University of Hohenheim

Elektronische Publikationen der Universität Hohenheim
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    2013 research outputs found

    Transporters mediating ammonium uptake in plants and their regulation by the abiotic stress signaling pathway

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    Nitrogen nutrition refers to the uptake, assimilation, and utilization of ammonium, nitrate, and organic nitrogen sources. Ammonium is energetically a more cost-effective nitrogen source than nitrate but can be toxic for plants, and its use by plants is regulated at different levels. Ammonium transporters (AMTs) take up ammonium and are localized primarily in plant roots, working as trimers in the plasma membrane. Under high external ammonium concentrations, phosphorylation in AMTs C-termini shuts down transport to avoid toxicity. This phosphorylation is performed by CIPK23, a kinase shown to be inhibited by Clade A PP2Cs. This study aimed to characterize AMTs from wheat and analyze their transcriptional response to ammonium. Another aim was to determine the role of clade A PP2Cs and PYR/PYL receptor proteins for abscisic acid in ammonium nutrition. Chapter I describes the physiological responses of winter wheat to different nitrogen sources and ammonium concentrations. The plants mainly used root morphological responses to adapt to differences in the nitrogen source. High external concentrations of ammonium reduced plant growth, while these conditions induced the expression of TaAMT1;1 and TaAMT1;2. In Chapter II, we studied the capacity of TaAMT2s to transport ammonium and their transcriptional responsiveness to ammonium nutrition. From the six TaAMT2s, only TaAMT2;1 could transport ammonium in a yeast complementation line. Besides, its expression in roots is lower under ammonium than under nitrate. The expression pattern among the remaining TaAMT2s (TaAMT2;2-TaAMT2;6) is similar, with higher expression under ammonium, in both roots and leaves, compared to nitrate. Chapter III focused on the role of the PP2C phosphatase ABI1 (ABA-insensitive 1) in ammonium nutrition and the effect of external ammonium concentrations on ABA concentrations. Ammonium increased ABA concentrations in roots by activating ABA-GE, meaning ammonium toxicity could be sensed as abiotic stress through ABA. Without ammonium, ABI1 dephosphorylates AMTs and inhibits CIPK23; with ammonium, ABA-PYR/PYL complex-mediated inhibition of ABI1 releases CIPK23 to phosphorylate AMTs and avoids ammonium toxicity. Finally, in Chapter IV, we studied the role of AIP1 and its ammonium-dependent regulator, PYL8, in nitrogen nutrition. We described the function of AIP1, which was redundant to ABI1 in AMT regulation. Based on ammonium-dependent root architecture changes, and higher auxin accumulation in pyl8-1 root tips compared to the wild type, we suggest that PYL8 is involved in root-phenotype modulation in an ammonium-dependent manner.Stickstoffernährung beinhaltet die Aufnahme, Assimilation und Verwertung von Ammonium, Nitrat und organischen Stickstoffquellen. Ammonium ist energetisch gesehen eine kostengünstigere Stickstoffquelle als Nitrat, kann aber für Pflanzen giftig sein, weshalb seine Verwendung durch Pflanzen auf verschiedenen Ebenen reguliert wird. Ammoniumtransporter (AMTs) nehmen Ammonium auf und sind hauptsächlich in den Wurzeln der Pflanzen lokalisiert, wo sie als Trimere in der Plasmamembran arbeiten. Bei hohen externen Ammoniumkonzentrationen wird der Transport durch Phosphorylierung in den C-Termini der AMTs unterbrochen, um Toxizität zu vermeiden. Diese Phosphorylierung wird von der Kinase CIPK23 durchgeführt, die nachweislich durch PP2C A Phosphatasen gehemmt werden kann. Ziel dieser Arbeiten war die Charakterisierung von AMTs aus Weizen und die Analyse ihrer transkriptionellen Reaktion auf Ammonium. Ein weiteres Ziel war die Bestimmung der Rolle von PP2C A Phosphatasen und PYR/PYL, Rezeptoren für Abscisinsäure, bei der Ammoniumernährung. In Kapitel I wurden die physiologischen Reaktionen von Winterweizen auf verschiedene Stickstoffquellen und Ammoniumkonzentrationen beschrieben. Dabei reagierten die Weizenkeimlinge hauptsächlich durch morphologische Veränderungen im Wurzelwachstum. Obwohl hohe externe Ammoniumkonzentrationen das Wachstum verringerten wurde die Transkription der hoch affinen Ammoniumtransporter TaAMT1;1 und TaAMT1;2 durch Ammonium induziert. In Kapitel II untersuchten wir die Fähigkeit von TaAMT2s, Ammonium zu transportieren, und ihre transkriptionelle Reaktion auf Ammoniumernährung. Von den sechs TaAMT2s konnte nur TaAMT2;1 in einer Hefemutante Ammonium transportieren. Außerdem ist seine Expression in Wurzeln unter Ammonium geringer als unter Nitrat. Das Expressionsmuster der übrigen TaAMT2s (TaAMT2;2-TaAMT2;6) ist ähnlich, mit einer höheren Expression unter Ammonium, sowohl in Wurzeln als auch in Blättern, im Vergleich zu Nitrat. Kapitel III befasste sich mit der Rolle der ABI1 (ABA Insensitiv 1) PP2C A Phosphatase bei der Ammoniumernährung und den Auswirkungen externer Ammoniumkonzentrationen auf die ABA-Konzentrationen. Ammonium erhöhte die ABA-Konzentrationen in den Wurzeln durch Aktivierung von ABA-GE, was bedeutet, dass Ammoniumtoxizität als abiotischer Stress durch ABA wahrgenommen werden könnte. Ohne Ammonium dephosphoryliert ABI1 die AMTs und hemmt CIPK23; mit Ammonium setzt die durch den ABA-PYR/PYL-Komplex vermittelte Hemmung von ABI1 CIPK23 frei, um die AMTs zu phosphorylieren und Ammoniumtoxizität zu vermeiden. In Kapitel IV schließlich haben wir die Rolle von AIP1 und dessen Ammonium-abhängigen Regulator PYL8 bei der Ammoniumernährung untersucht. Die Funktion von AIP1 in der Regulation der Ammoniumaufnahme ist redundant mit der von ABI1 beschrieben. Die ammoniumabhängigen Veränderungen der Wurzelarchitektur und erhöhte Akkumulation von Auxin in den Wurzelspitzen der pyl8-1 Pflanzen im Vergleich zum Wildtyp legen nahe, dass PYL8 an der Modulation des ammoniumabhängigen Wurzelphänotyps beteiligt ist

    Bringing light into the dark side of digitalization : consequences, antecedents, and mitigation mechanisms

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    As digital technologies permeate all aspects of our professional and private lives, digitalization causes profound changes for individuals, organizations, and societies. The use of digital technologies makes many activities easier, safer, faster, or more comfortable. In addition to many positive changes, digital technologies are also associated with numerous risks and side effects. The use of digital technologies might come along with severe negative consequences for individuals, organizations, and societies. The negative consequences can be triggered by various antecedents. In addition to identifying the negative consequences of digitalization and their antecedents, it is particularly important to develop appropriate mitigation mechanisms. This dissertation provides novel insights for IS researchers to better understand the negative consequences of using digital technologies. It contains a broad overview of the risks and side effects of digitalization and investigates related antecedents and mitigation mechanisms. To reach this goal, regarding research methods, this dissertation relies on the structured analysis of (scientific) literature and (expert) interviews as well as the analysis and interpretation of empirical data. Chapter 2 contributes to the research on the negative consequences of digitalization. Section 2.1 provides a comprehensive multi-level taxonomy of the risks and side effects of digitalization (RSEDs). Section 2.2 builds on Section 2.1 and is a substantial expansion and improvement of Section 2.1. The iterative taxonomy development process was complemented by four additional cycles. The final taxonomy comprises 11 RSEDs and their 39 subtypes. Both articles show that there is a wide range of risks and side effects of digitalization that need to be explored in more detail in the future. Chapter 3 focuses on the antecedents of digitalizations negative consequences. Section 3.1 sheds light on individuals concerns towards automated decision-making. The concerns are derived from academic literature and semi-structured interviews with potential users of algorithm-based technologies. Section 3.2 focuses on the evaluation of specific mHealth app features by potential users in Germany and Denmark. The study draws on survey data from both countries analyzed using the Kano method. Further, it comprises a quartile-based sample split approach to identify the underlying relationships between users characteristics and their perceptions of the mHealth app features. The results show significant differences between Germans and Danes in the evaluation of the app features and demonstrate which of the user characteristics best explain these differences. Both articles shed light on possible antecedents of negative consequences (i.e., user dissatisfaction, non-use) and thus contribute to a better understanding of the occurrence of negative consequences. Chapter 4 shows exemplary mitigation mechanisms to cope with the negative consequences of digitalization. Section 4.1 takes an organizational perspective and identifies data privacy measures that can be implemented by organizations to protect the personal data of their customers and address their privacy concerns. These measures were evaluated by analyzing data from two independent online surveys with the help of the Kano method. Section 4.2 focuses on an individual perspective by presenting the concept of a privacy bot that contributes to strengthening the digital sovereignty of internet users. With the help of the privacy bot, page-long privacy statements can be checked against previously stored individual data protection preferences. Both articles provide appropriate mitigation mechanisms to cope with users privacy concerns. These two examples show that there are a variety of ways to counter the risks and side effects of digitalization. The research articles included in this dissertation identify various risks and side effects of digitalization that need to be explored in more detail in future research. The two articles on antecedents help to better understand the occurrence of negative consequences of digitalization. The development of appropriate countermeasures, two of which are exemplified in this dissertation, should result in the benefits of digital technologies outweighing their risks.Da digitale Technologien alle Bereiche unseres beruflichen und privaten Lebens durchdringen, bewirkt die Digitalisierung tiefgreifende Veränderungen für Individuen, Organisationen und Gesellschaften. Viele Aktivitäten werden durch den Einsatz digitaler Technologien einfacher, sicherer, schneller oder bequemer. Neben vielen positiven Veränderungen sind digitale Technologien aber auch mit zahlreichen Risiken und Nebenwirkungen verbunden. Der Einsatz digitaler Technologien kann mit schwerwiegenden negativen Folgen für Individuen, Organisationen und Gesellschaften einhergehen. Diese negativen Folgen können durch verschiedene Einflussfaktoren ausgelöst werden. Zusätzlich zur Identifizierung der negativen Folgen der Digitalisierung und ihrer Ursachen ist es besonders wichtig, geeignete Schutzmaßnahmen zu entwickeln. Diese Dissertation liefert neue Erkenntnisse für IS-Forscher:innen, um die negativen Folgen der Nutzung digitaler Technologien besser zu verstehen. Sie enthält einen breiten Überblick über die Risiken und Nebenwirkungen der Digitalisierung und untersucht die damit verbundenen Ursachen und Schutzmaßnahmen. Um dieses Ziel zu erreichen, stützt sich die Dissertation forschungsmethodisch auf die strukturierte Analyse von (wissenschaftlicher) Literatur und (Expert:innen-)Interviews sowie auf die Auswertung und Interpretation empirischer Daten. Kapitel 2 leistet einen Beitrag zur Forschung über die negativen Folgen der Digitalisierung. Abschnitt 2.1 liefert eine umfassende mehrstufige Taxonomie der Risiken und Nebenwirkungen der Digitalisierung (RSEDs). Abschnitt 2.2 baut auf Abschnitt 2.1 auf und ist eine wesentliche Erweiterung und Verbesserung von Abschnitt 2.1. Der iterative Taxonomieentwicklungsprozess wurde durch vier weitere Zyklen ergänzt. Die endgültige Taxonomie umfasst 11 RSED und 39 Untertypen. Beide Artikel zeigen, dass es ein breites Spektrum an Risiken und Nebenwirkungen der Digitalisierung gibt, das in Zukunft noch genauer erforscht werden muss. Kapitel 3 befasst sich mit den Ursachen der negativen Folgen der Digitalisierung. Abschnitt 3.1 beleuchtet die Bedenken von Individuen gegenüber automatisierten Entscheidungen. Die Bedenken wurden aus wissenschaftlicher Literatur und halbstrukturierten Interviews mit potenziellen Nutzer:innen algorithmusbasierter Technologien abgeleitet. Abschnitt 3.2 konzentriert sich auf die Bewertung spezifischer Funktionen von mHealth-Apps durch potenzielle Nutzer in Deutschland und Dänemark. Die Studie basiert auf Umfragedaten aus beiden Ländern, die mit der Kano-Methode analysiert wurden. Darüber hinaus umfasst sie einen quartil-basierten Stichproben-Split-Ansatz, um die zugrundeliegenden Beziehungen zwischen den Merkmalen der Nutzer (z.B. Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes) und ihrer Wahrnehmung der Funktionen von mHealth-Apps zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede zwischen Deutschen und Dänen bei der Bewertung der App-Funktionen und zeigen, welche der Nutzermerkmale diese Unterschiede am besten erklären. Beide Artikel beleuchten mögliche Ursachen negativer Folgen (z.B. Unzufriedenheit der Nutzer, Nichtnutzung) und tragen so zu einem besseren Verständnis des Auftretens negativer Folgen bei. Kapitel 4 zeigt beispielhafte Schutzmaßnahmen zur Bewältigung der negativen Folgen der Digitalisierung. Abschnitt 4.1 nimmt eine organisationale Perspektive ein und identifiziert Datenschutzmaßnahmen, die von Unternehmen umgesetzt werden können, um die personenbezogenen Daten ihrer Kund:innen zu schützen und deren Datenschutzbedenken zu berücksichtigen. Diese Maßnahmen wurden durch die Analyse von Daten aus zwei unabhängigen Online-Umfragen mit Hilfe der Kano-Methode evaluiert. In Abschnitt 4.2 wird eine individuelle Perspektive eingenommen, indem das Konzept eines Privacy Bots vorgestellt wird, der zur Stärkung der digitalen Souveränität von Internetnutzer:innen beiträgt. Mithilfe des Privacy Bots können seitenlange Datenschutzerklärungen mit zuvor gespeicherten individuellen Datenschutzpräferenzen abgeglichen werden. Beide Artikel beschreiben geeignete Schutzmaßnahmen, um den Datenschutzbedenken der Nutzer:innen gerecht zu werden. Diese beiden Beispiele zeigen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, den Risiken und Nebenwirkungen der Digitalisierung zu begegnen. Die in dieser Dissertation enthaltenen Forschungsartikel zeigen verschiedene Risiken und Nebenwirkungen der Digitalisierung auf, die in der zukünftigen Forschung noch genauer untersucht werden müssen. Die beiden Artikel zu den Ursachen helfen, das Auftreten von negativen Konsequenzen der Digitalisierung besser zu verstehen. Die Entwicklung geeigneter Schutzmaßnahmen, von denen zwei in dieser Dissertation beispielhaft vorgestellt werden, sollte dazu führen, dass die Vorteile der digitalen Technologien ihre Risiken überwiegen

