehmendem Wasserpotential auch die Photosyntheserate statistisch signifikant abnimmt. Der Beginn des Absinkens liegt im Bereich zwischen -1 und 1,5 MPa. Die Ergebnisse des Versuchs zeigen, dass, trotz der höheren Niederschlagsmengen, die Zusatzbewässerung einen ausgesprochen positiven Effekt auf die Etablierung der Bäume hatte. Dieser Effekt sollte in trockenen Jahren noch deutlich ausgeprägter ausfallen. KW - apple KW - carbon balance KW - water deficit KW - photosynthesis KW - natural fruit drop Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-139 N1 - Version ohne Lebenslauf Die Arbeit ist in Kooperation mit der Leibniz Universität Hannover entstanden und auch dort veröffentlicht.(https://www.repo.uni-hannover.de/handle/123456789/10266) VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Uzman, Deniz T1 - Effects of landscape structure and farming type on biodiversity and ecosystem functions in vineyard ecosystems N2 - Almost 40% of the world’s terrestrial surface is covered by agriculture. Thus, agricultural land is of particular importance for the conservation of biodiversity. At the same time, the intensification of management practices and the concomitant homogenization of landscapes are main drivers for a severe loss of biodiversity. The protection of arthropods in agricultural landscapes has gained increased attention facing the current biodiversity crisis. In agricultural landscapes, grapevine is a particularly intensively managed crop, which is characterised by frequent application of fungicides. On the other hand, vineyards and especially the inter-rows between vines with their permanent character can serve as habitats for many organisms. Additional nesting and feeding resources for beneficial arthropods can be provided. Measures to enhance biodiversity in viticulture mainly encompass organic management and the management of inter-row vegetation cove, for example by tillage regime or the use of seed mixtures. Little is known about the effectiveness of these measures for the diversity of different species groups, especially in interaction with the surrounding landscape context. Within the framework of the presented dissertation, various measures to enhance biodiversity were investigated using different organism groups in vineyards. The main part of this work is based on a field study in which organic and conventional management were compared. For this purpose, 15 pairs of organically and conventionally managed vineyards along a gradient of landscape complexity in Rhinehessen were chosen. The effects of management system, landscape context and inter-row vegetation structure on different species groups within vineyards were compared. Studied groups included entomopathogenic fungi in the soil, soil-dwelling spiders and carabid beetles as well as flying, cavity-nesting solitary bees and wasps. In an additional experiment, four different soil treatments and their effects on carabid beetles and their weed predation potential were compared in two consecutive years. Therefore, four experimental plots each were installed in nine additional vineyards in Rhinehessen. For these vineyards, landscape structure and inter-row vegetation cover was also characterised. Overall, each of the investigated species groups benefited from different measures and landscape or vegetation structure. Organically managed vineyards did not show a general increase in biodiversity, even though their soils had higher organic matter contents on average and their vegetation cover offered more floral resources. Entomopathogenic fungi were found to be particularly well adapted to increased copper levels in the soil. Soil copper contents tended to be higher under organic management. Solitary bees and soil-dwelling spiders profited from organic farming. Enhanced landscape complexity, i.e. the connectivity of semi-natural habitat elements and the area covered by them was particularly beneficial for solitary bees and spiders. An increasing proportion of area covered by annual crops in the vicinity of vineyards had a negative effect on carabid beetles and solitary wasps. While the wasps benefited from dense inter-row vegetation cover, carabid beetles preferred sparse vegetation cover. Similarly, more intensive tillage regimes did not have a negative effect on them. It should be emphasized that all the sampled vineyards – whether organically or conventionally managed - hosted species of conservation concern from all investigated groups. With a diverse mixture of landscape structures as well as a variation of management strategies and soil and vegetation covers within fields, viticultural landscapes can contribute significantly to the protection of agrobiodiversity. N2 - Fast 40% der terrestrischen Erdoberfläche wird agrarwirtschaftlich genutzt. Hierdurch kommt der Landwirtschaft durch die hohe Flächenausdehnung für den Erhalt von Biodiversität eine besondere Bedeutung zu. Gleichzeitig führt die zunehmende Intensivierung der Bewirtschaftung und die damit einhergehende Homogenisierung der Landschaft zu einem besonders starken Verlust der Biodiversität. Der Schutz von Arthropoden in Agrarlandschaften ist angesichts der Biodiversitätskrise