DSpace
KOBRA
KOBRA

KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Umweltchemie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2015061048422

Title: Effect of environmental conditions on the N uptake route of soil microorganisms and adaption of a method to determine amino acid oxidase in soil
Authors: Pinggera, Johanna
???metadata.dc.subject.swd???: BodenmikroorganismusStickstoffNährstoffaufnahmeStickstoffversorgung
???metadata.dc.subject.ddc???: 500 - Naturwissenschaften (Natural sciences and mathematics)
Issue Date: 10-Jun-2015
Abstract: Soil microorganisms have evolved two possible mechanisms for their uptake of organic N: the direct route and the mobilization-immobilization-turnover (MIT) route. In the direct route, simple organic molecules are taken up via various mechanisms directly into the cell. In the MIT route, the deamination occurs outside the cell and all N is mineralized to NH4+ before assimilation. A better understanding of the mechanisms controlling the different uptake routes of soil microorganisms under different environmental conditions is crucial for understanding mineralization processes of organic material in soil. For the first experiment we incubated soil samples from the long term trial in Bad Lauchstädt with corn residues with different C to N ratios and inorganic N for 21 days at 20 °C. Under the assumption that all added amino acids were taken up or mineralized, the direct uptake route was more important in soil amended with corn residues with a wide C to N ratio. After 21 days of incubation the direct uptake of added amino acids increased in the order addition of corn residue with a: “C to N ratio of 40 & (NH4)2SO4 and no addition (control)” (69% and 68%, respectively) < “C to N ratio of 20” (73%) < “C to N ratio of 40” (95%). In all treatments the proportion of the added amino acids that were mineralized increased with time, indicating that the MIT route became more important over time. To investigate the effects of soil depth on the N uptake route of soil microorganisms (experiment II), soil samples in two soil depths (0-5 cm; 30-40 cm) were incubated with corn residues with different C to N ratios and inorganic N for 21 days at 20 °C and 60% (WHC). The addition of corn residue resulted in a marked increase of protease activity in both depths due to the induction from the added substrate. Addition of corn residue with a wide C to N ratio resulted in a significantly greater part of the direct uptake (97% and 94%) than without the addition of residues (85% and 80%) or addition of residue with a small C to N ratio (90% and 84%) or inorganic N (91% and 79% in the surface soil and subsoil, respectively), suggesting that under conditions of sufficient mineralizable N (C to N ratio of 20) or increased concentrations of NH4+, the enzyme system involved in the direct uptake is slightly repressed. Substrate additions resulted in an initially significantly higher increase of the direct uptake in the surface soil than in the subsoil. As a large proportion of the organic N input into soil is in form of proteinaceous material, the deamination of amino acids is a key reaction of the MIT route. Therefore the enzyme amino acid oxidase contribute to the extracellular N mineralization in soil. The objective of experiment III was to adapt a method to determine amino acid oxidase in soil. The detection via synthetic fluorescent Lucifer Yellow derivatives of the amino acid lysine is possible in soil. However, it was not possible to find the substrate concentration at which the reaction rate is independent of substrate concentration and therefore we were not able to develop a valid soil enzyme assay.Bodenmikroorganismen haben zwei Möglichkeiten zur organischen Stickstoff (N)-Aufnahme entwickelt: den direkten und den indirekten N-Aufnahmeweg. Beim direkten Weg werden kleine organische Moleküle durch verschiedene Transportmechanismen direkt in die Zelle aufgenommen. Beim indirekten N-Aufnahmeweg wird der organische Stickstoff vor der Aufnahme in die Zelle zu Ammonium (NH4+) mineralisiert. Für ein besseres Verständnis der Mineralisationsprozesse von organischem Material im Boden ist es wichtig, die Kontrollmechanismen dieser N-Aufnahmewege zu kennen. Im ersten Experiment wurden die Auswirkungen von Pflanzenstreu mit unterschiedlicher Substratqualität auf die N-Aufnahmewege der Bodenmikroorganismen untersucht. Bodenproben des Oberbodens des Langzeitdüngeversuchs in Bad Lauchstädt wurden mit Maisresten mit unterschiedlichem C/N-Verhältnis und anorganischem N für 21 Tage bei 20 °C inkubiert. Nach der Substratzugabe mit einem weiten C/N-Verhältnis (40) wurden 95% der zugegebenen Aminosäuren direkt aufgenommen, 73% nach der Substratzugabe mit einem engen C/N-Verhältnis (20), 69% nach der Zugabe mit einem weiten C/N-Verhältnis + (NH4)2SO4 und 69% ohne Maiszugabe. In allen Varianten nahm der Anteil der mineralisierten Aminosäuren mit der Zeit zu, d.h. die Bedeutung des direkten Aufnahmewegs nahm mit der Zeit ab. Nach der Zugabe von Maisresten bildeten die Mikroorganismen vermehrt Proteasen und auch die Brutto-N-Mineralisation nahm zu. Im zweiten Experiment wurden die Auswirkungen von unterschiedlicher Bodentiefe (0-5 cm; 30-40 cm) und Streuzugabe mit unterschiedlichem C/N-Verhältnis auf den N-Aufnahmeweg von Bodenmikroorganismen in drei Ackerböden untersucht. Die Bodenproben wurden zusammen mit Maisresten bei 20 °C für 21 Tage inkubiert. Nach der Zugabe von Maisresten mit einem weiten C/N-Verhältnis (40) lag der Anteil des direkten Aufnahmewegs im Durchschnitt bei 97% im Oberboden und bei 94% im Unterboden, unter der Annahme, dass alle zugegebenen Aminosäuren aufgenommen oder mineralisiert wurden. Der direkte Aufnahmeweg lag nach der Zugabe von Maisresten mit einem engen C/N-Verhältnis (20) im Durchschnitt bei 79% im Ober- und 91% im Unterboden. Insgesamt führte die Substratzugabe zu einem Anstieg des direkten Aufnahmewegs. Das dritte Experiment befasste sich mit der Überprüfung einer Methode zur Messung der Aktivität des extrazellulären Enzyms L-Aminosäureoxidase. Die Enzymaktivität konnte im Boden nachgewiesen werden. Da die Substratkonzentration, bei der die Aminosäureoxidase ihre maximale Produktionsrate erreicht, nicht gefunden werden konnte, war es nicht möglich die Aktivität von mikrobieller Aminosäureoxidase in Böden exakt zu quantifizieren.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2015061048422
Appears in Collections:Dissertationen

Files in This Item:

File Description SizeFormat
DissertationJohannaPinggera.pdf1.16 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.