Biozönosen im Grundwasser: Grundlagen und Methoden der Charakterisierung von mikrobiellen Gemeinschaften
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Bern
BAFU, Dokumentation
2006
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2006,03 : Grundwasser |
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| adam_text | Inhalt
Vorwort / Preface / Premessa / Foreword
Zusammenfassung
Resume
Riassunto
Abstract
1 Einleitung 13
1.1 Anlass der Studie 13
1.2 Ziel der Studie 13
1.3 Aufbau der Studie 14
1.4 Informationsquellen 15
2 Grundlagen der Mikrobiologie 17
2.1 Einführung 17
2.2 Zelluläre und subzelluläre Organisation
der Bakterien 18
2.2.1 Überblick 18
2.2.2 Die Hülle 18
2.2.3 Das Cytoplasma und seine Strukturen 19
2.2.4 Geissein, Fimbrien und Pili 19
2.2.5 Schleime, Kapseln und Endosporen 20
2.3 Bakteriophagen und Viren 20
2.4 Ernährung und Wachstum von
Bakterien 20
2.4.1 Nährstoffe 20
2.4.2 Mikrobielles Wachstum 21
2.5 Der bakterielle Stoffwechsel
(Metabolismus) 22
2.5.1 Überblick 22
2.5.2 Typen des mikrobiellen Metabolismus 22
2.5.3 C hemoorganoheterotropher
Katabolismus: Respiration und
Fermentation 23
2.5.4 Chemolithoautotropher Katabolismus 25
2.5.5 Wechselwirkungen zwischen
verschiedenen Formen des
Stoffwechsels 25
2.5.6 Anabohsmus 25
2.6 Taxonomie und Phylogenie 25
2.6.1 Überblick 25
2.6.2 Problematik des Artbegriffs in der
Mikrobiologie 26
2.6.3 Phänotypische Klassifikation vs.
molekularbiologische Methoden 26
2.6.4 Der universelle phylogenetische
Stammbaum 26
2.7 Horizontaler Gentransfer 28
3 Grundlagen der mikrobiellen Ökologie 29
3.1 Einführung 29
3.2 Grundbegriffe und Definitionen 30
3.3 Heterogenität und Vielfalt 30
3.4 Stress und Störung 31
3.5 Einfluss von Stress und Störungen auf
mikrobielle Lebensgemeinschaften 31
3.5.1 Reaktion einzelner Zellen 31
3.5.2 Reaktion mikrobieller Populationen und
Lebensgemeinschaften 32
3.6 Resilienz, Resistenz, Homeostase und
Stabilität 33
3.7 Wechselwirkungen zwischen
Populationen 34
3.8 K- und r-Strategien in mikrobiellen
Ökosystemen 36
4 Hydrogeologische Grundlagen
der mikrobiellen Ökologie 37
4.1 Einführung 37
4.2 Hydrogeologische Gliederung des
Untergrundes 37
4.2.1 Gesättigter und ungesättigter
Untergrund 37
4.2.2 Grundwasser und Grundwasserleiter 37
4.2.3 Grundwassergeringleiter (Aquicluden) 37
4.2.4 Hydraulische Typen von
Grundwasserleitern 38
4.2.5 Oberflächennahes und tiefes
Grundwasser 39
4.3 Grundwasser als Teil des
hydrologischen Kreislaufs 39
4.3.1 Überblick 39
4.3.2 Verdunstung, Niederschlag und Abfluss 40
4.3.3 Grundwasserneubildung und
Grundwasseraustritte 40
4.4 Hydraulische Kennwerte und
Grundwasserströmung 41
4.4.1 Hohlraumanteil (Porosität) 41
4.4.2 Hydraulische Leitfähigkeit
(Durchlässigkeit) 42
4.4.3 Fliessgeschwindigkeiten des
Grundwassers 43
4.4.4 Grundwasserströmung 43
4.4.5 Homogenität und Heterogenität 43
4.4.6 Isotropie und Anisotropie 44
4.5 Geologische Typen von
Grundwasserleitern 45
4.5.1 Überblick 45
4.5.2 Lockergesteins-Grundwasserleiter 45
4.5.3 Kluft-Grundwasserleiter 45
4.5.4 Karst-Grundwasserleiter 46
4.6 Mineralogie der Grundwasserleiter,
Chemie des Grundwassers und
Stofftransport 48
4.6.1 Überblick 48
4.6.2 Quarz, Silikate und Silikatverwitterung 48
4.6.3 Karbonatminerale und das Kalk-
Kohlensäure-Gleichgewicht 48
4.6.4 Tonminerale und Kationenaustausch 50
4.6.5 Eisen- und Manganoxide und
-hydroxide 50
4.6.6 Organische Komponenten 51
4.6.7 Nährstoffe im Grundwassedeiter 52
4.6.8 Transport gelöster Stoffe im
Grundwasser 53
5 Ökosystem Grundwasserleiter 54
5.1 Einführung 54
5.2 Grundwasserleiter als Lebensraum 54
5.2.1 Eigenschaften der Habitate und die
Frage des Massstabs 54
5.2.2 Verfügbare Ressourcen 56
5.2.3 Limitierende Faktoren 57
5.2.4 Anpassung an knappe Ressourcen 58
5.2.5 Wechselwirkungen zwischen den
Mikroorganismen und ihrem Habitat 58
5.2.6 Hypothesen zur mikrobiellen
Biodiversität 59
5.3 Mikrobielle Gemeinschaften 59
5.3.1 Allochthone und autochthone
Mikroorganismen 59
5.3.2 Benthische und planktonische
Lebensweise 60
5.3.3 Anzahl und Populationsdichte der
Mikroorganismen 62
5.3.4 Mikrobielle Aktivität im
Grundwasserleiter und deren räumlich-
zeitliche Variabilität 62
5.3.5 Diversität 65
5.3.6 Einfluss von Schadstoffen 67
5.3.7 Transport von Mikroorganismen im
Karst und Besiedlung von Oberflächen 68
5.4 Protozoen 71
5.4.1 Überblick 71
5.4.2 Ökologie der Protozoen im
Grundwasser 72
5.5 Grundwasserfauna (Stygofauna) 73
5.5.1 Überblick 73
5.5.2 Ökologische und taxonomische
Klassifikation 73
5.5.3 Krebstiere (Crustaceen) 74
5.5.4 Weitere wichtige Grundwassertiere 74
5.5.5 Ökologie der Grundwasserfauna 75
5.5.6 Grundwassertiere als Bioindikatoren 75
5.6 Zusammenfassung 76
6 Methoden der Chrarakterisierung 77
6.1 Probenahme 77
6.1.1 Grundwasser (flüssige Phase) 77
6.1.2 Sediment- und Gesteinsmaterial (feste
Phase) 79
6.2 Ermittlung der Anzahl der Bakterien 80
6.2.1 Problematik - Gesamtzellzahl,
Lebendzellzahl und VBNC Zellen 81
6.2.2 Bestimmung der Lebendzellzahl 81
6.2.3 Bestimmung der Gesamtzellzahl 82
6.3 Ermittlung der Zusammensetzung
mikrobieller Gemeinschaften 82
6.3.1 Identifizierung von Bakterien 83
6.3.2 Genetischer Fingerabdruck 84
6.3.3 Nachweis bekannter Bakterien 86
6.3.4 Nachweis der Funktion von Bakterien 86
6.3.5 Verwendung von Fettsäuren als
Biomarker 87
6.4 Ermittlung der Aktivität mikrobieller
Gemeinschaften 87
6.4.1 Messung von chemischen Parametern
und Isotopenverhältnissen 88
6.4.2 Messung biologischer Parameter 89
6.4.3 Zugabe von Substanzen in den
Grundwasserleiter und in Mikrokosmen 89
6.4.4 Zugabe spezifischer Substanzen zu
Proben 90
6.5 Zusammenfassung 91
7 Diskussion und Schlussfolgerungen 92
7.1 Eine neue Perspektive im
Grundwasserschutz 92
7.2 Grundwasserleiter als Ökosysteme 92
7.2.1 Lebensbedingungen im
Grundwasserleiter 92
7.2.2 Mikrobielle Gemeinschaften im
Grundwasserleiter 92
7.2.3 Versteckte Biodiversität im Grundwasser 93
7.3 Verwendung von Bioindikatoren im
Grundwasserschutz 94
7.3.1 Indikatoren für chemische
Wasserqualität 94
7.3.2 Indikatoren für mikrobiologische
Beeinträchtigung und die hygienische
Wasserqualität 95
7.3.3 Indikatoren für die Umweltdynamik, die
Herkunft des Grundwassers und seine
Vulnerabilität 96
8 Erklärung der Fachbegriffe 97
Forschungsgruppen
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