von besonderer Bedeutung und inzwischen in aller Munde. Weinbau ist eine besonders intensiv bewirtschaftete Kultur, die vor allem durch häufige Applikation von Fungiziden geprägt ist. Andererseits können die Gassen dieser Dauerkultur zwischen den Rebzeilen auch als beständigeres Habitat dienen und Nist- und Futterressourcen für nützliche Arthropoden bereitstellen. Biodiversitätsfördernde Maßnahmen im Weinbau beinhalten überwiegend die biologische Bewirtschaftung und die Gestaltung der Gassenvegetation, zum Beispiel durch Bodenbearbeitung oder Saatmischungen. Über die Effektivität der Maßnahmen für verschiedene Artengruppen, auch in Zusammenspiel mit der umgebenden Landschaftsstruktur, ist bisher wenig bekannt. Im Rahmen dieser Dissertation wurden verschiedene Maßnahmen zur Förderung von Biodiversität am Beispiel von unterschiedlichen Organismengruppen untersucht. Den Hauptteil der Arbeit bildet ein Versuch, in dem biologische und integrierte Bewirtschaftungsweise miteinander verglichen wurden. Dafür wurden 15 Paare von biologisch und integriert bewirtschafteten Weinbergen entlang eines Landschaftsstrukturgradienten in Rheinhessen beprobt. Die Effekte von Bewirtschaftungsweise, Landschaftskontext und Vegetationsstruktur innerhalb der Gassen auf Artengruppen unterschiedlicher räumlicher Ebenen eines typischen Weinbergökosystems wurden verglichen. Zu den Artengruppen gehörten entomopathogene Pilze im Boden, bodenlebende Spinnen und Laufkäfer sowie fliegende, hohlraumnistende Solitärbienen und –wespen. In einem weiteren Versuch wurden in zwei aufeinander folgenden Jahren verschiedene Bodenbearbeitungsvarianten in Hinblick auf ihren Einfluss auf Diversität von Laufkäfern und ihr Prädationsverhalten an ausgewählten Beikrautsamen verglichen. Dafür wurden in neun weiteren rheinhessischen Weinbergen je vier experimentelle Plots mit den verschiedenen Varianten angelegt und beprobt. Auch hier wurde zusätzlich die Vegetationsstruktur innerhalb der Gassen sowie die umliegende Landschaftsstruktur charakterisiert. Insgesamt zeigte sich, dass die untersuchten Artengruppen von sehr unterschiedlichen Maßnahmen und Bedingungen profitierten. Biologisch bewirtschaftete Weinberge zeigten nicht per se eine höhere Biodiversität, auch wenn sie durchschnittlich einen höheren Boden-Humus-Gehalt und ein reicheres Blütenangebot aufwiesen. Entomopathogene Pilze zeigten sich als besonders angepasst gegenüber erhöhten Kupferwerten in den Böden, welcher in biologischen Weinbergen tendenziell höher war. Von biologischer Bewirtschaftung profitierten Solitärbienen und Spinnen. Die Vernetzung von halbnatürlichen Habitatelementen und die von ihnen bedeckte Fläche war vor allem für Solitärbienen und Spinnen von Bedeutung. Je größer der Anteil einjähriger Kulturen im Umkreis, desto weniger Laufkäfer und Solitärwespen wurden erfasst. Während die Wespen von einer dichten Vegetationsbedeckung in den Gassen profitierten, bevorzugten Laufkäfer lichtere Vegetation. Intensivere Bodenbearbeitung wirkte sich nicht negativ auf die Laufkäfer aus. Hervorzuheben ist, dass die beprobten Weinberge unabhängig vom Bewirtschaftungssystem gefährdete Arten aller untersuchten Arthropodengruppen beherbergten. Mit einem vielfältigen Mosaik an Landschaftsstrukturen sowie einer abwechslungsreichen Kombination von Bewirtschaftungsweisen, Boden- und Vegetationsbearbeitungsmaßnahmen können weinbauliche Landschaften erheblich zum Schutz von Artenvielfalt beitragen. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-148 VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Körner, Tobias T1 - Effects of Thermopriming on Resilience to Subsequent Stress Conditions in Tomato (Solanum lycopersicum L.) N2 - Die zunehmende Häufigkeit von Hitzewellen und anderen extremen Wetterereignissen bedroht die Ernten weltweit. Herkömmliche Anbaumethoden sind nur begrenzt an diese klimatischen Veränderungen angepasst. Daher sind innovative Ansätze gefragt, um die Stressresilienz unserer Nutzpflanzen nachhaltig zu erhöhen. Ein solcher Ansatz ist das Thermopriming, bei dem Pflanzen kontrolliertem Hitzestress ausgesetzt werden. Dieser führt zur Anreicherung schützender Pflanzeninhaltsstoffe und verbessert somit die Resilienz der Pflanzen gegenüber zukünftigen Stressbedingungen. Diese Dissertation gibt Einblicke in optimierte Thermopriming-Bedingungen für Tomatenjungpflanzen und die langfristigen Auswirkungen von Thermopriming auf Pflanzenwachstum, -entwicklung und -ertrag und schließt damit eine Lücke in einem bisher wenig untersuchten Forschungsgebiet. Das erste Kapitel konzentriert sich auf die Optimierung des Thermopriming-Regimes, um die Stressresilienz bei Tomatenjungpflanzen zu erhöhen und gleichzeitig Wachstumshemmungen zu minimieren. Die Experimente zeigten, dass 90-minütiges Thermopriming den besten Kompromiss zwischen der Erhöhung der Flavonolanreicherung in den Blättern und der Verringerung von Wachstumsverlusten bietet. Diese Ergebnisse zeigen, dass Thermopriming eine praktikable Methode zur Integration in die gartenbauliche Pflanzenproduktion ist, um die langfristige Stressresilienz dieser Modellpflanze zu erhöhen und die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu mildern. Das zweite Kapitel konzentriert sich darauf, wie Thermopriming die Stressresilienz von Tomatenpflanzen erhöht und wie die Thermopriming-Behandlung mit anschließendem Salzstress interagiert. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Anreicherung von schützenden Phenolen und Flavonolen in den Blättern von thermogeprimten Pflanzen, insbesondere als Reaktion auf den nachfolgenden Salzstress. Diese Ergebnisse zeigen, dass Thermopriming das Potenzial hat, die Produktivität und Qualität von Ernten unter Umweltstress zu sichern und somit von entscheidender Bedeutung für einen nachhaltigen Gartenbau werden kann. Das dritte Kapitel vergleicht die Wirksamkeit von Thermopriming zur Erhöhung der pflanzlichen Toleranz mit der des chemischen Elicitors Benzothiadiazol (BTH) bei anschließendem Salzstress. Die Studie zeigte, dass BTH zwar die Stresstoleranz bis zu einem gewissen Grad erhöhte, jedoch das Wachstum und die Fruchtentwicklung negativ beeinflusste. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Dauer der Erholungsphase und der Zeitpunkt des Folgestresses eine entscheidende Rolle für die Wirksamkeit und den Einsatz von Thermopriming spielen. Die Integration von Thermopriming in die Pflanzenproduktion steht im Einklang mit mehreren Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen, insbesondere mit Ziel 2 (Kein Hunger), das darauf abzielt, den Hunger zu beenden, die Ernährungssicherheit zu erreichen, die Ernährung zu verbessern und eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern. Es unterstützt auch Ziel 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz), das dringende Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner negativen Auswirkungen fordert. Darüber hinaus unterstützt Thermopriming die Ziele des European Green Deals, bis 2050 klimaneutral zu werden, die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030, indem es biodiversitätsfreundliche Praktiken fördert, und die EU-Strategie „Vom Hof auf den Tisch“, indem es Treibhausgasemissionen reduziert und die Nachhaltigkeit der Pflanzenproduktion und die Vitalität der Ökosysteme fördert. Auf diese Weise kann ein gerechtes, gesundes und umweltfreundliches Lebensmittelsystem unterstützt werden. Zudem kann Thermopriming durch die Verringerung der Abhängigkeit von Pflanzenschutzmitteln und die Förderung des ökologischen Landbaus die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und den ökologischen Fußabdruck verringern. Thermopriming ist eine vielversprechende Strategie, um die Resilienz von Pflanzen gegenüber dem Klimawandel zu erhöhen. Daher sollte die Integration von Thermopriming in die Pflanzenproduktion von politischen Entscheidungsträgern und Praktikern in Betracht gezogen werden, um eine nachhaltige Landwirtschaft zu unterstützen, die Abhängigkeit von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren und die Ernteerträge und -qualität unter verschiedenen (extremen) Umweltbedingungen zu verbessern. N2 - The increasing frequency of heat waves and other extreme weather events is significantly threatening global crop yields. Traditional cultivation methods have limited capacity to adapt to these changes. Therefore, innovative approaches are needed to sustainably enhance plant resilience. One such method is thermopriming, which involves treating plants with controlled heat stress that leads to the accumulation of protective metabolites, enhancing the plant’s ability to withstand future stress. This dissertation gives insights into optimal conditions for thermopriming in tomato seedlings and thermopriming’s long-term effects on plant growth, development, and yield performance, thereby filling the gap in a research area that has not been extensively studied. The first chapter focuses on optimizing the thermopriming regime to enhance plant resilience in tomato transplants while minimizing growth constraints. By varying thermopriming durations (0 min as control, 45 min, 90 min, and 180 min), the experiments indicated that the 90-minute thermopriming achieved the best trade-off between enhancing flavonol accumulation in leaves and mitigating growth inhibition. These findings underscore thermopriming as a feasible method that can be integrated into the standard horticultural plant production to enhance tomato plants’ long-term stress resilience as well as to mitigate climate change impacts. The second chapter investigates how thermopriming enhances stress resilience in tomato plants and how thermopriming interacts with subsequent salinity stress. Consistent with the initial experiment’s findings, a significant accumulation of protective phenols and flavonols in the leaves of thermoprimed plants was observed. This accumulation was particularly pronounced in the plant’s response to salinity stress, thereby demonstrating the cross-tolerance induced by thermopriming. These results demonstrate that thermopriming is crucial for sustainable horticulture and offers potential in maintaining crop productivity and quality amid environmental challenges. The third chapter compares the effectiveness of thermopriming with that of the chemical elicitor benzothiadiazole (BTH), known for inducing systemic acquired resistance against (a)biotic stress, in enhancing tomato plants’ resilience to subsequent salinity stress. Unlike previous experiments, thermoprimed plants underwent a prolonged recovery period before being exposed to salinity stress to evaluate the persistence of the priming effect. The study revealed that while BTH enhanced stress tolerance to some extent, it adversely affected growth and fruit development. Although thermopriming initially enhanced plant resilience and resulted in the accumulation of protective metabolites in fruits, this primed state was not sustained after a recovery period of approximately five weeks between thermopriming and subsequent stress. These promising results indicate the potential of thermopriming. Therefore, consideration should be given to incorporating thermopriming into standard practices to promote sustainable horticulture, reduce reliance on chemical plant stress mitigators, and improve crop yield and quality under varying environmental conditions. Integrating thermopriming in plant production cycles aligns with several United Nations Sustainable Development Goals (SDGs), particularly the SDG 2 (Zero Hunger), which aims to end hunger, achieve food security and improved nutrition, and promote sustainable agriculture. It can also support the SDG 13 (Climate Action), which calls for the urgent action to mitigate climate change and its impacts. Furthermore, thermopriming supports i. the European Green Deal’s goal of achieving climate neutrality by 2050, ii. the EU Biodiversity Strategy for 2030, and iii. the EU Farm to Fork Strategy by reducing greenhouse gas emissions, improving horticultural sustainability, promoting biodiversity-friendly practices, and creating a fair, healthy, and environmentally-friendly food system. By reducing reliance on pesticides and increasing organic farming, thermopriming can reduce the negative environmental and climate footprint of plant production. In summary, thermopriming plays a key role in advancing sustainable horticultural solutions. By strengthening plants against climate-induced stresses, thermopriming supports the development of resilient farming techniques that can meet the global food demands in the face of a changing climate. Implementing and refining thermopriming practices is a critical step in achieving horticultural sustainability and resilience. T2 - Effekte von Thermopriming auf die Resilienz gegenüber nachfolgenden Stressbedingungen bei Tomaten (Solanum lycopersicum L.) KW - Heat priming KW - Hitze-Priming KW - Abiotic stress KW - Abiotischer Stress KW - Climate change Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-1027 N1 - The academic degree is conferred in accordance with the institutional assignment of the second reviewer, who is a member of the Faculty of Life Sciences: Food, Nutrition and Health of University of Bayreuth. VL - 2025 SP - 2 EP - 116 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Le, Ngoc Duc T1 - Investigation of the potential allergenicity and coloration of peanut and hazelnut regarding different high-temperature processing methods N2 - Peanut and hazelnut are important sources of protein and are often processed using methods like roasting, baking, frying, and cooking. However, since both are major allergens, it is crucial to study how processing affects their potential to cause allergic reactions. This doctoral research is part of the ErdHase project, which aims to understand the impact of high-temperature processing on the biochemical and physical properties these nuts. The first goal of the study was to determine suitable parameters to define the processing degree of peanuts and hazelnuts, such as L* (lightness) and the browning index (BI). Their reference values, which depend on raw materials and market preferences, were derived based on commercial products and experimental roast models. The study employed various processing methods including drum roasting, infrared roasting, deep frying (for peanut), and fluid-bed roasting (for hazelnut). To study the effects of temperature and time on coloration and moisture, response surface methodology (RSM) was used. This approach was considered effective in reducing the number of experiments needed while maintaining reliable results. As temperature and time increased, the moisture content decreased, and the browning increased, which was consistent with prior research. Additionally, the study found that the ∆E2000 total color difference was more accurate than ∆E76 for assessing the total color difference between processed samples and commercial products. Combining all the collected data, it could be seen that for both Virginia and Runner peanuts and hazelnut, infrared roasting reduced the MC faster and drum roasting affected the color more drastically at the same temperature compared to other approaches. Deep frying of peanut and fluid bed roasting of hazelnut requires higher temperature profiles to achieve a comparable effect. The second part of the research focused on optimizing protein extraction from both raw and processed peanuts and hazelnuts. An extraction protocol using Tris-containing buffer with mild heating was developed and optimized using