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E-Book

Mikrobiologische Gewässeranalytik. Am Beispiel der Untersuchung einer Trinkwassertalsperre

AutorRené Kaden
VerlagDiplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl156 Seiten
ISBN9783836617413
FormatPDF
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis43,00 EUR

Dieses Werk veranschaulicht am Beispiel der Untersuchung einer Trinkwassertalsperre die Herangehensweise und Durchführung von Versuchen zur mikrobiologischen Analytik des Pelagials und des Sedimentes von Süßwasserseen. Dabei wurde großer Wert auf die Nachvollziehbarkeit der vielen eingesetzten Methoden gelegt.

Neben den klassischen Verfahren der Mikrobiologie, wie der Kultivierung auf Nährböden wurden auch molekulare Detektionsmethoden genutzt.

So wird zum Beispiel detailliert die catalyzed reporter deposition fluoreszenz in-situ Hybridisierung (CARD FISH) bebeschrieben. Die in den Versuchen gewonnenen Daten werden im jahreszeitlichen Verlauf betrachtet. Außerdem wurden einige Sonden hinsichtlich Ihrer Spezifität und Hybridisierungseffizienz genau untersucht. Für den Forscher lassen sich daraus wertvolle Informationen über die Grenzen der genutzten Sonden ableiten. Weitere vorgestellte Methoden sind die PCR, die Klonierung und die Sequenzierung. Die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungen werden jeweils interpretiert und mit den Daten der anderen Methoden verglichen.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Nachweis somatischer Coliphagen sowie F-spezifischer Bakteriophagen erläutert und das Testsystem BIOLOG® zur schnellen Analytik biochemischer Umsatzleistungen vorgestellt. Eine Speziesunterscheidung mittels Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP) unter Nutzung der Enzyme EcoRI, HhaI und RsaI wird mit den Grenzen dieser Methode ebenfalls betrachtet und erläutert. Außerdem wird dargestellt, wie eine potentiell neu kultivierte Spezies von den nächsten Verwandten abgegrenzt und genauer charakterisiert wird.

Mittels mycobakterienspezifischer Klonierung sowie speziellen Kultivierungsversuchen mit Selektivnährmedien zur Anzucht von Mycobakterien wurde abschließend die Anwesenheit von Mycobakterien in der Talsperre untersucht.

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Leseprobe

Kapitel 3.3.3 Vergleich Pelagial und Sediment:

Betrachtet man die relativen Häufigkeiten der nachgewiesenen Klassen in der Sedimentfalle und im ersten Horizont von E der Proben vom September 2005, stellt man fest, daß den Erwartungen entsprechend die Bakterienklassen, deren Arten hauptsächlich im Pelagial leben, in größeren Mengen in E0 nachgewiesen werden konnten. Dies trifft insbesondere für einen Teil der Arten der Alpha Proteobacteria sowie uneingeschränkt für Cyanobacteria und Verrucomicrobiae zu. Klassen, welche nicht in der Sedimentfalle gefunden wurden, hatten entweder ihre pelagiale Massenentwicklung abgeschlossen oder kommen ausschließlich im Sediment vor. Das wurde bei den durchgeführten Untersuchungen bei den Klassen der Beta Proteobacteria, Chloroflexi und den Acidobacteria beobachtet.

Die mittels Klonierung häufig nachgewiesenen Chloroflexi spp. besitzen Bakterienchlorophyll a und c. Sie leben photoautotroph bzw. im Sediment chemoorganotroph. Die filamentösen, gramnegativen Stäbchen erreichen Längen von 6 Mikrometer und bewegen sich durch Gleiten fort. Die einzig beschriebene Art dieser Klasse, das orangefarbene Bakterium Chloroflexus aurantiacus, hat ein Temperaturoptimum von 52 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius, deren mesophile Varietät eines von 20 Grad Celsius bis 25 Grad Celsius. Daher kann von einem natürlichen Vorkommen von Chloroflexus aurantiacus im Sediment von E1 ausgegangen werden.

Besonderheiten der Proben der Vorsperre Forchheim:

Von der Probenahmestelle F wurde der erste Horizont der Schichtung vom August 2006 untersucht. Da vom gleichen Monat keine DNA vergleichbarer Horizonte von E kloniert wurde, soll die Probe im Folgenden einzeln betrachtet werden. Da das Gewässer an der Probenahmestelle F eine Tiefe von nur 6 Metern aufweist und viele organische sowie anorganische Schwebstoffe vorhanden sind, finden Sedimentationsprozesse in größerem Umfang statt. Es konnte 16S rRNA der Klassen Cyanobacteria, Alpha Proteobacteria, Actinobacteria, Sphingobacteria und Chloroflexi nachgewiesen werden.

