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A novel approach to measure microbial carbon use efficiency by estimating growth from 18O incorporation into DNA
Karoline Klaus
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Interdisziplinäres Masterstudium Environmental Sciences
Betreuer*in
Andreas Richter
DOI
10.25365/thesis.40374
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30390.83939.881862-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz (carbon use efficiency; CUE) beschreibt wie effizient Mikroorganismen Kohlenstoff für Wachstum, also die Produktion neuer Biomasse, nutzen, und ist damit ein ausschlaggebender Faktor für Kohlenstoffspeicherung im Boden. Unter Berücksichtigung von thermodynamischen Erwägungen und Umweltfaktoren ist davon auszugehen, dass die durchschnittliche CUE bei etwa 0,3 liegt. Messungen der CUE in Böden ergeben jedoch einen Durchschnittswert von 0,55. Diese Diskrepanz ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Standardmethode zur Messung von CUE in Böden –Inkubation mit einem 13C-markierten Substrat und Nachverfolgung des 13C in mikrobielle Biomasse und CO2 – mehrere Nachteile hat, die in Summe zu einer Überschätzung der CUE führen. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Messung der CUE in Böden beruhend auf der Inkubation mit 18O-markiertem Wasser beschrieben. Mikrobielles Wachstum wird aus der Inkorporation von 18O in DNA bestimmt. Dieser Ansatz hat mehrere Vorteile: so basiert er etwa auf der Verwendung aller bereits natürlich im Boden vorhandenen Substrate, nicht eines einzelnen hinzugefügten Substrats, und Wachstum wird aus der Bildung neuer DNA anstelle von Biomasseinkorporation bestimmt. Wir testeten unsere Methode an sieben Böden und einem Bodenprofil mit fünf Horizonten und verglichen die Resultate mit jenen der Standardmethode. Die mit unserer Methode bestimmte durchschnittliche CUE lag bei 0,39 (± 0,13), während die Standardmethode eine CUE von 0,80 (± 0,10) ergab. Wir schließen daraus, dass unsere Methode eine sinnvolle Alternative zur Standardmethode darstellt. Sie ergibt CUE-Werte, die in besserer Übereinstimmung mit theoretischen Erwägungen stehen, und wir erwarten daher, dass sie wichtige Aufschlüsse über die CUE in Böden geben wird.
Abstract
(Englisch)
Microbial carbon use efficiency (CUE), defined as the amount of carbon used for growth relative to the total carbon taken up, is an important parameter determining soil carbon processing and storage. Because of thermodynamic and environmental constraints, the average CUE in soils is expected to be around 0.3. However, the current standard method, which is based on incubation with a 13C-labeled labile substrate and tracing 13C into microbial biomass and CO2, yields an average CUE of 0.55. This is thought to be due to methodological shortcomings that result in an overestimation. We describe a new protocol for the determination of CUE in soils that estimates growth from the incorporation of 18O from labeled water into DNA. Our approach has several advantages: it is based on the utilization of all natural substrates present in soil, not a single added substrate; growth is measured from DNA formation instead of biomass incorporation; and water addition, unlike the high input of a pure labile compound, is a naturally occurring phenomenon in terrestrial ecosystems. To test our novel protocol, we compared its results to the 13C-based method for seven different soils and a soil profile comprising five horizons. The average CUE determined by our method was 0.39 (± 0.13), while the standard method yielded an average CUE of 0.80 (±0.10). We conclude that our protocol is a viable alternative to the current standard method. It yields realistic results that are in line with theoretical considerations and will allow valuable insights into CUE in soils.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Microbial carbon use efficiency soil carbon cycle climate change
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz Boden Kohlenstoffkreislauf Klimawandel
Autor*innen
Karoline Klaus
Haupttitel (Englisch)
A novel approach to measure microbial carbon use efficiency by estimating growth from 18O incorporation into DNA
Paralleltitel (Deutsch)
Eine neue Methode zur Bestimmung der mikrobiellen Kohlenstoffnutzungseffizienz mittels Schätzung des Wachstums durch 18O-Inkorporation in DNA
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
66 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Richter
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.95 Umweltgeologie, Geoökologie ,
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC13004863
Utheses ID
35749
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |