Production and characterization of poly-(3-hydroxybutyrate) from recombinant Escherichia coli grown on cheap renewable carbon substrates

Although the biopolymer poly-(3-hydroxybutyrate), P[3HB], presents physicochemical properties that make it an alternative material to conventional plastics, its biotechnological production is quite expensive. As carbon substrates contribute greatly to P[3HB] production cost, the utilization of a cheaper carbon substrate and less demanding micro-organisms should decrease its cost. In the present study a 23 factorial experimental design was applied, aiming to evaluate the effects of using hydrolysed corn starch (HCS) and soybean oil (SBO) as carbon substrates, and cheese whey (CW) supplementation in the mineral medium (MM) on the responses, cell dried weigh (DCW), percentage P[3HB] and mass P[3HB] by recombinant Escherichia coli strains JM101 and DH10B, containing the P[3HB] synthase genes from Cupriavidus necator (ex-Ralstonia eutropha). The analysis of effects indicated that the substrates and the supplement and their interactions had positive effect on CDW. Statistically generated equations showed that, at the highest concentrations of HCS, SO and CW, theoretically it should be possible to produce about 2 g L(1) DCW, accumulating 50% P[3HB], in both strains. To complement this study, the strain that presented the best results was cultivated in MM added to HCS, SBO and CW ( in best composition observed) and complex medium (CM) to compare the obtained P[3HB] in terms of physicochemical parameters. The obtained results showed that the P[3HB] production in MM (1.29 g L(-1)) was approximately 20% lower than in CM (1.63 g L(-1)); however, this difference can be compensated by the lower cost of the MM achieved by the use of cheap renewable carbon sources. Moreover, using differential scanning calorimetry and thermogravimetry analyses, it was observed that the polymer produced in MM was the one which presented physicochemical properties (Tg and Tf) that were more similar to those found in the literature for P[3HB].

Permanent Genetic Resources added to Molecular Ecology Resources Database 1 December 2011-31 January 2012

This article documents the addition of 473 microsatellite marker loci and 71 pairs of single-nucleotide polymorphism (SNP) sequencing primers to the Molecular Ecology Resources Database. Loci were developed for the following species: Barteria fistulosa, Bombus morio, Galaxias platei, Hematodinium perezi, Macrocentrus cingulum Brischke (a.k.a. M.abdominalis Fab., M.grandii Goidanich or M.gifuensis Ashmead), Micropogonias furnieri, Nerita melanotragus, Nilaparvata lugens Stal, Sciaenops ocellatus, Scomber scombrus, Spodoptera frugiperda and Turdus lherminieri. These loci were cross-tested on the following species: Barteria dewevrei, Barteria nigritana, Barteria solida, Cynoscion acoupa, Cynoscion jamaicensis, Cynoscion leiarchus, Cynoscion nebulosus, Cynoscion striatus, Cynoscion virescens, Macrodon ancylodon, Menticirrhus americanus, Nilaparvata muiri and Umbrina canosai. This article also documents the addition of 116 sequencing primer pairs for Dicentrarchus labrax.

Composition and Seasonal Variation of Brachyura and Anomura (Crustacea, Decapoda) Associated with Brown Mussel Farms at Praia da Cocanha, Brazil

The composition and seasonal variation of brachyuran and anomuran species associated with mussel farms were evaluated at Praia da Cocanha, Sao Paulo between May 2007 and February 2008. Nine mussel ropes were sampled at random in each quarter, and 1,208 organisms were identified, comprising five families and 28 species. The most numerous species was the porcellanid Pachycheles laevidactylus (18.5%), followed by the xanthids Acantholobulus schmitti (16.6%), Hexapanopeus paulensis (11.3%), Panopeus americanus (10.2%), and Menippe nodifrons (8.4%). The exotic crab Charybdis hellerii was recorded throughout the study period. The ecological descriptors, except Pielou evenness index, varied significantly over the time. The highest abundance and diversity of the species were recorded during November and February. This pattern was reversed for Berger-Parker dominance, with the lowest values recorded in February. The development of epifauna was correlated with the different stages of the mussel farms, since the mean size of mussels and consequently the abundance of epibiotic organisms and the structural complexity on the mussel ropes increased from May (seeding) until February (harvest). Despite this, the temporal population variations in recruitment patterns of the different epibionts should not be overlooked. The results indicated that the mussel farms provided favorable conditions for the development of these crustacean groups, which could be used in environmental monitoring programs and / or be exploited for the aquarium trade.

