Räumliche Heterogenität der Phosphor-Konzentration und P-Speziierung in Waldböden in Abhängigkeit vom Wurzelsystem

Einzelne Bäume unterscheiden sich sowohl hinsichtlich ihres Phosphor(-P)-inputs in den Boden als auch ihrer P-Aufnahmeraten aus dem Boden. Es ist daher sehr wahrscheinlich, dass diese zur Entstehung von P-Heterogenitätsmustern im Boden beitragen. Andererseits können bestehende P-Verteilungsmuster die P-Versorgungsstrategien von Bäumen und assoziierten Mikroorganismen beeinflussen. Diese Studie untersucht den Zusammenhang zwischen räumlicher Heterogenität der P-Konzentration und P-Speziierung zweier Standorte mit unterschiedlichem P-Versorgungszustand sowie dem Wurzelsystem einzelner Buchen auf unterschiedlichen Skalen (Aggregat bis Profilskala). Darüber hinaus wird der Einfluss unterschiedlicher P-Verteilungen auf die P-Aufnahme von Buchen und Mikroorganismen analysiert. Die räumliche Heterogenität der Boden-P-Vorräte und bodenbiologischer Parameter wurde mittels NanoSIMS, μ-XRF, μ-XANES, Enzymanalyse und Suberinanalyse sowie geostatistischer Auswerteverfahren erfasst. Desweiteren wurde die Aufnahme von 33P-Eisen(III) phosphat bei verschiedenen räumlichen Heterogenitätsmustern in Buchen und Mikroorganismen in Rhizotronen studiert. Die Vorräte an leicht verfügbaren P-Formen (Pi-NaHCO3) nahmen mit zunehmendem Abstand vom Wurzelsystem einzelner Buchen zu. Gleichzeitig nahm die Aktivität der alkalischen Phosphatase in Wurzelnähe ab, während die Aktivität der sauren Phosphatase anstieg. Am P-reichen Standort hing die räumliche Verteilung der Ptot- und Porg-Vorräte auf der Pedon Skala vor allem von der Verteilung der organischen Bodensubstanz (OBS) aus Wurzeleinträgen (gemessen als Suberin-Konzentration) ab. Im Gegensatz dazu, konnte am P-armen Standort keine räumliche Korrelation zwischen Wurzeln und Ptot oder Porg Vorräten nachgewiesen werden. Die Bodenaggregate beider Standorte unterschieden sich hinsichtlich ihrer P-Verteilungsmuster: Der P des P-reichen Standortes war feinverteilter in Al- und Fe-Mikroaggregaten, während der P des P-armen Standortes in Überzügen von Quarzkörnern konzentriert war. Das Rhizotronexperiment zeigte, dass eine heterogene P-Verteilung die mikrobielle Mobilisierung und Aufnahme von P signifikant begünstigt – ein Prozess, der vorwiegend auf Pilze zurückzuführen ist. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Studie, dass Baumwurzeln und assoziierte Mikroorganismengesellschaften bestehende P Heterogenitätsmuster zur Nährstoffakquise nutzen, aber ebenso zur Entstehung neuer Verteilungsmuster beitragen

Einfluss räumlicher Heterogenität von Phosphor auf die mikrobielle P‑Aufnahme und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in Waldböden

Neben Stickstoff ist Phosphor (P) das wichtigste wachstumslimitierende Nährelement in Böden. Dennoch gibt es wenig Information über die räumliche Heterogenität des P-Gehaltes in Waldböden. Darüber hinaus ist der Effekt einer homogenen versus heterogenen P‑Verteilung im Boden auf die mikrobielle P‑Akquirierung und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft weitgehend unbekannt. Ein Rhizotronexperiment mit P-armem Waldboden wurde durchgeführt um konkurrierende P‑Aufnahmestrategien von Mikroorganismen zu untersuchen. Um den Effekt räumlicher P‑Heterogenität auf pflanzliche und mikrobielle P‑Aufnahme zu eruieren wurden mit F.sylvatica bepflanzte Rhizotrone mit P‑33‑Eisen(III)phosphat, einer relativ immobilen P Quelle, in verschiedenen räumlichen Verteilungen markiert. Die P‑Mobilisierung durch Mikroorganismen wurde mittels einer verbesserten P-33-PLFA-Methode verfolgt, welche die P‑33‑Inkorporierung in Mikroorganismen mit Änderungen in der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften in situ verbindet. Die mikrobielle P-Aufnahme war erhöht in Rhizotronen mit hoher P‑Verfügbarkeit, sowie in solchen mit heterogener P‑Verteilung. Charakteristische PLFA weisen auf eine Akkumulation von Ektomykorrhizapilzen, typischerweise assoziiert mit Buchenwurzeln, in P‑reichen Arealen hin. Diese Ektomykorrhizzapilze führen wahrscheinlich zu einer starken Zunahme der P‑Mobilisierung des ausgebrachten P‑33‑Eisen(III)phosphats in stark P-haltigen Habitaten. Im Gegensatz hierzu benötigen Habitate mit niedriger P-Verfügbarkeit eine komplexer zusammengesetzte mikrobielle Gemeinschaft um unzugängliche P-Quellen zu mobilisieren. Entsprechend fördern hohe P‑Vorkommen die Bildung von Pilzhyphen zur P-Mobilisierung – ein Effekt, der mit sinkendem P-Gehalt abnimmt. Des Weiteren zeigen grampositive und ‑negative Bakterien eine massiv erhöhte P‑Aufnahme unter zunehmend heterogenen P-Verteilungen. Sie stellen jedoch einen kleineren Anteil der mikrobiellen Gemeinschaft als in homogen P‑angereicherten Rhizotronen, was auf einen Vorteil filamentöser Organismen bei heterogener P-Verteilung hindeutet. Entsprechend fördert eine heterogene P-Verteilung in Waldböden die P-Aufnahme mikrobieller Gemeinschaften aus mineralischen P-Quellen mit geringer biologischer Verfügbarkeit in Waldböden

Microvascular engineering in perfusion culture: immunohistochemistry and CLSM findings

BACKGROUND: One of the most challenging problems in tissue engineering is the establishment of vascular supply. A possible approach might be the engineering of microvasculature in vitro and the supply by engineered feeder vessels. METHODS: An in vitro model for a small-diameter vessel was developed and made from adipose tissue stromal cells and human umbilical vein endothelial cells in a tube-like gelatine scaffold. The number of "branches" emerging from the central lumen and the morphology of the central lumen of the vessel equivalent were assessed after 16 days of either pulsatile perfusion culture or culture in rotating containers by evaluation of immunohistochemically stained sections (n = 6 pairs of cultures). Intramural capillary network formation was demonstrated in five experiments with confocal laser scanning microscopy. RESULTS: Perfused specimens showed a round or oval lumen lined by a single layer of endothelial cells, whereas following rotation culture the lumen tended to collapse. Confocal laser scanning microscopy showed more extended network formation in perfused specimens as compared to specimens after rotation culture. Partially highly interconected capillary-like networks were imaged which showed orientation around the central lumen. Perfused specimens exhibited significantly more branches emerging from the central lumen. There were, however, hardly any capillary branches crossing the whole vessel wall. CONCLUSION: Pulsatile perfusion supports the development of vascular networks with physiological appearance. Advances in reactor development, acquisition of functional data and imaging procedures are however necessary in order to attain the ultimate goal of a fully functional engineered supplying vessel

Celebrating 50 years of heart transplant surgery: A missed opportunity to honour Hamilton Naki

Reply to Mankahla N, Dlamini S, Taunyane IC, Maqungo S, Cairncross L, Chiliza B. Celebrating 50 years of heart transplant surgery: A missed opportunity to honour Hamilton Naki. S Afr Med J 2018;108(3):151. https://doi.org/10.7196/SAMJ.2018.v108i3.1311