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The impacts of single and multiple global change drivers on soil microbial communities and functions
Joana Séneca Cardoso da Silva
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
Andreas Richter
DOI
10.25365/thesis.72306
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22482.29780.367415-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre und die globalen Temperaturen steigen infolge der Industrialisierung, der Intensivierung der Landwirtschaft, der veränderten Landnutzung und anderer anthropogener Aktivitäten stetig an. Darüber hinaus prognostizieren zukünftige Klimavorhersagen eine zunehmende Häufigkeit von klimatischen Extremereignissen wie Dürren und Hitzewellen. Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle für das Funktionieren terrestrischer Ökosysteme, und es gibt immer mehr Belege dafür, dass die Reaktionen der Ökosysteme auf den Klimawandel eng mit Veränderungen der mikrobiellen Physiologie, Gemeinschaftsstruktur und -zusammensetzung verknüpft sind. In dieser Arbeit untersuche ich die Auswirkungen einzelner und kombinierter Faktoren des Klimawandels auf mikrobielle Gemeinschaften im Boden, mit besonderem Augenmerk auf den terrestrischen Stickstoffkreislauf. Die Ergebnisse zeigen dabei, dass Trockenheit ein wichtiger Faktor für die allgemeine und funktionelle Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften in Graslandböden ist. Insbesondere verursachte Sommertrockenheit einen Rückgang der amoA-Transkripte von Ammonia-oxidierenden Archaeen und von vollständigen Nitrifikanten (complete nitrifiers), während Ammonia-oxidierende Bakterien relativ unbeeinflusst blieben. Darüber hinaus waren ein Jahr nach dem Ende einer Sommertrockenheit signifikante Unterschiede in der Struktur der Bakterien-/Archaeen- und Pilzgemeinschaften in Böden, die zuvor der Trockenheit ausgesetzt waren, im Vergleich zu Kontrollen zu beobachten. Die Auswirkungen künftiger Klimabedingungen (erhöhte Temperatur und CO2 Werte) auf die Struktur der Gemeinschaften waren im Frühjahr und Herbst stärker ausgeprägt als im Sommer. Darüber hinaus zeigten Mikroorganismen, die einer langfristigen Erwärmung ausgesetzt waren, eine erhöhte Transkription von Genen, die für sekretierte extrazelluläre Enzyme kodieren, die an der Depolymerisierung von hochmolekularen organischen Stickstoffverbindungen, wie Proteinen und Peptidoglykan, beteiligt sind. Dies belegt die Bedeutung der mikrobiellen Nekromasse als C- und N-Quelle in Reaktion auf eine anhaltende Erwärmung, bei der die Substratverarmung ein häufiges Phänomen ist. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse meiner Arbeit die Bedeutung von Veränderungen in der mikrobiellen Genexpression als physiologische Adaptation, um mit direkten und indirekten Einflüssen des Klimawandels zurechtzukommen. Insbesondere Trockenheit erwies sich als eine der Hauptursachen für Veränderungen in der allgemeinen und funktionellen mikrobiellen Gemeinschaft, was potenzielle Folgen für die terrestrische N-Biogeochemie mit sich bringt.
Abstract
(Englisch)
Atmospheric CO2 concentrations and global temperatures have been steadily increasing, as a consequence of industrialization, intensive agriculture, land use change, and other anthropogenic activities. In addition, future climate predictions forecast an increasing frequency of climatic extreme events such as droughts and heat waves. Microorganisms play a major role in terrestrial ecosystem functioning and there is growing evidence that ecosystem level responses to climate change can be tightly linked to changes in microbial physiology, community structure and composition. In this thesis I assess the effect of single and combined climate change drivers on soil microbial communities, with a special focus on the terrestrial nitrogen cycle. Results indicated that drought is a major driver of general and functional microbial community structure in grassland soils. More specifically, a summer drought caused a decrease in amoA transcription levels from ammonia-oxidizing archaea and complete nitrifiers, while ammonia-oxidizing bacteria remained relatively unaffected. In addition, one year after the end of the summer drought treatment, significant differences in bacterial/archaeal and fungal community structure remained observable in soils previously exposed to drought, in comparison to controls. The effects of future climate conditions (i.e., elevated temperature and CO2) on community structure were more pronounced during spring and autumn, than in summer. Furthermore, microorganisms exposed to long-term warming showed increased transcription levels of genes encoding secreted extracellular enzymes involved in the depolymerization of high molecular weight organic nitrogen such as proteins and peptidoglycan. This provides evidence of the importance of microbial necromass as a C and N source in response to sustained warming, where substrate depletion is a common phenomenon. Taken together, the results from this thesis highlight gene expression changes as a mechanism by which soil microorganisms adjust their physiology in order to cope with direct and indirect climate change drivers. More specifically, drought emerged as a major factor driving changes in general and functional community structure, with potential consequences for terrestrial N biogeochemistry.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Klimawandel Mikrobiologie
Autor*innen
Joana Séneca Cardoso da Silva
Haupttitel (Englisch)
The impacts of single and multiple global change drivers on soil microbial communities and functions
Paralleltitel (Deutsch)
Die Auswirkungen einzelner und mehrerer Treiber des globalen Wandels auf die mikrobiellen Bodengemeinschaften und Bodenfunktionen
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
120 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Graeme Nicol ,
Kristen DeAngelis
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC16615051
Utheses ID
64214
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |