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Plant Sciences-
Ernährungssicherheit
im Klimawandel

Die große Herausforderung des anhaltenden Klimawandels muss mit einer nachhaltigen, umweltverträglichen Produktion von gesunden Nahrungsmitteln, erneuerbaren Energien und Rohstoffen begegnet werden.

In unseren Modulen des Schwerpunktes erlernen Sie die molekularbiologischen, biotechnologischen und bioinformatischen Methoden um in diesem Bereich zu forschen.

Die große Herausforderung des anhaltenden Klimawandels muss mit einer nachhaltigen, umweltverträglichen Produktion von gesunden Nahrungsmitteln, erneuerbaren Energien und Rohstoffen begegnet werden.

Ernährungssicherheit & Gesundheit

Eine der größten Herausforderung in der Zukunft ist bei immer noch steigender Bevölkerungszahl die nachhaltige, umweltverträgliche Produktion von hochwertigen Nahrungs- und Futtermitteln, die an den anhaltenden Klimawandel angepasst ist.

Unsere Forschung hat daher das Ziel die Pflanzenproduktivität und Nahrungsmittelqualität zu erhöhen. Zu diesem Zweck muss man verstehen, was den Ertrag, insbesondere den Samen-/Kornertrag, einer Pflanze begrenzt und wie man diesen optimieren kann. Zudem müssen Pflanzenprodukte eine hohe Nährwertqualität für die menschliche Gesundheit haben. Die Pflanzen müssen auch robuster gegenüber Trockenstress oder Krankheiten wie Pathogenbefall sein.

Zu diesem Zweck erforschen Forscher an der HHU die Blüh-/Samenentwicklung und andere Aspekte der Pflanzenentwicklung (Entwicklungsgenetik, Pflanzengenetik), den Transport von Nährstoffen und Nährstoffgehalt (Molekulare Physiologie, Zell- und Interaktionsbiologie, Botanik), die Abwehrmechanismen der Pflanzen gegenüber Pflanzenpathogenen (Molekulare Ökophysiologie der Pflanzen, Biochemische Pflanzenphsyiologie, Mikrobiologie) und beobachten die dynamische Reaktion der Pflanze auf eine sich verändernde Umwelt (Biochemie der Pflanzen).

Treibhausgassequestrierung

Landpflanzen entziehen durch Photosynthese der Atmosphäre massiv das Treibhausgas Kohlendioxid, welches sie dann in pflanzliche Biomasse deponieren. Damit stellen Pflanzen das dominanteste biologische Kohlenstoff-Sequestrierungssystem auf unserem Planeten dar. Ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschung ist daher die Photosynthese und den damit verbundenen Energiestoffwechsel der Pflanzen zu verstärken.

Dies wird durch pflanzenphysiologische Untersuchungen (Photosynthese und Stressphysiologie der Pflanzen, Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen), mechanistischer Aufklärung alternativer Photosynthese-Wege (Biochemische Pflanzenphsyiologie, Biochemie der Pflanzen), und Kohlenstoff-Deponierung in den faserigen Teil der Pflanze (Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie, Biological Data Science) erforscht.

Energie- und insustrielle Rohstoffe

Die Pflanzenbiomasse selbst kann als erneuerbare Ressource nachhaltig eingesetzt werden, um fossile Energieträger wie Öl, Kohle oder Gas zu ersetzten. Zu den Anwendungen gehören die Produktion von Biokraftstoffen und chemische Grundstoffe für die Industrie. 

Die Ressourcenzuweisung innerhalb einer Pflanze und Umwandlung der pflanzlichen Biomasse in Rohstoffe wird mathematisch modelliert (Quantitative und Theoretische Biologie, Computational Cell Biology) und experimentell durch Ansätze der synthetischen Biologie validiert, indem Stoffwechselwege in photosynthetischen Bakterien- (Synthetische Mikrobiologie), Hefe- (Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie) und Tierzellen (Synthetische Biologie) rekonstruiert werden.

Interaktionen von Pflanzen mit der natürlichen Umwelt

Um ihr Überleben zu sichern und sich erfolgreich fortzupflanzen, interagieren Pflanzen auf vielfältige Weise mit ihrer biotischen und abiotischen Umwelt. Die faszinierenden Strategien der Pflanzen, sich gegen Fraßfeinde und Krankheitserreger zu verteidigen, Ressourcen in Gemeinschaften mit Symbionten und anderen Pflanzen zu teilen oder sich an veränderte klimatische Bedingungen anzupassen, werden erforscht und die Netzwerke der pflanzlichen Signalübertragung entschlüsselt (BotanikMolekulare Ökophysiologie der Pflanzen).

Vom Labor ins Feld

Die gewonnenen Erkenntnisse werden vom Labor auf das Feld übertragen, z. B. durch die Verbesserung des Pflanzenertrags durch Genetik, z. B. bei Gerste (Pflanzengenetik, Quantitative Genetik  und Genomik der Pflanzen, Entwicklungsgenetik), durch intelligente Züchtung von Mais (Quantitative Genetik  und Genomik der Pflanzen, Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie) und durch die Ausnutzung der natürlichen Selektion bei Tomaten (Populationsgenetik).
Um dieses Ziel zu erreichen, werden modernste Technologien wie Live-Cell-Imaging (CAi-Center for Advanced Imaging), In-vivo-Metabolitenmessungen (Molekulare Physiologie), Metabolomanalysen mittels verschiedener Chromatographie- und Massenspektrometrietechniken (Biochemie der Pflanzen), Phänotypisierung (Botanik, IBG-2:Pflanzenwissenschaften), Gensequenzierung der nächsten Generation sowie quantitative Gen-expression (Biological Data Science, Botanik) und computergestützte Analyse und Modellierung (Quantitative und Theoretische Biologie, Computational Cell Biology) eingesetzt.

Zusammen für klimaneutrale Nachhaltigkeit - Forschungsverbünde

Diese spannende und wichtige Forschung ist Teil des einzigen Exzellenzclusters für Pflanzengrundlagenforschung in Deutschland (CEPLAS), eines pflanzenspezifischen Graduiertenprogramms mit unseren US-Partnern an der Michigan State University (NextPlant), sowie verschiedene Projekte des Bioeconomy Science Centers (BioSC).

Um den Schwerpunkt Pflanzenwissenschaften für Ernährungssicherheit im Klimawandel zu wählen,müssen mind. 98 CP aus  diesem Schwerpunkt stammen. In der Regel erhält man dies durch zwei M-Module  aus dem Schwerpunkt plus der Projektarbeit (30 CP)  plus der Pilotarbeit (10 CP)  und der Masterarbeit ( 30 CP). Das dritte Mastermodul kann, muss aber nicht dem Schwerpunkt angehören. Die Module des Schwerpunktes finden größtenteils in englischer Sprache statt. Der Schwerpunkt ist somit in beiden Sprachen studierbar. Die größte Auswahl an Modulen hat man, wenn man beide Sprachen beherrscht.

Verantwortlichkeit: