Chloroform-Fumigation-Extraktion

Die Chloroform-Fumigation-Extraktion (CFE) ist eine Methode zur Bestimmung der mikrobiellen Biomasse in Böden.

Prinzip

Die Bodenprobe wird in zwei Teilproben aufgeteilt. Eine Teilprobe wird mit 0,5 mol L^-1 K₂SO₄-Lösung extrahiert und der Extrakt filtriert. Die zweite Teilprobe wird 24 Stunden in einem Exsikator mit Chloroform fumigiert. Das Chloroform dringt dabei in die Bodenporen ein, tötet die Mikroorganismen und lysiert die Zellen. Anschließend wird das Chloroform durch mehrfaches Evakuieren und Belüften entfernt. Die Teilprobe wird dann ebenfalls extrahiert. In den Extrakten wird der gelöste organische Kohlenstoff (DOC) oder der Gesamtstickstoff bestimmt.

Der mikrobielle Kohlenstoff C_mic wird berechnet als:

$C_{mic}=\frac{C_{DOC,f}-C_{DOC,nf}}{k_{EC}}$

• C_DOC,f – DOC-Konzentration im Extrakt aus der fumigierten Teilprobe (g g^-1 Trockenmasse)
• C_DOC,nf – DOC-Konzentration im Extrakt aus der nicht fumigierten Teilprobe (g g^-1 Trockenmasse)
• k_EC – Extraktionsfaktor

Der mikrobielle Stickstoff N_mic wird berechnet als:

$N_{mic}=\frac{C_{N,f}-C_{N,nf}}{k_{EN}}$

• C_N,f – N-Konzentration im Extrakt aus der fumigierten Teilprobe (g g^-1 Trockenmasse)
• C_N,nf – N-Konzentration im Extrakt aus der nicht fumigierten Teilprobe (g g^-1 Trockenmasse)
• k_EN – Extraktionsfaktor

Extraktionsfaktoren

Die Extraktionsfaktoren berücksichtigen, dass nicht alle Zellen vollständig lysiert werden und ein Teil des organischen Kohlenstoffs bzw. Stickstoffs am Boden adsorbiert oder beim Filtrieren zurückgehalten wird. Die Faktoren wurden durch Vergleich von Ergebnissen der CFE-Methode mit Ergebnissen der Chloroform-Fumigation-Inkubation ermittelt. Die dabei ermittelten Mittelwerte sind k_EC=0,45^[1] und k_EN=0,54^[2]. Für einzelne Böden können diese Werte deutlich vom Mittelwert abweichen. Dennoch werden die Mittelwerte meist verwendet und keine Kalibrierung der Methode im Einzelfall durchgeführt.

Nachteile und Kritik

Das Verfahren ist sehr ungenau. Selbst bei gesiebten und damit homogenisierten Proben sind Variationskoeffizienten von 20 % nicht selten. Feinwurzeln können zu einer Überschätzung der mikrobiellen Biomasse führen und müssen gegebenenfalls vor dem Verfahren entfernt werden. Gerade bei tonigen Böden wird Chloroform zum Teil nicht vollständig durch das Evakuieren entfernt und kann dadurch ebenfalls zu einer Überschätzung führen.^[3] Trotz dieser Nachteile ist die Anwendung des Verfahrens weit verbreitet, da es kostengünstig und einfach durchzuführen ist und mögliche Alternativen auch Nachteile aufweisen.

Alternativen

Mögliche Alternativen sind substratinduzierte Respiration (SIR)^[4], Chloroform-Fumigation-Inkubation^[5] und Bestimmung der extrahierbaren Phospholipid-Fettsäuren (PLFA)^[6][7]. Die Bestimmung der Gesamt-DNA ist weniger geeignet, da der Anteil der DNA an der Gesamtbiomasse (besonders zwischen Bakterien und Pilzen) erheblich variieren kann.^[6]

Belege

DIN ISO 14240-2: 1997 Bodenbeschaffenheit − Bestimmung der mirobiellen Biomasse von Böden − Teil 2: Fumigations-Extraktionsverfahren

Einzelnachweise

1. ↑ Joergensen, R.G., 1996. The fumigation - extraction method to estimate soil microbial biomass: calibration of the k_EC value. Soil Biology and Biochemistry 28, 25-31.
2. ↑ Joergensen, R.G., Mueller, T., 1996. The fumigation-extraction method to estimate soil microbial biomass: Calibration of the k_EN value. Soil Biology and Biochemistry 28, 33-37.
3. ↑ Alessi, D. S., Walsh, D. M., Fein, J. B., 2011. Uncertainties in determining microbial biomass C using the chloroform fumigation–extraction method. Chemical Geology 280, 58–64
4. ↑ DIN ISO 14240-1: 1999-10
5. ↑ Jenkinson, D. S., Powlson, D. S., 1976. The effects of biocidal treatments on metabolism in soil – V. A method for measuring soil biomass. Soil Biology and Biochemistry 8, 209–213.
6. ↑ ^{a b} Leckie, S. E., Prescott, C. E., Grayston, S. J., Neufeld, J. D., Mohn, W. W., 2004. Comparison of chloroform fumigation-extraction, phospholipid fatty acid, and DNA methods to determine microbial biomass in forest humus. Soil Biology and Biochemistry 36, 529–532.
7. ↑ Bailey, V. L., Peacock, A. D. , Smith, J. L., Bolton Jr., H., 2002. Relationships between soil microbial biomass determined by chloroform fumigation–extraction, substrate-induced respiration, and phospholipid fatty acid analysis. Soil Biology and Biochemistry 34, 1385–1389