Die mikrobielle Methanoxidation in urbanen Böden als Ursache für Baumschäden:
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Leipzig
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
2007
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ......................................................................................................1
1.1 Veqetationsschäden.....................................................................................1
1.1.1 Baumschäden durch Gasaustritte.............................................................1
1.2 Methan..........................................................................................................5
1.2.1 Bedeutung von Methan..............................................................................5
1.2.2 Methan - Quellen und Senken..................................................................6
1.2.3 Methanotrophe Bakterien.........................................................................9
2 Zielsetzung...................................................................................................15
3 Material und Methoden................................................................................16
3.1 Untersuchungsgegenstand.........................................................................16
3.1.1 Straßenstandorte.....................................................................................16
3.1.2 Pflanzgefäße...........................................................................................17
3.1.3 Probenahme und -Vorbereitung...............................................................18
3.2 Materialien..................................................................................................18
3.2.1 Chemikalien.............................................................................................18
3.2.2 Organismen und deren Lagerung............................................................18
3.3 Bodenphvsikalische und-chemische Methoden.........................................19
3.3.1 Gasanalysen............................................................................................19
3.3.2 Bodenphysikalische Untersuchungen......................................................19
3.3.3 Bodenchemische Methoden....................................................................20
3.3.3.1 Bestimmung des Gehaltes an pflanzenverfügbaren Nährstoffen..........20
3.3.3.2 Isotopensignatur von Methan und Kohlendioxid...................................20
3.4 Bodenbiologische Methoden......................................................................21
3.5 Mikrobiologische Methoden........................................................................21
3.5.1 Nährmedien und Kultivierungsbedingungen............................................21
3.5.2 Herstellung einer Bodensuspension........................................................22
3.5.3 Bestimmung der koloniebildenden Einheiten (KBE)................................23
3.5.4 Mikro-MPN methanotropher Bakterien....................................................23
3.5.5 Bestimmung der Biomassekonzentration................................................23
3.5.6 BIOLOG...................................................................................................24
3.5.7 Anreicherung methanotropher Bakterien.................................................24
3.5.8 Isolierung methanotropher Bakterien.......................................................25
Inhaltsverzeichnis
3.5.9 Charakterisierung methanotropher Isolate..............................................26
3.5.9.1 Bestimmung der sMMO-Aktivität..........................................................26
3.5.9.2 Bestimmung spezifischer Enzymaktivitäten..........................................27
3.5.9.3 Bestimmung des Fettsäurespektrums..................................................27
3.5.9.4 Elektronenmikroskopische Untersuchung.............................................27
3.6 Molekularbioloqische Methoden.................................................................28
3.6.1 DNA-Extraktion aus Bakterien.................................................................28
3.6.2 DNA-Extraktion aus dem Boden..............................................................28
3.6.3 DNA-Aufreinigung....................................................................................29
3.6.4 DNA-Reinheits-und Konzentrationsbestimmung....................................29
3.6.5 PCR........................................................................................................30
3.6.6 Elektrophorese........................................................................................32
3.6.7 Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE).........................33
3.6.8 Silbemitratfärbung...................................................................................35
3.6.9 Phylogenetische Einordnung ..................................................................35
4 Ergebnisse...................................................................................................36
4.1 Standortcharakterisierunq...........................................................................36
4.1.1 Bodenluftzusammensetzung...................................................................36
4.1.2 Bodenphysikalische und -chemische Charakterisierung.........................41
4.1.3 Biologische Charakterisierung.................................................................42
4.2 Pflanzqefäße..............................................................................................45
4.2.1 Bodenluftzusammensetzung...................................................................45
