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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Abteilung Mikrobiologie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2010071633799

Titel: Charakterisierung der mikrobiellen Population und Untersuchungen zum Quorum Sensing in der Rhizosphäre vom Weidelgras (Lolium perenne) auf einer Rückstandshalde der Kaliindustrie
Autor(en): Dratwinski, Albert
Schlagworte (SWD): KaliindustrieAbraumhaldeRekultivierungBakterienWeidelgras
Klassifikation (DDC): 570 - Biowissenschaften, Biologie (Life sciences)
Issue Date: 16-Jul-2010
Zusammenfassung: Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Dynamik und die Kommunikation innerhalb der mikrobiellen Population der Rhizosphäre von Deutschem Weidelgras (Lolium perenne) untersucht, welches auf einer teilweise rekultivierten Rückstandshalde der Kaliindustrie wuchs. Um die niederschlagsbedingte Auswaschung von Salzen zu reduzieren, wird die Rückstandshalde des Kaliwerks Sigmundshall (in Bokeloh bei Hannover) schrittweise mit dem technogenen Abdecksubstrat REKAL/SAV ummantelt. Dieses weist eine hohe Standfestigkeit und Wasserspeicherkapazität auf und kann zudem begrünt werden, wofür als Pionierpflanze Lolium perenne dient. Durch diese Rekultivierung wird Niederschlag besser gespeichert und über Evapotranspiration wieder in die Luft abgegeben, was letztendlich die Bildung von Salzwasser vermindert. Da das Abdecksubstrat neben alkalischem pH-Wert auch teilweise hohe Schwermetallkonzentrationen aufweist, sollte in der vorliegenden Arbeit erstmals die mikrobielle Rhizosphären-Gemeinschaft in diesem extremen Habitat mittels einer kulturunabhängigen Methode erforscht werden. Zudem wurden erste Untersuchungen angestellt, ob im Substrat die zelldichte-abhängige bakterielle Kommunikation (Quorum Sensing) nachgewiesen werden kann. Mittels extrahierter Gesamt-DNA wurde anhand der 16S rDNA die Analyse des „Terminalen Restriktonsfragmentlängenpolymorphismus“ (TRFLP) verwendet, um die komplexe bakterielle Rhizosphären-Gemeinschaft unter zeitlichen und lokalen Aspekten zu vergleichen. Auftretende Veränderungen bei den bakteriellen Populationen der jeweiligen Proben wurden durch eine Zu- oder Abnahme der auch als Ribotypen bezeichneten terminalen Restriktionsfragmente (TRF) erfasst. Hierbei zeigten sich am Südhang der Halde während der Sommermonate der Jahre 2008 und 2009 zwar Schwankungen in den bakteriellen Gemeinschaftsprofilen, es lagen jedoch keine eindeutigen Dynamiken vor. Im Vergleich zum Südhang der Halde wies der Nordhang eine höhere Ribotyp-Diversität auf, was mit der fortgeschritteneren Rekultivierung dieses Haldenabschnitts zusammenhängen könnte. Zusätzlich wurden Bakterien aus der Rhizosphäre von Lolium perenne isoliert und mithilfe der Biosensoren Agrobacterium tumefaciens A136 pCF218 pCF372 und Chromobacterium violaceum CV026 auf die Produktion von N-Acylhomoserinlactonen (AHLs) überprüft. Diese AHLs werden von Gram-negativen Mikroorganismen als Signalmoleküle verwendet, um ihre Genexpression zelldichteabhängig zu kontrollieren. Von den 47 getesteten Gram-negativen Rhizosphärenisolaten konnten nur bei einem reproduzierbar AHL-Moleküle mithilfe des Reporterstamms A. tumefaciens nachgewiesen werden. Der AHL-Produzent wurde als Pseudomonas fluorescens identifiziert. Mittels dünnschichtchromatographischer Analysen konnten die extrahierten bakteriellen AHL-Moleküle den N-Octanoyl-L-homoserinlactonen zugeordnet werden.In this PhD thesis the dynamics and communication of the microbial population in the rhizosphere of perennial ryegrass (Lolium perenne) grown on a partially recultivated potash tailings pile was investigated. The potash tailings pile at the Sigmundshall facility (in Bokeloh near Hannover) is capped successively with the technogenic covering material REKAL/SAV to reduce the washout of salts caused by precipitation. REKAL/SAV exhibits a high stabilty and water holding capacity. It is also plantable and the pioneer plant Lolium perenne is used for the greening. Due to this recultivation the precipitation is stored and eventually lost through evapotranspiration, which minimizes the formation of salt water. The microbial community in the rhizosphere of this extreme habitat, which shows an alkaline pH and a high heavy-metal contamination, was investigated in this work by a culture-independent method for the first time. In addition, first studies were conducted, whether cell-density dependent bacterial communication (quorum sensing) can be detected in this substrate. The 16S rDNA of extracted bulk DNA was analysed with the „terminal restriction fragment length polymorphism“ (TRFLP)-method to compare the complex bacterial community in the rhizosphere regarding seasonal and local aspects. Changes in these bacterial populations were shown in the increase or decrease of terminal restriction fragments (TRF), also called “ribotypes“, of the corresponding slope samples. Seasonal shifts of the bacterial community profiles occured in both samplings of the southern slopes during the summer months of 2008 and 2009, but distinct dynamics could not be shown. In comparison to the southern slope the northern one showed a higher diversity of ribotypes, which could be explained with the more advanced recultivation of the latter. In addition, bacteria from the rhizosphere of Lolium perenne were isolated and screened for production of N-acyl homoserine lactone (AHL) molecules with the two reporter strains Agrobacterium tumefaciens A136 pCF218 pCF372 and Chromobacterium violaceum CV026. AHL molecules are used by Gram-negative microorganisms as signal agents to control their cell-density dependent gene expression. Only 1 of 47 screened Gram-negative bacteria was confirmed by the reporter strain Agrobacterium tumefaciens A136 pCF218 pCF372 to be able to synthesize AHL molecules reproduceably. The AHL producer was identified as Pseudomonas fluorescens. The extracted bacterial AHL molecules were characterized by means of thin layer chromatograpical analysis and could be related to the N-Octanoyl-L-homoserine lactones.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2010071633799
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