Molekularbiologische Untersuchung der Diversität von Mikroorganismen in gefluteten und ungefluteten Pappelmikrokosmen

Auenböden unterliegen aufgrund temporärer Flutungen einem starken Wechsel im Wassergehalt. Als Folge adaptieren sich Pflanzen, wie beispielsweise Pappeln, und Mikroorganismen an diese anoxischen Bedingungen. Ziel dieser Arbeit war es die Auswirkungen von Flutung auf die mikrobiellen Lebensgemeinscha...

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Main Author: Graff, Andrea
Contributors: Conrad, Ralf (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2005
Biologie
Subjects:
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Description
Summary:Auenböden unterliegen aufgrund temporärer Flutungen einem starken Wechsel im Wassergehalt. Als Folge adaptieren sich Pflanzen, wie beispielsweise Pappeln, und Mikroorganismen an diese anoxischen Bedingungen. Ziel dieser Arbeit war es die Auswirkungen von Flutung auf die mikrobiellen Lebensgemeinschaften (Bacteria und Archaea), die mit Pappeln assoziiert sind, in Mikrokosmen zu analysieren. Die Struktur der Lebensgemeinschaften wurde mittels terminaler Restriktionsfragment-Längen-Polymorphismus (T-RFLP)-Analyse, Klonierung und vergleichender Sequenzierung der 16S rRNA-codierenden Gene (16S rDNA) aufgeklärt. Durch Inkubation (90 Tage) von undurchwurzelten Bodenproben aus ungefluteten (bodenfeuchten) und vorgefluteten Pappelmikrokosmen sowie aus feldfrischen Proben wurde ein Überblick der biogeochemischen Prozesse erhalten. Nach Aufschlämmung dieser Proben wurden die vorhandenen Elektronenakzeptoren entsprechend ihrem Redoxpotential sequentiell reduziert. Im Vergleich unterschieden sich die Proben aus den Mikrokosmen von denen der feldfrischen Proben hinsichtlich der Konzentrationen der ermittelten Parameter, insbesondere war die Methanbildung in den feldfrischen Proben wesentlich stärker ausgeprägt. Die bakteriellen Lebensgemeinschaften in Bodenproben aus vorgefluteten und ungefluteten Mikrokosmen veränderten sich kaum mit der Zeit und wurden von Bacillales und Acidobacteria, welche typisch für Böden sind, dominiert. In den feldfrischen Proben waren zusätzlich Actinobacteria und Alphaproteobacteria dominant. Die archaeelle Lebensgemeinschaft zeigte über den untersuchten Zeitraum in allen Ansätzen geringe Veränderungen. Die abundanten Gruppen innerhalb der Archaea zählten zu den nicht kultivierten Crenarchaeota der Linie 1.1b und den Methanosarcinaceae. Zum Ende der Inkubationen wurden mit abnehmender Acetatkonzentration Methanosaetaceae detektiert. Weiterhin wurde der Einfluss der Pappelpflanze auf die mikrobiellen Gemeinschaften durch die Analyse der Kompartimente undurchwurzelter Boden, Rhizosphäre und Rhizoplane in einem weiteren Mikrokosmosexperiment untersucht. Für die bakterielle Gemeinschaft wurde eine Gesamtheit von 281 Klonsequenzen erhalten. Die Anzahl der verschiedenen Sequenzen (<97 % Ähnlichkeit) in den verschiedenen Habitaten repräsentierte jeweils zwischen 16-55 % des gesamten bakteriellen Artenreichtums wie sie mit Chao1 als Indikator abgeschätzt wurde. In Bezug auf die Anzahl der verschiedenen terminalen Restriktionsfragmente zeigten alle Habitate jeweils ca. 20 verschiedene „operational taxonomic units“ (OTUs), mit Ausnahme des Habitats der gefluteten Rhizoplane, welches eine geringere Anzahl an OTUs aufwies. Generell bestätigten sich die mittels Klonierung und T-RFLP-Analyse erzielten Ergebnisse gegenseitig. Die statistische Auswertung der gesamten T-RFLP-Profile mittels Korrespondenzanalyse zeigte, dass sich die bakteriellen Gemeinschaften in den Kompartimenten deutlich voneinander unterschieden und sich durch Flutung veränderten. Beispielsweise traten unter ungefluteten Bedingungen Bacillus spp. vermehrt im undurchwurzelten Boden und in der Rhizosphäre auf. Hingegen waren Bakterien in nächster Verwandtschaft zu Aquaspirillum sp. nur an Pappelwurzeln und in der Rhizosphäre von gefluteten Mikrokosmen abundant. Die archaeelle Gemeinschaft wurde in allen Kompartimenten, sowohl geflutet als auch ungeflutet, zu 99 % von Crenarchaeota-Klonsequenzen der Linie 1.1b dominiert. Die Dominanz crenarchaeotischer Linien in den Bodenaufschlämmungen und allen Kompartimenten der Mikrokosmen weist auf ihre physiologische Bedeutung nicht nur in Böden, sondern auch in der Rhizosphäre und an Wurzeln von Pappelpflanzen hin. Allein zwei Klonsequenzen aus dem Habitat der Rhizoplane wurden bisher unkultivierten Euryarchaeota zugeordnet. Im Gegensatz zu den Bodenaufschlämmungen wurden keine Methanogenen mittels Klonierung detektiert. In dieser Arbeit wurden erstmals in dem System der Pappelmikrokosmen Einblicke in die strukturelle Zusammensetzung der Bacteria und Archaea, auch in Abhängigkeit von Flutung, mit Hilfe molekularbiologischer Methoden erhalten und abundante Mikroorganismen konnten identifiziert werden. Dies stellt eine Basis für gezielte physiologische Fragestellungen in diesem Habitat dar.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2006.0099