Dualism of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in sediment of nitrate-polluted aquatic ecosystems
Final Report Abstract
Die Entwicklung der 15N-basierten Gelsondenmethode ermöglicht erstmals die Messung von DNRA-Aktivität in intakt geschichteten aquatischen Sedimenten. Die aus den kleinskaligen Konzentrationsprofilen abgeleiteten in situ (statt potenziellen) Raten lassen sich eins-zu-eins mit Denitrifikationsraten vergleichen, für die bereits eine entsprechende Mikrosensor/Inhibitor-basierte Methode existiert. Unsere Messungen in zahlreichen marinen Sedimenten und in granulären Biofilmen aus Bioreaktoren zur Nitrateliminierung revidieren die gängige Vorstellung, dass stark reduzierte Bedingungen (vor allem durch Sulfid) eine DNRA-Dominanz der dissimilatorischen Nitratreduktion herbeiführen. Sowohl in den Sedimenten als auch in den Biofilmen wurde lediglich eine moderate Verschiebung von Denitrifikation hin zu DNRA beobachtet, bei dennoch klarer Dominanz der Nitratreduktion durch Denitrifikation. Die größte Überraschung in diesem Projekt sind die im Verhältnis zur Denitrifikation sehr niedrigen DNRA-Raten in marinen Sedimenten. Hierzu gibt es widersprüchliche Literaturangaben: In vielen Arbeiten ist von DNRA-Raten in der gleichen Größenordnung wie die von Denitrifikationsraten die Rede, in einigen neueren Arbeiten werden aber auch aquatische Ökosysteme genannt, in denen DNRA fast keine Rolle spielt. Wir vermuten, dass die „potenziellen“ Raten früherer Studien die in situ DNRA-Raten erheblich überschätzt haben. Um potenzielle Raten in Batchinkubationen messen zu können, muss Nitrat in recht hoher Konzentration zugegeben werden, was zu einer differenziellen Verfälschung der Denitrifikations- und DNRA-Raten führen kann. Mit unserer Methode jedoch bleibt die in situ Konzentration des Nitrates speziell in der Nitratverbrauchszone in anoxischen Sedimentschichten unangetastet. Daher gehen wir davon aus, dass wir mit unseren Messungen in intakt geschichteten marinen Sedimentkernen richtig liegen und DNRA in den bisher getesteten Sedimenten tatsächlich eine quantitativ untergeordnete Rolle bei der dissimilatorischen Nitratreduktion spielt.
Publications
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(2010): Combined gel probe and isotope labeling technique for measuring Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium in sediments at millimeter-level resolution. Applied and Environmental Microbiology, 76: 6239-6247
Stief P, Behrendt A, Lavik G, de Beer D
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ISEB-20 (Istanbul, Sept. 2011): Dissimilatory nitrate reduction in marine sediments: Competition between denitrification and DNRA
Behrendt A, de Beer D, Stief P
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ISME-14 (Kopenhagen, Aug. 2012): Dissimilatory nitrate reduction in marine sediments: Competition between denitrification and DNRA
Behrendt A, de Beer D, Stief P
