Nitrifikanten und Denitrifikanten im Boden des Rothwaldes

Der Rothwald stellt das größte Urwaldgebiet in Mitteleuropa dar. Mikrobiologische Untersuchungen haben ergeben, dass im Boden dieses Waldes große Mengen an Mineralstickstoff vorhanden sind und dass der mikrobielle Stickstoffumsatz sehr hoch ist. Bisherige Ergebnisse lassen außerdem eine hohe Stickstoffretention in diesem Boden vermuten. Die meisten Stickstoffumsetzungen werden von Mikroorganismen ausgeführt. Die mikrobielle Oxidation von Ammonium zu Nitrat im Prozess der Nitrifikation ist von besonderer ökologischer Bedeutung, weil dadurch Nitrat als mobile Stickstoffform freigesetzt wird. Einen weiteren wichtigen Schritt stellt die Reduktion von Nitrat zu Nitrit und weiter zu Stickstoffmonoxid, Lachgas (N2 O) und N2 dar, weil dabei Stickstoffgase entstehen. Die Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden war lange Zeit methodisch sehr eingeschränkt, weil nur ein geringer Teil der Bodenmikroorganismen durch selektive Kultivierung erfassbar ist. Deshalb ist über die meisten am Stickstoffkreislauf beteiligten Bakterien in der Umwelt sehr wenig bekannt. Erst in jüngster Zeit sind neue, kultivierungsunabhängige Methoden der molekularen Mikrobiologie für die Analyse von mikrobiellen Gemeinschaften verfügbar geworden. Im Zuge des vorgeschlagenen Projekts soll ein besseres Verständnis der Ammonium oxidierenden und der Nitrat und Nitrit reduzierenden Bakteriengemeinschaften des Urwalds Rothwald gewonnen werden. Die Diversität dieser Bakteriengruppen soll mit Hilfe einer T-RFLP-Analyse der funktionellen Gene amoA, narG, nirS und nirK beschrieben werden, die Schlüsselenzyme der Nitrifikation und der Denitrifikation codieren. Außerdem soll ein DNA-Chip entwickelt werden, der eine rasche und effiziente Analyse der Ammonium oxidierenden Bakterien in Böden ermöglichen kann. NarG, nirS und nirK Gen-Datenbanken sollen erstellt und Sequenzanalysen von Nitrat- und Nitritreduktasegenen durchgeführt werden. Mit Hilfe der Metagenomanalyse soll die funktionelle Diversität der Bodenbakterien erfasst werden. Hierbei wird das Metagenom, das sind die kollektiven Genome der Mikroorganismen eines Habitats, in einen BAC (bacterial artificial chromosome)-Vektor überführt. Die resultierenden Genbanken werden hinsichtlich in ihnen enthaltener neuer Nitritreduktasegene untersucht. Die vorgeschlagene Untersuchung ist zu einem hohen Maße geeignet, um bisher nicht kultivierte Bakterien hinsichtlich ihrer Funktionen und ihrer Gemeinschaftsstrukturen zu charakterisieren. Die Ergebnisse des Projekts erlauben neue Aufschlüsse über die Diversität und die physiologischen Eigenschaften der Stickstoff umsetzenden Bodenbakterien eines Urwaldes.