Controls on stable fractionation in Delta15N and Delta18O of nitrate during denitrification
Final Report Abstract
Es wurden anaerobe Inkubationsexperimenten mit Thauera Aromatica und Aromatoleum aromaticum strain EbN1 durchgeführt. Toluol, Acetat und Benzoat dienten dabei als Elektronenquelle für die Nitratreduktion mittels des NaR Enzyms (Nitrat Reduktase). Es wurde festegestellt, dass verschiedene Kohlenstoffquellen die Anreicherungsfaktoren ε beeinflussen. Toluol (ε15N: -18.1±0.6‰ bis -7.3±1.4‰ ; ε180: -16.5±0.6‰ bis -16.1±1.5‰) und Benzoat (e15N: -18.9±1.3%o ; elSO: -15.9±l.l%o) bewirkten weniger negative Anreicherungsfaktoren als Acetat (ε15N: -23.5±1.9‰ bis -22.1±0.8‰; ε180: -23.7±1.8‰ to -19.9±0.8‰). Eine Auswirkung von Reaktionskinetik auf die Anreicherungsfaktoren wurde experimentell ausgeschlossen. Die Erklärungshypothese nimmt eine Veränderung der Physiologie der Zellwand der Mikroorganismen an, welche den Transport von Nitrat in Abhängigkeit von der Kohlenstoffquelle erschwert, wodurch der Anreicherungsfaktor der Nitratreduktion maskiert wird. Durch Zugabe von 18O-markiertem Wasser und 18O-markiertem Nitrit zu diesen Wachstumsexperimenten wurde weiterhin gezeigt, dass für das NaR Enzym eine Rückreaktion von Nitrit zu Nitrat bzw ein Sauerstoffisotopenaustausch zwischen Wasser und Nitrat nicht stattfindet. Dies steht im Gegensatz zu anaeroben Inkubationsversuchen von Nitrobacter vulgaris mit 18O-markiertem Wasser, welche einen deutlichen Austausch zeigten. Nitrobacter vulgaris verwendet zur Nitratreduktion das Enzym NXR (Nitrit Oxidoreduktase). Das Vorhandensein eines Isotopenaustausches zwischen Wasser und Nitrat ist somit abhängig von der mikrobiellen Gemeinschaft in Bezug auf das verwendete Enzym zur Nitratreduktion. Inkubationsversuche mit Sedimenten aus denitrifizierenden Lebensräumen weisen darauf hin, dass ein Sauerstoffisotopenaustausch und das Vorhandensein von Mikroorganismen mit dem NXR Enzym weite Verbreitung hat. Ein Sauerstoffisotopenaustausch von bis zu 5.7±2.3% wurde bereits innerhalb der wenigen Tage der Versuchslaufzeit festgestellt. Eine starke Anreicherung von Nitrit als Zwischenprodukt der Denitrifikation korreliert mit schnelleren Austauschreaktionen. Dieser Austausch von Sauerstoffisotopen zwischen Wasser und Nitrit hat Auswirkungen auf die Anwendung von stabilen Isotopen zu Bestimmung von Nitratquellen und deren Denitrifikation in der Umwelt. Darüber hinaus kann er als Erklärung für die starke Variation der bisher beschriebenen Werte für dienen ∆δ18O/∆δ15N dienen.
Publications
- Effect of different carbon substrates on nitrate stable isotope fractionation during microbial denitrification. Environ Sc Technol 2012, 46, (9), 4861-4868
Wunderlich, A.; Meckenstock, R. U.; Einsiedl, F.
(See online at https://doi.org/10.1021/es204075b)