Composition and seasonal variation of brachyura and anomura (Crustacea, Decapoda) associated with brown mussel farms at Praia da Cocanha, Brazil

The composition and seasonal variation of brachyuran and anomuran species associated with mussel farms were evaluated at Praia da Cocanha, São Paulo between May 2007 and February 2008. Nine mussel ropes were sampled at random in each quarter, and 1,208 organisms were identified, comprising five families and 28 species. The most numerous species was the porcellanid Pachycheles laevidactylus (18.5%), followed by the xanthids Acantholobulus schmitti (16.6%), Hexapanopeus paulensis (11.3%), Panopeus americanus (10.2%), and Menippe nodifrons (8.4%). The exotic crab Charybdis hellerii was recorded throughout the study period. The ecological descriptors, except Pielou evenness index, varied significantly over the time. The highest abundance and diversity of the species were recorded during November and February. This pattern was reversed for Berger-Parker dominance, with the lowest values recorded in February. The development of epifauna was correlated with the different stages of the mussel farms, since the mean size of mussels and consequently the abundance of epibiotic organisms and the structural complexity on the mussel ropes increased from May (seeding) until February (harvest). Despite this, the temporal population variations in recruitment patterns of the different epibionts should not be overlooked. The results indicated that the mussel farms provided favorable conditions for the development of these crustacean groups, which could be used in environmental monitoring programs and / or be exploited for the aquarium trade.

Die molekulare Evolution der Hämocyaninsuperfamilie der Arthropoden

In vielen Arthropoden wird Sauerstoff mittels des Kupferproteins Hämocyanin transportiert. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hämocyanin einiger Vertreter der Arthropoden molekularbiologisch untersucht. Bei den Crustaceen (Homarus americanus und Palinurus elephas) konnten vier Untereinheiten isoliert werden, bei denen es sich um Hämocyanine des a-Typs handelt. Bei den Myriapoden (Chilopoda, Scutigera coleoptrata und Diplopoda, Spirostreptus spec.) konnten drei unterschiedliche Hämocyaninuntereinheiten gefunden werden. Erst seit einiger Zeit ist das Hämocyanin bei Myriapoden biochemisch charakterisiert und bei diesen Hämocyaninsequenzen handelt es sich um die ersten von Myriapoden. Bei den Onychophoren (Epiperipatus spec.) konnte ebenfalls erstmals ein Hämocyanin isoliert und sequenziert werden. Hierbei handelt es sich um den ersten Hinweis, dass Onychophoren über ein respiratorisches Protein verfügen. In einer phylogenetischen Analyse der Hämocyaninsequenzen konnte ein Stammbaum der Hämocyaninsuperfamilie erstellt werden. Innerhalb der Crustacea ordnen sich die verschiedenen Hämocyaninuntereinheiten in distinkten Ästen an. Die Hämocyanine der Myriapoda sind monophyletisch, wobei die Auftrennung in distinkte Untereinheiten bereits vor der Trennung der Chilopoden und Diplopoden erfolgte; die phylogenetische Stellung der Myriapoda kann anhand der Hämocyaninsequenzen nicht zuverlässig aufgelöst werden. Eine gemeinsame Anordnung mit den Hexapoda ('Tracheata'-Hypothese) kann jedoch mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden. Die Onychophora stehen im Arthropodenstammbaum an basaler Position und können somit als Proarthropoda angesprochen werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Hämocyaninevolution der Arthropodenevolution entspricht.

Genetische Kartierung und QTL-Analyse agronomischer Eigenschaften der Weinrebe unter besonderer Berücksichtigung der Pilzresistenz

