2 Liebner, Susanne 2003 Potsdam University of Potsdam 106 Lena Delta, methane emission, microbial activity, soils, tundra Die vorliegende Arbeit untersucht die Verbreitung und Aktivita"t der Methan oxidierenden (methanotrophen) Mikroflora in arktischen Bo"den des Lena-Deltas, Sibirien. Dazu wurden die Anpassungspotentiale der Methan oxidierenden Mikroflora an unterschiedliche Standortfaktoren ebenso untersucht, wie ihre Aktivita"tspotentiale bei unterschiedlichen Temperaturen und Methankonzentrationen. Mit Hilfe einer Methode der Ganzzellhybridisierung, der sogenannten Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, konnten aus den gewonnenen Ergebnissen Unterschiede in der Populationszusammensetzung im Tiefenprofil von Permafroststandorten aufgezeigt und erkla"rt werden. Die Anpassungspotentiale von Methan oxidierenden Bakterien wurden durch den Vergleich eines Permafrost-Auengleys mit einem Tundra-Moorgley der Insel Samoylov im Lena-Delta untersucht. Der Permafrost-Auengley stellte aufgrund seiner bodenphysikalischen und bodenchemischen Eigenschaften ein gu"nstigeres Habitat fu"r die Methan oxidierenden Bakterien dar als der Tundra-Moorgley. Die maximalen Zellzahlen im Permafrost-Auengley waren mehr als dreimal so hoch wie die maximalen Zellzahlen im Tundra-Moorgley. Die Methanoxidationsaktivita"t unter in-situ-Bedingungen betrug im Permafrsot-Auengley etwa das Zehnfache der Methanoxidationsaktivita"t des Tundra- Moorgleys. Ausschlaggebend fu"r die Unterschiede in den Zellzahlen und den Aktivita"ten war das Bodensubstrat, die damit verbundene Porengro"?enverteilung sowie die Qualita"t des DOC. · Der hohe Schluffanteil im Permafrost-Auengley und der damit verbundene ebenfalls hohe Anteil an Mittelporen korrelieren positiv mit den Zellzahlen Methan oxidierender Bakterien. · Das engere und damit gu"nstigere C/N-Verha"ltnis des Permafrost-Auengleys scheint die Qualita"t des DOC und damit die Lebensbedingungen der Methan oxidierenden Bakterien positiv zu beeinflussen. · Die Zellzahlen Methan oxidierender Bakterien korrelieren in beiden Standorten positiv mit dem Methangehalt und damit ebenso mit der Methanbildung im Boden. Die Sauerstoffkonzentration spielt in Bezug auf die Zellzahlen und die Aktivita"t Methan oxidierender Bakterien eine untergeordnete Rolle. ZUSAMMENFASSUNG IV Aufgrund der Aktivita"tspotentiale bei unterschiedlichen Temperaturen und Methangehalten konnte eine sehr gute Anpassung der Methan oxidierenden Mikroflora an die Temperatur- und Methankonzentrationsgradienten in arktischen Bo"den beobachtet werden: · In den oberen Bodenhorizonten des Permafrost-Auengleys existieren Methan oxidierende Bakterien mit einer hohen Substrataffinita"t. Ihre maximale Aktivita"t erreichen diese Organismen bei Temperaturen > 20 °C und einer Methankonzentration zwischen 5000 ppm und 10000 ppm. Bei 10 °C zeigen diese Organismen jedoch immerhin noch die Ha"lfte und bei 4 °C bzw. 0 °C noch ein Drittel ihrer maximalen Aktivita"t. · In den tieferen Bodenhorizonten, dem U"bergangsbereich zum Permafrost sowie dem Permafrostbereich selbst, die durch mehr als 10 °C niedrigere in-situ Temperaturen und weitaus ho"here Methankonzentrationen gekennzeichnet sind als die Oberbodenhorizonte, leben einerseits psychrophile Methan oxidierende Bakterien. Diese erreichen ihre maximale Aktivita"t bei 4 °C. Zum anderen dominieren in diesen Horizonten Methan oxidierende Organismen mit einer niedrigen Substrataffinita"t. Ihre Km-Werte sind mehr als sechsmal so hoch wie im Ai-Horizont (0- 5 cm Bodentiefe). Die Anpassungs- und Aktivita"tspotentiale spiegeln sich in der Verbreitung von Typ I und Typ II Methan oxidierenden Bakterien wider und sind offensichtlich auf die physiologischen Unterschiede beider Gruppen Methan oxidierender Bakterien zuru"ckzufu"hren. Mit Hilfe der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung wurde folgende Verbreitung von Typ I und Typ II Methan oxidierenden Bakterien im Tiefenprofil beobachtet: · In den oberen Bodenhorizonten existieren temperaturangepasste Typ I Methan oxidierende Bakterien, die entweder der Gruppe der psychrotoleranten Bakterien oder einer Mischflora aus psychrophilen und mesophilen Methan oxidierenden Bakterien angeho"ren und durch eine hohe Substrataffinita"t charakterisiert sind. · In den tieferen Horizonten leben zum einen psychrophile Typ I Methan oxidierende Bakterien, zum anderen Typ II Methan oxidierende Bakterien mit einer geringen Substrataffinita"t. Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research Potsdam