Mikrobielle Aktivität. Julian Galuschki 4.Fachsemester Landnutzung und Wasserbewirtschaftung

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1 Mikrobielle Aktivität Julian Galuschki 4.Fachsemester Landnutzung und Wasserbewirtschaftung

2 Gliederung die Aufgabe von Mikroorganismen im Boden Einfluss von Bodeneigenschaften auf die mikrobielle Aktivität Methoden zur Bestimmung mikrobieller Aktivität -Labormethoden -Freilandmethoden ein aktuelles Fallbeispiel Quellen Julian Galuschki 10 April

3 Die Aufgabe von Mikroorganismen im Boden Der Boden ist der belebte Teil der obersten Erdkruste, er bietet Lebensraum für Milliarden Mikroorganismen. Mikroorganismen spielen in unserem Leben eine wesentliche Rolle. mikrobielle Umsetzung in Böden durch Mikroorganismen 70% der Bodenatmung erfolgt durch Mikroorganismen Julian Galuschki 10 April

4 Einfluss von Bodeneigenschaften auf die mikrobielle Aktivität organische Substanzen werden abgebaut, bis zu CO2, NH3 und H2O mikrobielle Aktivität ist abhängig von: Temperatur, Bodenwasser, dem Gehalt an organischer Substanz, ph Wert, Durchlüftung und der Bodenart Julian Galuschki 10 April

5 Labormethoden Substratinduzierte Respiration (SIR): indirekte Methode zur Bestimmung mikrobieller Biomasse Bodenprobe wird mit einer leicht verfügbaren Kohlenstoffquelle versetzt, dem Substrat Mikroorganismen reagieren mit verstärkter Atmung maximale Atmung über einen definierten Zeitraum wird ermittelt über die CO2-Produktion lässt sich der mikrobielle Kohlenstoff errechnen Julian Galuschki 10 April

6 Labormethoden SIR Vorteile gute Reproduzierbarkeit relativ geringer Arbeitsaufwand geringer Zeitaufwand zur Dauerbeobachtung mikrobieller Biomasse geeignet Nachteile Substratmenge muss genau abgemessen sein nicht zur Biomassebestimmung nach organischer Düngung geeignet kann nur punktuelle Aussagen zur mikrobiellen Aktivität machen Julian Galuschki 10 April

7 Labormethoden Messgeräte SIR Respirometer: Messung durch Manometertechnik konstantes Volumen und konstanter Druck im System Errechnung der CO2-Prduktion durch Gasdruckveränderung im System zwischen Beginn und Ende des Versuchs Julian Galuschki 10 April

8 Labormethoden Messgeräte SIR Julian Galuschki 10 April

9 Labormethoden Messgeräte SIR Kalorimeter: misst den Wärmestrom, der beim Stoffumsatz entsteht und in einer gewissen Zeit zwischen Mikroorganismus und Umgebung ausgetauscht wird Die freigewordene Wärmemenge wird durch die Messung der Temperaturänderung nach Zugabe des Substrates zurückgeführt. Julian Galuschki 10 April

10 Labormethoden Fumigation-Inkubations-Methode(FIM): Bodenprobe wird mit Chloroform fumigiert Mikroorganismen sterben dadurch ab Probe wird gründlich von Chloroform befreit und ihr wird ein Inokulum zugesetzt, welches die abgestorbenen Organismen in einer Inkubationszeit von 10 Tagen abbaut es kommt zu einem Anstieg der CO2 Freisetzung damit kann die Mikrobielle Aktivität indirekt bestimmt werden Julian Galuschki 10 April

11 Labormethoden - FIM Berechnungsansatz: B = C D 0,45 B. Biomassekohlenstoff in mg, je 100 g Trockensubstanz der Bodenprobe C. mittlere CO2-Freisetzung der Vollprobe D. mittlere CO2-Freisetzung der Leerprobe Vorteile gute Reproduzierbarkeit kann auch direkt nach einer organischen Düngung angewendet werden Nachteile nur naturfeuchtes, auf Wassergehalt eingestelltes Bodenmaterial verwendbar für saure Böden nur unter gewissen Bedingungen anwendbar Julian Galuschki 10 April

12 Labormethoden Fumigation-Extraktions-Methode(FEM): Bodenprobe wird mit Chloroform fumigiert, dadurch sterben die Mikroorganismen ab, anschließend wird das Chloroform entfernt Zellmembran der abgestorbenen Organismen löst sich auf und Zellbestandteile werden löslich Probe wird mit Kaliumsulfatlösung im Verhältnis 1:5 vermischt mikrobieller Kohlenstoff wird extrahiert und nach Filtration ermittelt Julian Galuschki 10 April

13 Labormethoden - FEM Berechnungsansatz: B = VP VL 0,35 B. Biomassekohlenstoff in mg, je 100 g Trockensubstanz der Bodenprobe VP Mittelwert des org. C der Vollproben in mg VL Mittelwert des org. C der Leerproben in mg Vorteile gute Reproduzierbarkeit kann auch direkt nach einer organischen Düngung angewendet werden Nachteile Wassergehalt sollte optimal bei einer Wasserspannung von -5 kpa liegen bei einem org. Kohlenstoffanteil von über 10% in der Probe, wird sie ungenau Julian Galuschki 10 April

14 Freilandmethoden Infrarot Thermographie: liefert eine flächenhafte Bestimmung mikrobieller Aktivität beruht auf dem Prinzip der Substratinduzierten Respiration 16 Bodensäulen werden mit humosen Oberboden ohne Behandlung gefüllt, 8 von ihnen werden mit 1 Gew% Glukose beimpft Temperaturverläufe der Oberflächen der Bodensäulen werden mit einer Infrarot Kamera über eine definierte Zeit hinweg gemessen Julian Galuschki 10 April

15 Freilandmethoden IR Thermographie Julian Galuschki 10 April

16 Freilandmethoden IR Thermographie Julian Galuschki 10 April

17 Freilandmethoden IR Thermographie Vorteile flächenhafte Bestimmung möglich Boden verbleibt weitestgehend in seinem Aufbau und wird nicht gesiebt Nachteile weitere Einflussgrößen auf die Oberflächentemperatur der Böden, wie Evaporation müssen bei der Auswertung berücksichtigt werden Temperaturentwicklung bei einer substratinduzierten Respiration wird deutlich Julian Galuschki 10 April

18 Aktuelles Fallbeispiel Versuch: Es wurde mit Öl kontaminierter Wüstenboden mit Mikroorganismen ein Substrat zugeführt. Als Substrat wurde EDTA gewählt. Man untersuchte dabei die CO2-Freisetzung in den kontaminierten Böden in Folge einer Substratinduzierten Respiration. Ziel: Die Mikroorganismen sollen durch das EDTA ihren Stoffwechsel erhöhen, um das Öl im Boden abzubauen und den kontaminierten Boden auf diese Art zu reinigen. Julian Galuschki 10 April

19 Aktuelles Fallbeispiel Ergebnisse Julian Galuschki 10 April

20 Quellen Blume, H.-P., Brümmer, G., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B.-M. (2010): Scheffer Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde. Spektrum, Heidelberg. Blume, H.-P., Stahr, K., Leinweber, P. (2010): Bodenkundliches Praktikum. Spektrum, Heidelberg. Fiedler, H.-J. (1973): Methoden der Bodenanalyse Mikrobiologische Methoden. Theodor Steinkopf, Dresden. Gesellschaft Deutscher Chemiker (2000): Anforderungen an physikalisch-chemische und biologische Testmethoden zur Einschätzung von Böden und Bodensubstraten. GDCh, Frankfurt am Main. Hemminger, W., Höhne, G. (1979): Grundlagen der Kalorimetrie. Verlag Chemie, Weinheim. Schinner, F:, Öhlinger, R., Kandeler, E. (1991): Bodenbiologische Arbeitsmethoden. Springer, Heidelberg. Julian Galuschki 10 April

21 Quellen G.pdf?hosts=[ ] [ ] [ ] Abbildungen: Respirometer-de-Ganong-Foto-de-archivo.jpg [ ] [ ] Julian Galuschki 10 April

22 Danke für eure Aufmerksamkeit Julian Galuschki 10 April