Mikrobielle Populationen und Prozesse im Darm von Regenwürmern (Oligochaeta, Lumbricidae):
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| Format: | Thesis Book |
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| Published: |
Bayreuth
Bayreuther Inst. für Terrestrische Ökosystemforschung
1997
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| Series: | Bayreuther Forum Ökologie
43 |
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GUDRUN R. KARSTEN
MIKROBIELLE POPULATIONEN UND PROZESSE IM DARM
VON REGENWUERMERN (OLIGOCHAETA, LUMBRICIDAE)
DISSERTATION AUS DEM LEHRSTUHL FUER OEKOLOGISCHE MIKROBIOLOGIE
DES
BAYREUTHER INSTITUTS FUER TERRESTRISCHE OEKOSYSTEMFORSCHUNG (BITOEK)
UNIVERSITAET BAYREUTH
FEBRUAR 1997
BAYREUTHER FORUM OEKOLOGIE * BAND 43 /1997
ISSN 0944-4122
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
ABKUERZUNGEN VII
TRIVIAL- UND HANDELSNAMEN IX
1. EINLEITUNG UND HYPOTHESEN 1
1.1. EINLEITUNG 1
1.1.1. UEBERBLICK 1
1.1.2. REGENWUERMER: HABITATE UND OEKOLOGISCHE GRUPPEN 2
1.1.3. AUSWIRKUNGEN VON REGENWURMAKTIVITAETEN AUF BODEN UND
PFLANZENWACHSTUM 3
1.1.3.1. REGENWURMROEHREN 4
1.1.3.2. UMSATZ UND KOTPRODUKTION 4
1.1.3.3. VERBREITUNG VON MIKROORGANISMEN 7
1.1.3.4. VERGLEICHENDE MIKROBIOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN VON KOTKRUEMELN
UND BODEN 8
1.1.4. GASTROINTESTINALTRAKT UND VERDAUUNG 10
1.1.5. MIKROORGANISMEN ALS NAHRUNG FUER REGENWUERMER 11
1.1.6. MIKROORGANISMEN IM DARM VON REGENWUERMERN 13
1.2. HYPOTHESEN 18
2. STANDORTE, MATERIAL UND METHODEN 20
2.1. STANDORTE 20
2.2. SAMMELN VON REGENWUERMERN UND BODENPROBENNAHME 21
2.3. CHARAKTERISIERUNG VON DARMMATERIAL, BODEN UND STREU 22
2.3.1. WASSERGEHALT 22
2.3.2. PH-WERT 22
2.3.3. KOHLENSTOFF- UND STICKSTOFF-GEHALT 23
2.3.4. WASSERLOESLICHES ORGANISCHES MATERIAL 23
2.3.5. GEHALT AN SACCHARIDEN UND LOESLICHEN FERMENTATIONSPRODUKTEN 24
2.3.6. REDOXPOTENTIAL IM REGENWURMDARM . 25
2.4. NAEHRMEDIEN UND HOMOGENISIERUNGSPUFFER 25
2.4.1. ANAEROBE FLUESSIG-NAEHRMEDIEN 27
IMAGE 3
II INHALTSVERZEICHNIS
2.4.2. AEROBE FLUESSIG-NAEHRMEDIEN 34
2.4.3. VERFESTIGTENAEHRMEDIEN 34
2.4.4. HOMOGENISIERUNGSPUFFER 37
2.4.5. MINERALSALZ-LOESUNGEN 40
