Abschlussarbeiten

Kontakt: Manuela Bog

1. Einleitung und Zielsetzung

Der Rundblättrige Sonnentau (Drosera rotundifolia) ist eine fleischfressende Pflanze europäischer Hochmoore. Er ist sowohl ökologisch als auch pharmazeutisch von hohem Interesse. 

Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, eine reproduzierbare Kulturmethode in Klimaschränken zu etablieren und anschließend den kontrollierten Einfluss ausgewählter Umweltparameter (Licht, Temperatur, pH-Wert) auf die Morphologie und sekundäre Inhaltsstoffe zu untersuchen. Die Nutzung standardisierter Mesokosmen garantiert dabei kontrollierbare und wiederholbare Versuchsbedingungen.

2. Methodik und Versuchsaufbau

Phase 1: Etablierung der Kulturmethode (Präferenz & Rückfallstrategie)

Um genetische Variabilität als Störfaktor auszuschließen, wird die Nutzung eines einzelnen Genotyps angestrebt.

• Primäransatz (Pflanzenmaterial): Vegetative Vermehrung (z. B. über Blattstecklinge), um genetisch identische Klone (einen Genotyp) zu erhalten.
• Rückfallstrategie: Sollte die vegetative Vermehrung nicht rechtzeitig oder in ausreichender Stückzahl gelingen, wird auf die Keimung aus Samen umgestellt. Substrat-Optionen:
  • Ansatz A (Fokus): Reine Kultur in sterilem Quarzsand (erlaubt maximale Kontrolle über die Nährstoff- und pH-Wert-Bedingungen).
  • Ansatz B (Alternative): Kultur in lebendem oder totem Torfmoos (Sphagnum spp.), falls das Wachstum in reinem Sand zu instabil ist.

Phase 2: Das Mesokosmenexperiment im Klimaschrank

Nach erfolgreicher Etablierung der Jungpflanzen werden diese in Mesokosmen im Klimaschrank aufgestellt. Je nach zeitlichem Rahmen der Abschlussarbeit werden ein oder mehrere der folgenden Parameter im Ein-Faktor- oder Multi-Faktor-Design variiert:

• Licht: Variation der Photoperiode (Tageslänge) oder der Lichtintensität.
• Temperatur: Simulation von Tag-/Nacht-Zyklen oder Hitzestress.
• pH-Wert: Graduelle Veränderung des pH-Werts des Gießwassers (Anstauverfahren), um die Toleranzgrenzen der azidophilen Art zu testen.

3. Analyse und Datenerhebung (Monitoring)

Die Auswertung erfolgt zweistufig, um sowohl einfache morphologische als auch tiefgehendere physiologische Daten zu generieren:

Morphologische Messungen (Basis-Datensatz)

Diese Parameter sind einfach, zerstörungsfrei und kontinuierlich zu erheben:

• Zuwachs: Durchmesser der Rosette.
• Blattbildung: Anzahl der neu gebildeten Tentakelblätter pro Zeiteinheit.
• Biomasse: Frisch- und Trockengewicht am Ende des Experiments.

Physiologische & Pharmazeutische Analysen (Erweiterter Datensatz)

• Pharmazeutische Inhaltsstoffe: Qualitative und quantitative Bestimmung von Leitsubstanzen (z.B. Flavonoiden), idealerweise via HPLC oder einfachen Extraktionsverfahren, sofern Laborressourcen vorhanden sind.
• Photometrische Alternativ-Marker (Option): Falls die komplexe pharmazeutische Analytik den zeitlichen Rahmen sprengt, wird der Fokus auf leicht photometrisch bestimmbare Pflanzenstoffe gelegt:
  • Anthocyane: Bestimmung des roten Farbstoffs (Indikator für Licht- oder Temperaturstress) mittels Spektrophotometer nach Ethanolextraktion.
  • Chlorophyll-Gehalt: Photometrische Bestimmung von Chlorophyll a und b zur Bewertung der photosynthetischen Fitness.
  • Photosyntheseaktivität

