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Projekt
Die räumliche und zeitliche Variabilität der Substratverfügbarkeit kanalisiert die Energieflüsse im Boden
Antragstellerinnen
Professorin Dr. Bahar S. Razavi; Professorin Dr. Sandra Spielvogel
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465127287
Natürlich gewachsene Böden zeichnen sich durch eine erhebliche Komplexität hinsichtlich der molekularen Vielfalt, räumlichen Heterogenität und zeitlichen Variabilität der vorhandenen organischen Verbindungen aus. Diese Komplexität natürlicher Böden ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ein entscheidender Faktor, der die Energiefreisetzung aus Böden und die Kohlenstoffaufnahme von Böden als offenen thermodynamischen Systemen beeinflusst. Frühere Studien, die sich mit der Umsetzung und Speicherung von organischem Kohlenstoff (C) in Böden beschäftigt haben, konzentrierten sich vor allem auf Kohlenstoffflüsse in Bodenorganismen und unbelebten Bodenbestandteilen. Die Bedeutung von Kohlenstoff als Energiequelle für Mikroorganismen wurde dagegen vernachlässigt. Auch der Einfluss räumlich heterogener und zeitlich fluktuierender Substratverfügbarkeiten wurde bei Studien, die die mikrobielle Aufteilung der Kohlenstoffressourcen zwischen Katabolismus und Anabolismus untersuchten, bisher nicht berücksichtigt. Diese Studie wird die Effekte (i) molekularer Substratheterogenität, (ii) räumlich heterogener Substratverfügbarkeit und (iii) zeitlich fluktuierender Substratnachlieferung auf die Stoffwechselflüsse der mikrobiellen Gesellschaft im Boden untersuchen. Der Einfluss aller drei Faktoren wird hierbei sowohl einzeln als auch in Kombination mit den anderen Faktoren betrachtet. Im Rahmen des Projektes werden folgende Parameter in Abhängigkeit von den o.g. Einflussgrößen bestimmt werden: (i) Mikrobielle Kohlenstoff- und Substratnutzungseffizienz (CUE, SUE), sowie das calorespirometrische Verhältnis als Maß für die Effizienz von Katabolismus und Anabolismus; sowie (ii) die Enzymkinetik verschiedener Exoenzyme als relativer Indikator für die Investition von Bodenmikroorganismen in die Enzymausschüttung. Mittels substanzspezifischer 13C PLFA Analyse und Hochdurchsatzsequenzierung können die Ergebnisse spezifischen mikrobiellen Gruppen zugeordnet werden. Das Versuchsdesign setzt sich aus vier Arbeitspaketen (APs) zusammen: In AP1 und AP2 wird die Auswirkung unterschiedlicher molekularer Substratheterogenität und heterogenen Substratverteilungen untersucht, wobei in AP1 C-Flüsse zwischen verschieden Bodenkompartimenten unterbunden sind, während in AP2 C-Transport mittels Pilzhyphen zwischen Bodenkompartimenten zugelassen wird. In AP3 werden zeitlich fluktuierende Substratverfügbarkeiten und unterschiedliche Substratfreisetzungsraten aus „Hot Spots“ nachgestellt. In AP4 wird schließlich der kombinierte Einfluss von Substratheterogenität, räumlicher Substratverteilung und Substratnachlieferung auf die mikrobiellen Stoffwechselprozesse betrachtet. Die kombinierten Ergebnisse dieser Studie werden zu einem vertieften Verständnis über den Einfluss der molekularen Diversität eines Substrates, seiner räumlichen Verteilung und der zeitlichen Dynamik der Substratnachlieferung auf die mikrobielle Aufteilung von Kohlenstoffressourcen zwischen Katabolismus und Anabolismus beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
