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Nitrogen is essential for plant growth. This is why legumes such as beans and chickpeas have adapted to life on nitrogen-poor soils. They form root nodules in which special bacteria can absorb nitrogen from the air. These rhizobia receive sugar from the plant in exchange for the fixed nitrogen.

A study by researchers from the University of Cologne, the University of Copenhagen and the Max Planck Institute for Plant Breeding Research in Cologne has now shed more light on this symbiosis. In the journal Science, they describe the crucial role of root barriers in regulating the sensitive metabolism between plants and bacteria.

Root barrier as a control center

The Caspary strip, a watertight barrier in plant roots, acts as a “bouncer”, deciding how much water and which nutrients enter the plant's vascular system. This root barrier develops at the same time as the external nodules. The formation of these nodules is also a finely regulated process: if too little nitrogen is available, the roots send an alarm signal in the form of the peptide CEP1 to the leaves, which then increase nodule formation.

It has now been shown that it is the Caspary stripe that controls the signaling pathways involved. The research team investigated the legume Lotus japonicus, a form of the common hornwort. When the scientists removed the Caspary strip, the plants were very slow to form nodules on nitrogen-poor soil. However, this was not due to the leaky barrier, but to the fact that CEP1 was no longer being produced. The plants were therefore unable to recognize the nitrogen deficiency and react to it.

Basis for a fair partnership

The researchers also found a compact version of the Caspary strip in the nodules themselves, which regulates the exchange between the plant and bacteria. Without this barrier, sugar passes unhindered from the plant into the nodules. As a result, bacteria continue to multiply, but no longer produce nitrogen compounds as nutrients for the plant.

“The study provides new insights into how plants and microbes interact with each other and establishes a new model system to investigate how a beneficial partnership can take place in a confined space,” summarizes lead author Tonni Grube Andersen. According to the researchers, plants have developed this finely tuned control system to keep the partnership fair.

chk

Stickstoff ist für das Wachstum von Pflanzen unverzichtbar. Darum haben sich Hülsenfrüchte (Leguminosen) wie Bohnen und Kichererbsen an ein Leben auf stickstoffarmen Böden angepasst. Sie bilden Wurzelknöllchen, in denen spezielle Bakterien Stickstoff aus der Luft aufnehmen können. Diese Rhizobien erhalten im „Tauschgeschäft“ für den fixierten Stickstoff Zucker von der Pflanze.

Eine Studie von Forschenden der Universität zu Köln, der Universität Kopenhagen und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln hat nun diese Symbiose genauer beleuchtet. Im Fachmagazin Science beschreiben sie die entscheidende Rolle von Wurzelbarrieren bei der Regulation des empfindlichen Stoffwechsels zwischen Pflanzen und Bakterien.

Wurzelbarriere als Schaltzentrale

Der Caspary-Streifen, eine wasserdichte Barriere in Pflanzenwurzeln, entscheidet als „Türsteher“ darüber, wie viel Wasser und welche Nährstoffe in das Gefäßsystem der Pflanze gelangen. Diese Wurzelbarriere entwickelt sich gleichzeitig mit den außerhalb liegenden Knöllchen. Auch die Bildung dieser Knöllchen ist ein fein regulierter Vorgang: Ist zu wenig Stickstoff vorhanden, senden die Wurzeln ein Alarmsignal in Form des Peptids CEP1 an die Blätter, die daraufhin die Knöllchenbildung verstärken.

Nun zeigte sich, dass es der Caspary-Streifen ist, der die beteiligten Signalwege steuert. Das Forschungsteam untersuchte dafür die Hülsenfrucht Lotus japonicus, eine Form des Gewöhnlichen Hornklees. Entfernten die Wissenschaftler den Caspary-Streifen, bildeten die Pflanzen auf stickstoffarmem Boden nur sehr langsam Knöllchen. Das lag jedoch nicht an der undichten Barriere, sondern daran, dass kein CEP1-Signal mehr produziert wurde. Die Pflanzen konnten den Stickstoffmangel also nicht erkennen und darauf reagieren.