Kontakt: Manuela Bog

1. Einleitung und Zielsetzung

Schilf (Phragmites australis) ist eine Schlüsselart in Feuchtgebieten und besitzt enorme Bedeutung als nachwachsender Rohstoff (z.B. für Baustoffe, Bioenergie oder Papier). Die technologische Nutzbarkeit der Biomasse wird maßgeblich durch die Zusammensetzung der Zellwand – insbesondere den Ligningehalt und die Länge der Cellulosefasern – bestimmt. Da dem Projekt eine umfassende Genotypensammlung zur Verfügung steht, bietet sich die Chance, diese Merkmale im großen Stil relativ miteinander zu vergleichen.

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Methodenetablierung und -validierung zweier einfacher, durchsatzstarker Verfahren zur Ligninbestimmung. Nach erfolgreicher Etablierung soll die optimierte Methodik auf die Genotypensammlung angewendet und optional in einer kleinen Feldstudie auf ökologische Einflussfaktoren (Standortfeuchte und Erntezeitpunkt) hin geprüft werden.

2. Methodik und Versuchsaufbau

Phase 1: Methodenoptimierung zur Ligninbestimmung (Screening-Tauglichkeit)

Um große Probenmengen effizient verarbeiten zu können, werden zwei photometrische Methoden parallel getestet und auf ihre Reproduzierbarkeit, Praktikabilität und Sensitivität hin verglichen:

1. Der Wiesner-Test (Phloroglucin-HCl-Reaktion): Ein klassischer, sehr schneller und kostengünstiger Farbentest, bei dem Lignin-Untereinheiten (insb. Coniferylaldhyd) angefärbt und photometrisch ausgewertet werden.
2. Die Acetylbromid-Methode: Ein etabliertes Standardverfahren, bei dem das Lignin in Essigsäure/Acetylbromid vollständig gelöst und die Absorption im UV-Bereich (ca. 280 nm) gemessen wird. Diese Methode gilt als präziser, ist aber chemisch aufwendiger. 

Ziel dieser Phase: Auswahl der Methode, die den besten Kompromiss aus hohem Probendurchsatz und ausreichender Genauigkeit für den relativen Vergleich liefert.

Phase 2: Mikroskopische Faserlängenbestimmung

Die Charakterisierung der Cellulosefasern erfolgt über klassische Lichtmikroskopie:

• Mazeration: Chemischer Aufschluss des Schilfgewebes (z. B. mittels Essigsäure/Wasserstoffperoxid), um die einzelnen Cellulosefasern voneinander zu trennen, ohne sie zu beschädigen.
• Bildanalyse: Mikroskopische Aufnahme der isolierten Fasern und softwaregestützte (oder manuelle) Ausmessung der Faserlängen zur Ermittlung von Durchschnittswerten und Verteilungen pro Genotyp.

3. Erweiterung: Genotypenvergleich & Feldstudie (Anwendungsphase)

Sobald die Methoden stehen, wird das Projekt je nach zeitlichem Rahmen in zwei Richtungen ausgerollt:

Ansatz A: Screening der Genotypensammlung

• Relativer Vergleich der verschiedenen Phragmites-Genotypen aus der Sammlung unter standardisierten Bedingungen.
• Identifikation von Genotypen mit extremen Eigenschaften (z. B. besonders ligninarm/faserreich für die Papiernutzung oder ligninreich für energetische Nutzung).

Ansatz B: Ökologische Feldstudie (Standort & Phänologie)

Untersuchung des Einflusses von Umwelt und Erntefenster auf das Zellwandmaterial:

• Faktor Feuchtigkeit: Vergleich von Proben desselben Genotyps von dauerhaft nassen (Feuchtgebiet) vs. eher trockeneren Standorten (z. B. degradierte Moore).
• Faktor Phänologie (Erntezeitpunkt): Analyse von Proben, die zu unterschiedlichen Jahreszeiten genommen wurden (z. B. Sommer-Grünschnitt vs. Winter-Totmasse), um den Verlauf der Lignifizierung zu dokumentieren.

Kontakt: Manuela Bog

1. Einleitung und Zielsetzung

Wasserlinsen der Art Lemna gibba vermehren sich unter optimalen Bedingungen rasant und fast ausschließlich vegetativ durch Sprossung (Klonbildung). Die sexuelle Reproduktion (Blüte und Samenbildung) tritt in der Natur nur sporadisch auf und ist physiologisch noch nicht vollständig verstanden. Es wird hypothethisiert, dass das Blühen eine evolutionäre Anpassungsstrategie (Escape-Mechanismus) darstellt, die durch Umweltstress ausgelöst wird, um das Überleben der Population durch langlebige Samen zu sichern.

Das Ziel dieses Projekts ist es herauszufinden, welche spezifischen Stressfaktoren oder Kombinationen ausschlaggebend für die Blühinduktion bei einem ausgewählten Klon von Lemna gibba sind. Durch systematische Kulturexperimente im Labor sollen die Auslöser (Licht, Temperatur oder Nährstoffmangel) isoliert und charakterisiert werden.

2. Methodik und Versuchsaufbau

Phase 1: Vorkultur und Standardisierung

Um eine homogene Ausgangsbasis zu schaffen, wird ein definierter Klon von Lemna gibba unter optimalen, nicht-induzierenden Bedingungen (z. B. im Standard-Nährmedium N nach Appenroth) steril vorkultiviert. Das Experiment startet mit genetisch identischen Fronds (Sprossgliedern) in exponentieller Wachstumsphase.

Phase 2: Kulturexperimente (Stress-Screening)

Die Pflanzen werden in sterile Mesokosmen (z. B. kleine Kulturbecher) überführt und gezielt folgenden Stressszenarien ausgesetzt:

1. Lichtstress (Photoperiode & Intensität):
   • Testung von Kurztag- vs. Langtag-Bedingungen (Dauerlicht gilt bei einigen Stämmen als Blühinduktor).
   • Erhöhung der Lichtintensität (Simulierter Starklichtstress).
2. Temperaturstress:
   • Kultivierung bei suboptimalen hohen Temperaturen (Hitzestress) vs. niedrigen Temperaturen (Kältestress) im Vergleich zur Kontrolltemperatur.
3. Nährstoffstress (Hungerbedingungen):
   • Verwendung von modifizierten Nährmedien mit partiellem oder vollständigem Mangel an Stickstoff (N), Phosphor (P) oder Eisen (Fe) (häufige Trigger für physiologische Umschaltprozesse).
4. Kombinationsstress (Optional):
   • Verknüpfung der vielversprechendsten Einzelfaktoren (z. B. Stickstoffmangel gepaart mit Langtagbedingungen).

3. Analyse und Datenerhebung

Die Kulturen werden in engen Zeitintervallen (z. B. alle 24-48 Stunden) zerstörungsfrei unter dem Stereomikroskop untersucht:

• Blührate (Primärer Endpunkt): Prozentualer Anteil der Fronds, die Blütenanlagen (Staubblätter/Fruchtblätter in der Blühbucht) ausbilden.
• Wachstumsrate (Populationsdynamik): Bestimmung der relativen Zuwachsrate anhand der Frond-Anzahl und der besiedelten Oberfläche (via digitaler Bildanalyse), um das Verhältnis von vegetativem zu sexuellem Wachstum zu berechnen.
• Morphologische Stressmarker: Dokumentation von Phänotyp-Veränderungen wie Vergilbung (Chlorose), Pigmentierung (Anthocyanbildung) oder der für Lemna gibba typischen "Gibbositäts-Ausprägung" (Verdickung der Unterseite).