2013 research outputs found
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Mitochondrial haplotypes, gene expression and nuclear diversity in two strains of laying hens
Get PDFThe domesticated chicken (Gallus gallus domesticus) is the most popular and widely spread domestic fowl worldwide, providing human with a stable source of protein in form of meat and eggs for centuries. The ongoing growth of human population increases the need for food and made poultry production one of the fasted growing sectors in the past decades. This need for food has resulted in several different strains which outperform their wild ancestors in terms of meat and egg production. During the past decades not only animal welfare gained importance but also ecological aspects such as global warming and the shortage of resources are becoming more important to society. One important resource for mankind which is becoming shortened is phosphorus (P), whose deposits in form of rock phosphate could be exhausted within the next 50-100 years. 90% of P supply is used in agriculture as fertilizer, whose demand will increase as well with growing population.
This thesis focuses on the mitochondrial genetic background and mitochondrial related gene expression in the context of the productive life span and different diets in two contrasting high-yielding strains of laying hens, Lohmann Brown-Classic (LB) and Lohmann LSL-Classic (LSL).
Mitochondria, which are commonly known as the powerhouse of the cell due to their role as the main producer of energy, play roles in other processes from cellular homeostasis to the process of ageing. The process of oxidative phosphorylation depends on the availability of P and thus, they become an important part of the complex framework of P utilization. In addition, mitochondrial haplotypes are known to affect physiological traits such as body weight in laying hens or important traits such as e.g. the metabolic capacity in dairy cows. It is known, that single mutations in the mitochondrial genome lead to a better adaptation to height in the Tibetan chicken or play a role in diseases from Alzheimer to obesity or lead to resistance to disease such as Mareks disease in birds.
This work provides insight into the whole mitochondrial genome of 180 laying hens of two commercial strains and links this information to physiological traits and genetic diversity. In addition, the first large-scaled gene expression analyses in the context of the productive life span and different P and Ca contents in laying hens is implemented.
The analysis of mitochondrial haplotypes revealed a low level of genetic diversity with only three haplotypes within the LB strain while all LSL hens shared the same mitochondrial genome. Following from this observation, the nuclear genome was analysed based on genotyping data to reveal the whole genetic diversity of both strains. On the nuclear genetic level, both strains appeared as clearly distinct and equally diverse, while some individuals appear as strikingly close related. These individuals are mostly half-siblings sharing the same mitochondrial haplotype, underlining the need for more analyses about the genetic structure about the parental generation, especially the maternal background. Although there were no strong associations were found between the mitochondrial haplotypes and the analysed phenotypic traits (feed intake, body weight, P and Ca utilization), the differences between the strains indicate a potential involvement of the mitochondrial genetic background.
The gene expression analyses revealed tissue type and point of the productive life span as the main influencers on gene expression while the influence of the strain is secondary. In addition, the expression of the gene GAPDH, which is frequently used as a reference gene for normalization in gene expression studies, was influenced by tissue and strain, leading to the decision to exclude it as a reference, that should be considered for in further studies. Further, no influence of the changes in dietary P and Ca on gene expression could be observed, suggesting that a reduction of 20% of both minerals is possible without the need to adapt gene expression. However, the results show, that a reduction of both minerals has less effect than a reduction of P alone, leading to an imbalance. In the context of the productive live span, mitochondrial and mitochondrial regulatory genes react contrary, illustrating the complexity of mitochondrial gene expression and regulation.
In addition to the higher variance in the analysed phenotypic traits and mitochondrial genome in LB hens, they showed signs of increased oxidative stress compared to LSL hens. In the context of the productive life span, a potential higher demand for energy is suggested, since OXPHOS related gene expression is increasing. As a conclusion this work provides an insight into the mitochondrial genome and provides the first large scaled analysis of mitochondrial linked gene expression in two contrasting laying hen strains.Das Haushuhn (Gallus gallus domesticus) als bekanntestes und weltweit verbreitetste Geflügel ist seit Jahrhunderten eine beständige Proteinquelle in Form von Fleisch und Eiern. Das fortlaufende Bevölkerungswachstum und der daraus hervorgehende steigende Bedarf an Nahrung hat den Geflügelsektor zum am stärksten gewachsenen Bereich der Tierhaltung der letzten Jahrzehnte weltweit gemacht. Mit der Zeit sind so verschiedene Zuchtlinien entstanden, die auf maximale Legeleistung oder die Fleischproduktion gezüchtet wurden und ihre wilden Vorfahren in diesen Leistungen weit übertreffen. In den letzten Jahren hat nicht nur das Thema Tierwohl an Bedeutung gewonnen, sondern auch ökologische Themen wie Erderwärmung und Ressourcenknappheit sind in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Eine für den Menschen wichtige Ressource ist Phosphor, dessen Vorrat in Form von Rohphosphat bereits in den nächsten 50-100 Jahren aufgebraucht sein könnte. 90% des verbrauchten Phosphors wird in der Landwirtschaft als Düngemittel benötigt, dessen Bedarf mit dem anhaltenden Bevölkerungswachstum weiter steigen wird.
Diese Arbeit analysiert das mitochondrielle (mt) Genom der Tiere und verbindet diese Informationen mit Genexpressionsanalysen im Zusammenhang mit der produktiven Lebensspanne und verschiedenen Futterzusammensetzungen in zwei unterschiedlichen Hochleistungs-Legehennen-Linien.
Mitochondrien sind als zelluläre Energieproduzenten gemeinhin als die Kraftwerke der Zelle bekannt, spielen zusätzlich in zahlreichen weiteren Prozessen wie beim zellulären Gleichgewicht und dem Alterungsprozess eine Rolle. Die oxidative Phosphorylierung ist abhängig von der Verfügbarkeit von Phosphor und daher wichtiger Bestandteil im Zusammenhang mit der Phosphorverwertung. Zusätzlich ist bekannt, dass mt Haplotypen physiologische Merkmale wie Körpergewicht in Legehennen oder wichtige Merkmale wie die metabolische Kapazität in Milchkühen beeinflussen. Schon einzelne Mutationen im mt Genom können einen großen Einfluss haben, wie zum Beispiel in Krankheiten wie Alzheimer oder der Resistenz gegen die Marek-Krankheit in Vögeln oder die Anpassung an Höhen im Tibetanischen Huhn.
Diese Arbeit gibt Einblicke in das mt Genom von 180 Legehennen aus zwei Zuchtlinien und verbindet sie mit physiologischen Merkmalen und genetischer Diversität. Zusätzlich beinhaltet sie eine umfassende Genexpressionsanalyse in Legehennen im Kontext der produktiven Lebensspanne sowie der Phosphor und Calcium Nutzung.
Die Analyse der mt Haplotypen hat eine geringe Diversität gezeigt, mit drei Haplotypen in LB Hennen während alle LSL Hennen denselben Haplotyp teilen. Aufgrund dieser Beobachtung wurde auch das Kerngenom basierend auf Genotypisierungsdaten betrachtet, um die genetische Diversität innerhalb beider Linien zu erfassen. In diesen Analysen sind beide Linien klar getrennt und ähnlich divers, während einige Tiere als nah verwandt erscheinen. Diese Tiere sind meistens Halbgeschwister die sowohl denselben Vater als auch den gleichen mt Haplotyp teilen. Dieses Ergebnis verdeutlicht die Notwendigkeit weiterer Analysen der Elterngeneration, besonders in Bezug auf die Mütter der Tiere. Obwohl es nicht möglich war die mt Haplotypen mit den analysierten phänotypischen Merkmalen (Körpergewicht, Futteraufnahme und Phosphor und Calcium Nutzung) in allen Bereichen eindeutig zu assoziieren, zeigen die Unterschiede zwischen den Linien einen möglichen Einfluss des mt Genoms.
Die erste groß angelegte Genexpressionsanalyse in Legehennen in diesem Kontext hat gezeigt, dass der Gewebetyp und Zeitpunkt innerhalb der produktiven Lebensspanne den größten Einfluss auf Genexpression haben, während der Einfluss der Linie zweitrangig zu sein scheint. Zusätzlich wurde ein Einfluss von Gewebstyp und Linie auf das Gen GAPDH festgestellt, welches häufig als Referenzgen in Genexpressionsanalysen genutzt wird. Aufgrund dessen wurde es als Referenzgen ausgeschlossen, was auch für zukünftige Studien von Bedeutung ist. Des Weiteren wurde beobachtet, dass sich die verschiedenen Futterzusammensetzungen nicht auf die Genexpression auswirken, was darauf schließen lässt, dass eine 20%ige Reduktion von Phosphor und Calcium möglich ist, ohne dass die Tiere ihre Genexpression anpassen müssen. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass die gleichzeitige Reduktion beider Minerale einen geringeren Effekt hat, als die Reduktion nur eines der Mineralien. Im Zusammenhang mit der produktiven Lebensspanne haben die Analysen gezeigt, dass mitochondrielle und mitochondriell regulierende Gene gegensätzlich reagieren, was die Komplexität mt Genexpression und ihrer Regulierung verdeutlicht.
Zusätzlich zu der höheren Varianz der phänotypischen Merkmale und der mt Diversität in LB Hennen gab es Anzeichen für erhöhten oxidativen Stress im Vergleich zu LSL Hennen. Die steigende Genexpression von Genen in Zusammenhang mit oxidativer Phosphorylierung im Verlaufe der produktiven Lebensspanne lässt auf einen höheren Energiebedarf schließen
Enzymatic hydrolysis of vegetable and insect proteins using technical enzyme preparations
Get PDFThe present dissertation covers the usage of technical enzyme preparations (TEPs) for vegetable and insect protein hydrolysis, due to the mounting interest in alternative protein sources to cover the increasing demand for food from a growing world population. The TEPs, as defined in this study, are enzyme preparations that include side activities and are used in food processing. Today, TEPs are used by food manufacturers based on the suppliers information that usually states the main enzyme activity and includes information on side activities only in some cases. However, knowledge about the activity profile is crucial as side activities can contribute to the properties of the protein hydrolysates produced (e.g. degree of hydrolysis [DH], liberation of amino acids) and the final food product quality.
In the first study, an automated photometric analyzer (GalleryTM Plus, Thermo Fisher Scientific) was introduced for the comprehensive activity determination of TEPs. The new setup of the analyzer covered 32 synthetic and natural substrates in order to determine aminopeptidase, carboxypeptidase, dipeptidylpeptidase and endopeptidase activities distinguishably. Accordingly, the overall proteolytic activity of TEPs was quantified and detailed information about the substrate spectra and peptidase side activities was generated. Furthermore, several batches of the industrial TEP Flavourzyme1000L were measured. By determining 32 peptidase activities, batch variations were shown. As Flavourzyme1000L is standardized by its supplier Novozymes on only one activity (leucine aminopeptidase), the additional 31 new peptidase activities determined showed differences of the side activities of the batches. In addition, the study showed that the detailed information of the peptidase activities of the TEPs could explain the properties of the resulting lupine protein hydrolysates (DH and liberation of amino acids). Due to the determination of 32 peptidase activities (so-called activity fingerprint), TEPs were selected specifically to increase, for example, the DH. The two TEPs P278 and DZM were selected due to their complementary peptidase activities, as an example of this study. The combination of these two TEPs resulted in an increase of the DH of 47%. Now, TEPs can be selected targeted more on the basis of their peptidase activities to, for example, increase the hydrolysis efficiency of lupine protein by combining complementary peptidase activities.