Grundlage einer fairen Partnerschaft

In den Knöllchen selbst fanden die Forschenden außerdem eine kompakte Version des Caspary-Streifens, die den Austausch zwischen Pflanze und Bakterien reguliert. Ohne diese Barriere gelangt Zucker ungehindert aus der Pflanze in die Knöllchen. Dadurch vermehren sich Bakterien zwar weiter, produzieren jedoch keine Stickstoffverbindungen mehr als Nährstoffe für die Pflanze.

„Die Studie liefert neue Erkenntnisse darüber, wie Pflanzen und Mikroben miteinander interagieren, und etabliert ein neues Modellsystem, um zu untersuchen, wie eine vorteilhafte Partnerschaft auf engstem Raum stattfinden kann“, fasst Hauptautor Tonni Grube Andersen zusammen. Den Forschenden zufolge haben Pflanzen dieses fein abgestimmte Kontrollsystem entwickelt, damit die Partnerschaft fair bleibt.

chk

In many parts of the world, people already eat insects. They are full of high-quality proteins and are easy to breed in large quantities while conserving resources, as they feed on organic waste. Insects can therefore make an important contribution to feeding the world and at the same time protect resources and the environment. Despite its enormous potential, insect farming is still associated with high process costs and an equally high consumption of resources.

Insect breeding technology is being expanded

With InsectAI, researchers from the Center for Digital GreenTech at the August-Wilhelm Scheer Institute have developed a digital solution for automated and sustainable insect breeding. The method combines state-of-the-art image recognition, artificial intelligence and digital platform technologies to make insect breeding processes more efficient, resource-saving and traceable.

The researchers now want to expand and improve the technology platform in a targeted manner and scale it up for practical use. “We are consistently developing InsectAI further - with a focus on automation, data quality and integration into digital ecosystems,” explains Ellen Goel, Head of the Center for Digital GreenTech.

Using AI-based algorithms to precisely record insect larvae

One uncertainty factor in insect breeding is that the number of insect larvae per egg varies greatly, leading to inaccuracies when calculating feed requirements. The researchers therefore aim to automatically detect and count the larvae immediately after hatching in order to ensure optimized further processing and use as well as to reduce the consumption of resources. InsektAI uses AI-based algorithms for precise larval detection.

According to the researchers, the technology is based on a modular model consisting of three central components that can be used individually or in combination: automated larval counting, real-time monitoring of insect populations and acoustic analysis for behavioral monitoring of insect populations. “In this way, InsectAI creates a networked, data-driven basis for sustainable insect production and strengthens the circular economy,” writes the project team.

bb

In vielen Teilen der Welt ernähren sich Menschen bereits von Insekten. Sie stecken voller hochwertiger Proteine und sind leicht und ressourcenschonend in großen Mengen zu züchten, da sie sich von organischen Abfällen ernähren. Damit können Insekten einen wichtigen Beitrag zur Welternährung leisten und gleichzeitig Ressourcen und Umwelt schonen. Trotz ihres enormen Potenzials ist die Insektenzucht noch immer mit hohen Prozesskosten und einem gleichfalls hohen Ressourcenverbrauch verbunden.

Insektenzucht-Technologie wird ausgebaut

Mit InsectAI haben Forschende vom Center für Digital GreenTech am August-Wilhelm Scheer Institut eine digitale Lösung für eine automatisierte und nachhaltige Insektenzucht parat. Die Methode kombiniert modernste Bilderkennung, Künstliche Intelligenz und digitale Plattformtechnologien, um Insektenzuchtprozesse effizienter, ressourcenschonender und nachvollziehbarer zu gestalten.

Nun wollen die Forschenden die Technologieplattform gezielt erweitern, verbessern und für den Praxiseinsatz skalieren. „Wir entwickeln InsectAI konsequent weiter – mit Fokus auf Automatisierung, Datenqualität und Integration in digitale Ökosysteme“, erklärt Ellen Goel, Leiterin des Centers für Digital GreenTech.

