Ziel der Arbeit ist die Analyse des Phyto- und Bakterioplanktons in der Talsperre Saidenbach sowie die Identifizierung von Einflussfaktoren auf deren Zusammensetzung. Dazu wurde die mikrobielle Gemeinschaft im Freiwasser von 2013 bis 2015 monatlich in einer Vorsperre sowie an drei Probenahmestellen im Hauptbecken der Talsperre untersucht. Zur Quantifizierung und Differenzierung des Bakterioplanktons wurden Fluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie, CARD-FISH, denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese, Klonierung und 16S-Amplikonsequenzierung eingesetzt. Die Auswertung der Daten erfolgte durch Korrelations- und Clusteranalysen sowie NMDS unter Einbeziehung hydrophysikalischer und hydrochemischer Parameter, meteorologischer Daten sowie der Daten zur Phytoplanktongemeinschaft. Darüber hinaus wurden Verfahren zum Monitoring typischer Organismengruppen im Pelagial etabliert bzw. auf ihre Eignung hin untersucht: Die spektrofluorometrische Erfassung von Phytoplanktongruppen mit Hilfe einer Tauchsonde wurde anhand mikroskopischer Analysen des Phytoplanktons validiert. Für die Quantifizierung und Differenzierung des autotrophen Picoplanktons (APP) wurde eine durchflusszytometrische Methodik entwickelt und die Resultate ebenfalls anhand mikroskopischer Zählungen überprüft.
Die mit der FluoroProbe Sonde (bbe Moldaenke GmbH) ermittelten Chlorophyll-Konzentrationen für vier Algengruppen zeigten im Vergleich zu den mikroskopischen Analysen gute Übereinstimmung für die spektrale Gruppe der Diatomeen (incl. Haptophyceen, Dinophyceen, Chrysophyceen), während für die spektralen Gruppen der Grünalgen (incl. Desmidiaceen), Cyanobakterien und Cryptophyta z.T. deutliche Abweichungen auftraten. Die relative Zusammensetzung des Phytoplanktons wies ebenfalls deutliche Unterschiede zwischen FluoroProbe-Messungen und Mikroskopie auf, die vor allem in einer Überschätzung des Anteils von Grünalgen und einer generellen Unterschätzung von Cyanobakterien anhand der Sondenmessungen bestanden. Ein wesentlicher Vorteil der Sondenmessungen besteht jedoch in der Möglichkeit zur in-situ Aufnahme von Tiefenprofilen. Die Abschätzung der Zusammensetzung und Abundanz des Phytoplanktons in der Wassersäule vor Ort kann zur gezielten Probenahme genutzt werden und ergänzend Informationen zu nicht mikroskopisch analysierten Horizonten liefern. Die Sondenmessungen eignen sich jedoch nicht als Ersatz für mikroskopische Analysen und sollten nicht unabhängig von diesen betrachtet werden.
Für die Quantifizierung des APP wurde eine durchflusszytometrische Methodik entwickelt, die im Vergleich zur Mikroskopie präzise Zellzahlen ergab und auch die Anteile phycocyanin- und phycoerythrinhaltiger Picoplankter zutreffend widerspiegelte. Der geringe Zeitaufwand für die durchflusszytometrischen Messungen ermöglicht es, das APP in einer höheren räumlichen und zeitlichen Auflösung zu untersuchen. Die statistische Auswertung in Hinblick auf die erhobenen Umweltparameter zeigte für die Abundanz der Picoplankter in den oberflächennahen Wasserschichten signifikante Zusammenhänge zur Wassertemperatur und dem pH-Wert. Unter den untersuchten Nährstoffen spielte nur die Nitratkonzentration in der Vorsperre und im Unterwasservorbecken eine Rolle.
In der bakteriellen Gemeinschaft der Talsperre Saidenbach und der Vorsperre Forchheim wurden als dominante Taxa anhand von Klonierung und 16S-Amplikonsequenzierung typische Süßwasservertreter der jeweiligen Phyla nachgewiesen, z.B. hgcI-clade (Actinobacteria), Limnohabitans (Betaproteobacteria) und C. Pelagibacter (Alphaproteobacteria). Clusteranalysen für DGGE-Profile und 16S-Amplikonsequenzierungsdaten zeigten häufig Ähnlichkeiten der mikrobiellen Gemeinschaft in Vorsperre und Unterwasservorbecken sowie teilweise mit Proben späterer Zeitpunkte aus den weiter stromabwärtsgelegenen Probenahmestellen (S, E). Dies spiegelt möglicherweise einen Längstransport der Arten in der Talsperre wider und bedeutet für die Bewirtschaftung, dass in Vorsperren nicht nur Nährstoffelimination durch gezieltes Phytoplanktonwachstum und –sedimentation stattfindet, sondern sich auch Bakteriengruppen etablieren, die sich bei geeigneten ökologischen Bedingungen auf stromabwärts gelegene Kompartimente der Talsperre ausbreiten können.
Die Zusammensetzung des Bakterioplanktons zeigte für einen Teil der Proben jahresübergreifend wiederkehrende saisonale Muster. Vor allem Proben des Jahres 2013 unterschieden sich jedoch deutlich von den entsprechenden Zeiträumen der anderen Jahre, worin sich meteorologische Besonderheiten (verkürzte Frühjahrszirkulation, sommerliches Starkregenereignis) widerspiegeln. Für die untersuchten Umweltparameter wurden in den aufeinanderfolgenden Jahren jeweils verschiedene Zusammenhänge zur Zusammensetzung des Bakterioplanktons festgestellt. Sowohl anhand der 16S-Amplikonsequenzierungsdaten als auch der DGGE-Profile konnten keine jahresübergreifend wirksamen Umweltfaktoren ermittelt werden, was auch auf den kurzen Untersuchungszeitraum von drei Jahren zurückzuführen ist. Vor allem ist aber davon auszugehen, dass im Gewässerökosystem stets mehrere Faktoren zusammenwirken und mehrstufige, z.T. zeitlich verzögerte Beziehungen zwischen den abiotischen und biotischen Komponenten bestehen.
Für die Entwicklung der Ökosystemkomponenten spielen vor allem in den meso- und oligotrophen Standgewässern auch durch die Zirkulations- und Schichtungsverhältnisse eine entscheidende Rolle, die derzeit durch klimatische Veränderungen einem starken Wandel unterworfen sind. Die entsprechenden Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaft sind nicht absehbar und sollten in Anbetracht ihrer Stoffwechselleistungen im Gewässer ein wesentliches Element langfristiger Untersuchungen sein. Effiziente Verfahren zur Untersuchung verschiedener Komponenten des Phyto- und Bakterioplanktons können dazu einen wichtigen Beitrag leisten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:32691 |
| Date | 11 January 2019 |
| Creators | Hartmann, Anne |
| Contributors | Röske, Isolde, Szewzyk, Ulrich, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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