Soil sample storage conditions impact extracellular enzyme activity and bacterial amplicon diversity metrics in a semi-arid ecosystem
Die Bodenlagerung von Proben ist ein wichtiger Bestandteil zur Erhaltung der Qualität des eingelagerten Materials. Unter Beachtung unterschiedlichster Lagertemperaturen und -möglichkeiten wurde in der folgenden Studie ermittelt, dass die Lagerung bei -80 °C die beste Methode ist, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wertvolle Informationen und zeigen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben auch in Zukunft zu berücksichtigen.
Aspekte der Bodenlagerung und ihre Anwendungsbereiche
Die Bodenmikrobiologie und die Stoffwechselmerkmale spielen eine wichtige Rolle in der Bodenökologie. Die Ergebnisse können durch die Lagerungsbedingungen der Bodenproben verändert werden und die Aktivitäten von extrazellulären Enzymen entscheidend beeinflussen.
Uneinheitliche Lagermethoden und die Lagerungsdauer der Proben in verschiedenen Studien schränken zudem die Möglichkeit ein, die Ergebnisse genau zu vergleichen und feldbasierte Messungen durchzuführen.
Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen verschiedener Lagerungsbedingungen und -zeiten auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung anhand von Bodenproben zu untersuchen, die aus drei verschiedenen Landnutzungstypen in einer halbtrockenen Region der kanadischen Prärie entnommen wurden.
Probenentnahme und Durchführung des Experiments
Die Proben wurden im Juni 2019 von drei verschiedenen Landnutzungstypen entnommen, darunter eine langfristige kontinuierliche Weizenrotation, die in der Vergangenheit mit N-Dünger behandelt wurde (CW), einheimisches Weideland (NR) und ein Auwaldboden (RF). Die Proben wurden in einer Tiefe von 0-10 cm an sechs zufälligen Positionen innerhalb eines 5 m x 5 m großen Quadrats, bei jeder Landnutzungsart, entnommen.
Nach der Entnahme der Bodenmischproben wurden diese in Ziploc-Beuteln aufbewahrt und in einer Kühlbox mit Eis kühl gehalten. Die Bodenmischproben wurden von Hand homogenisiert und durch ein 2-mm-Sieb gegeben. Eine Teilprobe aus jeder Wiederholung wurde für Kontrollmessungen verwendet und sofort analysiert. Die Wiederholungsproben wurden weiter in fünf Lagerungsbereiche unterteilt, wobei für jeden Zeitpunkt Unterproben vorbereitet wurden.
Rahmenbedingungen der Probenlagerung
In der Studie wurden die Auswirkungen verschiedener Lagerungsbedingungen auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung untersucht. Die Replikate wurden in fünf Lagerungsbedingungen unterteilt, darunter feldfeuchte Erde bei Raumtemperatur (∼21 °C), luftgetrocknete Erde bei Raumtemperatur, feldfeuchte Erde gekühlt bei 4 °C, feldfeuchte Erde gefroren bei -20 °C und feldfeuchte Erde gefroren bei -80 °C.
Diese Bedingungen wurden für 2 (T2), 7 (T7), 28 (T28) und 56 (T56) Tage beibehalten. Alle Behandlungen wurden im Dunkeln durchgeführt, um den Faktor der Verschlechterung der biologischen Eigenschaften des Bodens durch Licht auszuschließen. Die Kontrollproben wurden sofort nach Abschluss der Erstverarbeitung (d. h. <2 Stunden nach der Probenahme im Feld) analysiert oder wurden einer sofortigen DNA-Extraktion unterzogen.
Fluoreszierende MUB-verknüpfte Substrat-Enzym-Assays
Es wurden Assays zur Messung der Aktivitätskonzentrationen von fünf extrazellulären Enzymen durchgeführt, darunter saure Phosphatase (ACP), N-Acetyl-β-D-Glucosaminidase (NAG), β-Glucosidase (BG), α-Glucosidase (AG) und β-Xylosidase (BX). Die Tests wurden bei T0 durchgeführt, um die Ausgangskonzentrationen der Enzymaktivitäten zu ermitteln, und wurden bei T2, T7, T28 und T56 wiederholt.
Die Amplikon-Sequenzierung der mikrobiellen DNA
Die mikrobielle DNA wurde aus jeder Probe extrahiert, während die Enzymtests bei T0, T2, T7, T28 und T56 durchgeführt wurden. Die DNA-Extrakte wurden vor der Sequenzierung zur Langzeitlagerung bei -80 °C gelagert. Die Vorbereitung der Amplikonbibliothek und die Illumina MiSeq-Sequenzierung des bakteriellen 16S rRNA-Gens wurden wie von Delavaux et al. (2020) beschrieben durchgeführt und ergaben Paired-End-Reads von 2×250 bp.
Auswirkungen der Lagerungsbedingungen auf die Bodenproben
Die Studie ergab, dass die Lagerungsbedingungen beim Vergleich verschiedener Landnutzungsarten keinen signifikanten Einfluss auf die Enzymaktivitäten und Bakteriengemeinschaften haben. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Lagerungsbedingungen innerhalb einer einzigen Bodennutzungsart von Bedeutung sind.
Die Lufttrocknung von Bodenproben führte zu signifikanten Verschiebungen der Enzymaktivität und der β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen. Die Lagerung bei -80 °C war die beste Methode, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen (d. h. frisch gesammelter Boden) über alle drei Landnutzungstypen und Lagerungszeiten hinweg konstant zu halten. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben in zukünftigen Studien zu berücksichtigen und zu berichten.
Bedeutsamkeit der Bodenlagerung – Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie darauf abzielte, die Auswirkungen der Lagerungsbedingungen auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung anhand von Bodenproben zu untersuchen, die in einer halbtrockenen Region der kanadischen Prärie aus verschiedenen Bodennutzungsarten entnommen wurden.
Die Studie ergab, dass die Lagerungsbedingungen beim Vergleich von Enzymaktivitäten und bakteriellen Gemeinschaften in verschiedenen Landnutzungsarten keine signifikanten Auswirkungen haben dürften. Allerdings waren die Lagerungsbedingungen innerhalb einer einzigen Landnutzungsart von Bedeutung, wobei die Lufttrocknung von Bodenproben zu signifikanten Verschiebungen der Enzymaktivitäten und der β-Diversität gegenüber den Kontrollen führte.
Die Studie legt nahe, dass die Lagerung bei -80 °C die beste Methode ist, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen über alle drei Landnutzungstypen und Lagerungszeiten hinweg konstant zu halten. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wertvolle Informationen für Forscher, die in ähnlichen Klimazonen arbeiten, und betonen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben in zukünftigen Studien zu berücksichtigen und darüber zu berichten, um genaue Vergleiche und die Erfassung von feldbasierten Messwerten zu gewährleisten.