Aktuelle Studentische Projekte in der AG Phytophotonik

• Bachelor/Master thesis or student project: Multivariant analysis of plant Raman data

  Bachelor/Master thesis or student project: Multivariant analysis of plant Raman data

  Field of study:

  Biologie, Pflanzenbiotechnologie, Molekulare und Angewandte Pflanzenwissenschaften, Physik, Nanotechnologie, Technische Informatik, Maschinenbau, Optische Technologien, o.ä.

   

  Background

  Biological samples exhibit a high level of complexity, both in their structural and chemical composition. When investigating the structure of these samples, it is crucial to consider the chemical constituents, as they play a significant in determining the structural behavior and integrity. Understanding the chemical composition provides essential insights into the interactions and functions of various components within the biological matrix. Moreover, the intricate relationship between the chemical makeup and structural properties of biological samples necessitates sophisticated analytical techniques.

  Raman spectroscopy, combined with multivariate analysis, offers a powerful approach to unraveling this complexity. By mapping the distribution of chemical components, researchers can gain a deeper understanding of how these constituents contribute to the overall structure and function of the sample. This detailed chemical information is vital for various applications, from diagnosing diseases and understanding pathological changes to developing new materials and improving agricultural practices.

  Tasks

  The aim of this project is to explore the multivariate analysis of experimentally acquired Raman data to identify and map the distribution of different chemical components within the samples. This involves:

  1. Applying advanced preprocessing techniques to ensure the acquired data is clean and suitable for analysis.
  2. Utilizing sophisticated multivariate analysis methods, such as Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares (PLS), to interpret the complex Raman data.
  3. Producing detailed chemical maps that visually represent the spatial distribution of chemical components across the samples.
  4. Integrating the chemical maps with structural data to provide a comprehensive understanding of the samples' composition and structural properties.

   

   

  Ansprechpartner:

  Bei Interesse an dieser Arbeit wenden Sie sich bitte mit aktuellem Notenspiegel an Herrn Landes:
  timm.landes@hot.uni-hannover.de

   

Einige exemplarische studentische Arbeiten

• Laserbasierte Optoporation von Pflanzenprotoplasten und deren Potential für die Übertragung von Molekülen

  Laserbasierte Optoporation von Pflanzenprotoplasten und deren Potential für die Übertragung von Molekülen

  Laserbasierte Methoden stellen moderne und nicht-invasive Möglichkeiten zur Transfektion von Zellen dar und bieten daher großes Potenzial für viele Bereiche der Biomedizin und Biotechnologie. Die GNOME (gold nanoparticle mediated) Lasertransfektion beruht auf der Interaktion zwischen Goldnanopartikeln und Laserlicht, bei der die Energie gebündelt auf die Zellmembran übertragen wird und diese dabei kurzzeitig perforiert und den Einstrom von Molekülen ermöglicht. Diese Technik konnte bereits erfolgreich an Säugerzellen gezeigt werden (Heinemann et al., 2013) und hat sich in vielseitigen Anwendungen bewährt. Daher ist es das Ziel diese Technik auch auf Pflanzenzellen zu übertragen und dabei Potenzial für den Bereich des Genome Editing und damit auch für die Pflanzenzüchtung zu schaffen. Im Unterschied zu Säugerzellen gibt es bei Pflanzenzellen jedoch zusätzliche Herausforderungen, wie zum Beispiel eine feste Zellwand. Um die Anwendung der GNOME-Technik dennoch zu ermöglichen, werden aus den Pflanzenzellen Protoplasten hergestellt, bei denen die Zellwand enzymatisch entfernt wurde.  

  In enger Kooperation mit der AG Boch des Instituts für Pflanzengenetik versuchen wir die Parameter zu optimieren, um eine erfolgreiche Optoporation der Protoplasten von Nicotiana benthamiana zu ermöglichen. Ein vom Laserzentrum Hannover entwickeltes Laser-Kompaktgerät ermöglicht eine unkomplizierte Anwendung. Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen, eine erfolgreiche Optoporation der Protoplasten bei gleichzeitig hoher Vitalität der Zellen nachzuweisen.

