Mobilization of phosphorus from secondary minerals by the arbuscular mycorrhiza Rhizophagus irregularis and consequences for carbon sequestration in soils

Phosphorus can be a major limiting factor for plant growth due to its slow diffusion and high degree of immobilization in soils. Understanding the strategies evolved by plant-symbiont couples increasing P uptake is crucial, under the aim of adopting the involved mechanisms by modern sustainable agriculture. This study aims to explore whether tomato plants mycorrhized with the arbuscular mycorrhizal (AM) fungi Rhizophagus irregularis have the ability to mobilize P from secondary minerals and organic sources. Our hypothesis was that AM-bearing plants will invest more carbon to their fungal symbiont in case P must be exploited from less accessible P sources. For this, we carried out a time course experiment (91 days) with split-chamber mesocosms ensuring the mobilization of P by the mycorrhizal partner only. Orthophosphate (OP) and phytic acid (PA) in their free state and adsorbed to goethite (GOE-OP; GOE-PA) have been offered to the host plant. According to our knowledge, this is the first report where an organic P source bonded to a secondary mineral has been tested as a plant P source via the mycorrhizal P uptake pathway. The PLFA 16:1ω5c is known to be part of the membrane constituents and it is considered a good AM biomass estimator (Olsson and Wilhelmsson 2000). In our study it correlated positively with incorporated P and the AM plant root activity (arbuscules %) for all provided P sources. Additionally, those AM plants which accessed OP and GOE-OP also showed a positive significant correlation of the arbuscules percentages, with the incorporated P, the PLFA 18:1ω7c, and in case of GOE-PA also with the PLFA 18:2ω6,9. These two PLFA biomarkers have been previously found in R. irregularis hyphae (Olsson et al. 2002) and might indicate that AM fungi modified their fatty acid composition in the hyphae during the mobilization of P from the different P sources. As fungal energy storage we also measured the NLFA 16:1ω5c. It was significantly higher for both P sources bonded to goethite compared to free OP and PA. These results point towards different C investment to uptake of P though the mycorrhizal pathway having a direct consequence for the carbon sequestration in soils

Verteilung und Bindungsformen von Uran in Niedermoorböden

Moorböden gelten als wichtige geochemische Senke für Uran (U). Dennoch wurde die Uranbindung in Moorböden bislang nur unzureichend erforscht. Die potentiellen Mechanismen der Uranfestlegung in organischen Böden sind vielfältig und reichen von der Fällung UIV/VI-haltiger Minerale (z.B. Uraninit, UIVO2) bis zur Komplexierung von UIV/VI auf organischen sowie anorganischen Oberflächen. Das Ziel unserer Arbeit bestand daher in der Erforschung der räumlichen Verteilung sowie der Bindungsmechanismen von geogenem U in alpinen Niedermoorböden (Umax = 335 mg/kg; pH = 4.7-6.6, Eh = -127 bis 463 mV) mittels Synchrotron-basierter Röntgenfluoreszenzspektrometrie sowie Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES und EXAFS). Unsere Ergebnisse zeigen, dass U auf der Mikrometerskala heterogen verteilt und mit partikulärer organischer Substanz assoziiert ist. Mikrofokussierte U L3-Kanten XANES-Messungen von uranreichen Partikeln ergaben 35-68% UIV. Die Auswertungen von U L3-Kanten EXAFS-Spektren ausgewählter Bodenproben belegen, dass sowohl UIV als auch UVI in bidentat-mononuklearen Carboxylatkomplexen gebunden sind. Dabei kann die Bildung organischer UIV-Komplexe mit der Reduktion von organisch komplexiertem UVI im stark anoxischen Milieu erklärt werden. Insgesamt verdeutlichen unsere Untersuchungen, dass die Fällung uranhaltiger Mineralphasen sowie die Adsorption von U auf Sesquioxid- und Schichtsilikatoberflächen am Untersuchungsstandort eine nur untergeordnete Rolle für die Uranfestlegung spielen

Interaktionen von gelöstem organischem Kohlenstoff mit adsorbierter organischer Substanz in ungestörten Bodensäulen

In der organischen Auflage von Waldböden werden große Mengen gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) gebildet. Die DOC-Konzentrationen im Sickerwasser nehmen allerdings im Mineralboden mit zunehmender Tiefe auf Grund von Adsorption an reaktiven Mineraloberflächen stark ab und die Zusammensetzung der gelösten organischen Substanz (DOM) ändert sich von vorwiegend pflanzenbürtigen Stoffen zu Stoffen mikrobieller Herkunft. Damit einhergehend nimmt der Anteil aromatischer Verbindungen ab. Der Transport von DOM wird daher als Resultat einer Kaskade von Adsorption und Rücklösung bzw. Desorption organischer Stoffe betrachtet, bei der die weniger bindungsaffinen Substanzen von jüngerer organischer Substanz von den Bindungsplätzen verdrängt und mit dem Sickerwasser in größere Tiefe verlagert werden. Um diese komplexen Prozesse nachzuvollziehen, wurde ein Säulenexperiment durchgeführt, in dem ungestörte Bodensäulen mit zunehmender Entnahmetiefe nacheinander mit der jeweils aus der darüber liegenden Säule austretenden Bodenlösung perkoliert wurden. In jede dieser Säulen wurde Goethit integriert, der mit C-13 markierter natürlicher organischer Substanz belegt war. Dies ermöglichte, die Austauschprozesse an der Mineraloberfläche zu quantifizieren und den Transport des ausgetauschten Kohlenstoffs (angereichert mit C-13) mit der Tiefe zu verfolgen. Die Belegung der Oberfläche des Goethites wurde anhand von NanoSIMS Messungen quantifiziert, die eine ungleichmäßige, punktuelle Anlagerung des Kohlenstoffs zeigten. Die einzelnen Bereiche unterschieden sich in ihrer Abundanz von C-13, und es konnten so Flächen mit unterschiedlich intensiven Interaktionen mit der Bodenlösung identifiziert werden. Die Ergebnisse dieses Experiments bestätigen das Kaskaden-Modell. Zum einen hat sich die Bodenlösung vergleichbar mit Feldexperimenten in ihrer Aromatizität verringert und zum anderen wurde in jeder der drei Tiefenstufen ein größerer Gehalt an C-13 in den Lösungen gemessen. Folglich fungierte der Goethit in allen drei Tiefen gleichzeitig als C-Senke (Adsorption von DOC) und C-Quelle, was ohne den Einsatz stabiler Isotope nicht hätte nachgewiesen werden können. Selbst in diesem stark verkürzten Tiefenprofil (27 cm kumulierte Säulenlänge simulierten 100cm Bodenprofil) kam es zu einer deutlichen Mobilisierung von zuvor an Fe-Oxiden adsorptiv gebundener organischer Substanz, die von einer starken Veränderung in der DOM Zusammensetzung begleitet wurde

Verteilung und Stabilität der organischen Substanz in marinen und ästuarinen Mangrovenböden

Böden unter Mangrovenwäldern können hohe Vorräte organischen Kohlenstoffs (Corg) aufweisen. Um Aussagen über die Nachhaltigkeit der Corg-Speicherung in den Böden treffen zu können, ist neben dem Vorrat auch die Stabilität funktional unterschiedlicher Fraktionen der organischen Bodensubstanz von zentraler Bedeutung. Hierfür haben wir unterschiedliche Mangrovenböden mittels Dichtefraktionierung in partikuläre und Mineral-assoziierte organische Substanz separiert. Darüber hinaus wurden die Fraktionen hinsichtlich ihrer δ13C Signatur sowie ihres 14C-Alters untersucht, um Hinweise auf deren Stabilität zu bekommen. Für die mineralischen Mangrovenböden spielt die partikuläre organische Substanz mit steigender Corg-Konzentration eine zunehmende Rolle als Kohlenstoffspeicher. Außerdem zeigte sich, dass in ästuarinen Mangroven dem Fluss durch seinen Nährstoffeintrag, insbesondere von Stickstoff, eine bedeutende Rolle zugemessen werden muss. Flussnahe Standorte wiesen deutlich größere Unterschiede zwischen den δ13C-Signaturen beider Fraktionen auf als flussferne Standorte, was auf einen höheren Umsatz in den flussnahen Mangrovenböden hinweist. Dies wird zudem durch die 14C-Datierungen gestützt. Die höchsten Alter konnten für die marinen Mangrovenböden gemessen werden, während ästuarine Mangrovenstandorte je nach Lage zum Fluss mittlere bis rezente Alter aufwiesen. Marine Mangrovenböden repräsentieren über die Akkumulation großer Mengen partikulärer organischen Substanz verbunden mit einem langsamen Umsatz den bedeutendsten Corg-Speicher, während ästuarinen Mangrovenböden aufgrund eines erhöhten Umsatzes weniger effektiv Corg-Speicher darstellen

Restless Legs Syndrome Prevalence and Clinical Correlates Among Psychiatric Inpatients: A Multicenter Study.

Background There are only limited reports on the prevalence of restless legs syndrome (RLS) in patients with psychiatric disorders. The present study aimed to evaluate the prevalence and clinical correlates in psychiatric inpatients in Germany and Switzerland. Methods This is a multicenter cross-sectional study of psychiatric inpatients with an age above 18 years that were diagnosed and evaluated face-to-face using the International RLS Study Group criteria (IRLSSG) and the International RLS severity scale (IRLS). In addition to sociodemographic and biometric data, sleep quality and mood were assessed using the Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI), the Insomnia Severity Index (ISI), the Epworth Sleepiness Scale (ESS), and the Patient Health Questionnaire (PHQ-9). In addition to univariate statistics used to describe and statistically analyze differences in variables of interest between patients with and without RLS, a logistic model was employed to identify predictors for the occurrence of RLS. Results The prevalence of RLS in a sample of 317 psychiatric inpatients was 16.4%, and 76.9% of these were diagnosed with RLS for the first time. RLS severity was moderate to severe (IRLS ± SD: 20.3 ± 8.4). The prevalences in women (p = 0.0036) and in first-degree relatives with RLS (p = 0.0108) as well as the body mass index (BMI, p = 0.0161) were significantly higher among patients with RLS, while alcohol consumption was significantly lower in the RLS group. With the exception of atypical antipsychotics, treatment with psychotropic drugs was not associated with RLS symptoms. Regarding subjective sleep quality and mood, scores of the PSQI (p = 0.0007), ISI (p = 0.0003), and ESS (p = 0.0005) were higher in patients with RLS, while PHQ-9 scores were not different. A logistic regression analysis identified gender (OR 2.67; 95% CI [1.25; 5.72]), first-degree relatives with RLS (OR 3.29; 95% CI [1.11; 9.73], ESS score (OR 1.09; 95% CI [1.01; 1.17]), and rare alcohol consumption (OR 0.45; 95% CI [0.22; 0.94] as predictors for RLS. Conclusions Clinically significant RLS had a high prevalence in psychiatric patients. RLS was associated with higher BMI, impaired sleep quality, and lower alcohol consumption. A systematic assessment of restless legs symptoms might contribute to improve the treatment of psychiatric patients

Biogenic weathering bridges the nutrient gap in pristine ecosystems - a global comparison

In many pristine ecosystems there seems to be negative nutrient budget existent, meaning that export exceeds the input received by aeolian deposition and physico-chemical weathering. Such ecosystems should degrade rather quickly, but are often found surprisingly stable on the long run. Our hypothesis was that this nutrient gap is an artefact caused by not considering the contribution of photoassimilatory-mediated biogenic weathering to the overall nutrient input, which might constitute an additional, energetically directed and demand driven pathway. Here, we firstly evaluated the evolution of mutualistic biogenic weathering along an Antarctic chronosequence and secondly compared the biogenic weathering rates under mycorrhized ecosystems over a global gradient of contrasting states of soil development. We found the ability to perform biogenic weathering increasing along its evolutionary development in photoautotroph-symbiont interaction and furthermore a close relation between fungal biogenic weathering and available potassium across all 16 forested sites in the study, regardless of the dominant mycorrhiza type (AM or EM), climate, and plant-species composition. Our results point towards a general alleviation of nutrient limitation at ecosystem scale via directional, energy driven and on-demand biogenic weathering

Isolation and purification of Cu-free methanobactin from Methylosinus trichosporium OB3b

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The isolation of highly pure copper-free methanobactin is a prerequisite for the investigation of the biogeochemical functions of this chalkophore molecule produced by methane oxidizing bacteria. Here, we report a purification method for methanobactin from <it>Methylosinus trichosporium </it>OB3b cultures based on reversed-phase HPLC fractionation used in combination with a previously reported resin extraction. HPLC eluent fractions of the resin extracted product were collected and characterized with UV-vis, FT-IR, and C-1s NEXAFS spectroscopy, as well as with elemental analysis and ESI-MS.</p> <p>Results</p> <p>The results showed that numerous compounds other than methanobactin were present in the isolate obtained with resin extraction. Molar C/N ratios, mass spectrometry measurements, and UV-vis spectra indicated that methanobactin was only present in one of the HPLC fractions. On a mass basis, methanobactin carbon contributed only 32% to the total organic carbon isolated with resin extraction. Our spectroscopic results implied that besides methanobactin, the organic compounds in the resin extract comprised breakdown products of methanobactin as well as polysaccharide-like substances.</p> <p>Conclusion</p> <p>Our results demonstrate that a purification step is indispensable in addition to resin extraction in order to obtain pure methanobactin. The proposed HPLC purification procedure is suitable for semi-preparative work and provides copper-free methanobactin.</p

Contribution of humic substances from different composts to the synthesis of humin in a tropical soil

The contribution of humic substances of different composts to the synthesis of humin in a tropical soil was evaluated. Increasing doses (0, 13, 26, 52, and 104 Mg ha-1) of five different composts consisting of agroinpowderrial residues were applied to a Red-Yellow Latosol. These composts were chemically characterized and 13C NMR determined and the quantity of the functional alkyl groups of humic acids applied to the soil as compost was estimated. Thirty days after application of the treatments, organic matter samples were collected for fractionation of humic acids (HA), fulvic acids (FA) and humin (HU), from which the ratios HA/FA and (HA + FA)/HU were calculated. The application of the composts based on castor cake resulted in the highest HU levels in the soil; alkyl groups of the HA fraction of the composts were predominant in the organic components added to the HU soil fraction.Avaliou-se a contribuição de substâncias húmicas provenientes de diferentes compostos orgânicos na síntese de humina em um solo tropical. Para isso, foram adicionadas doses crescentes (0, 13, 26, 52 e 104 Mg ha-1) de cinco diferentes compostos orgânicos formulados com resíduos orgânicos agroindustriais em um Latossolo Vermelho-Amarelo. As substâncias húmicas desses compostos foram caracterizadas quimicamente e por ressonância nuclear magnética do 13C, sendo estimados os quantitativos dos grupos funcionais alquil dos ácidos húmicos aplicados no solo via composto. Trinta dias após aplicação dos tratamentos, coletaram-se amostras de solo para fracionamento da matéria orgânica em ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (FA) e humina (HU), a partir dos quais foram calculadas as relações AH/FA e (AH + FA)/HU. A aplicação do composto à base de torta de mamona contribuiu para obtenção de teores mais elevados de HU no solo; a incorporação de componentes orgânicos à fração HU do solo foi regida pelo conteúdo de grupos alquil da fração AH dos compostos