Motivation, Leidenschaft und Durchhaltevermögen sind in der Forschung unabdingbar, sagt Uniblog-Reporterin Sarah-Maria Scheid nach ihrem Praktikum. Sie hatte die Chance, im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Halle in die wissenschaftliche Laborarbeit hineinzuschnuppern und an einem Forschungsprojekt in der Bodenökologie mitzuarbeiten. Was sie dabei gelernt hat, erzählt sie in ihrem Bericht.

Zu meinem Bachelorstudium BioGeoWissenschaften gehört verpflichtend ein Forschungsprojekt. Ich entschied mich, meines im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Halle zu absolvieren, einer international anerkannten Forschungseinrichtung. Das Zentrum beschäftigt derzeit rund 1.200 Mitarbeitende an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg. Hier werden der Einfluss des Menschen auf Boden, Wasser und Ökosysteme sowie die Folgen menschlichen Handelns auf die Umwelt untersucht. Seine Forschungsergebnisse stellt das Forschungszentrum Partnern aus Wirtschaft und Politik zur Verfügung.

Die Umweltforschung am UFZ ist vielfältig: Biologische, chemische, physikalische, technische und soziale Wissenschaften sind gleichermaßen Teil des integrativen Ansatzes. Das Zentrum betreibt sechs Forschungseinheiten, die wiederum in 37 verschiedene Abteilungen unterteilt sind. Die Abteilung für Bodenökologie beschäftigt sich mit Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen, Pflanzen und menschlichen Eingriffen im Boden. Denn der Boden ist die Grundlage unserer heutigen Existenz, da seine Qualität für die Land- und Forstwirtschaft unerlässlich ist.

Erste Schritte auf neuem Gebiet

Als ich im Februar 2021, mitten im Lockdown, nach Halle gezogen bin, hatte ich einige Zweifel vor dem Start meines Praktikums. Würde ich mit der Arbeitssprache Englisch überfordert sein? Würde ich mit der Laborarbeit klarkommen, obwohl ich damit noch keine Erfahrung damit hatte? Glücklicherweise erwiesen sich meine Sorgen als unbegründet. Meine neuen Kolleg*innen im Zentrum nahmen mich herzlich auf und es war angenehm, mit ihnen zusammenzuarbeiten.

Ich war überrascht, wie vielfältig meine Aufgabenbereiche waren. An meinem ersten Tag lernte ich meinen Betreuer, Witoon Purahong, und seine Assistentin, die Doktorandin Benjawan Tanunchai, kennen. Einige der in den Laboren verwendeten Stoffe sind gesundheitsschädlich. Daher bekam ich zunächst eine Einführung in die Labortechniken, Materialien, Geräte und Maschinen.

Der Mulchfolie auf der Spur

Molekularbiologie und Genanalyse spielten während meines Praktikums eine große Rolle. Eine meiner täglichen Aufgaben war es, die molekulare Verteilung von Pilzen in Boden und Pflanzenmaterial zu analysieren. In meinem Forschungsprojekt habe ich untersucht, wie sich ein biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoff in Kombination mit Stickstoffdünger während des Zersetzungsprozesses im Boden auf die Mungbohne auswirkt. Dabei unterstützt hat mich Kantida Juncheed, seinerzeit Doktorandin an der Universität Leipzig und Praktikantin am UFZ. Gemeinsam untersuchten wir, wie sich pflanzenpathogene Pilze bei Abbauprozessen verhalten. Die Pilze heften sich als Parasiten an Pflanzen und können deren Gesundheit schädigen. Das macht ihr Auftreten in der Landwirtschaft problematisch.

Als Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen stoßen biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe als potenziell umweltfreundliche Materialien auf immer größeres Interesse. Allerdings ist wenig über ihren Abbauprozess und ihre Auswirkungen auf das Mikrobiom von Pflanzen und Böden bekannt. Mulchfolien können aus dieser Art von Kunststoff hergestellt werden. Sie werden in der Landwirtschaft eingesetzt, um Wärme und Feuchtigkeit besser zu regulieren sowie die Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen zu verbessern. Nährstoffe bleiben so länger im Boden und werden langsamer ausgewaschen. Landwirt*innen lassen die abbaubaren Folien oft auf ihren Feldern verrotten. Wenn der Boden später bearbeitet wird, werden die zersetzten Folien in den Boden eingetragen . Sie interagieren dann mit verschiedenen Bodenfaktoren, die sich in der Folge auf die Pflanzengesundheit auswirken können.

Saatgut und Boden – Eine Analyse in Petrischalen

Wir haben die Auswirkungen von Überresten der Mulchfolien in Kombination mit Stickstoffdünger im Boden auf die Mungbohne untersucht. Dafür haben wir die Mungbohnensamen in autoklavierten Petrischalen aufbewahrt. So konnten wir das Wachstum der Bohnen beobachten und untersuchen, wie sich der Kunststoff PBSA  (Polybutylensuccinat-co-butylenadipat) in Kombination mit Stickstoffdünger auf sie auswirkt. Die Böden, die wir für diese Experimente verwendet haben, enthielten zwei unterschiedliche PBSA-Konzentrationen des, 0,6 % und 1,2 %. Zuvor wurde das PBSA über ein Jahr lang im Boden inkubiert, denn es dauert sehr lange, bis sich Abbauprodukte und Mikro- und Nanokunststoffe des PBSAs im Boden anreichern. Wir haben die Samen sechs Tage lang in Erde, Boden-Kunststoff-Suspensionen oder in sterilem Wasser bebrütet. Die Proben mit sterilem Wasser wurden als Kontrollgruppen verwendet. Wäre es in der Kontrollgruppe zu einer mikrobiellen Infektion gekommen, wäre dies ein deutliches Zeichen dafür gewesen, dass unsere Versuche kontaminiert wären.

Der Versuch wurde zweimal wiederholt. Danach wurde das Trockengewicht von Wurzel und Spross gemessen. Wir haben die Stärke des Pilzbefalls ermittelt und notiert, wie viele Samen gekeimt sind. Dann haben wir uns die Pilze, die in den jungen Pflanzen und im Boden waren, genauer angesehen. Diese Analysen wurden mittels PCR und Illuminar-Sequenzierung durchgeführt. Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass sich der pflanzenpathogene Pilz Fusarium solani während des Abbauprozesses von PBSA im Boden stark vermehrt, wenn hohe Dosierungen von Stickstoffdünger verwendet werden. Fusarium solani schadet der Gesundheit von Pflanzen und hemmt ihr Wachstum. Wir haben keine Beweise dafür gefunden, dass PBSA allein das Auftreten von Krankheiten signifikant erhöhen kann. Dennoch muss die Verwendung biobasierter und biologisch abbaubarer Mulchfolie in Kombination mit Stickstoffdünger genau beobachtet werden.

Ein tiefer Einblick in das wissenschaftliche Arbeiten

Mein Praktikum am Helmholtz-Zentrum hat mir einen umfassenden Einblick in ein Forschungsinstitut und in die Aufgaben einer*s Wissenschaftler*in ermöglicht. Mein Betreuer, Witoon Purahong, hat mir verschiedene Arbeitsbereiche gezeigt. Dazu gehörte die statistische Analyse selbst erzeugter Daten. Außerdem konnte ich den Weg einer Studie von der Durchführung von Experimenten bis hin zur Veröffentlichung einer wissenschaftlichen Arbeit verfolgen. Unsere praktische Arbeit wurde in der Zeitschrift “Journal of Polymers and the Environment” veröffentlicht. Da die Arbeitssprache Englisch war, konnte ich Routine im wissenschaftlichen Schreiben entwickeln und lernen, sicherer zu sprechen.

Wenn ihr euch für die praktische Arbeit in der wissenschaftlichen Forschung interessiert, könnte eine Einrichtung wie das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung interessant für euch sein. Als Praktikant*innen solltet ihr Neugierde, Durchhaltevermögen und Selbstbewusstsein mitbringen. Denn das Durchführen von Experimenten kann länger dauern.

Sarah-Maria Scheid