4.2.2 Bodenphysikalische Charakterisierung...................................................47
4.2.3 Bodenchemische Charakterisierung.......................................................48
4.2.4 Mikrobiologische Charakterisierung.........................................................50
4.3 Methanotrophe Isolate aus erdqasbeeinflußten Straßenböden..................55
4.3.1 Anreicherung und Isolierung methanotropher Bakterien..........................55
4.3.2 Charakterisierung methanotropher Isolate...............................................59
4.3.2.1 Morphologie.........................................................................................59
4.3.2.2 Physiologie...........................................................................................63
4.3.2.3 Biochemie.............................................................................................64
4.3.2.4 Phylogenetische Einordnung................................................................68
4.4 Molekularbioloqische Analyse erdqasbeeinflußten Bodens........................70
4.4.1 DNA-Extraktion........................................................................................70
Inhaltsverzeichnis
4.4.2 Verteilung verschiedener Gattungen methanotropher Bakterien ............72
4.5 Sanierunqsansatz.......................................................................................79
5 Diskussion...................................................................................................84
5.1 Einfluß des Erdgases auf bodenphvsikalische. -chemische und
-biologische Kenngrößen............................................................................84
5.2 Methanotrophe Isolate aus erdqasbeeinflußten Straßenböden..................90
5.2.1 Erdgasbeeinflußter Straßenboden als Habitat für Methanotrophe...........90
5.2.2 Anpassungen der Isolate an das Habitat.................................................91
5.2.3 Anreicherungs- und Isolierungsstrategien...............................................93
5.3 Molekularbiologische Charakterisierung der methano-
trophen Lebensgemeinschaft in Pflanzqefäßen.........................................97
5.4 Sanierungsvorschläge für erdgasbeeinflußte Straßenböden...................104
7 Zusammenfassung....................................................................................109
8 Literatur......................................................................................................112
III
|
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .1
1.1 Veqetationsschäden.1
1.1.1 Baumschäden durch Gasaustritte.1
1.2 Methan.5
1.2.1 Bedeutung von Methan.5
1.2.2 Methan - Quellen und Senken.6
1.2.3 Methanotrophe Bakterien.9
2 Zielsetzung.15
3 Material und Methoden.16
3.1 Untersuchungsgegenstand.16
3.1.1 Straßenstandorte.16
3.1.2 Pflanzgefäße.17
3.1.3 Probenahme und -Vorbereitung.18
3.2 Materialien.18
3.2.1 Chemikalien.18
3.2.2 Organismen und deren Lagerung.18
3.3 Bodenphvsikalische und-chemische Methoden.19
3.3.1 Gasanalysen.19
3.3.2 Bodenphysikalische Untersuchungen.19
3.3.3 Bodenchemische Methoden.20
3.3.3.1 Bestimmung des Gehaltes an pflanzenverfügbaren Nährstoffen.20
3.3.3.2 Isotopensignatur von Methan und Kohlendioxid.20
3.4 Bodenbiologische Methoden.21
3.5 Mikrobiologische Methoden.21
3.5.1 Nährmedien und Kultivierungsbedingungen.21
3.5.2 Herstellung einer Bodensuspension.22
3.5.3 Bestimmung der koloniebildenden Einheiten (KBE).23
3.5.4 Mikro-MPN methanotropher Bakterien.23
3.5.5 Bestimmung der Biomassekonzentration.23
3.5.6 BIOLOG.24
3.5.7 Anreicherung methanotropher Bakterien.24
3.5.8 Isolierung methanotropher Bakterien.25
Inhaltsverzeichnis
3.5.9 Charakterisierung methanotropher Isolate.26
3.5.9.1 Bestimmung der sMMO-Aktivität.26
3.5.9.2 Bestimmung spezifischer Enzymaktivitäten.27
3.5.9.3 Bestimmung des Fettsäurespektrums.27
3.5.9.4 Elektronenmikroskopische Untersuchung.27
3.6 Molekularbioloqische Methoden.28
3.6.1 DNA-Extraktion aus Bakterien.28
3.6.2 DNA-Extraktion aus dem Boden.28
3.6.3 DNA-Aufreinigung.29
3.6.4 DNA-Reinheits-und Konzentrationsbestimmung.29
3.6.5 PCR.30
3.6.6 Elektrophorese.32
3.6.7 Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE).33
3.6.8 Silbemitratfärbung.35
3.6.9 Phylogenetische Einordnung .35
4 Ergebnisse.36
4.1 Standortcharakterisierunq.36
4.1.1 Bodenluftzusammensetzung.36
4.1.2 Bodenphysikalische und -chemische Charakterisierung.41
4.1.3 Biologische Charakterisierung.42
4.2 Pflanzqefäße.45
4.2.1 Bodenluftzusammensetzung.45
4.2.2 Bodenphysikalische Charakterisierung.47
4.2.3 Bodenchemische Charakterisierung.48
4.2.4 Mikrobiologische Charakterisierung.50
4.3 Methanotrophe Isolate aus erdqasbeeinflußten Straßenböden.55
4.3.1 Anreicherung und Isolierung methanotropher Bakterien.55
4.3.2 Charakterisierung methanotropher Isolate.59
4.3.2.1 Morphologie.59
4.3.2.2 Physiologie.63
4.3.2.3 Biochemie.64
4.3.2.4 Phylogenetische Einordnung.68
4.4 Molekularbioloqische Analyse erdqasbeeinflußten Bodens.70
4.4.1 DNA-Extraktion.70
Inhaltsverzeichnis
4.4.2 Verteilung verschiedener Gattungen methanotropher Bakterien .72
4.5 Sanierunqsansatz.79
5 Diskussion.84
5.1 Einfluß des Erdgases auf bodenphvsikalische. -chemische und
-biologische Kenngrößen.84
5.2 Methanotrophe Isolate aus erdqasbeeinflußten Straßenböden.90
5.2.1 Erdgasbeeinflußter Straßenboden als Habitat für Methanotrophe.90
5.2.2 Anpassungen der Isolate an das Habitat.91
5.2.3 Anreicherungs- und Isolierungsstrategien.93
5.3 Molekularbiologische Charakterisierung der methano-
trophen Lebensgemeinschaft in Pflanzqefäßen.97
5.4 Sanierungsvorschläge für erdgasbeeinflußte Straßenböden.104
7 Zusammenfassung.109
8 Literatur.112
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