Zugl.: Bonn, Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 2002--Jena.

Techn. Universiẗat, Diss., 1999--Berlin.

Universiẗat, Diss., 2004--Jena.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Dresden.

Aufgrund der ökologischen und ökonomischen Problematik der chemischen Phosphatfällung ist eine Optimierung der Effizienz und Stabilität der biologischen Verfahren zur Phosphat-elimination erforderlich. Hierfür ist jedoch ein fundiertes Wissen über die daran beteiligten Organismen eine entscheidende Vorraussetzung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die mikrobielle Populationstruktur von zwei Belebtschlamm-anlagen im Labormaßstab mit Hilfe von drei unterschiedlichen 16S rDNA basierenden molekular-biologischen Methoden zu charakterisieren. Ein besonderer Schwer-punkt ist hierbei die Analyse der Bakterien, die mit der erhöhten biologischen Phosphat-elimination in Verbindung gebracht werden. Dies sind Vertreter der Rhodocyclus-Gruppe, der Gattung Tetrasphaera und der Gattung Acinetobacter. Als Untersuchungsobjekte wurden zwei Hauptstromverfahren zur erhöhten biologischen Phosphatelimination gewählt, die sich im Schlamm-alter, der Schlammbelastung und der sich daraus resultierenden Nitrifikationsleistung unterscheiden. Aufgrund der gewählten Verfahrensweisen wurde der Einfluss der Nitrifikation auf die Zusammensetzung der Belebtschlammbiozönose ebenfalls untersucht. Um praxisnahe Verhältnisse zu erreichen, wurden die Anlagen mit kommunalem Abwasser beschickt. Für einen Vergleich sollten Proben aus kommunalen Kläranlagen mit deutlich anderen Verfahrensweisen in die Untersuchungen mit einbezogen werden.

Mikrobielle Prozesse spielen eine wichtige Rolle im Sediment von Talsperren und Seen. Demgegenüber stehen nur unzureichende Erkenntnisse über die Zusammensetzung mikrobieller Biozönosen in Sedimenten sowie deren Aktivität zur Verfügung. Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung und der Vergleich der Zusammensetzung und der Struktur mikrobieller Gemeinschaften in Sedimenten um eine Abschätzung der mikrobiellen Diversität in Talsperrensedimenten unterschiedlicher Trophie zu erreichen. Durch die Kombination der in dieser Arbeit verwendeten Methoden (Vergleichende 16S rDNA Analyse, Fingerprinttechniken, klassische Methoden) konnte eine Charakterisierung der mikrobiellen Zusammensetzung der obersten 5 cm von den Talsperrensedimenten Neunzehnhain, Muldenberg, Quitzdorf und Saidenbach erzielt werden. Die vergleichende 16S rDNA Analyse offenbarte in 2541 analysierten rekombinanten Klonen 528 verschiedene Sequenztypen, welche zu 293 OTUs zusammengefaßt werden konnten. Obwohl die Gemeinschaften der verschiedenen Talsperren nur schwach auf der Ebene der phylogenetischen Gruppen differierten, konnte durch die Verwendung von Ähnlichkeitsindices gezeigt werden, dass jede Talsperre eine spezifische mikrobielle Sedimentgemeinschaft aufweist. Über 60% aller Klone zeigten Ähnlichkeiten von mehr als 97% zu 16S rDNA-Sequenzen kultivierter Organismen oder phylogenetisch eingeordneten Sequenzen (14 bekannte phylogenetische Gruppen). Alle anderen Klone zeigten hohe Sequenzhomologien zu unidentifizierten, phylogenetisch bisher nicht eingeordneten Bakterien. Diese Bakterien waren mit Anteilen zwischen 19,8% (Muldenberg) und 54,6% (Saidenbach) in den 16S rDNA Bibliotheken repräsentiert. Mittels Fingerprinttechniken (DGGE, T-RFLP, ARISA) konnten komplexe Muster der mikrobiellen Diversität erzeugt werden. Dabei konnten die Ergebnisse der 16S rDNA Analyse bestätigt werden. Durch die verwendeten Methoden konnte eine komplexe mikrobielle Diversität in den Sedimenten aufgedeckt werden und die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die mikrobielle Diversität in Sedimenten wesentlich höher ist als bisher angenommen.