Nicht kloniert wurde DNA von Flavobakterien, welche im Pelagial im April noch vorhanden waren (s. Kap. 3.6). In der Vorsperre Forchheim ist der Eintrag von Biomasse so stark, daß eine sehr hohe Sedimentationsrate erreicht wird (UHLMANN 2001). Nach einer Massenentwicklung von Flavobakterien im Frühjahr bzw. Frühsommer wurden die wenigen sedimentierenden Bakterien, welche nicht gefressen wurden (vgl. Kap. 3.2.2), vermutlich relativ schnell im Sediment abgebaut.

In größeren Mengen wurde die 16S rRNA von Cyanobakterien kloniert. Diese Klasse zeigt im Sommer bis Spätsommer üblicherweise eine Massenentwicklung, was die Ergebnisse (s. Tab. 3.9) belegen."

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis3
Abkürzungsverzeichnis5
1 Einleitung8
1.1 Ökologie von Talsperren8
1.2 Die Talsperre Saidenbach10
1.3 Aspekte der Trinkwasseraufarbeitung13
1.4 Mikrobielle Biozönose14
1.4.1 Phagen15
1.4.2 Mycobakterien18
1.5 Zielstellung20
2 Material und Methoden21
2.1 Bakterienstämme, Phage, Plasmid21
2.2 Nährmedien22
2.2.1 Nährmedium zur Anzucht von E. coli bei der Klonierung22
2.2.2 Nährmedien zur Untersuchung biochemischerStoffwechselleistungen23
2.2.3 Mycobakterien-Kultivierung29
2.2.4 Medien zur Phagen-Untersuchung30
2.3 Probenahme und Abtrennung31
2.4 Molekularbiologische Methoden34
2.4.1 DNA-Extraktion34
2.4.2 Polymerase Chain Reaction (PCR)35
2.4.3 Gelelektrophorese und DNA-Detektion37
2.4.4 DNA-Extraktion aus Agarosegel38
2.4.5 Klonierung (Invitrogen 2004)39
2.4.6 Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP)40
2.4.7 Sequenzierung40
2.4.8 Datenbank NCBI Blast42
2.4.9 Catalyzed reporter deposition fluoreszenz in-situ Hybridisierung43
2.5 Bakteriophagen-Plaquetest48
2.5.1 Phagenextraktion48
2.5.2 Somatische Coliphagen48
2.5.3 F-spezifische Bakteriophagen50
2.6 Kultivierung und Bestimmung von Mikroorganismen51
2.6.1 Bakterienkultur auf Wassermedium51
2.6.2 BIOLOG52
2.6.3 Mycobakterien54
2.6.4 Rasterelektronenmikroskopie57
3 Ergebnisse und Diskussion58
3.1 Phagenuntersuchung58
3.2 CARD-FISH62
3.2.1 Vergleich kumulative Berechnung vs. Einzelwertbetrachtung62
3.2.2 Vergleich ALF1b mit ALF96863
3.2.3 Allgemeine Verteilung der Bakteriengruppen66
3.2.4 Jahreszeitliche Betrachtung der Bakteriengruppen im Sediment69
3.2.5 Auftreten der Bakteriengruppen 2005 und 200671
3.2.6 Tiefenprofilabhängige Verteilung der Bakterien im Sediment72
3.3 Allgemeine 16S-Klonierung und Sequenzierung76
3.3.1 Artenspektrum79
3.3.2 Jahreszeitlicher Vergleich80
3.3.3 Vergleich Pelagial und Sediment83
3.3.4 Besonderheiten der Proben der Vorsperre Forchheim83
3.4 Vergleich der Ergebnisse von CARD FISH und Klonierung84
3.5 Untersuchung bakterieller Stoffwechselleistungen mittelsBIOLOG87
3.5.1 Average Well Color Development (AWCD)87
3.5.2 Vergleich der Proben88
3.6 Wassermedium Kulturen92
3.6.1 Charakterisierung der Kulturen auf Wassermedium92
3.6.2 Charakterisierung einer neuen Spezies99
3.6.3 Abgrenzung der neuen Spezies von bekannten Arten104
3.7 Mycobakterien106
Zusammenfassung114
Tabellenanhang116
Literatur145
Autorenprofil154

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