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Life in a jar
how to build synthetic soil
Julia Horak
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ecology and Ecosystems
Betreuer*in
Andreas Richter
DOI
10.25365/thesis.63935
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12062.32866.557671-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Verständnis mikrobiell gesteuerter Bodenprozesse ist auch der Schlüssel zum Verstehen terrestrischer Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe. Aufgrund der hohen Anzahl nicht identifizierter Taxa, als auch der strukturellen Komplexität und Heterogenität von Boden über verschiedene Größenordnungen, ist es dennoch eine Herausforderung geblieben, Bodenprozesse den jeweiligen Mikroorganismen zuzuordnen. Um diese Hindernisse zu überwinden, stellen wir hier ein Modellökosystem für Boden vor - den ersten „Synthetischen Boden“. Er besteht aus einer Mischung sterilisierter primären und sekundärer Bodenminerale mit organischem Material pflanzlichen und mikrobiellen Ursprungs, die zusammen die künstliche Bodenmatrix formen. Diese abiotische Bodenmatrix wurde mit einer minimalen mikrobiellen Gemeinschaft inokuliert, die in-silico konstruiert wurde. Sie bestand aus zwölf verschiedenen genom-sequenzierten Bodenmikroorganismen, die zuvor in Reinkulturen herangezogen wurden. Der Synthetische Boden wurde in einer sterilen Umgebung inkubiert, Beprobungen und Messungen wurden am Beginn des Experiments durchgeführt, eine Woche danach und am Ende des Experiments nach fünf Wochen. In diesem Zeitraum hat sich eine wachsende, aktive Bodengemeinschaft entwickelt, angezeigt durch einen Anstieg der DNA-Konzentrationen, stabile Respirationsraten, Verminderung des Gehalts an gelöstem organischem Kohlenstoff, einem Anstieg der Ammoniumkonzentration und Änderungen der relative Abundanzen der Mitglieder der Gemeinschaft. Zusätzlich haben die Mikroorganismen durch die Produktion extrazellulärer Enzyme, aktiv organisches Material abgebaut. Zusammenfassend ergibt sich, dass das Synthetische Bodensystem, das in dieser Studie entwickelt wurde, die Herstellung vielversprechender Modellökosysteme erlaubt, die es ermöglichen, Bodenfunktionen mit der Struktur mikrobieller Gemeinschaften in Zusammenhang zu bringen und damit fundamentale Fragen der Bodenökologie zu untersuchen.
Abstract
(Englisch)
Understanding microbially governed soil processes is key to understanding terrestrial carbon and nutrient cycling. It remains challenging, however, to link soil functions to the respective microorganisms due to the large number of unidentified taxa, and the structural complexity and heterogeneity of soil across scales. To overcome these impediments, we here introduce a model soil ecosystem - the first “Synthetic Soil”. It consists of a mixture of sterilized primary and secondary soil minerals and organic matter of plant and microbial origin, which together constitute the artificial soil matrix. This abiotic soil matrix was then inoculated with an in-silico designed, minimal microbial community, consisting of twelve different genome-sequenced soil microorganisms, pre-cultivated in axenic cultures. The Synthetic Soil was incubated in a sterile environment, with samplings and measurements after the start of the experiment, one week later, and at the end of the experiment after five weeks. During this period, an actively growing soil community established, as indicated by increasing DNA concentrations, stable respiration rates, depletion of dissolved organic carbon, increase of ammonium, and changes in relative abundance of the community members. Additionally, the microorganisms were actively decomposing soil organic matter by the production of extracellular enzymes. In conclusion, the Synthetic Soil approach developed in this study, allows the construction of powerful model ecosystems, which will make it possible to link soil functions to microbial community structure and thus to address fundamental questions of soil ecology.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Artificial Soil Synthetic Microbial Community Model Ecosystem Mesocosm
Schlagwörter
(Deutsch)
Künstlicher Boden Synthetische Mikrobielle Gemeinschaft Modellökosystem Mesokosmos
Autor*innen
Julia Horak
Haupttitel (Englisch)
Life in a jar
Hauptuntertitel (Englisch)
how to build synthetic soil
Paralleltitel (Deutsch)
Life in a jar : wie man Synthetischen Boden herstellt
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
107 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Richter
Klassifikation
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC15756116
Utheses ID
56717
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |