Eignung von Bodenproben aus der Umweltprobenbank für mikrobiologische Untersuchungen - Einfluss des aktuellen Klimas (Niederschlag) zum Zeitpunkt der Probenahme auf die Ergebnisse
Dr. Markus Simon, Dr. Thomas Lukow
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie
Abstract
Die Umweltprobenbank diente im Hinblick auf Bodenproben bisher der Lagerung von Proben für chemische Bestimmungen. In Diskussion ist die Erweiterung auf biologische Fragestellungen. In einem vorangehenden Vorhaben wurden Untersuchungen zu Einfrieren, Lagerung und Reaktivierung der Proben im Hinblick auf die Beantwortung biologischer Fragestellungen durchgeführt. Schwerpunkt wurde dabei auf die Gruppen „Mikroorganismen“ und „Nematoden“ gelegt.
Um retrospektiv Veränderungen in der Bodenbiozönose erkennen zu können, muss sicher gestellt sein, dass Variationen in biologischen Parametern auf anthropogene Veränderungen und nicht auf jahreszeitliche Einflüsse zurückzuführen sind. Die mikrobielle Biozönose zeigt beispielsweise im Jahresverlauf deutliche Schwankungen (GRAYSTON ET AL., 2001; KANDELER & BÖHM, 1996). Diese sind u.a. auf den unterschiedlichen Vorrat an Nährstoffen zurückzuführen. Düngung und Pflanzenwachstum üben diesbezüglich eine entscheidende Rolle aus. Da festgelegt ist, dass die Bodenprobenahme im Rahmen der Umweltprobenbank im Herbst erfolgen soll, sollten Unterschiede in den Proben aufgrund jahreszeitlicher Einflüsse minimiert sein. Einen Einfluss kann jedoch auch das aktuelle Klima ausüben. Sehr deutlich ist dies bei der Mikroflora zu beobachten. So senkt Austrocknen beispielsweise gravierend die mikrobielle Aktivität. Durch Inkubation bei optimalem Wassergehalt und optimaler Temperatur kann diese jedoch innerhalb weniger Tage wieder hergestellt werden (HUND ET AL., 1994).
Philosophie der Umweltprobenbank ist, dass Proben unmittelbar nach der Entnahme eingefroren werden. Essentiell sind daher Informationen, in wie weit aktuelle klimatische Bedingungen zum Zeitpunkt der Probenahme (z.B. hohe oder niedrige Bodenfeuchte) die Resultate biologischer Untersuchungen beeinflussen können. Ziel muss es sein, die Art sowie das Ausmaß dieser Verschiebungen zu kennen, um bei der Aufarbeitung der Proben zu späteren Zeitpunkten retrospektiv zwischen anthropogen bzw. aktuell klimatisch bedingten Veränderungen in der Biozönose sicher differenzieren zu können.
In diesem Zusammenhang ergeben sich mehrere Fragestellungen:
- In welchem Ausmaß beeinflusst der aktuelle Wassergehalt frischer Bodenproben die Biozönose?
- Übt der Wassergehalt beim Einfrieren einen Einfluss auf die Biozönose aus, indem beispielsweise Zellen beim Einfrieren durch Kristallbildung platzen?
- Können durch eine Inkubation unter optimalen Bedingungen nach dem Einfrieren und Auftauen klimatisch bedingte Einflüsse minimiert werden?
- Nach dem aktuellen Stand des Wissens kann die Charakterisierung der mikrobiellen Population durch Aktivitätsbestimmungen, Erfassung spezifischer Zellwandbestandteile (PLFA-Spektrum) und modernen molekularbiologischen Verfahren erfolgen. Es stellt sich die Frage, ob einzelne mikrobiologische Parameter (z.B. Aktivität / Struktur) unterschiedlich stark auf aktuelle klimatische Einflüsse reagieren und somit eine Gewichtung der Methoden im Hinblick auf die Erkennung von anthropogenen Einflüssen möglich ist.
Um die aufgeführten Fragen beantworten zu können wurden exemplarische Untersuchungen zur mikrobiellen Funktion und Struktur an zwei repräsentativen Bodenarten (Lehm; lehmiger Sand) bei unterschiedlicher Bodenfeuchte vor und nach einer viermonatigen Gefrierlagerung durchgeführt.