Ciliaten (Protozoa, Ciliophora) des Reisfeldbodens

Reisfeldböden sind die Bodenökosysteme, die während der letzten Dekade am intensivsten studiert wurden. Dabei haben sich Reisfeldböden in den letzten Jahren als geeignetes Modellökosystem zur Untersuchung von mikrobiellen Populationen und biogeochemischen Prozessen im Boden bewährt. Der Einfluß ande...

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Main Author: Schwarz, Mathieu Vincent Julian
Contributors: Frenzel, Peter (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
Biologie
Subjects:
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Description
Summary:Reisfeldböden sind die Bodenökosysteme, die während der letzten Dekade am intensivsten studiert wurden. Dabei haben sich Reisfeldböden in den letzten Jahren als geeignetes Modellökosystem zur Untersuchung von mikrobiellen Populationen und biogeochemischen Prozessen im Boden bewährt. Der Einfluß anderer wichtiger Bodenorganismen, wie der Protozoen, wurde bisher nicht studiert. Um den Einfluß dieser Organismen auf die mikrobielle Gemeinschaft (Bakteria und Archaea) und Biogeochemie von anoxischen Reisfeldböden abschätzen zu können, wurde stellvertretend das Taxon Ciliophora Doflein, 1904 als repräsentative und häufige Gruppe der Protozoa untersucht. In dem untersuchten italienischen Reisfeldboden wurden insgesamt 52 Taxa gefunden. Zusätzlich wurde Reisfeldboden anoxisch mit Wasser gesättigt (aber nicht geflutet), für ca. 160 Tage inkubiert. In diesen anoxischen Inkubationen wurden 23 Taxa entdeckt, wovon bisher nur 7 als obligat anaerob bekannt waren. Die anderen 16 Taxa sind als fakultativ anaerobe Taxa anzusehen. Dies zeigte, daß die Toleranz gegen anoxische Verhältnisse unter den Ciliaten des Bodens weiter verbreitet ist als bisher angenommen. Die Zellzahlen in den anoxischen Inkubationen lagen zwischen 34 und 190 Zellen gTG-1 Boden. Bezogen auf Zellzahlen und Biovolumenanteil dominierten in den anoxischen Inkubationen kontinuierlich Arten der obligat anaeroben Gattung Metopus. Weiterhin wurde der Einfluß der Ciliatenfauna auf die mikrobielle Gemeinschaft untersucht. Dabei unterschieden sich die Verteilungen der mikrobiellen Biovolumina an zwei Meßzeitpunkten (Tag 4 und Tag 80) deutlich voneinander. An Tag 4 wurden auch größte und kleinste Zellvolumina (Volumen von 0,25 – 2,25 µm3) gefunden. Eine solche Verteilung der Zellgrößen ist typisch für durch Protozoen beweidete Mikroorganismen. Nach 80 Tagen wurden nur mittlere Volumina gefunden (Volumen von 0,75 – 1,5 µm3). Bestätigt wird dieses Ergebnis durch einen in den ersten 4 Tagen beobachteten negativen Quotient der mikrobiellen und der Ciliatenvolumina. Mit Fluoreszenz in-situ Hybridisierung wurde eine bevorzugte Ingestion von Bakteria nachgewiesen. In einigen Fällen wurden jedoch auch Archaea in den Nahrungsvakuolen detektiert. Zusätzlich zu methanogenen Endosymbionten wurde in einigen Arten der Gattung Metopus ein weiterer den ?–Proteobacteria zugeordneter Endobiont identifiziert. Nähere Informationen zur Physiologie des Endobionten wurden bisher nicht gefunden. Die Bildung von Methan wurde in anoxischen Inkubationen bereits nach 24 h gemessen. Einige Details der frühen Methanogenese sind zur Zeit noch unklar. Eine mögliche Erklärung für die frühe Methanogenese sind methanogene Endosymbionten, wie sie in Ciliaten der Gattung Metopus gefunden wurden. Anhand von eigenen Zellzahlbestimmungen und Werten aus der Literatur (Fenchel T. und Finlay B.J. 1995: Ecology and evolution in anoxic worlds. Oxford University Press) wurden zwei Modelle zur potentiellen CH4-Produktion der methanogenen Endosymbionten berechnet. Diese Modelle erklärten 2 bzw. 59% des in den ersten zwei Wochen gebildeten CH4. Das erste Modell (2%) berücksichtigte am detailliertesten das untersuchte Habitat und wurde demnach bevorzugt. Eine Hemmung von Eukaryonten mit spezifischen Inhibitoren bewirkte in anoxischen Inkubationen eine deutliche Erhöhung der CH4-Produktion. Die Summe des zusätzlich gebildeten CH4 war weder über den vom Inhibitor eingebrachten Kohlenstoff noch über einen Abbau lysierter Ciliatenbiomasse zu erklären. Es wurde daher eine -durch Beweidung von Ciliaten induzierte- Unterdrückung der aktiven, freilebenden Methanogenen postuliert. Anhand der in dieser Arbeit gewonnenen Daten wurde gezeigt, daß Protozoen auch in Inkubationen anoxischen Reisfeldbodens einen deutlichen, aber zeitlich begrenzten Einfluß auf die mikrobielle Gemeinschaft und die Methanogenese haben. Berücksichtigt man, daß die Ciliaten nur eine der vier häufigsten Protozoengruppen darstellen, lassen diese Ergebnisse einen noch deutlicheren Einfluß der gesamten Protozoenfauna erwarten. Um die relative Abundanz und Diversität der gesamten Protozoenfauna abschätzen zu können, soll in einem kommenden Projekt eine molekulare Charakterisierung der Gemeinschaft auf Basis der 18S rDNS erfolgen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2003.0626