2013 research outputs found
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Acceptance, status quo and development of digitalisation along the cooperative agro-food value chain
Get PDFInnerhalb des ersten Themenbereichs (I. Status quo und Entwicklung der Digitalisierung in der deutschen Landwirtschaft) der in dieser Dissertation vorliegenden Veröffentlichung wird das Modell von Porter und Heppelmann (2014) aufgegriffen und weiterentwickelt, um den Status quo der Digitalisierung in der deutschen Landwirtschaft empirisch zu erfassen. Damit konnte festgestellt werden, dass die deutschen landwirtschaftlichen Betriebe noch nicht das Niveau des "Smart Farming" und auch nicht das Niveau der "Produktsysteme" erreicht haben. Die Art der Nutzung der FMIS hinsichtlich einer verbreiteten Nutzung webbasierter Anwendungen, einer automatisch digitalen Dateneingabe und vor allem der Nutzung von universalen Datenstandards wurden innerhalb der Studie als die größten Hemmnisse auf dem Weg zum Erreichen des Smart Farming identifiziert.
Die Digitalisierung wird weiterhin als eine Voraussetzung für die zukünftige wirtschaftliche Leistungs- und Überlebensfähigkeit für Genossenschaften dargestellt, wobei vor allem ländliche Genossenschaften einem zunehmenden Wettbewerbsdruck, bedingt durch strukturelle Veränderungsprozesse, anhaltende Transformationsprozesse durch die Digitalisierung und durch das Aufkommen neuer Wettbewerber, ausgesetzt sind. Nach derzeitigem Wissensstand wurde das Themenfeld der Digitalisierung bei ländlichen Genossenschaften bisher nicht beleuchtet und steht nun erstmalig innerhalb des zweiten Themenbereichs dieser Dissertation im Fokus wissenschaftlicher Studien (II. Akzeptanz, Status quo und Entwicklung ländlicher Genossenschaften im Kontext der Digitalisierung). Bereits durchgeführte Studien bezeichneten Genossenschaften in Bezug auf die Adoption neuer Technologien als late adopter" und empfehlen, dies branchenspezifisch zu untersuchen und empirisch nachzuvollziehen.
Vor dem Hintergrund der erläuterten Problematik beleuchten zwei Publikationen zunächst die Determinanten von Akzeptanzfaktoren für die Nutzung digitaler Technologien bei ländlichen Genossenschaften. Die erste vorliegende Studie beruht dabei auf der Identifikation und Analyse von Akzeptanzfaktoren bezüglich der Nutzung internetbasierter Informationssysteme (IS) entlang der genossenschaftlich geprägten WSK der Rotfleischwirtschaft aus Sichtweise von Landwirten bzw. Mitglieder/KundInnen einer Viehvermarktungsgenossenschaft. Drei nutzenstiftende Faktoren bezüglich der erwarteten Nutzung von internetbasierten IS konnten dabei als valide Akzeptanzfaktoren identifiziert werden: die Unterstützung bei der Dokumentation und einem verpflichtenden Austausch von Daten Richtung Verwaltungsorganen (B2A); der überbetriebliche Datenaustausch zwischen LandwirtIn und Viehvermarktungsunternehmen/Schlachthof (B2B); die Funktion der Integration externer Daten in das IS. Eine weitere vorliegende Studie fokussiert dabei auf die intermediäre Ebene des gesamtdeutschen genossenschaftlichen Agrarhandels aus Sichtweise der GeschäftsführerInnen, wobei die drei Akzeptanzfaktoren bezüglich der erwarteten Nutzung digitaler Technologien in den Geschäftsfeldern Beschaffung und Logistik; KundInnen-/Mitgliedermanagement und Vermarktung als nutzenstiftend identifiziert werden konnten. Als größte Herausforderung auf dem Weg zur Implementierung digitaler Technologien konnten personelle und finanzielle sowie strategische und operationelle Faktoren identifiziert werden. Chancen, die sich durch eine Mitgliedschaft im genossenschaftlichen Verbund ergeben, müssen daher gezielt genutzt werden, um Herausforderungen zu begegnen und Risiken gemeinsam abzufedern. Insgesamt konnte nachgewiesen werden, dass auf Ebene der Primärproduktion und der intermediären Stufe des genossenschaftlichen Agrarhandels eine Einstellungsakzeptanz gegenüber der Einführung digitaler Technologien besteht. Im Zuge der Analysen konnte die Determinante der Größe der Genossenschaft bzw. des landwirtschaftlichen Betriebs als einen positiven Einfluss auf die Akzeptanz digitaler Technologien zurückgeführt werden.
Die letzte im Rahmen dieser Dissertation vorgelegte Veröffentlichung leistet einen Beitrag hinsichtlich der Identifizierung des Status quo der Adoption digitaler Technologien im genossenschaftlichen Agrarhandel und leitet daraus Möglichkeiten einer digitalen Differenzierung von Warengenossenschaften ab. Anhand einer Clusteranalyse konnten die Genossenschaften dem Cluster der Basic Adopters (n=48) und der Advanced service-orientated Adopters (n=18) zugeordnet werden. Vor dem Hintergrund des anhaltenden Verdrängungswettbewerbs und den in den vorliegenden Studien erlangten Erkenntnissen wird den Warengenossenschaften empfohlen, eine individuell angepasste Differenzierungsstrategie in Betracht zu ziehen und dazu konkrete digitale Kompetenzen mit einer verstärken Serviceorientierung aufzubauen, um ihr Geschäftsmodell bzw. die Geschäftsprozesse an die aktuellen Branchenentwicklungen anzupassen.Within the first subject area (I. Status quo and development of digitalization in German agriculture) in one publication presented in this dissertation, the model of Porter and Heppelmann (2014) was taken up and further developed to empirically capture the status quo of digitization in German agriculture. Using a cluster analysis, the farmers participating in the survey could be assigned to two specific development stages. 58.2 % of the respondents were assigned to the second development stage of "users of smart products". 41.8 % of the respondents could be classified as "users of smart, connected products", among whom the use of complex systems that connect individual mechanical and electrical components are particularly widespread. Thus, it could be determined that German farms have not yet reached the level of "smart farming" and also not the level of "product systems". The nature of the use of FMIS in terms of widespread use of web-based applications, automatic digital data entry and, above all, the use of universal data standards were identified within the study as the greatest obstacles on the way to achieving "smart farming".
Digitzation is also presented as a prerequisite for future economic performance and survival for cooperatives, with rural cooperatives in particular facing increasing competitive pressure due to structural change processes, ongoing transformation processes through digitization and the emergence of new competitors. According to the current state of knowledge, the topic of digitization in rural cooperatives has not been examined yet and is now, for the first time, the focus of scientific studies within the second subject area of this dissertation (II. Acceptance, status quo and development of rural cooperatives in the context of digitization). Two publications first shed light on the determinants of acceptance factors for the use of digital technologies among rural cooperatives. The first study presented here is based on the identification and analysis of acceptance factors regarding the use of internet-based information systems (IS) along the cooperative value chain of the red meat industry from the perspective of farmers or members/customers of a livestock marketing cooperative. Three benefit-generating factors regarding the expected use of internet-based IS could be identified as valid acceptance factors: the support in documentation and an obligatory exchange of data towards administrative bodies (B2A); the inter-farm data exchange between farmer and livestock marketing company/slaughterhouse (B2B); the function of integrating external data into the IS. Another study focuses on the intermediary level of German agricultural trade and commodity cooperatives from the perspective of the managing directors, with the three acceptance factors relating to the expected use of digital technologies in the business areas of procurement and logistics, customer/member management, and marketing being identified as having a beneficial effect. Personnel and financial factors as well as strategic and operational factors were identified as the greatest challenge on the way to implementing digital technologies. Opportunities arising from membership of the cooperative network therefore need to be exploited in a targeted manner to address challenges and jointly mitigate risks. Overall, it was possible to demonstrate that there is an "attitudinal acceptance" of the introduction of digital technologies at the level of primary production and the intermediate level of agricultural trade and commodity cooperatives. In the course of the analyses, the determinant of the size of the cooperative or farm could be attributed as a positive influence on the acceptance of digital technologies.
The final paper presented as part of this dissertation makes a contribution with regard to identifying the status quo of digital technology adoption in agricultural trade and commodity cooperatives and derives opportunities for a digital differentiation for these cooperatives. Based on a cluster analysis, the cooperatives could be assigned to the cluster of "Basic Adopters" (n=48) and "Advanced service-oriented Adopters" (n=18). Against the backdrop of ongoing cut-throat competition and the findings obtained in the present studies, it is recommended that agricultural trade cooperatives consider an individually tailored differentiation strategy and, to this end, build up concrete digital competencies with an increased service orientation in order to adapt their business model or business processes to current industry developments
Financial development and its effects on the structure of banking systems, economic growth, and inequality
Get PDFBesides the well-known factors for economic growth and income inequality such as globalization, technological progress, demographic change, or human capital acquisition, financial development is often overlooked. This dissertation uses the case of the Single Banking License on the harmonized European Financial Market to show how financial liberalization and the abolishment of financing constraints improve economic growth and closes the gap between top and bottom income shares in the European Union. In the second part of the thesis, with the use of a worldwide data set, we show that the actual access to financial services through a widespread network of bank branches and ATM machines is one of the major channels through which financial development affects economic growth and inequality. These two examples argue in favor of the supply-leading hypothesis of financial development. The third part of the thesis then gives proof for the demand-following side of financial development. By means of a novel and hand-picked data set of historical contracts for contractual saving for housing (Bausparen) from one of the first building societies in the Weimar Republic, the Gemeinschaft der Freunde Wüstenrot, we show how this new financial product spread geographically across the German Empire and across social classes. The fact that especially the upper lower class and lower middle class used CSH most frequently shows that CSH is a prime example of financial development. Meanwhile, the need for this new form of housing finance stems from an insufficient credit supply of common banks and only little subsidies by the state.Neben den bekannten Faktoren für Wirtschaftswachstum und Einkommensungleichheit wie die Globalisierung, technologischer Fortschritt, demografischer Wandel oder der Erwerb von Humankapital, wird die finanzielle Entwicklung oft übersehen. In dieser Dissertation wird am Beispiel der einheitlichen Banklizenz (Single Banking License) auf dem harmonisierten europäischen Finanzmarkt gezeigt, wie finanzielle Liberalisierung und die Abschaffung von Finanzierungshürden das Wirtschaftswachstum verbessern und die Kluft zwischen den oberen und unteren Teilen der Einkommensverteilung in der Europäischen Union schließen. Im zweiten Teil der Arbeit zeigen wir anhand eines weltweiten Datensatzes, dass der tatsächliche Zugang zu Finanzdienstleistungen durch ein weit verzweigtes Netz von Bankfilialen und Geldautomaten einer der wichtigsten Kanäle ist, über den die finanzielle Entwicklung das Wirtschaftswachstum und die Ungleichheit beeinflusst. Diese beiden Beispiele sprechen für die Supply-Leading Hypothese der finanziellen Entwicklung. Der dritte Teil der Arbeit liefert dann den Beweis für die Demand-Following Seite der finanziellen Entwicklung. Anhand eines neuartigen und händisch erfassten Datensatzes historischer Verträge einer der ersten Bausparkassen in der Weimarer Republik, der Gemeinschaft der Freunde Wüstenrot, wird gezeigt, wie sich dieses neue Finanzprodukt geographisch über das Deutsche Reich und über soziale Schichten hinweg verbreitet hat. Die Tatsache, dass vor allem die obere Unterschicht und die untere Mittelschicht Bausparen am häufigsten nutzten, zeigt, dass Bausparen ein Paradebeispiel für die finanzielle Entwicklung ist. Der Bedarf an dieser neuen Form der Wohnungsbaufinanzierung resultiert indes aus einem unzureichenden Kreditangebot durch "gewöhnliche" Banken und einer nur geringen staatlichen Förderung für die Baufinanzierung
Genomic methods for rotational crossbreeding in local dairy cattle breeds
Get PDFLocal dairy breeds, such as German Angler, usually have small population sizes and thus a reduced genetic gain, compared to high-yielding breeds. Especially since genomic selection is widely used in the latter, the performance gap between local breeds and high-yielding breeds increased further, as it requires large reference populations in order to achieve accurate estimated breeding values. As a result, many farmers switched to high-yielding breeds. On the other hand, to increase the performance of local breeds the introgression of high-yielding breeds was a common strategy in the past, which resulted in high amounts of foreign genetic material in many of them. Much of the original genetic background got lost, however, they do not achieve the same performance level as high-yielding breeds. Local breeds are therefore faced with the risk of two types of extinction, i.e. a numerical extinction due to the small and decreasing numbers of breeding animals, and a genetic extinction due to massive introgression from high-yielding breeds.
To promote local dairy breeds, the implementation of a genomic rotational crossbreeding scheme can be a promising strategy. Local breeds can benefit from a genomic rotational crossbreeding scheme with a high-yielding breed due to 1) an enlarged reference population including both the local breed and crossbred animals, and 2) the increased performance level of crossbred animals. On the other hand, crossbreeding is particularly known to improve functional traits by the exploitation of heterosis. Thus, it appears to be an appealling option for high-yielding breeds, as well, as they tend to struggle with fitness related problems.
This thesis aimed to develop genomic methods for numerically small local dairy breeds in crossbreeding schemes in order to improve their genetic gain, genetic uniqueness, and their ability to compete with high-yielding breeds.
In Chapter 2 a review study conducted a comparison of different genomic models which are suitable for crossbred data. Different additive models (such as the parental model, a model with breed-specific allele effects, and a single step model) and dominance models, which were either line-dependent, line-independent or included imprinting were discussed. It was concluded that the model choice needs to be made based on desired accuracies, computational possibilities, and data availability. In general, dominance models showed to result in higher accuracies compared to additive models.
A breed of origin of alleles model approach was introduced in Chapter 3, which assumes different SNP effects for different origins of haplotypes. This model is suitable for the multi-breed genomic prediction of breeding values of numerically small breeds (i.e. German Angler) that have experienced introgression from high-yielding breeds in the past. The breed of origin of alleles model approach tended to be advantageous for Angler over multi-breed and within-breed genomic predictions with GBLUP.
Chapter 4 contains a simulation study about the implementation of a rotational crossbreeding scheme including German Angler x German Holstein, while introducing genomic selection in Angler. Different sizes and structures of growing reference populations and selection goals of Angler were examined. The results showed that crossbred animals had a small overall superiority to both Holstein and Angler populations. In addition, a reference population containing both Angler and crossbred animals, in combination with a selection based on the purebred performance of Angler, gave the highest response to selection in the purebred Angler population and in the crossbred population. The difference between selection methods for Angler individuals could only be observed in the long term, as the purebred-crossbred correlations decreased.
In Chapter 5 a simulation study on rotational crossbreeding was performed including different Optimum Contribution Selection methods, in order to realize genetic gain while regaining the original genetic background of Angler. Different constraints regarding mean kinships, native kinships, and migrant contributions from Holstein were applied to investigate their effects on Angler, crossbred, and Holstein populations. Constraining the amount of migrant contribution in Angler increased their genetic uniqueness. However, it led to a notable reduction of genetic gain and thus a reduced superiority of the crossbred animals. The slowed rate of genetic gain and thus the large difference of the performance between the parental breeds could not be compensated by heterosis effects.
In Chapter 6 the thesis ends with a general discussion about further genomic models for crossbreeding, and the practical relevance of crossbreeding in dairy cattle.Lokale Milchviehrassen, wie z.B. die Deutschen Angler, haben weitgehend kleine Populationsgrößen und einen entsprechend langsameren Zuchtfortschritt als Hochleistungsrassen. Durch den Einzug der genomischen Selektion in den Hochleistungsrassen wurde dieser Trend noch verstärkt, da sie eine große Tieranzahl in der Referenzpopulation voraussetzt um genaue Zuchtwerte schätzen zu können. Der Unterschied zwischen den Leistungen lokaler Rassen und Hochleistungsrassen wurde somit weiter vergrößert. Als Resultat wechselten viele Züchter von lokalen Milchviehrassen zu Hochleistungsrassen. Gleichzeitig war in der Vergangenheit die Einkreuzung von Hochleistungsrassen in lokale Rassen eine populäre Strategie um deren Zuchtfortschritt zu verbessern. Sie zeigen daher heute zum Teil einen hohen Fremdgenanteil dennoch können sie nicht mit dem Leistungsniveau von Hochleistungsrassen mithalten. Lokale Milchviehrassen sind daher durch zwei Arten des Aussterbens bedroht: einerseits zahlenmäßig durch die immer geringer werdende Anzahl an (Zucht)tieren, und andererseits genetisch, durch die massive Einkreuzung von Hochleistungsrassen.
Um lokale Rassen zu fördern kann die Implementierung eines Rotationkreuzungsprogrammes von Nutzen sein, insbesondere wenn zeitgleich die genomische Selektion eingeführt wird. Lokale Rassen können so zum einen von der großen, gemeinsamen Referenzpopulation mit den Kreuzungstieren profitieren, und zum anderen von der Leistungssteigerung durch die Kreuzungstiere. Daneben ist die Kreuzungszucht, durch die Ausnutzung von Heterosiseffekten, insbesondere bei der Verbesserung von funktionalen Merkmalen von Bedeutung. Sie kann dadurch ebenfalls für Züchter von Hochleistungsrassen, die zu Fitnessproblemen neigen, eine attraktive Option sein um ihre Herde zu verbessern.
Das Ziel der Arbeit war es, genomische Methoden für lokale Milchviehrassen mit kleinen Populationsgrößen in Kreuzungszuchtprogrammen zu entwickeln, um ihren Zuchtfortschritt, ihre genetische Eigenständigkeit und ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.
In Kapitel 2 wurden in einem Review Artikel verschiedene genomische Modelle für die Zuchtwertschätzung in Kreuzungszuchtprogrammen analysiert und verglichen. Dabei wurden additive Modelle, wie das Parental Modell, ein Modell mit rassespezifischen Alleleffekten, und ein Single-Step-Modell, mit Dominanzmodellen, die entweder populationsabhängig oder unabhängig waren, bzw. Imprinting berücksichtigten, diskutiert. Die Wahl, welches genomisches Modell schließlich im Kreuzungszuchtprogramm zur Anwendung kommt, sollte je nach verfügbarer Datenmenge und -art, Rechenkapazitäten und gewünschten Genauigkeiten der geschätzten Zuchtwerte getroffen werden. Allgemein zeigten Dominanzmodelle höhere Genauigkeiten als Modelle, die lediglich additive Effekte berücksichtigten.
Ein genomisches Modell, welches den Ursprung von Allelen bezüglich der Elternrassen berücksichtigen kann, wurde in Kapitel 3 vorgestellt. Das Modell nimmt an, dass SNP Effekte, abhängig vom Ursprung ihrer Haplotypen, unterschiedlich sein können. Es ist daher passend für die genomische Zuchtwertschätzung unter Einsatz von Referenzpopulationen, die mehrere Rassen beinhalten, um kleinere Rassen mit hohem Fremdgenanteil zu evaluieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das vorgestellte Modell, unter Berücksichtigung einer Referenzpopulation von mehreren Rassen, genauere genomische Zuchtwerte schätzen kann als verschiedene andere genomische Ansätze.
Kapitel 4 beinhaltet eine Simulationsstudie zur Implementierung eines Rotationskreuzungsprogrammes mit den Rassen Angler und Holstein, während zeitgleich die genomische Selektion bei Anglern eingeführt wird. Es wurden verschiedene Arten von wachsenden Referenzpopulationen und Selektionszielen in der Anglerpopulation untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Kreuzungstiere, unabhängig von der Referenzpopulation und dem Selektionsziel, den Holstein- und Angler-Reinzuchtlinien überlegen waren. Die Kombination aus einer die Referenzpopulation, die sowohl Angler, als auch Kreuzungstiere beinhaltete, und einer Selektion basierend auf der Reinzuchtleistung der Angler, zeigte den höchsten Zuchtfortschritt sowohl in der Anglerpopulation, als auch bei den Kreuzungstieren. Die verschiedenen Selektionsmethoden der Angler zeigten lediglich in den späteren Generationen Unterschiede im Zuchtfortschritt, abhängig von der abnehmenden Korrelation von Reinzucht- und Kreuzungszuchtleistung.
In Kapitel 5 wurde eine Simulationsstudie zur Implementierung eines Rotationskreuzungsprogrammes mit verschiedenen Arten von Optimum Contribution Selection Methoden durchgeführt. Das Ziel bestand dabei darin, Zuchtfortschritt zu erzielen, während die genetische Eigenständigkeit der Angler wiederhergestellt wird. Verschiedene Restriktionen bezüglich des Inzuchtlevels und Fremdgenanteils durch Holstein wurden angewendet und ihre Auswirkungen auf die Angler-, Kreuzungs-, und Holsteinpopulation untersucht. Die Restriktion des Fremdgenanteils in der Anglerpopulation zeigte eine Erhöhung der genetischen Eigenständigkeit der Rasse. Dennoch führte es zur deutlichen Verlangsamung des Zuchtfortschrittes und somit zu einer verringerten Überlegenheit der Kreuzungstiere. Der reduzierte Zuchtfortschritt in der Anglerpopulation, und somit die großen Leistungsunterschiede der Ausgangsrassen, konnte nicht durch die erzielten Heterosiseffekte ausgeglichen werden.
Die Thesis endet in Kapitel 6 mit einer allgemeinen Diskussion zu weiteren genomischen Modellen, sowie zur praktischen Relevanz von Kreuzungszuchtprogrammen in der Milchrinderzucht
Changing botanical composition of species-rich meadows through variation of management
Get PDFSpecies-rich hay meadows are threatened habitats for many plant and animal species. The biomass of these meadows has traditionally been used as forage for extensively kept ruminants. During the last decades, their habitat quality and area have been declining. On the one hand, the decline of species-rich hay meadows could be caused by increased fertiliser use as well as earlier and more frequent cutting. On the other hand, a reduction or abandonment of agricultural usage reduces their floristic diversity. This reduces important ecosystem services provided by these habitats, e.g. pollination. Therefore, benchmarking data on botanical composition and biomass is needed to estimate effects of different fertilisation and cutting regimes.
This thesis aims at developing recommendations on how to manage species-rich hay meadows in order to conserve habitat functions and to enable agronomic usage at the same time. More specifically, management effects on botanical composition, biomass quantity and quality were investigated in a field trial running from 2013-2018. In this field trial, twelve different treatments were tested in a randomised block design at two sites in southern Germany. The different treatments consisted of a combination of three fertilisation levels (none, PK and NPK) and four different dates of first cut. The cutting date variants were chosen according to the phenology of dominant grasses before, at the beginning and at the end of flowering as well as a late cut at the seed-ripening stage. Both sites were species-rich hay meadows and each plot was fertilised annually and cut twice a year during the six-year field trial.
The first study investigates changes in botanical composition. The number of vascular plant species did not significantly change after four years of fertilisation or cutting-date treatments, but botanical composition was affected significantly. The proportion of grasses was promoted by NPK fertilisation at both sites and by early cutting dates at one site only. Forbs were replaced by grasses because this site was dominated by the annual species Rhinanthus alectorolophus, a hemiparasite relying on generative reproduction.
The second study addresses the question if living conditions of small plant species are affected by changed management. It was shown that shading reduced the proportion of small plant species due to the increased dry matter yield (DMY) caused by NPK fertilisation. It was concluded that annual NPK fertilisation containing 35 kg N ha-1 impairs the habitat function of species-rich hay meadows and, in the long term, excessive fertilisation could lead to reduced species numbers.
Results of the third study revealed that although the date of first cut plays an important role in determining chemical composition of biomass, there is flexibility of choice at later cutting dates. Between the flowering and the seed-ripening stage, there were no significant differences in forage quality. However, late-cut hay is suitable as exclusive feed for horses only. Therefore, an early cut is recommended for use as biogas substrate and to be included into rations for extensively kept ruminants.
In conclusion, general patterns of management effects were detected: Annual NPK fertilisation decreases the habitat quality of species-rich hay meadows. Based on the three studies presented in this thesis, the date of first cut in perennial plant communities should be handled more flexibly. This would benefit farmers, because higher forage qualities can be achieved. However, it was shown that there are site-specific effects. Plant communities containing annuals can be severely affected by advanced cutting dates, and the phenology at the date of first cut is crucial for the survival of these species. Interacting negative effects of fertilisation and cutting date on habitat quality suggest that the combination of late cutting date and NPK fertilisation should be avoided. Therefore, the best management at whole-farm scale appears to be a rotational cut and an extensive fertilisation of single meadows.Artenreiche FFH-Mähwiesen sind als Lebensraum für viele Tier- und Pflanzenarten geschützt. Traditionell wurden sie als extensive Heuwiesen genutzt, doch ihre Habitatqualität und ihre Fläche gehen seit Jahrzehnten zurück. Zum einen sind die FFH-Mähwiesen durch die Intensivierung der Bewirtschaftung bedroht, z. B. durch einen verstärkten Einsatz von Düngern, einen früheren ersten Schnitt und eine höhere Schnitthäufigkeit. Zum anderen geht die floristische Vielfalt auch durch zu seltene Mahd oder Verbrachung bei Nutzungsaufgabe zurück. Dadurch werden wichtige Ökosystemdienstleistungen wie z.B. die Bestäubung verringert.
Ziel dieser Arbeit war es, Bewirtschaftungsempfehlungen zu entwickeln, die eine landwirtschaftliche Nutzung ermöglichen und gleichzeitig die Habitatfunktion der Mähwiesen sichern. Dabei wurden Auswirkungen variierter Bewirtschaftung auf die botanische Zusammensetzung, die Trockenmasseerträge und Biomassequalität in einem Feldversuch von 2013 bis 2018 untersucht. Dieser Feldversuch wurde als randomisierte Blockanlage auf zwei Standorten innerhalb des FFH-Gebiets Alb zwischen Jusi und Teck in Süddeutschland angelegt. Die zwölf untersuchten Behandlungen setzten sich aus einer Kombination von drei Düngungsstufen (ohne, PK und NPK) und vier Schnittvarianten (Zeitpunkt des ersten Schnitts) zusammen. Der Zeitpunkt des ersten Schnitts orientierte sich dabei an der Phänologie der Hauptbestandsbildner und variierte vom Stadium vor Beginn der Gräserblüte bis zur Samenreife. Während der gesamten Versuchslaufzeit wurden die Wiesen zweimal im Jahr gemäht und jährlich zum ersten Aufwuchs im März gedüngt.
In der ersten Studie werden Änderungen der botanischen Zusammensetzung durch Düngung und Schnittzeitpunkt untersucht. Es zeigte sich kein signifikanter Einfluss auf die Anzahl der Gefäßpflanzenarten, dennoch veränderte sich die botanische Zusammensetzung nach vier Jahren Versuchsdauer signifikant. An beiden Standorten wurde der Gräseranteil durch NPK-Düngung und an einem Standort zusätzlich durch einen ersten Schnitt vor der Samenreife gefördert. Hier erhöhte sich der Gräseranteil zulasten des Kräuteranteils, da die dort dominierende Art Rhinanthus alectorolophus als einjähriger Hemiparasit auf generative Vermehrung angewiesen ist.
Die zweite Studie untersuchte den Einfluss der Bewirtschaftung auf die Lebensbedingungen niedrigwüchsiger Pflanzenarten, die wichtig für die Habitatfunktion artenreicher Mähwiesen sind. Hier wurde gezeigt, dass die durch Düngung erhöhte Biomasseproduktion zu einer Beschattung der unteren Bestandschichten und gleichzeitig zu einer Abnahme niedrigwüchsiger Pflanzenarten führt. Daraus lässt sich schließen, dass schon eine NPK-Düngung mit 35 kg N ha-1 pro Jahr die Habitatqualität der Wiesen verschlechtert und dass eine zu hohe Düngung langfristig die Artenvielfalt verringert.
Die Ergebnisse der dritten Studie zeigten schließlich, dass obwohl die Phänologie zum Zeitpunkt des ersten Schnitts die chemische Zusammensetzung des Aufwuchses bestimmt eine gewisse Flexibilität bei der Wahl des Schnittzeitpunktes gegeben ist. Zwischen der Hauptblütezeit der Gräser und dem Stadium der Samenreife bestand kein signifikanter Unterschied der Futterqualität. Dennoch ist das Heu ab dem Zeitpunkt der Gräserblüte nur für Pferde als alleiniges Futter geeignet. Daher wird ein früherer Schnitt für die Nutzung als Biogassubstrat oder für die Verfütterung in der extensiven Tierhaltung empfohlen.
Zusammenfassend zeigen die Erkenntnisse dieser Arbeit Handlungsoptionen zum Erhalt der artenreichen Mähwiesen auf: Eine Düngung wie in der getesteten NPK-Variante sollte vermieden werden. Der erste Schnitt kann vor der Samenreife der hauptbestandsbildenden Arten stattfinden, sofern nicht einjährige Arten den Bestand dominieren. Davon würden auch die Landwirte profitieren, da durch einen früheren Schnitt höhere Futterqualitäten erzielt werden. Der erste Schnitt sollte nicht regelmäßig erst zum Zeitpunkt der Samenreife durchgeführt werden, um eine zu starke Beschattung niedrigwüchsiger Pflanzen zu vermeiden. Insbesondere die Kombination von NPK-Düngung und einem späten ersten Schnitt könnte zum Verlust wertgebender Arten führen. Daher wird als beste Bewirtschaftungsvariante eine angepasste Düngung alle zwei bis drei Jahre abgeleitet. Der erste Schnitt sollte im Zeitraum der Blüte der hauptbestandsbildenden Gräserarten (meist Arrhenatherum elatius) erfolgen. In einzelnen Jahren kann der erste Schnitt schon früher im Stadium des Rispenschiebens erfolgen ohne negative Auswirkungen auf den Pflanzenbestan
Assessing the genetic variation of phosphate efficiency in European maize (Zea mays L.)
Get PDFWhy should plant breeders in Central Europe care about phosphate efficiency? Soil phosphorus levels have mostly reached high to very high levels over the last decades in intensively farmed, livestock-rich regions. However, the European Union demands a restructuring of the agricultural production systems through setting ambitious goals envisaged in the Farm to Fork Strategy. By 2030, fertilizer use should be reduced by 20 %, nutrient losses by at least 50 %. As a consequence, farmers have to be even more efficient with crop inputs, among them the globally limited resource of phosphorus fertilizers, while maintaining high yields. Plant breeding means thinking ahead. Therefore, phosphate-efficient varieties should be developed to help farmers meet this challenge and reduce the need for additional fertilizers. One prerequisite to reach this target is that genotypic variation for the relevant traits is available. Moreover, approaches that assist selection by accurate but also time- and resource-efficient prediction of genotypes are highly valuable in breeding. Finally, the choice of the selection environment and suitable trait assessment for the improvement of phosphate efficiency under well-supplied conditions, need to be elaborated.
In this dissertation, a diverse set of maize genotypes from ancient landraces to modern hybrids was investigated for phosphate efficiency-related traits under well-supplied P soil conditions. Multi-environmental field trials were conducted in 2019 and 2020.
The reaction to different starter fertilizer treatments of the 20 commercially most important maize hybrids grown in Germany was studied. In the hybrid trial, the factor environment had a significant effect on the impact of starter fertilizers. Especially in early developmental stages genotypes showed a different response to the application of starter fertilizers. On the overall very well-supplied soils, we observed no significant genotype-by-starter fertilizer interaction. Nonetheless, we identified hybrids, which maintained high yields also if no starter fertilizer was provided. Thus, it seems that sufficient variation is available to select and breed for phosphate efficiency under reduced fertilizer conditions.
Furthermore, the concept of phenomic prediction, based on near-infrared spectra instead of marker data to predict the performance of genotypes, was applied to 400 diverse lines of maize and compared to genomic prediction. For this, we used seed-based near-infrared spectroscopy data to perform phenomic selection in our line material, which comprised doubled haploid lines from landraces and elite lines. We observed that phenomic prediction generally performed comparable to genomic prediction or even better. In particular, the phenomic selection approach holds great potential for predictions among different groups of breeding material as it is less prone to artifacts resulting from population structure. Phenomic selection is therefore deemed a useful and cost-efficient tool to predict complex traits, including phosphorus concentration and grain yield, which together form the basis to determine phosphate efficiency.
Lastly, 20 different indicators for phosphate efficiency were calculated, the genetic variation of the different measures present in this unique set of lines was quantified, and recommendations for breeding were derived. Of the different measures for phosphate efficiency reported in literature, Flint landraces demonstrated valuable allelic diversity with regard to phosphate efficiency during the seedling stage. Due to the highly complex genetic architecture of phosphate efficiency-related traits, a combination of genomic and phenotypic selection appears best suited for their improvement in breeding. Taken together, phosphate efficiency, including its definition and meaning, is largely dependent on the available phosphorus in the target environment as well as the farm type, which specifies the harvested produce and thereby the entire phosphorus removal from the field.
In conclusion, future maize breeding should work in environments that are similar to the future target environments, meaning reduced fertilizer inputs and eventually lower soil P levels. Our results demonstrate that breeding of varieties, which perform well without starter fertilizers is feasible and meaningful under the well-supplied conditions prevalent in Central Europe. For the improvement of the highly complex trait phosphate efficiency through breeding we recommend to apply genomic and phenomic prediction along with classical phenotypic screening of genotypes and by this making our food systems more resilient towards upcoming challenges in agriculture.Warum sollten sich Pflanzenzüchter:innen in Mitteleuropa mit Phosphateffizienz beschäftigen? Der Phosphorgehalt im Boden ist in den letzten Jahrzehnten vor allem in intensiv bewirtschafteten viehreichen Regionen auf ein hohes bis sehr hohes Niveau angestiegen. Die Europäische Union formuliert jedoch in der Farm to Fork-Strategie ehrgeizige Ziele für eine Umstrukturierung der landwirtschaftlichen Produktionssysteme. Bis 2030 soll der Düngemitteleinsatz um 20 % und die Nährstoffverluste um mindestens 50 % reduziert werden. Das bedeutet, dass die Landwirte noch effizienter mit dem Einsatz von Betriebsmitteln umgehen müssen, insbesondere mit der weltweit begrenzten Ressource von Phosphordüngern, bei gleichzeitig weiterhin hohen Erträgen. Pflanzenzüchtung bedeutet vorausschauend zu denken. Daher sollten phosphateffiziente Sorten entwickelt werden, die den Landwirten helfen, diese Herausforderung zu meistern und den Bedarf an zusätzlichen Düngemitteln zu verringern. Eine Voraussetzung, um dieses Ziel zu erreichen, ist, dass genotypische Variation für die relevanten Merkmale vorhanden ist. Darüber hinaus sind Ansätze, die die Selektion durch eine genaue, aber auch zeit- und ressourceneffiziente Vorhersage von Genotypen unterstützen, in der Züchtung sehr wertvoll. Außerdem müssen die Wahl der Selektionsumwelt und eine geeignete Merkmalserfassung für die Verbesserung der Phosphateffizienz unter gut versorgten Bedingungen näher beleuchtet werden.
In dieser Dissertation wurde eine Reihe von Maisgenotypen, von alten Landrassen bis hin zu modernen Hybriden, bezüglich Phosphateffizienz-Merkmalen auf gut mit P versorgten Böden untersucht. In den Jahren 2019 und 2020 wurden mehrortige Feldversuche durchgeführt.
Untersucht wurde die Reaktion der 20 kommerziell wichtigsten in Deutschland angebauten Maishybriden auf unterschiedliche Unterfußdüngungen. In dem Hybridversuch hatte der Faktor Umwelt einen signifikanten Einfluss auf die Wirkung von Unterfußdüngern. Insbesondere in frühen Entwicklungsstadien reagierten die Genotypen unterschiedlich auf die Gabe von Unterfußdüngern. Auf den insgesamt sehr gut versorgten Böden beobachteten wir keine signifikante Interaktion zwischen Genotyp und Unterfußdünger. Dennoch konnten wir Hybriden identifizieren, die auch ohne Unterfußdünger hohe Erträge erzielten. Es scheint also genügend Variation vorhanden zu sein, um unter reduzierten Düngebedingungen auf Phosphateffizienz zu selektieren und zu züchten.
Darüber hinaus wurde das Konzept der phänomischen Vorhersage, welches auf Nahinfrarotspektren anstelle von Markerdaten zur Vorhersage der Leistung von Genotypen basiert, auf 400 verschiedenen Maislinien angewandt und mit der genomischen Vorhersage verglichen. Hierbei nutzten wir samenbasierter Daten der Nahinfrarotspektroskopie, um phänomische Selektion in unserem Linienmaterial durchzuführen, welches doppelhaploide Linien von Landrassen und Elitelinien enthielt. Wir konnten feststellen, dass die phänomische Vorhersage im Allgemeinen mit der genomischen Vorhersage gleichauf oder sogar besser war. Der phänomische Selektionsansatz hat insbesondere für Vorhersagen zwischen verschiedenen Gruppen von Zuchtmaterial großes Potenzial, da er weniger anfällig für Artefakte ist, die aus der Populationsstruktur resultieren. Die phänomische Selektion hat sich daher als nützliches und kosteneffizientes Instrument zur Vorhersage komplexer Merkmale erwiesen, einschließlich der Phosphorkonzentration und des Kornertrags, welche zusammen die Grundlage für die Bestimmung der Phosphateffizienz bilden.
Zuletzt wurden 20 verschiedene Indikatoren für Phosphateffizienz berechnet, die genetische Variation der verschiedenen Messgrößen in dieser spezifischen Zusammensetzung von Linien quantifiziert und Empfehlungen für die Züchtung abgeleitet. Von den verschiedenen in der Literatur beschriebenen Maßen für die Phosphateffizienz zeigten Flint-Landrassen eine wertvolle allelische Diversität in Bezug auf die Phosphateffizienz im Keimlingsstadium. Aufgrund der hochkomplexen genetischen Struktur von Phosphateffizienz-Merkmalen, scheint eine Kombination aus genomischer und phänotypischer Selektion am besten geeignet, um diese züchterisch zu verbessern. Alles in allem hängt die Phosphateffizienz, einschließlich ihrer Definition und Bedeutung, weitgehend vom verfügbaren Phosphor in der angestrebten Umwelt sowie vom Betriebstyp ab, da dieser das Erntegut und damit die Gesamtphosphorabfuhr vom Feld bestimmt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zukünftige Maiszüchtung in Umgebungen arbeiten sollte, die den zukünftigen Zielumwelten ähnlich sind, was einen geringeren Düngemitteleinsatz und schließlich einen niedrigeren P-Gehalt im Boden bedeutet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Züchtung von Sorten, die ohne Unterfußdünger auskommen, unter den in Mitteleuropa vorherrschenden gut versorgten Bedingungen realisierbar und sinnvoll ist. Zur Verbesserung des hochkomplexen Merkmals Phosphateffizienz durch Züchtung empfehlen wir, neben der klassischen phänotypischen Begutachtung von Genotypen auch genomische und phänomische Vorhersagen anzuwenden und damit unsere Nahrungsmittelsysteme widerstandsfähiger gegenüber den kommenden Herausforderungen in der Landwirtschaft zu machen
Regulation of ammonium transport in Arabidopsis thaliana
Get PDFThe overarching question of this thesis deals with how plants ensure the selective uptake of ammonium while maintaining ion and pH homeostasis. A key component of this is ammonium transporters (AMTs) with high affinity towards their substrate, which are at the same time part of a multilayered protection system against uncontrolled ammonium influx. Conserved protein sequences inside the transporter were analyzed as well as the regulatory system based on post-translational modification of the transporter.Die übergeordnete Fragestellung dieser Arbeit beschäftigt sich damit, wie Pflanzen die selektive Aufnahme von Ammonium, bei gleichzeitiger Erhaltung der Ionen- und pH-Homöostase, sicherstellen. Eine Schlüsselkomponente sind dabei Ammoniumtransporter (AMTs) mit hoher Affinität gegenüber ihrem Substrat die gleichzeitig Teil eines mehrschichtigen Schutzsystems gegen unkontrollierten Ammonium Zustrom sind. Konservierte Proteinsequenzen im Inneren des Transporters wurden ebenso analysiert wie das regulatorische System, das auf post-translationaler Modifikation des Transporters beruht
Impact of climate change on future barley (Hordeum vulgare L.) production in Ethiopia
Get PDFSummary
Barley (Hordeum vulgare L.) is the fourth major cereal crop in the world, and it accounts for 8% of the total cereal production in Ethiopia based on cultivation location. Farmers may face unpredictable rainfall and drought stress patterns, such as terminal drought, in which rainfall ends before crops reach physiological maturity, posing a challenge to crop production. Furthermore, climate change is expected to reduce crop production/yield due to increases in carbon dioxide (CO2) and ozone (O3) concentrations, temperatures, and extreme climate events such as floods, storms, and heatwaves, highlighting the importance of taking action to develop climate-resilient cultivars and secure future crop production. Against this background, a meta-analysis study was conducted to synthesize and summarize to assess the overall effect of elevated CO2 (eCO2), and its interaction with nitrogen (N) and temperature on barley grain yield and yield components. A climate chamber experiment was carried out to identify the impacts of projected CO2 enrichment (eCO2) on a set of landraces and released cultivars of Ethiopian barley. The crop-climate modeling approach was used to simulate future climate change and to identify the impacts of climate change on selected barley genotypes and study locations in Ethiopia. Furthermore, adaption options were simulated and identified.
Publication I, aimed to answer how eCO2 and its interaction with N and temperature affects barley yield at a global level. Peer-reviewed primary literature (published between 1991-2020) focusing on barley yield responses to eCO2, temperature, and N were searched on different search engines. The response of five yield variables of barley was synthesized and summarized using a meta-analysis technique. Different experimental factors which might affect the estimation of the response of barley yield to eCO2 were calculated. The results revealed that eCO2 increased barley yield components such as vegetative biomass (23.8%), grain number (24.8%), and grain yield (27.4%) at a global level. Barley vegetative biomass and grain yield were increased under the combination of eCO2 with the higher N level (151-200 kg ha-1) compared to the lower levels. Grain number and grain yield were increased when eCO2 combined with temperature level (21-25°C) this response was not evident. The response of barley to eCO2 was different among genotypes and experimental conditions.
Publication II, the genetic diversity of Ethiopian barley was screened under eCO2 enrichment in a controlled exposure experiment. The experiment was conducted at the Institute of Landscape and Plant Ecology, the University of Hohenheim in 2019. A total of 30 (15 landrace and 15 released cultivars) were grown under two levels of CO2 concentration (400 and 550 ppm) in climate chambers. Plant-development-related measurements and water consumption were recorded once a week and yield was measured at the final harvest. A significant increment in plant height by 9.5 and 6.7%, vegetative biomass by 7.6 and 9.4%, and grain yield by 34.1 and 40.6% in landraces and released cultivars, respectively were observed due to eCO2. The effect of eCO2 was genotype-dependent, for instance, the response of grain yield in landraces ranged from -25% to +122%, while it was between -42% to 140% in released cultivars. The water-use efficiency of vegetative biomass and grain yield significantly increased by 7.9 and 33.3% in landraces, with 9.5 and 42.9% improvement in released cultivars, respectively under eCO2. Comparing the average response of landraces versus released Ethiopian barley cultivars, the highest percentage yield change due to eCO2 was recorded for released cultivars. However, higher actual yields under both levels of CO2 were observed for landraces.
Publication III, Current and future climate change, its impact on Ethiopian barley production, and adaptation options were simulated using the DSSAT-CERES-Barley model. Climate change scenarios were set up over 60 years using Representative Concentration Pathways (4.5 and 8.5), and five Global Climate Models. The changes in Ethiopian climate and barley production were calculated from the baseline period (1981-2010). Different sowing dates, sowing densities, and fertilizer levels were tested as climate change impact mitigation strategies in a sensitivity analysis. The analysis of a crop-climate model revealed an increasing trend of temperature (1.5 to 4.9 °C) and a mixed trend of rainfall (-61.4 to +86.1%) in the barley-producing locations of Ethiopia. The response of two Ethiopian barley cultivars was simulated under different climate change scenarios and a reduction of yield up to 98% was recorded for cv. Traveler while cv. EH-1493 exhibited a reduction of up to 63%. Even though a similar trend was observed for most of the studied locations, cv. EH-1493 showed a yield gain of up to 14.7% at Holeta. The sensitivity analysis on potential adaptation options indicated that the negative effects of climate change could be mitigated by earlier sowing dates, with a 25% higher sowing density and a 50% higher fertilizer rate than the current recommendation.
The results of the present dissertation show the change in the Ethiopian climate and its impact on barley production. Barley production could benefit from eCO2; however, the response varied among genotypes, additional stress, and experimental condition. A reduction of barley grain yield under different climate change scenarios was observed mainly due to increasing temperature. However, the reduction could be minimized through different adaptation options. The information from the current dissertation could be used to identify agro-economic implications of CO2 enrichment and climate variability on yield regarding appropriate genotype selection and adaptation of regional cropping systems (e.g., management and breeding strategies). Further experimental studies assessing crop production, nutritional quality, and adaptation options under multifactor climate conditions should be carried out to increase basic understanding and identify genotypes for future breeding programs.Zusammenfassung
Gerste (Hordeum vulgare L.) ist die viertwichtigste Getreideart der Welt und macht in Äthiopien, gemessen an der Anbaufläche, 8 % der gesamten Getreideproduktion aus. Die Landwirte sind möglicherweise mit unvorhersehbaren Niederschlägen und Trockenstressmustern konfrontiert, wie z. B. Dürre im Endstadium, bei der die Niederschläge aufhören, bevor die Pflanzen ihre physiologische Reife erreichen, was eine Herausforderung für die Pflanzenproduktion darstellt. Darüber hinaus wird erwartet, dass der Klimawandel die Pflanzenproduktion und erträge aufgrund des Anstiegs der Kohlendioxid (CO2) und Ozonkonzentration (O3), der Temperaturen und extremer Klimaereignisse wie Überschwemmungen, Stürme und Hitzewellen verringern wird. Vor diesem Hintergrund wurde eine Meta-Analyse durchgeführt, um die Gesamtwirkung von erhöhtem CO2 (eCO2) und dessen Wechselwirkung mit Stickstoff (N) und Temperatur auf den Ertrag und die Ertragskomponenten von Gerste zusammenzufassen und zu bewerten. Es wurde ein Klimakammerexperiment durchgeführt, um die Auswirkungen der prognostizierten CO2-Anreicherung (eCO2) auf eine Reihe von Landsorten und freigegebenen Sorten äthiopischer Gerste zu ermitteln. Der Ansatz der Kulturpflanzen-Klimamodellierung wurde verwendet, um den zukünftigen Klimawandel zu simulieren und die Auswirkungen des Klimawandels auf ausgewählte Gerstengenotypen und Studienstandorte in Äthiopien zu ermitteln. Darüber hinaus wurden Anpassungsmöglichkeiten simuliert und identifiziert.
In der Publikation I, wurde untersucht, wie eCO2 und seine Wechselwirkung mit N und Temperatur den Gerstenertrag auf globaler Ebene beeinflussen. Es wurde in verschiedenen Suchmaschinen nach begutachteter Primärliteratur (veröffentlicht zwischen 1991-2020) gesucht, die sich mit den Auswirkungen von eCO2, Temperatur und Stickstoff auf die Gerstenerträge befasst. Die Reaktionen von fünf Ertragsvariablen bei Gerste wurden mit Hilfe einer Meta-Analyse zusammengefasst und ausgewertet. Es wurden verschiedene experimentelle Faktoren berechnet, die die Schätzung der Reaktion des Gerstenertrags auf eCO2 beeinflussen könnten. Die Ergebnisse zeigten, dass eCO2 die Ertragskomponenten von Gerste wie vegetative Biomasse (23,8%), Kornzahl (24,8%) und Kornertrag (27,4%) auf globaler Ebene erhöhte. Die vegetative Biomasse und der Kornertrag der Gerste wurden durch die Kombination von eCO2 mit einem höheren Stickstoffgehalt (151-200 kg ha-1) im Vergleich zu den niedrigeren Werten gesteigert. Die Kornzahl und der Kornertrag nahmen zu, wenn eCO2 mit dem Temperaturniveau (21-25°C) kombiniert wurde, wobei diese Reaktion nicht offensichtlich war. Die Reaktion der Gerste auf eCO2 war je nach Genotyp und Versuchsbedingungen unterschiedlich.
Publikation II, Die genetische Vielfalt der äthiopischen Gerste wurde unter eCO2-Anreicherung in einem kontrollierten Expositionsversuch untersucht. Das Experiment wurde im Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie der Universität Hohenheim im Jahr 2019 durchgeführt. Insgesamt 30 (15 Landsorten und 15 freigesetzte Sorten) wurden unter zwei CO2-Konzentrationen (400 und 550 ppm) in Klimakammern angebaut. Wöchentlich wurden pflanzenentwicklungsbezogene Messungen und der Wasserverbrauch aufgezeichnet und der Ertrag bei der Schlussernte gemessen. Eine signifikante Zunahme der Pflanzenhöhe um 9,5 bzw. 6,7 %, der vegetativen Biomasse um 7,6 bzw. 9,4 % und des Kornertrags um 34,1 bzw. 40,6 % bei den Landsorten und den freigesetzten Sorten wurde aufgrund von eCO2 beobachtet. Die Auswirkung von eCO2 war genotypabhängig, so reichte die Reaktion des Kornertrags bei Landsorten von -25% bis +122%, während sie bei freigegebenen Sorten zwischen -42% und +140% lag. Die Wassernutzungseffizienz der vegetativen Biomasse und des Kornertrags stieg bei den Landsorten signifikant um 7,9 bzw. 33,3 %, bei den freigesetzten Sorten um 9,5 bzw. 42,9 % unter eCO2. Vergleicht man die durchschnittliche Reaktion von Landsorten und freigesetzten äthiopischen Gerstensorten, so wurde die höchste prozentuale Ertragsänderung aufgrund von eCO2 bei den freigesetzten Sorten festgestellt. Allerdings wurden bei beiden CO2-Konzentrationen höhere tatsächliche Erträge bei Landsorten beobachtet.
Publikation III, Der gegenwärtige und zukünftige Klimawandel, seine Auswirkungen auf die äthiopische Gerstenproduktion und Anpassungsmöglichkeiten wurden mit dem DSSAT-CERES-Barley-Modell simuliert. Es wurden Szenarien des Klimawandels über 60 Jahre mit repräsentativen Konzentrationspfaden (4.5 und 8.5) und fünf globalen Klimamodellen erstellt. Die Veränderungen des äthiopischen Klimas und der Gerstenproduktion wurden ausgehend von der Basisperiode (1981 - 2010) berechnet. In einer Sensitivitätsanalyse wurden verschiedene Aussaattermine, Aussaatdichten und Düngemittelmengen als Strategien zur Minderung der Auswirkungen des Klimawandels getestet. Die Analyse eines Kulturpflanzen-Klimamodells ergab einen steigenden Trend der Temperatur (1,5 bis 4,9 °C) und einen gemischten Trend der Niederschläge (-61,4 bis +86,1 %) in den Gerstenanbaugebieten Äthiopiens. Die Reaktion von zwei äthiopischen Gerstensorten wurde unter verschiedenen Szenarien des Klimawandels simuliert, und es wurde eine Ertragsminderung von bis zu 98 % für cv. Traveler, während cv. EH-1493 einen Rückgang von bis zu 63 % aufwies. Obwohl für die meisten untersuchten Standorte ein ähnlicher Trend beobachtet wurde, zeigte cv. EH-1493 in Holeta einen Ertragszuwachs von bis zu 14,7 %. Die Sensitivitätsanalyse zu möglichen Anpassungsoptionen ergab, dass die negativen Auswirkungen des Klimawandels durch frühere Aussaattermine, eine um 25 % höhere Aussaatdichte und eine um 50 % höhere Düngermenge als die derzeitige Empfehlung gemildert werden könnten.
Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation zeigen den Wandel des äthiopischen Klimas und seine Auswirkungen auf die Gerstenproduktion. Die Gerstenproduktion könnte von eCO2 profitieren; die Reaktion war jedoch je nach Genotyp, zusätzlichem Stress und Versuchsbedingungen unterschiedlich. Eine Verringerung des Gerstenkornertrags unter verschiedenen Szenarien des Klimawandels wurde vor allem aufgrund der steigenden Temperatur beobachtet. Dieser Rückgang konnte jedoch durch verschiedene Anpassungsoptionen minimiert werden. Die Informationen könnten genutzt werden, um die agrarökonomischen Auswirkungen der CO2-Anreicherung und der Klimavariabilität auf den Ertrag im Hinblick auf eine geeignete Genotypauswahl und die Anpassung regionaler Anbausysteme (z. B. Management- und Zuchtstrategien) zu ermitteln. Weitere experimentelle Studien zur Bewertung der Pflanzenproduktion, der Nährstoffqualität und der Anpassungsoptionen unter multifaktoriellen Klimabedingungen sollten durchgeführt werden, um das grundlegende Verständnis zu verbessern und Genotypen für künftige Züchtungsprogramme zu identifizieren
Personality traits and career success : a multilayered approach
Get PDFFor years now career success emerged as one of the focal points in managerial psychology research. It still remains a key topic in contemporary literature. Personality has been identified as an essential predictor of work and career success. In examining associations between personality traits and professional outcomes, the Big Five represents the prevalent theoretical basis. This widely recognized framework stands primarily for bright and affirmative personality attributes. In more recent times, the rather negative side of the personality range received increasing scientific attention, not least triggered by severe scandals in the business world. Especially the Dark Triad personality construct consisting of Machiavellianism, psychopathy and narcissism has attracted growing academic consideration. Surprisingly these rather undesirable personality characteristics do not only promote counterproductive outcomes. Consequently, the two topics of bright as well as dark personality traits and career success constitute the scope of the thesis.
To split the topic up and to explore it as sophisticated as possible, a comprehensive scientific approach is required. Supported by a multilayered methodological procedure, the interplay of personality and career success was investigated on heterogeneous criteria: (1) multifaceted bandwidth of personality, (2) diversity of career success indicators, (3) varied decision-making levels, and (4) new work environment. In summary, this dissertation answers the following research questions in three interrelated essays:
1. How successful are both light and dark personalities in terms of objective success criteria?
2. Does a GFP-E specific for executives exist and how is it related to the Dark Triad, success and satisfaction measures?
3. Do paradox personalities, in particular narcissism and humility, succeed in new work environments?
The first paper represents the basis for gain in knowledge. It takes a broad attempt by addressing both the bright and dark personality traits of the Big Five and the Dark Triad. Accordingly, the influence of these expansive personality attributes and the selected objective career success indicators budget responsibility and personnel decision-making authority were examined. Empirically, a dual approach with a German sample combining an AI-based automated speech analysis tool with self-reported survey data was chosen. The results indicate a positive relationship between psychopathy and personnel decision-making authority, as well as between narcissism and emotional stability to budget responsibility. In the second article, the interest shifts entirely to the top-management. Here, a narrower personality approach was considered. For this purpose, self-reported survey data from German top-managers were collected. The study demonstrates that a superordinate singular factor (General Factor of Personality, GFP) specifically for executives (GFP-E) exists that is characterized by high agreeableness, extraversion, conscientiousness and openness to experience as well as low neuroticism. Furthermore, the relationship of the GFP-E to the Dark Triad and to success and satisfaction indicators were examined. Positive correlations to these criteria as well as to narcissism were evident. In contrast, negative connections to Machiavellianism and psychopathy were apparent, indicating the existence of a Dark Dyad. Finally, the third essay highlights the impact of paradox personalities on career success, namely the combination of narcissism and humility. In order to reflect the current transformation in the business world, new work settings are integrated in this study as well. Methodologically, a dyadic approach relating self-reported and other-reported survey data of US-professionals was selected. Further, to represent career success in its entirety, especially in new work environments, four measures of objective career success as well as a multidimensional subjective career success scale were included. The interaction between narcissism and humility indicated negative effects on leadership position, project responsibility and salary. However, when the working environment is included, the humble narcissist is materially successful in the new world of work.
In total these findings contribute to existing knowledge of both bright and dark personality by showing that psychopaths and especially narcissists can be quite successful in their professional life. Emotional stability and conscientiousness proved to be the relevant predictors in a professional setting. Supplementary to the important content-related insights, this thesis further contributes to an increasing body of research incorporating language and personality. It encompasses as one of the first studies that introduces elements of artificial intelligence to the research streams of personality and success by using an automated psycholinguistic analysis technology. This dissertation further contributes to the literature on paradoxes in the workplace by enhancing previous leadership approaches. While positive effects of paradoxical personalities have already been found at the top management level it was demonstrated that this phenomenon couldnt be converted to the general career success perspective. Further, by expending the research focus to new modes of working it could be shown that the working environment in todays organizations proves to be an essential contextual factor impacting an employees career.Seit Jahren steht der berufliche Erfolg im Fokus der psychologischen Managementforschung. Auch in der aktuellen Literatur stellt er ein zentrales Thema dar. Dabei hat sich die Persönlichkeit als ein wesentlicher Prädiktor für den Berufserfolg erwiesen. Bei der Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Wesensmerkmalen und beruflichen Erfolgskriterien bilden die Big Five den vorherrschenden theoretischen Bezugsrahmen. Sie stehen in erster Linie für helle und affirmative Charaktermerkmale. In jüngerer Zeit erfährt die eher negative Seite des Persönlichkeitsspektrums zunehmende Aufmerksamkeit, nicht zuletzt ausgelöst durch folgenschwere Skandale in der Geschäftswelt. Insbesondere das Persönlichkeitskonstrukt der Dunklen Triade, bestehend aus Machiavellismus, Psychopathie und Narzissmus, fand zunehmende wissenschaftliche Beachtung. Überraschenderweise wirken sich diese eher unerwünschten Persönlichkeitsmerkmale nicht unbedingt kontraproduktiv aus. Entsprechend bilden die beiden Themenschwerpunkte Persönlichkeit und Berufserfolg den Rahmen für diese Arbeit.
Um die Fragestellung möglichst differenziert zu betrachten, ist eine umfassende wissenschaftliche Herangehensweise erforderlich. Unterstützt durch ein multi-methodisches Konzept wurde das Zusammenspiel von Persönlichkeit und Berufserfolg nach heterogenen Kriterien untersucht: (1) Bandbreite der Persönlichkeit, (2) Vielfalt der Indikatoren für beruflichen Erfolg, (3) Entscheidungsebenen der Untersuchungssubjekte und (4) neues Arbeitsumfeld. Zusammenfassend beantwortet diese Dissertation die folgenden Forschungsfragen in drei miteinander verknüpften Aufsätzen:
1. Wie erfolgreich sind sowohl helle als auch dunkle Persönlichkeiten in Bezug auf objektive Erfolgskriterien?
2. Gibt es einen GFP-E speziell für Führungskräfte und wie ist der Zusammenhang zu Dunkler Triade, Erfolg und Zufriedenheit?
3. Haben paradoxe Persönlichkeiten, insbesondere bescheidene Narzissten, in der neuen Arbeitswelt Erfolg?
Der erste Aufsatz bildet die Grundlage der Erkenntnisgewinnung. Er ermöglicht einen breiten Einstieg, indem er sowohl die hellen als auch die dunklen Persönlichkeitsmerkmale der Big Five und der Dunklen Triade untersucht. Hier wurde der Einfluss dieser expansiven Persönlichkeitsmerkmale an Hand der ausgewählten objektiven Karriereerfolgsindikatoren Budgetverantwortung und Personalentscheidungsbefugnis untersucht. Empirisch wurde ein dualer Ansatz mit einer deutschen Stichprobe gewählt. Er kombiniert die Persönlichkeitserfassung durch ein KI-basiertes automatisiertes Sprachanalysetool mit selbstberichteten Befragungsdaten. Die Ergebnisse zeigen einen positiven Zusammenhang zwischen Psychopathie und Personalentscheidungsbefugnis sowie zwischen Narzissmus und emotionaler Stabilität zu Budgetverantwortung. Im zweiten Artikel verlagert sich das Interesse ganz auf das Top-Management. Hier wurde ein engerer Persönlichkeitsbezug herangezogen. Zu diesem Zweck wurden selbstberichtete Umfragedaten von deutschen Top-Managern erhoben. Die Studie zeigt, dass ein übergeordneter singulärer Faktor (General Factor of Personality, GFP) speziell für Executives (GFP-E) existiert, der durch hohe Verträglichkeit, Extraversion, Gewissenhaftigkeit und Offenheit für Erfahrungen sowie geringem Neurotizismus gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang des GFP-E mit der Dunklen Triade sowie mit Erfolgs- und Zufriedenheitsmaßen untersucht. Es zeigen sich positive Korrelationen zu diesen Kriterien sowie zum Narzissmus. Negative Zusammenhänge wurden hingegen mit Machiavellismus und Psychopathie festgestellt, was auf die Existenz einer dunklen Dyade hindeutet. Der dritte Aufsatz beleuchtet schließlich die Auswirkungen paradoxer Persönlichkeitseigenschaften auf den beruflichen Erfolg, hier die Kombination von Narzissmus und Bescheidenheit. Um der Transformation der Berufswelt in jüngster Zeit gerecht zu werden, integriert die Studie auch neue Arbeitsumgebungen. Methodisch wurde ein dyadischer Ansatz herangezogen, der selbst- und fremdberichtete Befragungsdaten von US-Mitarbeitenden in Beziehung setzt. Um den beruflichen Erfolg in seiner Gesamtheit, insbesondere auch in neuen Arbeitsumgebungen, abzubilden, wurden vier Maße für den objektiven sowie eine multidimensionale Skala für den subjektiven beruflichen Erfolg einbezogen. Die Interaktion zwischen Narzissmus und Bescheidenheit zeigte negative Auswirkungen auf die erreichte Führungsposition, Projektverantwortung und das Gehalt. Bezieht man jedoch das Arbeitsumfeld mit ein, so erweisen sich die bescheidenen Narzissten in der neuen Arbeitswelt als materiell erfolgreich.
Insgesamt tragen diese Ergebnisse zum bestehenden Wissen über helle und dunkle Persönlichkeiten bei, indem sie zeigen, dass auch Psychopathen und insbesondere Narzissten im Beruf erfolgreich sein können. Emotionale Stabilität und Gewissenhaftigkeit erwiesen sich als relevante Prädiktoren im Berufsumfeld. Neben wichtigen inhaltlichen Erkenntnissen leistet diese Arbeit einen zusätzlichen Beitrag zu einer wachsenden Zahl von Forschungsarbeiten, die Sprache und Persönlichkeit untersuchen. In einer der ersten Studien werden Elemente künstlicher Intelligenz in die Forschungsströme zu Persönlichkeit und Erfolg eingeführt, indem eine automatisierte psycholinguistische Analyse-Technologie angewendet wird. Diese Dissertation erweitert auch die Literatur über Paradoxien am Arbeitsplatz. Während positive Auswirkungen paradoxer Persönlichkeiten bisher auf der Ebene des Top-Managements gefunden wurden, zeigte sich, dass sich dieses Phänomen nicht auf den allgemeinen beruflichen Erfolg übertragen lässt. Durch die Ausweitung des Forschungsschwerpunkts auf neue Arbeitsformen erwies sich auch das Arbeitsumfeld in Organisationen als wesentlicher Kontextfaktor, der die Karriere von Mitarbeitern zu beeinflussen vermag
The status and potentials of organic cultivation of medicinal, cosmetic and spice plants in Baden-Württemberg : study Report & Supplement
No full textVeränderte gesellschaftliche Anforderungen, wie dem Wunsch nach mehr Biodiversität und einer nachhaltigeren Nutzung der Agrarfläche, bieten auf den ersten Blick für den ökologischen Anbau von Heil-, Kosmetik- und Gewürzpflanzenanbau neue Möglichkeiten. Das seit Jahren gestiegene Gesundheitsbewusstsein und Interesse der Verbraucher*innen an ökologischen Lebensmitteln, Naturkosmetik sowie an alternativen Heilverfahren wie der Phytotherapie, lassen neue Produktentwicklungen und Marktwachstum erwarten, sowohl bei Produktion der Rohstoffe, als auch in deren Verarbeitung und dem Zugang zu neuen Märkten und Wertschöpfungsketten.
In wieweit solche Potentiale für Landwirt*innen und Unternehmen in Baden-Württemberg tatsächlich nutzbar sind, lässt sich indes nur schwer beurteilen. Zum einen sind nur wenige Daten und Studien zum Status Quo des Heil- und Gewürzpflanzenanbaus in Baden-Württemberg veröffentlicht. Zum anderen ist unklar, welche Hemmnisse für die Weiterentwicklung des ökologischen Heil- und Gewürzpflanzensektors bestehen.
Dies ist Hintergrund für eine aktuelle Bestandsaufnahme in diesem Bericht, die im Auftrag des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz (MLR) Baden-Württemberg vom Fachgebiet Agrarmärkte der Universität Hohenheim von Juni 2021 bis Februar 2022 bearbeitet wurde. Kooperationspartner sind das Zentrum für Ökolandbau, Universität Hohenheim, und das Netzwerk Kräuter Baden-Württemberg e.V.At first glance, changing social demands, such as the desire for more biodiversity and a more sustainable use of agricultural land, offer new opportunities for the organic cultivation of medicinal, cosmetic and spice plants. The increased health awareness and interest of consumers in organic food, natural cosmetics and alternative healing methods such as phytotherapy, lead to expectations of new product developments and market growth, both in the production of raw materials and in their processing and access to new markets and value chains.
However, it is difficult to assess to what extent such potentials can actually be used by farmers and firms in Baden-Württemberg. On the one hand, only few data and studies on the status quo of medicinal and aromatic plant cultivation in Baden-Württemberg have been published. On the other hand, it is unclear which constraints exist for the further development of the organic medicinal and aromatic plant sector.
This is the background for a recent status review in this report, which was carried out by the Department of Agricultural Markets at the University of Hohenheim from June 2021 to February 2022 funded by the Ministry of Rural Areas and Consumer Protection (MLR) Baden-Württemberg. The cooperation partners are the Centre for Organic Agriculture, University of Hohenheim, and the Netzwerk Kräuter Baden-Württemberg e.V. (Herb Network Baden-Württemberg)
Molecular perspectives on the ecologically inconsistent effectiveness of the mycoherbicide Fusarium oxysporum f. sp. strigae against Striga hermonthica
Get PDFCereals are a major staple that is crucial for food security in sub-Saharan Africa (SSA). Sadly, the obligate hemiparasitic witchweed, Striga spp., especially Striga hermonthica (Delile) Benth., is a major biotic constraint to cereal production in SSA, causing enormous crop yield losses estimated at US$10 billion annually. Fusarium oxysporum f. sp. strigae (Fos) is the most renowned fungal biological control agent (BCA) for specifically and significantly tackling S. hermonthica under agricultural systems. Field surveys, however, have revealed the inconsistent effectiveness of Fos isolates against S. hermonthica in differing zones of SSA (i.e., West Africa, East Africa). This daunting phenomenon is a critical challenge that affects Fos reliability and deters its use for S. hermonthica management. The inconsistent effectiveness of Fos against S. hermonthica was presumably ascribed to the interactions that occur between the differing location-specific ecological factors of the pathosystem i.e., abiotic (climate, moisture, or soil physico-chemistry) or biotic (S. hermonthica, Fos isolate, or the plant microbiome). Without doubt, the diversity of a host or pathogen is a primary determinant of the innate susceptibility or virulence of the host or pathogen, respectively. In terms of S. hermonthica diversity, genomic variation of individuals, or regional genetic variation of the sampling zone, were the two major forces suspected. However, the important determiner out of the two forces was unknown. Besides, despite the suppression/death that Fos causes to S. hermonthica, the physiological damage S. hermonthica initiates to an infested cereal crop is mostly irreversible. Hence, in examining strategies for circumventing the main problem of Fos inconsistent effectiveness against S. hermonthica, and the physiological consequences of S. hermonthica on the host cereal crop, the integration of other (non-Fos inoculum) BCA were suggested as possible means for improving the efficiency of S. hermonthica biocontrol. For example, by utilizing a bioherbicide cocktail of Fos and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), or Striga seed germination-inhibiting fungal toxins. Apart from the popular reputation of PGPR in enhancing crop health and growth, certain PGPR strains (especially Bacillus subtilis isolate GB03) have been earlier reported for their highly-promising potential of antagonizing S. hermonthica development. Similarly, certain fungal extracellular metabolites (exometabolites), especially of Fusarium origin, were reported to completely inhibit S. hermonthica seed germination in vitro at very low concentrations (≤ 1 mM). Unfortunately, knowledge of the microbe (Fos)microbe (PGPR) interaction, their localization and ecological niche, for enabling their expected synergistic impact of simultaneously suppressing S. hermonthica and enhancing the Striga-infected cereal crop biomass, was unknown. Also, it was unknown if highly potent/efficient Striga seed germination-inhibiting fungal exometabolites will consistently suppress S. hermonthica in planta. Thus, in the context of genetic diversity in S. hermonthica, the PhD study focused on gaining (molecular) insights into the inconsistent effectiveness of Fos against S. hermonthica; including the examination of some strategies for improving S. hermonthica biocontrol efficiency, precisely by integrating PGPR, or Striga seed germination-inhibiting Fusarium exometabolites, into a S. hermonthica biocontrol system.
The first research examined the molecular genetic basis, underlying the variable susceptibility of S. hermonthica populations sampled from differing zones of SSA (West Africa, East Africa) to contrasting Fos isolates (Foxy-2, FK3). Regardless of sampling zone, the S. hermonthica populations displayed divergent susceptibility patterns to the Fos isolates i.e., a S. hermonthica class was susceptible to both Foxy-2 and FK3, while the other class was susceptible to either Foxy-2 or FK3. This manifestation correlated with nucleotide mutations at certain loci. Thus, genomic variation in S. hermonthica is a superior determinant of the inconsistent effectiveness of Fos isolates, rather than the S. hermonthica sampling zone. The second research examined the impact of coinoculating Fos and a PGPR (B. subtilis isolate GB03) into a S. hermonthica-sorghum parasitic system. Notwithstanding the colocalization of Fos and GB03 in common ecological niches of diseased S. hermonthica shoot (mainly in flavonoid-rich regions), GB03 thwarted Fos suppressive activity against S. hermonthica. Interestingly, a novel, alternative Fos entry route into S. hermonthica (through the trichome) was discovered. The coinoculation of Fos and GB03 presented no added advantage for S. hermonthica control. Finally, the third research screened a set of highly phytotoxic Fusarium exometabolites against S. hermonthica seed germination (in vitro) and incidence (in planta). This was to identify the most potent/efficient Fusarium exometabolite for S. hermonthica biocontrol. Among the tested exometabolites, diacetoxyscirpenol (DAS) was the most potent/efficient to completely suppress S. hermonthica both in vitro and in planta. Fos, however, did not produce DAS, due to underexpression of key genes necessary for Fusarium trichothecene biosynthesis. In conclusion, owing to the obligate outcrossing mating system in S. hermonthica, genomic variation is an inevitable phenomenon. This, therefore, plays a crucial role in the variable susceptibility of S. hermonthica to Fos. The newly discovered Fos (direct) entry route into S. hermonthica (trichome entry), elucidates a novel paradigm to the infection mechanism occurring under the S. hermonthica (host)Fos (pathogen) interaction, in addition to the previously reported indirect, rhizosphere-transmission. Thus, this novel phyllosphere-transmission, paves the way for further research that exploit this alternative Fos infection route for better S. hermonthica biocontrol. Lastly, considering the potency and broadscale efficacy against diverse S. hermonthica populations, the exometabolite DAS could serve as a new agent for a more efficient S. hermonthica biocontrol. Though, further examination of its specific mode of action against the target weed (S. hermonthica), as opposed to non-target organisms, is required.Getreide ist ein wichtiges Grundnahrungsmittel, das für die Ernährungssicherheit in Afrika südlich der Sahara (SSA) von entscheidender Bedeutung ist. Leider ist das obligate halbparasitäre Sommerwurzgewächs, Striga spp., insbesondere Striga hermonthica (Delile) Benth., eine große biotische Einschränkung für die Getreideproduktion in SSA und verursacht enorme Ernteverluste, die auf 10 Milliarden US-Dollar jährlich geschätzt werden. Fusarium oxysporum f. sp. strigae (Fos) ist der bekannteste pilzliche biologische Bekämpfungswirkstoff (BCA) zur spezifischen und signifikanten Bekämpfung von S. hermonthica in landwirtschaftlichen Systemen. Felduntersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Wirksamkeit von Fos-Isolaten gegen S. hermonthica in verschiedenen Zonen der SSA (d. h. Westafrika, Ostafrika) uneinheitlich ist. Dieses entmutigende Phänomen ist eine kritische Herausforderung, die die Zuverlässigkeit von Fos beeinträchtigt und seine Verwendung für die Bekämpfung von S. hermonthica verhindert. Die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica wurde vermutlich auf die Wechselwirkungen zurückgeführt, die zwischen den verschiedenen standortspezifischen ökologischen Faktoren des Pathosystems auftreten, d. h. abiotischen (Klima, Feuchtigkeit oder physikalisch-chemische Eigenschaften des Bodens) oder biotischen (S. hermonthica, Fos-Isolat oder das Pflanzenmikrobiom). Zweifelsohne ist die Diversität eines Wirts oder Krankheitserregers eine der wichtigsten Determinanten für die angeborene Anfälligkeit bzw. Virulenz des Wirts oder Krankheitserregers. In Bezug auf die Diversität von S. hermonthica waren die genomische Variation der Individuen oder die regionale genetische Variation des Probenahmegebiets die beiden vermuteten Hauptfaktoren.
Es war jedoch nicht bekannt, welcher der beiden Faktoren ausschlaggebend ist. Außerdem sind die physiologischen Schäden, die S. hermonthica an einer befallenen Getreidepflanze verursacht, trotz der Unterdrückung/Tötung von S. hermonthica durch Fos meist irreversibel. Bei der Untersuchung von Strategien zur Umgehung des Hauptproblems der unzureichenden Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica und der physiologischen Folgen von S. hermonthica für die Wirtsgetreidekulturen wurde daher die Integration anderer BCA (ohne Fos-Inokulum) als mögliches Mittel zur Verbesserung der Effizienz der Biokontrolle von S. hermonthica vorgeschlagen. Zum Beispiel durch die Verwendung eines Bioherbizid-Cocktails aus Fos und pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien (PGPR) oder von Pilztoxinen, die die Keimung von Striga-Samen hemmen. Abgesehen von dem guten Ruf, den PGPR bei der Förderung der Gesundheit und des Wachstums von Nutzpflanzen genießen, wurde bereits früher über das vielversprechende Potenzial bestimmter PGPR-Stämme (insbesondere des Isolats GB03 von Bacillus subtilis) zur Bekämpfung der Entwicklung von S. hermonthica berichtet. Ebenso wurde berichtet, dass bestimmte extrazelluläre Metaboliten von Pilzen (Exometaboliten), insbesondere von Fusarium, die Keimung von S. hermonthica-Samen in vitro bei sehr niedrigen Konzentrationen (≤ 1 mM) vollständig hemmen. Leider war das Wissen über die Interaktion zwischen Mikroben (Fos) und Mikroben (PGPR), ihre Lokalisierung und ökologische Nische nicht bekannt, um die erwartete synergistische Wirkung der gleichzeitigen Unterdrückung von S. hermonthica und der Verbesserung der Biomasse von Striga-infizierten Getreidepflanzen zu ermöglichen. Es war nicht bekannt, ob hochwirksame/effiziente, die Keimung von Striga-Samen hemmende, Pilzexometaboliten, dauerhaft S. hermonthica in planta unterdrücken können. Vor dem Hintergrund der genetischen Vielfalt von S. hermonthica konzentrierte sich die Doktorandenstudie daher auf die Gewinnung von (molekularen) Erkenntnissen über die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica, einschließlich der Untersuchung einiger Strategien zur Verbesserung der Biokontroll-Effizienz von S. hermonthica, insbesondere durch die Integration von PGPR oder Striga-Samenkeimung hemmenden Fusarium Exometaboliten in ein S. hermonthica-Biokontrollsystem.
Die erste Studie untersuchte die molekulargenetische Grundlage, die der unterschiedlichen Anfälligkeit von S. hermonthica-Populationen aus verschiedenen Zonen in SSA (Westafrika, Ostafrika) gegenüber unterschiedlichen Fos-Isolaten (Foxy-2, FK3) zugrunde liegt. Unabhängig von der Probenahmezone zeigten die S. hermonthica-Populationen unterschiedliche Empfindlichkeitsmuster gegenüber den Fos-Isolaten, d. h. eine S. hermonthica-Klasse war sowohl für Foxy-2 als auch für FK3 empfänglich, während die andere Klasse entweder für Foxy-2 oder für FK3 empfänglich war. Diese Erscheinung korrelierte mit Nukleotidmutationen an bestimmten Loci. Somit ist die genomische Variation in S. hermonthica ein entscheidenderer Faktor für die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos-Isolaten als die S. hermonthica-Probenahmezone. Die zweite Studie untersuchte die Auswirkungen der Ko-Inokulation von Fos und einer PGPR (B. subtilis Isolat GB03) in einem parasitären S. hermonthica-Sorghum-System. Ungeachtet der Kolokalisierung von Fos und GB03 in gemeinsamen ökologischen Nischen des erkrankten S. hermonthica-Sprosses (hauptsächlich in flavonoidreichen Regionen) vereitelte GB03 die suppressive Aktivität von Fos gegen S. hermonthica. Interessanterweise wurde ein neuer, alternativer Fos-Eintrittsweg in S. hermonthica (durch das Trichom) entdeckt. Die Ko-Inokulation von Fos und GB03 brachte keinen zusätzlichen Vorteil bei der Bekämpfung von S. hermonthica. In der dritten Forschungsarbeit schließlich wurde eine Reihe hochgradig phytotoxischer Exometaboliten von Fusarium gegen die Keimung von S. hermonthica-Samen (in vitro) und das Auftreten (in planta) untersucht. Damit sollte der wirksamste/effizienteste Exometabolit von Fusarium für die Biokontrolle von S. hermonthica ermittelt werden. Unter den getesteten Exometaboliten war Diacetoxyscirpenol (DAS) der wirksamste, um S. hermonthica sowohl in vitro als auch in planta vollständig zu unterdrücken. Fos produzierte jedoch kein DAS, was auf die Unterexpression von Schlüsselgenen zurückzuführen ist, die für die Biosynthese von Fusarium-Trichothecen notwendig sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass aufgrund des obligaten Auskreuzungssystems in S. hermonthica genomische Variation ein unvermeidliches Phänomen ist. Dies spielt daher eine entscheidende Rolle bei der variablen Anfälligkeit von S. hermonthica gegenüber Fos. Der neu entdeckte (direkte) Eintrittsweg von Fos in S. hermonthica (Trichom-Eintritt) stellt ein neues Paradigma für den Infektionsmechanismus dar, der im Rahmen der Interaktion zwischen S. hermonthica (Wirt) und Fos (Erreger) abläuft, zusätzlich zu der zuvor berichteten indirekten Rhizosphären-Übertragung. Diese neuartige Phyllosphären-Übertragung ebnet somit den Weg für weitere Forschungen, die diesen alternativen Fos-Infektionsweg für eine bessere Biokontrolle von S. hermonthica nutzen. Schließlich könnte der Exometabolit DAS in Anbetracht seiner Potenz und breiten Wirksamkeit gegen verschiedene S. hermonthica-Populationen als neuer Wirkstoff für eine effizientere Biokontrolle von S. hermonthica dienen. Allerdings ist eine weitere Untersuchung seiner spezifischen Wirkungsweise gegen das Zielunkraut (S. hermonthica) im Gegensatz zu Nicht-Zielorganismen erforderlich