RSM, yielding good results with minimal denaturation of proteins. The study also showed the protein composition of processed peanuts and hazelnuts using SDS-PAGE and NativePAGE. Processing methods like roasting and frying reduced the protein yield, and allergen bands were detected, although patient-specific IgE binding varied. Further research involved the development of buckwheat-based foods (cream alternative and cookies) to test for the allergenicity in ELISA. Infrared and drum roasting was found to have the greatest impact on allergen recovery. Additionally, a food-grade protease was applied for improving allergen extraction. This enzyme significantly increased allergen recovery without affecting ELISA performance, offering a potential solution to the problem of low extractability of processed allergens. In summary, the presented doctoral thesis, on the one hand, provided additional investigations regarding different high-temperature processing methods on coloration and moisture content of peanut and hazelnut. It confirmed previous observation, defined a new approach of combining L* and BI to evaluate processed products. On the other hand, on the biochemical aspect of processed peanuts and hazelnuts, this work provided an optimized extraction protocol that potentially works for a wide spectrum of processed samples. In addition, incurred buckwheat-based products and enzyme-assisted extraction for ELISA showed promising results for future applications regarding their potential allergenicity. N2 - Erdnüsse und Haselnüsse sind wichtige Proteinquellen und werden häufig durch Methoden wie Rösten, Backen, Frittieren und Kochen verarbeitet. Da beide zu den Hauptallergenen gehören, ist es entscheidend, zu untersuchen, wie die verschiedenem Verarbeitungsansätze ihre potenzielle Allergenität beeinflussen. Diese Doktorarbeit ist Teil des Projekts ErdHase, das darauf abzielt, die Auswirkungen der Hochtemperaturverarbeitung auf die biochemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Nüsse zu verstehen. Das erste Ziel war es, geeignete Parameter zu bestimmen, um den Verarbeitungsgrad von Erdnüssen und Haselnüssen zu definieren, wie z. B. L* (Helligkeit) und den Bräunungsindex (BI). Ihre Referenzwerte, die von den Rohmaterialien und den Marktpräferenzen abhängen, wurden auf Basis kommerzieller Produkte und experimenteller Röstmodelle abgeleitet. Verwendet wurden verschiedene Verarbeitungstechniken, einschließlich Trommelrösten, Infrarot-Rösten, Frittieren (für Erdnüsse) und Wirbelschicht-Rösten (für Haselnüsse). Um die Auswirkungen von Temperatur und Zeit auf die Färbung und den Feuchtegehalt zu untersuchen, wurde Response-Surface-Methodology (RSM) eingesetzt. Dieser Ansatz erwies sich als effektiv, um die Anzahl der benötigten Experimente zu reduzieren und gleichzeitig zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Mit steigender Temperatur und Zeit nahm der Feuchtigkeitsgehalt ab, und die Bräunung nahm zu, was mit früheren Studien übereinstimmte. Zudem wurde festgestellt, dass der ΔE2000 genauer war als der ΔE76, um den gesamten Farbunterschied zwischen verarbeiteten Proben und kommerziellen Produkten zu bewerten. Die Zusammenführung aller gesammelten Daten zeigte, dass sowohl bei Virginia- als auch bei Runner-Erdnüssen und Haselnüssen das Infrarot-Rösten den Feuchtegehalt schneller reduzierte, während das Trommelrösten die Farbe bei gleicher Temperatur stärker beeinflusste im Vergleich zu anderen Prozessierungen. Das Frittieren von Erdnüssen und das Wirbelschicht-Rösten von Haselnüssen erforderten höhere Temperaturprofile, um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen. Der zweite Teil der Forschung konzentrierte sich auf die Optimierung der Proteinextraktion aus rohen und verarbeiteten Erdnüssen und Haselnüssen. Ein Extraktionsprotokoll unter Verwendung eines Tris-haltigen Puffers mit milder Erwärmung wurde entwickelt und mit RSM optimiert, was gute Ergebnisse mit minimaler Denaturierung von Proteinen lieferte. Die Studie zeigte ebenfalls die Proteinzusammensetzung von Erdnüssen und Haselnüssen mittels SDS-PAGE und NativePAGE. Methoden wie Rösten und Frittieren reduzierten den Proteinertrag, und Allergensignaturen wurden nachgewiesen, wobei die IgE-Bindung von Patient zu Patient variierte. Weitere Forschungen betrafen die Entwicklung von Buchweizen-basierten Lebensmitteln (Sahne-Alternative und Kekse) für den Allergentest mittels ELISA. Es wurde festgestellt, dass Infrarot- und Trommelröstung den größten Einfluss auf die Allergenwiederfindung hatte. Zudem wurde ein lebensmittelssichere Protease angewendet, um die Allergenextraktion zu verbessern. Dieses Enzym erhöhte die Allergenwiederfindung erheblich, ohne die Leistung von ELISA zu beeinträchtigen, und bietet eine mögliche Lösung für das Problem der niedrigen Extrahierbarkeit von verarbeiteten Allergenen. Zusammenfassend lieferte die vorliegende Doktorarbeit einerseits zusätzliche Untersuchungen zu den Auswirkungen verschiedener Hochtemperatur-Verarbeitungsmethoden auf die Färbung und den Feuchtegehalt von Erdnüssen und Haselnüssen. Sie bestätigte frühere Beobachtungen und definierte einen neuen Ansatz zur Kombination von L* und BI zur Bewertung verarbeiteter Produkte. Andererseits lieferte diese Arbeit auf biochemischer Ebene der verarbeiteten Erdnüsse und Haselnüsse ein optimiertes Extraktionsprotokoll, das potenziell für ein breites Spektrum an verarbeiteten Proben funktioniert. Darüber hinaus zeigten die entwickelten Buchweizen-basierten Produkte und die enzymunterstützte Extraktion für ELISA vielversprechende Ergebnisse für zukünftige Anwendungen in Bezug auf ihre potenzielle Allergenität. Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-1055 N1 - This thesis was accepted on November 12, 2024 as a doctoral dissertation in fulfilment of the requirements for the degree Doktor der Naturwissenschaften (Doctor rerum naturalium - Dr. rer. nat.) by Hochschule Geisenheim University and Justus-Liebig-University Giessen, Faculty 09 - Agricultural Sciences, Nutritional Sciences and Environmental Management. VL - 2025 SP - i EP - 259 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Laier, Marcus T1 - Analytical Characterisation and Properties of Innovative and Commercial Oenological Agents Based on Yeasts Marcus Laier N2 - Produkte auf Basis von Hefen sind ein neuer Trend in der önologischen Anwendung. Hefeprodukte (YDPs) werden in jeder Phase der Weinherstellung eingesetzt, vom Weinberg bis zum Wein. Die meisten Produkte sollen als Nährstoffversorgung entweder die alkoholische oder die malolaktische Gärung unterstützen. YDPs können aber auch als Aromaverstärker oder Schönungsmittel dienen. Die Anzahl der Produkte und Anwendungen nimmt ständig zu und somit wird die Nachfrage nach einem tieferen Einblick in dieses Thema immer wichtiger. Die vorliegende Dissertation dient als Basis für weitere Studien und Charakterisierungen der Hefederivate (YDPs). Des Weiteren zeigt sie, dass die Themen, die weiter verfolgt und an denen in Zukunft geforscht werden kann, vielfältig sind. Bereits existierende Methoden können angewandt werden, wobei fallweise Adaptionen notwendig sind. Standardverfahren (SOPs) für weitere reproduzierbare Analysen können bereitgestellt werden. Für die meisten Parameter sind beachtliche Schwankungen zwischen den Proben zu verzeichnen. Nur Ammonium und die Trübung (NTU) bilden Ausnahmen. Der Parameter “wasserlöslicher Anteil” zeigt den größten Einfluss. Hochlösliche Proben zeigen meist einen höheren Gehalt an den gemessenen Parametern im Vergleich zu Proben mit geringerer Löslichkeit (und höherem Anteil unlöslicher Masse). Dies führt zur Schlussfolgerung, dass die YDPs aus zwei Gruppen – abhängig von der Löslichkeit – bestehen. Diese zwei Gruppen müssen bei der (multi-variaten) Datenauswertung und -interpretation, sowie bei der Kalibration spektroskopischer Methoden getrennt gehalten werden. Die multi-variate Datenexploration erweist sich als hoch effektiv und aufschlussreich. Ausreißer können detektiert und erklärt werden. Sowohl die FTIR-Messungen der Eluate und Suspensionen, als auch die UV-VIS/NIR-Messungen ergeben ähnliche Resultate. Spektroskopische Methoden sind starke Werkzeuge zur Analyse und Charakterisierung von Hefederivaten. Die Datenvorbereitung ist entscheidend und unabdingbar, aber Lösungen können aufgezeigt werden. Die Kalibrationen für die verschiedenen spektroskopischen Methoden sind vielversprechend. Dies beweist, dass es lohnt, auf diesem Feld weiterzuarbeiten. Einzig die ATR-FTIR zeigte zu viele Mankos. Die UV-VIS/NIR-Kalibrationen könnten verbessert werden, indem eine präzisere und für die Proben besser geeignetere Apparatur verwendet wird. Eine Gruppierung nach der Löslichkeit ist die einzige Gruppierung, die mit dem Datensatz dieser Studie vorgenommen werden kann. Weder die Gruppierung nach der Hauptanwendung, noch nach dem Hersteller zeigt ein Muster. Eine Trennung von oenologischen Produkten und Produkten aus der Lebensmittelindustrie zeigt sich nicht. Die Produkte der Lebensmittelindustrie sind hochlöslich und können von den weniger löslichen oenologischen Produkten unterschieden werden. Allerdings können die löslichen oenologischen Produkte (Hefeextrakte, Mannoproteine) nicht von den Produkten für die Lebensmittelindustrie unterschieden werden. N2 - Products based on yeasts are a new trend in oenological application. Yeast derived products (YDPs) are used in any stage of wine making, from the vineyard to the wine. Most products shall support either the alcoholic or the malolactic fermentation as nutrient supply. YDPs can also serve as aroma enhancers or fining agents. The amount of products and applications is permanently increasing and therefore the demand of a deeper insight into this topic is getting more important. This dissertation serves as basis for following studies on and characterisation of yeast derived products. It proves, that the topics to be followed and investigated in the future are manifold and worth working on. Already existing analytical methods can be used, sometimes with adoptions. Standard operation procedures (SOPs) are worked out for future reproducible analyses. For the most parameters, there are remarkable deviations between the samples. Only ammonia and the turbidity (NTU) are exceptions. The parameter “water soluble fraction” has the most important influence. Samples