TY  - THES
T1  - Community Structure and Activity of Nitrate-Reducing Microorganisms in Soils under Global Climate Change
A1  - Deiglmayr,Kathrin
Y1  - 2006/06/09
N2  - Seit dem Beginn der Industriellen Revolution sind die Kohlendioxid-Konzentrationen in der Atmosphäre durch menschliche Aktivitäten stetig angestiegen und haben zu einer Erwärmung des Klimas und veränderten biogeochemischen Kreisläufen beigetragen. Um Reaktionen von Bodenmikroorganismen auf veränderte Umweltbedingungen im globalen Klimawandel zu untersuchen, wurde in der vorliegenden Arbeit die mikrobielle Gemeinschaft der Nitratreduzierer als Modellgemeinschaft betrachtet. Diese funktionelle Gruppe von Bodenmikroorganismen, die den ersten Schritt im Denitrifikationsprozess ausführt, wurde ausgewählt, da sie phylogenetisch sehr divers zusammengesetzt ist. Im Besonderen wurden die steigenden Konzentrationen an atmosphärischem Kohlendioxid als wichtigster Auslöser des globalen Temperaturanstiegs und der Rückzug der Gletscher in den Alpen als eine der augenscheinlichsten Folgen des Klimawandels untersucht. Die Verhaltensweise der Nitratreduzierer wurde auf zwei verschiedenen Ebenen analysiert: Erstens, auf der Ebene der Enzymaktivität der Nitratreduktase und zweitens, auf der Ebene der Gemeinschaftsstruktur, welche anhand des Funktionsgens narG durch RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)-Fingerprints charakterisiert wurde. Der Einfluss von erhöhten atmosphärischen Kohlendioxidgehalten auf nitratreduzierende Mikroorganismen wurde im Swiss FACE (Free Air Carbon dioxide Enrichment) Experiment untersucht, wobei die Rhizosphäre von zwei funktionellen Pflanzentypen (Lolium perenne und Trifolium repens), zwei N-Düngungsniveaus und zwei Zeitpunkte in der Vegetationsperiode (Juni und Oktober 2002) berücksichtigt wurden. Es zeigte sich, dass im Oktober die Nitratreduktase-Aktivität unter erhöhtem atmosphärischem CO2 signifikant reduziert war. Gleichzeitig wurden unter Trifolium repens und der hohen N-Düngungs-variante erhöhte Enzymaktivitäten gemessen, was darauf hindeutete, dass vor allem die Nitratverfügbarkeit am Termin der Probenahme die Nitratreduktase-Aktivität kontrollierte. Die Gemeinschaftsstruktur der Nitratreduzierer wurde dagegen vom Zeitpunkt der Probenahme sowie vom stark variierende pH der verschiedenen Versuchsparzellen beeinflusst. Hinsichtlich der drei Versuchsfaktoren atmosphärische CO2-Konzentration, Pflanzentyp und N-Düngung zeigte die Zusammensetzung der Nitratreduzierer eine hohe Stabilität. Im Gletschervorfeld des Rotmoosferners wurde die mikrobielle Sukzession der nitratreduzierenden Mikroorganismen in der Rhizosphäre von Poa alpina untersucht. Die Beprobung erfolgte im August und im September. Die Nitratreduktase-Aktivität zeigte einen signifikanten Anstieg mit zunehmendem Sukzessionsalter, wobei in erster Linie der steigende Gehalt an organischem Kohlenstoff diesen Effekt erklärte. Die mikrobielle Gemeinschaft der Nitratreduzierer veränderte sich ebenfalls signifikant über das Gletschervorfeld hinweg, wobei der pH und der Gehalt an organischem Kohlenstoff die wichtigsten Einflussgrößen darstellten. Eine detaillierte Analyse der Klonbibliotheken, die jeweils für den jüngsten und ältesten Standort erstellt wurden, deutete darauf hin, dass die Diversität der Nitratreduzierer in der späten Sukzession tendenziell geringer als am Beginn der Sukzession war. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die funktionelle Gruppe der Nitratreduzierer insbesondere mit veränderter Enzymaktivität auf sich wandelnde Umweltbedingungen im globalen Klimawandel reagierte. Die Höhe und die Richtung dieser Reaktion hingen dabei sehr stark von der Nitratverfügbarkeit und dem Gehalt an organischer Substanz im Boden ab. Die Gemeinschaftsstruktur der Nitratreduzierer hingegen zeigte sich gegenüber kurzfristigen Substratschwankungen beständig. Dies deutet daraufhin, dass diese Gruppe von Bodenmikroorganismen eine hohe funktionelle Stabilität aufweist, die durch eine relativ beständige Zusammensetzung und einer davon unabhängigen Regulation der Enzymaktivität gekennzeichnet ist. 
KW  - Denitrifikation
KW  - Polymerase-Kettenreaktion
KW  - Biodiversität
KW  - Sukzession
KW  - Enzymaktivität
KW  - Fakultativ anaerobe Bakterien
KW  - Denitrifizierende Bakterie
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2006/151
ER  -