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Projekt
Thermodynamik des mikrobiellen Umsatzes von organischen Substanzen im Boden - Stoff- und Energieflüsse unter variablen Redoxbedingungen, Biomasse-Substrat-Verhältnissen, und Verfügbarkeit von Biomasse-Bausteinen (Thermic-II)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Thomas Maskow; Dr. Anja Miltner
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465119920
Organische Bodensubstanz (SOM) ist entscheidend für den Erhalt von Bodenfunktionen. Kohlenstoff (C)- und Energie (E)-Bilanzen beim Abbau von SOM sind eng verknüpft und abhängig von Umweltbedingungen und Ressourcenverfügbarkeit. Neben präzisen Massenbilanzen brauchen wir valide theoretische Grundlagen für die thermodynamische Betrachtung von Bodenprozessen. Die Gibbs-Energie der Mineralisierung wird durch die Reduktionshalbreaktion, d.h. durch den terminalen Elektronenakzeptor (TEA), dominiert, aber oft werden oxische Verhältnisse oder die Verbrennungsenthalpie angenommen. Die Verfügbarkeit von mikrobiellen Biomasse-Bausteinen (BB) kann die C- und E-Bilanz des Wachstums verändern, weil E für Biosynthese gespart wird. Schließlich verändert die Abundanz aktiver mikrobieller Biomasse (relativ zum Substrat) die Abbaukinetik, aber ihr Einfluss auf C- und E-Bilanzen ist unbekannt. TherMic-II wird daher (1) C- und E-Flüsse bei unterschiedlichen Redoxregimes (oxisch, anoxisch, alternierend) quantifizieren und die Rolle der TEA-Verfügbarkeit klären, (2) die Änderungen der C- und E-Flüsse durch die Verfügbarkeit von BB ermitteln, (3) den Effekt der Abundanz der Biokatalysatoren auf C- und E-Bilanzen des Substratabbaus analysieren, und (4) ein Konzept zum Übergang von Enthalpie zu Gibbs-Energie entwickeln. TherMic-II umfasst Experimente zum Effekt der Ressourcenverfügbarkeit (TEA, BB, Biokatalysator/Substrat) auf C- und E-Bilanz des Substratabbaus sowie die Weiterentwicklung von thermodynamischen Konzepten. Der Effekt der TEA-Verfügbarkeit wird in Bodeninkubationen erfasst, die das Schicksal von Cellobiose unter oxischen, anoxischen und alternierenden Redoxbedingungen verfolgen und die C- und E-Bilanzen in Bezug zu den TEAs setzen. Weitere Experimente untersuchen, wie die Verfügbarkeit von BB (z.B. Tryptophan) relativ zu Cellobiose die C- und E-Bilanz des Cellobioseabbaus beeinflusst. Inkubationen mit unterschiedlichen Cellobiosegaben untersuchen den Effekt des Verhältnisses Biokatalysator/Substrat auf C- und E-Bilanzen. Alle experimentellen Daten werden für thermodynamische Berechnungen und Modellierung genutzt. Zusätzlich erkunden wir Möglichkeiten, von der kalorimetrisch gemessenen Enthalpie zur Gibbs-Energie und damit zur treibenden Kraft der Prozesse zu gelangen. TherMic-II leitet einen Ringversuch zur Variabilität kalorimetrischer Daten, um den Weg zur Synthese von kalorimetrischen Daten aus mehreren Arbeitsgruppen zu ebnen. TherMic-II trägt zu gemeinsamen Experimenten bei: In E-ComPLEX wird das verbleibende Substrat und die Bildung von Biomasse/Nekromasse während des Abbaus von vier ausgewählten Substraten mit unterschiedlicher Verbrennungsenthalpie und metabolischen Funktionen quantifiziert, und in SOM Battery werden PLFA analysiert. TherMic-II-Ergebnisse werden zu einer besseren Vorhersage des Umsatzes von organischen Substanzen im Boden bei unterschiedlichen Umweltbedingungen beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
