Prof. Dr. Marian Kazda

Sauerstoff & Wurzelraum

Nährstoffhaushalt und Methan bei Wasserpflanzen

Diplomarbeit / Staatsexamensarbeit

Von unserer Arbeitsgruppe werden gemeinsam mit dem Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie Untersuchungen zum Verständnis des Kohlenstoffumsatzes in Feuchtgebieten, auch hinsichtlich der Emissionen klimawirksamer Gase durchgeführt.

Als Fortsetzung auf die kürzlich abgeschlossene Diplom- bzw. Staatsexamensarbeit (Zak, Schlotter) mit Röhrichtpflanzen Typha angustifolia und T. latifolia werden in unserem Institut diese Arbeiten intensiv fortgesetzt und wir bieten interessierten Studierenden aus den Richtungen Biologie Lehramt und Biologie Diplom die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeit über diese Thematik anzufertigen. Zusätzlich fließen in diese Untersuchungen praxisrelevante Ansätze aus dem Teichbau, mit der Zielsetzung, den Nährstoffhaushalt zu optimieren ein.

Kontakt:  Öffnet ein Fenster zum Versenden einer E-MailProf. M. Kazda, Tel.: 0731/50-23301

Biodiversität im Wurzelraum, Wechselbeziehung zwischen Wurzelwachstum und Bodenzoologie

Mit neuen Aufnahme- und Auswertetechnologien wird das Wurzelwachstum verfolgt und Bodenproben für zoologische Auswertungen entnommen. Die Arbeiten werden auf dem neu errichteten Biodiversitäts-Observatorium in Münsingen sowie auf Flächen des SUBICON Projektes in Görlitz (Zusammenarbeit mit PD Dr. Manfred Wanner) durchgeführt.

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Wachstum von Lianen unter experimentellen Bedingungen

Wie bereits in mehreren Freilanduntersuchungen bestätigt wurde, unterscheiden sich Lianen deutlich von Pflanzen an denen sie emporwachsen. In kontrollierten Experimenten in der Klimakammer soll gezielt überprüft werden, wie die Reaktionen in der Photosynthese und Transpiration ablaufen und wie sich steigende CO2-Konzentrationen auswirken. Unsere Zusammenarbeit mit Kollegen aus Costa Rica kann in einer weiteren Freilandarbeit münden.

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Lehramtkombination Biologie/Mathematik

Für Studierende der Lehramtkombination Biologie/Mathematik sowie der Studiengänge Mathematik bzw. Informatik besteht die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeit über Themen mit ökologischer Problematik anzufertigen. Aus der Abteilung Systematische Botanik und Ökologie, Arbeitsgruppe Prof. Kazda stehen folgende Themenbereiche zur Verfügung:

  • Modellierung der Bodenwassergehalte in Abhängigkeit von Durchwurzelungsdichte
  • Erfassung der Nachbarschaftsbeziehungen von Wurzeln anhand digital vorliegender Verteilungsmuster
  • Modellierung des Wachstums von jungen Waldpflanzen unter Einbeziehung von Photosyntheseparametern
  • Quantifizierung des Pflanzenwachstums anhand digitaler Bildsequenzen
  • Modellierung der zeitlichen Verläufe von Klimaparametern, der Bodenwasser- gehalte und der Transpiration

Für die Bearbeitung der Themen liegen meist Daten im ausreichenden Umfang vor. Die Arbeitsgruppe von Prof. Kazda stellt auch wichtige Programmwerkzeuge zur Datenbearbeitung bereit wie geographisches Informationssystem SPANS, Programm WGeo zum Georeferenzieren der Bilder, Statistica u.a.

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Themen für Diplom- und Staatsexamensarbeiten in Verbindung mit dem Botanischen Garten

Abschlußarbeiten in Verbindung mit dem Botanischen Garten finden Sie auch auf den Garten-Seiten.

Biogas

Begleitende Untersuchungen zur Biogasproduktion

Bei der Biogasentstehung wird unter anaeroben Bedingungen aus organischer Substanz Methan gebildet, wobei die Bildungsrate mit zunehmender Faserstruktur (Lignocellulose) in der Biomasse sinkt. In der Praxis wird neben Mais auch Biomasse mit höherem Fasergehalt eingesetzt. Unser Institut arbeitet derzeit an einem Forschungsprojekt der FNR (Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe) in dem getestet werden soll, inwieweit Zuckerrüben als Cosubstrat den Abbauprozess von Mais und anderen cellulosehaltigen Biomassen (wie z.B. Grüngut aus der Landschaftspflege) beschleunigen können. In einem anderen Vorhaben wird das Gärverhalten von energiereichen und faserarmen Reststoffen (z.B. Flotatschlamm und Schlachtabfälle) einer Großschlachterei untersucht.
In den einzelnen Arbeiten sollen folgende Kernpunkte näher betrachtet werden:

  • Überprüfung der Stabilität des Gärprozesses und Optimierung der Fermentationsdauer
  • Feststellung der Energieausbeute aus verschiedenen Substraten
  • Analytische Beurteilung des Umsetzungsgrades insb. der Zellulose- und Ligninanteile

Die Arbeiten vermitteln umfangreiches Wissen über die Biogasproduktion und bieten später interessante Beschäftigungmöglichkeiten im Bereich der regenerativen Energien und nachwachsender Rohstoffe.

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Nährstoffhaushalt und Methan bei Wasserpflanzen

Diplomarbeit / Staatsexamensarbeit

Von unserer Arbeitsgruppe werden gemeinsam mit dem Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie Untersuchungen zum Verständnis des Kohlenstoffumsatzes in Feuchtgebieten, auch hinsichtlich der Emissionen klimawirksamer Gase durchgeführt.

Als Fortsetzung auf die kürzlich abgeschlossene Diplom- bzw. Staatsexamensarbeit (Zak, Schlotter) mit Röhrichtpflanzen Typha angustifolia und T. latifolia werden in unserem Institut diese Arbeiten intensiv fortgesetzt und wir bieten interessierten Studierenden aus den Richtungen Biologie Lehramt und Biologie Diplom die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeit über diese Thematik anzufertigen. Zusätzlich fließen in diese Untersuchungen praxisrelevante Ansätze aus dem Teichbau, mit der Zielsetzung, den Nährstoffhaushalt zu optimieren ein.

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Stabile Isotope

Assimilatverteilung in Mangrovenfarnblättern

Bachelorarbeit

Aus einer vorangegangenen Arbeit besteht die Vermutung, dass Assimilate aus älteren vollständig autotrophen Blättern in jüngere vorwiegend heterotrophe Blätter umverteilt werden. Um dies zu überprüfen, sollen ältere Blätter des Mangrovenfarns (Acrostichum aureum) mit 15N-markiertem Harnstoff benebelt werden. Des Weiteren könnte eine 13C-Markierung erfolgen. Wenn diese Isotopenmarker in den jüngeren Blättern wiedergefunden werden können, wäre das der Beweis für die vermutete Assimilatverlagerung.

Kontakt:  Dr. Martin Werth, Tel.: 0731/50-23310

Isotopenfraktionierung bei Farnen, Rosettenpflanzen oder Palmen

Bachelorarbeit

Angelehnt an die obere Arbeit sollen auch andere Arten mit regelmäßig austreibenden neuen Blättern auf ihre Assimilatverlagerung untersucht werden. In Betracht kommen können andere Farnarten, Rosettenpflanzen oder Palmen. Unterschiede in der natürlichen Abundanz der 13C- und 15N-Isotope zwischen verschieden alten Blättern geben Hinweise auf eine Assimilatverlagerung. Zusätzlich können andere Pflanzenorgane wie Wurzeln, Blüten, Früchte oder Samen untersucht werden.

Artendiversität, funktionelle Diversität und Isotopenverteilung

Bachelorarbeit

Die Flächen der Dreifelderwirtschaft im Botanischen Garten zeichnen sich durch eine unterschiedlich hohe Artendiversität – erfasst mit dem Shannon-Index – aus. Zusätzlich soll die funktionelle Diversität der Felder erfasst werden, die sich aus Größen wie Lebenszyklus, Pflanzenhöhe, Blattgröße, Stickstofffixierungskapazität, seitlicher Ausdehnung, Dornigkeit, Wuchsform, Blütezeit und Blattverteilung zusammen setzt. Die ausgeschriebene Arbeit soll prüfen, ob sich diese funktionellen Unterschiede in den verschiedenen Feldern auch auf Unterschiede der natürlichen 13C- und 15N-Isotopenabundanzen der Bestände auswirken. Wenn ja, könnten Isotopenverhältnisse als alternative Biodiversitätsindikatoren verwendet werden.

