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Themen-Vorschlagliste Bachelor and Master-Arbeiten

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Themen-Vorschlagliste Bachelor- und Master-Arbeiten (Stand Juni 2024; PDF):
Themenliste57.pdf (249 KB)  vom 07.06.2024

Bei Interesse, bitte eine E-Mail an Prof. Bruelheide (helge.bruelheide@botanik.uni-halle.de), Dr. Dietrich (peter.dietrich@botanik.uni-halle.de) oder direkt an die betreuende Person schreiben (E-Mail-Adressen sind hier zu finden: Link)

Biogeographie

1.   Arealanalysen an seltenen und gefährdeten Pflanzenarten der Roten Liste (Erik Welk)

Aus der Gruppe der Farn- und Blütenpflanzen gelten in der Bundesrepublik Deutschland mehr als 1000 Arten als selten und/oder gefährdet bzw. bestandsbedroht. Ziel einer Bachelorarbeit wäre es, für ausgewählte Arten Arealmodelle auf Basis von Umweltdaten zu erarbeiten. Damit können realistische und artspezifisch konkrete Voraussagen für potentielles Vorkommen/Verschwinden auch vor dem Hintergrund von Klimawandel-Szenarien erarbeitet werden (geeignet auch für das Wintersemester).

2.   Nischenevolution ausgewählter Pflanzengattungen (Erik Welk)

Für immer mehr Gattungen von Farn- und Blütenpflanzen sind molekulargenetisch basierte Hypothesen zur Verwandt-schaftsstruktur verfügbar. Wenn solche ‚Phylogenien‘ mit genau erfassten Verbreitungsdaten der beteiligten Arten kombiniert werden, kann versucht werden, die ökologisch-geographische Differenzierung zu rekonstruieren und so Einblicke in Evolutions- und Artbildungsprozesse zu gewinnen (auch geeignet für das Wintersemester).

3.   Biogeographie der Ackerwildkrautflora der Mongolei (Erik Welk)

Die Segetalflora der Mongolei ist sehr jung, da in diesem Gebiet erst seit ca. 100 Jahren großflächig Ackerbau betrieben wird. Damit bietet sich die spannende Gelegenheit zu analysieren, aus welchen Arealtypen, Verwandtschaftskreisen und Merkmalskombinationen sich diese Artengruppe zusammensetzt und – bei Masterarbeiten - ob diese Rekrutierung in Nachbarregionen ähnlich verlief.

4.   Vergleich von biogeographischen Nischenmodellen, die auf Datenbanken bzw. auf klassischen Arealkarten beruhen (Erik Welk)

Für zahlreiche Organismengruppen liegen digital verfügbare Verbreitungsdaten (z.B. GBIF) nur unvollständig und raum-zeitlich sehr heterogen vor. Daneben existieren publizierte Verbreitungskarten, die zwar durch Einbeziehung heterogener Informationsquellen räumlich vollständiger, aber oft ungenauer sind. Ziel der Arbeit ist es, am Beispiel einer Auswahl von Pflanzenarten herauszufinden, ob diese Unterschiede die Ergebnisse von Nischenanalysen und- modellierungen deutlich beeinflussen. Im Rahmen der Arbeit wird die Nutzung von GIS, Biodiversitätsdatenbanken und geostatistischen Verfahren kennen gelernt (auch geeignet für das Wintersemester).

Biodiversitäts-Experimente in Bad Lauchstädt

5.   Einfluss von Baumartenreichtum und Mykorrhizatypen auf Blattmerkmale in einem Baum-Diversitäts-Experiment (Peter Dietrich, Tobias Proß)

Das MyDiv Experiment, auf dem Gelände der UFZ-Versuchsstation Bad Lauchstädt, hat das Ziel zu untersuchen, welchen Einfluss Baumarten- und Mykorrhizatyp-Vielfalt auf das „Funktionieren“ (ecosystem functioning) des Waldes hat. Vorherige Studien haben gezeigt, dass artenreiche Wälder mehr Biomasse produzieren als artenarme Gemeinschaften (d.h., besser „funktionieren“), und dass dies, unter anderem, durch eine Veränderung der Blattmerkmale mit steigender Diversität zu erklären ist. Ziel dieser Arbeit soll sein, zu testen, ob sich Blattmerkmale (z.B. Phosphor, Cellulose, Lignin, Phenole, Metalle…) mit steigender Diversität verändern, und ob sie sich in Gemeinschaften mit unterschiedlichen Mykorrhizatypen unterscheiden. Die Blattproben sind bereits getrocknet und gemahlen, und können jederzeit analysiert werden (naßchemisch und mittels NIRS).

6.   Einfluss von Baumartenreichtum und Mykorrhizatypen auf die Zusammensetzung und Diversität der Krautschicht in einem Baum-Diversitäts-Experiment (Peter Dietrich)

Die Flächen des MyDiv Experimentes (Beschreibung siehe Nr. 6) wurde bei der Etablierung mit einer Plane ausgestattet, die das wachsen von „Unkräutern“ verhindern sollte. Die Plane wurde im November 2022 entfernt. Ziel dieses Projektes soll es sein, die Zusammensetzung und Diversität der in den Flächen wachsenden Gräser und Kräuter im Mai 2024 zu bestimmen, um zu testen, welchen Einfluss Baumarten- und Mykorrhizatyp-Vielfalt auf die Krautschicht haben. Weiterhin sollen die Pflanzen hinsichtlich funktioneller Merkmale und Mykorrhizierung untersucht werden. Potentieller Start ist Mai oder September 2024.

7.   Einfluss von Pflanzenartenreichtum und Langzeit-Düngung auf das Wurzel- und Blatt-Mikrobiom (Peter Dietrich, Michael Köhler)

Das DivResource Experiment, auf dem Gelände der UFZ-Versuchsstation Bad Lauchstädt, ist ein Biodiversitätsexperiment (1, 2 oder 4 Grass/Kraut-Arten) mit zusätzlichem Düngungs-Treatment. In den letzten 10 Jahren konnte beobachtet werden, dass sich artenarme und gedüngte Pflanzen-Gemeinschaften anders entwickeln als artenreiche, ungedüngte Gemeinschaften. Eine Hypothese ist, dass sich die mikrobiellen Gemeinschaften, die die Pflanzen besiedeln, durch Diversitätsverlust und Düngung verändern, was wiederum einen Einfluss auf die Struktur und Produktivität der Pflanzengemeinschaften hat. Folgende Themen können vergeben werden: (1) Analyse zur Kolonisation der Wurzeln mit Mykorrhiza mittels Färbens und Mikroskopieren; (2) Analyse zu Mikrobiomen der Pflanzen mittels DNA-Extraktion und Sequenzierung. Die Pflanzenproben sind bereits entnommen und eingelagert, es kann jederzeit angefangen werden.

8.   Einfluss von funktioneller Pflanzen-Diversität, Mykorrhiza-Typ und Bodenfauna auf die Mykorrhizierung von Bäumen (Peter Dietrich)

Im iDiv Ecotron in Bad Lauchstädt (https://www.idiv.de/de/forschung/plattformen-und-netzwerke/idiv-ecotron.html   ) wurde 2023 ein Baum-Experiment durchgeführt („FunDrought-Experiment“). Bei diesem Experiment, an dem eine Vielzahl unterschiedlicher Institutionen beteiligt sind (iDiv, Uni Leipzig, MLU, Leuphana Uni…), wuchsen pro Ecotron-Kammer jeweils zwei Baumarten, die entweder sehr ähnlich (d.h., gleiche Merkmale/Mykorrhiza-Strategien verfolgen) oder sehr unähnlich waren. Weiterhin wurde die Bodenfaun manipuliert (mit oder ohne Regenwürmer, Spinnen etc.). Ziel der Bachelorarbeit soll sein: Färben, Messen und Analysieren der Kolonisation der Wurzeln mit Mykorrhiza. Arbeiten können jederzeit starten.

9.   Machbarkeitsstudie zur Abschätzung der Biomasseproduktion durch 3D-Scans mit dem Smartphone (Peter Dietrich)

In dieser Pilotstudie soll getestet werden, wie gut man mit 3D-Scans (via Smartphone-App) die oberirdische Biomasse von Pflanzengesellschaften abschätzen kann. Weitere Informationen zu diesem Thema findet ihr unter: https://doi.org/10.32942/X2DG7T.    Die Studie soll im Mai/Juni 2024 in einem der zahlreichen global change Experimenten in Bad Lauchstädt durchgeführt werden (GCEF, DragNet, NutNet). Gute IT-Kenntnisse sind empfohlen. Ein iPhone 13 Pro wird für die Arbeit gestellt.

Invasionsbiologie

10. Die Bedeutung der Klimaentwicklung des letzten Jahrhunderts für die Ausbreitung neophytischer Pflanzenarten in Zentraleuropa (Erik Welk, Helge Bruelheide)

Die Daten der floristischen Kartierung in Deutschland ermöglichen es, die zeitlich zunehmende Ausbreitung einiger neophytischer Arten recht gut zu erfassen. Oft breiten sich Arten erst mehrere Jahrzehnte nach ihrer „Ankunft“ flächenhaft aus. Die Frage ist ob sich die Arten in dieser Zeit an die neue Umwelt anpassen mussten oder ob der bisherige Klimawandel die Verzögerung erklären kann. Ziel der Bachelorarbeit ist es, die Verbreitungsgebiete von ausgewählten Arten und Klimadatenreihen zusammenzustellen und zu analysieren, um der Beantwortung der Frage näher zu kommen (auch geeignet für das Wintersemester).

11. Phänologische Lückennutzung als Ursache des Ausbreitungserfolgs neophytischer Arten in Wäldern Nordamerikas (Erik Welk, Helge Bruelheide)

Mit der zunehmenden Verfügbarkeit großer Mengen von georeferenzierten Pflanzenphotos aus Citizen Science Projekten und Portalen (iNaturalist, …) ergeben sich Möglichkeiten, phänologische Abläufe (Blühen, Fruchten, Samenausbreitung, …) aus Bilddaten zu extrahieren. Durch den Vergleich der Phänologie neophytischer invasiver Arten mit Daten der einheimischen Flora soll geprüft werden, ob der Invasionserfolg durch Ausnutzung phänologischer „Lücken“ erklärt werden kann. In Masterarbeiten würde auch geprüft werden, ob sich das phänologische Verhalten im Heimatareal von dem im neophytischen Areal unterscheidet.

Mykorrhiza und andere Endophyten

12. Effekte von Samenendophyten auf das Holobiom von Pflanzen und deren Veränderung durch Treiber des globalen Wandels (Peter Dietrich, Michael Köhler)

Samen können eine Vielzahl von mikrobiellen Endophyten beherbergen. Allerdings ist nicht klar, ob diese Endophyten dann auch Wurzeln und Blätter der daraus keimenden Pflanzen besiedeln. Um dies zu testen, soll zunächst das Samenmikrobiom via DNA-Extraktion und Illumina-Barcoding detektiert und verglichen werden. Anschließend werden Pflanzen unter sterilen Bedingungen angezogen. Diese Pflanzen werden hinsichtlich ihres Wurzel- und Blattmikrobioms untersucht (ebenfalls via DNA-Sequenzierung) und dann mit den Samenmikrobiom-Ergebnissen verglichen. Die Samen stammen aus verschiedenen Biodiversitäts-, Dünge-, und Trockenheits-Experimenten, sodass weiterhin getestet werden kann, ob diese Treiber des globalen Wandels einen Einfluss auf das Samenmikrobiom und somit auf das Holobiom der Pflanzen haben.

Interaktionen zwischen Pflanzen und Bodenfauna

13. Effekte von Pflanzenarten auf Bodencharakteristika und Nematodengemeinschaften (Peter Dietrich)

Im Jena-Experiment, einem der größten Biodiversitätsexperimenten der Welt, wurde in den 60 Monokulturen die Nematodengemeinschaften bestimmt sowie Bodenproben entnommen. Ziel dieser Arbeit soll es nun sein, Bodencharakteristika (Phosphor, Kalium, pH) zu messen und zu testen, ob die pflanzenartspezifisch-veränderten Bodencharakteristika die unterschiedlichen Nematodengemeinschaften der Monokulturen erklären können. Bodenproben sind eingelagert, die Arbeit kann jederzeit beginnen.

14. Wie divers sind Gründächer? (Peter Dietrich in Kooperation mit dem UFZ Leipzig)

In Zeiten von Klimawandel und Biodiversitätsverlust sind neue Methoden zum Schutz der Natur dringend nötig. Eine Idee dabei sind Gründächer, die nicht nur Rückzugsorte für seltene Arten sind, sondern auch einen entscheidenden Faktor für Luftqualität und Klima in Städten sein könnten. Auf einem Gelände des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung in Leipzig befindet sich eine Gründach-Forschungsanlage (https://www.ufz.de/index.php?de=44676   ), die aufklären soll, welcher Gründachtyp am effektivsten ist, und ob sich auf Dächern wirklich seltene Arten finden lassen. In diesem Projekt soll einerseits die Vegetation aufgenommen werden, andererseits können Bodenproben hinsichtlich der Bodenbiota untersucht werden (lassen sich neben seltenen Pflanzen auch seltene Pilze und andere Mikrobiota finden?). Erste Untersuchungen können im Herbst 2024 starten.

BEF-China / TreeDì / BrazilDry / IDENT

15. Meta-Genomics von Blatt-Pilzen subtropischer Baumarten (Michael Koehler, Tesfaye Wubet, Helge Bruelheide)

Die in dem TreeDì-Gewächshaus-Experiment untersuchten Baumarten sollen mittels Illumina-Barcoding auf endophytische Blattpilze untersucht werden. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob es einen Spill-over-Effekt von einer auf eine andere Baumart gibt, wenn zwei verschiedene Baumart eng zusammen in einer Röhre kultiviert werden. Die Proben wurden schon genommen, so dass die molekulargenetische Analyse umgehend erfolgen kann.

16. Interaktionen endophytischer und pathogener Blattpilze mit Herbivorie im MyDiv Experiment (Michael Koehler, Tesfaye Wubet, Helge Bruelheide)

Im MyDiv-Experiment wurde mittels Illumina-Barcoding die Diversität von Blattpilzen untersucht. Nun soll mittels visueller Identifizierung die Befallsrate einzelner Pathogene sowie der prozentuale Herbivorieschaden festgestellt werden. Das Ziel ist die Interaktionen von Blattpilzen untereinander zu untersuchen und festzustellen ob Herbivorie einen Effekt auf die Pilzdiversität und ihre Zusammensetzung hat. Die Proben wurden im Herbst 2021 genommen, so dass die Analysen umgehend erfolgen können.

17. Ökosystem Blatt – Diversität und Interaktion endophytischer Mikroorganismen (Bakterien, Protisten, Pilze) in Blättern (Michael Koehler, Helge Bruelheide, Peter Dietrich)

In verschiedenen Biodiversitätsexperimenten wurden Blattproben von Sträuchern und Bäumen gesammelt, welche auf verschiedenen Mikroorgansimengesellschaften untersucht werden sollen. Ziel dieser Studie ist es, ein erstes Licht auf die Interaktion möglichst vieler verschiedener endopyhtischer Mikroorganismen zu werfen und nicht mehr nur einzelne Gruppen zu betrachten.

18. Analyse von 13C- und 15N-Isotopen mittels Infrarot-Spektroskopie (Peter Dietrich, Tobias Proß, Stefan Trogisch, Helge Bruelheide)

Aus dem Gewächshaus-Experiments der TreeDì-Graduiertenschule wurden Blattproben auf die stabilen Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotope untersucht (13C- und 15N). In einer Pilotstudie soll versucht werden, für dieses Isotope eine Kalibrierung mittels Infrarot-Spektroskopie zu erstellen. Die Proben stehen zur Verfügung, so dass die Analysen umgehend erfolgen können.

Biodiversitätstrends in Deutschland

19. Zeitliche Trends der Grünland- und Waldvegetation in Europa (Ute Jandt, Helge Bruelheide)

Es gibt eine wachsende Zahl von Studien über die Zu- und Abnahme des Artenreichtums sowie bestimmter Arten in der Grünland- und Waldvegetation in Europa. Ziel dieses Projekts ist es, all diese Studien zusammenzutragen und eine Meta-Analyse der in diesen Studien berichteten zeitlichen Trends durchzuführen. Darüber hinaus sollen mögliche Ursachen für den Wandel der biologischen Vielfalt aus den Originalstudien sowie aus externen Quellen wie Klima- und Landnutzungsdaten ermittelt werden.

20. Analyse der 50-jährigen Zeitreihen der Dauerflächen auf der Ochsenburg (Kyffhäuser) (Helge Bruelheide, Ute Jandt)

Seit 1969 hat Klaus Helmecke auf fünf 1 m2-Dauerflächen die exakte Position von Pflanzen-Individuen erfasst. Ziel der Auswertung dieser einzigartigen Zeitreihe soll die räumlich-zeitliche Dynamik der verschiedenen Pflanzenarten sein. Insbesondere soll die Wanderbewegung einzelner Pflanzen innerhalb der Flächen analysiert werden. Diese Arbeit erfordert solide Kenntnisse des Statistik-Programms R.

21. Abhängigkeit der Moos-Zönosen der iSPOT-Dauerflächen von den Bodenbedingungen (Porphyrkuppen bei Halle) (Ute Jandt, Susanne Horka, Helge Bruelheide)

Im Rahmen der Wiederholungsuntersuchungen der Porphyrkuppen bei Halle sind zahlreiche Dauerflächen angelegt worden, in denen auch alle Moos- und Flechtenarten erfasst wurden. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Moosarten in den Flächen anhand schon genommener Proben sowie die Analyse des Zusammenhangs mit den ebenfalls schon ermittelten Bodenbedingungen. Notwendig sind Vorkenntnisse zu Kryptogamen-Bestimmung.

22. Auswertung von Biotopkartierungsdaten zur Erfassung und Analyse von Pflanzenartentrends (Helge Bruelheide, Lina Lüttgert, Reinhard Klenke, Florian Jansen).

Die Daten von wiederholten Biotopkartierungen eines Bundeslandes sollen ausgewertet wurden um zeitliche Trends der dort vorkommenden Pflanzenarten zu erstellen. Innerhalb der Arbeit steht vor allem die Datenaufbereitung im Vordergrund, im Weiteren können dann verschiedene Analysemethoden verwendet werden um Artentrends zu erstellen und Gewinner und Verlierer z.B. anhand ihrer funktionellen Merkmale zu charakterisieren. Die Arbeiten finden im Rahmen des aktuellen iDiv-Projektes sMon statt (https://www.idiv.de/de/smon.html   ).

Transformation Landwirtschaft

23. Untersuchungen zum Potential von Vertikaler Landwirtschaft (Peter Dietrich in Zusammenarbeit mit Rosario Iacono (UFZ))

This thesis explores the transformative role of mycorrhizae in boosting crop yield, enhancing product quality, and improving plant adaptation within vertical farming systems. By integrating these beneficial fungi into hydroponic setups, the research aims to significantly reduce fertilizer dependency, cutting costs and increasing sustainability. Vertical farming not only promises to revolutionize urban agriculture but also to free up traditional farmland, aiding in the restoration of natural environments. This study seeks to fill the knowledge gap on mycorrhizae's potential in vertical farming, offering innovative solutions for a greener and more efficient future in food production.

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