with a high solubility do show higher contents in most of the parameters compared to samples with lower solubility (and higher content of soluble matter). This leads to the conclusion, that there are two groups within the YDPs, depending on their solubility. These two groups should be kept separately in future data evaluation, interpretation and calibration of spectroscopic methods. Multi-variate date exploration is highly effective and revelatory. Outliers can be detected and explained. The FTIR measurements of the eluates, suspensions and the UV-VIS/NIR measurement give similar results, supporting, that spectroscopic methods are powerful tools for YDPs analyses and characterisations. The data pre-treatment of the spectra is crucial and mandatory, but solutions can be presented. The calibrations for the different spectroscopic methods are promising. This proves, that it is worth to keep on working on this field. Only the ATR-FTIR in the set-up of the apparatus used in this project, shows too many drawbacks. The UV-VIS/NIR calibrations could be improved by using a device more precise and suitable for the nature of the samples. A grouping according to the solubility is the only grouping, that can be done with the data set of this study. Neither the grouping according the main application, nor the supplier show a pattern. A separation of oenological and food industry products does not take place. The samples from food industry are highly soluble and can be separated from the less soluble oenological products. But the soluble oenological products (yeast extracts, mannoproteins) cannot be separated from food industry products. T3 - Geisenheimer Berichte - 91 KW - yeast derivatives, oenologial agents based on yeast, spectroscopic calibrations, PCA/PLS Models Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-292 SN - 13 978-3-934742-81-9 VL - 2020 PB - Gesellschaft zur Förderung der Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Bernardi, Beatrice T1 - Characterization of hybrid genes and copy number variations in lager yeast strains N2 - ZUSAMMENFASSUNG Lagerhefen sind hybride Organismen, welche aus einer Zellfusion zweier Spezies der Gattung Saccharomyces, S. cerevisiae und S. eubayanus, entstanden sind. Vorgänge, welche nach der Hybridisierung stattfinden, wie zum Beispiel die Veränderung der Kopienzahl (CNV), der Chromosomenverlust, wechselseitige Translokationen oder interchromosomale Neuordnungen können die Genomgröße, die Ploidie oder die Sporulationseffizienz beeinflussen. Bei polyploiden Hybriden erschwert das Vorhandensein mehrerer Allele eines Gens funktionelle Studien, die auf einer Gen-Manipulation beruhen, z. B. Gen- Deletionen. Die meisten an Hefen angewendeten gentechnischen Methoden basieren auf die homologe Rekombinationsmaschinerie (HR) der Hefe, die bei S. cerevisiae hervorragend funktioniert, bei Lagerhefen jedoch eine geringe Effizienz aufweist. In dieser Arbeit entwickelte ich eine Strategie zur Verbesserung der HR-Effizienz von Lagerhefe, die ein kurzflankiges (sf) PCR-basiertes Gen-Targeting ermöglicht. Die HR-Effizienz wurde erfolgreich durch eine Überexpression von RAD51 verbessert, das einen Schlüsselregulator des HR-Signalwegs codiert, der die Suche nach komplementären DNA-Strängen während der Rekombination übernimmt. Die erfolgreiche Verbesserung des sf-PCR-basierten Gen-Targetings in Lagerhefe wurde durch Targeting der von S. cerevisiae abgeleiteten Loci von ADE2 und HSP104 in der allotetraploiden Lagerhefe Weihenstephan 34/70 gezeigt. Diese Technik kann nun zur Vereinfachung der Gentechnik in Lagerhefe verwendet werden, z. B. durch Veränderung der Expression spezifischer Gene, die an der Würzefermentation und der Geschmacksbildung beteiligt sind. Andere Mechanismen der Genomentwicklung sind die Aufnahme von DNA durch horizontalen Gentransfer oder Introgression. Diese wurden in einem Apfelwein-Hefestamm genauer untersucht. Die Genomsequenzierung zeigte, dass es sich um ein bestimmtes Saccharomyces uvarum Isolat handelt. Interessanterweise haben wir bei diesem Stamm die Übernahme von ~100 kb der DNA von S. eubayanus identifiziert, die 54 Gen-ORFs auf Chromosom XIV enthält. Eine auf DNA-Polymorphismus basierende Analyse legt nahe, dass einLagerhefestamm wahrscheinlich eher der elterliche Spender dieser DNA ist als ein S. eubayanus-Stamm. Eine zusätzliche DNA-Insertion mit starker Ähnlichkeit zu Torulaspora microellipsoides wurde auf Chromosom XII gefunden. Die Introgression dieser speziellen DNA-Region wurde zuvor bei mehreren Weinhefestämmen beobachtet. Diese enthält 19 weineigene Gene wie FOT1/FOT2, die für den Pilz-Oligopeptid-Transporter Fot kodieren, der Vorteile bei der Stickstoffverwertung bietet. Auffallend ist, dass das S. uvarum- Apfelweinisolat die S. cerevisiae EC1118, welche als Zugpferd der Weinindustrie in Standard- und Kaltgärungen gilt, übertrifft und verdrängen könnte. Bier- und Weinhefen zeichnen sich durch ihre Flokkulations-Eigenschaften am Ende der Fermentation aus. Die Flokkulation ist die Fähigkeit, Zellflocken zu bilden, ein entscheidendes Merkmal für Industriehefe, das eine einfache Trennung von Zellen vom jungen Getränk ermöglicht. Um NCY in