Prof. Dr. Christoph-Martin Geilfus

Prof. Geilfus erforscht, wie Gemüse- und Obstbaubetriebe ihre Ernteerträge und Produktqualität unter den Bedingungen des Klimawandels stabilisieren und verbessern können. Sein aktueller Fokus liegt auf der Optimierung von Nährstoffflüssen in gekoppelten Produktionssystemen (z. B. Gewächshäuser mit integrierten Aquakultur- oder Kompostierungseinheiten) sowie auf der Regulation von Pflanzenprozessen wie Wassseraufnahme und Stickstoffassimilation unter Trockenstress. Parallel entwickelt er Alternativen zu umweltschädlichen Kupferpräparaten zur Bekämpfung von Bakterienerkrankungen im ökologischen Obstbau. Die Erkenntnisse adressieren unmittelbar die Herausforderungen von Gemüse- und Obstproduzenten, ihre Erträge und Nährstoffdichte zu sichern, während sie gleichzeitig Umweltauflagen erfüllen und Klimarisiken minimieren.

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• Textbook Project_Controlled Environment Horticulture

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• Is Nitrate Uptake and Assimilation Involved in Plant Response to Drought?

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  Water availability is one of the most important factors that affect abundance and productivity of plants (Boyer 1982). Recently drought seriously limits also agriculture and, hence, food production for increasing human population (Scanlan 2018). Sensitive regulation of plant transpiration rate is critically important for plant survival, namely under fluctuating soil water availability (SWA) (Kramer 1988). Signals that mediate information about changing water availability in soil and regulate stomatal aperture are still poorly understood. Presumably, signals generated in roots are systemically transported to shoots where they effect stomatal aperture, thus controlling water and carbon dioxide movement out of/into the plant, affecting plant growth and functioning in a way that reflects the availability of resources (Wilkinson and Davies 2002).Detailed knowledge of mechanism regulating plant early response to drought is highly attractive not only for elucidating principal mechanisms behind plant-environment interactions, but also for their potential use in manipulations of crop response in agriculture. Thus, the projects aims to shine light into early events of stress communication.

• CUBES Circle – Teilprojekt 7: Nährstoffflüsse

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  Bisher gibt es keine wissenschaftlich fundierten Untersuchungen über die Stoffflüsse zwischen drei gekoppelten Produktionseinheiten. Auch gibt es noch keine Informationen darüber, wie man durch die Regelung steuerbarer Produktionsfaktoren die Qualitäten der Nahrungsmittel in solch einem Gesamtsystem verbessern kann. Diesen Forschungsfragen widmet sich das TP7. Die Arbeit in diesem TP beginnt innerhalb des CUBES Circle mit der Verknüpfung von mindestens zwei Produktionssystemen. Sobald dies erfolgt ist, werden Nährstoffe in den CUBES Circle eingespeist, deren Verteilung zwischen den verbundenen Produktionseinheiten mittels einer Isotopenmarkierung analysiert wird. Auf diese Weise soll die Konnektivität des CUBES Circle bewertet werden. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit mit den Partner*innen der TPs 2, 3 und 4 unerlässlich. Darüber hinaus soll die physiologische und biochemische Reaktion der Fische und der Pflanzen auf ein variierendes Nährstoffangebot sowie auf eine Variation weiterer kontrollierbarer Produktionsfaktoren (Temperatur, Licht) anhand von Methoden aus der Systembiologie untersucht werden. Auf Basis dieser Untersuchungen wird abgeleitet, wie sich die Inhaltsstoffzusammensetzung der Fische sowie der Pflanzen in Abhängigkeit kontrollierbarer Einflussgrößen wie der Dosierung des Fischfutters oder der Produktionstemperatur verändert. Die Inhaltsstoffzusammensetzung soll so beeinflusst werden, dass die Qualität der Organismen verbessert wird. Die Ergebnisse des TP7 fließen direkt in die Bewertung des CUBES Circle (TP1) als auch in die Regelungsalgorithmen (TP5) ein.

• Salinity and crop yield

  2018

  Plant Biology · DOI

  Abstract Thirty crop species provide 90% of our food, most of which display severe yield losses under moderate salinity. Securing and augmenting agricultural yield in times of global warming and population increase is urgent and should, aside from ameliorating saline soils, include attempts to increase crop plant salt tolerance. This short review provides an overview of the processes that limit growth and yield in saline conditions. Yield is reduced if soil salinity surpasses crop‐specific thresholds, with cotton, barley and sugar beet being highly tolerant, while sweet potato, wheat and maize display high sensitivity. Apart from Na + , also Cl − , Mg 2+ , SO 4 2‐ or HCO 3 ‐ contribute to salt toxicity. The inhibition of biochemical or physiological processes cause imbalance in metabolism and cell signalling and enhance the production of reactive oxygen species interfering with cell redox and energy state. Plant development and root patterning is disturbed, and this response depends on redox and reactive oxygen species signalling, calcium and plant hormones. The interlink of the physiological understanding of tolerance processes from molecular processes as well as the agronomical techniques for stabilizing growth and yield and their interlinks might help improving our crops for future demand and will provide improvement for cultivating crops in saline environment.

• Drought and crop yield

  2021

  Plant Biology · DOI

  Episodes of water shortage occur in most agricultural regions of the world. Their durations and intensities increase, and their seasonal timing alters with changing climate. During the ontogenic cycle of crop plants, each development stage, such as seed germination, seedling establishment, vegetative root and shoot growth, flowering, pollination and seed and fruit development, is specifically sensitive to dehydration. Desiccation threatens yield and leads to specific patterns, depending on the type of crop plant and the harvested plant parts, e.g. leafy vegetables, tubers, tap roots or fruits. This review summarizes the effects of drought stress on crop plants and relates the dehydration-dependent yield penalty to the harvested organ and tissue. The control of shoot transpiration and the reorganization of root architecture are of core importance for maintaining proper plant water relationships. Upon dehydration, the provision and partitioning of assimilates and the uptake and distribution of nutrients define remaining growth activity. Domestication of crops by selection for high yield under high input has restricted the genetic repertoire for achieving drought stress tolerance. Introgression of suitable alleles from wild relatives into commercial cultivars might improve the ability to grow with less water. Future research activities should focus more on field studies in order to generate more realistic improvements to crops. Robotic field phenotyping should be integrated into genetic mapping for the identification of relevant traits.