Kontakt:  Dr. Martin Werth, Tel.: 0731/50-23310

Beiträge der Pflanzen und Bodenmikroorganismen zur Bodenatmung

Bachelorarbeit

Die Unterteilung des CO2-Effluxes aus dem Boden in Wurzelatmung, mikrobiellen Abbau von Rhizodepositen (Wurzelausscheidungen) und Mineralisierung der organischen Substanz ist von größter Bedeutung bei der Bestimmung der CO2-Quellen- oder –Senkeneigenschaften von Böden. In einer vorausgegangenen Arbeit erfolgte die Aufteilung in diese drei CO2-Pools durch die Anpflanzung von Mais (Zea mays L.), einer C4-Pflanze, auf einem C3-Boden unter kontrollierten Laborbedingungen oder im Feldversuch. Durch diese natürliche Markierung mit dem 13C-Isotop konnten die CO2-Flüsse mit Hilfe eines Isotopenmischungsmodells abgeschätzt werden.

Die hier ausgeschriebene Arbeit soll die vorhandenen Isotopendaten nutzen, um die CO2-Partitionierung mit einem Bayesschen Ansatz neu zu berechnen. Hierzu soll das Modul „Stable Isotope Analysis in R“ (SIAR) für die Open-Access-Statistiksoftware R zum Einsatz kommen. Die Modellierungsergebnisse sollen anschließend mit dem Isotopenmischungsmodell verglichen und bewertet werden.

Kontakt:  Dr. Martin Werth, Tel.: 0731/50-23310

Methanoxidation in Rhizosphäre und Aerenchym von Nassreis

Master- und Staatsexamensarbeit

Ziel der Arbeit ist es, zu überprüfen, ob Feuchtgebietspflanzen über eine gezielte Sauerstoffabgabe in den Wurzelraum (Rhizosphäre) die Oxidation von Methan durch spezielle Bakterienarten fördern. Der Wurzelraum von Reis (Oryza sativa) im Nassanbau wird mit Methan begast, das mit dem stabilen Kohlenstoffisotop 13C markiert ist. Mit Proben der Wurzel (Quer- und -längsschnitte), der Wurzeloberfläche, des Rhizosphärenbodens und des wurzelfreien Bodens soll geklärt werden, wo methanoxidierende Bakterien bevorzugt zu finden sind und ob sie neben der sauerstoffhaltigen Rhizosphäre auch das Reisaerenchym besiedeln. Durch Kombination von Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung und Raman-Spektroskopie (Raman-FISH) können methanoxidierende Bakterien identifiziert und die Stoffwechselaktivität in einzelnen Kohlenstoffverbindungen sichtbar gemacht werden (Kooperation mit dem Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm). Des Weiteren soll untersucht werden, ob Feuchtgebietspflanzen das aus bodenbürtigem CH4 entstehende CO2 als Kohlenstoffquelle nutzen und somit aktiv zur Reduzierung von Treibhausgasen beitragen.

Kontakt:  Dr. Martin Werth, Tel.: 0731/50-23310

Nitrat- oder Ammoniumaufnahme bei Reispflanzen

Master- und Staatsexamensarbeit

Aus einem Vorversuch gibt es Hinweise, dass Nassreiswurzeln nach Harnstoffdüngung eine erhöhte Sauerstoffabgabe zeigen. Dieser Sauerstoff wird zur Nitrifikation von Ammonium genutzt. Um die Sauerstoffabgabe besser zu erfassen, soll der Versuch unter Einsatz eines Nitrifikationshemmers wiederholt werden. Es wird erwartet, dass mit Harnstoff gedüngte Pflanzen mit Nitrifikationshemmer eine höhere Sauerstoffkonzentration im Boden zeigen als gedüngte Pflanzen ohne Nitrifikationshemmer. Bei letzteren würde der Sauerstoff direkt zur Oxidation von aus dem Harnstoff stammenden Ammonium verbraucht, und wäre somit „unsichtbar“. Der Harnstoff wird zusätzlich mit dem stabilen 15N-Isotope markiert, um die Stickstoffaufnahme in die Pflanzen nachzuweisen.

Kontakt:  Dr. Martin Werth, Tel.: 0731/50-23310

Jun. Prof. Jansen

1. Themenvorschläge für Bachelorarbeiten

Ökologische Holzanatomie von tropischen Pflanzen aus Costa Rica

In unterschiedlichen Habitaten Costa Ricas wurden Holzproben gesammelt, um Umwelteinflüsse auf das Wasserleitsystem von Bäumen aufzuzeigen. Hierbei soll in besonderem Maße die Variation der Tüpfelstruktur untersucht werden, da Tüpfel eine wichtige Rolle im Wassertransport der Pflanzen spielen. Dieses Projekt bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl mikroskopischer Techniken anzuwenden, darunter Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie sowie moderne Bildanalysemethoden. Die Arbeit ist als Teil eines Promotionsprojekts direkt in aktuelle Forschungsarbeiten involviert und wird in Kooperation mit der Zentrale Einrichtung Elektronenmikroskopie der Universität Ulm durchgeführt.

3D-Rekonstruktion des Gefäßnetzwerks von tropischen Bäumen aus Costa Rica

Die Rekonstruktion des Gefäßnetzwerks im Holz ist ein entscheidender Schritt zum Verständnis der Wasserleitmechanismen in Pflanzen. Hierbei soll eine moderne Methode der “Cinematographie-Technik” zur Untersuchung von Länge, Durchmesser, Konnektivität und räumlicher Verteilung der Gefäße angewandt werden. Darüber hinaus soll der neue Magnetresonanztomograph (MRT) der Universitätsklinik Ulm für das Scannen von Holzproben zum Einsatz kommen.

(Schwer)metallakkumulation in Farnen

Die Identifikation metallakkumulierender Pflanzenarten hat unter anderem große Bedeutung für die Sanierung kontaminierter Böden (Phytoremediation). Dieses Projekt soll die taxonomische Verbreitung von Metall-Hyperakkumulatoren (Aluminium und Schwermetalle wie Arsen) in Farnen untersuchen. Hierbei werden aktuelle Phylogenien sowie Daten über die Mineralkonzentration in Farnen verwendet. Im Anschluss sollen an Hand von Herbarmaterial chemische Analysen an ausgewählten Arten durchgeführt werden.

2. Themenvorschläge für Masterarbeiten

Einfluss von Trockenstress auf das Leitsystem der Pflanzen am Beispiel der Sonnenblume
Das Xylem in Pflanzen muss gleichzeitig unterschiedliche Funktionen erfüllen. Hierbei spielen ein effizienter Wassertransport, Schutz vor Embolien und mechanische Stabilität die entscheidenden Rollen. Die Untersuchung der zugrunde liegenden Strukturen hilft uns, den Einfluss des Klimawandels auf die Pflanzen besser zu verstehen. Mit Hilfe von Gewächshausexperimenten sollen Veränderungen der Gefäßanatomie von Sonnenblumen unter verschiedenen Bewässerungsregimes aufgezeigt werden. Diese Arbeit umfasst ökophysiologische, anatomische und mikroskopische Untersuchungen.
Einfluss der Tüpfelmembranstruktur auf den Wassertransport in Angiospermen

Die Struktur und Funktion von Tüpfelmembranen zwischen benachbarten Wasserleitzellen in Pflanzen sowie die darin enthaltenen Pektine geben der Wissenschaft noch immer Rätsel auf. Bis heute ist ihre Rolle im Wassertransport noch ungeklärt. Durch den Einsatz neuartiger pektinspezifischer Antikörper (Xylogalakturon-Epitope), sollen Immunfluoreszenz- und Immungoldmarkierung angewandt werden, um die Chemie und Ultrastruktur der Tüpfelmembranen zu erforschen. Darüber hinaus sollen Untersuchungen am Rasterkraftmikroskop des Instituts für Experimentelle Physik durchgeführt werden.  Diese Arbeit findet in Kooperation mit der Universität Leeds (UK) und der Zentrale Einrichtung Elektronenmikroskopie der Universität Ulm statt.

Optimierung des Anbaus wichtiger Kulturpflanzen am Beispiel des “Aluminiumbaums” Symplocos

Die Blätter und Rinde von Symplocos spielen eine bedeutende Rolle in traditionellen Färbetechniken indonesischer Weber. Trotz der hohen ökonomischen Bedeutung werden Symplocos-Pflanzen nicht kultiviert, sondern sind in zunehmendem Maße vom Aussterben bedroht. Dieses Projekt soll den positiven Einfluss von Aluminium auf Keimung und Wachstum von Symplocos untersuchen, um damit zur nachhaltigen Entwicklung indonesischer Wälder beizutragen (siehe auch: www.threadsoflife.com/).

Biodiversitätsinformatik - Datenbanksystem SysTax

In Zusammenhang mit dem systematisch-taxonomischen Datenbank SysTax sind laufend Diplomarbeiten (Datenbankentwicklung ORACLE) für Mathematiker, Wirtschaftsmathematiker und Informatiker zu vergeben. Die Betreuung erfolgt  in der Mathematik durch Herrn Prof. Dr. F. Schweiggert (SAI).
Interessenten können sich an Öffnet ein Fenster zum Versenden einer E-MailProf.  Schweiggert oder an Öffnet ein Fenster zum Versenden einer E-MailDr. J.R. Hoppe wenden.