einen bestehenden Brauprozess zu implementieren, müssen diese Hefen an die aktuelle Brautechnik anpassbar sein. Daher wurden in dieser Arbeit die Flokkulations-Eigenschaften einer NCY Saccharomycopsis fermentans Hefe charakterisiert. Ich konnte zeigen, dass die Flokkulation von S. fermentans wie bei S. cerevisiae Ca2+ abhängig ist. Durch eine PacBio-Genomsequenzierung wurden, basierend auf der Ähnlichkeit mit den FLO1/5/9-Genen von S. cerevisiae und der ALS-Genfamilie von Candida albicans, 34 Flokkulationsgene in S. fermentans identifiziert und als FAS (für FLO/ALS-ähnliche Sequenzen) bezeichnet. Zudem wurde festgestellt, dass sich FAS-Gene in subtelomeren und telomeren Regionen befinden, ebenso wie die Flokkulationsgene von S. cerevisiae. "Telologe" - orthologe oder paraloge Gene, die sich an Telomeren befinden - war ein neuartiger Begriff, der eingeführt wurde, um Gene zu identifizieren, die einen evolutionär konservierten genomischen Ort teilen. N2 - SUMMARY Lager yeasts are hybrid organisms that originated by cell-fusion of two species of the genus Saccharomyces, S. cerevisiae and S. eubayanus. Post-hybridization events such as copy number variations (CNV), chromosome loss, reciprocal translocations or inter-chromosomal rearrangements can affect genome size, ploidy or sporulation efficiency. In polyploidy hybrids, the presence of multiple alleles of one gene complicates functional studies that rely on genome manipulation, e.g. gene deletions. Most yeast genetic engineering methods are based on the yeast homologous recombination (HR) machinery, which works excellently in S. cerevisiae but has a low efficiency in lager yeasts. In this thesis, I developed a strategy to improve the HR efficiency of lager yeast allowing short-flank (sf) PCR-based gene targeting. HR efficiency was successfully improved by overexpressing RAD51, which encodes a key regulator of the HR pathway that performs the search for complementary DNA strands during recombination. The successful improvement of sf PCR-based gene targeting in lager yeast was demonstrated by targeting the S. cerevisiae-derived loci of ADE2 and HSP104 in the allotetraploid lager yeast Weihenstephan 34/70. This technology can now be used to facilitate genetic engineering in lager yeast, e.g. by altering the expression of specific genes involved in wort fermentation and flavor production. Other mechanisms of genome evolution are by uptake of DNA through horizontal gene transfer or introgression. These were studied in more detail in a cider yeast strain. Genome sequencing revealed that the strain represents a particular Saccharomyces uvarum isolate. Interestingly, in this strain we identified the acquisition of ~100 kb of S. eubayanus DNA harboring 54 gene ORFs at chromosome XIV. An analysis based on DNA polymorphisms suggests that a lager yeast strain is likely parental donor of this DNA rather than a S. eubayanus strain. An additional DNA insertion with high identity to Torulaspora microellipsoides was found at chromosome XII. The introgression of this specific DNA region was previously observed in several wine yeast strains. It harbors 19 wine – related genes such as FOT1/FOT2, encoding the fungal oligopeptide transporter Fot, which confers advantages in nitrogen utilization. Strikingly, the S. uvarum cider isolate outcompetes in standard and cold fermentation regimes, S. cerevisiae EC1118, which is considered a workhorse of the wine industry. Beer and wine yeasts are characterized by their flocculation properties at the end of fermentation. Flocculation is the ability to produce cell-flocs, a critical trait for industrial yeast, which enables facile separation of cells from the green beer. To implement non-conventional yeast (NCY) in an existing brewing process, these yeasts need to be adaptable to the current brewing technology. Therefore, in this thesis, the flocculation properties of a NCY, Saccharomycopsis fermentans, were characterized. I could show that flocculation of S. fermentans is Ca2+- dependent like in S. cerevisiae. By PacBio genome sequencing, based on the similarity to the FLO1/5/9 genes of S. cerevisiae and the ALS gene family of Candida albicans, 34 flocculation genes were identified in S. fermentans, and termed FAS (for FLO/ALS-like sequences). Moreover, FAS genes are found to be located at sub telomeric and telomeric regions as are the S. cerevisiae flocculation genes. “Telologs” – orthologous or paralogous genes located at telomers – was a novel term introduced to identify genes which share an evolutionary conserved genomic location. KW - lager yeast KW - wine yeast KW - fermantation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-366 N1 - Promotion unter internationaler, gemeinsamer Betreuung durch die Hochschule Geisenheim, Geisenheim, Deutschland und die Vrije Universiteit Brussel, Belgien, die zur Verleihung eines Doppelabschlusses führt. Abschluss der Hochschule Geisenheim University Doktorin der Agrarwissenschaften und Abschluss der VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL, Belgien Doctor of Bioengineering Sciences VL - 2021 PB - Gesellschaft zur Förderung der Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -