Methanoloxidation in oxischen Böden und Umweltparameter assoziierter methylotropher Mikroorganismen-Gemeinschaften

Methanol ist ein klimarelevantes Spurengas und verstärkt die Bildung von troposphärischem Ozon. Pflanzen sind die wichtigsten Quellen von Methanol in terrestrischen Ökosystemen. Die jährliche Emissionsrate von Methanol ist vergleichbar mit der von Methan. Methylotrophe Bacteria können Verbindungen ohne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung wie Methanol oder Methan als Substrat nutzen und sind damit potenzielle biologische Senken von klimarelevanten Verbindungen. Es bekannt, dass einige Methylotrophe in der Phyllosphäre Methanol, das von oberirdischen Pflanzenteilen emittiert wird, als Substrat nutzen und gleichzeitig das Pflanzenwachstum z.B. durch die Bildung von Wachstumshormonen fördern können. Durch die metabolische Aktivität von Methylotrophen in der Phyllosphäre kann daher die Methanolkonzentration in der Atmosphäre verringert werden. Pflanzen werden möglicherweise durch methylotrophe Bakterien in umgebendem Boden inokuliert, die ebenso einen Einfluss auf den globalen Methanolhaushalt haben können. Unterirdische Pflanzenteile und die atmosphärische Deposition von Methanol sind die Methanolquellen der Böden. Zwar wurden Methan-oxidierende Methylotrophe in Böden in zahlreichen Studien untersucht, über die Diversität und Nischen-definierende Parameter der Methanol-oxidierenden Methylotrophen und über Methanoloxidationsraten ist hingegen nur wenig bekannt. Dabei können die meisten methylotrophen Arten Methanol und nicht Methan als Substrat nutzen. In dieser Arbeit wurden daher folgende Ziele bearbeitet: a) Bestimmung von Methanoloxidationskinetiken in oxischen Böden, b) Identifizierung von Methylotrophen, die durch in situ relevante Methanolkonzentrationen angeregt werden, c) Bestimmung der Strukturen der Methylotrophen-Gemeinschaften in Böden und d) Identifizierung von Umweltparametern, die mit der Gemeinschaftsstruktur der Methylotrophen korrelieren. Frühere Untersuchungen zeigten, dass Methylotrophe in Böden durch Methanolkonzentrationen im Bereich einiger Millimol pro Gramm Trockengewicht des Bodens stimuliert werden. In situ relevante Methanolkonzentrationen sind jedoch mindestens um den Faktor 1000 geringer. Die minimale Methanolkonzentration, bei der in dieser Doktorarbeit eine Oxidationsaktivität nachgewiesen wurde, lag bei 2 Nanomol pro Gramm Trockengewicht des Bodens. Grünlandböden haben folglich das Potenzial in situ relevante Methanolkonzentrationen zu oxidieren. Die spezifische Affinität der analysierten Grünlandböden-Gemeinschaften für Methanol (a0s = 0,03 d-1) war geringer als die spezifische Affinität für Methanol von Meerwasserproben, was darauf hinweisen kann, dass sich die Gemeinschaft der Methylotrophen in Böden und Meerwasser unterscheidet. Zwei Genotypen, die durch in situ relevante Methanolkonzentrationen stimuliert wurden, konnten den Alphaproteobacteria zugeordnet werden. Die Isolierung von 129 Reinkulturen auf Medium mit Methanol und die Analyse von Genmarkern des methylotrophen Stoffwechsels (mxaF, mch, fae) zeigten ferner, dass Alphaprotebacteria in der untersuchten Bodengemeinschaft am häufigsten vertreten waren. Insbesondere die Gattungen Bradyrhizobium, Ensifer, Methylobacterium, Starkeya, Methylocella und Methyloferula spielten bei der Oxidation von Methanol in Böden wahrscheinlich eine Rolle. Die Lebendzellzahl von Methanol-oxidierenden Methylotrophen lag bei 106 bis 108 pro Gramm Trockengewicht des Bodens. 22% der Reinkulturen gehörten zu Gattungen, von denen Methylotrophie bisher nicht berichtet wurde. Darüber hinaus wurden Genotypen detektiert, die nur sehr entfernt verwandt zu bekannten Genotypen waren. Methylotrophie ist daher wahrscheinlich in mehr taxonomischen Gruppen verbreitet als bisher angenommen werden konnte. Grundsätzlich korrelierte die Gemeinschaftsstruktur der Methylotrophen mit dem Boden-pH-Wert und dem Vegetationstyp. Methylotrophe Gemeinschaften im Böden sind damit wichtige Senken im globalen Methanolhaushalt und werden vor allem durch Interaktionen mit Pflanzen und dem in situ pH-Wert beeinflusst.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2013

Author dc:creator

• Stacheter, Astrid

Contributors dc:contributor

• Kolb, Steffen

Repository record source_url

https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/1054/

OAI identifier oai:identifier

oai:epub.uni-bayreuth.de:1054