Untersuchung und Quatifizierung des mikrobiellen Abbaus von allochthonem organischen Material durch "Priming" (MicroPrime)

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Grossart
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256575941

Das Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist es, zukünftige Veränderungen im aquatischen Kohlenstoffkreislaufdurch mikrobielle Mechanismen zu charakterisieren, wobei der Priming-Effekt im Vordergrund steht, da er wenig in aquatischen Systemen untersucht ist. In Abhängigkeit der Umweltbedingungen kann Priming den mikrobiellen C-Kreislauf stimulieren oder inhibieren. Daher wollen wir zukünftige Veränderungen in der Rolle von Priming mittels Komponenten-spezifischer Isotopenanalyse (13C/12C von mikrobiellen Phospholipid-Fettsäuren (PFLA)) im Labor und Feld untersuchen. Dafür wollen wir geeignete Protokolle entwickeln, die PFLA Analyse mit molekularen Methoden, z.B. stabile isotope probing -vor allem von Bakterien und Pilzen- miteinander verbinden. Das Ziel ist es, den Einfluss von terrestrischen OC Einträgen auf Priming Effekte zu untersuchen und daher Veränderungen der aquatisch-terrestrischen Kopplung sowie die Rolle globaler Veränderungen für den aquatischen Kohlenstoffkreislauf zu beleuchten. Nach unserem Wissen wird dies die erste Studie sein, die den metabolischen Transfer von labilen und refraktären 13C-markierten OC Pools in einem Ansatz untersucht und es damit ermöglicht, die zugrunde liegenden mikrobiellen Mechanismen des Primings in aquatischen Systemen zu untersuchen. Beide C Pools werden mit unterschiedlicher Pulsierung und Nährstoffkonzentrationen zugegeben, um Effekte der Verfügbarkeit von labilem OM auf Abbauprozesse des refraktären OM zu untersuchen. In der ersten Phase wollen wir Laborexperimente mit definierten Mikroorganismen, deren Fähigkeiten bestimmte Substrate abzubauen bekannt sind, durchführen. Dies erlaubt gezielte Studien zu grundlegenden Mechanismen und Interaktionen von Organismen sowie deren Bedeutung für den OM Abbau. Ein besonderes Augenmerk soll auf die Rolle von aquatischen Pilzen für den Mineralisationsprozess gelegt werden. Zuerst wollen wir die grundlegenden Prozesse des Primings und Synergien zwischen Bakterien und Pilzen untersuchen, um zu quantifizieren, welche OM Pools (labil vs. refraktär) respiriert oder in die mikrobielle Biomasse eingebaut werden. In der zweiten Phase soll die Rolle der charakterisierten Prozesse sowie Interaktionen für den OM-Umsatz für natürliche, komplexe Mikrobengemeinschaften bei unterschiedlichen C-Zugabe Regimes (Simulierung des zukünftigen Anstiegs des C-Eintrages) und unterschiedlicher Nährstoffkonzentrationen (elemental stoichiometry) untersucht werden. In einer dritten Phase sollen diese Studien auf das Freiland mit einer sehr viel höheren Komplexität übertragen werden. Dafür sollen Mesokosmosversuche (http://seelabor.de) durchgeführt werden, wobei vor allem Partikelfluss und Gasflüsse als Ökosystemfunktionen im Vordergrund stehen sollen. Unser modularer Ansatz erlaubt es uns, die Rolle des Priming im C-Kreislauf in der Wassersäule und an aquatisch-terrestrischen Grenzzonen zu quantifizieren und damit die Abschätzung der C-Budgets aquatischer Systeme zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen