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Institut für Bio- und Geowissenschaften

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Forschungsthemen

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IBG-2: Pflanzenwissenschaften am Forschungszentrum Jülich GmbH ist Teil der Helmholtz Gemeinschaft (HGF). Innerhalb der HGF sind die Forschungsaktivitäten in Forschungsbereichen und –programmen (programmorientierte Förderung, POF) organisiert. Die Programme haben eine Laufzeit von 5 Jahren und werden regelmäßig evaluiert.

Neben der POF-abhängigen Forschung bewirbt sich das IBG-2 erfolgreich um Drittmittelfinanzierung zur Durchführung zusätzlicher und ergänzender Forschungsaktivitäten, mit dem Ziel sein Forschungs- und Technologieportfolio weiter zu entwickeln.

Die Forschungsaktivitäten sind Teil des HGF-Forschungsbereiches Schlüsseltechnologien und beschäftigen sich darin mit Themen innerhalb des Programms Schlüsseltechnologien für die Bioökonomie.

Das Konzept der nachhaltigen Bioökonomie gewinnt mit den elementaren Herausforderungen der heutigen Gesellschaft zunehmend an Relevanz. Sie ist bestrebt, eine an natürlichen Kreisläufen orientierte, nachhaltige, biobasierte Wirtschaft zu implementieren. Das beinhaltet das Versprechen einer sowohl gesunden als auch auf qualitativ hochwertigen Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen beruhende, weltweite Nahrungsmittelversorgung (Nationale Forschungsstrategie BIOÖKONOMIE 2030; BMBF 2011).
Innerhalb der Nationalen Forschungsstrategie fokussiert das IBG-2 auf das Themenfeld 'Nachhaltige Pflanzenproduktion und Optimierung von Biomasse'.

Referenz

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (2011): Nationale Forschungsstrategie BIOÖKONOMIE 2030.

Fokusthemen des IBG-2

Nachhaltige Bioökonomie

Pflanzen als Grundlage für Nahrungsmittel, nachwachsende Rohstoffe und Energie

Pflanzen und Pflanzenproduktion spielen eine sehr wichtige Rolle in der Bioökonomie der Zukunft, weil sie (i) zentrale Elemente der Produktionssysteme sind und die Inputs wie Wasser, Nährstoffe oder Energieeffizienz bestimmen; (ii) die erneuerbare Biomasse zur Nutzung als Nahrungs- oder Futtermittel, als Rohstoffe für Chemikalien, zur direkten Verwendung oder für Bioenergie liefern und (iii) essentielle Elemente in Produktionssystemen zur Schließung von (Nährstoff)kreisläufen sind, die unverzichtbar bei der Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie sind.

Bioeconomy_landschaft

Pflanzenphänotypisierung

Schlüsseltechnologien für die Pflanzenzüchtung und die funktionelle Genomanalyse

Phenotyping means the quantitative analysis of plant structures and functions. After plant biology being dominated by molecular and genome research for decades, there is an increasing international acceptance for quantitative analyses of plant structure and function which play a key role in plant biology. Quantitative knowledge of structure and function enables the transfer of basic research findings to practical agriculture and ecological research. Phenotyping currently is the prime bottleneck to gain knowledge in function genome research.

Phänotypisierung bedeutet die quantitative Analyse von Pflanzenstrukturen und –funktionen. Nachdem die Pflanzenbiologie über Jahrzehnte von molekularer und genomischer Forschung dominiert wurde, gibt es eine zunehmende internationale Akzeptanz für die quantitative Analyse von Pflanzenstrukturen und –funktionen, die eine Schlüsselrolle in der Pflanzenbiologie spielen. Das quantitative Wissen über Struktur und Funktion ermöglicht den Transfer von Ergebnissen der Grundlagenforschung auf die praktische Landwirtschaft und die ökologische Forschung. Phänotypisierung ist derzeit das Hauptnadelöhr bei der Generierung neuer Kenntnisse in der funktionellen Genomforschung.

Das Jülich Plant Phenotyping Center (JPPC) am IBG-2 hat einzigartige Anlagen (Infrastruktur) insbesondere für nicht-invasive Methoden zur Quantifizierung von Pflanzeneigenschaften. Es verfügt über Kompetenzen bei der Entwicklung neuer Messmethoden und hat langjährige Erfahrung in angewandter Pflanzenphänotypisierung und nimmt daher eine international führende Rolle bei der Charakterisierung von Nutz- und Modellpflanzen im Zusammenhang mit Grundlagenforschung und Ökologie ein.

ScreenHouse

Nachhaltige Pflanzenproduktion

Verbesserte Ressourcennutzung, Effizienz und Leistung

Pflanzenzüchtung und –produktion stehen vor wichtigen Herausforderungen, die dringend untersucht und erforscht werden müssen. Aufgrund der Abnahme landwirtschaftlicher Nutzflächen und steigendem ökonomischen Druck - verursacht durch die begrenzte Verfügbarkeit von zum Beispiel Wasser oder Nährstoffen - erfordert eine nachhaltige Intensivierung Pflanzen und Produktionssysteme mit steigender Produktivität pro Fläche und Input (Wasser, Nährstoffe).

Tomate

Anpassung an dynamische Umweltbedingungen

Nutzungeffizienz von Wasser, Licht und Nährstoffen

Umweltveränderungen (z.B. Klimawandel) haben starke Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion. Dies beinhaltet die Einschränkung des Pflanzenwachstums durch extreme Wetterereignisse, das Auftreten von neuen Krankheiten und die wachsende Produktion, infolge der erhöhten Konzentrationen von Kohlendioxid. Die Arbeiten am IBG-2 haben die Stärkung von Pflanzenresistenzen gegen abiotischen Stress wie Trockenheit, Hitze und übermäßiges Licht aber auch gegen biotische Beeinträchtigungen zum Ziel.

Für diese Fragestellungen führen die Wissenschaftler am IBG-2 grundlegende Analysen der Stressphysiologie und Photosythese durch.

Adaptation

Alternative Biomassequellen

Neue Biomasse als Alternative zu Nutzpflanzen

Eine wesentliche Einschränkung für die Entwicklung einer Bioökonomie jenseits der Nutzung von Pflanzen als Nahrungs- und Futtermittel ist die Konkurrenz um Landressourcen. Aus diesem Grund versucht das IBG-2, zusätzlich zu Beiträgen für eine nachhaltige Intensivierung der Nahrungsmittelproduktion, alternative Biomasseressourcen zu entwickeln, die für andere Zwecke als zur Ernährung genutzt werden können (z.B. stofflich o. energetisch). Dies schließt bestimmte Kulturen mit ein, die auf marginalem oder degradiertem Land mit geringem Input wachsen können und Algen, als Biomassenquelle mit einem großen Potenzial an möglichen Anwendungen.

Alternative_algae

Integrierte Systeme zur Bioproduktion

Innovative Ansätze

Die Entwicklung einer nachhaltigen Pflanzenproduktion muss die technischen Systeme berücksichtigen, in denen die Pflanzen produziert werden und mit denen agrarwissenschaftliches Management durchgeführt wird. Über dieses können deutliche Zuwächse in der Ressourcennutzungseffizienz der einzelnen Pflanze und von Pflanzensystemen (z.B. Energieverbrauch von Pflanzenbeständen) erreicht werden und die Ausbeute wertvoller Inhaltsstoffe kann erhöht werden.
Das IBG-2 entwickelt, betreibt und optimiert neue Technologien bzw. technische Anlagen und führt sie in die praktische Anwendung ein.

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Technologie- und Wissenstransfer

Von der Grundlagenforschung zur Praxis und von der Praxis zur Forschung

Wichtig ist unter der Vielzahl wissenschaftlicher Fragen jene herauszufinden, die Innovationen und damit praktischen Nutzen versprechen. Daher muss die Kommunikation zwischen Anwendung und Forschung deutlich verbessert werden. Das IBG-2 startete Initiativen zur Förderung eines bilateralen Transfers von Wissen und offenen Fragen zwischen Anwendung und Forschung.
Das Kompetenzzentrum Gartenbau (KoGa) ist eine gemeinsame Einrichtung der Universität Bonn, dem Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinpfalz und dem Forschungszentrum Jülich GmbH. Es bringt Grundlagenforschung, Feldversuche und praxisorientierte Beratung in beispielloser Weise zusammen. Bereits vor dem offiziellen Zusammenschluss des FZJ mit dem KoGA wurden intensive Kooperationen zur Optimierung von Gartenbauansätzen initiiert.

Gewächshaus AgroHort-Phäno mit Zugang zur FreiflächeGewächshaus AgroHort-Phäno mit Zugang zur Freifläche




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