Nitrogen utilization pathways of soil microorganisms
Final Report Abstract
Bodenmikroorganismen haben zwei Möglichkeiten entwickelt, um organischen Stickstoff aufzunehmen: den direkten und den indirekten Aufnahmeweg. Beim direkten Weg werden kleine organische Moleküle durch verschiedene Aufnahmemechanismen direkt in die Zelle aufgenommen. Dort wird die Aminogruppe abgespalten und es gelangt nur das überschüssige Ammonium zurück in die Bodenlösung. Beim indirekten Weg erfolgt die Abspaltung der Aminogruppe außerhalb der Zelle mit Hilfe von extrazellulären Enzymen, z.B. der Aminosäureoxidase. Nach der Abspaltung wird Ammonium in die Zelle aufgenommen. Um die Auswirkungen von Substratzugaben unterschiedlicher Qualität mit und ohne Zugabe von mineralischem Stickstoff in unterschiedlicher Bodentiefe auf den N-Aufnahmeweg zu untersuchen, wurden Inkubationsversuche durchgeführt. In Inkubationsexperimenten bei 20°C und Wassergehalten von 50-60% der Wasserhaltekapazität wurden in drei- bis zwölfwöchigen Zeiträumen folgende Parameter bestimmt: Basalatmung, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt der mikrobiellen Biomasse, Ammonium- und Nitratgehalte der Bodenlösung, die Enzymaktivität der Protease, die Brutto-N-Mineralisationsrate (mit Hilfe von 15N-markiertem Ammoniumsulfat) und die Mineralisationsrate von zugegebenen Aminosäuren (mit Hilfe der 15N-markierten Aminosäuren Glycin und Leucin). Bei Zugabe von Pflanzenstreu mit einem weiten C/N-Verhältnis war der direkte Aufnahmeweg von größerer Bedeutung als bei der Zugabe von Pflanzenstreu mit einem engen C/N-Verhältnis. Die zusätzliche Gabe von Ammonium hatte einen Anstieg des indirekten Aufnahmewegs zur Folge. Die Ergebnisse zeigten, dass bei ausreichender Stickstoffversorgung (C/N-Verhältnis < 20; zusätzliche Ammoniumgabe) die Enzymsysteme, die für den direkten Aufnahmeweg zuständig sind, leicht unterdrückt werden und somit der indirekte Aufnahmeweg an Bedeutung gewinnt. Vor allem direkt nach der Substratzugabe führte, im Vergleich zum Unterboden, diese zu einem signifikanten Anstieg des direkten Aufnahmewegs im Oberboden. Des Weiteren wurde eine Methode zur Messung der Aktivität des extrazellulären Enzyms L-Aminosäureoxidase für Untersuchungen in Böden getestet.
Publications
- (2012): Nitrogen utilization pathways of soil microorganisms. Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-8953
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2012.09.006) - Effect of substrate quality on the N uptake routes of soil microorganisms in an incubation experiment. Eur. J. Soil Biol., Volume 69, July–August 2015, Pages 17-23
Pinggera, J., Geisseler, D., Merbach, I., Joergensen, R. G., Ludwig, B.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2015.04.002) - Effect of substrate quality on the N uptake routes of soil microorganisms in different soil depths. Pedobiologia, Volume 58, Issues 5–6, September–November 2015, Pages 211-218
Pinggera, J., Geisseler, D., Piepho, H.-P., Joergensen, R. G., Ludwig, B.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2015.10.002)