In the second study, six food-grade TEPs (Flavourzyme1000L, ProteaseP Amano6SD, DeltazymAPS-M-FG, Promod278, ProteAX-K and PeptidaseR) were investigated regarding their influence on the hydrolysis of soy, pea and canola protein. The hydrolysates were investigated analytically concerning their DH and free amino acid profiles and sensorically concerning the taste attributes umami and bitter. By using a random forest model, the taste attributes bitter and umami were connected to specific peptidase activities (exo- and endopeptidase activities). Furthermore, out of the six selected TEPs, the usage of ProteAX-K showed high umami and low bitter taste of the vegetable protein hydrolysates (soy, pea and canola). In line with the first study, the second study showed that the detailed information of the peptidase activities of the TEPs could explain the properties of the resulting vegetable protein hydrolysates. Based on these new insights, TEPs can be selected more specifically based on their peptidase activity profiles to direct the formation of desired taste attributes of the protein hydrolysates.
In the third study, two TEPs with various peptidase activities (Flavourzyme1000L, ProteaseA Amano2SD) were applied for the hydrolysis of insect proteins. This study investigated the potential of cricket and mealworm protein and their hydrolysates regarding their sensory potential. The sensory profiles of the insect proteins were altered by, firstly, applying proteolytic hydrolysis and then a Maillard reaction (30 min, T = 98°C, 1% (w/v) xylose) to the hydrolysates. The initially earthy-like flavor of the insect proteins resulted in modified taste profiles described by e.g., savory-like attributes, due to both processing steps. Furthermore, 38 odor-active molecules (1 alcohol, 5 acids, 11 aldehydes, 5 ketones and 16 heterocyclic compounds) were identified by gas chromatography-olfactometry (GC-O). The identified molecules are also found in meat and edible seafood products. The third study showed that the flavoring profile of insect proteins was modified and can be developed further by the respective processing.Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Verwendung von technischen Enzympräparaten (TEP) zur Hydrolyse von Pflanzen- und Insektenproteinen. Alternative Proteinquellen sind von zunehmendem Interesse, um die steigende Lebensmittelnachfrage der wachsenden Weltbevölkerung zu decken. In dieser Studie werden TEP als Enzympräparate definiert, die zur Herstellung von Lebensmitteln verwendet werden und meist Nebenaktivitäten aufweisen. In der Regel werden TEP von Lebensmittelherstellern basierend auf den Informationen der Produzenten verwendet. Diese nennen vorwiegend die Hauptenzymaktivität und selten weitere Nebenaktivitäten der Präparate. Detaillierte Informationen über Nebenaktivitäten sind allerdings wesentlich, da diese die Eigenschaften der erzeugten Proteinhydrolyse (z. B. Hydrolysegrad, Freisetzung von Aminosäuren) und die finale Lebensmittelqualität beeinflussen können.
In der ersten Studie wurde ein automatisiertes photometrisches Analysengerät (GalleryTM Plus, Thermo Fisher Scientific) vorgestellt, um TEP umfangreich hinsichtlich ihrer Peptidaseaktivitäten zu bestimmen. Die neue Installierung des Analysengerätes beinhaltete 32 synthetische und natürliche Substrate, um Aminopeptidase-, Carboxypeptidase-, Dipeptidylpeptidase- und Endopeptidaseaktivitäten von TEP differenzierbar zu messen. Dabei wurden die allgemeine proteolytische Aktivität der TEP quantifiziert, sowie detaillierte Informationen über das Substratspektrum und über proteolytische Nebenaktivitäten generiert. Zudem wurden mehrere Chargen des industriellen TEP Flavourzyme1000L gemessen. Durch die Bestimmung der 32 Peptidaseaktivitäten wurden Batchvariationen aufgezeigt. Da Flavourzyme1000L vom Hersteller Novozymes auf nur eine Aktivität (Leucin Aminopeptidase) standardisiert wird, haben die weiteren 31 neu bestimmten Peptidaseaktivitäten die Unterschiede der Nebenaktivitäten aufgezeigt. Ferner hat diese Studie gezeigt, dass die detaillierten Informationen über die Peptidaseaktivitäten der TEP Auswirkungen auf den resultierenden Hydrolysegrad und die Aminosäurefreisetzung von Lupinprotein-hydrolysaten haben. Durch die Bestimmung der 32 Peptidaseaktivitäten (egl. activity fingerprint) wurden TEP gezielt ausgewählt, um beispielsweise den Hydrolysegrad zu erhöhen. Unter anderem wurden die zwei TEP Promod278 und DeltazymAPS-M-FG auf Grund ihrer komplementären Peptidaseaktivitäten ausgewählt und kombiniert, was zu einem Anstieg des Hydrolysegrades um 47% führte. Von nun an können TEP gezielter aufgrund ihrer Peptidaseaktivitäten ausgewählt werden, um durch die Kombination von komplementären Aktivitäten z. B. eine effizientere Hydrolyse zu erzielen.
In der zweiten Studie wurde der Einfluss von sechs lebensmitteltauchglichen TEP (Flavourzyme1000L, ProteaseP Amano6SD, DeltazymAPS-M-FG, Promod278, ProteAX-K, PeptidaseR) auf die Hydrolyse von Soja-, Erbsen- und Canolaprotein untersucht. Die Hydrolysate wurden hinsichtlich des Hydrolysegrads, der Aminosäurefreisetzung und der Geschmacksattribute umami und bitter sensorisch untersucht. Mit Hilfe eines Random Forest Algorithmus wurden diese beiden Geschmacksattribute bestimmten Peptidaseaktivitäten (Exo- und Endopeptidase-aktivitäten) zugeordnet. Ferner zeigte, von den sechs untersuchten TEP, der Einsatz von ProteAX-K einen stark umami und schwach bitteren Geschmack der Pflanzenproteinhydrolysate (Soja, Erbse und Canola). Die Ergebnisse der ersten Studie konnten somit untermauert werden, auch hier konnten die detaillierten Informationen über die Peptidaseaktivitäten der TEPs die Eigenschaften der resultierenden Pflanzenproteinhydrolysate erklären. Durch diese neuen Erkenntnisse können TEP auf Grund ihrer Peptidaseaktivitäten künftig gezielter ausgewählt werden, um die Entwicklung von Geschmacksattributen der Hydrolysate zu beeinflussen.
In der dritten Studie wurden zwei TEP mit verschiedenen Peptidaseaktivitäten (Flavourzyme1000L, ProteaseA Amano2SD) zur Hydrolyse von Insektenprotein eingesetzt. Diese Studie hat das sensorische Potential von Grillenprotein (Acheta domesticus) und Mehlwurmprotein (Tenebrio molitor) und deren Hydrolysate untersucht. Mittels proteolytischer Hydrolyse und anschließender Maillard Reaktion (30 min, T = 98°C, 1% (w/v) Xylose) wurden die Geschmacksprofile der Insektenproteine verändert. Die zunächst erdig schmeckenden Insektenproteine zeigten nach der technologischen Verarbeitung veränderte Geschmacksprofile durch z. B. herzhafte Attribute auf. Ferner wurden 38 geruchsaktive Moleküle (1 Alkohol, 5 Säuren, 11 Aldehyde, 5 Ketone and 16 hetero-zyklische Verbindungen) mittels olfaktorischer Gaschromatographie (GC-O) bestimmt. Die identifizierten Moleküle kommen auch in Fleisch- und essbaren Meerestieren vor. Die dritte Studie hat gezeigt, dass das Geschmacksprofil der Insektenproteine durch technologische Verarbeitung verändert und weiterentwickelt werden kann
Smallholder adaptation through agroforestry : agent-based simulation of climate and price variability in Ethiopia
Get PDFClimate variability has been posing formidable policy challenges in Ethiopia by deteriorating rural livelihoods. Climate variability-induced shocks have a profound impact on smallholder farmers welfare both in the short run via reducing production and increasing output prices and in the long run by depleting productive farm assets and leading them to a poverty trap. However, the impact of shocks on smallholders welfare depends on their choice of adaptation and coping measures to deal with them, which are in turn farmer-specific. This thesis applied an integrated econometric analysis and farm-level simulations to assess smallholder farmers adaptation and coping measures under extreme climate and price variability in Ethiopia. The thesis provides a special focus on the role of investment in small-scale agroforestry to curb the adverse effects of shocks.
Drought, hailstorms, pests, and crop diseases are identified as the most frequent and intense climate variability-induced shocks in Ethiopia. Smallholders dominant adaptation and coping measures for each shock are identified using logistic principal component analysis (LPCA). The application of dimensionality reduction of binary data using LPCA to select smallholder farmers dominant adaptation and coping measures is unique to this study. Results show that planting stress-resistant crops and varieties, early planting, increasing seed rate, and soil and water conservation practices are the dominant ex-ante adaptation measures. Whereas selling livestock, selling assets, reducing consumption, borrowing and replanting are the dominant ex-post coping measures.
In what follows, household-specific drivers of smallholder farmers choice of adaptation and coping measures are disentangled using multivariate probit regression (MVP) for each shock. Gender, knowledge and experience, participation in rural institutions, social networks, resource endowments, and their shock experience and expectation are the significant drivers of farmers choices of ex-ante adaptation and ex-post coping measures. Results suggest that smallholder farmers choice of measures to deal with climate variability-induced shocks is highly distinctive and depends on their socioeconomic settings, experience and knowledge, and their interactions with the environment. Correlation analysis both in LPCA and MVP results show that most of the measures farmers choose are complementary, which implies that no single measure is robust and works best for all farmers. Farmers invest more on ex-post measures than ex-ante measures. Those who invest on tree perennials as ex-ante drought measures are less likely to use severe measures such as selling livestock and other assets in the aftershock.
The econometric analysis in the first part of the thesis establishes a descriptive analysis of smallholder farmers behavioral responses to climate variability-induced covariate shocks. This captures the behavior of farmers in the status quo. However, it does not tell us much about how farmers would behave in different future circumstances, especially with extreme climate and price variability. This requires a prescriptive and descriptive approach with a detailed investigation of farmers behavior down to the plot level. To achieve this objective, the second part of the thesis applies household-level micro-simulation to analyze ex-ante planning and ex-post responses to future climate and price variability, focusing on the role of smallholder farmers investment in woodlot perennials to their livelihoods. The agent-based simulation package - Mathematical Programming-based Multi-Agent Systems (MPMAS) is used for this purpose to capture investment, production, and consumption decisions at the farm household level. A farm decision model representing smallholder farmers in the Upper Nile Basin in Ethiopia is developed accordingly. The farmers in the area are known for their integrated crop-livestock system, and a unique Acacia Dicurrens based emph{taungya} system in the country. This thesis shows a first-time use of an agent-based modeling approach representing the acacia-based emph{taungya} system in the Upper Nile Basin in Ethiopia, which is another contribution of this study.
The farm decision model is validated using empirical data and interactive sessions with experts. Another methodological novelty of this study is developing and using interactive web applications to validate the farm decision model with experts remotely due to the COVID-19 pandemic. Interactive model validation is not new in agent-based modeling using MPMAS. However, the web-based R Shiny app and an integrated web-based expert survey questionnaire app is an original contribution of this study. The study also uses Zoom virtual conferencing to record all interactive validation sessions with experts.
Two simulation experiments were designed to quantify the effects of shocks and price variability on agents livelihoods. The High-Performance Computing platform in Baden Wurttemberg (bwHPC) is used to run simulation experiments for this study. The first simulation experiment aims at measuring the effects of shocks on agents livelihoods and the effectiveness of ex-ante planning to curb the adverse effects of these shocks. The application of model features on agents ex-ante preparation for the possible occurrence of shocks within the farm decision model is a new development in this study. Accordingly, the frequent and intense crop and tree diseases in the area - potato late blight and acacia seedling disease are introduced as shocks in the model. Simulation results show that both potato late blight and acacia seedling disease reduce annual per capita discretionary income significantly and forcing some poor resource agents to fail to fulfill minimum non-food expenditure. The trade-off in agents land-use decisions between trees and crops by agents shows that they prefer to plant trees than crops as an ex-ante planning strategy for shocks.
The second simulation experiment aims at examining the effect of long-run expected price changes, mainly on land-use decisions of agents in the model. Four future price scenarios are designed, and the results are compared with the baseline to examine the effect on agents discretionary income and land-use decisions. The purpose of this simulation experiment is to see if there is a deviance from croplands to woodlots and vise versa based on long-run changes in expected prices. Simulation results show that agents are highly responsive to changes in expected prices in the long run, except for the expected price of bamboo. In cases where there is a decrease in the expected price of acacia charcoal or an increase in the expected price of crops or both, results show that agents will go back to potatoes and wheat-dominated production systems instead of the acacia-dominated production system .
This study suggests that supporting farmer adaptation to climate variability-induced shocks should focus on policy interventions related to crop and land management activities. Policy interventions should also focus on building the household asset base to boost farmers coping ability and resilience to shocks. Moreover, results suggest that robust climate adaptation and mitigation interventions should take the heterogeneity of farmers into account. Furthermore, both econometrics and farm-level simulation analyses show the importance of planting trees as a crucial adaptation strategy. Findings suggest that investment in woodlot perennials is an essential adaptation strategy for smallholder farmers with scarce resource settings and should be promoted and scaled to a broader area in the region.Klimavariabilität hat Äthiopien vor gewaltige politische Herausforderungen gestellt, indem sich die Lebensgrundlagen auf dem Land wesentlich verschlechterten. Durch Klimavariabilität verursachte Schocks haben einen tiefgreifenden Einfluss auf das Wohlergehen von kleinbäuerlichen Betriebs-Haushalten, sowohl kurzfristig durch die Verringerung der Produktion und den Anstieg der Erzeugerpreise als auch langfristig durch die Erschöpfung der produktiven landwirtschaftlichen Vermögenswerte und das Abgleiten in eine Armutsfalle. Die Auswirkungen von Schocks auf die Wohlfahrt von kleinbäuerlichen Betriebs-Haushalten hängen jedoch von der Wahl der Anpassungsmaßnahmen ab, die wiederum haushaltsspezifisch sind. Diese Arbeit wendet integrierte ökonometrische Analysen und Simulationen auf Haushaltsebene an, um die Anpassungsmaßnahmen von Kleinbauern unter extremen Klima- und Preisschwankungen in Äthiopien zu bewerten. Die Arbeit legt einen besonderen Fokus auf die Rolle von Investitionen in kleinbäuerliche Agroforstwirtschaft, um die negativen Auswirkungen von Schocks zu dämpfen.
Dürre, Hagelstürme, Schädlinge und Pflanzenkrankheiten werden als die häufigsten und intensivsten Schocks identifiziert, die durch Klimavariabilität in Äthiopien verursacht werden. Die wichtigsten Anpassungsmaßnahmen der kleinbäuerlichen Betriebs-Haushalte für diese Schocks werden mit Hilfe der logistischen Hauptkomponen- tenanalyse (LPCA) identifiziert. Die Anwendung der Dimensionalitätsreduktion von binären Daten mittels LPCA zur Auswahl der dominanten Anpassungsmaßnahmen der Kleinbauern ist einzigartig in dieser Studie. Die Ergebnisse zeigen, dass der Anbau von stressresistenten Pflanzen und Sorten, die frühe Aussaat, die Erhöhung der Saatgutmenge und boden- und wasserkonservierende Praktiken die dominanten ex-ante Anpassungsmaßnahmen sind. Die dominierenden ex-post Maßnahmen sind der Verkauf von Vieh, der Verkauf von Vermögenswerten, die Reduzierung des Konsums, die Aufnahme von Krediten und die Neubepflanzung.
Im Folgenden werden die haushaltsspezifischen Einflussfaktoren auf die Wahl der Anpassungsmaßnahmen der Kleinbauern mithilfe einer multivariaten Probit-Regression (MVP) für jeden Schock aufgeschlüsselt. Geschlecht, Wissen und Erfahrung, Beteiligung an ländlichen Institutionen, soziale Netzwerke, Ressourcenausstattung sowie die Schockerfahrung und -erwartung sind die signifikanten Einflussfaktoren für die Wahl von ex-ante und ex-post Maßnahmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wahl der Maßnahmen zur Bewältigung von durch Klimavariabilität verursachten Schocks bei Kleinbauern sehr unterschiedlich ausfällt und von ihrem sozioökonomischen Umfeld, ihrer Erfahrung und ihrem Wissen sowie von ihren Interaktionen mit der
Umwelt abhängt. Korrelationsanalysen sowohl in der LPCA als auch in den MVP-Ergebnissen zeigen, dass die meisten von den Landwirten gewählten Maßnahmen komplementär sind, was bedeutet, dass keine einzelne Maßnahme robust ist und gleichermaßen bei allen Landwirte wirkt. Die Landwirte investieren mehr in ex-post-Maßnahmen als in ex-ante-Maßnahmen. Diejenigen, die in die Anpflanzung von Bäumen als ex-ante Maßnahmen investieren, nutzen weniger schwerwiegende Maßnahmen wie den Verkauf von Vieh und anderen Vermögenswerten.
Die ökonometrische Analyse im ersten Teil der Arbeit liefert deskriptive Statistiken der Verhaltensreaktionen von kleinbäuerlichen Betriebs-Haushalten in Bezug auf klimavariabilitätsinduzierte, kovariate Schocks. Dies erfasst das Verhalten der Haushalte im Status quo. Die Analyse sagt jedoch nicht viel darüber aus, wie sich die kleinbäuerlichen Betriebs-Haushalte unter anderen zukünftigen Umständen verhalten würden, insbesondere bei extremer Klima- und Preisvariabilität. Dies erfordert einen präskriptiven und deskriptiven Modellansatz mit einer detaillierten Untersuchung des Verhaltens der Landwirte bis hinunter auf die Parzellenebene. Um dieses Ziel zu erreichen, wendet der zweite Teil der Arbeit eine Mikrosimulation auf Haushaltsebene an, um die ex-ante Planung und die ex-post Reaktionen auf zukünftige Klima- und Preisschwankungen zu analysieren, wobei der Schwerpunkt auf der Rolle der Investitionen in Agroforstsysteme liegt. Das agentenbasierte Simulationspaket MPMAS wird zu diesem Zweck verwendet, um Investitions-, Produktions- und Verbrauchsentscheidungen auf der Ebene der landwirtschaftlichen Haushalte zu erfassen. Ein landwirtschaftliches Entscheidungsmodell, das Kleinbauern im oberen Nilbecken in Äthiopien repräsentiert, wird entsprechend entwickelt. Die Landwirtschaft in diesem Gebiet ist bekannt für ihr integriertes Ackerbau-Viehzucht-System und ein im Land einzigartiges, auf Acacia Dicurrens basierendes Taungya-System. Diese Arbeit zeigt den erstmaligen Einsatz eines agentenbasierten Modellierungsansatzes, der das Taungya-System im oberen Nilbecken in Äthiopien darstellt, was ein weiterer Beitrag dieser Studie ist.
Das landwirtschaftliche Entscheidungsmodell wird anhand empirischer Daten und interaktiver Modellierungs-Sessions mit Experten validiert. Eine weitere methodische Neuheit dieser Studie ist die Entwicklung und Verwendung interaktiver Webanwendungen zur Online-Validierung des landwirtschaftlichen Entscheidungsmodells mit Experten aufgrund der COVID-19-Pandemie. Die interaktive Modellvalidierung ist bei der agentenbasierten Modellierung mit MPMAS nicht neu. Die webbasierte R Shiny-App und eine integrierte webbasierte App zur Expertenbefragung ist jedoch ein originärer Beitrag dieser Studie. Die Studie verwendet auch virtuelle Zoom-Konferenzen, um alle interaktiven Validierungs-Sessions mit Experten aufzuzeichnen.
Zwei Simulationsexperimente wurden entworfen, um die Auswirkungen von Schocks und Preisschwankungen auf den Lebensunterhalt der Modellagenten zu quantifizieren. Die High-Performance Computing Plattform in Baden Württemberg (bwHPC) wird genutzt, um Simulationsexperimente für diese Studie durchzuführen. Das erste Simulationsexperiment zielt darauf ab, die Auswirkungen von Schocks auf den Lebensunterhalt der Modellagenten und die Effektivität der Ex-ante-Planung zur Eindämmung der negativen Auswirkungen dieser Schocks zu messen. Die Anwendung von Modellmerkmalen zur Ex-ante-Vorbereitung der Agenten auf das mögliche Auftreten von Schocks innerhalb des landwirtschaftlichen Entscheidungsmodells ist eine neue Entwicklung in dieser Studie. Dementsprechend werden die häufig auftretenden Pflanzen- und Baumkrankheiten in der Region - die Kraut-und Knollenfäule der Kartoffel und die Akazienkrankheit - als Schocks in das Simulationsmodell eingeführt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass sowohl die Kraut- und Knollenfäule als auch die Akazienkrankheit das jährliche frei verfügbare Pro-Kopf-Einkommen signifikant reduzieren und bei einigen armen Agenten-Haushalte auch die Mindestnahrungsverfügbarkeit nicht mehr sichergestellt ist. Der Trade-off in den Landnutzungsentscheidungen der Agenten zwischen Bäumen und Feldfrüchten zeigt, dass sie als Ex-ante-Planungsstrategie für Schocks lieber Bäume als Feldfrüchte pflanzen.
