Institutsleitung

Stellvertretende Institutsleitung

Sekretariat

Steffanie Schirren
Institut für Agrarklimaschutz

Bundesallee 65
38116 Braunschweig
Telefon: +49 531 596 2602
Fax: +49 531 596 2699
ak@thuenen.de


Regelung der Pilzdenitrifikation in Böden

Projekt

Eindrücke aus der Laborarbeit: 1. Agar mit Pilzreinkultur bewachsen, 2.  Versuchsgefäße mit Pilzhyphen in Flüssigmedium werden O2-frei gespült, 3. Versuchsgefäße mit unterschiedlichem Flüssigmedium zur Inkubation von Pilzen,  4. Abgefüllte Gaspro (c) Thünen-Institut/AK
Eindrücke aus der Laborarbeit: 1. Agar mit Pilzreinkultur bewachsen, 2. Versuchsgefäße mit Pilzhyphen in Flüssigmedium werden O2-frei gespült, 3. Versuchsgefäße mit unterschiedlichem Flüssigmedium zur Inkubation von Pilzen, 4. Abgefüllte Gasproben zur Messung am Massenspektrometer (© Thünen-Institut/AK)

Rolle der Denitrifikation durch Pilze bei der N2O-Emission aus Böden

Welchen Beitrag Pilze an der Produktion von Lachgas im Boden haben, ist bisher nicht vollständig geklärt. Das Projektziel ist, mit verbesserten Methoden zu einer belastbaren Abschätzung zu kommen.

Hintergrund und Zielsetzung

Sauerstoffarme Bedingungen im Boden führen dazu, dass Mikroorganismen denitrifizieren können; das heißt, sie können Nitrat oder Nitrit reduzieren und so das Treibhausgas Lachgas (N2O) und Stickstoff (N2) freisetzen. Auch nach jahrzehntelanger Forschung ist noch nicht abschließend geklärt, welchen Beitrag Pilze an N2O-Emissionen aus der Denitrifikation im Boden haben können.

Neuste Studien konnten zeigen, dass wahrscheinlich nur wenige Arten denitrifizieren können (Keuschnig et al. 2020). Der Beitrag an den gesamten Emissionen aus der Denitrifikation könnte jedoch hoch sein, da Pilze im Gegensatz zu Bakterien das N2O nicht weiter zu N2 reduzieren können.

Den Anteil von Pilzen an der N2O-Freisetzung aus Böden eindeutig zu bestimmen, ist nach wie vor schwierig, auch weil im Boden zeitgleich verschiedenste Prozesse (z.B. die Denitrifikation, Nitrifikation und Codenitrifikation) von Mikroorganismen ausgeführt werden können. Um Modellberechnungen der N2O-Emissionen verbessern oder Minderungsmaßnahmen entwickeln zu können, ist daher ein genaueres Prozessverständnis nötig.

Dieses Fortsetzungsprojekt zielt darauf ab, verschiedene Versuchsansätze zu prüfen und zu kombinieren und so eine Methode zu entwickeln, die zur Quantifizierung der N2O-Emissionen aus der pilzlichen Denitrifikation genutzt werden kann.

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit und Interessenverbände der Landwirtschaft und des Umweltschutzes

Vorgehensweise

Auf Grundlage bisheriger Studien sollen zum einen die Substrat-induzierte Respiration mit selektiver Hemmung (englisch substrate-induced respiration with selective inhibition, SIRIN) sowie die Analyse stabiler Isotope im Lachgas genutzt werden, um den Anteil von pilzlich produziertem N2O in kontrollierten Inkubationsversuchen zu bestimmen. Weil eine Validierung dieser Methoden bislang fehlt, sollen beide Methoden überprüft und verbessert werden.

Dies beinhaltet die Überprüfung der genutzten Hemmstoffe für Bakterien und Pilze und ob die Isotopensignaturen im N2O aus verschiedensten Prozessen von den untersuchten Reinkulturen vergleichbar mit denen der Bodengemeinschaft sind. Teil der kontrollierten Inkubationen sind die Inkubationen der extrahierten Gemeinschaften im sterilen Medium, aber auch in sterilen Böden. Außerdem sollen verschiedene Böden unter variierenden Bedingungen (z.B. Sauerstoffverfügbarkeit, Temperatur, Kohlenstoffquelle, Elektronenakzeptor) inkubiert werden. Zusätzlich sollen die Isotopensignaturen gemessen werden sowie Methoden der Polymerase-Kettenreaktion (englisch polymerase chain reaction, PCR) verwendet werden, um Pilzgemeinschaften, die zur Denitrifikation beitragen, oder sogar die Genexpression der pilzlichen NO-Reduktase (P450nor) zu analysieren.  Die Ergebnisse sollen dazu dienen, die Pilzdenitrifikation in Modellberechnungen für N2O-Emissionen zu berücksichtigen.

Unsere Forschungsfragen

Sind die Isotopensignaturen von N2O von denitrifizierenden Mikroorganismengruppen allein von den Enzymen und nicht von Bedingungen im Boden abhängig?

Können die Isotopensignaturen vom N2O und die zugehörigen Isotopeneffekte genutzt werden, um den Beitrag pilzlicher Denitrifikation an N2O-Emissionen aus Böden abzuschätzen?

Gibt es Unterschiede zwischen den Steuerungsgrößen der Pilze und Bakterien bei der Denitrifikation?

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • Leibniz Universität Hannover
    (Hannover, Deutschland)

Geldgeber

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

5.2021 - 4.2024

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: WE 1904/8-2
Projektstatus: läuft

Visualisierung von aus dem Boden extrahierten Pilzhyphen auf einem Sieb (Maschenbreite 100 µm) mittels Fluoreszenzfarbstoff
Visualisierung von aus dem Boden extrahierten Pilzhyphen auf einem Sieb (Maschenbreite 100 µm) mittels Fluoreszenzfarbstoff (© Thünen-Institut/AK)