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Verbreitung und Aktivität der methanotrophen Mikroflora in arktischen Böden des Lena-Deltas, Sibirien

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Liebner, S. (2003): Verbreitung und Aktivität der methanotrophen Mikroflora in arktischen Böden des Lena-Deltas, Sibirien , Diplom thesis, Universität Potsdam.
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I ZusammenfassungDie vorliegende Arbeit untersucht die Verbreitung und Aktivität der Methanoxidierenden (methanotrophen) Mikroflora in arktischen Böden des Lena-Deltas,Sibirien. Dazu wurden die Anpassungspotentiale der Methan oxidierenden Mikroflora anunterschiedliche Standortfaktoren ebenso untersucht, wie ihre Aktivitätspotentiale beiunterschiedlichen Temperaturen und Methankonzentrationen. Mit Hilfe einer Methode derGanzzellhybridisierung, der sogenannten Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, konnten ausden gewonnenen Ergebnissen Unterschiede in der Populationszusammensetzung imTiefenprofil von Permafroststandorten aufgezeigt und erklärt werden.Die Anpassungspotentiale von Methan oxidierenden Bakterien wurden durch denVergleich eines Permafrost-Auengleys mit einem Tundra-Moorgley der Insel Samoylov imLena-Delta untersucht. Der Permafrost-Auengley stellte aufgrund seinerbodenphysikalischen und bodenchemischen Eigenschaften ein günstigeres Habitat für dieMethan oxidierenden Bakterien dar als der Tundra-Moorgley. Die maximalen Zellzahlenim Permafrost-Auengley waren mehr als dreimal so hoch wie die maximalen Zellzahlen imTundra-Moorgley. Die Methanoxidationsaktivität unter in-situ-Bedingungen betrug imPermafrsot-Auengley etwa das Zehnfache der Methanoxidationsaktivität des Tundra-Moorgleys. Ausschlaggebend für die Unterschiede in den Zellzahlen und den Aktivitätenwar das Bodensubstrat, die damit verbundene Porengrößenverteilung sowie die Qualitätdes DOC.· Der hohe Schluffanteil im Permafrost-Auengley und der damit verbundeneebenfalls hohe Anteil an Mittelporen korrelieren positiv mit den ZellzahlenMethan oxidierender Bakterien.· Das engere und damit günstigere C/N-Verhältnis des Permafrost-Auengleysscheint die Qualität des DOC und damit die Lebensbedingungen der Methanoxidierenden Bakterien positiv zu beeinflussen.· Die Zellzahlen Methan oxidierender Bakterien korrelieren in beiden Standortenpositiv mit dem Methangehalt und damit ebenso mit der Methanbildung imBoden. Die Sauerstoffkonzentration spielt in Bezug auf die Zellzahlen und dieAktivität Methan oxidierender Bakterien eine untergeordnete Rolle.ZUSAMMENFASSUNG IVAufgrund der Aktivitätspotentiale bei unterschiedlichen Temperaturen undMethangehalten konnte eine sehr gute Anpassung der Methan oxidierenden Mikroflora andie Temperatur- und Methankonzentrationsgradienten in arktischen Böden beobachtetwerden:· In den oberen Bodenhorizonten des Permafrost-Auengleys existieren Methanoxidierende Bakterien mit einer hohen Substrataffinität. Ihre maximale Aktivitäterreichen diese Organismen bei Temperaturen > 20 °C und einerMethankonzentration zwischen 5000 ppm und 10000 ppm. Bei 10 °C zeigen dieseOrganismen jedoch immerhin noch die Hälfte und bei 4 °C bzw. 0 °C noch einDrittel ihrer maximalen Aktivität.· In den tieferen Bodenhorizonten, dem Übergangsbereich zum Permafrost sowiedem Permafrostbereich selbst, die durch mehr als 10 °C niedrigere in-situTemperaturen und weitaus höhere Methankonzentrationen gekennzeichnet sindals die Oberbodenhorizonte, leben einerseits psychrophile Methan oxidierendeBakterien. Diese erreichen ihre maximale Aktivität bei 4 °C. Zum anderendominieren in diesen Horizonten Methan oxidierende Organismen mit einerniedrigen Substrataffinität. Ihre Km-Werte sind mehr als sechsmal so hoch wie imAi-Horizont (0- 5 cm Bodentiefe).Die Anpassungs- und Aktivitätspotentiale spiegeln sich in der Verbreitung von Typ I undTyp II Methan oxidierenden Bakterien wider und sind offensichtlich auf diephysiologischen Unterschiede beider Gruppen Methan oxidierender Bakterienzurückzuführen. Mit Hilfe der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung wurde folgendeVerbreitung von Typ I und Typ II Methan oxidierenden Bakterien im Tiefenprofilbeobachtet:· In den oberen Bodenhorizonten existieren temperaturangepasste Typ I Methanoxidierende Bakterien, die entweder der Gruppe der psychrotoleranten Bakterienoder einer Mischflora aus psychrophilen und mesophilen Methan oxidierendenBakterien angehören und durch eine hohe Substrataffinität charakterisiert sind.· In den tieferen Horizonten leben zum einen psychrophile Typ I Methanoxidierende Bakterien, zum anderen Typ II Methan oxidierende Bakterien miteiner geringen Substrataffinität.

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