Rolle der Denitrifikation durch Pilze bei der N2O-Emission aus Böden

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus A. Horn; Privatdozent Dr. Reinhard Well
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251282570

Das Treibhausgas N2O (Lachgas) entsteht in Böden unter anoxischen Bedingungen. Die vollständige Denitrifikation umfasst die sequentielle Reduktion von Nitrat über Nitrit, NO und N2O zu N2 und wird von Bakterien und Pilzen katalysiert. Während viele Bakterien in der Lage sind N2O zu reduzieren, ist das bei den meisten Pilzen nicht der Fall. Somit ist ein maßgeblicher Beitrag der Pilze zur N2O-Emission aus Böden anzunehmen. Jedoch ist der Anteil der Pilze an der Denitrifikation im Boden in Relation zu den Bakterien bisher unzureichend untersucht und präzise Methoden zur Differenzierung zwischen der N2O-Emission von Bakterien und Pilzen fehlen. Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Methode zur Differenzierung der mikrobiellen N2O-Quellen ist, dass zeitgleich im Boden neben der Denitrifikation auch andere N2O-bildende Prozesse ablaufen können. Daher haben wir Stabilisotopenmethoden (“isotopomer endmember mixing”, IEM) und mikrobiologische Methoden (Genexpression denitrifizierender Pilze mittels qPCR ) evaluiert bzw. entwickelt, um Pilzdenitrifikation in der ersten Förderperiode unseres Projekts zu identifizieren und zu quantifizieren. In der beantragten 2. Projektphase werden wir die methodischen Arbeiten fortführen und die neu entwickelten zusammen mit etablierten Methoden dann verwenden, um die Regulation der Pilzdenitrifikation zu untersuchen. Unsere Ziele sind:1. Evaluation und Verbesserung der Methoden zur Erfassung der Pilzdenitrifikation2. Quantifizierung der Pilzdenitrifikation in Böden mittels der verbesserten Methoden3. Entschlüsselung der Regelfaktoren der Pilzdenitrifikation sowie der Interaktion mit anderen N2O-Prozessen4. Identifikation der Schlüsselspezies unter den Pilzen und ihrer Regulation5. Entwicklung und Prüfung von Algorithmen zur Prognose der Pilzdenitrifikation mit biogeochemischen Modellen.Das Arbeitsprogramm wir von zwei Teams gemeinsam durchgeführt, am Thünen-Institut in Braunschweig und an der Leibniz-Universität Hannover (LUH). Das Thünen-Arbeitsprogramm beinhaltet die Evaluation und Verbesserung von Inhibitor– und Stabilisotopenmethoden zur Quantifizierung der Pilzdenitrifikation, sowie ihre Anwendung in Bodeninkubationsexperimenten unter Bedingungen, die die Pilz- oder Bakteriendenitrifikation fördern. Das LUH-Arbeitsprogramm wird die Genexpression durch quantitative PCR auf Basis weniger Markergene erweitern, indem quantitative Transkriptomik verwendet wird, welche eine große Bandbreite an Markergenen adressiert, um somit effiziente Methoden zur Untersuchung der Genexpression denitrifizierender Pilze (FDGE) zu entwickeln. Stabilisotopen- und FDGE-Methoden werden dann kombiniert angewendet, um die Regulation der Pilzdenitrifikation und ihre Bedeutung für die N2O-Emissionen aus Böden anhand von weiteren Bodeninkubationsexperimenten zu untersuchen. Die Ergebnisse dienen der Ermittlung von Regelfaktoren, welche verwendet werden sollen um die Pilzdenitrifikation zu modellieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen