Forschung

Das Projekt MoFAB wird im Rahmen der F&E-Infrastrukturförderung - 3. Ausschreibung der FFG eingereicht: Am Universitäts- und Forschungszentrum Tulln wird ein Phenomobile (Feldfahrzeug für die Erfassung von Pflanzeneigenschaften) beschafft, mit einem kundenspezifisch angepassten 3D Fusionssensor aus Laser Scanner mit Spektral-, beziehungsweise Wärmekamera ausgestattet, und für Feldmessungen vorbereitet. Der Fusionssensor wird mit Hilfe eines Weinreben-Topfversuchs auf vernetzten Feldwaagen, mit handgehaltenen Sensoren und destruktiven Messungen kalibriert und validiert, und in Trockenstressversuchen unter einem fahrbaren Gewächshaus und in Feldversuchen verwendet. Mit den Fusionsdaten werden, mit Hilfe von Algorithmen, Datenpipelines für neue Pflanzenmerkmale entwickelt. Ein Mähdrescher mit integrierten Phänotypisierungs-Geräten (Wiegesystem, NIRS) wird beschafft, und zur Referenzierung der mit dem Phenomobile bestimmten Merkmale verwendet. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Entwicklung absoluter und vergleichbarer Messungen des Stickstoffgehalts und der stomatären Leitfähigkeit der Blätter, nützliche Merkmale zur Entwicklung von Feedback-Schleifen für die Digitalisierung des landwirtschaftlichen Stickstoff- und Wassermanagements und der Selektion in der Züchtung.

Hunde als verlässliche Partner des Menschens werden zunehmend auch als Artenspürhunde im Naturschutz aber auch für die Suche nach invasiven Arten verwendet. Trainierte Spürhunde sind durch ihren außerordentlichen Geruchssinn in der Lage auch noch geringste Spuren von Geruchsmolekülen wie flüchtigen organischen Substanzen von Pflanzen wahrzunehmen. Diese Fähigkeit möchten wir in diesem Projekt für die Suche nach heimischen und gebietsfremden invasiven Giftpflanzen mit Pyrrolizidinalkaloiden (PAs) auf landwirtschaftlichen Kräuter- und Gewürzfeldern nutzen. Bereits extrem geringe Kontaminationen mit PA-Giftpflanzen können dazu führen, dass Kräuter- oder Gewürze in der EU nicht mehr verkauft werden dürfen, da ein regelmäßiger Verzehr von PAs bereits in relativen geringen Mengen krebserregend sein kann und in höheren Dosen zu irreversiblen Leberschäden führen kann. Trotz sorgfältigster Kontrolle kann es zu Kontaminationen mit PAs kommen. Neben heimischen PA-Giftpflanzen wie dem Gemeinen Greiskraut (Senecio vulgaris), gibt es auch invasive Arten, wie das Frühlings-Greiskraut (S. vernalis) oder das Schmalblättrige Greiskraut (S. inaequidens), die aus Osteuropa bzw. aus Südafrika eingeschleppt worden sind. Die veränderten Umweltbedingungen durch den Klimawandel könnten dazu führen, dass sich diese invasiven Arten zunehmend auch in Ackerkulturen etablieren können und dadurch die Nahrungsmittelsicherheit gefährden könnten. Erfahrene Suchhunde werden mit Hilfe von frischen und getrockneten Pflanzenmaterial in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von mehreren Herkünften auf diese Giftpflanzen trainiert. Parallel dazu werden auch die flüchtigen organischen Verbindungen dieser Proben analysiert, um abschätzen zu können, wie der Gehalt und die Zusammensetzung an ätherischen Ölen den Sucherfolg beeinflusst. Im zweiten Projektjahr werden Realsuchen auf unterschiedlichen Kräuter- und Gewürzanbauflächen durchgeführt, um zu erfassen ob speziell ausgebildete Giftpflanzenspürhunde effizienter in der Suche nach den Greiskrautarten sind als menschliche Experten und welche Umweltfaktoren Präzision, Sensitivität und Effizienz am stärksten beeinflussen. Der Einsatz von Spürhunden stellt einen besonders innovativen Ansatz dar, um potentielle Giftpflanzen möglichst frühzeitig zu erfassen, um den Arbeitskräfteeinsatz zu reduzieren und den Einsatz von Unkrautregulierungsmaßnahmen zu reduzieren.

Traubenbeeren sind je nach Entwicklungsstand sowie je nach Intensität und Dauer unterschiedlich anfällig gegen Stressfaktoren wie Trockenheit oder Hitze. Zum Beispiel ist bekannt, das Beeren vor Reifebeginn anfälliger für Trockenstress sind. Der Klimawandel wird voraussichtlich die Häufigkeit und Intensität von Trockenheit und Hitzestress erhöhen. Beide Stressoren haben die gemeinsame Wirkung: die Produktion zytotoxischer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in Pflanzenzellen zu erhöhe. ROS werden zwar grundsätzlich als Signalmoleküle produziert, und Pflanzen haben Mechanismen zu ihrer Entgiftung entwickelt, aber unter Stressbedingungen wird ihre Produktion erhöht. Es ist daher. wichtig zu verstehen, wie der ROS-Status mit anderen metabolischen Prozessen interagiert, die in den verschiedenen Stadien der Beerenentwicklung aktiv sind, und welche Auswirkungen der Zeitpunkt von ROS-induzierenden Stressfaktoren hat. Die Unfähigkeit, ROS zu entgiften, kann zu Veränderungen im Stoffwechsel und in der Entwicklung der Beeren führen, die sich auf die Qualität der Ernte auswirken, z.B. durch verstärkte Lipidoxidation, Membranschädigung und anschließendes Zellsterben, das im Extremfall Symptome wie das Welken der Beeren verursachen kann. Im Rahmen des Projekts sollen die verschiedenen Strategien untersucht werden, mit denen die Traubenbeeren einem Anstieg der als Reaktion auf Stressfaktoren gebildeten ROS-Moleküle entgegenwirken könnten, darunter die Aufstockung des antioxidativen Potentials durch sekundäre Metaboliten und die Veränderung der Expression von ROS-abbauenden Enzymen. Das ROS Gleichgewicht wird durch die Aktivität von Enzymen und die Expression von Genen untersucht. Darüber hinaus werden die stressbedingen Schäden durch ROS in den Beeren Die ROS-Fangkapazität des sich entwickelnden im Hinblick auf das Ausmaß der Lipidoxidation, des Zelltods und der Veränderungen in der Zusammensetzung der Beeren quantifiziert.