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Ergebnisse
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Untersuchungen zum mikrobiellen Streuabbau
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Streuabbau in unterschiedlichen Böden
Für die Untersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Bodennutzung auf den Streuabbau wurde Streumaterial aus den Gewächshausversuchen von den Kontrollbäumen (Buchen ohne zusätzliche Ozonbegasung) verwendet (2002). Während aus allen Streubeuteln nach 2 und 8 Wochen mittels RT-PCR Bakteria- und Eucarya- spezifische Produkte gewonnen werden konnten, wurde aus keiner Probe mit Hilfe der Archaea spezifischen Primersysteme ein PCR Produkt generiert. Die Klonierung und Identifizierung der Bakterien spezifischen RT- PCR Produkte ergab eine Dominanz sowohl nach 2 als auch nach 8 Wochen von g-Proteobacterien in den Streubeuteln, die in dem Boden des Buchenstandortes inkubiert wurden. Nach 2 Wochen konnten ferner a-Proteobakterien, ß-Proteobakterien, Aktinobakterien und Acidobakteriens nachgewiesen werden. In den Streubeuteln, die 8 Wochen vergraben waren, reduzierte sich die Diversität deutlich.
In den Streubeuteln, die in dem Buchen- Fichtenmischbestand inkubiert wurden, war zu beiden Zeitpunkten (2 bzw. 8 Wochen) die bakterielle Diversität höher als oben beschrieben. Im Gegensatz zu dem Buchenstandort, wo der Vergleich von Streumaterial, das 2 Wochen inkubiert wurde mit Streu, die 8 Wochen vergraben war, eine deutliche Abnahme in der Diversität zeigte, war die Diversität in den Streuproben, die in dem Buchen-Fichten Mischwald vergraben waren, nach 8 Wochen deutlich erhöht verglichen mit der Streu, die nur 2 Wochen in dem Boden inkubiert wurde. Die Ergebnisse sind in Abbildung 1 zusammengefasst. Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei der Analyse der pilzlichen Diversität gewonnen (Daten nicht gezeigt).
|  | Abb. B12-1: Vergleich der Zusammensetzung bakterieller Populationen, die sich auf eingebrachter Buchenstreu ansiedelten, an Hand von klonierten 16S rRNA Amplikons nach 2 bzw. 8 Wochen Inkubation der Streu in dem Boden eines Buchenwalds (BBS) bzw eines Buchen-Fichten Mischbestandes (SBS) auf der Basis von jeweils 100 analysierten Klonen; Inkubation jeweils im Ah Horizont mit Hilfe der Streubeuteltechnik
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Die Analyse der gesamten cDNA mittels des RAP-Primersystems führte zu sehr komplexen Bandenmustern (Abbildung 2). Allerdings wurde auch hier der Einfluss des Standortes auf die Zusammensetzung der Fingerprints deutlich. Zwar wurden keine signifikanten Unterschiede in der Zahl der Banden ermittelt, doch wurden deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung der jeweiligen Profile ermittelt. Tendenziell ist eine Zunahme der Zahl an Banden in den Streuproben die 8 Wochen in dem jeweiligen Boden inkubiert waren zu beobachten, doch ist dieser Anstieg nicht sehr ausgeprägt.
|  | Abb. B12-2: Vergleich der RAP Muster von amplifizierter cDNA der Mikroorganismen, die sich auf eingebrachten Buchenstreu ansiedelten, nach 2 bzw 8 Wochen Inkubation mit Hilfe der Streubeuteltechnik jeweils im Ah Horizont in dem Boden eines Buchenwalds (Spur 1 und 3) bzw. eines Buchen-Fichten Mischbestandes (Spur 2 und 4).
Zur Analyse der entsprechenden Transkripte wurde aus den jeweiligen Fingerprints der Bereich zwischen 400 und 700 bp ausgeschnitten, kloniert und jeweils 100 Klone sequenziert. Abbildung 3 zeigt das Ergebnis des Vergleichs der Sequenzen mit NCBI Datenbankeneinträgen für Buchenstreu, die 2 Wochen in dem Boden des Buchenbestandes inkubiert wurde. Neben ribosomaler RNA, die in der cDNA Bank dominierte, wurden vor allem Gene detektiert, die hohe Homologien zu sog. housekeeping Genen (DNA Polymerase; Phospholipidmetabolismus etc) zeigten. Daneben konnten auch spezifische Transkripte die in direktem Zusammenhang mit dem Streuabbau stehen (Hydrolasen; Esterasen) beschrieben werden. Die Analyse der übrigen cDNA Banken (Streu der Streubeutel aus dem Buchen-Fichten Mischbestand nach 2 und 8 Wochen Inkubation; Streu der Streubeutel aus dem Buchenbestand nach 8 Wochen Inkubation) ist noch nicht abgeschlossen.
|  | Abb. B12-3 Analyse der cDNA Banken von Mikroorganismen die sich auf Buchenstreu, das 2 Wochen im Boden eines Buchenwaldes inkubiert wurde, ansiedelten durch Klonierung, Sequenzierung und Datenbankvergleich der 400 – 700 bp großen Amplifikate (Basis der Daten 100 Klone) Inkubation jeweils im Ah Horizont mit Hilfe der Streubeuteltechnik
Um den Einfluss des Bodens auf den Streuabbau zu quantifizieren wurde der Streuabbau nach 2 und 8 Wochen per zurückwiegen gemessen. Die Streu wurde in dem Boden mit Mischbestand Fichte-Buche etwas schneller abgebaut. Dieser Unterschied war nach 8 Wochen deutlicher ausgeprägt als nach 2 Wochen Inkubation im Boden, allerdings waren die jeweiligen Abbauraten zu keinem Zeitpunkt signifikant unterschiedlich (Daten nicht gezeigt).
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Einfluss unterschiedlicher Streuarten auf deren Abbau
In einer weiteren Versuchsreihe (2003) wurde der Einfluss der unterschiedlichen Streuarten (Buche – Fichte Gewächshaus – Freiland; Ozon gestresste Bäume – Kontrollen) untersucht. Dazu wurden die Streubeutel im Kranzberger Forst (Zone ohne Ozonbegasung) vergraben. Abbildung 4 zeigt typische 16S rRNA Profile der Mikrofloren, die sich auf dem jeweiligen Streumaterial nach 2 und nach 8 Wochen etabliert hatten.
|  | Abb. B12-4: Vergleich der Zusammensetzung bakterieller Populationen, die sich auf eingebrachter Buchen- bzw. Fichtenstreu ansiedelten, an Hand von 16S rRNA Fingerprints nach 2 (a) bzw. 8 (b) Wochen Inkubation der Streu in dem Boden des Kranzberger Forsts (SO Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; S Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; SG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; SOG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume; BO Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; B Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; BG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; BOG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume); Inkubation jeweils im Ah Horizont mit Hilfe der Streubeuteltechnik
Nach 2 Wochen Inkubation im Boden erfolgt die Bildung der Hauptcluster nach dem jeweiligen Streutyp (Buchen- oder Fichtenstreu). Bei dem Streumaterial, das von den Pflanzen aus dem Gewächsversuch stammt, ist die bakterielle Diversität auf Basis der 16S RNA deutlich höher, als bei dem natürlichen Streumaterial. Bei den Streuproben aus den Gewächshauspflanzen ist ein Ozoneffekt sichtbar. Nach 8 Wochen Inkubation im Boden ist die Besiedelung durch Bakterien bei allen Streuarten erhöht. Die Hauptcluster bilden natürliches Streumaterial und Streu aus dem Gewächshaus unabhängig vom jeweiligen Pflanzentyp (Buche oder Fichte) und der Ozonkonzentration, welcher die Pflanzen ausgesetzt waren. Bei allen Streuarten sind Unterschiede in der Besiedelung zwischen Pflanzen, die unter ambienten Ozon- und solchen, die unter erhöhten Ozonkonzentrationen gewachsen waren, erkennbar.
Ähnliche Ergebnisse konnten auch bei der Besiedelung der unterschiedlichen Streutypen durch Pilze gezeigt werden. Abbildung 5 zeigt typische 18S rRNA Profile der Mikrofloren, die sich auf dem jeweiligen Streumaterial nach 2 und nach 8 Wochen etablieren konnten. Auch für die Diversität der 18S rRNA zeigt sich eine deutliche Zunahme zwischen dem Streumaterial, das 2 Wochen in dem Boden inkubiert wurde und den Proben die 8 Wochen im Boden belassen wurden. Insgesamt ist die Zahl der Banden signifikant höher als bei den 16 S rRNA Profilen, was ein Hinweis darauf sein könnte, dass Pilze bei der Zersetzung der Streu eine wichtige Rolle spielen. Ebenso wie bei den 16S rRNA Profilen war ein deutlicher Ozoneffekt sichtbar. Die beiden Hauptcluster nach 8 Wochen Inkubation im Boden korrelierten, analog zu den 16S rRNA Profilen, mit Streu aus dem Gewächshaus bzw. aus dem Freiland.
|  | Abb. B12-5: Vergleich der Zusammensetzung pilzlicher Populationen, die sich auf eingebrachter Buchen- bzw. Fichtenstreu ansiedelten, an Hand von 18S rRNA Fingerprints nach 2 (a) bzw. 8 (b) Wochen Inkubation der Streu in dem Boden des Kranzberger Forsts (SO Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; S Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; SG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; SOG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume; BO Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; B Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; BG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; BOG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume); Inkubation jeweils im Ah Horizont mit Hilfe der Streubeuteltechnik.
Die unterschiedlichen mikrobiellen Besiedelungsmuster hatten auch Auswirkungen auf die Abbaukinetik der entsprechenden Streu. Abb. 6 zeigt die unterschiedlichen Abbauraten der verschiedenen Streuarten nach 2 und 8 Wochen Inkubation im Boden. Das Streumaterial von Pflanzen aus dem Gewächshaus wurde deutlich schneller abgebaut, als Streumaterial von natürlichen Standorten (Kranzberger Forst). Ozonbegasung verlangsamte den Abbau der Pflanzenstreu. Buchenstreu wurde insgesamt schneller abgebaut als Fichtenstreu.
|  | Abb. B12-6: Abbauraten von Pflanzenstreu nach 2 Wochen (schwarze Säulen) bzw. 8 Wochen (weiße Säulen) Inkubation im Boden des Kransberger Forsts (SO Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; S Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; SG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; SOG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume; BO Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; B Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; BG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; BOG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume); Inkubation jeweils im Ah Horizont mit Hilfe der Streubeuteltechnik
Eine Analyse der verfügbaren Zucker (Glukose, Fructose, Sucrose und Xylose) durch das Teilprojekt A6 (Abbildung 7) zeigte eine deutliche Korrelation zwischen Abbaukinetik und Zuckergehalt der jeweiligen Streuproben. Ein ähnlicher Zusammenhang wurde zwischen C:N Gehalt und Streuabbau festgestellt. In den Blattproben aus dem Gewächshaus war der C:N Gehalt deutlich niedriger als in den Proben aus den dem Freiland. Ebenso war das C/N Verhältnis in Blattproben, die von Ozon behandelten Bäumen stammten, deutlich höher als in Blattproben der Kontrollbäume (Daten nicht gezeigt)
|  | Abb. B12-7: Verfügbare Zucker in den unterschiedlichen Streumaterialien (SO Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; S Fichtenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; SG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; SOG Fichtenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume; BO Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Ozonbehandelte Bäume; B Buchenstreu aus dem Kranzberger Forst, Kontrollbäume; BG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Kontrollbäume; BOG Buchenstreu aus dem Gewächshaus; Ozonbehandelte Bäume)
Die Nährstoffgehalte der Blätter unterschieden sich dagegen kaum. Bei allen analysierten Blattproben lagen die Werte in einem Bereich, der auf eine optimale Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffe hinweist (Daten nicht gezeigt). Die Auswertung der Ergebnisse zu den phenolischen Inhaltsstoffen in den unterschiedlichen Blättern steht noch aus.
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