Description: Vier Experimente bilden ein konsekutives Programm zum Aufklären der Rolle von EPS (extrazelluläre polymere Substanzen) in landwirtschaftlichen Böden auf der Basis von folgenden beiden zentralen Hypothesen: (1) EPS sind ein wichtiger Bestandteil von mikrobieller Nekromasse, die sich aus Böden mit Kationen-Austausch-Harzen (CER) extrahieren lässt. (2) GalN (Galaktosamin) ist ein Indikator für mikrobielle EPS in Böden. Im ersten Experiment wird die mikrobielle EPS-Bildung durch das Kultivieren von Bodenbakterien und Bodenpilze untersucht. Dabei dienen Glycerol und Stärke als C-Quelle und die Mikroorganismen werden in Abwesenheit oder Gegenwart von organische Substanz (OS) freiem sterilen Sand angezogen. Im zweiten Experiment, werden einfache (Glycerol oder mais-bürtige Stärke) und komplexe (mais-bürtige Cellulose oder Maisstroh) 13C-markierte Substrate auf ihre Fähigkeit getestet, bakterielle und pilzliche EPS in vier Böden zu bilden, die sich im Pilz/Bakterien-Verhältnis aufgrund des Boden-pH-Werts oder aufgrund der Düngungsgeschichte unterscheiden. Im dritten Experiment werden Glucose- und Cellulose-Abbau gemessen, um die Kohlenstoff-Nutzungs-Effizienz (CUE) und thermodynamische Effizienz in zwei Böden zu erfassen, die sich im Pilz/Bakterien-Verhältnis aufgrund der Düngungsgeschichte oder aufgrund der Abwesenheit oder Gegenwart von EPS unterscheiden. Im vierten Experiment wird die mikrobielle EPS-Bildung durch die Zugabe eines einfachen und leicht verfügbaren Substrats (mais-bürtige Stärke), welches die bakterielle EPS-Bildung fördert sowie eines mehr abbau-resistenten Substrats (mais-bürtige Cellulose), welches die pilzliche EPS-Bildung fördert. Beständigkeit und aggregat-stabilisierende Effekte von frisch gebildeten EPS wird dann für 70 Tage verfolgt. Das C/N-Verhältnis der Substrate wird generell auf 40 eingestellt, in Experiment 1 mit (NH4)2SO4 und in den Experiment 2, 3 und 4 mit (15NH4)2SO4. In allen Experimenten werden die mit CER extrahierten EPS auf ihre Aminozucker-Konzentration untersucht, kombiniert mit deren komponenten-spezifischer d13C- and d13N-Analyse. EPS Extrakte werden zusätzlich auf 13C und d15N in organischer Substanz, Gesamt-Kohlenhydrate, Gesamt-Protein und Gesamt-DNA geprüft. Im Boden werden 13C in organischer Substanz und mikrobieller Biomasse (MB), total 15N und MB15N sowie Enzym-Aktivität (N-Acetyl-?-D-Glucosaminidase und Tyrosin-Peptidase) gemessen. Weiterhin werden Aminozucker bestimmt, kombiniert mit deren komponenten-spezifische d13C- und d13N-Analyse. In der Bodenatmosphäre wird die Produktion von Gesamt-CO2 und 13CO2 gemessen. In Experiment 3 wird zusätzlich die Wärmeproduktion mit Hilfe der Mikrokalorimetrie gemessen.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Ammoniumverbindung
?
Sand
?
Bodenbakterien
?
Zellulose
?
Bodenkunde
?
Wärmeerzeugung
?
Ackerboden
?
Mikroorganismen
?
Biomasse
?
Soil Sciences
?
Region:
Hessen
Lower Saxony
Bounding boxes:
9° .. 9° x 50.55° .. 50.55°
9.16667° .. 9.16667° x 52.83333° .. 52.83333°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2021-01-01 - 2025-12-16
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Sub project: Galactosamine can be used as an indicator for microbial extracellular polymeric substances (EPS), an important source of stable organic matter in agricultural soils
Description: Four experiments form a consecutive programme for elucidating the role of EPS (extracellular polymeric substances) in agricultural soil environments, based on the following two central hypotheses: (1) EPS are an important component of microbial necromass, which can be extracted from soil with cation exchange resins (CER). (2) Galactosamine (GalN) indicates microbial EPS in soil. In the first experiment, microbial EPS formation will be investigated by cultivating soil bacteria and soil fungi, using glycerol and starch as a C source in the absence or presence of SOM-free sterile sand. In the second experiment, simple (glycerol or maize-derived starch) and complex (maize-derived cellulose or maize straw) 13C labelled substrates will be tested for their ability to form bacterial and fungal EPS in four soils, differing in their fungi to bacteria ratio due to differences in soil pH and fertilization history. In the third experiment, glucose and cellulose decomposition will be monitored to investigate carbon use efficiency (CUE) and thermodynamic efficiency in two soils, differing in their fungi to bacteria ratio due to differences in fertilization history and due to the absence or presence of EPS. In the fourth experiment, microbial EPS formation in soil will be induced by applying to one soil a simple and easily available substrate (maize-derived starch) that promotes bacterial EPS formation and a more recalcitrant substrate (maize-derived cellulose) that promotes fungal EPS formation. The persistence and aggregate stabilizing effect of the freshly formed EPS will be monitored for 70 days. The C/N ratio of the substrates will be generally adjusted to 40, using (NH4)2SO4 in experiment 1 and (15NH4)2SO4 in experiments 2, 3, and 4. In all experiments, CER extracted EPS will be analysed for their concentration of amino sugars, combined with their compound-specific d13C and d13N analysis. EPS extracts will be additionally checked for total organic 13C, total d15N, total carbohydrates, total protein, and total deoxy-ribonucleic acid (DNA). In the soil, soil organic 13C, microbial biomass 13C, total 15N, microbial biomass 15N, enzyme activity (N-acetyl-?-D-glucosaminidase and tyrosine-peptidase) and amino sugars will be measured, combined with their compound-specific d13C and d13N analysis. In the soil atmosphere, the evolution of total CO2 and 13CO2 will be measured. In experiment 3, heat productions will be additionally monitored using microcalorimetry.
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