2.4.6. SPURENELEMENTE-LOESUNGEN 42
2.4.7. VITAMIN-LOESUNGEN 43
2.4.8. NATRIUMSULFID-STAMMLOESUNG 44
2.4.9. HAEMIN-LOESUNG 44
2.4.10. FETTSAEUREN-LOESUNG 44
2.4.11. LOESUNGEN ORGANISCHER SUBSTRATE 44
2.4.12. GASE 45
2.5. HERSTELLUNG VON DARM-, BODEN- UND STREUHOMOGENATEN 46
2.5.1. REGENWURMDARMHOMOGENATE 46
2.5.2. BODENHOMOGENATE 47
2.5.3. STREUHOMOGENATE 47
2.6. MIKROBIOLOGISCHE METHODEN 48
2.6.1. KULTIVIERUNG ANAEROBER UND AEROBER MIKROORGANISMEN 48 2.6.2.
WACHSTUMSMESSUNG 48
2.6.3. LICHTMIKROSKOPIE 49
2.6.4. ANZAHL AEROBER KOLONIE-BILDENDER EINHEITEN 49
2.6.5. ANZAHL ANAEROBER KOLONIE-BILDENDER EINHEITEN 49
2.6.6. WAHRSCHEINLICHSTE ANZAHL (MPN) AN MIKROORGANISMEN 50 2.6.6.1.
ANAEROBE GLUCOSEVERWERTER 50
2.6.6.2. DENITRIFIZIERER 50
2.6.7. VERWERTUNG VON EXOGENEN SUBSTRATEN 51
2.6.8. AKTIVITAETEN IN HOMOGENATEN OHNE ZUGABE EXOGENER ORGANISCHER
SUBSTRATE 51
2.7. N 2 0-EMISSION 52
2.8. NITROGENASE-AKTIVITAET 53
2.9. ANALYTIK 53
2.9.1. BERECHNUNGEN FUER DIE GASQUANTIFIZIERUNG 54
2.9.2. ZUCKER UND LOESLICHE FERMENTATIONSPRODUKTE 59
2.9.3. LIGNINDERIVATE UND ANDERE AROMATEN 59
2.9.4. H 2 , O 2 , CO , CH 4 60
2.9.5. N 2 , N 2 O , CO 2 , H 2 , NO 61
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS III
2.9.6. N 2 0 IN NIEDRIGEN KONZENTRATIONEN 62
2.9.7. METHAN IN NIEDRIGEN KONZENTRATIONEN 63
2.9.8. ETHYLEN . . ....; 64
2.9.9. NITRAT, NITRIT, AMMONIUM 64
2.10. HANDELSUEBLICHE CHEMIKALIEN UND GASE 67
2.11. STATISTISCHE VERFAHREN 67
2.11.1. MITTELWERT, STANDARDABWEICHUNG UND VARIATIONSKOEFFIZIENT 67
2.11.2. VERGLEICH VON MITTELWERTEN 67
2.11.3. REGRESSION UND KORRELATION 70
3. ERGEBNISSE 71
3.1. CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE CHARAKTERISTIKA VON DARMMATERIAL, BODEN
UND STREU 71
3.1.1. WASSERGEHALT 71
3.1.2. PH-WERT 73
3.1.3. KOHLENSTOFF-UND STICKSTOFF-GEHALT 75
3.1.4. WASSERLOESLICHES ORGANISCHES MATERIAL 77
3.1.5. GEHALT AN SACCHARIDEN UND LOESLICHEN FERMENTATIONSPRODUKTEN 77
3.1.6. REDOXPOTENTIAL IM REGENWURMDARM 79
3.1.7. ZUSAMMENFASSUNG 79
3.2. LICHTMIKROSKOPIE DES DARMINHALTS 80
3.3. WACHSTUM IN FLUESSIGKULTUR UNTER OBLIGAT ANAEROBEN BEDINGUNGEN 80
3.3.1. ANAEROBES WACHSTUM VON DARMMIKROORGANISMEN IN KOHLENSTOFFREICHEN
MEDIEN 80
3.3.2. ANAEROBES WACHSTUM VON DARM- UND BODENMIKROORGANISMEN IN
KOHLENSTOFFARMEM MEDIUM SOWIE IN GEGENWART VON VANILLAT BZW. CO.. 82
3.3.2.1. VERGLEICH VON DARMABSCHNITTS- UND BODENKULTUREN 82 3.3.2.2.
EINFLUSS VON VANILLAT AUF DAS ANAEROBE WACHSTUM 83
3.3.2.3. EINFLUSS VON KOHLENMONOXID AUF DAS ANAEROBE WACHSTUM 85 3.3.3.
ZUSAMMENFASSUNG 86
3.4. KEIMZAHLBESTIMMUNGEN 87
3.4.1. EINFLUSS DER LAGERUNG VON BODEN UND DER INKUBATIONSTEMPERATUR AUF
DIE ANZAHL DER KOLONIE-BILDENDEN EINHEITEN VON BODEN 87
3.4.1.1. EINFLUSS DER LAGERUNG . 87
3.4.1.2. EINFLUSS DER INKUBATIONSTEMPERATUR 89
IMAGE 5
IV INHALTSVERZEICHNIS
3.4.2. ANZAHL KOLONIE-BILDENDER EINHEITEN VON BODEN BEI ANAEROBER UND
BEI AEROBER VERDUENNUNGSREIHE 89
3.4.3. L. TERRESTRIS-DAFM UND BUCHSTEIN-KOMPOST 91
3.4.4. STANDORT GARTEN 92
3.4.5. STANDORT GEISBERG 98
3.4.5.1. PROBENNAHME AUGUST 99
3.4.5.2. PROBENNAHME OKTOBER 707
3.4.5.3. ANAEROBE GLUCOSEVERWERTER 110
3.4.5.4. DENITRIFIZIERER UND GESAMT-MPN 112
3.4.6. STANDORT WENDELINGRUND 117
3.4.7. ZUSAMMENFASSUNG 121
3.5. ABBAUKINETIKEN VON GLUCOSE UND CELLOBIOSE 123
3.5.1. VERWERTUNG VON GLUCOSE 123
3.5.1.1. GLUCOSE-ABBAUKINETIKEN VON DARMMATERIAL IM VERGLEICH
ZUM BODEN 124
3.5.1.2. VERGLEICH DER GLUCOSE-ABBAUKINETIKEN DES DARMMATERIALS
VERSCHIEDENER WUERMER 127
3.5.1.3. VERGLEICH DER GLUCOSE-ABBAUKINETIKEN VERSCHIEDENER BODENPROBEN
128
3.5.1.4. EINFLUSS DER ANZAHL ANAEROBER GLUCOSE-VERWERTENDER
MIKROORGANISMEN IM INOCULUM AUF DEN INKUBATIONSZEITRAUM BIS ZUM BEGINN
DER ANAEROBEN GLUCOSEVERWERTUNG 129 3.5.1.5. PRODUKTE DER ANAEROBEN
GLUCOSEVERWERTUNG 133 3.5.1.6. LACTAT ALS ZWISCHENPRODUKT DES ANAEROBEN
GLUCOSEABBAUS
UND ALS ALLEINIGES SUBSTRAT 140
3.5.2. VERWERTUNG VON CELLOBIOSE 146
3.5.3. ZUSAMMENFASSUNG 151
3.6. VERWERTUNG VON MONOMEREN LIGNINDERIVATEN 153
3.6.1. ADSORPTION VON LIGNINDERIVATEN AN BODENPARTIKEL 153
3.6.2. VERWERTUNG VON LIGNINDERIVATEN 154
3.6.2.1. ANAEROBE VERWERTUNG VON VANILLAT DURCH EINEN L. TERRESTRIS-
DARMABSCHNITT UND KOMPOSTBODEN 155
3.6.2.2. ANAEROBE VERWERTUNG VON VANILLAT UND FERULAT DURCH EINEN L.
RUBELLUS-DARMABSCHNITT UND BODEN VOM GARTENSTANDORT 160 3.6.2.3.
ANAEROBE UND AEROBE VERWERTUNG VON LIGNINDERIVATEN DURCH DARMABSCHNITTE
UND BODEN VOM STANDORT GEISBERG 161
IMAGE 6
INHALTSVERZEICHNIS V
3.6.2.4. ANAEROBE VERWERTUNG VON FERULAT DURCH DARMABSCHNITTE,
BODEN UND STREU VOM STANDORT WENDELINGRUND 174 3.6.3. ZUSAMMENFASSUNG
179
3.7. AKTIVITAETEN IN HOMOGENATEN OHNE ZUGABE VON ORGANISCHEN KOHLENSTOFF-
UND ENERGIEQUELLEN 180
3.7.1. AEROBE AKTIVITAET: VERWERTUNG VON O 2 180
3.7.1.1. STANDORT GEISBERG 180
3.7.1.2. STANDORT WENDELINGRUND. 182
3.7.2. AEROBE AKTIVITAET: VERWERTUNG VON H 2 186
3.7.3. ANAEROBE AKTIVITAET: PRODUKTION VON CO 2 UND H 2 189
3.7.4. ANAEROBE AKTIVITAET: PRODUKTION VON N 2 O UND N 2 SOWIE CO 2 UND H
2 NACH ZUGABE VON NITRAT 190
3.7.4.1. STANDORT GEISBERG 190
3.7.4.2. STANDORT WENDELINGRUND. 195
3.7.5. ZUSAMMENFASSUNG 200
3.8. N 2 0-EMISSION DURCH LEBENDE REGENWUERMER UND BODEN 201
3.8.1. N 2 O-EMISSION DURCH REGENWUERMER IN ABWESENHEIT VON BODEN 201
3.8.2. N 2 O-EMISSION DURCH BODEN UND DURCH REGENWUERMER IN BODEN
(MIKROKOSMEN) 203
3.8.2.1. N 2 O-EMISSION DURCH BODEN 203
3.8.2.2. N 2 O-EMISSION DURCH REGENWUERMER IN BODEN 205
3.8.3. ANTEIL DER REGENWUERMER AN DER N 2 O-EMISSION DURCH WALDBODEN 207
3.8.4. VERGLEICH DER N 2 O-EMISSIONSRATEN VON REGENWUERMERN MIT DER
ANZAHL DER KULTIVIERBAREN DENITRIFIZIERER IN IHREN DAERMEN 208
3.8.5. ZUSAMMENFASSUNG 211
3.9. STICKSTOFF-FIXIERUNG 212
3.10. METHANPRODUKTION UND -VERWERTUNG 215
3.11. ANAEROBE PILZE 216
4. DISKUSSION 217
4.1. BEDEUTUNG CHEMISCHER UND PHYSIKALISCHER PARAMETER DES
REGENWURMDARMS IM HINBLICK AUF MIKROBIELLE AKTIVITAETEN 217
4.2. KEIMZAHLBESTIMMUNGEN 221
4.3. VERWERTUNG VON GLUCOSE UND CELLOBIOSE 231
IMAGE 7
VI INHALTSVERZEICHNIS
4.4. VERWERTUNG VON MONOMEREN LIGNINDERIVATEN 237
4.5. AKTIVITAETEN OHNE ZUSATZ VON ORGANISCHEN KOHLENSTOFFQUELLEN 242
4.6. METHANOGENESE, N 2 0-EMISSION, DENITRIFIKATION UND
STICKSTOFF-FIXIERUNG... 247
4.6.1. METHANOGENESE 248
4.6.2. N 2 O-EMISSION UND DENITRIFIKATION 248
4.6.3. STICKSTOFF-FIXIERUNG 254
4.7. VERWERTUNG VON H 2 255
4.8. SCHLUSSBETRACHTUNG 260
5. ZUSAMMENFASSUNG 262
6. SUMMARY 266
7. A N H A NG 270
7.1. VERBRAUCH DES IN DER WAESSRIGEN PHASE DER NAHRUNG GELOESTEN
SAUERSTOFFS
IM DARM 270
7.2. DIFFUSION VON SAUERSTOFF AUS DEM BLUT IN DAS DARMLUMEN 271
7.3. OBERFLAECHE DER BODENPARTIKEL IN BODEN UND DARMINHALT 274
8. LITERATURVERZEICHNIS 276
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