Biomasse: Bestimmung, Abhängigkeiten

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1 Protokoll zum Praktikum Aufbaumodul Ökologie: WS 2005/06 Biomasse: Bestimmung, Abhängigkeiten Protokollanten Jörg Mönnich Silke Ammerschubert Anton Friesen - Veranstalter Christian Fuchs Versuchstag

2 Biomasse: Bestimmung, Abhängigkeiten Einleitung Als Biomasse bezeichnet man die Gesamtmasse an organischem Material in einem bestimmten Ökosystem, das im Verlauf biochemischer Prozesse synthetisiert wurde. Sie enthält die Masse aller Lebewesen, abgestorbener Organismen (Detritus) und organischer Stoffwechselprodukte. Etwa 60 Prozent der Biomasse der Erde wird durch Mikroorganismen dargestellt. Biomasse wird als Frischgewicht oder Trockengewicht pro Kubikmeter Volumen oder Quadratmeter Oberfläche ermittelt. Sie steht im direkten Zusammenhang mit der Produktivität eines Ökosystems, welche die Fähigkeit bezeichnet, Biomasse in einer (beliebigen) trophischen Ebene zu bilden. Niedrigere trophische Ebenen stellen die Nahrungsgrundlage höherer trophischer Ebenen dar, so dass meist eine positive Korrelation zwischen der Produktivität auf den einzelnen trophischen Ebenen vorausgesetzt werden kann. In Ökosystemen mit geringem allochthonem Eintrag kann die Primärproduktion mit der Produktivität des gesamten Ökosystems gleichgesetzt werden. Die Biomasse eines Bestandes kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden: Als Trockengewicht, Frischgewicht, Gesamtkohlenstoff oder Pigmentkonzentration des Phytoplanktons. Die Biomasse kann nicht durch bloße Zählung der Individuen angegeben werden, da die Größenunterschiede mehrere Zehnerpotenzen umfassen. Als brauchbar hat sich aber die Zählung in Verbindung mit einer Volumenbestimmung erwiesen. Da das spezifische Gewicht von Planktonorganismen ungefähr gleich eins ist, entspricht das Volumen etwa dem Frischgewicht. Zwei Verfahren haben sich in der Praxis für aquatische Untersuchungen durchgesetzt: Die Bestimmung von Chlorophyll-a (Chl-a) des Phytoplanktons und die Volumenberechnung. Von diesen Werten kann man eine Reihe anderer Daten ableiten. Das Ziel des im Folgenden beschriebenen Versuches ist es, die Biomasse einer Euglena-Kultur über die Messung von Chl-a und Chl-b zu bestimmen

3 Material & Methoden Abweichend vom Skript wurde die Bestimmung der Biomasse von Phytoplankton nicht durchgeführt, da die Wetterverhältnisse eine Probenentnahme nicht zuließen. Folgende Materialien wurden verwendet: 4 ml Euglena-Suspension aus homogener Zellkultur, Methanol, Zentrifugenröhrchen, Zentrifuge (bis 5000 U/Min), Photometer Die Euglena-Suspension wurde in ein Zentrifugenröhrchen überführt und 10 Minuten bei 5000 U/Min zentrifugiert. Anschließend wurde der Überstand dekantiert und das Sediment in 2 ml Methanol resuspendiert. Danach wurde das Röhrchen verschlossen und 15 Minuten bei Raumtemperatur im Dunkeln stehen gelassen. Nach der Inkubation wurde erneut 10 Minuten bei 5000 U/Min zentrifugiert. Der Überstand wurde in eine Küvette überführt und die Extinktion bei 663 und 645 nm gemessen. Anhand der Chlorophyllwerte, die für Chl-a nach [( E663 45,6) ( E645 9,27)] 1, ,75 (1.1) und für Chl-b nach [( E645 82,04) ( E663 16,75)] 1, ,75 (1.2) berechnet 1 wurden, konnten im Anschluss der Gesamtkohlenstoff, das Trockengewicht und das Frischgewicht errechnet werden. Um die Biomasse pro Volumeneinheit berechnen zu können, wurde die Zelldichte (relative Zellzahl, RZ) mit Hilfe von Zählkammern (hier: Thoma-Zelle) durch fünfmaliges Auszählen und Bildung des Mittelwertes bestimmt. Die Berechnung der tatsächlichen Zellzahl (Zellen/ml) erfolgte nach RZ 1, (1.3) 1 Nach Schmid 1971: Methods in Enzymology 23,

4 Durchführung Bei der photometrischen Messung von Chl-a bei einer Wellenlänge von 663 nm ergab sich ein Wert von 0,803 für die Extinktion. Für Chl-b wurde bei einer Wellenlänge von 645 nm ein Wert von 0,280 gemessen. Die Probe wurde 1:2 verdünnt. Nach Formel 1.1 bzw. 1.2 ergaben sich daraus folgende Werte für die Bestimmung der Chlorophyllgehalte: Chl-a: 0,0055 mg/ml Chl-b: 0,0014 mg/ml Daraus errechnete sich ein Gesamt-Chlorophyllgehalt von 0,0069 mg/ml. In der Masse des Trockengewichtes sind ca. 1,5 % Chlorophyll a enthalten. Multipliziert man den Chl-a Wert mit 67, erhält man näherungsweise die Biomasse. Es wurden für die gemessenen Chlorophyllwerte die entsprechende Menge an Kohlenstoff, das Trocken- sowie das Frischgewicht bestimmt: Chl-a (µg/l) x 67 0,369 (µg/l) C C = Gesamtkohlenstoff C (µg/l) x 0,002 7,37 * 10-4 (mg/l) TG TG = Trockengewicht TG (mg/l) x 10 7,37 * 10-3 (mg/l) FG FG = Frischgewicht Im Anschluss wurde eine weitere Methode zur Bestimmung der Biomasse - das Auszählen einer Zählkammer angewandt. Nach fünfmaligem Auszählen der Thoma-Zelle wurde ein Mittelwert für die RZ von 144 berechnet. Nach Formel 1.3 ergab sich hierfür ein Wert von Zellen/ml. Ausgehend von der Annahme, dass das spezifische Volumen von Euglena gleich dem der Phytoplanktonzellen ist, konnte eine Umrechnung der Algenbiomasse in mm 3 /l und des Weiteren in µg/l erfolgen. Mit diesen Werten konnte ein Frischgewicht von 4492,8 µg/l ermittelt werden. Betrachtet man die jeweiligen Ergebnisse beider Methoden zur Bestimmung der Biomasse, so lässt sich auf den ersten Blick nur schwer eine Aussage darüber mac - 2 -

5 geeigneter ist, da sowohl die errechneten Daten in Zellen/ml als auch mg/l nur einen veranschaulichen die nicht ausreichend, um Hierfür wäre eine Referenz bzw. ein Vergleich nötig

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