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Humboldt-Universität zu Berlin - Lebenswissenschaftliche Fakultät - Fachgebiet Urbane Ökophysiologie der Pflanzen

Forschung

Arbeitsgruppe Ökophysiologie

Gerade unter urbanen Bedingungen sind Pflanzen besonderen Stressbelastungen ausgesetzt. Die bearbeiteten Fragestellungen beschäftigen sich mit den chemischen Wechselbeziehungen als eine Grundlage der Biokommunikation zwischen Zellen innerhalb eines Organismus sowie zwischen verschiedenen Organismen einer Art und auch zwischen verschiedenen Arten innerhalb einer Biozönose. Dabei werden Funktion und Wirkung solcher Signale untersucht. Die Ergebnisse werden im Kontext zu metabolischen Änderungen, die oft mit Qualitätsveränderungen der Produkte einhergehen, interpretiert. Dabei kommen neben molekularen Methoden neuste analytische Messmethoden wie HPLC, GC/MS, und PAS zur Anwendung. 

Ansprechpartner: Prof. Dr. Dr. Christian Ulrichs

Arbeitsgruppe Produktqualität / Qualitätssicherung

Die Forschungsschwerpunkte konzentrieren sich auf die Qualitätsdynamik, Nachernte-physiologie und Qualitätsmanagement von pflanzlichen Nahrungsmitteln, unter besonderer Berücksichtigung leicht verderblicher Obst- und Gemüseerzeugnisse der gemäßigten Breiten sowie tropisch/subtropischer Herkunft. Ziel ist die umfassende Bewertung der Produktqualität in der Nahrungsmittelversorgungskette durch Erfassung der Dynamik nachernte-physiologischer Prozesse und Interaktion mit ökophysiologischen Einflussfaktoren während der Ernte, Transport-, Lagerung und Vermarktungsphase. Hieraus werden Maßnahmen für eine produktphysiologisch angepasste und verbraucherorientierter Qualitätssicherung pflanzlicher Nahrungsmittel abgeleitet. Des Weiteren liegt der Fokus auf der Bewertung von innovativen nacherntetechnologischen Verfahren, chemischen und physikalischen Nacherntebehandlungen (u.a. UV-C/B, Ozon, 1-MCP, Hitzebehandlung, Coatings/Folienverpackungen) im Hinblick auf sensorische Produkteigenschaften, gesundheitspräventive Inhaltsstoffe und Nahrungsmittelsicherheit sowie Reduzierung von Nahrungsmittelverlusten. Die Forschungsprojekte werden in Zusammenarbeit mit zahlreichen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen sowie mit verschiedenen Industrie –und Handelspartnern durchgeführt.

Ansprechpartnerin: Prof. Dr. agr. Susanne Huyskens-Keil

Arbeitsgruppe Vermehrungstechnologie / Baumschulwesen

Zu den Arbeits- und Forschungsschwerpunkten der Arbeitsgruppe Vermehrungstechnologie und Baumschulwesen zählen: Optimierung von autovegetativen und xenovegetativen Gehölzvermehrungsverfahren, einschließlich In-vitro-Vermehrungsverfahren, Stressphysiologische Untersuchungen an Gehölzen für die Verwendung im urbanen Bereich, Untersuchungen zur Verwendungseignung von Gehölzen unter funktionalen und ökologischen Aspekten, Nutzungsmöglichkeiten heimischer Gehölzarten hinsichtlich ihres Gehaltes an wertvollen Inhaltsstoffen für die pharmazeutische und ernährungsspezifische Nutzung sowie umfangreiche Arbeiten auf dem Gebiet der Gehölzselektion und Gehölzzüchtung.

Ansprechpartner: Dr. agr. Matthias Zander

APL Professur Dendroökologie

Die APL Professur Dendroökologie verbindet die Forschungsschwerpunkte der Baumphysiologie mit der Gehölzgenetik und ökologischen Genetik auf Einzelbaum- und Populationsebene. Im Fokus der Forschungsarbeiten stehen die physiologischen Grenzen der Anpassung von Baumarten, genetischen Herkünften und selektierten Genotypen unter den Bedingungen des Klimawandels. Untersucht werden u.a. stoffwechselrelevante Biomarker in verschiedenen Baumkompartimenten vor dem Hintergrund vielfältiger Stressbelastungen. Der Einsatz der Biomarker reicht von Monitoringaufgaben in Wäldern, über die Ursachermittlung von Baumschäden bis zur Selektion von Genotypen mit besonderen anpassungsrelevanten Eigenschaften. Darüber hinaus erarbeitet das Fachgebiet Strategien zur Erhaltung und Vermehrung wertvoller gehölzgenetischer Ressourcen.

Ansprechpartner: Prof. Dr. habil. Ralf Kätzel

Arbeitsgruppe Sozio-ökologische Systeme

In der Arbeitsgruppe sozio-ökologische Systeme werden die reziproken Interaktionen zwischen ökologischen Systemen (wie z.B. gärtnerische Produktion in urbanen Räumen) und der sozialen Umwelt (Nutzer, Gärtner, Städter) erforscht. Dabei stehen formelle und informelle Regelungen die die Wechselbeziehung zwischen Pflanzen und Menschen beeinflussen im Zentrum des Interesses. In dieser Arbeitsgruppe werden sowohl quantitative als auch qualitative Methoden der empirischen Sozialforschung angewandt. Ein Schwerpunkt liegt in der Erforschung des Verhaltens von Ressourcennutzern durch experimentelle Ökonomik.

Ansprechpartnerin: Dr. rer. pol. Christine Werthmann

Arbeitsgruppe Food and Health

Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe Food and Health liegt auf der Untersuchung der ernährungsphysiologischen Zusammensetzung pflanzlicher Produkte und ihrer möglichen gesundheitsfördernden Wirkungen. Ein solches Beispiel ist Vitamin D, das nur in wenigen Lebensmitteln vorkommt, sodass es schwierig ist, den empfohlenen Vitamin-D-Bedarf allein durch die Ernährung zu decken. Vitamin D wird oft als Sonnenschein-Vitamin bezeichnet, da es hauptsächlich durch Photosynthese unter UVB-Exposition der Haut gewonnen wird. Die jüngste Anwendung von LC-MC/MS-Methoden hat bestätigt, dass Vitamin-D-Metaboliten in einigen Pflanzenarten nachgewiesen werden können. Unser Ziel ist es, weitere pflanzliche Quellen von Vitamin-D-Metaboliten zu identifizieren und den Vitamin-D-Stoffwechsel bei diesen Arten zu entschlüsseln.
Darüber hinaus ist das pflanzliche Mikrobiom von besonderem Interesse. Wie beim Menschen ist auch in Pflanzen eine umfangreiche bakterielle Vielfalt vorhanden, die je nach untersuchtem Pflanzenteil variiert. Hier zeigen sich Parallelen zur mikrobiellen Vielfalt, die beim Menschen dokumentiert werden kann, so unterscheidet sich bspw. die mikrobielle Vielfalt im Darm im Vergleich zum Mund oder zur Haut. Über das Mikrobiom der Pflanze ist noch vieles unbekannt. Hat die mikrobielle Variation bei Pflanzen z. B. eine funktionelle Bedeutung und kann sie die Pflanzengesundheit beeinflussen? Wir wissen, dass ein vielfältiges Mikrobiom den Menschen widerstandsfähiger gegen Störungen durch Krankheiten machen kann. Daher ist es ein weiteres Ziel dieser Forschungsgruppe, den molekularen Austausch zwischen Pflanzen und dem Mikrobiom zu untersuchen und ihn mit Hilfe von Probiotika oder durch Veränderung der Rhizosphäre zu manipulieren, um zu beurteilen, ob Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber Störungen aus der Umwelt werden können. Wir möchten auch untersuchen, ob das Mikrobiom die Nährstoffeigenschaften von Pflanzen beeinflussen kann und damit einen größeren gesundheitlichen Nutzen bietet.

Die Arbeitsgruppe arbeitet in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe Nährstoffe und Gesundheit (ebenfalls unter der Leitung von Prof. Stokes) in der Abteilung Molekulare Toxikologie des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE).

Ansprechpartnerin: Prof. Dr. Caroline Stokes


 

Laufende Projekte lassen sich dem Forschungsinformationssystem der HU entnehmen.

 


Ausstattung

Alle Labore des Fachgebietes sind einer gentechnischen Anlage der Sicherheitsstufe 1 (GenTG) zugeordnet.

Gemeinschaftslabor Pflanzenmetabolismus – Raum 019 (Leitung: Dr. Nadja Förster )

Das Analytische Labor des Fachgebietes am Standort Dahlem hat sich auf nasschemische Untersuchungen von Pflanzeninhaltsstoffen spezialisiert. Mit Hilfe von chromatographischen Trennverfahren sowie Spektroskopie werden u. a. sekundäre Inhaltsstoffe von Pflanzen, aber auch Aminosäuren wie Prolin, das Zucker/Säure-Verhältnis oder auch einzelne Zucker sowie Zellwandbestandteile wie Pektin oder Cellulose qualitativ sowie quantitativ bestimmt.

Das Fachgebiet kann auf eine Vielzahl an spezifisch entwickelten Methoden zurückgreifen, um sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe in wässrigen, ethanolischen sowie methanolischen Extrakten zu analysieren (u. a. Glucosinolate, Stilbene, Salicylate, Flavonoide, uvm.). Für die Vermessung der Extrakte werden unter anderem U-HPLC sowie LC-MS verwendet.

Zusätzlich verfügt das Labor über Möglichkeiten zur Elektrochemie, die u.a. im Rahmen von Untersuchungen zur Entwicklung von Biosensoren Verwendung finden. 

Die im Gemeinschaftslabor Pflanzenmetabolismus durchgeführte Analytik ist allen Fachgebieten der Lebenswissenschaftlichen Fakultät zugänglich. Nach Absprache und unter Anleitung werden Inhaltsstoffanalysen in unserem Labor durchgeführt. Neben der Lehrtätigkeit (Laborpraktika) steht die Betreuung von studentischen Arbeiten (BSc, MSc, PhD) im Vordergrund.

Phytotrone, Gaswechsel – Raum K04 (Leitung: Dr. Carsten Richter)

Für die Analyse von volatilen organischen Gaswechselprodukten (VOC‘s), die im Rahmen der organismischen Kommunikation eine Rolle spielen, stehen unter anderem Bioboxen und mehrere Phytotrone zur Verfügung. In den gasdichten Bioboxen lassen sich Klimaparameter (Temperatur, rel. Feuchte, Licht) einstellen und hochempfindlich Gaswechselparameter messen (CO2, O2, C2H4, O3).

 

Molekulares Labor – Raum 019 (Leitung: Dr. Nadja Förster)

Am Standort Dahlem lassen sich molekulare Untersuchungen durchführen. Durch das Vorhandensein von in der Molekularbiologie klassisch genutzten Geräten wie PCR-Cycler, Gelelektrophoresesysteme, real time-PCR und Fotodokumentationsstation kann die Expression und Regulation von Genen gezielt erforscht werden. Durch Genexpressionsanalysen und genetischer Modifikation wird untersucht, inwieweit sich das Vorhandensein bestimmter Genabschnitte (kodierend für Proteine etc.) auf Pflanzeneigenschaften wie u. a. Sekundärmetabolitgehalte auswirken. Auch kann m. H. der Sequenzierung der genetische Code von relevanten Pflanzen weiter aufgeklärt werden. Durch die Mitarbeit im molekularen Zentrum der Fakultät ist der Zugriff auf weiteres Equipment möglich. Dieses betrifft die Nutzung von Sequenzierern zur Untersuchung von interessierenden Chromosomenabschnitten bzw. Spezialequipment zur Identifikation von genetischen Variationen mittels Random Amplified Polymorphism (RAP)-Analysen, Mikrosatellitenanalysen oder Pyrosequencing-Analysen.

 

In-vitro-Labor – Raum 012 (Leitung: Antje Schmidt)

Das In-vitro-Labor am Standort Dahlem hat sich auf gewebekulturspezifische Untersuchungen von Gehölzen spezialisiert.

 

Mikroskopie – Raum 120 (Leitung: Prof. Dr. Christoph-Martin Geilfus)

Das Fachgebiet nutzt gemeinsam mit der Juniorprofessur „Controlled Environment Horticulture“ diverse Mikroskope. Neben Licht-Stereomikroskopen kann unter anderem auf ein digitales Lichtmikroskop der Fa. Keyence zurückgegriffen werden. Am digitalem Lichtmikroskop (Auflicht und Durchlicht) lassen sich nicht nur Aufnahmen der Objekte machen, sondern auch 3-D-Vermessungen durchführen.