• Einsatz von hyperspektraler Bildgebung zur Früherkennung pflanzenviraler Infektionen in Nicotiana Spezies

  Einsatz von hyperspektraler Bildgebung zur Früherkennung pflanzenviraler Infektionen in Nicotiana Spezies

  Virale Pflanzenkrankheiten stellen steigende ökonomische Bedrohungen in der Pflanzenproduktion dar. Die Erkennung erfolgt momentan vornehmlich durch Symptomerkennung durch den Produzierenden oder invasiv durch molekulare Nachweise. Hyperspektrale Bildgebung soll einer nicht-invasiven Früherkennung dienen, um die notwendigen Maßnahmen einer Ausbreitungsverhinderung frühzeitig treffen zu können. In enger Zusammenarbeit mit der AG Virologie des Instituts für Gartenbauliche Produktionssysteme versuchen wir ein System zu schaffen, welches die Früherkennung der Pflanzenviren TMV, PVY & CMV an Nicotiana-Spezies als Modellpflanzen durch hyperspektrale Bildgebung ermöglichen soll.

• Konzeption, Realisierung und Erprobung eines halbautomatischen Belichtungssystems zur Photoinduktion von Pflanzenstoffen in Hydrokulturen

  Konzeption, Realisierung und Erprobung eines halbautomatischen Belichtungssystems zur Photoinduktion von Pflanzenstoffen in Hydrokulturen

  Pflanzen können selektive Photonenströme anhand unterschiedlicher Photorezeptoren in ihrer Quantität und Qualität erfassen und entsprechend darauf reagieren, ein Prozess der Photomorphogenese genannt wird. Diese Wechselwirkung kann dazu genutzt werden, Pflanzen durch optische Reize gezielt zu steuern, unter anderem auch um die Produktion von wertvollen Pflanzeninhaltstoffen zu fördern. Es ist bekannt, dass auch die Wurzelsysteme von Pflanzen Photorezeptoren exprimieren, so dass eine selektive Belichtung von Wurzeln eine interessante alternative zur optischen Steuerung von Pflanzeninhaltsstoffen darstellen können. Für diese Anwendung bieten sich hydroponische Kulturen an.

  In enger Kooperation mit der AG Papenbrock des Instituts für Botanik soll in diesem Projekt ein Applikationssystem geschaffen werden, welches automatisiert selektive Photonenströme auf die Wurzeln von hydroponischen Kulturen applizieren kann. Damit soll untersucht werden, ob mithilfe definierter Lichtrezepte eine Steuerung von Pflanzeninhaltsstoffen möglich ist.

• Entwicklung eines Modellsystems zur Laser-basierten Induktion von Rissen in der Kutikula

  Entwicklung eines Modellsystems zur Laser-basierten Induktion von Rissen in der Kutikula

  Die Kutikula ist eine wächserne Schicht auf zahlreichen, der Luft ausgesetzten Pflanzenbestandteilen. Sie dient unter anderem der Regulation von Wasserverlusten. Auf Äpfeln ist die Stabilität der Kutikula ein wesentliches Kriterium zum Erhalt der Qualität: Durch das Wachstum der Äpfel entsteht eine beträchtliche Zugspannung auf der Cuticula, welche in der Folge zur Entstehung von Mikrorissen führen kann. Entlang dieser Mikrorisse tritt Rostbildung auf, was zu einer Minderung des Obsts führt.

  In enger Kooperation mit der AG Knoche des Instituts für Gartenbauliche Produktionssysteme untersuchen wir die Möglichkeit, ein Laser-basiertes System zur in vitro Erzeugung von Mikrorissen zu Etablieren. Dies würde die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Mikrorisspropagation, Wasserverlusten und perspektivisch der Berostung ermöglichen und so die Basis für zukünftige Strategien liefern, die Obstqualität sicherzustellen.