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Oxidation von atmosphärischem Methan in Böden: Ein neuer quantitativer Ansatz zur Erfassung der Struktur und Aktivität methanotropher Gilden
Atmosphärisches Methan ist nach Kohlendioxid das zweit wichtigste Treibhausgas. Aufgrund anthropogener Eingriffe steigt die Methankonzentration derzeit jährlich um 1 %. Wichtigste Quelle ist die Emission von Methan aus Feuchtgebieten (z.B. Mooren und gefluteten Reisfeldern). Neben...
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2004
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | Atmosphärisches Methan ist nach Kohlendioxid das
zweit wichtigste Treibhausgas. Aufgrund anthropogener Eingriffe
steigt die Methankonzentration derzeit jährlich um 1 %.
Wichtigste Quelle ist die Emission von Methan aus
Feuchtgebieten (z.B. Mooren und gefluteten Reisfeldern). Neben
dem Abbau in der Atmosphäre ist der Verlust des Methan in den
Weltraum und die Methanaufnahme durch oxischen Böden
(?Upland Soils?) die wichtigste Senke. In diesen
Böden sind methanotrophe Bakterien aktiv. Ziel dieser Arbeit
war es, die Zusammensetzung der methanotrophen Gilden in
?Upland Soils? quantitativ zu erfassen und die
Aktivität der relevanten methanotrophen Taxa zu bestimmen.
Weil bisher keine in ?Upland Soils? anwendbare,
kultivierungs-unabhängige Methode zur Quantifizierung
methanotropher Bakterien existierte, wurde in dieser Arbeit
eine neue molekulare Methodik zur Quantifizierung entwickelt.
Für methanotrophe Bakterien indikative Markergene wurden mit
Real-time PCR quantifiziert. Als funktionelle Marker wurden
Gene ausgewählt, die für Untereinheiten der
Methan-Monooxygenasen kodieren (pmoA und mmoX) und die
Phylogenie methanotropher Bakterien reflektieren. Anhand eines
Vergleichs von Phylogrammen basierend auf diesen funktionellen
Markergenen und Sequenzen des 16S rRNA-Gens wurden Gruppen
methanotropher Gattungen abgeleitet (Hauptgruppen). Für diese
Hauptgruppen wurden pmoA- oder mmoX-spezifische Real-time PCR
Assays zur Quantifizierung dieser Gene entwickelt. SybrGreen
diente dabei zur Detektion des gebildeten PCR-Produktes. Die
Etablierung von 4-Schritt-Temperaturprofilen mit einem
zusätzlichen Schritt zur Datenaufnahme ermöglichte Messgrenzen
(³ 10 Zielmoleküle pro Reaktion), die vergleichbar mit
Sonden-basierten Detektionssystemen wie z.B. TaqMan- oder
Hybridisierungssonden waren. Auf diese Weise wurde eine
quantitative Detektion von methanotrophen Bakterien anhand von
Schlüsselenzymen möglich. Die Anwendung dieser Methodik an
DNA-Extrakten aus Bodenproben ergab, dass mit Real-time PCR
reproduzierbare Abundanzen methanotropher Hauptgruppen bestimmt
werden konnten, die mit denen durch Kultivierungsmethoden
bestimmte Abundanzen vergleichbar waren.
Nach der Evaluierung
dieser Methodik wurden zwei Waldböden in Deutschland
untersucht, die Methan aus der Atmosphäre aufnahmen. MF war ein
sandiger Boden mit saurem pH-Wert (4,3) auf Buntsandstein und
GF ein toniger Boden mit neutralem pH-Wert (7,7) auf
Muschelkalk. Grundsätzlich erwiesen sich beide Böden als aktiv
hinsichtlich der Aufnahme von Methan (MF: 95[±32] mg CH4 m-2
d-1; GF: 50[±7] mg CH4 m-2 d-1).
Übereinstimmend mit Befunden
anderer Autoren wurden in beiden Böden die methanotrophe
Hauptgruppen USC a (6,4[±0,2]x106 Zielmoleküle g-1 Boden [TG])
und USC g (11,6[±3,3]x106 Zielmoleküle g-1 Boden [TG])
nachgewiesen, die einen Anteil von mindestens 85 % an der
jeweiligen methanotrophen Lebensgemeinschaft hatten und
pmoA-Sequenzen von nicht-kultivierten methanotrophen Bakterien
darstellten. Die zellspezifische Aktivität der Hauptgruppe USC
a (17,1 x10-5 fmol Zelle-1 h-1) in Boden MF war trotz
niedrigerer Gesamtabbundanz höher als die der Hauptgruppe USC g
in GF (2,77x10-5 fmol Zelle-1 h-1). Dieser
Aktivitätsunterschied spiegelte sich in der Tatsache wieder,
dass nur mRNA des pmoA-Gens von USC a in Bodenproben gefunden
wurde. Zusammenfassend lassen diese Ergebnisse den Schluss zu,
dass die detektierten Taxa an atmosphärische
Methan-Konzentrationen angepasste ?hochaffine
methanotrophe Bakterien? waren. |
|---|---|
| DOI: | 10.17192/z2004.0070 |