    The adoption of agricultural machinery and its economic impacts in China

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    In modern agriculture, machinery plays an important role to substitute manual labor and to improve productivity and economic performance of farm households. Conventional agricultural machinery in crop production includes tractors, cultivators, tillers, combine harvesters, pumps, threshers, planters, fertilizer spreaders, seeders, etc. In recent years, as an innovative agricultural machinery, unmanned aerial vehicles (UAVs) have been adopted in precision agriculture for crop monitoring and crop spraying. However, factors influencing Chinese farmers adoption of agricultural machinery and the economic impacts of the adoption have not been adequately studied, especially regarding farm machinery in maize production and UAVs in precision agriculture. In addition, there is limited literature that systematically summarizes the use of UAVs in maize production. The development of UAV-based pattern management in Chinese agriculture and the prerequisites for adopting and implementing this approach remain unclear. By utilizing farm household data, qualitative methods, and econometric quantitative methods, this dissertation aims to (i) identify the factors influencing the adoption of farm machinery and UAVs by Chinese farmers; (ii) estimate the economic impacts of adopting farm machinery and UAVs; (iii) provide an overview of UAV applications in maize production; (iv) study the prerequisites for adopting and implementing UAV-based pattern management in Chinese agriculture; (v) outline and recommend policy instruments to promote the use of farm machinery and UAVs in China. The empirical results indicate that the determinants of farm machinery adoption and UAV adoption can be attributed by three major aspects: farmer characteristics (e.g., age, education level, and perceptions about agricultural machinery), farm characteristics (e.g., farm size, land fragmentation, and cooperative membership), and other external socio-economic factors (e.g., subsidies, technical assistance, and labor shortages). The adoption of farm machinery and UAVs has shown significantly positive economic effects. However, the effects vary among farm household types due to the heterogeneous farm characteristics and socio-economic conditions. Farm machinery use significantly increased maize yield by 0.216 tons/ha and improved labor productivity by 18.65%. Young, male, and better-educated farmers benefit more from adopting farm machinery, and farms located in plain regions with cooperative membership and rented land can gain higher economic benefits from machinery use. In addition, the impacts of farm machinery adoption on maize yield and labor productivity slightly decrease with farm size. The adoption of UAVs in pesticide application significantly increased revenue and reduced the time spent on pesticide application by approximately 434-488 USD/ha and 14.4-15.8 hours/ha, respectively. In terms of marginal revenue and marginal time spent on pesticide application, the optimal area for using UAVs in pesticide spraying is estimated to be 20 hectares of arable land, suggesting that small and medium-scale farmers are the main beneficiaries of UAV adoption. For the wide application of UAV-based pattern management in precision agriculture, certain socio-economic and technical prerequisites are necessary. These include farmers possessing adequate UAV-related capabilities, relatively large farm sizes, availability of UAV-related subsidies, and superior UAV performance. Balancing the pros and cons, the effective promotion of farm machinery in maize production and UAVs in precision agriculture requires the establishment of a comprehensive socio-economic institution. This institution should integrate strategies from both the public and private sectors such as the implementation of land consolidation, the establishment of agricultural machinery cooperatives for benefit-risk sharing, the provision of practical training and education on agricultural machinery, and subsidies for the purchase of agricultural machinery. Due to the heterogeneous effects of farm machinery adoption and UAV adoption, it is necessary to develop customized extension services tailored to various types of farm households to prevent inequity among farmers.In der modernen Landwirtschaft spielen Maschinen eine wichtige Rolle, indem sie manuelle Arbeit ersetzen, sowie Produktivität und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit verbessern. Konventionelle Landmaschinen umfassen Traktoren, Kultivatoren, Pflüge, Mähdrescher, Pumpen, Dreschmaschinen, Pflanzmaschinen, Düngerstreuer, Sämaschinen usw. In den letzten Jahren wurden unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs) als innovative landwirtschaftliche Maschinen in der Präzisionslandwirtschaft eingesetzt, sowohl zur Überwachung von Pflanzen als auch zur Schädlingsbekämpfung. Jedoch wurden die Faktoren, die die Akzeptanz landwirtschaftlicher Maschinen durch chinesische Landwirte und die ökonomischen Auswirkungen ihrer Übernahme, nicht ausreichend untersucht, insbesondere im Hinblick auf Landmaschinen in der Maisproduktion und unbemannte Luftfahrzeuge in der Präzisionslandwirtschaft. Darüber hinaus gibt es nur wenig Literatur, die den Einsatz von UAVs in der Maisproduktion systematisch zusammenfasst. Die Entwicklung eines auf UAVs basierenden Managements in der chinesischen Landwirtschaft und die Voraussetzungen für die Übernahme und Umsetzung dieses Ansatzes bleiben unklar. Unter Verwendung von Daten zu landwirtschaftlichen Haushalten, von qualitativen Methoden und ökonometrischen quantitativen Methoden zielt diese Dissertation darauf ab, (i) die Faktoren zu identifizieren, die die Akzeptanz von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs durch chinesische Landwirte beeinflussen; (ii) die wirtschaftlichen Auswirkungen der Einführung von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs zu schätzen; (iii) einen Überblick über die Anwendungen von UAVs in der Maisproduktion geben; (iv) die Voraussetzungen für die Implementierung eines UAV-basierten Managements in der chinesischen Landwirtschaft zu untersuchen; (v) Politikinstrumente zur Förderung des Einsatzes von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs in China zu formulieren. Die empirischen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Determinanten der Akzeptanz von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs auf drei Hauptaspekte zurückzuführen sind: die Eigenschaften der Landwirte (z. B. Alter, Bildungsniveau und Wahrnehmung von Landmaschinen), die Merkmale des landwirtschaftlichen Betriebs (z. B. Betriebsgröße, Landfragmentierung und Mitgliedschaft in einer Genossenschaft) sowie andere externe sozioökonomische Faktoren (z. B. Subventionen, technische Unterstützung und Arbeitskräftemangel). Der Einsatz von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs hat deutlich positive wirtschaftliche Auswirkungen gezeigt. Allerdings variieren die Effekte aufgrund der unterschiedlichen Merkmale der landwirtschaftlichen Betriebe und der sozioökonomischen Bedingungen von Haushalt zu Haushalt. Der Einsatz landwirtschaftlicher Maschinen hat den Maisertrag und die Arbeitsproduktivität signifikant erhöht. Der Maisertrag hat sich um 0,216 Tonnen pro Hektar erhöht und die Arbeitsproduktivität um 18.65%. Junge, männliche und besser gebildete Landwirte profitieren mehr von der Akzeptanz von Landmaschinen, und Betriebe in ebenen Regionen mit Genossenschaftsmitgliedschaft und höherem Pachtanteil können höhere wirtschaftliche Vorteile durch den Maschineneinsatz erzielen. Darüber hinaus nehmen die Auswirkungen der Akzeptanz von landwirtschaftlichen Maschinen auf den Maisertrag und die Arbeitsproduktivität leicht mit der Betriebsgröße ab. Die Akzeptanz von UAVs bei der Pestizidanwendung hat den Ertrag signifikant um etwa 434-488 USD pro Hektar erhöht und die für die Pestizidanwendung aufgewendete Zeit um 14,4-15,8 Stunden pro Hektar reduziert. In Bezug auf den marginalen Ertrag und die marginale Zeit für die Pestizidanwendung wird der optimale Bereich für den Einsatz von UAVs bei der Pestizidapplikation auf 20 Hektar Ackerland geschätzt, was darauf hinweist, dass kleine und mittelgroße Betriebe die Hauptnutznießer der Akzeptanz von UAVs sind. Für den breiten Einsatz des auf UAVs basierenden Muster-Managements in der Präzisionslandwirtschaft sind bestimmte sozioökonomische und technische Voraussetzungen erforderlich. Dazu gehören Betriebe, die über ausreichende Fähigkeiten im Umgang mit UAVs verfügen, relativ große Flächenausstattung aufweisen, die Verfügbarkeit von UAV-bezogenen Subventionen und eine ausreichende Leistung der UAVs. Bei der Abwägung der Vor- und Nachteile, erfordert die wirksame Förderung des Einsatzes von Landmaschinen in der Maisproduktion und UAVs in der Präzisionslandwirtschaft die Einrichtung einer umfassenden sozioökonomischen Institution. Diese Institution sollte Strategien aus beiden Sektoren, dem öffentlichen und privaten Sektor, wie die Umsetzung der Flurbereinigung, die Gründung von landwirtschaftlichen Maschinenkooperativen zur Vorteils- und Risikoteilung, die Bereitstellung von praktischer Schulung und Ausbildung im Umgang mit landwirtschaftlichen Maschinen sowie Subventionen für den Kauf von landwirtschaftlichen Maschinen integrieren. Aufgrund der unterschiedlichen Ergebnisse bei der Übernahme von landwirtschaftlichen Maschinen und UAVs in den Betrieben, ist es notwendig, maßgeschneiderte Beratungsdienste zu entwickeln, die auf die verschiedenen Arten von landwirtschaftlichen Haushalten zugeschnitten sind, um Ungleichheiten unter den Landwirten zu vermeiden

    Issues Management in changing environments

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    Die Idee des Issues Management will durch die frühzeitige Identifikation und die strategisch geplante Partizipation an öffentlich und organisational relevanten Issues erreichen, dass Unter- nehmen aktiv auf Umfeldentwicklungen Einfluss ausüben, um den eigenen Handlungsspiel- raum zu erhalten und die Unternehmensreputation zu sichern. Die Umweltbedingungen spielen eine zentrale Rolle für die Ausgestaltung des Issues Management. Diese haben sich seit den ersten Issues-Management-Ansätzen Ende der 1970er-Jahre spürbar verändert. Digitalisierung, Medialisierung, Globalisierung und die Transformation der Öffentlichkeit durch den digitalen Strukturwandel sind die Treiber dieser Veränderungen. Issues Management wurde bislang nicht auf seine Gültigkeit unter veränderten Umweltbedingungen überprüft. Die übergeordnete Forschungsfrage dieser Studie lautet daher: Wie gestalten Unternehmen Issues Management unter veränderten Umweltbedingungen? Die empirische Studie untersucht anhand von qualitativen, leitfadengestützten Experteninterviews, wie Issues Management heute unter veränderten Umweltbedingungen durchgeführt wird. Dafür wird die Forschungsfrage anhand von sechs Issue-Management-Dimensionen vertieft: die Konzept-, die Struktur-, die Prozess-, die Management-, die Akteurs- und die Ressourcendimension. Für die Untersuchung wurden 22 Experten aus dem Agentur- und Beratungskontext und dem Unternehmensumfeld befragt. Konzeptionell hat sich das Issues Management unter veränderten Umweltbedingungen nicht gewandelt. Es bleibt eine Präventionsfunktion, die zur Sicherung und Steigerung der Unternehmensreputation möglich frühzeitig risikobehaftete Sachverhalte in der Unternehmensumwelt identifiziert und diese Sachverhalte strategisch geplant bewältigt. Issues Management fristet in vielen Unternehmen ein depriorisiertes Dasein, u.a. weil die Schnittmengen mit anderen Disziplinen hoch sind. In etlichen Unternehmen wird Issues Management betrieben, aber nicht so benannt. Auf der Strukturebene des Issues Management werden digitalisierungs- und globalisierungsbedingte Veränderungen sichtbar. Moderne Issues-Management-Organisationen müssen schneller, agiler und flexibler arbeiten als früher. Sie müssen global und in Echtzeit Themen identifizieren und diese kulturraumadäquat aufbereiten. Das erfordert effiziente und transparente Informations- und Wissensmanagementsysteme sowie flexible Anpassungsmöglichkeiten der Ressourcen. Die Untersuchung zeigt, dass auf der prozessualen Ebene Veränderungen durch digitalisierte Umweltbedingungen wirksam sind. Aufgrund der Beschleunigung von Umweltentwicklungen verlaufen die Prozessphasen schneller oder verlaufen parallel zueinander. Reflexions- und Reaktionszeiten haben sich bei wachsender Issue-Komplexität verkürzt. In Anlehnung an die Abfolgen der Scrum-Logik aus der Softwareentwicklung wird in der Studie ein alternatives Prozessmodell entwickelt, das die Simultanität und die wachsende Komplexität von Umweltentwicklungen abbildet. Die Managementebene ist von Veränderungen durch beschleunigt Umweltentwicklungen, Globalisierung, Medialisierung und veränderten Öffentlichkeitsstrukturen gekennzeichnet, die in den einzelnen Phasen der Maßnahmen- ebene unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Die Untersuchung zeigt, dass die Evaluation des Issues Management bis heute eine Herausforderung ist und in den Unternehmen nur mit Einschränkungen durchgeführt wird. Agenturen sehen hier mangelnden Willen, Unternehmen begründen dies mit der mangelnden Aussagekraft der Ergebnisse über die eigentliche Leistung des Issues Management. Auf Akteursebene wirkt die Transformation der Öffentlichkeit. Es steigt die Anzahl situativer, volatiler und gut vernetzter Teilöffentlichkeiten, die sich um verschiedene Themen gruppieren und dafür sorgen, dass einmal aufgetretene Issues nicht mehr zur Ruhe kommen. Zudem haben sich die Kräfteverhältnisse zugunsten bislang schwach repräsentierter Gruppen verschoben. Weiterhin ist Journalism Bypassing ein häufig beobachtetes Phänomen. Auf der Ressourcenebene benötigen aufgrund von Digitalisierung und Medialisierung Issues Manager*innen ein deutlich erweitertes Repertoire an Kompetenzen und Fähigkeiten. Des Weiteren steigt im Issues Management der Einsatz von digitalen Tools. Zum Erhebungszeitpunkt sind dies vor allem Online-Monitoring-Tools, Redaktionsmanagement-Tools sowie kollaborative Arbeitsplattformen und virtuelle Team-Umgebungen. KI und Chatbots stellen da- gegen die Ausnahme dar. Insgesamt kommt die Studie zu dem Schluss, dass die veränderten Umweltbedingungen die Idee des Issues Management aktueller denn je werden lässt. Wenngleich nicht immer unter dem Namen, so hat sich in der Mehrzahl der Unternehmen die strategisch geplante Früherkennung und Bewältigung von Issues etabliert. Dabei wirken sich die Umweltveränderungen stark auf die Umsetzung aus. Nachholbedarf besteht vor allem im Bereich der digitalen und datenbasierten Unternehmenskommunikation.The idea of issues management aims to ensure that companies actively exert influence on other environmental developments through early identification and strategically planned participation in publicly and organisationally relevant issues. The goal is to maintain their own room for manoeuvre and secure their corporate reputation. Environmental conditions play a central role in shaping issues management. These have changed noticeably since the first issues manage- ment approaches at the end of the 1970s. Digitalisation, medialisation, globalization, and the transformation of the public sphere through digital structural change are the drivers of these changes. Issues management has not yet been tested for its validity under changed environmen- tal conditions. The overarching research question of this study therefore is: How do companies shape issues management under changed environmental conditions? The empirical study uses qualitative, guideline-based expert interviews to examine how issues management is carried out today under changed environmental conditions. For this purpose, the research question is deepened on the basis of six issue management dimensions: the concept, the structure, the process, the management, the actor and the resource dimension. For the research, 22 experts from the agency/consultancy context and the corporate environment were interviewed. Conceptually, issues management has not altered under changed environmental conditions. It remains a preventive function that identifies issues in the corporate environment as early as possible in order to secure and enhance the companys reputation and to deal with these issues in a strategically planned manner. Issues management has a deprioritised existence in many companies, partly because the overlaps with other disciplines are high. Therefore, in many com- panies issues management is practised but not called such. At the structural level of issues management, changes due to digitalisation and globalisation are becoming visible. Modern is- sues management organisations have to work faster, more agile and more flexibly than before. They have to identify issues globally, in real time, and prepare them in a way that is appropriate for different cultural areas. This requires efficient and transparent information and knowledge management systems as well as flexible resource adjustment options. The study shows that changes due to digitalised environmental conditions are effective on the processual level. Due to the acceleration of environmental developments, the process phases run faster or parallel to each other. Reflection and reaction times have shortened with increasing issue complexity. Fol- lowing the sequences of the Scrum logic from software development, an alternative process model is developed in the study that maps the simultaneity and growing complexity of environ- mental developments. The management level is characterised by changes due to accelerated environmental developments, globalisation, medialisation and changed public structures, which are evident to different degrees in the individual phases of the management level. The study shows that the evaluation of issues management is still a challenge today and is only carried out with limitations in the companies. Agencies see a lack of will here, companies justify this with the lack of meaningfulness of the results about the actual performance of issues management. At the actor level, the transformation of the public sphere is having an effect. There is an in- crease in the number of situational, volatile and well-networked sub-publics, which are grouped around various issues and ensure that once an issue has arisen, it can no longer be laid to rest. In addition, the balance of power has shifted in favour of previously weakly represented groups. Furthermore, "journalism bypassing" is a frequently observed phenomenon. On the resource level, issues managers need a significantly expanded repertoire of competences and skills due to digitalisation and medialisation. Furthermore, the use of digital tools in issues management is increasing. At the time of the survey, these were primarily online monitoring tools, editorial management tools, collaborative work platforms and virtual team environments. AI and chat- bots, on the other hand, are the exception. Overall, the study concludes that the changed environmental conditions make the idea of issues management more relevant than ever. Although not always under the name, strategically planned early recognition and management of issues has become established in most compa- nies. At the same time, the environmental changes have a strong impact on implementation. Furthermore, there is a need to catch up especially in the area of digital and data-based corporate communication. This is where potential lies dormant to remedy some of the problems identified in the paper