Mit KI-basierten Algorithmen Insektenlarven präzise erfassen

Ein Unsicherheitsfaktor bei der Insektenzucht ist, dass die Anzahl der Insektenlarven pro Ei sehr verschieden ist und damit auch zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung des Futterbedarfs führt. Ziel der Forschenden ist es daher, die Larven direkt nach dem Schlüpfen automatisch zu erkennen und zu zählen, um eine optimierte Weiterverarbeitung und Nutzung zu gewährleisten und den Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Für eine präzise Larvenerfassung nutzt InsektAI KI-basierte Algorithmen.

Den Forschenden zufolge basiert die Technologie auf einem modularen Modell, das aus drei zentralen Komponenten besteht, welche einzeln oder in Kombination genutzt werden können: die automatisierte Larvenzählung, das Echtzeitmonitoring der Insektenpopulationen und die akustische Analyse zur Verhaltensüberwachung der Insektenpopulationen. „So schafft InsectAI eine vernetzte, datengetriebene Grundlage für eine zukunftsfähige Insektenproduktion und stärkt die Kreislaufwirtschaft“, schreibt das Projektteam.

bb

Das feine Geflecht von Pilzfäden, das sogenannte Pilzmyzel, ist für das bloße Auge kaum erkennbar, da es in der Natur unterirdisch wächst. Doch das Potenzial dieser im Verborgenen lebenden Pilzfäden – vor allem für die Bioökonomie – treibt die Forschung an neuen biobasierten Materialien voran. Vor allem als Alternative zu Baustoffen wie Beton oder Stahl gelten pilzbasierte Werkstoffe als vielversprechend. Davon können sich derzeit auch Besucher der Neuköllner Oper in Berlin überzeugen.

Podiumsgespräch vor Pilzmyzel-Kulisse

Für das Musiktheaterstück „Gegengift“ hat ein Team um die Berliner Biotechnologin Vera Meyer ein Bühnenbild entwickelt, das zum Großteil aus pilzbasiertem Material besteht. Dieses nachhaltige Bühnenbild wird am 11. April 2025 nun auch zur Kulisse für eine Podiumsdiskussion mit der Berliner Pilzexpertin über das Thema nachhaltige Baumaterialien. Unter dem Titel „What the Fungus“ findet in der Neuköllner Oper im Anschluss an die Vorstellung des Musiktheaterstücks „Gegengift“ ein Gespräch mit der Mikrobiologin statt.

Mit pilzbasierten Materialien zum nachhaltigen Kunstbetrieb

Ein Jahr hat das Team daran gearbeitet, herkömmliche Bühnenmaterialien durch biologisch abbaubare Alternativen zu ersetzen und so den ökologischen Fußabdruck von Theaterproduktionen zu reduzieren. „Pilzmyzel eignet sich ideal als Baustoff: Bei seiner Herstellung kann CO₂ gespeichert werden. Es ist wiederverwendbar, kann aber auch biologisch abgebaut werden. Damit liefern myzelbildende Pilze eine vielversprechende Lösung für einen nachhaltigen Kunstbetrieb“, erklärt Vera Meyer. Sie ist überzeugt, dass Pilzmaterialien nicht nur der Bauindustrie neue Möglichkeiten bieten, sondern auch „soziale Perspektiven eröffnen“. Die Forscherin macht sich daher für eine engere Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Kunst stark.

Das nachhaltige Bühnenbild wurde von Studierenden und Forschenden der Technischen Universität (TU) Berlin und der Universität der Künste mit dem künstlerischen Team des Theaters entwickelt. Hergestellt wurde der experimentelle Baustoff in den Laboren der TU Berlin.

