Mikro- und molekularbiologische Methoden zur quantitativen und qualitativen Erfassung von Einflussgrößen der biologischen Methanoxidation

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Rainer Franke
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1 Urban Water and Waste Management Mikro- und molekularbiologische Methoden zur quantitativen und qualitativen Erfassung von Einflussgrößen der biologischen Methanoxidation Tobias Gehrke, M.Sc. University of Duisburg-Essen

2 Inhalt Einleitung Projekt und Ziele Untersuchungskonzept und Modellbildung Methoden und Resultate Bodenschnittkörper Zusammenfassung Batchreaktoren 2

3 Einleitung Methanotrophe Bakterien bauen unter aeroben Bedingungen Methan zu Kohlendioxid ab Das Potential einer biologischen Methanoxidation in Deponieabdeckschichten wurde hinreichend untersucht Ein Prognosemodell steigert die Anwendbarkeit der biologischen Methanoxidation 3

4 Projekt und Ziele Ziele Erstellung eines thermodynamisch konsistenten Modells zur Simulation der mikrobiologischen Prozesse in einer Deponie- Abdeckschicht Erfassung der relevanten Prozessparameter (teilweise experimentell) und Implementierung im Modell 4

5 Projekt und Ziele Projektpartner Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl Mechanik Statik Dynamik, Prof. Dr.-Ing. T. Ricken Universität Duisburg-Essen, Instrumentelle Analytische Chemie, Prof. T. Schmidt Universität Duisburg-Essen, Fachgebiet für Siedlungswasser und Abfallwirtschaft, Prof. Dr. R. Widmann, Prof. Dr. M. Denecke 5

6 Gasbildung (DepSim, TU Dortmund) Gesamtabbaupotential (MethaSIM) Versuchskonzept und Modellbildung Methanemission (Prognose) Bodenkörper Zelle Gasdurchlässigkeit Porengrößenverteilung Feldkapazität Nutzbare Feldkapazität Biologische Aktivität Temperatur ph-wert Salzkonzentration Spurenstoffe Methan Kohlendioxid Sauerstoff

7 Versuchskonzept und Modellbildung Temperatur X ph-wert X Salzgehalt X Abbaupotential Bsp. Zellzahl Zelle Boden X X = Abbau Porenraum X Permeabilität X Feldkapazität X

8 Methoden und Resultate Methoden: FISH (Fluoreszenz in situ Hybridisierung) Lysimeter Batchversuche Thermographie (Bodenschnittkörper) Respirationsmessung Isotopenchromatographie 8

Bakterien Möglichkeit zur qualitativen und quantitativen

9 Methoden und Resultate Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH): Genspezifische Identifikation von Bakterien Möglichkeit zur qualitativen und quantitativen Erfassung Einblick in die räumliche Verteilung methanotropher Zellen 9

10 Methoden und Resultate Qualitativ und quantitativer Nachweis Blau: DAPI Gelb: Ma 464 Räumliche Verteilung Verhältnis aus Gesamtzellzahl und methanotrophen Zellen 10 µm 10

11 Methoden und Resultate Respirationsmessung: Beobachtung der Sauerstoffzehrung in einem Flüssigsystem Einfluss von Metaboliten und Hemmstoffen Definierbare Randbedingungen (Temperatur, ph-wert, Salzgehalt, Gaskonzentration, vollständige Durchmischung) Bedingung: Definierte Flüssigkulturen (Qualitätssicherung über FISH) 11

12 Methoden und Resultate 12

13 Zusammengefasst Die Abhängigkeit zwischen Abbaurate und Temperatur konnte im Modell abgebildet werden Mit Batchreaktoren und Respirationsmessung wurden Methoden gefunden, die eine Parameter-abhängige Abbildung der Methanoxidation erlauben Der Einsatz von FISH, Respiration und Batchversuchen liefert die nötigen Daten zur Modellbildung 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 14

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