Aufgrund der ökologischen und ökonomischen Problematik der chemischen Phosphatfällung ist eine Optimierung der Effizienz und Stabilität der biologischen Verfahren zur Phosphat-elimination erforderlich. Hierfür ist jedoch ein fundiertes Wissen über die daran beteiligten Organismen eine entscheidende Vorraussetzung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die mikrobielle Populationstruktur von zwei Belebtschlamm-anlagen im Labormaßstab mit Hilfe von drei unterschiedlichen 16S rDNA basierenden molekular-biologischen Methoden zu charakterisieren. Ein besonderer Schwer-punkt ist hierbei die Analyse der Bakterien, die mit der erhöhten biologischen Phosphat-elimination in Verbindung gebracht werden. Dies sind Vertreter der Rhodocyclus-Gruppe, der Gattung Tetrasphaera und der Gattung Acinetobacter. Als Untersuchungsobjekte wurden zwei Hauptstromverfahren zur erhöhten biologischen Phosphatelimination gewählt, die sich im Schlamm-alter, der Schlammbelastung und der sich daraus resultierenden Nitrifikationsleistung unterscheiden. Aufgrund der gewählten Verfahrensweisen wurde der Einfluss der Nitrifikation auf die Zusammensetzung der Belebtschlammbiozönose ebenfalls untersucht. Um praxisnahe Verhältnisse zu erreichen, wurden die Anlagen mit kommunalem Abwasser beschickt. Für einen Vergleich sollten Proben aus kommunalen Kläranlagen mit deutlich anderen Verfahrensweisen in die Untersuchungen mit einbezogen werden.

Mikrobielle Prozesse spielen eine wichtige Rolle im Sediment von Talsperren und Seen. Demgegenüber stehen nur unzureichende Erkenntnisse über die Zusammensetzung mikrobieller Biozönosen in Sedimenten sowie deren Aktivität zur Verfügung. Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung und der Vergleich der Zusammensetzung und der Struktur mikrobieller Gemeinschaften in Sedimenten um eine Abschätzung der mikrobiellen Diversität in Talsperrensedimenten unterschiedlicher Trophie zu erreichen. Durch die Kombination der in dieser Arbeit verwendeten Methoden (Vergleichende 16S rDNA Analyse, Fingerprinttechniken, klassische Methoden) konnte eine Charakterisierung der mikrobiellen Zusammensetzung der obersten 5 cm von den Talsperrensedimenten Neunzehnhain, Muldenberg, Quitzdorf und Saidenbach erzielt werden. Die vergleichende 16S rDNA Analyse offenbarte in 2541 analysierten rekombinanten Klonen 528 verschiedene Sequenztypen, welche zu 293 OTUs zusammengefaßt werden konnten. Obwohl die Gemeinschaften der verschiedenen Talsperren nur schwach auf der Ebene der phylogenetischen Gruppen differierten, konnte durch die Verwendung von Ähnlichkeitsindices gezeigt werden, dass jede Talsperre eine spezifische mikrobielle Sedimentgemeinschaft aufweist. Über 60% aller Klone zeigten Ähnlichkeiten von mehr als 97% zu 16S rDNA-Sequenzen kultivierter Organismen oder phylogenetisch eingeordneten Sequenzen (14 bekannte phylogenetische Gruppen). Alle anderen Klone zeigten hohe Sequenzhomologien zu unidentifizierten, phylogenetisch bisher nicht eingeordneten Bakterien. Diese Bakterien waren mit Anteilen zwischen 19,8% (Muldenberg) und 54,6% (Saidenbach) in den 16S rDNA Bibliotheken repräsentiert. Mittels Fingerprinttechniken (DGGE, T-RFLP, ARISA) konnten komplexe Muster der mikrobiellen Diversität erzeugt werden. Dabei konnten die Ergebnisse der 16S rDNA Analyse bestätigt werden. Durch die verwendeten Methoden konnte eine komplexe mikrobielle Diversität in den Sedimenten aufgedeckt werden und die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die mikrobielle Diversität in Sedimenten wesentlich höher ist als bisher angenommen.