Methane fluxes, microbial activities and community structures in a wet tundra of the Lena Delta

Wet tundra environments of the Arctic are natural sources of the climate relevant trace gas methane. The underlying biogeochemical processes are not yet well understood. The field investigations were carried out on the island Samoylov (N 72°, E 126°) located in the Lena Delta, Siberia. The study site represented an area of typical polygonal patterned grounds with ice-wedges, which were considered for analyses of methane fluxes, organic matter quality and microbial communities.The mean flux rate of the depression was 53.2 ± 8.7 mg CH4 m-2 d-1, whereas the mean flux rate of the dryer rim part of the polygon was 4.7 ± 2.5 CH4 m-2 d-1. The quantity of dissolved organic matter (DOM), which represents an important C pool for microbial communities, correlated significant with the total concentrations of phospholipid fatty acids and ether lipids (PLFA and PLEL) a measure for microbial biomass. Although permafrost soils represent a large carbon pool, it was shown, that the reduced quality of organic matter leads to a substrate limitation of the microbial metabolism. This is an important finding for modelling and calculating trace gas fluxes from permafrost environments, because the known models are consider only the total carbon amount.It can be concluded by the presented results firstly that microbial communities in permafrost environments are composed by members of all three domains of life at numbers comparable to temperate soil ecosystems and secondly that the permafrost microorganisms are well adapted to the extreme temperature gradient of their environment

Functional Traits Co-Occurring with Mobile Genetic Elements in the Microbiome of the Atacama Desert

Mobile genetic elements (MGEs) play an essential role in bacterial adaptation and evolution. These elements are enriched within bacterial communities from extreme environments. However, very little is known if specific genes co-occur with MGEs in extreme environments and, if so, what their function is. We used shotgun-sequencing to analyse the metagenomes of 12 soil samples and characterized the composition of MGEs and the genes co-occurring with them. The samples ranged from less arid coastal sites to the inland hyperarid core of the Atacama Desert, as well as from sediments below boulders, protected from UV-irradiation. MGEs were enriched at the hyperarid sites compared with sediments from below boulders and less arid sites. MGEs were mostly co-occurring with genes belonging to the Cluster Orthologous Group (COG) categories “replication, recombination and repair,” “transcription” and “signal transduction mechanisms.” In general, genes coding for transcriptional regulators and histidine kinases were the most abundant genes proximal to MGEs. Genes involved in energy production were significantly enriched close to MGEs at the hyperarid sites. For example, dehydrogenases, reductases, hydrolases and chlorite dismutase and other enzymes linked to nitrogen metabolism such as nitrite- and nitro-reductase. Stress response genes, including genes involved in antimicrobial and heavy metal resistance genes, were rarely found near MGEs. The present study suggests that MGEs could play an essential role in the adaptation of the soil microbiome in hyperarid desert soils by the modulation of housekeeping genes such as those involved in energy production.EC/FP7/339231/EU/Habitability of Martian Environments: Exploring the Physiological and Environmental Limits of Life/HOM

Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Struktur und Funktion der Bodenmikroflora

Im ökologischen Landbau gilt es unter umweltschonender Bewirtschaftung trotzdem hohe Erträge zu erzielen. Bisher wurde dies durch konventionelle Pflügung realisiert, diese Maßnahme zerstört aber die Bodenstruktur und damit den Lebensraum wichtiger Organismengruppen. Daher ist es wünschenswert die im konventionellen Landbau schon übliche reduzierte Bodenbearbeitung auch im ökologischen Landbau zu etablieren. Im Rahmen dieses Projektes wurde daher untersucht wie sich die reduzierte Bodenbearbeitung auf das Mikrobiom auswirkt. Da Pflügen insbesondere die Bodenstruktur zerstört, lag der besondere Fokus auf dem bakteriellen Potential strukturbildende Substanzen wie Exo-(EPS) und Lipopolysaccharide (LPS) zu produzieren. Dazu wurden vier Standorte mit unterschiedlicher Bodentextur untersucht. Das Potential zur Bildung von EPS/LPS war generell im Pflughorizont am größten. Als Indikatorgene wurden wza für die EPS-Synthese und lptG und lptF für den LPS Transport identifiziert. Während die Abundanz der Gene nicht durch die Bodenbearbeitung beeinflusst wurde, hat sich die Zusammensetzung der Schlüsselorganismen je nach Standort, Tiefe und Bodenbearbeitung unterschieden. Da die strukturbildenden Eigenschaften der Polysaccharide bei jedem Organismus anders sind, können kleine Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung zu großen Unterschieden in der Aggregatstabilität führen. So hat sich gezeigt, dass trotz vergleichbarer relativer Genabundanzen schluffiger Boden am sensibelsten auf die Bodenbearbeitung reagiert, mit höheren Werten unter reduzierter Bodenbearbeitung. Die sowieso schon schlechte Aggregierung in sandigen Böden, konnte nicht verbessert werden. Alternativ könnte man hier aber durch reduzierte Bodenbearbeitung die Entwicklung von BBK unterstützen, die wie sich gezeigt hat ein großes Potential für die Speicherung von Nährstoffen haben, als auch die Bildung von EPS/LPS. Interessanterweise haben die Netzwerkanalysen ergeben, dass insbesondere Bakterien, die das Pflanzenwachstum unterstützen wie Micromonapsora und Actinobacteria durch die Bodenbearbeitung beeinflusst werden. Sie akkumulieren im Oberboden bei reduzierter Bearbeitung und unter dem Pflughorizont bei den Pflugvarianten und folgen somit der Wurzelpenetrationstiefe

Relationships between soil physicochemical properties and nitrogen fixing, nitrifying and denitrifying under varying land-use practices in the northwest region of Argentina

The aim of this study was to evaluate the response pattern of diazotrophic microbes, denitrifiers and nitrifiers to different types of land use management, such as soybean monoculture (M) during 5 and 24 years (M5 and M24) and soybean-maize rotation (R) during 4 and 15 years (R4 and R15) in two subsequent years at the time point of flowering. Soil samples from a site recently introduced into agriculture (RUA) and a pristine soil under native vegetation (NV) were used as controls. Abundances of different functional groups of microbes were assessed using the direct quantification of marker genes by quantitative real-time PCR using extracted DNA from rhizosphere samples. In addition, soil chemical and physical properties were analysed and correlated with the abundance data from the functional microbial groups under investigation. Overall, the results indicate that the abundance of nifH genes was higher under R treatments compared to M treatments. The abundance of ammonium monooxygenase genes amoA (AOA) was generally higher under rotation systems and decreased under M24. RUA evidenced a negative effect on the establishment and development of AOA communities. The influence of land use on nirS abundance was inconsistent. However, R treatments showed a high abundance of nirK genes compared to M treatments. In both growing seasons, the abundance of nosZ genes was higher under NV compared with the other treatments. Furthermore, M24 treatment was related to strongly changed chemical and physical soil properties compared with the other sites. As expected, soil samples from RUA showed the strong dynamics of measured parameters indicating the high sensitivity of soils under transition to environmental parameters. Our results also indicated that the long-term crop rotation modified the abundance of the investigated microbial groups compared to the monoculture and increased soil chemical and physical quality. Therefore, our results provide evidence for a stimulatory effect of the long-term crop rotation on the abundance of microbes involved in N transformation.Fil: Perez Brandan, Carolina Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; ArgentinaFil: Meyer, Annabel. Helmholtz Center Munich German Research Center For Environmental Health; AlemaniaFil: Meriles, Jose Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal; ArgentinaFil: Huidobro, Jorgelina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; ArgentinaFil: Schloter, Michael. Helmholtz Center Munich German Research Center For Environmental Health; AlemaniaFil: Vargas Gil, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

The Influence of Land Use Intensity on the Plant-Associated Microbiome of Dactylis glomerata L.

In this study, we investigated the impact of different land use intensities (LUI) on the root-associated microbiome of Dactylis glomerata (orchardgrass). For this purpose, eight sampling sites with different land use intensity levels but comparable soil properties were selected in the southwest of Germany. Experimental plots covered land use levels from natural grassland up to intensively managed meadows. We used 16S rRNA gene based barcoding to assess the plant-associated community structure in the endosphere, rhizosphere and bulk soil of D. glomerata. Samples were taken at the reproductive stage of the plant in early summer. Our data indicated that roots harbor a distinct bacterial community, which clearly differed from the microbiome of the rhizosphere and bulk soil. Our results revealed Pseudomonadaceae, Enterobacteriaceae and Comamonadaceae as the most abundant endophytes independently of land use intensity. Rhizosphere and bulk soil were dominated also by Proteobacteria, but the most abundant families differed from those obtained from root samples. In the soil, the effect of land use intensity was more pronounced compared to root endophytes leading to a clearly distinct pattern of bacterial communities under different LUI from rhizosphere and bulk soil vs. endophytes. Overall, a change of community structure on the plant–soil interface was observed, as the number of shared OTUs between all three compartments investigated increased with decreasing land use intensity. Thus, our findings suggest a stronger interaction of the plant with its surrounding soil under low land use intensity. Furthermore, the amount and quality of available nitrogen was identified as a major driver for shifts in the microbiome structure in all compartments

Site-Specific Conditions Change the Response of Bacterial Producers of Soil Structure-Stabilizing Agents Such as Exopolysaccarides and Lipopolysaccarides to Tillage Intensity

Agro-ecosystems experience huge losses of land every year due to soil erosion induced by poor agricultural practices such as intensive tillage. Erosion can be minimized by the presence of stable soil aggregates, the formation of which can be promoted by bacteria. Some of these microorganisms have the ability to produce exopolysaccharides and lipopolysaccharides that "glue" soil particles together. However, little is known about the influence of tillage intensity on the bacterial potential to produce these polysaccharides, even though more stable soil aggregates are usually observed under less intense tillage. As the effects of tillage intensity on soil aggregate stability may vary between sites, we hypothesized that the response of polysaccharide-producing bacteria to tillage intensity is also determined by site-specific conditions. To investigate this, we performed a high-throughput shotgun sequencing of DNA extracted from conventionally and reduced tilled soils from three tillage system field trials characterized by different soil parameters. While we confirmed that the impact of tillage intensity on soil aggregates is site-specific, we could connect improved aggregate stability with increased absolute abundance of genes involved in the production of exopolysaccharides and lipopolysaccharides. The potential to produce polysaccharides was generally promoted under reduced tillage due to the increased microbial biomass. We also found that the response of most potential producers of polysaccharides to tillage was site-specific, e.g., Oxalobacteraceae had higher potential to produce polysaccharides under reduced tillage at one site, and showed the opposite response at another site. However, the response of some potential producers of polysaccharides to tillage did not depend on site characteristics, but rather on their taxonomic affiliation, i.e., all members of Actinobacteria that responded to tillage intensity had higher potential for exopolysaccharide and lipopolysaccharide production specifically under reduced tillage. This could be especially crucial for aggregate stability, as polysaccharides produced by different taxa have different "gluing" efficiency. Overall, our data indicate that tillage intensity could affect aggregate stability by both influencing the absolute abundance of genes involved in the production of exopolysaccharides and lipopolysaccharides, as well as by inducing shifts in the community of potential polysaccharide producers. The effects of tillage intensity depend mostly on site-specific conditions

Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von mikrobiellen Gemeinschaften in ökologisch und konventionell bewirtschafteten Ackerböden

Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von mikrobiellen Gemeinschaften in ökologisch und konventionell bewirtschafteten Ackerböden

Strategien zur Effizienzsteigerung von Konstruktion und Fertigung für einen optimierten Produktionsentwicklungsprozess im Sondermaschinenbau

Technische Datenverarbeitung hat wie keine andere Technologie den Produktentstehungsprozess auch und gerade im Maschinenbau revolutioniert. Alle Teilbereiche dieses Prozesses werden durch eine Vielzahl unterschiedlicher Softwarewerkzeuge abgedeckt. Das Ergebnis sind im Laufe von Jahren entstandene inhomogene IT-Infrastrukturen und eine Vielzahl inkompatibler Formate bei den erzeugten Daten. Die vorliegende Arbeit zeigt am Beispiel der Fa. Fleissner ein Unternehmen, das vorwiegend im Bereich des Sondermaschinenbaus tätig ist die Entwicklung und Umsetzung eines Gesamtkonzeptes auf, mit dessen Hilfe eine Möglichkeit geschaffen wird, vorhandene Systeme und Prozesse in eine ganzheitliche und zukunftsorientierte IT-Gesamtstruktur zu überführen. Dabei wird darauf geachtet, dass es die Modularität des Konzeptes zulässt, auch Teilbereiche daraus zu realisieren und somit wirtschaftliche Randbedingungen des Unternehmens in die Betrachtung einbeziehen. Kern der Konzeption ist die Einführung eines Systems für das Product-Lifecycle-Management (PLM), das als zentrale Verwaltungseinheit der entlang des Produktlebenszyklus entstehenden Daten und dessen begleitenden Prozessen fungiert. Hier werden alle dem Produkt zugeordneten Informationen, unabhängig von deren Format oder Ursprung, revisionsabhängig abgelegt. Dies bedingt die Integration von bestehenden Daten aus den früher vorrangig eingesetzten 2D-CAD-Systemen (ME10) genauso, wie die Verwaltung von aktuellen 3D-CAD-Modellen und beliebigen Dokumenten aus Altzeichnungsarchiven oder Textverarbeitungsprogrammen. Hieraus entsteht ein zentraler Informationspool, der den Zugriff auf produktrelevante Daten mit einer Geschwindigkeit und Qualität zulässt, die einen signifikanten Produktivitätsgewinn mit sich bringt. Nicht nur Abteilungen, die direkt am Entwicklungs- und Fertigungsprozess beteiligt sind, profitieren hiervon, sondern alle Abteilungen im Unternehmen, die zu irgendeinem Zeitpunkt Zugriff auf eine bestimmte Informationen brauchen und diese in kürzester Zeit erhalten. Zusammen mit der konsequenten Nutzung von parametrischer 3D-CAD-Technolgie entsteht eine Lösung, die eine Standardisierung des Produktspektrums zulässt und damit eine signifikante Reduzierung der verwendeten Teilevielfalt realisiert. Gleichzeitig werdenMöglichkeiten geschaffen, über die eine Optimierung der Produktentstehungsprozesse erreicht wird und die es dennoch zulassen, diese Prozesse flexibel zu handhaben. Das Gesamtkonzept ist allgemeingültig gehalten, sodass es jederzeit auf die Belange anderer Unternehmen übertragbar ist. Dort, wo kundenspezifische Anpassungen vorgenommen werden mussten, sind auch diese so realisiert, dass sie mit geringem Aufwand an ähnliche Anforderungen anpassbar sind. Dies wird deutlich in den Individualprogrammen, die für die Dokumentenausgabe realisiert wurden. Hier sind alle Parameter so definiert, dass sie problemlos für die Anforderungen an Prozesse oder geräteseitige Bedingungen anderer Unternehmen umgestellt werden können. Das Gesamtkonzeptes wurde im Referenzunternehmen umgesetzt und führte zu deutlichen Verbesserungen hinsichtlich der Qualität der Prozessabläufe und der verwendeten Daten. Durch die Modularität der Konzeption ist gewährleistet, dass sowohl zukünftige Entwicklungen im Bereich der Informationstechnologie ohne Schwierigkeiten adaptierbar sind, als auch die Einarbeitung neuer aus der Unternehmensentwicklung erwachsender Anforderungen möglich bleiben