QToF-Massenspektrometer inkl. CE/UHPLC/Py-GC
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das UHPLC/CE/GC-Q-TOF-MS (Ultra-High-Performance-Liquid-Chromatograph / Capillare-Electrophoresis / Gas-Chromatograph-Quadrupol-Time-of-Flight-Mass-Spectrometer) wurde für die Analyse von mikrobiellen und pflanzlichen Biomarkern im Boden verwendet. Folgende Biomarkergruppen wurden erfolgreich analysiert: Phospholipid-Fettsäuren (PLFA), freie und gebundene Lipide, Aminozucker, Neutralzucker, Uronsäuren und niedermolekulare Säuren. Maßgeblich wird die Gerät GC-MS/MS-Komponente für polare Lipide, freie und gebundene Lipide eingesetzt, die anderen Methoden wurden jedoch auch an dieser Kopplung standardisiert. Py-GC-MS/MS wurde erfolgreich eingesetzt um in Corg-reichen Böden leicht-volatile sowie thermisch stabilere Kohlenstofffraktionen zu differenzieren und molekular zu charakterisieren. Die Einarbeitung der Messunge intakter, polaren Membranlipide an der UHPLC-Q-ToF Kopplung läuft zur Zeit noch. Hierbei scheint eine gezielte Fragmentierung zur Abtrennung der Fettsäurekette vom Rückgrad der Lipide mittels angepasster Fragmentierungsenergien möglich. Somit können in hochangreicherten Proben intramolekulare Kohlenstoffumsatzzeiten einzelner Einheiten intakter Lipide differenziert werden. Es ist geplant die GDGT (glycerol dialkyl glycerol tetraether; Biomarker für Archaee und einige Bakteriengruppen) in ähnlicher Weise zu analysieren. Die Analyse von Aminosäuren, Lignin-Monomeren und Zuckermono- und Dimeren nach der Extraktion aus dem Boden wurde mehrfach mit der Kapillarelektrophorese mit verschiedenen Protokollen getestet. Während wässrige Extrakte meist zu geringe Gehalte aufwiesen, konnte aus den Hydrolyseextrakten aufgrund der hohen Kolloidgehalten (Ton- und Humuspartkel) eine erfolgreiche Standardanwendung dieser Messeinheit nicht erfolgreich. Die Analyse von den oben genannten Biomarkern wurde mit der Analyse der stabilen Isotope (vor allem 13C) gekoppelt. Hierfür wird zur Zeit noch an einer standardisierten Auswertung der Isotopenanreicherungen der Zielsubstanzen gearbeitet. Die Messung von Isotopenanreicherungen gekopplt mit der Anwendung positionsspezifisch-markierten Substanzen ermöglichte es metabolische Wege von Mikroorganismen im Boden zu untersuchen, sowie deren Beeinflussung durch Umweltfaktoren wie Temperatur, Substratmenge oder Toxine zu analysieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015): Allocation of freshly assimilated carbon into primary and secondary metabolites after in situ C-13 pulse labelling of Norway spruce (Picea abies). Tree Physiology, 35 (11), 1176-1191
Heinrich S., Dippold M., Werner C., Wiesenberg GLB., Kuzyakov Y., Glaser B.
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2015. Biochemistry of hexose and pentose transformations in soil analyzed by positionspecific labeling and 13C-PLFA. Soil Biology & Biochemistry 80, 199-208
Apostel C., Dippold M., Kuzyakov Y.
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2016. Direct incorporation of fatty acids into microbial phospholipids in soils: Position-specific labeling tells the story. Geochimica et Cosmochimica Acta 174, 211-221
Dippold M., Kuzyakov Y.
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2017. Biopore history determines the microbial community composition in subsoil hotspots. Biology and Fertility of Soils 53 (5), 573-588
Banfield C., Dippold M.A., Pausch J., Hoang D., Kuzyakov Y.
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2017. Microbial metabolism in soil at subzero temperatures: Adaptation mechanisms revealed by position-specific 13C labeling. Frontiers in Microbiology 8, Article 946, 1-10
Bore E., Apostel C., Halicki S., Kuzyakov Y., Dippold M.
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2017. Soil microorganisms can overcome respiration inhibition by coupling intraand extracellular metabolism: 13C metabolic tracing reveals the mechanisms. ISME Journal
Bore E., Apostel C., Halicki S., Kuzyakov Y., Dippold M.
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2017. Sorption of organics changes microbial metabolism, but not accessibility. Geoderma 292, 128-134
Apostel C., Dippold M.A., Bore E., Kuzyakov Y.
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2017. The tree species matters: Belowground carbon input and utilization in the myco-rhizosphere. European Journal of Soil Biology 81, 100-107
Sommer J., Dippold M.A., Zieger S.L., Handke A., Scheu S., Kuzyakov Y.
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2017. Turnover of microbial groups and cell components in soil: 13C analysis of cellular biomarkers. Biogeosciences 14, 271-283
Gunina A., Dippold M., Glaser B., Kuzyakov Y.