Noch bis zum 11. Mai 2025 ist die Theaterkulisse aus Pilzmyzel in der Neuköllner Oper in Berlin im Rahmen der Vorstellung des Stücks „Gegengift“ zu sehen. Für die Teilnahme an der Podiumsdiskussion mit Vera Meyer am 11. April ist der Kauf eines Theatertickets erforderlich. 

bb

The bioeconomy is a complex interdisciplinary subject with economic, social and ecological dimensions. Accordingly, research in this country is diversified. In the natural sciences, academic disciplines range from agricultural science, biotechnology, materials science and environmental technology to nutritional science. There are also research activities in the humanities such as the social sciences, economics, politics and law that are relevant to the bioeconomy.

Nach der Definition der Bundesregierung umfasst die Bioökonomie die Erzeugung, Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme, mit dem Ziel, Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in sämtlichen wirtschaftlichen Sektoren bereitzustellen und damit einen Beitrag zu einem nachhaltigen Wirtschaftssystem zu leisten. Der Übergang zu einer biobasierten Wirtschaft erfordert einen tiefgreifenden gesellschaftlichen Wandel, der sowohl wirtschaftliche als auch soziale und ökologische Dimensionen umfasst. Entsprechend breit aufgestellt ist die Forschungslandschaft. Das Spektrum erstreckt sich in den naturwissenschaftlichen Bereichen von den Agrarwissenschaften bis zur Chemie, von der  Biodiversitätsforschung bis zu den Ernährungswissenschaften, über die Biotechnologie, Materialwissenschaften bis hin zu Umwelt- und Energietechnologien. Aber auch in den geisteswissenschaftlichen Disziplinen wie den Sozial-, Wirtschafts-, Politik- und Rechtswissenschaften gibt es relevante Forschungsaktivitäten.

Was wird unter Bioökonomie verstanden?

Gemeint ist die wissensbasierte Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren für ein zukunftsfähiges Wirtschaftssystem bereitzustellen. Dazu zählen alle Wirtschaftsbranchen und Forschungsaktivitäten, die biologische Ressourcen in irgendeiner Form nutzen. Das reicht von der Land- und Forstwirtschaft, der Fischerei und Aquakultur über die Nahrungsmittelindustrie, Chemie und Pharmazie bis zur Kosmetik-, Papier- und Textilindustrie. Die Definition verdeutlicht: Unter dem Dach der Bioökonomie versammelt sich eine große Vielfalt an Forschungsthemen und -disziplinen.

Der Forschungsatlas Bioökonomie auf bioökonomie.de zählt mehr als 900 Einrichtungen der außeruniversitären Forschung und Ressortforschung sowie Fachhochschulen und Universitäten, die im Feld aktiv sind. Einen detaillierten Überblick mit Zahlen und Fakten zur Bioökonomie-Forschung in Deutschland liefern auch die Ergebnisse der Forschungsumfrage von bioökonomie.de.

Was muss man studieren, um Bioökonom/in zu werden?

Genauso breit gefächert wie die Forschungsaktivitäten zur Bioökonomie ist auch das Spektrum möglicher Ausbildungswege. Ein Weg sind klassische Abschlüsse in Agrarwissenschaften, Biotechnologie, Chemie, Lebensmitteltechnik, Wirtschaftswissenschaften oder Gesellschaftswissenschaften. Daneben richten immer mehr Universitäten und Hochschulen spezialisierte Studiengänge und Abschlüsse zum Thema Bioökonomie ein.

Dossier gibt Überblick

Auch wenn es nur eine erste Auswahl sein kann: Dieses Dossier gibt in Listenform einen Überblick zu akademischen Ausbildungsangeboten in den verschiedenen Bundesländern. Drei Kategorien werden dabei unterschieden:

• Studiengänge zur Bioökonomie im engeren Sinne
• Studiengänge zur industriellen Biotechnologie und
• Studiengänge zum Thema Nachhaltigkeit, Ressourcenmanagement und Sozioökonomie. 

Je nach Abschluss führen die Studiengänge zum akademischen Grad des Bachelor/Master of Science (B.Sc./M.Sc.), Bachelor/Master of Engineering (B.Eng./M.Eng.), Bachelor/Master of Arts (B.A./M.A.) oder Master of Business Administration (MBA). 

Nicht aufgeführt sind:

• Strukturierte Promotionsprogramme oder Graduiertenschulen
• Studiengänge zur Pflanzenzüchtung, Agrarwissenschaft oder Forstwirtschaft. Dazu gibt es einen umfassenden Überblick auf der Webseite pflanzenforschung.de: hier klicken

Hinweis: Sie vermissen einen Studiengang? Geben Sie uns gern Bescheid!

Producing food on agricultural land and generating electricity at the same time - this concept is not new. So-called agri-photovoltaic systems (agri-PV systems) are already being tested at various locations across Germany. One advantage is that the dual use of agricultural land creates new sources of income for farmers. The MoorPower project is now investigating whether such a concept can also make the rewetting of degraded moorland more attractive for farms. The three-and-a-half-year joint project is being funded by the Federal Ministry of Education and Research with 7 million euros. Researchers from the Universities of Greifswald and Hohenheim, the Johann Heinrich von Thünen Institute and the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE are involved in the project.

Coupling PV and rewetting is uncharted territory

Moor photovoltaics (moor PV) refers to the simultaneous use of rewetted moorland for climate protection and electricity generation. The concept is new and the need for research is therefore considerable. "The parallel planning of the photovoltaic system and rewetting is completely new territory. As part of the project, we want to test the best approach for peatland PV systems through concrete implementation," explains Agnes Wilke, project manager for peatland photovoltaics at Fraunhofer ISE.

Feasibility of peatland PV

The project is investigating whether the construction of PV systems on peat soils is feasible at all with simultaneous rewetting. The aim is to develop recommendations for the concrete implementation of peatland PV. The research is being carried out on a six-hectare area of fenland in Mecklenburg-Western Pomerania that is still used for agriculture. Here, various PV systems in combination with three different conditions of rewetting and their ecological consequences are being investigated. In Lower Saxony, the greenhouse gas balance of photovoltaics on rewetted peatland is being researched on a 200-hectare area on a practical scale.

Impact of shading on paludiculture and soil

The effect of shading by the solar modules on microclimate, soil hydrology, evaporation and peat formation are just some of the aspects that are being clarified in the joint project. At the same time, it is about the possibility of additional agricultural use through paludiculture under PV systems. "There is little shade in natural moors, so shading is unusual for many plants there. The farmer is therefore interested in whether the shade reduces the growth of paludicultures such as cattails and reeds, as these could be harvested as additional income. However, it is also possible that the shade protects the freshly rewetted moors from drying out," reports Andreas Schweiger, plant ecologist at the University of Hohenheim.

bb

Auf landwirtschaftlichen Flächen Nahrungsmittel produzieren und gleichzeitig Strom erzeugen – dieses Konzept ist nicht neu. Sogenannte Agri-Photovoltaik-Anlagen (Agri-PV-Anlage) werden bundesweit bereits an verschiedenen Orten getestet. Ein Vorteil: Durch die doppelte Nutzung landwirtschaftlicher Flächen entstehen neue Einkommensquellen für Landwirtinnen und Landwirte. Im Projekt MoorPower wird nun geprüft, ob ein solches Konzept auch die Wiedervernässung degradierter Moorböden für Landwirtschaftsbetriebe attraktiver machen kann. Das dreieinhalbjährige Verbundprojekt wird vom Bundesforschungsministerium mit 7 Mio. Euro gefördert. Daran beteiligt sind Forschende der Universitäten Greifswald und Hohenheim, des Johann Heinrich von Thünen-Instituts und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

Kopplung von PV und Wiedervernässung ist Neuland

Moor-Photovoltaik (Moor-PV) bezeichnet die gleichzeitige Nutzung wiedervernässter Moorböden für Klimaschutz und Stromerzeugung. Das Konzept ist neu und der Forschungsbedarf daher erheblich. „Die parallele Planung der Photovoltaik-Anlage und der Wiedervernässung ist absolutes Neuland. Im Rahmen des Projektes möchten wir durch die konkrete Implementierung, die beste Herangehensweise für Moor-PV-Anlagen erproben“, erklärt Agnes Wilke, Projektleiterin für Moor-Photovoltaik am Fraunhofer ISE.

Machbarkeit von Moor-PV

Im Projekt wird untersucht, ob die Errichtung von PV-Anlagen auf Moorböden bei gleichzeitiger Wiedervernässung überhaupt machbar ist. Ziel ist es, Handlungsempfehlungen zur konkreten Umsetzung von Moor-PV zu erarbeiten. Die Erforschung erfolgt zum einen auf einem sechs Hektar großen, noch landwirtschaftlich genutzten Niedermoor in Mecklenburg-Vorpommern. Hier werden verschiedene PV-Anlagen in Kombination mit drei unterschiedlichen Bedingungen der Wiedervernässung und deren ökologische Folgen untersucht. In Niedersachsen wird auf einer 200 Hektar großen Fläche die Treibhausgasbilanz von Photovoltaik auf wiedervernässtem Moorboden im Praxismaßstab erforscht.

Auswirkung der Beschattung auf Paludikultur und Boden

Die Auswirkung der Beschattung durch die Solarmodule auf Mikroklima, Bodenhydrologie, Verdunstung sowie Torfbildung sind nur einige Aspekte, die im Verbundprojekt geklärt werden. Gleichzeitig geht es um die Möglichkeit einer zusätzlichen landwirtschaftlichen Nutzung durch Paludikultur unter PV-Anlagen. „In natürlichen Mooren gibt es wenig Schatten, sodass Beschattung für viele Pflanzen dort ungewöhnlich ist. Den Landwirt interessiert deshalb, ob der Schatten das Wachstum von Paludikulturen wie Rohrkolben und Schilf verringert, da diese als Zusatzeinkommen geerntet werden könnten. Möglich ist aber auch, dass die Beschattung die frisch wiedervernässten Moore vor dem Austrocknen schützt“, berichtet Andreas Schweiger, Pflanzenökologe der Universität Hohenheim.

bb

For the average German, modern life is hardly imaginable without the automobile. Each person in Germany now travels an average distance of 11.7 km per day, and the car is responsible for 55% of all distances travelled. A total of 78% of households have at least one car, and 80% of adult Germans have a driving licence. These figures are also reflected in statistical data for the automotive sector. The German Association of the Automotive Industry (VDA) declares that its sector is one of the key business areas of our present-day economy. With annual sales of 362 billion euros, it represents 3.9% of the German gross domestic product. Just over one-third of research and development resources in Germany flows directly or indirectly into the car industry. It is the most research-intensive sector of Germany – in 2013, 18 billion euros were invested in this industry. A total of 840,000 men and women are employed by car manufacturers and subcontractors.

Das Automobil ist aus dem Leben eines durchschnittlichen Deutschen nicht mehr wegzudenken. Heute legt eine Person in Deutschland täglich durchschnittlich 11,7 Kilometer zurück. Für 55% aller Distanzen wird das Auto genutzt. 78% der Haushalte verfügen über mindestens ein Auto, und 80% der volljährigen Bevölkerung besitzen einen Führerschein.
Dies schlägt sich auch in den statistischen Kennziffern der Automobilwirtschaft wider. Nach Angaben des Verbandes der Automobilindustrie (VDA) gehört der Sektor zu den wichtigsten Standbeinen der hiesigen Wirtschaft. 2017 wurden in der Automobilindustrie 422,8 Mrd. Euro umgesetzt, davon 151,0 Milliarden im Inland und 271,8 Milliarden im Ausland. Die Automobilbranche zählt zu den forschungsintensivsten Branchen Deutschlands – im Jahr 2016 wurden 21,9 Mrd. Euro für Forschung und Entwicklung investiert. Insgesamt 840.000 Menschen sind bei Herstellern und Zulieferern beschäftigt.