Forschergruppe (FOR) 2337: Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden: Prozesssteuerung und Modellierung auf verschiedenen Skalen (DASIM), Teilprojekt: Regulation, Ökophysiologie und kinetische Parameter unkultivierter, N-Gas-Flux assoziierter, anaerober mikrobieller Gemeinschaften in landwirtschaftlich genutzten Böden

Description: Das Projekt "Forschergruppe (FOR) 2337: Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden: Prozesssteuerung und Modellierung auf verschiedenen Skalen (DASIM), Teilprojekt: Regulation, Ökophysiologie und kinetische Parameter unkultivierter, N-Gas-Flux assoziierter, anaerober mikrobieller Gemeinschaften in landwirtschaftlich genutzten Böden" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz Universität Hannover, Institut für Mikrobiologie (ifmb).Denitrifizierer (reduzieren N-Oxide zu N2O und/ oder N2), nicht-denitrifizierende N2O-Reduzierer (reduzieren N2O zu N2) und dissimilatorische Nitratreduzierer (DNRA; reduzieren N-Oxides zu NH4+) sind fakultative oder obligate Anaerobier, welche die Emission des Treibhausgases N2O genauso wie die Stickstoffretention beeinflussen. Nicht-denitrifizierende N2O-Reduzierer und dissimilatorische Nitratreduzierer stehen mit Denitrifizierern im Wettbewerb um Elektronendonatoren. Definierte mikrobielle Taxa haben definierte ökophysiologische Eigenschaften, welche ihre Wettbewerbsfähigkeit und Fähigkeit zur N-Gasproduktion bestimmen und werden daher unterschiedlich auf Umweltfaktoren reagieren. Solche Eigenschaften sind jedoch im Wesentlichen für unkultivierte Taxa unbekannt, obwohl diese für die N-Gas Emissionen und Stickstoffretention in Böden bedeutend sind. Daher werden folgende Hypothesen untersucht: (i) Die Denitrifikationsantwort auf Umweltfaktoren wird durch gegensätzliche mikrobielle Gemeinschaften, einschließlich bislang unbekannter Arten, bestimmt und kann durch deren intrinsische ökophysiologische Eigenschaften erklärt werden. (ii) Denitrifikations-, N2O-Reduktions- und DNRA-assoziierte Genexpression und Gemeinschaftsstruktur spiegeln metabolische Zustände und Potenziale wider, weshalb diese zu einer besseren Vorhersagbarkeit von N2O und N2 Flüssen führen. Hochdurchsatzinkubationen unter verschiedensten Bedingungen (einschließlich von 15N-Tracersubstanzen) kombiniert mit funktioneller Genexpression, sowie Gen- und Transkript-basierter Next-Generation-Sequencing-Methodik werden eingesetzt um apparente Michaelis-Menten-Kinetiken und physiologische Parameter stimulierter Taxa zu bestimmen. Funktionelle Gene von Denitrifizierern (nirK/S kodierend für dissimilatorische NO-bildende Nitritreduktasen; nosZI kodierend für N2-bildende dissimilatorische N2O-Reduktasen), nicht denitrifizierenden N2O-Reduzierern (nosZII kodierend für N2-bildende dissimilatorische N2O-Reduktasen der Nichtdenitrifizierer) und DNRA (nrfA kodierend für NH4+-bildende dissimilatorische Nitritreduktasen) werden bevorzugt analysiert. Reaktionsmuster der Zielgemeinschaften und/ oder funktionellen Genexpression auf definierte Umweltparameter werden in Mikrokosmen bestimmt. Der Effekt von Kontrollfaktoren der N-Gasdynamik und Pflanzen auf die Zielgemeinschaften wird in Mesokosmen analysiert. Die Daten werden in der Entwicklung eines erweiterten Denitrifier-regulatory-phenotype-Konzeptes zusammengeführt und werden Einblicke in die Ökophysiologie und Wettbewerbsfähigkeit von Denitrifikanten, nicht-denitrifizierenden N2O-Reduzierern und DNRA unter vielfältigen Bedingungen geben. Antwortfunktionen der Aktivitäten dieser Gruppen auf organischen Kohlenstoff (d.h. Elektronendonatoren), Nitrat und Distickstoffmonoxid, deren Wachstumsraten, Erhaltungsraten und Gemeinschaftsstruktur werden für die Modellierung von Denitrifikation und N-Gasflüssen zur Verfügung gestellt.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Denitrifikation ? Hannover ? Ammoniumverbindung ? Ökophysiologie ? Nitrat ? Fluss ? Organischer Kohlenstoff ? Treibhausgasemission ? Anaerobe Bedingungen ? Oxid ? Stickstoff ? Mikrobiologie ? Bodenkunde ? Lachgas ? Regulierung ? Gasförmiger Stoff ? Ackerboden ? Ökosystemmodell ? Verfahrenstechnik ? Pflanze ? Modellierung ? Stoffwechsel ? Wettbewerbsfähigkeit ? Gaserzeugung ? Kenngröße ? Landwirtschaft ? Ökologischer Faktor ? Fluss [Bewegung] ? Gen ? Genexpression ? Betriebsvorschrift ? Sequenzierung ? Stickstoffbakterien ?

Region: Niedersachsen

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Bereitsteller*in)
• Leibniz Universität Hannover, Institut für Mikrobiologie (ifmb) (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2016-01-01 - 2025-06-05

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Research group FOR 2337: Denitrification in Agricultural Soils: Integrated Control and Modelling at Various Scales (DASIM); Sub project: Regulation, ecophysiology, and kinetic parameters of uncultured N-gas flux associated anaerobic microbial communities in agricultural soils
  Description: Denitrifiers (reducing N-oxides to N2O and/ or N2), non-denitrifying N2O-reducers (reduce N2O to N2), and dissimilatory nitrate reducers (DNRA; reduce N-oxides to NH4+) are facultative or obligate anaerobes that impact the emission of the greenhouse gas N2O as well as retention of nitrogen. Non-denitrifying N2O-reducers and DNRA compete with denitrifiers for electron donors. Distinct microbial taxa have distinct ecophysiological traits determining their competitiveness and N-gas production capabilities, and will consequently respond differently to environmental conditions. However, such traits are essentially unknown for uncultured taxa despite their importance for N-gas emissions and N-retention in soils. Thus, the following hypotheses will be addressed: (i) Denitrification response to environmental factors is shaped by contrasting microbial communities including hitherto unknown species, and can be explained by their intrinsic ecophysiological properties. (ii) Gene expression and community structure associated with denitrification, N2O-reduction and DNRA reflect metabolic states and potentials, thus increasing predictability of N2O and N2 fluxes. High-throughput incubations under various conditions (including 15N-tracers) combined with functional gene expression, as well as gene and transcript based next generation sequencing will be applied to identify apparent Michaelis-Menten and physiological parameters. Functional genes of denitrifiers (nirK/S encoding nitrite reductases yielding NO; nosZI encoding N2O reductase yielding N2), non-denitrifying N2O reducers (nosZII encoding N2O reductases yielding N2), and DNRA (nrfA encoding nitrite reductases yielding NH4+), will be primarily analysed. Response patterns of target communities and/or functional gene expression to defined environmental paramters will be obtained in microcosms. The effect of environmental control factors of N-gas fluxes and plant roots on target communities will be identified in mesocosms. Data will be integrated in the development of an extended denitrifier-regulatory-phenotype-concept and will give insights into the ecophysiology and competition of denitrifiers, non-denitrifying N2O-reducers, and DNRA under various conditions. Response functions of such groups towards organic carbon (i.e., electron donors), nitrate, and nitrous oxide, their growth rates, maintenance rates and community structure will be provided for modelling of denitrification and N-gas fluxes. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1079948

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/290269431?language=de (Webseite)

Status

Aktiv

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