Das zweite Simulationsexperiment zielt darauf ab, den Effekt von langfristig erwarteten Preisänderungen zu untersuchen, hauptsächlich auf Landnutzungsentscheidungen der Agenten im Modell. Es werden vier zukünftige Preisszenarien entworfen, um die Auswirkungen auf das tatsächlich frei verfügbare Einkommen der Agenten und die Landnutzungsentscheidungen zu untersuchen. Der Zweck dieses Simulationsexperiments ist es, zu sehen, ob es eine Umwandlung von Ackerland zu Baumflächen und umgekehrt gibt, basierend auf langfristigen Änderungen der erwarteten Preise. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Agenten langfristig stark auf Änderungen der erwarteten Preise reagieren, mit Ausnahme des erwarteten Preises für Bambus. In den Fällen, in denen der erwartete Preis für Akazienholzkohle sinkt oder der erwartete Preis für Feldfrüchte steigt oder beides, zeigen die Ergebnisse, dass die Agenten zu den von Kartoffeln und Weizen dominierten Produktionssystemen zurückkehren, anstatt zu dem von Akazien dominierten Produktionssystem.
Diese Studie legt nahe, dass sich die Unterstützung der Anpassung der Landwirte an durch Klimavariabilität verursachte Schocks auf politische Interventionen konzentrieren sollte, die sich auf Anbau- und Landmanagementaktivitäten beziehen. Politische Interventionen sollten sich auch auf den Aufbau der Vermögensbasis der Haushalte konzentrieren, um die Anpassungsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit der Bauern gegenüber Schocks zu stärken. Darüber hinaus legen die Ergebnisse nahe, dass robuste Maßnahmen zur Klimaanpassung und -minderung die Heterogenität der Landwirte berücksichtigen sollten. Darüber hinaus zeigen sowohl ökonometrische als auch Simulationsanalysen auf Betriebsebene die Bedeutung des Anpflanzens von Bäumen als eine entscheidende Anpassungsstrategie. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Investitionen in Agroforstsystemen eine wesentliche Anpassungsstrategie für Kleinbauern mit knappen Ressourcen sind, entsprechend gefördert und auf ein größeres Gebiet in der Region ausgeweitet werden sollten
Host-virus interactions in infection with Acanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 : regulation of gene expression of early genes and of the ubiquitin system
Get PDFAcanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 (ATCV-1) ist ein Virus der Gattung Chloroviren, das die einzellige Grünalge Chlorella heliozoae infiziert. Die Infektion mit ATCV-1 verläuft tödlich für die Algenzelle und basiert auf der korrekten Expression der 860 hypothetischen Virusgene. Diese Gene werden in frühe, früh/späte und späte Gene unterteilt und werden je nach deren Proteinfunktion zu unterschiedlichen Zeitpunkten exprimiert. Die Genexpression wird von den entsprechenden viralen Promotoren reguliert und kann von viralen oder wirtseigenen Transkriptionsfaktoren beeinflusst werden. Die Stabilität aller Proteine wird von dem Ubiquitin-System des Wirtes reguliert. In dieser Studie wurde die Expression der frühen viralen Gene und des durch ATCV-1 regulierten Ubiquitin-vermittelten Proteinabbaus untersucht.
Durch die Untersuchungen der Promotoren der frühen Gene von ATCV-1 (Z174L, Z765R, Z798L) wurden Consensus-Sequenzen identifiziert (u. a. Hex- Motiv und TATA-Box), die von viralen, aber vor allem von Transkriptionsfaktoren des Wirtes, gebunden werden können. Eine direkte Regulation der frühen Promotoren mit Hex-Motiv wurde durch die in vivo Interaktionen mit G-Box bindenden Faktoren bestätigt. Neben diesem neuen Regulationsmechanismus zur Expression früher viraler Gene wurden Hinweise auf weitere Mechanismen zur Regulation früher Gene mit anderen Consensus-Sequenzen (AATGACA) gefunden. Im zweiten Teil dieser Studie konnten drei virale Proteine als Proteine des Ubiquitin-Systems identifiziert werden: ein virales Ubiquitin (Z203L), eine virale RING E3-Ligase (Z292L) und ein virales SKP1-Protein (Z339L). Mit Hilfe dieser Proteine ist ATCV-1 in der Lage, in das Ubiquitin-System des Wirtes einzugreifen. Während die E3-Ligasen für die spezifische Ubiquitinierung der Zielproteine (z. B. Z292L bei Enolase) verantwortlich sind, sorgt die zusätzliche Expression eines viralen Ubiquitins für eine ausreichende Menge an Signalprotein.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen ein breites Spektrum an Wirt-Virus Wechselwirkungen auf der Ebene der Genregulation und beim Proteinabbau. ATCV-1 kann die Wirtsfaktoren zur Einleitung seiner Genexpression nutzen und mithilfe der im viralen Genom enthaltenen Komponenten des Ubiquitin- Systems, den Proteinabbau des Wirtes umprogrammierenAcanthocystis turfacea Chlorella Virus 1 (ATCV-1) is a virus of the genus Chloroviruses that infects the unicellular green alga Chlorella heliozoae. The infection with ATCV-1 is lethal for the algae and requires the correct expression of the 860 hypothetical virus genes. These genes are divided into early, early/late and late genes which are expressed at different times, depending on their protein function. Gene expression is regulated by their corresponding viral promoters and can be controlled by viral or host-specific transcription factors. The stability of proteins is regulated by the hosts ubiquitin system. This study investigated the expression of early viral genes and the ubiquitin- mediated protein degradation regulated by ATCV-1.
By investigating the promoters of the early genes of ATCV-1 Z174L, Z765R and Z798L respectively, consensus sequences were identified including a Hex motif and a TATA box that can be bound by viral, but most importanly, host transcription factors. By in vivo interactions with G-box binding factors, a direct regulation of the early promoters, including aforementioned Hex motif, could be demonstrated. Along with this new regulatory mechanism for the expression of early viral genes, evidence for additional mechanisms for the regulation of early genes with different consensus sequences, such as AATGACA, were found. In the second part of this study, three novel viral proteins were identified as proteins of the ubiquitin system: a viral ubiquitin (Z203L), a viral RING E3 ligase (Z292L) and a viral SKP1 protein (Z339L). Experiments have shown that ATCV-1 is able to interfere with the hosts ubiquitin system using these proteins. Although the E3 ligases are responsible for the specific ubiquitination of the target proteins (e.g. Z292L in the case of enolase), the additional expression of a viral ubiquitin ensures a sufficient amount of the signal protein is present.
The results of this study demonstrate a wide range of host-virus interactions at the level of gene regulation and protein degradation. ATCV-1 can use host factors to initiate its own gene expression and, with the help of the components of the ubiquitin system encoded in the viral genome, reprogram the hosts protein degradation
The bioeconomy potential of hemp (Cannabis sativa L.) : challenges of new genotypes and cultivation systems to meet the rising demand for phytocannabinoids
Get PDFCannabis sativa L. as a prime example of a multifunctional crop is excellently suited for recycling management due to its versatility and the usability of the whole plant. Cannabis currently experiences a boom due to its rich phytochemical repertoire, its fibres and valuable oil required in numerous products, and its unique agricultural properties. The medical benefits of C. sativa, based on the phytocannabinoids available in flowers and leaves, are the main focus of attention worldwide. Innovative markets in the food, cosmetics and pharma industry are growing fast, with a focus on cannabidiol (CBD), which is the leading cannabinoid of the cannabis plant. Basically, it is important to differentiate between industrial hemp genotypes and phytocannabinoid-rich (PCR) cannabis genotypes. Industrial hemp meet the 0.2% THC limit mandated by the EU legislation, and therefore, can be legally cultivated by farmers on a field scale. PCR genotypes contain high amounts of non-psychoactive cannabinoids such as CBD and cannabigerol (CBG) in the range of 10 30% while their THC content is also below 0.2%. These genotypes are currently being bred but are still barely available on the market. Cannabinoid extraction from industrial hemp cultivated on a field scale could provide a decisive advantage as the harvested biomass quantities could be significantly increased through better land use and cost management, compared to an indoor system. The multi-functionality of the industrial hemp can provide added economic value. Therefore, existing cultivation systems for fibre and oilseed production have to be modified as the harvesting time and harvested organ are expected to differ greatly from those of the present systems. In order to achieve this, publication I dealt with the objective, to determine the yield potential of different EU-registered hemp genotypes with regard to inflorescence and biomass yield as well as cannabinoid content, depending on genotype, growth stage and biomass fraction in an outdoor cultivation system. The cultivation of seven industrial hemp genotypes (Finola, Fédora17, Ferimon, Félina32, Futura75, USO 31 and Santhica27) was carried out in a two-year field experiment. Sampling of leaves and inflorescence, took place at four specific growth stages: vegetative leaf stage, bud stage, full-flowering stage, and seed maturity stage. Dry matter was recorded, and cannabinoids were analysed. The results indicated that the content of cannabinoids highly depended on the genotype and the growth stage. Thus, biomass and inflorescence yields must be considered for an optimized harvest result. Genotype Santhica27 indicated the highest contents of CBG/A. Further, it was found that genotypes such as Futura75, Fédora17, Félina32, Ferimon, Finola and Santhica27, which were highlighted to have a higher CBD/A or CBG/A content compared to other evaluated genotypes, reached the highest yields of threshing residues after seed maturity, and thus a higher CBD/A and CBG/A yield per area. In conclusion, harvesting after seed maturity seems to be economically beneficial. These findings make selected industrial hemp genotypes excellent candidates for multipurpose cropping.
Additionally, the thesis aimed at further standardization of PCR genotypes in indoor cultivation systems. Due to the prescribed requirement of high-quality medical cannabis material, indoor cultivation is in focus as under the system all production parameters can be standardized. The production of cannabinoids under indoor conditions is expensive due to processing costs and regulatory limitations, thus there is an increasing interest in using the available space requirements efficiently. Publication II evaluated the adaptation of the plant architecture, through the targeted use of synthetic phytohormones, aiming for a small and compact plant morphology for various indoor systems. The objective was, to test the impact of exogenously applied plant growth regulators (PGRs), such as NAA, BAP and a mixture (NAA/BAP-mix) of both on the plant architecture of different PCR genotypes. Therefore, genotypes were treated with synthetic phytohormones in various concentrations in a greenhouse experiment. Furthermore, the differences in leaf and flower yields resulting from morphological changes in these genotypes and their CBD/A content was investigated. A genotype-specific impact of applied PGRs on the plant architecture was determined. NAA led to more compact plants with a consistently high floral yield for genotype KANADA, whereas CBD/A content was not affected. Genotypes 0.2x and FED showed reduced floral yields due to the PGRs applications. Publication III dealt with the evaluation of the growth performance of PCR genotypes grown in different substrate compositions substituted with peat alternatives in an indoor cultivation system. The impacts of the following substrate compositions: peat-mix growth media (PM); peat-mix substituted with 30% of green fibres (G30) consisting of coniferous wood and wood chips from pine and spruce wood growth media, and coco coir fibres (CC), on growth performance, biomass and flower yields, biomass nitrogen (N) content as well as CBD/A contents were tested. The results showed that the different substrates had significant impacts on the growth, biomass and floral yields, root development and N tissue content of the tested genotypes. A genotype-specific reaction on floral yield was investigated. While genotype KANADA had the highest floral yields when grown in PM, 0.2x showed no significant differences, with higher floral yields grown in G30 and CC. For both genotypes, no limiting effect on CBD/A content was enacted. It can be concluded, that organic peat alternatives such as green fibres, partly replacing peat in standard growing media, offers a genotype-specific option.Cannabis sativa L. eignet sich aufgrund der Möglichkeit, die ganze Pflanze zu nutzen, hervorragend für die Kreislaufwirtschaft und ist daher ein Paradebeispiel für eine multifunktionale Nutzpflanze. Die Cannabispflanze erlebt derzeit einen Boom aufgrund ihres reichhaltigen Repertoires an sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, ihrer Fasern und ihres wertvollen Öls in zahlreichen Industriezweigen sowie ihrer positiven landwirtschaftlichen Eigenschaften. Das Hauptaugenmerk liegt dabei im medizinischen Nutzen, basierend auf den in Blüten und Blättern vorhandenen Phytocannabinoiden. Es ist wichtig, zwischen Nutzhanf Genotypen und phytocannabinoid-reichen (PCR) Genotypen zu unterscheiden. Nutzhanf erfüllt den von der EU-Gesetzgebung vorgeschriebenen THC-Grenzwert von 0,2% und kann daher im Feldmaßstab legal angebaut werden. PCR Genotypen, enthalten hohe Mengen an nicht-psychoaktiven Cannabinoiden, wie CBD und Cannabigerol (CBG), in einem Bereich von 1030%, während ihr THC-Gehalt unter 0,2% liegt. Diese Genotypen werden derzeit gezüchtet und sind noch kaum auf dem Markt erhältlich. Die Cannabinoid-Extraktion von aus Nutzhanf gewonnenen Rohstoffen, könnte einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bieten, da die geerntete Biomasse durch eine bessere Flächennutzung und mehr Kosteneffizienz im Vergleich zu einem Indoor-Produktionssystem deutlich erhöht werden könnte. Darüber hinaus kann die Multifunktionalität der Nutzhanfpflanze einen wirtschaftlichen Mehrwert bieten. Bestehende Anbausysteme für die Faser- und Ölsaatenproduktion müssen neu entwickelt werden, da sich der Erntezeitpunkt und Ernteorgan stark von den bisherigen Systemen unterscheiden dürften. Um dies zu erreichen, befasst sich Publikation I mit folgenden Zielen: Ermittlung des Ertragspotenzials verschiedener Nutzhanf Genotypen hinsichtlich Blütenstand- und Biomasseertrag sowie Cannabinoidgehalt in Abhängigkeit von Genotyp, Wachstumsstadium und Biomassefraktion in einem Freilandanbausystem.
In einem zweijährigen Feldversuch wurden sieben Nutzhanf Genotypen (Finola, Fédora17, Ferimon, Félina32, Futura75, USO31 und Santhica27) angebaut. Die Beprobung von Blättern und Blütenständen erfolgte zu vier spezifischen Wachstumsstadien: vegetatives Blattstadium, Knospenstadium, Vollblütestadium und zur Samenreife. Die Trockensubstanz wurde erfasst sowie der Cannabinoidgehalt analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass der Gehalt an Cannabinoiden stark vom Genotyp und dem Wachstumsstadium abhängt. Daher müssen für ein optimales Ernteergebnis die Biomasse und der Ertrag der Blütenstände berücksichtigt werden. Der Genotyp Santhica27 wies den höchsten Gehalt an CBG/A auf. Die Genotypen Futura75, Fédora17, Félina32, Ferimon, Finola und Santhica27, welche die höchsten CBD/A- bzw. CBG/A Gehalte aufwiesen hatten zur Samenreife die höchsten Biomasseerträge an Druschrückständen und somit einen höheren CBD/A- und CBG/A-Ertrag pro Fläche. Folglich ist eine Ernte nach der Samenreife wirtschaftlich vorteilhaft. Diese Ergebnisse machen ausgewählte Nutzhanf Genotypen zu idealen Kandidaten für den Mehrzweckanbau in Bezug auf Biomasseproduktion und CBD/A- bzw. CBG/A-Gewinnung, um das volle Potenzial der Hanfpflanze auszuschöpfen. Zusätzlich befasste sich die Arbeit mit einer weiteren Standardisierung von PCR Genotypen in Indoor-Anbausystemen. Aufgrund der vorgeschriebenen hohen Qualitätsanforderungen für medizinisches Cannabismaterial rückt der Indoor-Anbau immer mehr in den Fokus, da alle Produktionsparameter standardisiert werden können. Die Produktion von Cannabinoiden unter Indoor-Bedingungen ist aufgrund von Verarbeitungskosten und regulatorischen Einschränkungen teur. Daher wird eine kosteneffektive Produktionskette angestrebt. In Publikation II wurde die Anpassung der Pflanzenarchitektur durch den gezielten Einsatz von synthetischen Phytohormonen evaluiert. Mit dem Ziel eine kleine und kompakte Pflanzenmorphologie mit hohen Blütenerträgen zu generieren. Dies umfasste folgende Zielsetzungen: den Einfluss exogen applizierter Pflanzenwachstumsregulatoren (PGRs), wie NAA, BAP und einer Mischung (NAA/BAP-Mix) aus beiden auf die Pflanzenarchitektur verschiedener PCR Genotypen zu prüfen. Darüber hinaus den Biomasseertrag sowie den CBD/A Gehalt zu bestimmen. In einem Gewächshausexperiment wurden die Genotypen mit synthetischen Phytohormonen in verschiedenen Konzentrationen behandelt. Als Ergebnis wurde ein genotyp-spezifischer Einfluss der applizierten PGRs auf die Pflanzenarchitektur festgestellt. NAA führte beim Genotyp KANADA zu einer kompakteren Pflanzenmorphologie mit einem konstant hohen Blütenertrag, während der CBD/A-Gehalt nicht beeinflusst wurde. Die Genotypen 0.2x und FED zeigten durch die Anwendungen reduzierte Blütenerträge.
Publikation III befasste sich mit der Bewertung von Ertragsparametern und CBD Gehalt von PCR Genotypen, welche in verschiedenen Substratzusammensetzungen in einem Indoor-Topfanbausystem kultiviert wurden. In einem Gewächshausexperiment wurde der Einfluss folgender Substratzusammensetzungen: Torf-Mix (PM); Torf-Mix, substituiert mit 30% Grünfasern (G30), und Kokosfaser (CC), auf Wachstumsleistung, N-Gehalt, Wurzelwachstum sowie CBD/A-Gehalt untersucht. Die verschiedenen Substrate zeigten signifikante Auswirkungen auf die Wachstumsleistung und die Wurzelentwicklung der getesteten Genotypen. Es wurde eine genotyp-spezifische Reaktion auf den Blütenertrag untersucht wobei kein limitierender Effekt auf den CBD/A-Gehalt festgestellt wurde. Es lässt sich schlussfolgern, dass organische Torfalternativen wie Grünfasern, die Torf in Standardtopfsubstraten teilweise ersetzen, eine genotyp-spezifische Option bieten
Bone ash data in the context of phosphorus and phytase evaluation in poultry
Get PDFPhosphorus (P) is an essential element that is crucial for various metabolic processes in the body of animals and humans. To keep the animals healthy and to obtain food products rich in nutrients, an adequate P supply is indispensable. Plant feedstuffs, the main components of poultry diets, contain P in a form that is only partially available to poultry. For this reason, poultry diets are often supplemented with mineral P. However, global rock phosphate reserves, where mineral P is mined from, are limited. Additionally, excessive P supply should also be avoided because of the environmental impact of P accumulation in the soil. Consequently, P supply not exceeding the requirements of poultry is essential to ensure animal wellbeing and to protect the environment. In order to feed diets with adequate concentrations of P, it is necessary to have suitable approaches for the determination of available P in the animal. The availability of P varies widely between feed components and it is also influenced by feed supplements and other factors. Bone ash analysis is an often-used tool to evaluate the relative bioavailability of P since a high amount of P is stored in the bones. A standard assay for bone ash analyses has never been agreed on. Therefore, many different approaches are described in the literature with an unknown impact on the results of P bioavailability studies.
The main objective of the present thesis was to examine the suitability of bone ash data for the evaluation of available P in poultry with emphasis on methodological aspects. Therefore, different studies with broiler chickens and Japanese quail were conducted. The experiments comprised various aspects related to P availability in poultry. The effect of feed supplements in the form of phytase products, myo-inositol and a coccidiostat were evaluated. Furthermore, quantitative genetic analyses were performed. All experiments had in common that tibiotarsus (tibia) or foot ash data or both were used for the examination of the relative bioavailability of P. Based on the data that accrued during the studies described in the four manuscripts of this thesis, comprehensive methodological analyses were performed.
The tibia and foot were compared regarding their appropriateness as a trait for the evaluation of the relative bioavailability of P by using bone ash data. The relationship between the two traits was investigated, as well as the relationship between foot or tibia ash and quantitative P measurements. Additionally, P concentration in the ash of both bone fractions was analysed and compared. Results indicated only minor differences between tibia and foot ash data. No clear preference for one of them could be deduced from the data.
The left and right feet of broiler chickens were compared in terms of both ash concentration and total ash amount. Significant differences between the two feet of the same animal were detected for both traits. Consequently, not only the choice of the bone fraction but also of the body side should be considered when sampling for bone ash data.
Ash data are mostly expressed as a concentration of the dry matter content of the bone. Also possible is the use of the absolute ash amount. The relationship of both ways of expression with traits of quantitative P measurements was analysed by using correlation coefficients and regression analyses. Results showed that the absolute ash amount was at least as suitable as ash concentration but has the advantage that it is easier to determine.
Possible selection procedures for animals for bone ash analyses were simulated with data from two of the experiments. Often it is not possible to use all animals involved in an experiment for bone ash analyses. Therefore, the influence of sampling frequency and selection method on the outcome of P availability studies was evaluated. Results indicated that the number and selection method of animals for bone ash data might influence the results. However, it was not possible to recommend a specific selection method based on the obtained results.
Estimates of heritability and genetic correlations showed the suitability of bone ash data as a proxy trait for P efficiency breeding of poultry. The absolute amount of bone ash data appeared to be most promising for this purpose.
Bone ash data are a very useful and easy to determine trait to estimate the relative bioavailability of P. However, investigations performed in this thesis showed the importance of a careful selection of methods. A standardised assay would be helpful to obtain meaningful and more comparable estimates of relative P bioavailability.Phosphor (P) ist für Tiere und Menschen ein essenzielles Element, das für zahlreiche Stoffwechselvorgänge im Körper benötigt wird. Eine ausreichende Versorgung mit P ist unabdingbar, um Tiere gesund zu erhalten und um nährstoffreiche Lebensmittel zu erzeugen. Der Hauptbestandteil von Geflügelrationen sind pflanzliche Futtermittel. Diese enthalten P in einer Form, die nur teilweise für Geflügel nutzbar ist. Deshalb werden Geflügelrationen meist mit mineralischem P ergänzt. Dieser mineralische P wird aus Gesteinsphosphaten gewonnen, deren global vorhandene Ressourcen begrenzt sind. Zusätzlich ist auch eine übermäßige Versorgung der Tiere mit P zu vermeiden, da große Mengen an P-Ausscheidungen negative Auswirkungen auf die Umwelt durch die Anreicherung im Boden haben. Daher ist eine Versorgung der Tiere nahe an ihrem Bedarf notwendig, um ihre Gesundheit und die Umwelt zu schützen. Für eine Fütterung der Tiere nahe an ihrem P-Bedarf ist es notwendig, geeignete Verfahren für die Bestimmung des im Tier verfügbaren P anwenden zu können. Der Anteil an verfügbarem P variiert stark zwischen verschiedenen Futterbestandteilen und wird von Futterzusätzen und anderen Faktoren beeinflusst. Eine weit verbreitete Möglichkeit hierfür ist die Ermittlung der relativen Bioverfügbarkeit von P anhand von Knochenasche-Daten. Ermöglicht wird dieses Verfahren durch die große Menge an P, die in den Knochen eingelagert ist. Für die Verwendung von Knochenasche gibt es allerdings kein standardisiertes Vorgehen, was dazu führt, dass viele verschiedene Methoden in der Literatur beschrieben sind. Der Einfluss von verschiedenen Vorgehensweisen auf die Ergebnisse der Arbeiten, die die relative Bioverfügbarkeit von P untersuchen, ist unbekannt.
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, die Eignung von Knochenasche-Daten für die Ermittlung des verfügbaren P bei Geflügel zu überprüfen. Der Schwerpunkt lag dabei auf methodischen Gesichtspunkten. Für diesen Zweck wurden verschiedene Versuche mit Broilern und Japanischen Wachteln durchgeführt. Diese beinhalteten verschiedene Aspekte der Verfügbarkeit von P bei Geflügel. Analysiert wurden die Auswirkungen von verschiedenen Futterzusätzen wie Phytasen, myo-Inositol und einem Kokzidiostatikum. Außerdem wurde eine quantitative genetische Auswertung durchgeführt. Die Gemeinsamkeit aller Versuche bestand darin, dass Tibiotarsus- (Tibia) oder Fußasche oder die Asche beider Knochenfraktionen für die Bestimmung der relativen Bioverfügbarkeit von P verwendet wurden. Anhand der Daten, die in den vier Manuskripten dieser Dissertation beschrieben wurden, wurden umfassende methodische Auswertungen durchgeführt.
Die beiden Knochenasche-Fraktionen Tibia und Fuß wurden im Hinblick auf ihre Eignung als Merkmal für die Beurteilung der relativen P-Bioverfügbarkeit verglichen. Dabei wurde die Beziehung der beiden Knochenasche-Fraktionen zueinander ebenso betrachtet wie ihre Beziehung zu Merkmalen der quantitativen P-Bewertung. Auch der P-Gehalt in der Asche des jeweiligen Knochenfraktion wurde analysiert und verglichen. Dabei zeigte sich, dass Tibia und Fuß sich in allen untersuchten Aspekten sehr ähnlich verhielten. Eine Entscheidung zwischen der Verwendung von Tibia- und Fußasche kann nach aktuellem Kenntnisstand anhand der bevorzugten Probenahme getroffen werden.
Der rechte und linke Fuß von Broilern wurden sowohl im Hinblick auf ihre Aschekonzentration als auch auf die absolute Aschemenge verglichen. Dabei konnten für beide Merkmale signifikante Unterschiede zwischen den beiden Füßen desselben Tieres festgestellt werden. Somit sollte nicht nur die Wahl des Körperteils, sondern auch die der Körperseite bei der Gewinnung von Probenmaterial für Aschedaten berücksichtigt werden.
In der Literatur werden Aschedaten meist als Konzentration in Bezug auf die Trockenmasse der Tibia oder des Fußes angegeben. Es ist jedoch auch die Verwendung der absoluten Aschemenge möglich. Das Verhältnis der beiden Varianten mit Merkmalen der quantitativen P-Bewertung wurde mit Hilfe von Korrelationskoeffizienten und Regressionsanalysen verglichen. Dabei zeigte sich, dass die absolute Aschemenge mindestens ebenso gut geeignet ist wie die Aschekonzentration, jedoch den Vorteil der einfacheren Bestimmung hat.
Anhand der Daten aus zwei der beschriebenen Versuche wurden mögliche Auswahlverfahren von Tieren für Knochenasche-Analysen simuliert. Häufig ist es nicht möglich, alle Tiere, die an einem Versuch beteiligt sind, für die Analyse von Knochenasche zu verwenden. Daher sollte der Einfluss von Anzahl und Auswahlverfahren der Tiere auf das Ergebnis von Versuchen, die die Bewertung von verfügbarem P als Ziel haben, ausgewertet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Anzahl und Auswahlmethode der Tiere die Ergebnisse dieser Versuche beeinflussen können. Es war anhand der Daten jedoch nicht möglich, ein spezifisches Auswahlverfahren zu empfehlen.
Die Berechnung von Heritabilitäten und genetischen Korrelationen zeigte die grundsätzliche Eignung von Knochenasche-Daten als Hilfsmerkmal für die Züchtung von Geflügel mit einer höheren P-Effizienz. Als besonders vielversprechend erwies sich dabei die absolute Menge an Fußasche.
Knochenasche-Daten sind ein sehr nützliches und einfach zu ermittelndes Merkmal für die Ermittlung der relativen Bioverfügbarkeit von P. Die Untersuchungen, die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführt wurden, zeigen jedoch die Bedeutung einer gewissenhaften Methodenauswahl. Ein standardisiertes Verfahren wäre hilfreich, um aussagekräftige und besser vergleichbare Schätzungen der relativen Bioverfügbarkeit von P zu erhalten
Morphological and chemical plant properties mediate host plant selection of whiteflies (Hemiptera: Aleyrodidae)
Get PDFWhiteflies are among the most important pests causing severe damage to numerous cultivated and ornamental plants worldwide. The present dissertation comprises four studies and contributes to the knowledge of the host plant selection process by whiteflies.
In the first study, host preferences were determined in dual choice tests for Aleyrodes proletella (L.), Bemisia tabaci (Genn.), and Trialeurodes vaporariorum (Westw.) on several host plants. On the one hand, this study extends the knowledge on the food spectrum of these economically important pests; on the other hand, the results highlight the host adaptation of whiteflies.
The second study elucidated potential sources of host plant resistance against A. proletella, B. tabaci, and T. vaporariorum by recording their probing and feeding behaviour on two host plants each using the electrical penetration graph (EPG) method. It is concluded that whiteflies decide upon host plant acceptance by evaluation of multiple plant factors located in epidermal and/or mesophyll tissues of leaves as well as in the phloem sap of plants. Moreover, epicuticular leaf waxes are a key factor in the host selection process of A. proletella. It is hypothesized that constituents of the leaf surface wax act as stimulants promoting leaf penetration and phloem accession. The findings of this study shed light on the whitefly-host adaptation.
The goal of the third study was to identify the role of epicuticular leaf waxes of several Brassica cultivars in the host selection process of A. proletella. For this purpose, dual choice tests were carried out on both waxy and dewaxed plant leaves as well as on Parafilm® treated with different leaf wax extracts. Also, life-history traits were monitored on waxy and dewaxed leaves, and the feeding activity of A. proletella was recorded on Parafilm® with and without leaf wax extracts. Scanning electron microscopy (SEM) imaging was used to visualize epicuticular leaf waxes on the plant surface. Finally, it was proved that leaf surface waxes of host plants promote feeding and act as phagostimulants. Although the wax compounds mediating host plant selection remain unknown, these findings offer breeding potential for resistant crop cultivars.
In the fourth study, the influence of free phloem amino acids on the host plant selection of T. vaporariorum was investigated. Via liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), the amino acid profiles in the phloem sap of six vegetable crops varying in their host plant attractiveness were analysed. Subsequently, stepwise multiple regressions of the relative amino acid compositions and the pre-determined host plant preferences were performed. To verify the contribution of single amino acids on host choice, dual choice tests on sucrose media with and without added single amino acids were carried out. Single amino acids play an active role in phagostimulation, whereas some amino acids exert strong inhibitory effects. This indicates that the dominant presence of such amino acids might reduce phloem sap uptake, thus contributing to host plant resistance towards T. vaporariorum.
Overall, this research compared the host selection process of three whitefly species to identify their underlying mechanisms. It is hypothesized that the observed host selection strategies are the result of evolutionary adaptations between whiteflies and their host plants. Depending on the occupied ecological niche, species-specific host plant ranges of varying complexity were formed. Accordingly, the host selection process of the more specialised species A. proletella is particularly efficient by consideration of characteristic leaf surface wax stimuli. In contrast, host selection of the extreme generalists B. tabaci and T. vaporariorum is regulated by simple gustatory stimuli in order to take advantage of the host diversity they are offered. The findings of this research provide the basis for new approaches to optimizing breeding programs for whitefly resistant crops.Weiße Fliegen zählen zu den bedeutendsten Schädlingen, die weltweit erhebliche Schäden an zahlreichen Kultur- und Zierpflanzen verursachen. Die vorliegende Dissertation umfasst vier Studien und gibt Aufschluss über den Auswahlprozess von Wirtspflanzen durch Weiße Fliegen.
In der ersten Studie wurden in Dual-Choice-Tests die Wirtspräferenzen von Aleyrodes proletella (L.), Bemisia tabaci (Genn.) und Trialeurodes vaporariorum (Westw.) für mehrere Wirtspflanzen bestimmt. Einerseits erweitert diese Studie den Kenntnisstand hinsichtlich des Nahrungsspektrums dieser wirtschaftlich bedeutenden Schädlinge, andererseits unterstreichen die Ergebnisse die Wirtsanpassung der Weißen Fliege.
Die zweite Studie beleuchtete anhand der Aufzeichnung des Probe- und Nahrungsaufnahmeverhaltens von A. proletella, B. tabaci und T. vaporariorum an je zwei Wirtspflanzen potenzielle Quellen der Wirtspflanzenresistenz mittels der electrical penetration graph (EPG)-Methode. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Weiße Fliegen anhand der Bewertung mehrerer Pflanzenfaktoren, die sich sowohl in den epidermalen und/oder mesophyllischen Gewebsschichten der Blätter als auch im Phloemsaft der Pflanzen befinden, über die Akzeptanz einer Wirtspflanze entscheiden. Darüber hinaus stellen epikutikuläre Blattwachse einen Schlüsselfaktor im Wirtsselektionsprozess von A. proletella dar. Daraus lässt sich die Hypothese ableiten, dass Bestandteile des Blattoberflächenwachses als Stimulanzien wirken, die die Blattpenetration und das Erreichen des Phloems fördern. Die Ergebnisse dieser Studie beleuchten die Anpassung von Weißen Fliegen an ihre jeweiligen Wirtspflanzen.
Das Ziel der dritten Studie war es, die Rolle epikutikulärer Blattwachse mehrerer Brassica-Sorten im Wirtsselektionsprozess von A. proletella zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden Dual-Choice-Tests an bewachsten und entwachsten Pflanzenblättern sowie mit Parafilm®, der mit verschiedenen Blattwachsextrakten behandelt wurde, durchgeführt. Außerdem wurden lebensgeschichtliche Parameter auf bewachsten und entwachsten Blättern ermittelt und die Nahrungsaufnahmeaktivität von A. proletella auf Parafilm® mit und ohne Blattwachsextrakten erfasst. Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurde zur Visualisierung epikutikulärer Blattwachse auf der Pflanzenoberfläche eingesetzt. Schließlich wurde nachgewiesen, dass Blattoberflächenwachse der Wirtspflanzen die Nahrungsaufnahme fördern und als Phagostimulans wirken. Obwohl die Wachsverbindungen, die die Selektion von Wirtspflanzen bestimmen, unbekannt bleiben, bieten diese Erkenntnisse Potenzial für die Züchtung resistenter Kultursorten.
In der vierten Studie wurde der Einfluss von den im Phloemsaft befindlichen freien Aminosäuren auf die Wirtspflanzenselektion von T. vaporariorum untersucht. Mittels Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS) wurden die Aminosäureprofile im Phloemsaft von sechs Gemüsekulturen analysiert, die sich hinsichtlich ihrer Wirtspflanzenattraktivität unterschieden. Anschließend wurden schrittweise multiple Regressionen unter Einbezug der relativen Aminosäure-Zusammensetzungen und den zuvor bestimmten Wirtspräferenzen durchgeführt. Um den Beitrag einzelner Aminosäuren in Bezug auf die Wirtswahl zu verifizieren, wurden Dual-Choice-Tests auf Saccharosemedien mit und ohne Zusatz einzelner Aminosäuren durchgeführt. Einzelne Aminosäuren spielen eine aktive Rolle bei der Phagostimulation, während einige Aminosäuren starke hemmende Effekte ausübten. Dies deutet darauf hin, dass die dominante Anwesenheit solcher Aminosäuren die Aufnahme des Phloemsaft reduziert und damit zur Resistenz von Wirtspflanzen gegenüber T. vaporariorum beiträgt.
Insgesamt wurde im Rahmen dieser Forschungsarbeit der Auswahlprozess dreier Arten Weißer Fliegen miteinander verglichen, um die ihnen zugrunde liegenden Mechanismen zu identifizieren. Es wird postuliert, dass die beobachteten Wirtsselektionsstrategien das Ergebnis von evolutionären Anpassungen zwischen Weißen Fliegen und ihren Wirtspflanzen sind. Entsprechend der jeweiligen besetzten ökologischen Nische bildeten sich artspezifische Wirtspflanzenspektren von unterschiedlicher Komplexität. Demzufolge gestaltet sich der Wirtsselektionsprozess der spezialisierteren Art A. proletella durch die Berücksichtigung charakteristischer Reize, welche von Blattoberflächenwachsen ausgehen, als besonders effizient. Im Gegensatz dazu wird das Wirtswahlverhalten der extremen Generalisten B. tabaci und T. vaporariorum von einfachen gustatorischen Reizen gesteuert, um die sich ihnen bietende Wirtsvielfalt auszunutzen. Die Ergebnisse dieser Forschung bilden die Grundlage neuer Ansatzpunkte für die Optimierung von Züchtungsprogrammen für Nutzpflanzen, die gegen Weiße Fliegen resistent sind
Corporate entrepreneurship in the public sector : exploring the peculiarities of public enterprises
Get PDFEntrepreneurship is predominantly treated as a private-sector phenomenon and consequently its increasing importance in the public sector goes largely unremarked. That impedes the research field of entrepreneurship being capable of spanning multiple sectors. Accordingly, recent research calls for the study of corporate entrepreneurship (CE) as it manifests in the public sector where it can be labeled public entrepreneurship (PE). This dissertation considers government an essential entrepreneurial actor and is led by the central research question: What are the peculiarities of the public sector and how do they impact public enterprises entrepreneurial orientation (EO)?
Accordingly, this dissertation includes three studies focusing on public enterprises. Two of the studies set the scope of this thesis by investigating a specific type of organization in a specific contextGerman majority-government-owned energy suppliers. These enterprises operate in a liberalized market experiencing environmental uncertainties like competitiveness and business transformation.
The aims and results of the studies included in this dissertation can be summarized as follows: The systematic literature review illuminates the stimuli of and barriers to entrepreneurial activities in public enterprises and the potential outcomes of such activities discussed so far. The review reveals that research on EO has tended to focus on the private sector and consequently that barriers to and outcomes of entrepreneurial activities in the public sector remain under-researched. Building on these findings, the qualitative study focuses on the interrelated barriers affecting entrepreneurship in public enterprises and the outcomes of entrepreneurial activities being inhibited. The study adopts an explorative comparative causal mapping approach to address the above-mentioned research goal and the lack of clarity around how barriers identified in the public sphere are interrelated. Furthermore, the study bases its investigation on the different business segments of sales (competitive market) and the distribution grid (natural monopoly) to account for recent calls for fine-grained research on PE. Results were compared with prior findings in the public and private sector. That comparison indicates that the barriers revealed align with aspects discussed in prior research findings relating to both sectors. Examples include barriers associated with the external environment such as legal constraints and barriers originating from within the organization such as employee behavior linked to a value system that hampers entrepreneurial action. However, the most important finding is that a public enterprises supervisory board can hinder its progress, a finding running counter to those of previous private-sector research and one that underscores the widespread prejudice that the involvement of a public shareholder and its nominated board of directors has a negative effect on EO. The third study is quantitative (data collection via a questionnaire) and builds on both its predecessors to examine the little understood topic of board behavior and public enterprises social orientation as predictors of EO. The studys results indicate that social orientation represses EO, whereas board strategy control (BSC) does not seem to predict EO. Regarding BSC, we find that the local government owners in our sample are less involved in BSC. The third study also examines board networking and finds its relationship with EO depends on the ownership structure of the public-sector organization. An important finding is that minority shareholders, such as majority privately-owned enterprises and hub firms, repress EO when engaging in board networking.
In summary, this doctoral thesis contributes to the under-researched topic of CE in the public sector. It investigates the peculiarities of this sector by focusing on the supervisory board and social oriented activities and their impact on the enterprises EO in the quantitative study. The thesis addresses institutional questions regarding ownership and the last study in particular contributes to expanding resource dependence theory, and invites a nuanced perspective: The original perspective suggests that interorganizational arrangements like interfirm network ties and equity holdings reduce external resource dependency and consequently improve firm performance. The findings within this thesis expose resource delivery to potential contrary effects to extend the understanding of interorganizational action with important implications for practice.Unternehmertum wird vornehmlich als privatwirtschaftliches Phänomen behandelt. Folglich bleibt dessen zunehmende Bedeutung im öffentlichen Sektor weitgehend unbemerkt. Dementsprechend fordert die Forschung die Untersuchung von Corporate Entrepreneurship (CE) im öffentlichen Sektor, wo es als Public Entrepreneurship (PE) bezeichnet wird. Diese Dissertation betrachtet den Staat als wesentlichen unternehmerischen Akteur und wird von der zentralen Forschungsfrage geleitet: Was sind die Besonderheiten des öffentlichen Sektors und wie wirken sie sich auf die unternehmerische Orientierung (EO) öffentlicher Unternehmen aus?
Diese Dissertation umfasst drei Studien, die sich auf öffentliche Unternehmen konzentrieren. Zwei der Studien untersuchen deutsche Energieversorger im mehrheitlichen Besitz der öffentlichen Hand. Damit geben sie den Rahmen der Dissertation vor. Diese Unternehmen agieren in einem liberalisierten Markt, wo sie mit Unsicherheiten wie zunehmendem Wettbewerb konfrontiert werden, wodurch ein Unternehmenswandel unabdingbar wird.
Die Ziele und Ergebnisse der drei Studien lassen sich wie folgt zusammenfassen: Der systematische Literaturüberblick beleuchtet die beeinflussenden Faktoren sowie die Effekte unternehmerischer Aktivitäten in öffentlichen Unternehmen. Diese Überblicksstudie des aktuellen Forschungsstands zeigt, dass sich die EO-Forschung eher auf den privaten Sektor konzentriert hat und dass die Hindernisse und Ergebnisse unternehmerischer Aktivitäten im öffentlichen Sektor zu wenig erforscht sind. Darauf aufbauend konzentriert sich die qualitative Studie auf die Barrieren, die das Unternehmertum in öffentlichen Unternehmen beeinträchtigen, und darauf, was aus einem gehemmten Unternehmertum resultiert. Die Studie wendet die Comparative Causal Mapping Methode an, um das o. g. Forschungsziel zu verfolgen und Unklarheiten zu beseitigen, wie die identifizierten Barrieren zusammenhängen. Die Studie stützt ihre Untersuchung auf zwei Teilbereiche des Energiemarktes einen wettbewerblichen (Vertrieb) und einen durch natürliche Monopole gekennzeichneten (Verteilnetz) um den Forderungen nach einer feinkörnigen PE-Forschung nachzukommen. Die Ergebnisse wurden mit bisherigen Erkenntnissen im öffentlichen und privaten Sektor verglichen. Dieser Vergleich zeigt, dass die aufgedeckten Barrieren mit Aspekten aus früheren Arbeiten übereinstimmen. Dazu gehören Barrieren, die dem externen Umfeld entstammen, wie z. B. der vorherrschende Rechtsrahmen, und Barrieren, die aus dem Inneren der Organisation stammen, wie z. B. das Verhalten der Mitarbeiter. Der wichtigste Befund ist jedoch, dass der Aufsichtsrat eines öffentlichen Unternehmens dessen unternehmerischen Fortschritt behindern kann. Diese Erkenntnis läuft den Ergebnissen früherer Forschung mit Fokus auf den privaten Sektor zuwider und unterstreicht das verbreitete Vorurteil, dass sich das Mitwirken des öffentlichen Anteilseigners/Aufsichtsrats negativ auf die EO auswirken kann. Die quantitative Studie (Datenerhebung via Fragebogen) baut auf beiden o. g. Studien auf. Sie fokussiert auf das Verhalten des Aufsichtsrats und die soziale Orientierung des Unternehmens im Hinblick auf deren Auswirkungen auf die EO des Unternehmens. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass die soziale Orientierung die EO mindert, während die Beteiligung des Aufsichtsrats an der Kontrolle auf strategischer Ebene (Board Strategy Control [BSC]) die EO nicht vorhersagt. Was die BSC betrifft, so wird deutlich, dass die lokalen öffentlichen Eigentümer weniger stark an der BSC beteiligt sind. Die Studie betrachtet auch die Vernetzung der Aufsichtsräte (Board Networking). Demnach hängt der Einfluss von Board Networking auf die EO von der Eigentümerstruktur ab. In diesem Zusammenhang ist bedeutsam, dass Minderheitsgesellschafter, wie z. B. mehrheitlich in Privatbesitz befindliche Unternehmen, die EO vermindern, wenn sie Board Networking betreiben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Dissertation einen Beitrag zum wenig erforschten Thema CE im öffentlichen Sektor leistet. Sie untersucht die Besonderheiten dieses Sektors, indem sie sich v. a. in der quantitativen Studie auf den Aufsichtsrat und die soziale Orientierung sowie deren beider Auswirkungen auf die EO konzentriert. Insbesondere diese Studie trägt zur Erweiterung der Resource Dependence Theorie bei: Diese legt nahe, dass Verbindungen zwischen Unternehmen (z. B. über Netzwerke und Beteiligungsverhältnisse) die Abhängigkeit von externen Ressourcen verringern und damit die Unternehmensleistung erhöhen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen potentiell konträre Effekte und verbessern das Verständnis derartiger Verbindungen mit wichtigen Implikationen für die Praxis
The connection between banking systems and the economy
Get PDFBanks fulfil various tasks within an economy. While the functions of banks are comparable around the world, the banking business organisation and banking systems are not. In addition, the way in which banks conduct their business differs greatly depending on the legal structure of the institute. Given the important role of banks as well as the variety of banking systems and business models, analysing their influence on the economy and on firms is a relevant task of modern research. In this dissertation, I focus on European countries to answer the overall research question: How are banking systems and the economy connected?
My contribution to the literature is threefold. (1) I show that the presence of savings banks and co-operative banks improve regional wealth and reduce inequality. (2) Furthermore, my analyses explain how those banking types enhance the performance of local firms, especially small and medium-sized enterprises. Moreover, I evaluate the connection between banking systems and the economy from a different angle. (3) I outline the impact of economic factors on regulatory capital requirements for large banks. The results suggest that banking regulation is not completely politically independent and differs between European states. I show that national economic preconditions change the parameters for banking business within a country.
In my first project, my co-authors and I use panel data on regional levels to study the influence of regional banking systems on local wealth and inequality in five European countries. We know from the literature that banks behave differently depending on their characteristics such as the size, the legal form, their business purposes and their internal company structure. As the varying banking forms have different advantages and disadvantages, a diverse banking system should be beneficial. The econometrical analyses demonstrate the positive impact of a multiplex regional banking system on GDP per capita, the unemployment rate and the primary private household income per capita. The results support the insights from the literature and show the positive influence of small regional banks. The outcome suggests that certain banking forms are beneficial in different situations. For example, savings banks especially reduce local unemployment whereas co-operative banks improve regional GDP per capita, and LLCs have a particularly large impact on primary private household income per capita.
In the third chapter, I specify the influence of regional banking systems on certain participants of local economies. Local and decentralized banks are better able to analyse soft information. This ability should be of advantage when working with new companies and smaller firms where, for example, the ability of the management is key for the success of such enterprises. The econometrical analyses in this chapter show the strong positive influence of savings banks, co-operative banks and LLCs on SMEs. The evidence suggests that the positive impact of smaller banks is also apparent when observing performance of all firms within a local economy, but is clearer when looking on SMEs in particular.
In the fourth chapter, my co-authors and I analyse the connection between financial systems and the economy from a different perspective. Progressing from a regional level of observation, we concentrate on comparing country information. The literature suggests that politicians might be motivated to influence the regulation of financial institutions to the benefit of their respective country or their own re-election. In panel regressions including information from the EBA, bank balance sheet data and economic data, we demonstrate that the processes to identify systemically important institutions within Europe are comparable. Building on this finding, we show that national regulators adjust the equity requirements for such institutions (i.e. O-SIIs) depending on the economic situation of their respective country. Therefore, capital requirements are influenced by factors not necessarily connected to the systemic importance of large banks. This unequal treatment leads to different business environments for otherwise comparable banks, depending on the country in which they are located. This is especially relevant, as the target was to harmonize banking regulation for large institutions in Europe.Banken erfüllen verschiedene Aufgaben innerhalb einer Volkswirtschaft. Während die Funktionen der Banken weltweit vergleichbar sind, sind es die Organisation des Bankgeschäfts und die Bankensysteme nicht. Darüber hinaus ist die Art und Weise, wie Banken ihre Geschäfte betreiben, je nach Rechtsform des Instituts sehr unterschiedlich. Angesichts der wichtigen Rolle der Banken sowie der Vielfalt der Bankensysteme und Geschäftsmodelle ist die Analyse ihres Einflusses auf die Wirtschaft und die Unternehmen eine wichtige Aufgabe der modernen Forschung. In dieser Dissertation konzentriere ich mich auf europäische Länder, um die allgemeine Forschungsfrage zu beantworten: Wie sind Bankensysteme und Wirtschaft miteinander verbunden?
Mein Beitrag zur Literatur ist dreiteilig. (1) Ich zeige, dass das Vorhandensein von Sparkassen und Genossenschaftsbanken den regionalen Wohlstand verbessert und die Ungleichheit verringert. (2) Darüber hinaus erklären meine Analysen, wie diese Banktypen die Performance lokaler Unternehmen, insbesondere kleiner und mittlerer Unternehmen, verbessern. Darüber hinaus bewerte ich die Verbindung zwischen Bankensystemen und der Wirtschaft aus einem anderen Blickwinkel. (3) Ich skizziere die Auswirkungen wirtschaftlicher Faktoren auf die regulatorischen Kapitalanforderungen für Großbanken. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bankenregulierung nicht völlig politisch unabhängig ist und sich zwischen den europäischen Staaten unterscheidet. Ich zeige, dass nationale wirtschaftliche Voraussetzungen die Parameter für das Bankgeschäft innerhalb eines Landes verändern.
In meinem ersten Projekt verwenden meine Mitautoren und ich Paneldaten auf regionaler Ebene, um den Einfluss regionaler Bankensysteme auf den lokalen Wohlstand und die Ungleichheit in fünf europäischen Ländern zu untersuchen. Aus der Literatur wissen wir, dass sich Banken je nach ihren Merkmalen wie Größe, Rechtsform, Geschäftszweck und interner Unternehmensstruktur unterschiedlich verhalten. Da die verschiedenen Bankformen unterschiedliche Vor- und Nachteile haben, sollte ein vielfältiges Bankensystem von Vorteil sein. Die ökonometrischen Analysen zeigen die positiven Auswirkungen eines diversen regionalen Bankensystems auf das Pro-Kopf-BIP, die Arbeitslosenquote und das Pro-Kopf-Primäreinkommen der privaten Haushalte. Die Ergebnisse unterstützen die Erkenntnisse aus der Literatur und zeigen den positiven Einfluss kleiner Regionalbanken. Die Ergebnisse legen nahe, dass bestimmte Bankformen in verschiedenen Situationen von Vorteil sind. So verringern Sparkassen insbesondere die lokale Arbeitslosigkeit, während Genossenschaftsbanken das regionale Pro-Kopf-BIP verbessern und GmbHs einen besonders großen Einfluss auf das Pro-Kopf-Primäreinkommen der privaten Haushalte haben.
Im dritten Kapitel spezifiziere ich den Einfluss regionaler Bankensysteme auf bestimmte Teilnehmer der lokalen Volkswirtschaften. Lokale und dezentralisierte Banken sind besser in der Lage, weiche Informationen zu analysieren. Diese Fähigkeit dürfte bei der Arbeit mit neuen Unternehmen und kleineren Firmen von Vorteil sein, wo beispielsweise die Fähigkeit des Managements für den Erfolg solcher Unternehmen entscheidend ist. Die ökonometrischen Analysen in diesem Kapitel zeigen den starken positiven Einfluss von Sparkassen, Genossenschaftsbanken und GmbHs auf KMU. Die Beweise deuten darauf hin, dass der positive Einfluss kleinerer Banken auch bei der Betrachtung der Leistung aller Unternehmen innerhalb einer lokalen Wirtschaft deutlich wird, aber noch deutlicher, wenn man die KMU im Besonderen betrachtet.
Im vierten Kapitel analysieren meine Mitautoren und ich die Verbindung zwischen Finanzsystemen und der Wirtschaft aus einer anderen Perspektive. Ausgehend von einer regionalen Betrachtungsebene konzentrieren wir uns auf den Vergleich von Länderinformationen. Die Literatur legt nahe, dass Politiker motiviert sein könnten, die Regulierung von Finanzinstituten zum Nutzen ihres jeweiligen Landes oder ihrer eigenen Wiederwahl zu beeinflussen. In Panel-Regressionen, die Informationen der EBA, Bankbilanzdaten und Wirtschaftsdaten umfassen, zeigen wir, dass die Prozesse zur Identifizierung systemrelevanter Institute innerhalb Europas vergleichbar sind. Darauf aufbauend zeigen wir, dass die nationalen Regulierungsbehörden die Eigenkapitalanforderungen für solche Institute (d.h. O-SIIs) in Abhängigkeit von der wirtschaftlichen Situation des jeweiligen Landes anpassen. Daher werden die Eigenkapitalanforderungen von Faktoren beeinflusst, die nicht unbedingt mit der systemischen Bedeutung großer Banken zusammenhängen. Diese Ungleichbehandlung führt dazu, dass für ansonsten vergleichbare Banken je nach Land, in dem sie ansässig sind, unterschiedliche geschäftliche Rahmenbedingungen gelten. Dies ist besonders relevant, da das Ziel darin bestand, die Bankenregulierung für große Institute in Europa zu harmonisieren