Veränderungen in der genetischen Biodiversität von Algen und Cyanobakterien in terrestrischen Oberflächenumgebungen von Wald und Grünland unter den Einflüssen von Landnutzung und Vegetation
Algen (photoautotrophe Protisten) und Cyanobakterien sind essentielle Komponenten mikrobieller Gesellschaften in Böden. Sie machen etwa 6% der globalen Nettoprimärproduktion der terrestrischen Vegetation aus. Aufgrund ihrer photosynthetischen Lebensweise geben die Bodenalgen und -cyanobakterien dem Boden Energie, Kohlenstoff und Sauerstoff. Daneben haben sie noch zahlreiche andere vorteilhafte Effekte auf ihre Habitate im Boden, wie z.B. eine Zunahme der Fruchtbarkeit, Verbesserung des hydrologischen Regimes im Boden und eine stimulierende Wirkung auf andere mikrobielle Aktivitäten. Als Pioniere bei der Besiedlung von Böden wirken sie der Bodenerosion entgegen. Sie sind eine wichtige Nahrungsresource für Kleintiere im Boden.
Jedoch wird die Bedeutung der Biodiversität der Bodenalgen und -cyanobakterien für die komplexen Prozesse im Boden bisher unterschätzt, was offensichtlich an einer unzureichenden Kenntnis ihrer Biodiversität liegt. Welches die Determinanten ihrer Biodiversität in realen Landschaften sind, ist noch nicht verstanden. So ist zum Beispiel unklar, wie sehr Landnutzung und Vegetation die genetische Biodiversität der photoautotrophen mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen.
Ziel des Projektes ist eine umfassende Einschätzung der Biodiversität von Algen und Cyanobakterien auf Artebene und genotypischer Auflösung in den oberen Bodenschichten (Oberflächenböden, 0- 5 cm) und damit verbundenen Lebensräumen, d.h. Totholz und Baumrinde. Wir untersuchen die Veränderungen in der Biodiversität der Bodenalgen unter verschiedenen Landnutzungen, im Wald wie im Grünland. Ziel ist, die Faktoren, die die Biodiversität der Bodenalgen bestimmen, herauszuarbeiten.
Unser Projekt bezieht die gemeinsame multi-site Experimente, d.h. FOX in Waldflächen und LUX/REX im Grünland, mit ein. Effekte unterschiedlicher Landnutzung, wie etwa das Öffnen der Kronendecke im Wald, die Düngung von Grünland und Störungen der Bodenoberfläche, auf die Biodiversität von Bodenalgen und -cyanobakterien, werden untersucht.
Folgende Arbeitshypothesen stehen im Vordergrund:
- Die genetische Diversität von Bodenalgen und – cyanobakterien wird durch unterschiedliche Vegetation, Landnutzung und Intensitäten der Landnutzung geprägt
- Die Algenbiodiversität in Oberflächenböden ist eng verbunden mit der von Algengesellschaften auf Totholz und Baumrinde
- Grünland weist eine generell größere Diversität an Bodenalgen und -cyanobakterien auf als Waldboden
- Mechanische Störungen und Düngung haben einen negativen Einfluss auf die phototrophe Diversität der Bodenoberflächen.
- Sammeln von Proben von Oberflächenböden (0 – 5 cm) in Wald- und Grünlandflächen (VIPs) sowie von den Oberflächen von Holzsubstraten in Waldflächen, d.h. Baumrinde und Totholz,
- Amplikon-basiertes Metabarcoding anhand der molekularen Marker 23S UPA (Chloroplasten-kodiert) mit der Illumina Miseq Plttform (2×300 bp, paired-end) für eukaryotische Algenlinien und der Cyanobakterien sowie ITS2 (kernkodiert) für Grünalgen. Zusätzlich werden wir long reads (PacBio) einsetzen, um die phylogenetischen Beziehungen der Algen und Cyanobakterien aufzuzklären.
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