Sulfatreduzierende Bakterien und ihre Aktivität im Litoralsediment der unteren Güll (Überlinger See):
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Konstanz
Hartung-Gorre
1988
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216. |
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Autor: Bak, Friedhelm
Jahr: 1988
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
?. EINLEITUNG 1
1. Der Schwefel 1
1.1. Der Schwefel in der Natur 1
1.2. Chemische Eigenschaften des Schwefel s 2
2. Der mikrobielle Schwefelkreislauf 3
3. Dissimi latorisch sul fatreduzierende Bakterien 6
4. Der bakterieì le anaerobe Abbau von Bi ornasse 9
5. Der Abbau von Biomasse in naturiichen Sedimenten 10
5.1. Zonierung aerober und anaerober Abbauvorgange in
Sedimenten 10
5.2. Bedeutung der Sulfatreduktion und der Methanogenese
fur die anaerobe Mineralisation in Sedimenten 13
6. Ziele der vorliegenden Arbeit 15
B. MATERIAL UiiD METHODEN 17
a. Das Untersuchungsgebiet (Über!inger See) und die Probe-
nahmestelle in der Unteren Güll 17
b. Sedimentologisehe Methoden 21
1. Einholen und Aufbewahren von Sedirnentproben 21
2. Zerschneiden des Sediments und Gewinnung von Porenwasser 23
3. Bestimmung physikalischer Parameter 25
3.Î. Temperatur 25
3.2. Dichte und Porosität 25
4. Bestimmung chemischer Parameter 26
4.1. Organischer Kohlenstoff 26
4.2. Bestimmung unì osiicher Schwefel verbi ndungen 26
4.2.1. Saureies^? che Suifide fAcio . datile Sulfides
= AVS; 27
?.2.2. Mit CHI!) reduzierbare Schwefel komponenten
(Chromium Reducible Sulfur = CRS) 29
4.2.2.1. Herstellung der CrCln-Losung 29
4.2.2.2. Bestimmung von FeSy S°-Schwefel mit
Cr(II) ¿ 31
4.2.3. Bestimmung von organisch gebundenem Schwefel
(= organ. -S) 31
5. Ionenchromatographische Porenwasseranalyse 32
5.1. Prinzip der lonenchromatographisehen Methode 32
5.2. Betriebsbedingungen und Analysenbeispiele 35
6. Messung von Sulfatreduktionsraten mit radioaktiv markier-
tem Sulfat 37
6.1. Messung von Sulfatreduktionsraten an intakten Sedi-
mentkernen nach J^rgensen (1978a) 37
6.2. Messung von Sulfatreduktionsraten mit Sedimentauf-
schlämmungen (= Slurries) nach Sorokin (1962) 39
Bakteriologische Methoden 41
1. Herkunft des Probenmaterials 41
2. Zusammensetzung und Herstellung der Mährmedien 41
2.1. Einzelne Zusätze zur Herstellung des Grundmediums 43
2.1.1. Hydrogencarbonatlösung 43
2.1.2. Sulfidlösung 43
2.1.3. Spurenelementlösung 44
2.2. Besondere Zusätze zum Grundmedium 44
2.2.1. Natriumdithionit 44
2.2.2. Vitaminlosungen 45
2.3. Substrate 46
2.3.1. Organische Substrate 46
2.3.2. Anorganische Substrate 47
2.4. Supplì ne 48
3. Isolierung anaerober Bakterien mittels Tiefagar-Verdünnungs-
reihen 48
3.1. Reinheitskontrollen 49
4. Zahlung sul fatreduzi erender Bakterien 49
5. Bestimmung bakteriel 1er l-iachstumsparameter 50
6. Chemische Analysen 50
6.1. Nachweis von Sulfat 50
6.2. Nachweis von Sulfit 5
6.3. Nachweis von Thiosulfat 52
6.4. Nachweis von Sulfid 52
7. Chemikalien und Gase 52
d- Begriffserlauterungen /um Temperaturve_rhalten von Bakterien S3
C. ERGEBNISSE UND DISKUSSIONEN 57
Ka2vte]_J 57
Das Sediment der Unteren Gull; Tiefenprofi le verschiedener physi-
kaiischer und chemischer Parameter 57
1. Beschreibung des Sediments 57
2- Temperatur, Wasserstand, Porosität und Gehalt an organischem
Kohlenstoff 58
3. Tiefenprofi le verschiedener im Porenwasser gelöster Amonen 61
3.1. Chlorid, Phosphat, Nitrat und Acetat 61
3.2. Schwefelwasserstoff, SulfatundThiosulfat 64
4. Tiefenprofi le un lös 1 icher Schwefel Verbindungen 66
5. Diskussion 69
5.1. Anmerkungen zur Genauigkeit der Porenwasseranalyse 69
5.2. Das Sediment der Unteren Gull 70
5.3. Unlösliche Schwefel Verbindungen im Sediment der
Unteren Güll 74
Kapitel II 80
Sulfat- und Nitratreduktionsraten im Sediment der Unteren Gulî go
1. Methodische Untersuchungen zur Messung von Sulfatreduktions-
raten 90
.?. Best Tarnung von Suï fa tredukt ^onsra ten -nt radioaktiv
iiarkiertem Sulfat; die Sedimentkern-Injektionsmethode
fCore-injection-Methode) 80
1.1.1. Abhängigkeit der Suifatreduktionsraten von der
Inkubationszeit 80
1.1.2. Einfluß von nicht radioaktivem Sulfat (Carrier-
sulfat) auf die gemessenen Suifatreduktions-
raten 83
1.2. Bestimmung von Sulfat- und Hitratreduktionsraten mit
Hilfe der Ionenchromatographie -
1.2.1. Verbesserung des lonenchromatographischen Sul-
fatnachweises °~
1.2.2. Messung von Sulfatreduktionsraten mit Sediment-
aufschlämmungen 89
1.2.2.1. Kombinierte Anwendung von SO. und
Ionenchromatographi e
92
1.2.2.2. Messung von Tiefenprofilen mit Sedi-
mentaufschlämmungen 94
1.2.3. Bestimmung der Sulfatabnahmeraten im Wasser über
natürlich geschichteten Sedimentkernen 96
2. Saisonale Bestimmungen von Suifatreduktionsraten im Litoral-
sediment der Unteren Güll ?5
3. Temperaturabhängigkeit der Sulfatreduktionsraten ?
4. Abhängigkeit der Sulfatreduktion von der Sulfatkonzentration 109
5. Wirkung von Nitrat auf die Sulfatreduktion ?
6. Umsetzung von Thiosulfat im Sediment ^3
7. Diskussion 114
7.1. Tauglichkeit der angewandten Methoden zur Messung von
Sulfatreduktionsraten ^5
7.1.1. Die Sedimentkern-Injektionsmethode (Core-injec-
tion-Methode) 115
7.1.2. Bestimmung von Sulfatreduktionsraten mit der
Ionenchromatographie ^8
7.2. Die Sulfatreduktion im Sediment der Unteren Gull 123
7.2.1. Sulfatreduktionsraten im Jahreslauf; Einfluß
der Temperatur 123
7.2.2. Verteilung der Sulfatreduktion über die Sedi-
menttiefe 125
7.2.3. Abhängigkeit der Sulfatreduktion von der Sul-
fatkonzentration; Einfluß von Nitrat 127
7.2, C. Umsetzung von Iniosulfat in Sech rent
l 111
Anrei cherung und Z^hlu_ng_ sul fat reduzierender Bakterien j3jjs_
dem Sediment der lJ_nterejn (Tüll
1. Ermittlung der optimalen Salzgehalte des Mediums
2. Zähl ungen sulfatreduzierender Bakterien
2.1. Abhängigkeit der ermittelten ZeMzahien von der
Inkubationsdauer und der Zahl méthode
2.2. Identifizierung von Kolonien sulfatredu/ierender
Bakterien aus Tiefagar-Verdunnungsreihen
2.3. Kurze Charakterisierung der Wasserstoff- und Laktat-
verwert ende p SuJ fatreduzierer
3. Diskussion
3.1. Effektivität der Zahlmethoden; Vergleich zwischen Gesamt-
zeilzahl und Sulfatreduktionsraten
3.2. Substratverwertung durch sui fätreduzi erende Bakterien m
Sediment der Unteren Güll
Kapitel IV
Untersuchungen zur Temperaturabhangigkeit der Suifatreduktion mit
Reinkulturen sulfatreduzierender Bakterien
1. Anreicherung und Isolierung sul fatreduzierender Bakterien
bei verschiedenen Temperaturen
1.1. Sußwasseranreicherungen mit Sulfat
1.2. Sußwasseranreicherungen ohne Sul fat
1.3. Marine Anreicherungen mit Suìfat
2. Charaktens ierunq der isolierten sul fatreduzierenden Bakterien
3. Untersuchungen zur Temperaturabhangigke?t des Wachstums der
? sol 1erte? Bakterienstamme
3.1. Kardinal temperaturen
3.2. Bestimmung der Temperaturabhangigkeit der Wachstumsraten
und der Q,^-Werte
4. Versuche zur Adaptation des Wachstums an andere Temperaturbe-
reiche
V¿9
13 ¡
? 31
132
136
136
141
142
144
144
149
153
153
153
154
156
157
158
162
162
164
170
5. Diskussion
S. ,. Psychrophile Bakterien und der Begriff psycr.rophi
5.2. Temperaturabhangigkeit des Wachstums sulfatreduzieren-
der Bakterien -
5.3. Ökologische Aspekte 175
Kapitel V 1 ?8
Anreicherung und Isolierung anaerober Bakterien mit ?? ?osu1fat,
Sulfit und Tetrathionat 78
1. Anreicherungen und Isolierungen mit Thiosulfat: Entdeckung
der Disproportiomerung anorganischer Schwefel Verbindungen 79
2. Anreicherungen und Isolierungen mit Sulfit °
3. Anreicherungen und Isolierungen mit Tetrathionat
182
D. SCHLUSSBETRACHTUNG 185
1. Bedeutung der Sulfatreduktion für die anaerobe Mineralisation
im Sediment der Unteren Güll
2. Das Verhältnis von Sulfatreduktion zu Methanogenese im See-
sediment °°
3. Die Vermittlerfunktion des Schwefels im limnischen Stoff-
umsatz 189
E. ISOLIERTE BAKTERIENSTÄMME UND BILDTEIL 193
1. Übersicht über die im Verlaufe der Untersuchungen zur vor-
liegenden Arbeit isolierten Bakterienstämme 93
2. Bildteil 196
F. ZUSAMMENFASSUNG 201
G. LITERATURVERZEICHNIS 205
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