Bedeutung der Pilze für Distickstoffmonoxid-Flüsse aus Böden

HO4020/4-1

Verschiedene Pilze sind nachweislich in der Lage, N₂O über den Prozess der Denitrifikation zu bilden, enthalten im Gegensatz zu Bakterien jedoch meist keine N₂O-Reduktase. Insofern ist die Rolle von Pilzen im Hinblick auf die Regelung des klimarelevanten Gases N₂O von großem Interesse, aber noch weitgehend ungeklärt. Die N₂O-Produktion durch Pilze wurde bisher durch die Kombination von Pilz- und Bakterieninhibitoren untersucht (SIRIN-Methode) und die Ergebnisse wiesen meist auf einen substantiellen Beitrag der Pilze an der N₂O-Bildung hin. Die ¹⁵N-Positionspräferenz (SP) wurde kürzlich als ein neuer Weg vorgeschlagen, um den Pilzanteil in der N₂O-Emission über einen Isotopenmischungsansatz (IEM) zu bestimmen. Diese Methode geht davon aus, dass SP des emittierten N₂O sich aus den SP-Signaturen im Pilzanteil der N₂O-Produktion und der SP-Signaturen des N₂O aus der Pilzdenitrifikation und aus anderen Prozessen resultiert. Beide Methoden haben eine Reihe von Unsicherheiten. Die Notwendigkeit anaerober Inkubation, Glukosezugabe und Bias durch N₂O-Reduktion beeinflussen SIRIN-Ergebnisse. SP-Signaturen der verschiedenen Quellprozesse basieren auf Reinkulturversuchen, die bisher noch nicht auf ihre Übertragbarkeit auf mikrobielle Gemeinschaften in Böden geprüft wurden, was die Eignung der IEM bisher noch in Frage stellt. Die NO-Reduktase der Pilze (P450nor) ist ein geeigneter molekularer Marker um die Diversität und Abundanz von denjenigen Pilzen in Böden zu bestimmen, die das genetische Potential zur Denitrifikation aufweisen. Die Analyse der P450nor-Genexpression könnte daher geeignet sein, um die IEM und SIRIN zu validieren. Ziele dieses Vorhabens sind die Prüfung und Verbesserung von IEM und SIRIN, die Entwicklung PCR-basierter Methoden zur Analyse der P450nor-Genexpression als Referenz für IEM und SIRIN sowie die Validierung der IEM durch Methodenvergleich. Nach positivem Ergebnis werden wir erste Schritte zur Untersuchung des Auftretens und der Regelung der N₂O-Emission durch Bodenpilze durchführen. Das Arbeitsprogramm beinhaltet die Inkubation von Pilz- und Bakterienreinkulturen um die SP-Signaturen der mikrobiellen Gemeinschaften zu bestimmen. Sterilisierte Böden werden mit Reinkulturen und extrahierten Gemeinschaften inokuliert und anschließend inkubiert, um damit die Konstanz von spezifischen SP-Signaturen unter Bodenbedingungen zu untersuchen. Eine PCR-basierte Methode wird entwickelt, um die Genexpression der denitrifizierenden Pilze auf Basis der P450nor zu bestimmen um damit einen unabhängigen Schätzer für die N₂O-Produktion durch Pilze zu erhalten. SIRIN soll im Hinblick auf die Bestimmung von SP der N₂O-Produktion von Pilz- und Bakteriendenitrifizierern intakter Bodengemeinschaften evaluiert und optimiert werden. Schließlich werden alle drei Methoden parallel eingesetzt um die IEM zu validieren. Ein kombinierter Versuchsansatz soll dann daraus entwickelt werden um N₂O-Emission von Pilzen in Bodenstudien zu untersuchen.