Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE); Teilvorhaben 3: Acido- und acetogene Bakterien

Anschrift
Johannes Gutenberg-Universität Mainz - FB 10 Biologie - Institut für Mikrobiologie und Weinforschung
55128 Mainz
Johann-Joachim-Becherweg 15
Kontakt
Prof. Dr. Helmut König
Tel: +49 6131 39-22662
E-Mail: hkoenig@uni-mainz.de
FKZ
22006812
Anfang
01.08.2012
Ende
30.09.2015
Aufgabenbeschreibung
Der anaerobe Abbau von Pflanzenmaterial verläuft formal in vier Stufen, die in eine hydrolytische, acidogene, acetogene und methanogene Stufe eingeteilt werden können. Es soll eine komplettes Mikrobiom von Nawaro Biogasanlagen,die mit unterschiedlichen Substraten bestückt werden, im Laufe des geplanten Kooperationsprojektes erstellt werden. Dieses ergeizige Ziel läßt sich nur durch Kooperation von mehreren Arbeitsgruppen und Industriepartnern erreichen. Das Ziel unserer Arbeitsgruppe im Rahmen dieses Kooperationsprojektes ist die Isolierung und Charakterisierung von acidogenen und acetogenen Bakterien in laufenden Biogasanlagen, die mit Mais als Substrat betrieben werden. (1) 5 verschiedene mit Mais betriebene Biogasanlagen werden beprobt. Mit Hilfe anaerober Kulturtechniken werden Bakterien isoliert, die die aus Cellulose und Hemicellulose freigesetzten Zucker in Säuren und Alkohole umwandeln. (2) Eine weitere Gruppe von Bakterien, die die gebildeten Säuren und Alkohole in methanogene Substrate (Acetat, H2, CO2) umwandelt, soll ebenfalls isoliert werden. (3) Aus ausgewählten Isolaten wird die DNA gereinigt und für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt. (4) Es werden biochemische und physiologische Untersuchungen durchgeführt, um das Potential der Isolate zur Beschleunigung des Abbaus von Pflanzenmaterial oder zur Problembehebung zu ermitteln. (5) Vorhandene methanogene Isolate aus Biogasanlagen werden ebenfalls für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen dieses Projektes wurden Proben aus einer thermophilen und drei mesophilen Biogasanlagen sowie zwei Hochdruck-Biogas-Laborfermentern entnommen und mikrobiologisch analysiert. Alle Fermenter wurden mit dem nachwachsenden Rohstoff Maissilage gefüttert. Für die Isolierung von Essigsäure-, Propionsäure- und Buttersäure-bildenden Bakterien wurde ein Minimalmedium mit jeweils einer Kohlenstoffquelle verwendet. Diese potentiellen Hydrolyse-Produkte oder primären Gärprodukte konnten von den Isolaten zu Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure vergoren werden. Insgesamt wurden 85 Isolate aus Anreicherungskulturen mit Laktat, Aminosäuren, Succinat, Glycerin, Glucose bzw. Ethanol gewonnen und deren Substratverwertung mittels HPLC analysiert. Die Tiefagar-Verdünnungsmethode erwies sich als erfolgreichste Isoliermethode der Säurebildenden Bakterien. Insgesamt konnten 24 verschiedene Arten in Biogasanlagen identifiziert werden, welche Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure bildeten und zu den drei Phyla Firmicutes, Tenericutes und Thermotogae gehörten. Durch die Ergebnisse der Isolierungsarbeiten und der physiologischen Charakterisierungen wurden neue Einblicke in die zweite Stufe des anaeroben Abbaus in Biogasanlagen, in die Acidogenese, gewonnen.

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