Bodenwissenschaften (Fach) / Bodenbiologie (Lektion)

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• Welchen Lebensraum besiedeln Bakterien im Boden und wie passen sie sich den Bedingungen an? Vorwiegend Mittelporen-> setzen sich an Partikeloberfläche an-> je nach Präferent anaerobe/aerobe Umgebung Je nach Nische passen sich Mikroorganismen entsprechend an: Je nach Extrem nimmt die Artenvielfalt ab und Spezifität zu (Extremophile)
• Welche Möglichkeiten des Transports von Bakterien im Boden kennen Sie? Konvektion (mit Wasserstrom)Diffusion (entlang d. Konzentrationsgradienten)aktiver Transport (über Geiseln o.Ä.)
• Wie wirkt sich der Wassergehalt auf die De-/Nitrifikation aus? Und Warum? Wassergehalt bis 80% Bevorzugung d. Nitrifikation: NH3 —> NO3- (Ammoniak zu Nitrat) Denitrifikation dominant über 85% relativer Sättigung: NO3- —> N2 (Nitrat zu elem. N)
• Wie beeinflussen Temperatur und Bodenfeuchte die Respiration der Mikroorganismen? Mit steigender Temperatur und steigendem Wassergehalt steigt RespirationMaximum der relativen Respiration bei 30°C und 70-80% Bodenfeuchte
• Was ist der Unterschied zwischen Rhizosphäre und Drilosphäre? Warum werden diese Sphären auch als mikrobieller hot-spot bezeichnet? Drilosphäre = RegenwurmgängeRhizosphäre = Boden in unmittelbarer Wurzelnähe Mikrobielle Hot Spots weisen eine höhere Aktivität auf als restlicher Boden
• Wie unterscheidet man Protozoen von Bakterien? Protozoen haben einen Zellkern (Eurkayoten), sie sind meist deutlich größer als Bakterien und haben mehr Formen der aktiven Fortbewegung
• Warum wird Kohlendioxid (CO2) im Boden besser transportiert als Sauerstoff? Weil CO2 eine bessere Löslichkeit in Wasser hat und deshalb besser in wassergefüllten Poren transportiert werden kann im Vergleich zu Sauerstoff
• Nenne mindestens drei Bedingungen im Boden die sehr wichtig bei der Steuerung von biochemischen Prozessen sind. Sauerstoffgehalt (oxisch - mikrooxisch - anoxisch)Wasserpotential (kalt - warm - heiß)pH-Wert (0 - 7 - 14)LichtOsmotisches Potential (abh. Von Salzgehalt)
• Definieren Sie die Begriffe Mikro-, Meso- und Makrofauna. Welche Leistungen erbringen diese im Stoffhaushalt von Böden? Mikrofauna: Körperdurchmesser < 100µmz.B. Bereitstellung von pflanzenverfügbaren Nährstoffen, Abbau von Pestiziden, Fixierung von N2 aus Atmosphäre Mesofauna: Körperdurchmesser 100µm - 2mmz.B. Dekomposition von Wurzeln, Katalysator der mikrobiellen Aktivität, Bodenbildung Makrofauna: Körperdurchmesser 2mm - 20mmz.B. Zersetzung/Mineralisierung, Bioturbation, Bildung Drilosphäre Megafauna: Alle größeren Lebewesen (z.B. Maulwurf) => Übergänge sind teils fließend, deswegen vaiieren Leistungen in versch. Böden
• Was versteht man unter der physikalischen Stabilisierung der organischen Bodensubstanz? Die OBS wird physikalisch von Zersetzern und ihren Enzymen getrennt und kann nicht weiter abgebaut werden. z.B. durch Verlagerung in tiefere Horizonte, welche keine Hot Spots sind oder durch Festsetzung in Aggregaten.
• Nennen sie die wichtigsten Prozesse des N-Kreislaufs in Böden. Biologische N-Fixierung Nitrifikation Denitrifikation Anammox (anaerobe Ammoniak-Ox.)
• Warum ist die Bodenfeuchte und das Redoxpotential von besonderer Bedeutung bei der Denitrifikation? Redoxpot.:Nitratreductase ist bis zu einem Eh-Wert von ca. +500/600mV aktivNitrireduktase ist bei einem Eh-Wert von ca. 250mV aktiv (kein O2 vorhanden)Verhältnis von N2 zu N2O in den aus dem Boden entweicht (?) Bodenfeuchte: Bodenfeuchte ist sehr wichtig für O2-Versorgung Nitritreduktase: bei O2-Gehalt > 1% gehemmt Generell: Bodenfeuchte von mehr als 80%:vollständige Denitrifikationkaum N2O-Emission   
• Was sind Wurzelexsudate? Geben sie Beispiele Niedermolekulare org. Verbindungen aus dem Symplasten (innerhalb des Plasmalemmas, schließlich Sekreten, die eine spezifische Funktion haben) Zucker, AS, org. Säuren, aromat. Säuren, Fettsäuren, Vitamine, Phytohormone, hydrolytische Enzyme, Nukleotide
• Erklären Sie den Unterschied zwischen Endo- und Ectomykorrhiza. Endomykhorrhiza:= Hyphen des Pilzes durchdringen die Zelle der Pflanzenwurzel (Arbuskuläre, Orchideoid, Ericoid) Ectomykorrhiza:= Hyphen des Pilzes bilden einen Hyphenmantel um die Wurzel und das Hartig'sche Nertzwerk, die Zellen der Pflanzenwurzeln werden aber nicht durchdrungen. Häufig bei Holzgewächsen. 
• Welcher Typ von Mykorrhiza ist in Agrarökosystemen wichtiger, bzw. kommt häufiger vor= Arbuskuläre Mykorrhiza
• Nenne drei wichtige Funktionen von Mykorrhiza in Böden. P-Versorgung Wasserversorgung, besonders bei Trockenheit Schutz vor Krankheitsbefall (Parasiten) bei Pflanzen Mineralversorgung der Pflanze bessere Resistenz gegen Stressfaktoren
• Nennen Sie Möglichkeiten einer nicht-enzymatischen P-Mobilisierung. Mikroorganismen -> Abgabe org. Säuren, Protonenausscheidung Rhizosphärenbackterien -> Ausscheidung von Komplexbildnern mobilisiert labile Fraktion der P-Verbindungen Mykorrhiza -> Oxalsäure, Lösung von sorbiertem oder gebundenem Phosphat
• Welche Formen der Mykorrhiza sind bekannt? vesikulär-arbuskulär orchideoid ericoid arbutoid monotropid ektotroph
• Warum werden obligat anaerobe Bodenmikroorganismen durch die Anwesenheit von Sauerstoff abgetötet? Obligat anaerobe Mikroorganismen können nur unter anaeroben Bedingungen leben, Sauerstoff ist toxisch für sie. Fakultativ anaerobe Mikroorganismen können auch unter Sauerstoff leben. Obligat aneroben Mikroorganismen fehlen zwei Enzyme: Superoxid- Dismutase und Katalase. O- und H2O2 wirken als freie Radikale und können Erbgut und Proteine im Körper schädigen.
• Welche Prozesse im Boden führen zur Freisetzung von gasförmigen N- Verbindungen? Welche N-Verbindungen werden freigesetzt? Hauptsächlich Denitrifikation, aber auch Nitrifikation. Gasförmige N-Formen:N2N2ONONO2
• Welche Formen der Fortbewegung gibt es bei Protozoen? Geißeln Wimpern Amöboid (unbeschalt und beschalt)
• Wie haben sich Protozoen an das Leben im Boden angepasst? geringe Körpergröße Ruhestadien (Anabiosis) Bildung von Dauerstadien (Cysten)
• Welche Arten der Nematoden (Fadenwürmer) kennen Sie? Zooparasiten Phytoparasiten Freilebend
• Welche Funktionen haben Nematoden im Boden? beschleunigen den Mineralisationsprozess und setzen Nährstoffe aus Mikroorganismen frei  Beweidung der Mikroorganismen- signifikante Erhöhung d. N-Mineralisation Exkretion mineralischer Nährstoffe- NH4
• Welche Arten von Regenwürmer (Lumbricidae) gibt es? epigäisch anözisch endogäisch
• Welche Funktionen erfüllen Lumbricidae im Boden? Ecosystem engineergs- Bioturbation- Röhrensysteme- spez. Mikrohabitate  Dekomposition - Katalysator d. mikrobiellen Aktivität- mechanische Bearbeitung und Zerkleinerung - Exkretion- Verbreitung v. Mikroorganismen
• Welche Funktionen erfüllen Arthropoden im Boden? Dekomposition - Katalysator der mikrobiellen Aktivität  Bodenbildung- keine Bioturbation (außer Ameisen, Termiten)- Arthropoden-Humus 
• Was bedeutet hemiedaphisch und euedaphisch? hemiedaphisch = zeitweise auf o. in Boden lebend euedaphisch = im Boden lebend
• Welche bodenbiologische Bedeutung erfüllen Ameisen? Bodenumschichtung Zersetzung/Mineralisierung- N-reiche Exkremente- mech. Zerkleinerung Niederhaltung von Forstschädlingen
• Welche Ressourcen sind für das mikrobielle Wachstum notwendig? C (org - CO2)N (org, anorg)Makronährstoffe - S, P, K, MgMikronährstoffe - Fe, Mn, Co Cu, Zn, NiElektronenakzeptoren - O2, Nitrat, Sulfat, Fe3+anorg. Elektronendonatoren - Wasserstoff, Schwefelwasserstoff
• Welche Arten von Mikroorganismen kennen Sie? obligat aerobe fakultativ aerobe zymogen heterotrophe (schnelles Wachstum auf org. Substraten) autochthon heterotroph (langsames Wachstum ") choautotrophe (Energiegewinnung durch Ox. von anorg. Verb.)
• Was ist das optimale biologische Wasserpotential? -0,01 MPa
• Welche Arten von Bodenorganismen mit unterschiedlicher Temperaturpräferenz kennen Sie? Psychrophile (boreale, alpine Gebiete) Thermophile (heiße Quellen) Hyperthermophile (nicht unter 60°C)
• Wie unterscheidet man Grampositive und -negative Bakterien? Gramfärbung: Anfärbung von Bakterien mit Gentianaviolett, Lugolscher Lösung (Iod-Kaliumkomplex). Bei grampositiven Bakterien Entfärbung mit Ethanol nicht möglich durch dickere Mureinschicht (Peptidoglykan = Zucker + Aminosäuren).
• Was sind die Hauptkomponenten der pflanzlichen Zellsubstanz? Cellulose Hemicellulose (v.A. Xylan) Lignin
• Nenne celluloseabbauende Mikroorganismen. Basidiomyceten Ascomyceten aerobe und anaerobe Bakterien
• Was ist Braunfäule und Weißfäule? Abbauprodukte des Lignins durch Bodenpilze Braunfäule:Cellulose wird vorwiegend abgebaut,Oxidationsprodukte des Lignins (braune Farbe) bleiben zurück Weißfäule:Lignin wird enzymatisch abgebaut.
• Welche Bodenmikroorganismen bauen Lignin ab? Basidiomyceten- Weißfäulepilze- Baunfäulepilze Weichfäulepilze Bakterien-Bacillus sp
• Welche Kohlenstoff und Energiequelle verwenden chemoorganotrophe Mikroorganismen? organische! z.B. C: CO2, Energie: O2
• Von was ist der Netto-Effekt der Beweidung abhängig? Netto-Effekt der Beweidung ist abhängig von:-C/N Verhältnis der Streu-Selektive Nahrungswahl der Beweider-Räumliche Verteilung der Organismen-Regenerationsfähigkeit der beweideten Organismen
• Was ist die Funktion der Fauna im Boden? Transport von Sporen Zerkleinerung der Streu Abgabe von Faeces und Nährstoffen selektive Beweidung von Mikroorganismen
• Welche Pflanzenrückstände werden durch Bodenmikroorganismen schnell und welche werden langsam abgebaut? schnell: Glikose, Stärke, Cellulose langsam: Huminsäure, Weißtorf, Sägemehl
• Definieren Sie Rhizosphäre und Rhizoplane. Rhizosphäre = wurzelnahe Bodenschicht, die vom Stoffwechsel der Wurzel verändert wurde Rhizoplane = unmittelbare Oberfläche der Pflanzenwurzel mit den an ihr haftenden Bodenpartikeln und abgestorbenen Pflanzenteilen
• Auf welche Weise können Bodenmikroorganismen das Wachstum von Pflanzen stimulieren? Bodentiere (Nematoden, Protozoen) setzten durch Fraß von Rhizosphärenmikroorganismen Nährstoffe frei, die das Pflanzenwachstum stimulieren Indirekte Mechanismen:• Antibiotika Produktion• Abreicherung von Eisen in der Rhizosphäre• Induzierte systemische Resistenz• Synthese von antipilzlichen Metaboliten• Produktion von Enzymen zur Lyse der pilzlichen Zellwand • Konkurrenz um Raum an der Wurzel Direkte Mechanismen:• Lösung von Phosphor• Stickstoff-Fixierung• Festlegung von Eisen in Siderophoren• Produktion von Phytohormonen (Auxin, Cytokinin, Gibberelin) • Verringerung der Ethylen-Konzentration
• Von welchen Faktoren ist die Denitrifikation abhängig? leicht verfügbare organische Substanz (Glukose, Fettsäuren, Proteine) Redoxpotential O2 Konzentration (Bodenfeuchte wichtig!) Nitratangebot: bei überschüssigem NO3- wird die N2O-Freisetzung begünstigt Temperatur: -2 – 45 °C Boden-pH: pH 3,5 – 11, Optimum: pH 7 – 8 Pflanzen Praktische Anwendung
• Welche Faktoren beeinflussen die Nitrifikation? freies NH3:toxisch, NO2--Oxidation besonders getroffenmeistens kein freies NH3, sondern NH4+ freies NO2-:Anhäufung nur bei sehr hoher Düngung und hohem pHtoxisch für viele MOReaktion mit sekundären Aminen → Nitrosamine (krebserregend)Bildung im Boden sehr gering NH4+:in gut durchlüfteten Böden rasch oxidiertKation wird in ein Anion überführt → Ansäuerung des Bodens Umweltfaktoren:-> O2, pH > 6, 25-35°C
• Welche Bakterien können in Symbiose mit Pflanzen atmosphärischen N2 fixieren? Welche Pflanzengattung ist hierbei beteiligt? Rhizobien und Fabaceae (Leguminosen)
• Unter welchen Bedingungen findet die N-Fixierung statt und welches Enzym ist hierfür entscheidend? Nitrogenase N2-Fixierung findet in den Bakteroiden stattEnergie- und Elektronenquelle (organische Säuren): werden aus der Pflanze in die Bakteroide transportiert ( freilebende N2-Fixierer)Produktion von Ammoniak in den BakteroidenTransport von Ammonium in die PflanzenzellenProduktion von Glutamin und Asparagin im Cytoplasma der PflanzenTransport innerhalb der PflanzeHemmung der Nitrogenase Produktion durch die Anwesenheit von Nitrat oder Aminosäuren (=> energetisch sinnvollere N-Aufnahme)

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