Bodenmikroorganismen produzieren extrazelluläre Enzyme, die pflanzliche und mikrobielle organische Substanzen depolymerisieren und dadurch Produkte freisetzen, die sie assimilieren können. Diese Enzyme haben einen entscheidenden Einfluss darauf, ob und in welchem Tempo organische Substanzen im Boden zersetzt oder stabilisiert werden. Da der Boden eine hochkomplexe und heterogene Umgebung darstellt, kann die Exoenzymaktivität auf sehr kleinen räumlichen Skalen variieren, manchmal nur über wenige Millimeter hinweg. Die Aktivitätsniveaus hängen von mehreren Faktoren ab, wie etwa der Nährstoffverfügbarkeit und der Substratqualität, und spiegeln die mikrobielle Regulation der Enzymproduktion wider. In-situ-Messungen ermöglichen es, die räumliche und zeitliche Dynamik der mikrobiellen Enzymaktivität zu erfassen. Die reverse Microdialysis ist ein minimal-invasives Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung und Einführung diffusibler, wasserlöslicher Substanzen aus der Umgebung entlang eines Konzentrationsgradienten. Durch die Anwendung der Mikrodialyse in intakten Bodenproben können Substrate eingebracht und Reaktionsprodukte gewonnen werden, ohne den umgebenden Boden wesentlich zu stören. Hier wird ein neuer In-situ-Ansatz zur Messung der Enzymaktivität im Boden vorgestellt, bei dem ein fluoreszierendes Substrat, 4-Methylumbelliferyl-N-acetyl-β-D-glucosaminid (MUF–NAG), verwendet wird. Dieses wird in den Boden eingebracht und anschließend enzymatisch gespalten, sodass das fluoreszierende Produkt (MUF) mittels Mikrodialyse entnommen werden kann. Parallel zu den Experimenten wurde ein Modell entwickelt, um die Mikrodialyse-Sonde und die damit verbundenen Stoffflüsse zu simulieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bodenenzymtests und Modellsimulationen reproduzierte die Mikrodialyse nicht die typische Michaelis-Menten-Kinetik. Jedoch wurde eine neue Kalibrierungsmethode entwickelt, die eine Abschätzung der Enzymproduktionsraten unter In-situ-Bedingungen ermöglicht. In einem zweiten Experiment wurde gezeigt, dass die Zugabe von Acetat, einer labilen Kohlenstoffquelle, die Exoenzymaktivität im Vergleich zur Kontrolle erhöhte. Im Gegensatz dazu hatte die Zugabe von N-Acetylglucosamin (NAG), einem Produkt der enzymatischen Spaltung, eine variablere Wirkung. Zusammenfassend wird gezeigt, dass die umgekehrte Mikrodialyse verwendet werden kann, um Exoenzymaktivitäten nach der Zugabe von labilen Kohlenstoffquellen in demselben intakten Boden zu vergleichen. Dieser Ansatz kann Einblicke in enzymatische Reaktionen auf Ereignisse wie Wurzelausscheidungen liefern. In dieser Studie führte die Zugabe von Acetat zu einer erhöhten extrazellulären Enzymaktivität, möglicherweise infolge der Freisetzung gebundener Mineralstoffe durch Ionenaustauschprozesse. Die Assimilation dieser freigesetzten Nährstoffe oder des Acetats selbst durch Mikroorganismen kann das Wachstum stimulieren oder ruhende Zellen aktivieren und dadurch die Enzymaktivität verstärken.
Helene Annette Peter (Wed,) studied this question.