    Heavy metals from phosphate fertilizers in maize-based food-feed energy systems

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    The problem of polluted agricultural lands with heavy metals due to anthropogenic activities, including applying phosphorous (P) fertilizers polluted with cadmium (Cd) and other metal such as uranium, has been extensively studied. Several reviews, including the one in the present dissertation, have elaborated this issue with often the same results: the application of P fertilizers with high Cd levels is strongly correlated to Cd accumulation in arable soil, which could imply environmental risks as well as health risks for humans and animals through the food chain. Therefore, these reviews have often the same conclusion: the application of low Cd-P fertilizers, either mineral, organic or recycled, is diminishing the risks of Cd pollution at the soil, crop and consumption level. However, globalization, trade politics, economy, dependency on Morocco mineral P fertilizers, and the finite stock in the raw material have challenged this possibility, especially in the European Union. Meanwhile, in China, polluted arable soils are related to other anthropogenic activities and type of fertilizers rather than Cd-polluted phosphate rock and mineral P fertilizers. At the farm level, other options to diminish Cd pollution in soil and crops, besides low Cd-P fertilizers, could consist of different fertilizer and crop management. These options were studied in this dissertation. A different P management, including different rate applications and placements, did not influence the total Cd concentration in silage maize grown in Germany, regardless of the developmental stage of the crop and the Cd levels in P fertilizer. Silage maize might take up Cd derived from P fertilizers under unpolluted soils, without high risks due to its high biomass production. However, significant changes in the labile Cd fraction were already visible after applying Cd-polluted P fertilizers at 150% of the required amount to the soil after only two growing seasons. Further research should be done to understand the correlations between the bioavailable metal fraction and the actual Cd uptake by silage maize, especially in unpolluted soils. This recommendation also follows the meta- analysis results presented in the second publication, which indicated a possible bias as most of the studies are performed under polluted conditions. Considering the results of the third and fourth publication, the Cd uptake by silage maize was strongly correlated to labile Zn in the soil and the Zn uptake at the early development stage after two field seasons. Placed P fertilizer had a significant and negative effect on the Zn uptake by young silage maize. Further research is needed to understand the behavior of Cd and Zn in the uptake process by maize under P fertilization in unpolluted soils. According to three of the four publications presented in this dissertation, the soil pH was the main soil characteristic influencing the bioavailability and the plant uptake of Cd under unpolluted conditions, regardless of the P treatment, the development stage, and the maizes intended use. However, the total Cd concentration in the soil was the dominant variable for the Cd concentration in maize grain when the soil was polluted with high Cd levels, which was the case in several experiments analyzed in the second publication. P fertilizers with average Cd contamination might enhance labile Cd accumulation in arable land and crops when applied to low biomass crops, such as wheat and legume crops. In this regard, crop management such as crop rotation in the central field experiment indicated that the wheat rotation induced a lower Cd accumulation in maize-soil systems, owing to wheat likely accumulating Cd at higher levels than other crops. The results presented in the second publication also indicated high Cd accumulation by the wheat crop: the wheat grain accumulated more Cd than the maize grain. Thus, potential hazards related to Cd accumulation in wheat grain should also be considered in wheat-maize systems. In conclusion, suitable crop rotations considering the crop-specific potential of Cd accumulation, efficient P management including soil P levels and nutrient use efficiency, and low Cd-P fertilizers remain the most viable options and the main challenge to avoid Cd accumulation in arable soils.Das Problem der Belastung landwirtschaftlicher Flächen mit Schwermetallen aufgrund anthropogener Aktivitäten, einschließlich des Einsatzes von Phosphor-(P)-Düngemitteln, die mit Cadmium (Cd) und anderen Metallen wie Uran verunreinigt sind, wurde bereits ausführlich untersucht. Mehrere Reviews, einschließlich des Reviews in der vorliegenden Dissertation, haben sich mit diesem Thema befasst und sind häufig zu dem gleichen Ergebnis gekommen: die Anwendung von P-Düngemitteln mit hohem Cd-Gehalt korreliert stark mit der Cd-Anreicherung in Ackerböden, was wiederum sowohl Umweltrisiken als auch Gesundheitsrisiken für Menschen und Tiere über die Nahrungskette zur Folge haben könnte. Daher haben diese Reviews oftmals dieselbe Schlussfolgerung: die Anwendung von mineralischen, organischen oder recycelten P-Düngemitteln mit geringen Cd-Anteilen reduziert die Cd-Belastung auf den Ebenen Boden, Pflanze und Konsum. Die Globalisierung, die Handelspolitik, die Wirtschaft, die Abhängigkeit von P-Mineraldüngern aus Marokko und die Endlichkeit des Rohstoffs erschweren diese Möglichkeit, insbesondere in der Europäischen Union. Währenddessen stehen in China verunreinigte Ackerböden im Zusammenhang mit anderen anthropogenen Aktivitäten und anderen Arten von Düngemitteln als mit Cd-verunreinigtem Phosphatgestein und mineralischen P- Düngemitteln. Andere Möglichkeiten neben P-Düngemitteln mit geringen Cd-Anteilen, um Cd- Verschmutzung auf Betriebsebene in Böden und Pflanzen zu verringern, könnten in einem anderen Dünge- und Pflanzenmanagement bestehen. Diese Möglichkeiten wurden in der vorliegenden Dissertation untersucht. Ein anderes P-Management, einschließlich verschiedener Anwendungsmengen und Platzierungen, hatte keinen Einfluss auf die Gesamtkonzentration an Cd bei Silomais, welcher in Deutschland angebaut wurde, unabhängig vom Entwicklungsstadium der Pflanzen und der Cd-Anteile in den P- Düngemitteln. Silomais könnte auf unbelasteten Böden Cd aus P-Düngemitteln aufnehmen, ohne dass wegen der hohe Biomasseproduktion ein hohes Risiko besteht. Signifikante Veränderungen des labilen Cd-Anteils im Boden waren bereits nach der Ausbringung von Cd-verunreinigten P-Düngemitteln in Höhe von 150% der erforderlichen Menge nach nur zwei Vegetationsperioden zu erkennen. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die Zusammenhänge zwischen der bioverfügbaren Metallfraktion und der tatsächlichen Cd- Aufnahme von Silomais zu verstehen, insbesondere in unbelasteten Böden. Diese Empfehlung folgt den Ergebnissen der Metaanalyse in der zweiten Publikation, welche eine mögliche Verzerrung zeigt, da die meisten Studien unter belasteten Bedingungen durchgeführt wurden. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der dritten und vierten Veröffentlichung, korrelierte die Cd-Aufnahme von Silomais mit dem Anteil an labilem Zink (Zn) im Boden und mit der Zn-Aufnahme im frühen Entwicklungsstadium innerhalb von zwei Vegetationsperioden. Platzierte P-Düngung hatte einen signifikanten und negativen Einfluss auf die Zn-Aufnahme durch jungen Silomais. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um das Verhalten von Cd und Zn bei der Aufnahme von Mais mit P-Düngemitteln in unbelasteten Böden zu verstehen. In drei der vier Publikationen der vorliegenden Dissertation war der Boden-pH die wichtigste Bodeneigenschaft mit Einfluss auf die Bioverfügbarkeit und die Pflanzenaufnahme von Cd unter unbelasteten Bedingungen, unabhängig von der P-Anwendung, vom Entwicklungsstadium und der beabsichtigten Maisnutzung. Hingegen war die Gesamt-Cd- Konzentration die dominante Variable für die Cd-Konzentration in den Maiskörnern, wenn der Boden mit hohen Cd-Leveln verunreinigt war, was in einigen Experimenten der Fall war, die in der zweiten Publikation analysiert wurden. P-Düngemittel mit durchschnittlicher Cd-Kontamination könnten die labile Cd- Anreicherung in Ackerböden und Pflanzen verbessern, wenn sie auf Pflanzen mit geringer Biomasse, wie Weizen und Leguminosen, ausgebracht werden. In dieser Hinsicht wiesen Pflanzenbaumanagementmaßnahmen wie die Fruchtfolge im Hauptfeldexperiment darauf hin, dass eine Fruchtfolge mit Weizen zu einer geringeren Cd-Akkumulation in Maisanbausystemen führt, was darauf zurückzuführen ist, dass Weizen wahrscheinlich höhere Cd-Konzentrationen anreichert als andere Kulturen. Die Ergebnisse in der zweiten Publikation deuteten ebenfalls auf eine Cd-Akkumulation der Weizenpflanze hin: Die Weizenkörner reicherten mehr Cadmium an als die Maiskörner. Daher sollte das Gefahrenpotential in Weizenkörnern auch bei Weizen-Mais-Fruchtfolgen betrachtet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass geeignete Fruchtfolgen unter Berücksichtigung des pflanzenspezifischen Potentials der Cd-Anreicherung, eines effizienten P-Managements, das den P-Gehalt im Boden und der Effizienz der Nährstoffnutzung einschließt, sowie P- Düngemittel mit niedrigem Cd-Gehalt nach wie vor die praktikabelsten Optionen und die Hauptherausforderung zur Vermeidung von Cd-Anreicherung in Ackerböden bleiben

    The impacts of conflict and climate change on food security and nutrition in Chad

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    This dissertation aims at providing an overview of how armed conflict and climate impact food security and nutrition in the African country of Chad. It analyzes the impacts of the Boko Haram insurgency on food security and nutrition, and those of annually recurrent droughts on households coping strategies. Placing the Republic of Chad in the context of the administrative regions of surrounding countries, where Boko Haram and its splinter groups operated at the time of their greatest territorial expansion (Extreme Nord in Cameroon, Lac in Chad, and Diffa in Niger, as well as the Nigerian states of Borno, Yobe, and Adamawa), it covers the timeframe from late 2009 to 2016. On the qualitative side, a systematic literature review on the impacts of Boko Haram on food security and related concepts in the study area, a review of conflict databases and press coverage of Boko Harams activities, and semi-structured interviews of Chadian security experts help to locate where and when the insurgency was active, the violence it perpetrated, and the impacts it had. On the quantitative side, the thesis leverages DHS data of 1997 and 2010, MICS data of 2000 and 2015 for childhood malnutrition indicators. The 2011, 2013, 2014, 2015 and 2016 ENSA waves are used for household food security indicators. Across the broader Lake Chad region, Boko Haram activity led to the displacement of food producers, interruption of migration routes of pastoralists, increased exposure to cattle rustling, and transport restrictions affecting food markets. It is also associated with changes in trade routes and border closures leading to price fluctuations, market closure and decrease in market activity, reduction in smallholder farmers income, and curbing physical access of consumers to food markets due to the destruction of infrastructure and security concerns. These factors contributed to increases in wasting, stunting, and child mortality rates, decreases in school enrolment and years of schooling, and limitations in access to health care. On the macroeconomic level, agricultural output, GDP, and other development indicators have been affected negatively. However, on the micro level, many studies focus on the insurgencys impacts on displacement, in the form of refugees and IDPs within specific camps. These populations struggle with their loss of agro-pastoralist livelihoods, and with limited access to land and water to sustain them. Coupled with low employment rates, this results in low income across camps. However, whether this results in lack of food availability and diversity differs significantly from camp to camp, and access to health, education, and other basic service is highly unequally distributed as well. Concerningly, trading food for sex is a practice in at least some camps. Centering in on Chad itself, the thesis exploits the fact that Boko Haram perpetrated only criminal but not political violence between 2010 and 2014. During this period, insurgents plundered and pillaged Chadian villages in the seasonal wetlands of Lake Chad, and committed other criminal acts, but did not engage Chadian security forces for political gains; hence, this setup allows to isolate the impacts that terrorist organizations can achieve through purely criminal violence. Applying a DID approach, the dissertation finds that such criminal violence causes deteriorations in the z-scores of underweight and wasting of children under the age of five years by -0.085 points and -0.305 points, respectively. It finds that the insurgencys criminal violence causes a decrease of 31.7 percentage points in the participation of households in agricultural activities and a decrease of their dietary diversity by 53.7 points. These impacts are large, especially considering that criminal violence perpetrated by Boko Haram in Chad received little to no international attention. The impacts of seasonal drought on food security, however, are much more measured. Out of five coping strategies assessed, seasonal drought has impacts to a statistically significant degree on only two: The prevalence of households selling non-productive assets and the prevalence of using their savings increases by 7.1 percentage points and 7.6 percentage points, respectively, when drought exposure increases by 1 percentage point on a low administrative level. Estimates of heterogeneous treatment effects and other robustness tests support a causal interpretation of these coefficients, which are obtained through two-way fixed effect estimations. These findings do not mean that drought-affected households do not enact other coping strategies, too. It merely means that seasonal drought likely causes them to use only two very specific coping strategies, but it does not cause the use of others.Diese Dissertation analysiert den Einfluss bewaffneter Konflikte und von Klimaphänomenen auf die Ernährungssicherheit im afrikanischen Land Tschad. Die Auswirkungen der Boko Haram-Rebellion auf Mangelernährung und die Auswirkungen jährlich wiederkehrender Dürren auf die Bewältigungsstrategien von Haushalten werden analysiert. Die Dissertation stellt die Republik Tschad in den Kontext jener Verwaltungsregionen der angrenzenden Länder, in denen Boko Haram und ihre Splittergruppen zur Zeit ihrer größten territorialen Expansion operierten: Extreme Nord in Kamerun, Lac im Tschad und Diffa im Niger, sowie die nigerianischen Bundesstaaten Borno, Yobe und Adamawa. Sie deckt den Zeitraum von Ende 2009 bis Anfang 2015 ab, d.h. von der Entstehung von Boko Haram als offene Rebellion bis zu ihrer Phase der politischen Gewalt und des offenen Konflikts mit den Sicherheitskräften des Tschads. In Bezug auf saisonale Dürren umfasst die Dissertation die Jahre 2011 bis 2016. Auf der qualitativen Seite helfen eine systematische Literaturrecherche zu den Auswirkungen von Boko Haram auf Ernährungssicherheit und verwandte Konzepte, eine Übersicht von Konfliktdatenbanken und Presseberichten über die Aktivitäten von Boko Haram, sowie halbstrukturierte Interviews mit tschadischen Sicherheitsexperten dabei herauszufinden, wo und wann Aufständische aktiv waren, welche Gewalt sie ausübten und wozu diese führte. Auf der quantitativen Seite nutzt die Arbeit DHS Daten von 1997 und 2010, und MICS Daten von 2000 und 2015 für Indikatoren von Mangelernährung. Die ENSA-Erhebungswellen 2011, 2013, 2014, 2015 und 2016 werden für Indikatoren für die Ernährungssicherheit von Haushalten herangezogen. In der Region rund um den Tschadsee führten die Aktivität von Boko Haram zur Vertreibung von Lebensmittelproduzenten, Unterbrechung der Migrationsrouten von Hirten, Viehdiebstahl und Transportbeschränkungen von und zu Lebensmittelmärkten. Sie ist auch mit Unterbrechung von Handelsrouten und Grenzschließungen assoziiert, die zu Preisschwankungen, Marktschließungen und Rückgang von Marktaktivität, Kleinbauerneinkommen und Lebensmittelmarktzugang von Verbrauchern führten. Diese Faktoren trugen zu einem Anstieg von Mangelernährungs- und Kindersterblichkeitsraten, zu einem Rückgang von Einschulungen sowie zu einem eingeschränkten Zugang zu Gesundheitsversorgung bei. Auf makroökonomischer Ebene wurden die landwirtschaftliche Produktion, das BIP und andere Entwicklungsindikatoren negativ beeinflusst. Auf der Mikroebene konzentrieren sich viele Studien auf IDPs in Lagern. Diese Bevölkerungsgruppen kämpfen mit dem Verlust ihrer Lebensgrundlagen und mit Mangel an Land und Wasser. In Verbindung mit hohen Arbeitslosenquoten führt dies zu Armut in den Lagern. Ob dies jedoch zu einem Mangel an Nahrungsmittelverfügbarkeit und -vielfalt führt, ist von Lager zu Lager sehr unterschiedlich ebenso wie der Zugang zu Gesundheit, Bildung und anderen grundlegenden Dienstleistungen. Besorgniserregend ist, dass zumindest in einigen Lagern Essen gegen Sex getauscht wird. Für den Tschad selbst nutzt diese Dissertation, dass Boko Haram zwischen 2010 und 2014 nur kriminelle, aber keine politische Gewalt verübte. Dies ermöglicht, jene Auswirkungen zu isolieren, die terroristische Organisationen durch rein kriminelle Gewalt erzielen können. Unter Anwendung einer DID stellt die Dissertation fest, dass solche kriminelle Gewalt zu einer Verschlechterung der z-scores Gewicht für Größe und Gewicht für Alter von Kindern unter fünf Jahren um -0,085 Punkte bzw. -0,305 Punkte führt. Sie stellt fest, dass die kriminelle Gewalt der Aufständischen einen Rückgang der Beteiligung von Haushalten im Landwirtschaftssektor um 31,7 Prozentpunkte und eine Verringerung ihrer Ernährungsvielfalt um 53,7 Prozentpunkte verursacht. Diese Koeffizienten sind groß insbesondere wenn man bedenkt, dass die von Boko Haram im Tschad begangene kriminelle Gewalt international wenig bis gar keine Aufmerksamkeit erregt hat

    Characterization of the aroma properties in fragrant rapeseed oil and aroma variation during critical roasting phase

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    Rapeseed oil is one of the third most-produced vegetable oil in the world, which is appreciated for its characteristic flavor and high nutritional value. Fragrant rapeseed oil (FRO) produced by a typical roasting process is popular for its characteristic aroma, which has an annual consumption exceeding 1.5 million tons. However, the changes in aroma blueprint of FRO during the typical roasting processing are still unclear, which challenges rapeseed oil quality and consumer acceptance. Accordingly, the aim of this work was to investigate the aroma characteristics and their precursors pyrolysis behavior of FRO to provide a basis and guidance for the control of FRO aroma quality during production processing. First, a systematic review on summarizing, comparing, and critiquing the literature regarding the flavor of rapeseed oil, especially about employed analysis techniques (i.e., extraction, qualitative, quantitative, sensorial, and chemometric methods), identified representative/off-flavor compounds, and effects of different treatments during the processes (dehulling, roasting, microwave, flavoring with herbs, refining, oil heating, and storage) was performed. One hundred and thirty-seven odorants found in rapeseed oil from literature are listed, including aldehydes, ketones, acids, esters, alcohols, phenols, pyrazines, furans, pyrrolines, indoles, pyridines, thiazoles, thiophenes, further S-containing compounds, nitriles, and alkenes, and possible formation pathways of some key aroma-active compounds are also proposed. Nevertheless, some of these compounds require further validation (e.g., nitriles) due to lack of recombination experiments in the previous work. To wrap up, advanced flavor analysis techniques should be evolved toward time-saving, portability, real-time monitoring, and visualization, which aims to obtain a complete flavor profile of rapeseed oil. Aparting from that, studies to elucidate the influence of key roasting processing on the formation of aroma-active compounds are needed to deepen understanding of factors resulting in flavor variations of rapeseed oil. Following, a systematic comparison among five flavor trapping techniques including solid-phase microextraction (SPME), SPME-Arrow, headspace stir bar sorptive extraction (HSSE), direct thermal desorption (DTD), and solvent-assisted flavor evaporation (SAFE) for hot-pressed rapeseed oil was conducted. Besides, methodological validation of these five approaches for 31 aroma standards found in rapeseed oil was conducted to compare their stability, reliability, and robustness. For the qualification of the odorants in hot-pressed rapeseed oil, SAFE gave the best performance, mainly due to the high sample volumes, but it performed worse than other methods regarding linearity, recovery, and repeatability. SPME-Arrow gave good performances in not only odorant extraction but also quantification, which is considered most suitable for quantifying odorants in hot-pressed rapeseed oil. Taking cost/performance ratio into account, SPME is still an efficient flavor extraction method. Multi-method combination of flavor capturing techniques might also be an option of aroma analysis for oil matrix. Afterwards, by application of the Sensomics approach the key odorants in representative commercial FRO samples were decoded. On the basis of the aroma blueprint, changes of overall aroma profiles of oils and their key odorants were studied and compared in different roasting conditions. To better simulate industrial conditions, high temperatures (150-200 ºC) were used in our roasting study, which was rarely studied before. Identification and quantitation of the key odorants in FRO were well performed by means of the Sensomics concept. Glucosinolate degradation products were a special kind of key odorants existing in rapeseed oil. Most of the odorants showed first rising and then decline trends as the roasting process progressed. Aroma profile results showed that high-temperature-short time and low-temperature-long time conditions could have similar effects on the aroma profiles of roasted rapeseed oils, which could provide a reference for the time cost savings in industrial production. To gain the fundamental knowledge of the aroma formation in FRO, the thermal degradation behavior of progoitrin (the main glucosinolate of rapeseed) and the corresponding generated volatile products were investigated in liquid (phosphate buffer at a pH value of 5.0, 7.0, or 9.0) and solid phase systems (sea sand and rapeseed powder). The highest thermal degradation rate of progoitrin at high temperatures (150-200 ºC) was observed at a pH value of 9.0, followed by sea sand and then rapeseed powder. It could be inferred that bimolecular nucleophilic substitution reaction (SN2) was mainly taken place under basic conditions. The highest degradation rate under basic conditions might result from the high nucleophilicity of present hydroxide ions. Under the applied conditions in this study, 2,4-pentadienenitrile was the major nitrile formed from progoitrin during thermal degradation at high temperature compared to l-cyano-2-hydroxy-3-butene, which might be less stable. The possible formation pathways of major S-containing (thiophenes) and N-containing (nitriles) volatile (flavor) compounds were proposed. Hydrogen sulfide, as a degradation product of glucosinolates, could act as a sulfur source to react further with glucose to generate thiophenes. Overall, the present work comprehensively documented the effects of thermal conditions and matrices on the aroma characteristics, aroma profiles, and key odorants of hot-pressed rapeseed oil, which could provide data and theoretical basis for the flavor control of FRO under thermal treatment at actual production temperatures (150-200 °C).Rapsöl ist eines der am dritthäufigsten produzierten Pflanzenöle der Welt, welches für seinen charakteristischen Geschmack und hohen Nährwert geschätzt wird. Geröstetes Rapsöl (fragrant rapeseed oil, FRO), das durch ein typisches Röstverfahren hergestellt wird, ist wegen seines charakteristischen Aromas beliebt und jährlich werden mehr als 1,5 Millionen Tonnen produziert. Allerdings sind die Veränderungen im Aromaprofil von FRO während der typischen Röstverarbeitung noch unklar, was die Rapsölqualität und die Verbraucherakzeptanz herausfordert. Dementsprechend war das Ziel dieser Arbeit, die Aromaeigenschaften und das Pyrolyseverhalten der Vorläuferverbindungen von FRO zu untersuchen, um eine Grundlage und Anleitung für die Kontrolle der FRO-Aromaqualität während des Herstellungsprozesses zu liefern. Zuerst wurde eine systematische Übersicht aus der Literatur über die Zusammenfassung, den Vergleich und die Kritik zum Aroma von Rapsöl, insbesondere zu den verwendeten Analysetechniken (d. h. Extraktion, qualitative, quantitative, sensorische und chemometrische Methoden), identifizierte repräsentative Verbindungen und Fehlaromen, und Auswirkungen verschiedener Prozesse während der Herstellung (Schälen, Rösten, Mikrowellenbehandlung, Aromatisierung mit Kräutern, Raffination, Ölerhitzung und Lagerung) durchgeführt. Einhundertsiebenunddreißig in Rapsöl beschriebene Aromastoffe sind aufgelistet, darunter Aldehyde, Ketone, Säuren, Ester, Alkohole, Phenole, Pyrazine, Furane, Pyrroline, Indole, Pyridine, Thiazole, Thiophene, weitere S-haltige Verbindungen, Nitrile und Alkene. Die mögliche Bildungswege einiger wichtiger aromaaktiver Verbindungen werden ebenfalls vorgeschlagen. Dennoch erfordern einige dieser Verbindungen eine weitere Validierung (z. B. Nitrile) aufgrund fehlender Rekombinationsexperimente in den vorherigen Arbeiten. Abschließend sollten fortschrittliche Aromaanalysetechniken in Richtung Zeitersparnis, Übertragung, Echtzeitüberwachung und Visualisierung weiterentwickelt werden, um ein vollständiges Aromaprofil von Rapsöl zu erhalten. Abgesehen davon sind Studien zur Aufklärung des Einflusses wichtiger Röstverfahren auf die Bildung aromaaktiver Verbindungen erforderlich, um das Verständnis der Faktoren zu vertiefen, die zu Aromavariationen von Rapsöl führen. Im nächsten Schritt wurde in systematischer Vergleich zwischen fünf Techniken zur Extraktion von Aromastoffen, darunter Festphasen-Mikroextraktion (solidphase microextraction, SPME), SPME-Arrow, headspace sorptive extraction (HSSE), direkte thermische Desorption (DTD) und lösungsmittelunterstützte Aromaverdampfung (solvent assisted flavor evaporation, SAFE) für heißgepresstes Rapsöl durchgeführt. Außerdem wurde eine methodische Validierung dieser fünf Ansätze für einunddreißig in Rapsöl gefundene Aromastoffe durchgeführt, um ihre Stabilität, Zuverlässigkeit und Robustheit zu vergleichen. Bei der Qualifizierung der Aromasstoffe in heißgepresstem Rapsöl erzielte die SAFE, vor allem aufgrund der hohen Probenvolumina, die beste Performance, schnitt aber hinsichtlich Linearität, Wiederfindung und Reproduzierbarkeit schlechter ab als andere Methoden. SPME-Arrow zeigte gute Leistungen nicht nur bei der Extraktion von Aromastoffen, sondern auch bei der Quantifizierung. Sie wurde daher als am besten geeignet für die Quantifizierung von Aromastoffen in heißgepresstem Rapsöl angesehen. Unter Berücksichtigung des Preis-Leistungs-Verhältnisses ist die klassiche SPME aber immer noch eine effiziente Aromaextraktionsmethode. Eine Kombination aus mehreren Methoden zur Erfassung von Aromen könnte auch eine Option der Aromaanalyse für die Ölmatrix sein. Anschließend wurden durch Anwendung des Sensomics-Ansatzes die wichtigsten Aromastoffe in repräsentativen kommerziellen FRO-Proben entschlüsselt. Auf der Grundlage des Aroma-Blueprints wurden Änderungen im Gesamtaromaprofil der Öle und ihrer Schlüsselaromastoffe unter verschiedenen Röstbedingungen untersucht und verglichen. Um industrielle Bedingungen besser zu simulieren, wurden in unserer Röststudie hohe Temperaturen (150-200 ºC) verwendet, die zuvor selten untersucht wurden. Die Identifizierung und Quantifizierung der wichtigsten Aromastoffe in FRO wurde mithilfe des Sensomics-Konzepts gut durchgeführt. Glucosinolat-Abbauprodukte waren eine besondere Art von Hauptaromastoffen, die in Rapsöl vorhanden sind. Die meisten Aromastoffe zeigten mit fortschreitendem Röstvorgang zunächst steigende und dann fallende Tendenzen. Die Ergebnisse der Aromaprofile zeigten, dass Hochtemperatur-Kurzzeit- und Niedrigtemperatur-Langzeit-Bedingungen ähnliche Auswirkungen auf die Aromaprofile von gerösteten Rapsölen haben könnten, was eine Referenz für die Zeitkosteneinsparungen in der industriellen Produktion liefern könnte. Um grundlegende Erkenntnisse über die Aromabildung bei FRO zu gewinnen, wurde das thermische Abbauverhalten von Progoitrin (dem Hauptglucosinolat in Rapssamen) und den entsprechend entstehenden flüchtigen Produkten in Flüssigkeits- (Phosphatpuffer bei einem pH-Wert von 5,0, 7,0 oder 9,0) und Festphasensystemen (Seesand und Rapspulver) untersucht. Die höchste thermische Abbaurate von Progoitrin bei hohen Temperaturen (150-200 ºC) wurde bei einem pH-Wert von 9,0 beobachtet, gefolgt von Seesand und Rapspulver. Es konnte gefolgert werden, dass die bimolekulare nukleophile Substitutionsreaktion (SN2) hauptsächlich unter basischen Bedingungen stattfand. Die höchste Abbaurate unter basischen Bedingungen könnte aus der hohen Nukleophilie der vorhandenen Hydroxidionen resultieren. Unter den angewandten Bedingungen in dieser Studie war 2,4-Pentadiennitril das Hauptnitril, das während des thermischen Abbaus bei hoher Temperatur aus Progoitrin gebildet wurde, verglichen mit l-Cyano-2-hydroxy-3-buten, das weniger stabil sein könnte. Die möglichen Bildungswege der wichtigsten S-haltigen (Thiophene) und N-haltigen (Nitrile) flüchtigen (Aroma-)Verbindungen wurden vorgeschlagen. Schwefelwasserstoff als Abbauprodukt von Glucosinolaten könnte als Schwefelquelle dienen, die dann weiter mit Glucose zu reagieren, um Thiophene zu erzeugen. Insgesamt dokumentiert die vorliegende Arbeit umfassend die Auswirkungen thermischer Bedingungen und Matrizes auf die Aromaeigenschaften, Aromaprofile und Hauptaromastoffe von heißgepresstem Rapsöl, die Daten und theoretische Grundlagen für die Aromakontrolle von FRO unter thermischer Behandlung bei den in der Produktion tatsächlichen verwendeten Temperaturen (150-200 °C)

    Food and nutrition security and associated health aspects of Syrian refugee mothers and their offspring : a mixed-method study in Greater Beirut, Lebanon

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    Nutrition during the first 1000 days of life from conception to two years of age lays the foundation for optimal health, cognitive and social development, and well-being of children and mothers. Malnutrition and hidden hunger in mothers and their offspring during the perinatal period can have long-lasting and irreversible consequences on human capital and increase the risk to non-communicable diseases among adulthood through intergenerational effects. Since the Arab Spring in 2011, the Syrian humanitarian crisis has escalated to become the worlds largest by the end of 2018, forcing 6.7 million to flee, mainly to neighboring countries. In 2015, Lebanon was the host of more than 1.5 million refugees and displaced persons from Syria, reaching the highest per capita concentration of refugees worldwide. The protracted crisis has increasingly weakened Lebanon, in turn exposing vulnerable groups, especially women of reproductive age and children below five years, to increased risks of inadequate nutrition and health status. To date, there has been a lack of studies among refugees that examine the nutritional and health situation and investigate the underlying and immediate determinants of malnutrition among women of reproductive age and children below five years. Therefore, knowledge gaps regarding the prevalence of anemia and nutritional status of Syrian refugee mothers and children were identified as important research areas in this dissertation. Assessing the food security and mental health of Syrian refugee mothers, examining the dietary intake and infant feeding practices, and investigating their respective determinants and associated risk factors were also important areas of focus. This research project was conducted between July and October 2018 in collaboration with the American University of Beirut in primary healthcare centers in the Greater Beirut area in Lebanon using quantitative and qualitative surveys (mixed-methods survey) among Syrian refugee mothers and their child aged below five years of age. This work comprises a total of three research articles that have been published in peer-reviewed international journals. The first article (Chapter 3) describes the prevalence of anemia and the nutritional status of mothers and children below five years of age and indicates a moderate public heath significance among Syrian refugees in the Greater Beirut area, Lebanon. The existence of the so-called double burden of malnutrition and hidden hunger (micronutrient deficiencies) has been documented, as mothers and children from the same household were affected by undernutrition, overnutrition, and / or anemia. A strong association between maternal and child anemia in the same household and an association between anemia and overweight / obesity among mothers has also been demonstrated. Analysis of the 24-hr dietary recalls of pregnant, lactating, non-pregnant non-lactating mothers revealed inadequate dietary intake and nutrient deficiencies during pregnancy and lactation. The second article (Chapter 4) presents data on the prevalence of food insecurity, low dietary diversity, and poor mental health among Syrian refugee mothers in Greater Beirut, Lebanon. A significant association between food insecurity and low dietary diversity as well as poor mental health status was found. Low household monthly income and a high household crowding index were significantly associated with low dietary diversity and food insecurity. In addition, the results showed that low-income households consumed monotonous diets, characterized by a high consumption of refined starchy staples and grains. The third paper (Chapter 5) focused on the nutritional and health status of infants under six months. Overall, the public heath significance for anemia and wasting was moderate. Inadequate infant feeding practices, such as the intake of pre-lacteal feeding and liquids, were demonstrated in newborns, which in turn contributed to delayed initiation of breastfeeding and low rates of exclusive breastfeeding. Factors supporting infant feeding practices included proper knowledge on maternal nutrition and exclusive breastfeeding and support from healthcare professionals or family during breastfeeding. Identified barriers included cultural practices such as the early introduction of foods, breastmilk substitutes, and giving water or herbal tea to infants under six months of age. Maternal health issues and social factors such as misinformation from family members and violations of the Code of Marketing of Breastmilk Substitutes also affected breastfeeding. A conceptual framework was also developed in this dissertation to provide a comprehensive understanding of the linkages and pathways between the enabling, underlying, and immediate determinants and the nutritional and health outcomes in the context of humanitarian crises. Based on this conceptual framework, three principal pathways were identified to explain the following associations: (1) from the enabling determinants to anemia and nutritional status, (2) from socio-economic status and host country resources to food consumption and diets, and (3) from pre-resettlement experiences and dietary acculturation to food consumption and diets. In addition, the concluding discussion (Chapter 6) presented the role of maternal mental health status and health services and their impact on maternal nutrition and anemia status as well as infant feeding. In summary, this dissertation contributes to the knowledge about the anemia and nutritional status of Syrian refugee women and children as well as on the food security and mental health status of mothers living in an urban setting of a protracted humanitarian crisis in Lebanon. It also provides insights into the emergence of malnutrition among women and children in the context of refugees and shows the pathways between different levels of determinants of nutrition and health. Implications for practice can be drawn from this dissertation, such as the development or strengthening of evidence-based culture-specific nutritional interventions that are targeted to the refugee context. Priorities for future research were also identified, including the need to improve the effectiveness of nutritional interventions in conflict settings.Die Ernährung während der ersten 1000 Tage des Lebens - von der Schwangerschaft bis zum Ende des 2. Lebensjahres - legt den Grundstein für optimale Gesundheit, kognitive und soziale Entwicklung sowie das Wohlbefinden von Kindern und Müttern. Mangelernährung und versteckter Hunger bei Müttern und deren Nachkommen während der perinatalen Phase können langfristige und irreversible Auswirkungen auf das Humankapital haben und das Risiko von nichtübertragbaren Krankheiten im Erwachsenenalter auch durch generationsübergreifende Effekte erhöhen. Seit dem Arabischen Frühling im Jahr 2011 stieg die humanitäre Krise in Syrien bis Ende 2018 weltweit am stärksten an und zwang schließlich 6,7 Millionen Menschen zur Flucht, hauptsächlich in die Nachbarländer. Bereits im Jahr 2015 beherbergte Libanon mehr als 1,5 Millionen Flüchtlinge und Vertriebene aus Syrien und erreichte damit die höchste pro-Kopf-Konzentration von Flüchtlingen weltweit. Libanon wurde durch die lang anhaltende Krise zunehmend geschwächt, was wiederum gefährdete Gruppen, insbesondere Frauen im gebärfähigen Alter und Kinder unter fünf Jahren, einem erhöhten Risiko von unzureichendem Ernährungs- und Gesundheitsstatus aussetzte. Bis heute gibt es vorallem unter Flüchtlingen einen Mangel an Studien, die die Ernährungs- und Gesundheitssituation erforschen und die zugrundeliegenden und unmittelbaren Determinanten von Mangelernährung bei Frauen im gebärfähigen Alter und Kindern unter fünf Jahren untersuchen. Daher war es ein Anliegen dieser Dissertation Wissenslücken hinsichtlich der Prävalenz von Anämie und des Ernährungszustandes von syrischen Flüchtlingsmüttern und ihren Kindern zu schliessen. Auch die Bewertung der Ernährungssicherheit und der mentalen Gesundheit von syrischen Flüchtlingsmüttern, die Erforschung der Nahrungsaufnahme und der Praktiken bei der Ernährung von Säuglingen unter sechs Monaten sowie die Untersuchung ihrer jeweiligen Determinanten und zugehörigen Risikofaktoren stellten wichtige Schwerpunkte dar. Dieses Forschungsvorhaben wurde zwischen Juli und Oktober 2018 in Zusammenarbeit mit der American University of Beirut in den Primärversorgungszentren im Großraum Beirut im Libanon mit Hilfe von quantitativen und qualitativen Erhebungen (Mixed-Methoden-Umfrage) unter syrischen Flüchtlingsmüttern mit einem ihrer Kinder unter fünf Jahren durchgeführt. Die vorliegende Arbeit umfasst insgesamt drei Forschungsartikel, die in internationalen Fachzeitschriften mit Begutachtungsverfahren veröffentlicht wurden. Der erste Artikel (Kapitel 3) beschreibt die Prävalenz von Anämie und den Ernährungszustand von Müttern und Kindern unter fünf Jahren und zeigt ein mittelschweres Risiko für die öffentliche Gesundheit bei syrischen Flüchtlingen im Großraum Beirut, Libanon, auf. Das Vorhandensein der sogenannten Zweifachen Belastung von Mangelernährung und verstecktem Hunger (Mikronährstoffmangel) wurde dokumentiert, da manche Mütter und Kinder aus demselben Haushalt von Unter- und Überernährung und/oder Anämie betroffen waren. Auch wurde eine starke Assoziation zwischen mütterlicher und kindlicher Anämie im selben Haushalt sowie eine Assoziation zwischen Anämie und Übergewicht / Fettleibigkeit bei Müttern nachgewiesen. Die Analyse der 24-Stunden Ernährungsprotokolle von schwangeren, stillenden, nicht schwangeren und nicht stillenden Müttern ergab eine unzureichende Nahrungsaufnahme und Nährstoffmängel besonders während der Schwangerschaft und Stillzeit. Der zweite Artikel (Kapitel 4) präsentiert Daten zur Prävalenz von Ernährungsunsicherheit, geringer Nahrungsmitteldiversität und eingeschränkter psychischer Gesundheit unter syrischen Flüchtlingsmüttern im Großraum Beirut, Libanon. Eine signifikante Assoziation zwischen Ernährungsunsicherheit und geringer Nahrungsmitteldiversität sowie verminderte psychische Gesundheit wurden festgestellt. Ein niedriges monatliches Haushaltseinkommen und ein hoher Gedrängtheitsindex im Wohnbereich waren ebenfalls signifikant mit geringer Nahrungsmitteldiversität und Ernährungsunsicherheit assoziiert. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass Haushalte mit niedrigem Einkommen eine eintönige Ernährung konsumierten, die durch einen hohen Konsum von raffinierten stärkehaltigen Grundnahrungsmitteln und Getreide gekennzeichnet war. In der dritten Arbeit (Kapitel 5) wurde der Fokus auf den Ernährungs- und Gesundheitsstatus von Säuglingen unter sechs Monaten gelegt. Insgesamt ergab sich ein mittelschwere öffentliche Gesundheitsrelevanz in Bezug auf Anämie und Auszehrung. Besonders bei Neugeborenen wurden inadequate Ernährungspraktiken aufgezeigt, wie die Zufuhr von prälaktalen Nahrungsmitteln und Flüssigkeiten, was wiederum zu einem verzögertem Stillbeginn und einer niedrigen Rate an ausschließlichem Stillen beigetragen hatte. Zu den unterstützenden Faktoren für die Ernährungspraktiken von Säuglingen zählten das Wissen über mütterliche Ernährung und ausschließliches Stillen sowie die Unterstützung durch Gesundheitsfachkräfte oder der Familie während der Stillzeit. Identifizierte Hindernisse stellten kulturelle Praktiken dar wie die frühzeitige Einführung von Lebensmitteln und Muttermilchersatzprodukten sowie das Geben von Wasser oder Kräutertee an Säuglinge unter 6 Monaten. Auch mütterliche Gesundheitsprobleme und soziale Faktoren wie Fehlinformationen durch Familienmitglieder sowie Verstöße gegen den Kodex für die Vermarktung von Milchersatzprodukten beeinträchtigten das Stillverhalten. In dieser Dissertation wurde ein konzeptioneller Rahmen entwickelt, um ein umfassendes Verständnis für die Zusammenhänge und Wege zwischen den ermöglichenden, zugrundeliegenden und unmittelbaren Determinanten und den ernährungs- und gesundheitsbezogenen Ergebnissen im Kontext humanitärer Krisen zu schaffen. Basierend auf diesem Konzept wurden drei Hauptwege identifiziert, um die folgenden Zusammenhänge zu erklären: (1) von den ermöglichenden Determinanten zu Anämie und Ernährungszustand, (2) vom sozioökonomischen Status und den Ressourcen des Gastlandes zu Nahrungsmittelverbrauch und Diäten und (3) von vorherigen Umsiedlungserfahrungen und Ernährungsakkulturation zu Nahrungsmittelverbrauch und Diäten. Zusätzlich wurde in der abschließenden Diskussion (Kapitel 6) die Rolle der mentalen Gesundheit der Mutter und der Gesundheitsdienste sowie deren Auswirkungen auf die Ernährung/Anämie bei Müttern und auf die Säuglingsernährung dargestellt. Zusammenfassend trägt diese Dissertation wesentlich zum Kenntnisstand über Anämie- und Ernährungszustand syrischer Flüchtlingsfrauen und -kinder sowie über die Ernährungssicherheit und den mentalen Gesundheitszustand von Müttern in einer humanitären Krise im Libanon bei. Sie liefert auch Erkenntnisse über die Entstehung von Fehlernährung bei Frauen und Kindern im Kontext von Flüchtlingen und zeigt die Verbindungen zwischen verschiedenen Ebenen von Determinanten der Ernährungs- und Gesundheitssituation auf. Aus dieser Dissertation lassen sich praktische Implikationen ableiten, wie die Entwicklung oder Stärkung von evidenzbasierten, kulturspezifischen Ernährungsinterventionen, die auf den Kontext von Flüchtlingen ausgerichtet sind. Schwerpunkte für zukünftige Forschungen wurden ebenfalls aufgezeigt, einschließlich der Notwendigkeit, die Wirksamkeit von Ernährungsinterventionen in Konfliktsituationen zu verbessern

    Immunomodulatory effects of resveratrol on human intestinal mast cell signaling in vitro and mast cell associated enteritis and colitis in mice

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    By releasing their pre-stored or de novo synthesized mediators, mast cells (MC) are important immunoregulatory cells responsible for a variety of inflammatory reactions. Although known to be major effector cells in immunoglobuline (Ig) E dependent allergic reactions, MC have been widely shown to play a role in various inflammations of the gut. Diseases of the gastrointestinal tract (GIT) are widespread and multicausal. Those affected suffer from the sometimes severe symptoms and may experience restrictions on their daily life. Even if conventional medication is applied routinely, aim of the past and current research is to establish supportive and/or alternative medication that is based on natural substances. These may be on the basis of small natural components like resveratrol, a stilbene mostly found in grapes. Numerous positive properties are attributed to resveratrol. These are anti-inflammatory, anti-cancerogenic, anti-oxidative, as well as neuroprotective effects. The use of substances of natural origin as so-called nutraceuticals can help to increase the acceptance of medication by those affected, but also to reduce and overcome the side effects associated with conventional treatment. Effects of resveratrol were examined on the reactivity of MC isolated from patients tissue undergoing bowel resection. The results of this work show that resveratrol exhibited potent inhibitory effects on high affinity IgE receptor mediated activation of MC, strongly inhibiting not only MC degranulation, but also gene expression of the pro-inflammatory cytokines C-X-C motif chemokine ligand (CXCL) 8, C-C motif chemokine ligand (CCL) 2, CCL3, CCL4 and tumor necrosis factor (TNF-) α. Ultimately, the intracellular signaling cascade triggered during MC activation via IgE receptor leads to mediator release. Following IgE receptor mediated activation, phosphorylation of signaling molecules like extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2 and signal transducer and activator of transcription (STAT) 3, occurs. ERK1/2 was found to be responsible for phosphorylation of mitochondrial STAT3, which contributes significantly to MC degranulation. Treatment with resveratrol was able to inhibit the phosphorylation of STAT3 by more than 50 % and that of ERK1/2 by almost 100 %. Furthermore, the experiments performed succeeded in isolating the mitochondrial fraction from relatively low human intestinal MC (hiMC) numbers. Also, in this fraction we could detect phosphorylation of STAT3 and ERK1/2 after MC activation, which was reduced after treatment with resveratrol. Having shown the strong inhibitory effects in vitro, we set out to examine immunomodulatory effects of resveratrol in vivo. Presence and activity of MC are closely related to intestinal inflammations in consequence of food allergy (FA) and inflammatory bowel disease (IBD). In mice, FA can be studied using the ovalbumin (OVA)-induced allergic enteritis model and colitis can be studied using the IL-10 knockout (-/-) mice, which develop a spontaneous form of chronic colitis. We could show that the oral application of resveratrol inhibited the increase of MC numbers in the colon and duodenum of affected animals in both experimental settings. Less pronounced but still visible effects of resveratrol administration were observed in the colon with regard to epithelial damage, cell infiltration and reduction of goblet cell numbers. In all cases, based on a scoring system, the damage decreased to the level of the corresponding controls receiving no additive and in which no allergic enteritis was induced or nor colitis developed. Overall, allergic enteritis resulted in a weaker symptomatology, and IL-10-/- animals showed a delayed appearance of the typical symptoms. The results of this thesis show a strong inhibitory effect of resveratrol on hiMC. This could be detected for mediator release as well as on gene expression levels and in the phosphorylation of the signaling molecules ERK1/2 and STAT3, which we could also identify in the mitochondria of hiMC. We observed positive influences on MC-associated parameters in the OVA enteritis and IL-10-/- colitis mouse models. With regard to its use as nutraceutical, resveratrol could therefore come more of a focus in the future.Mastzellen sind wichtige immunregulatorische Zellen, die durch Freisetzung ihrer in den Granula gespeicherten oder der de novo synthetisierten Mediatoren für eine Vielzahl von Entzündungsreaktionen verantwortlich sind. Mastzellen, die in erster Linie als Haupteffektorzellen bei von Immunoglobulin (Ig) E abhängigen allergischen Reaktionen bekannt sind, spielen auch bei diversen Entzündungen des Darmes eine Rolle. Erkrankungen des Gastrointestinaltraktes sind weit verbreitet und multikausal. Betroffene leiden aber immer mit unter der teils stark auftretenden Symptomatik und erfahren Einschränkungen im alltäglichen Leben. Auch wenn die herkömmliche Medikation zur Behandlung dieser Störungen routinemäßig Anwendung findet, ist es Ziel der Wissenschaft, eine unterstützende sowie Alternativmedikation zu entwickeln, die auf natürlichen Ausgangssubstanzen, wie z.B. dem in Trauben vorkommenden Stilben Resveratrol, basiert. Resveratrol werden zahlreiche positive Eigenschaften zugeschrieben. Darunter fallen anti-inflammatorische, anti-kanzerogene, antioxidative, als auch neuroprotektive Eigenschaften. Ein Einsatz von Substanzen natürlichen Ursprungs als sogenanntes Nutraceutical kann einerseits dazu dienen, die Akzeptanz der Medikation bei Betroffenen zu erhöhen, aber auch, die mit der herkömmlichen Behandlungsmethode verbundenen, Nebenwirkungen zu mindern und zu überwinden. Effekte von Resveratrol wurden auf die Reaktivität von Mastzellen, isoliert aus humanen intestinalen Resektionspräparaten (hiMC), geprüft. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass das Stilben starke inhibitorische Wirkung auf IgE-Rezeptor vermittelte Aktivierung von Mastzellen zeigt und dabei nicht nur die Mastzelldegranulation, sondern auch die Genexpression der pro-inflammatorischen Zytokine C-X-C motif chemokine ligand (CXCL) 8, C-C motif chemokine ligand (CCL) 2, CCL3, CCL4 und tumor necrosis factor (TNF-) α stark hemmt. Die, im Zuge der Mastzellaktivierung via IgE-Rezeptor, ausgelöste intrazelluläre Signalkaskade führt letztlich zur Mediatorausschüttung. Im Verlauf der Signalkaskade kommt es zur Phosphorylierung, d.h. der Aktivierung der Signalmoleküle extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2 und signal transducer and activator of transcription (STAT) 3. Dabei ist ERK1/2 für die Phosphorylierung von mitochondrialem STAT3 verantwortlich, welches maßgeblich zur Mastzelldegranulation beiträgt. Die Behandlung mit Resveratrol führte dabei zur Hemmung der Phosphorylierung von STAT3 um mehr als 50 %, sowie die von ERK1/2 um fast 100 %. Des Weiteren gelang es uns, die mitochondriale Fraktion aus relativ geringen Mengen humaner intestinaler Mastzellen (hiMC) zu isolieren. Auch in dieser Fraktion konnten wir die Phosphorylierung von ERK1/2 und STAT3 nach Mastzellaktivierung detektieren, die nach einer Behandlung mit Resveratrol ebenfalls verringert war. Nachdem die stark hemmende Wirkung von Resveratrol in vitro gezeigt wurde, sollten die immunmodulatorischen Wirkungen auch in vivo überprüft werden. Das Vorhandensein und die Aktivität von MC stehen in engem Zusammenhang mit Entzündungen des Darms als Ursache von Nahrungsmittelallergien sowie chronisch-entzündlicher Darmerkrankungen (CED). Im Mausmodell kann man Nahrungsmittelallergie mit Hilfe einer Ovalbumin (OVA)-induzierten allergischen Enteritis und CED mit Hilfe der IL-10 knockout (-/-) Maus, bei der es zu einer spontan auftretenden chronischen Colitis kommt, experimentell untersuchen. Wir konnten zeigen, dass die orale Gabe von Resveratrol bei betroffenen Tieren im Allergiemodell (OVA) als auch im Modell der murinen Colitis (IL-10-/-) zu einer Hemmung des Anstiegs der Mastzellanzahl im Gewebe von Colon und Duodenum betroffener Tiere führte. Weniger stark ausgeprägte, aber dennoch sichtbare Effekte bei einer Resveratrol-Gabe konnten im Colon im Hinblick auf Epithelschädigung und bei der IL-10-/- Colitis auch im Hinblick auf Zellinfiltration sowie Reduktion der Anzahl an Gobletzellen beobachtet werden. In allen Fällen verringerten sich die Schädigungen auf das Level der jeweiligen Kontrolltiere ohne allergische Enteritis bzw. Colitis. Insgesamt kam es bei der allergischen Enteritis zu einer schwächer ausgeprägten Symptomatik, bei IL-10-/- Tieren kam es insgesamt zu einem verzögerten Auftreten der typischen Symptomatiken. Die Ergebnisse dieser Promotionsarbeit zeigen eine stark inhibitorische Wirkung von Resveratrol auf hiMC. Diese ließen sich sowohl bei der Mediatorfreisetzung als auch auf Genexpressionslevel und in der Phosphorylierung der Signalmoleküle ERK1/2 und STAT3 zeigen, bei denen es gelungen ist, sie auch in den Mitochondrien von hiMC nachzuweisen. Auch im Mausmodell bei der Untersuchung einer allergisch induzierten Enteritis sowie einer murinen Colitis aufgrund eines IL-10-/- konnten wir positive Einflüsse auf Mastzell-assoziierte Parameter beobachten. Im Hinblick auf die Verwendung als Nutraceutical könnte Resveratrol deshalb zukünftig mehr in den Fokus rücken

    Epidemiological and clinical description of Candidatus Mycoplasma haemosuis, an emerging pathogen in pigs

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    Candidatus Mycoplasma haemosuis is an emerging pathogen infecting pigs. It belongs to the group of uncultivable hemotrophic mycoplasmas. This group includes other long-known porcine representatives, i. e. Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis is the causative agent of infectious porcine anemia (IAP), a disease of great economic importance to the pig industry. Previously, Ca. M. haemosuis was only described in China, South Korea and Thailand, with no knowledge of its occurrence outside Asia or of its general clinical and economic importance in general. The present work investigates the occurrence of the novel hemotrophic bacterium and its clinical importance in Germany for the first time. For this, a quantitative real-time PCR was first successfully developed for the detection of Ca. M. haemosuis in pigs. The SYBR® Green-based PCR amplifies a 177-bp fragment of the Ca. M. haemosuis gap, which encodes the NAD-dependent glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Using this PCR, Ca. M. haemosuis was detected in a total of seven pigs during an acute clinical disease in May 2017. This represents the first detailed description of a disease induced by Ca. M. haemosuis and the first detection of this novel HM species outside of Asia. In a further study, the newly established PCR was used to comprehensively investigate the occurrence of Ca. M. haemosuis in clinically healthy animals of different age groups in Southern Germany. Ca. M. haemosuis was prevalent in 6.25% of the sows (n=208), in 4.50% of the piglets (n=622), in 17.50% of the pigs (n=200), and in 0.00% of the breeding boars (n=183). By sampling the piglets immediately after birth and prior to the first colostrum uptake, the possibility of a vertical transmission of Ca. M. haemosuis was also determined within this thesis. Since 76.92% of the Ca. M. haemosuis positive sows gave birth to at least one Ca. M. haemosuis positive piglet, a vertical transmission is regarded as very likely. HMs are known to be transmitted blood-dependent and thus, transmitted iatrogenic or via wounds from animal to animal. The detection of M. suis in blood-free excretions such as saliva, urine, nasal, and vaginal secretions from experimentally infected animals has initiated the discussion of additional, blood-independent transmission routes. Saliva (n=148) and urine samples (n=47) were also collected from the sows examined by blood sampling, semen samples (n=183) were also obtained from the examined boars and applied to Ca. M. haemosuis qPCR. The pathogen was not detected in any of the saliva, urine, or semen samples. On the one hand, this demonstrates the lack of suitability of blood-free sample materials for diagnostics; on the other hand, it highlights the blood-dependent transmission pathways known to date and thus strengthens the potential to limit infections through strict hygiene measures during veterinary procedures and through the control of bloodsucking arthropods. In conclusion, based on the newly established qPCR assay for the sensitive and specific detection of Ca. M. haemosuis, the present work provides the first clinical and epidemiological description of the emerging hemotrophic pathogen in pigs. Further, the qPCR assay will be the basis for future studies regarding the epidemiology as well as the clinical relevance and pathogenesis of Ca. M. haemosuis -infections in pigs.Bei Candidatus Mycoplasma haemosuis handelt es sich um ein neuartiges Pathogen des Schweines, welches zu den hämotrophen Mykoplasmen (HM), einer Gruppe von nicht-kultivierbaren Bakterien, gehört. Zur Gruppe der HM gehören weiterhin zwei schon sehr lange beim Schwein bekannte Vertreter, nämlich Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis ist das ätiologische Agens der infektiösen Anämie der Schweine (IAP), einer Erkrankung mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Der neue HM-Vertreter Ca. M. haemosuis wurde dagegen erst vor kurzem und lediglich in China, Südkorea und Thailand beschrieben. Über das Vorkommen außerhalb Asiens sowie die klinische und wirtschaftliche Bedeutung ist bisher nichts bekannt. Im Rahmen der vorgelegten Dissertation wurde erstmals untersucht, ob die neu in Asien aufgetretene hämotrophe Bakterienspezies in Deutschland vorkommt und möglicherweise die Ursache von klinischen Symptomen sein könnte. Dazu wurde zunächst eine quantitative Real-time PCR für den Nachweis von Ca. M. haemosuis in Schweinen entwickelt. Die auf der SYBR® Green-Technologie basierende PCR amplifiziert ein 177-bp großes Fragment des Ca. M. haemosuis gap-Gens, welches für eine NAD-abhängige Glyceraldehyd 3-Phosphat Dehydrogenase codiert. Mittels dieser PCR konnte Ca. M. haemosuis in einer akuten klinischen Bestandserkrankung in insgesamt sieben Schweinen im Mai 2017 nachgewiesen werden. Dies stellt die erste detaillierte Beschreibung einer durch Ca. M. haemosuis induzierten Erkrankung und den ersten Nachweis dieses Bakteriums außerhalb Asiens dar. In einer weiteren Fragestellung wurde die neu etablierte PCR verwendet, um das Vorkommen von Ca. M. haemosuis in klinisch gesunden Tieren verschiedener Altersgruppen und Nutzungsrichtungen in Süddeutschland zu untersuchen. Dabei war Ca. M. haemosuis in 6,25% der Sauen (n=208), in 4,50% der Ferkel (n=622), in 17,50% der Mastschweine (n=200) und in 0,00% der Zuchteber (n=183) nachweisbar. Durch die Beprobung der Ferkel unmittelbar nach der Geburt und vor der ersten Kolostrumaufnahme konnten Rückschlüsse über eine mögliche vertikale Übertragung des Erregers gezogen werden. Da ein hoher Anteil von 76,92% der Ca. M. haemosuis positiven Sauen mindestens ein Ca. M. haemosuis positives Ferkel geboren hatten, ist eine vertikale Übertragung als sehr wahrscheinlich einzustufen. Hämotrophe Mykoplasmen werden für bekanntlich blutgebunden und somit iatrogen oder über Wunden von Tier zu Tier übertragen. Der Nachweis von M. suis in blutfreien Ausscheidungen wie Speichel, Urin, Nasen- und Vaginalsekret von experimentell infizieren Tieren hat die Diskussion um weitere, blutunabhängige Übertragungswege eröffnet. Von den untersuchten Sauen wurden auch Speichel- (n=148) und Urinproben (n=47), von den Ebern zudem Spermaproben (n=183) gewonnen und per PCR auf Ca. M. haemosuis untersucht. In keiner der Speichel-, Urin- oder Spermaproben konnte der Erreger nachgewiesen werden. Dies zeigt einerseits, dass blutfreies Probenmaterial für eine Ca. M. haemosuis-Diagnostik nicht geeignet ist, andererseits unterstreicht es die Bedeutung der bislang bekannten blutabhängigen Übertragungswege und auch die prophylaktische Bedeutung strikter Hygienemaßnahmen bei iatrogenen Eingriffen und der Bekämpfung von blutsaugenden Arthropoden. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die diagnostische Grundlage für den Nachweis von Ca. M. haemosuis geschaffen. Mittels des neu etablierten qPCR Tests erfolgte die erste klinische und epidemiologische Beschreibung des Erregers in Schweinen. Darüber hinaus stellt der qPCR-Test die Grundlage für künftige Studien zur Epidemiologie sowie zur klinischen Relevanz und Pathogenese von Ca. M. haemosuis Infektionen bei Schweinen dar


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