153 Nachkommen einer Kreuzung aus der pilzresistenten Rebsorte ‘Regent‘ und ‘Lemberger‘ als klassischer pilzsensitiver Sorte zeigen quantitative Merkmalsvariation bezüglich der Resistenz gegen Plasmopara viticola und Uncinula necator sowie für weitere Eigenschaften, die z.B. das Eintreten der Beerenreife betreffen. Auf dem Weg über die genetische Kartierung mit molekularen Markern und der Lokalisierung von QTL-Effekten konnten Hinweise auf weinbaulich relevante Genomregionen gewonnen werden; dies liefert z.B. die Basis für markergestützte Selektion bei Zuchtvorhaben mit dem Resistenzträger ‘Regent’ (vgl. auch FISCHER et al., 2004). Ein Major-QTL für die Resistenz gegen den Echten Mehltau Uncinula necator sowie zwei Major QTL für die Resistenz gegen den Erreger des Falschen Mehltau, Plasmopara viticola, traten mit hoher Signifikanz auf drei verschiedenen Kopplungsgruppen von ‘Regent‘ auf. Auch Regionen mit Relevanz für das Eintreten der Beerenreife wurden beschrieben. Über die Isolierung, Sequenzierung und anschließende Analyse einzelner Markerfragmente mit Methoden der Bioinformatik ist es gelungen, ein putatives T10P12.4-Ortholog der Weinrebe (ein thioredoxinähnliches Protein) in enger Kopplung zu einem Major-QTL-Maximum für Plasmopara viticola-Resistenz zu identifizieren, das als Kandidat für die Beteiligung an der Pathogenantwort in Frage kommt. Es konnte exemplarisch gezeigt werden, dass die eingesetzten Methoden der Kartierung und QTL-Analyse unter Verwendung PCR-basierter Markertypen wie SSR und AFLP und einer beschleunigten Analyse über computergestützte Kapillargelelektrophorese in vertretbarem Zeitrahmen bis zur Isolation potentieller Schlüsselgene führen können. Die grundsätzliche Eignung der QTL-Analyse als effizientes Werkzeug gezielter Züchtungsplanung für den Weinbau bestätigte sich. Ihre Anwendung im Rahmen der vorliegenden Dissertation hat die Basis für die Nutzung von QTL-Information bei dem Vergleich etablierter und der Entwicklung neuer Sorten gelegt und zum Verständnis von Prozessen beigetragen, die den betrachteten Eigenschaften wie der Pilzresistenz möglicherweise zu Grunde liegen. Ein großer Teil der gewonnenen Daten bringt auch die Untersuchungen anderer Kultivare voran und ist intervarietal übertragbar. Darüber hinaus haben sich Chancen für vergleichende Studien zwischen der Weinrebe einerseits und der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sowie weiteren Kulturpflanzen andererseits abgezeichnet. Die Hinweise auf die zentrale Rolle und universelle Natur des Redox-Signalling haben interessante Perspektiven zum Verständnis organismenübergreifender physiologischer Zusammenhänge eröffnet. Dies betrifft z.B. auch die Reaktion auf Verwundung oder die Pathogenantwort.

Untersuchung multimerer Proteinkomplexe mit oberflächenanalytischen und röntgenspektroskopischen Methoden

Zusammenfassung rnrnIn dieser Arbeit wurden Untersuchungen an zwei verschiedenen multimeren Proteinkomplexen durchgeführt: Zum einen am Hämocyanin aus Homarus americanus mittels Röntgen-L-Kantenspektroskopie und zum anderen am α-Toxin aus Staphylococcus aureus, hinsichtlich der Interaktion an speziellen Raft-artigen Membranabschnitten, mittels AFM.rnFür das Hämocyanin aus Homarus americanus konnte ein neuer Aspekt bezüglich der Bindung von Sauerstoff aufgezeigt werden. Ein zuvor nicht in Betracht gezogener und diskutierter Einfluss von Wassermolekülen auf diesen Vorgang konnte mittels der Methode der Röntgen-L-Kantenspektroskopie dargestellt werden. Erstmals war es möglich die beiden verschiedenen Beladungszustände (Oxy-, Deoxy-Zustand) des Hämocyanin mittels dieser Methode in physiologisch ähnlicher Umgebung zu untersuchen. Vergleiche der erhaltenen L-Kanten-Spektren mit denen anorganischer Vergleichslösungen ließen auf eine Interaktion von Wassermolekülen mit den beiden Kupferatomen des aktiven Zentrums schließen. Dadurch wurde erstmals ein möglicher Einfluss des Wassers auf den Oxygenierungsprozess des Hämocyanins auf elektronischer Ebene aufgezeigt. Vergleichende Betrachtungen von Röntgenkristallstrukturen verschiedener Typ-3-Kupferproteine bestätigten, dass auch hier ein Einfluss von Wassermolekülen auf die aktiven Zentren möglich ist. Vorgeschlagen wird dabei, dass an Stelle der Überlappung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den 2p-Orbitalen des Sauerstoffs, wie sie im sauerstoffbeladenen Zustand auftritt, im sauerstoffunbeladenen Zustand eine Wechselwirkung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den LUMOS der Wassermoleküle möglich wird, und ein Elektronen- bzw. Ladungstransfer von den Kupfern auf die Wassermoleküle erfolgen kann. rnAFM-Untersuchungen hinsichtlich der Interaktion des α-Toxins aus Staphylococcus aureus mit oberflächenunterstützten Modellmembranen wiesen darauf hin, dass eine bevorzugte Anbindung und zumindest teilweise Integration der α-Toxine in Raft-artige Membranbereiche stattfindet. Für verschiedene ternäre Lipidsysteme konnten phasenseparierte Modellmembranen abgebildet und die unterschiedlichen Domänenformen zugeordnet werden. Der Anbindungsprozess der Toxine an diese oberflächenunterstützte Modellmembranen erfolgte dann wahrscheinlich vornehmlich an den speziellen Raft-artigen Domänen, wohingegen die Insertion der Poren vorrangig an den Grenzbereichen zwischen den Domänen auftrat. Mögliche Ursache dafür sind die räumlichen Besonderheiten dieser Grenzflächen. Membranen weisen an den Schnittstellen zwischen zwei Domänenformen eine erhöhte Unordnung auf, was sich u.a. in einer geringeren Packungsdichte der Phospholipide und dem erhöhten Freiheitsgrad ihrer Kopfgruppen bemerkbar macht. Außerdem kommt es auf Grund der Interaktion der beteiligten Membranbestandteile Sphingomyelin und Cholesterol untereinander zu einer speziellen Ausrichtung der Phosphocholin-Kopfgruppen und innerhalb der Raft-artigen Domänen zu einer erhöhten Packungsdichte der Phospholipide. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse unterstützten demnach die in der Literatur postulierte Vermutung der bevorzugten Interaktion und Integration der Toxin-Moleküle mit Raft-artigen Membrandomänen. Die Insertion der Pore erfolgt aber wahrscheinlich bevorzugt an den Grenzbereichen zwischen den auftretenden Domänen.rn

Entwicklung eines Thermodruckhydrolyse-Verfahrens zur Vorbehandlung von Weizenstroh ohne vorherige mechanische Zerkleinerung für die Produktion von Polyhydroxybuttersäure

In der vorliegenden Arbeit wurde der nachwachsende Rohstoff Weizenstroh für die Produktion des Biopolymers Polyhydroxybuttersäure genutzt. Als Lignocellulose enthält Weizenstroh einen hohen Anteil an Glucose und Xylose in Form von Cellulose und Hemicellulose. Eine Gewinnung ist aufgrund der komplexen Struktur mit Lignin als dritte Hauptkomponente nur durch eine Vorbehandlung möglich. Hierzu wurde ein thermochemisches Vorbehandlungsverfahren im halbtechnischen (125 l Reaktor) und technisch (425 l Reaktor) Maßstab mit verdünnter Salpetersäure (bis 1 % v/v) etabliert und hinsichtlich verschiedener Versuchsparameter (Behandlungstemperatur, Säure-Konzentration, etc.) optimiert. Auf eine mechanische Vorbehandlung wurde verzichtet. Danach erfolgte eine enzymatische Hydrolyse der vorbehandelten Biomasse. Der PHB-Produzent Cupriavidus necator DSM 545 wurde eingesetzt, um aus den freigesetzten Zuckern PHB zu synthetisieren. rnDurch die Optimierung der Vorbehandlung konnten bis zu 90 % der Glucose und 82 % der Xylose nach der enzymatischen Hydrolyse aus dem Stroh als Monomere und Oligomere freigesetzt werden. Außerdem wurde eine erfolgreiche Überführung des Vorbehandlungsprozesses in den 425 l Reaktor demonstriert. In den gewonnenen Zucker-Hydrolysaten konnten hohe Zelldichten und PHB-Gehalte mit bis zu 38 % erreicht werden. Eine vorherige kostenintensive Reinigung der Hydrolysate war nicht nötig. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Reststoffe nach der enzymatischen Hydrolyse, Zellkultur und PHB-Extraktion ausreichendes Potential für eine Biogas-Produktion besitzen. rn

Metodologie "green" per l'ottenimento di biopolimeri da colture microbiche

Sono stati studiati ed applicati metodi “green” per l’estrazione di poliidrossialcanoati (PHA) da colture microbiche singole (Cupriavidus necator) e miste. Sono stati effettuati esperimenti che prevedono l’utilizzo di surfattanti anionici switchable (SAS) per l’estrazione del polimero, al fine di arrivare ad un protocollo ottimale per l’estrazione di PHB da C.necator che prevede l’uso di NH4 laurato come SAS (100 wt% rispetto al peso dei batteri) per tre ore a 90°C. La sostanza ambifilica agisce distruggendo la membrana cellulare esponendo così i granuli di PHB. Il SAS utilizzato si caratterizza per la possibilità di essere recuperabile tramite aggiunta di CO2 al sistema con una resa del 98%. Per le colture microbiche miste, più refrattarie all’impiego dei surfattanti, sono stati utilizzati dei pre-trattamenti, meccanici e fotocatalitici, al fine di indebolire la membrana batterica. Per il trattamento meccanico sono stati impiegati un omogeneizzatore e un sonicatore ad ultrasuoni; mentre per il trattamento fotocatalitico è stata sperimentata l’azione del nano biossido di titanio (sospensione 1% nano-TiO2) in miscela con i batteri, esposti a radiazioni UV. Dai risultati ottenuti sia il trattamento meccanico che quello fotocatalitico non sono risultati adeguati per i batteri misti. Infine il PHB estratto dalla biomassa batterica è stato purificato con un trattamento fotocatalitico che prevede l’utilizzo di nano-TiO2 1% supportato in tessuti, esposti a luce UV. I risultati di questo post-trattamento mostrano che, anche utilizzando diverse tipologie di tessuto, il PHB viene in parte adsorbito dal tessuto, con la seguente perdita di campione. In conclusione il trattamento del C. necator con i SAS risulta essere un ottimo metodo di estrazione di PHB considerando sia la qualità del polimero estratto sia il riciclo e il riutilizzo del surfattante, mentre per il trattamento delle colture microbiche miste ancora non è stato trovato un protocollo soddisfacente.

Mikrobielle Synthese von Biopolymeren aus der nachwachsenden Rohstoffquelle Weizenstroh

Weizenstroh als erneuerbare Ressource zur Produktion von Biopolymeren und wichtigen Grundchemikalien stellt eine ökologisch sinnvolle Alternative dar. Durch die vom PFI durchgeführte Thermodruckhydrolyse konnte das Weizenstroh und die darin enthaltenen Zucker fast vollständig mobilisiert werden. Ein umfangreiches Screening nach Organismen, welche die Zucker des Weizenstrohs verwerten konnten, ergab, dass einige wenige Stämme zur PHB-Bildung aus Xylose befähigt waren (10 %). Zur PHB-Synthese aus Glucose waren indes ca. doppelt so viele Organismen in der Lage (20 %). Zwei der insgesamt 118 untersuchten Organismen zeigten besonders gute PHB-Bildung sowohl mit Xylose als auch mit Glucose als Substrat. Dabei handelte es sich um die hauseigenen Stämme Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2. Nach Enttoxifizierung der hemicellulosischen Fraktion konnte diese als C-Quelle im Mineral Medium eingesetzt werden. Burkholderia sacchari DSM 17165 und Hydrogenophaga pseudoflava DSM 1034, sowie die hauseigenen Isolate Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2 wurden für die Synthese von PHB aus der hemicellulosischen Fraktion verwendet. Die Zucker der hemicellulosischen Fraktion (Xylose, Glucose, Arabinose) konnten durch diese Organismen zur PHB-Synthese genutzt werden. Hierbei stellte sich heraus, dass die beiden Bacillus-Stämme besser zur Produktion von PHB aus dem hemicellulosischen Hydrolysat geeignet waren als die Stämme der DSMZ. Die alternative Umsetzung der im hemicellulosischem Hydrolysat enthaltenen Zucker (Xylose, Glucose und Arabinose) in die wichtigen Grundchemikalien Lactat und Acetat konnte durch die Verwendung von heterofermentativen Milchsäurebakterien verwirklicht werden. Die Bildung dieser wichtigen Grundchemikalien stellt eine interessante Alternative zur PHB-Synthese dar. Die Menge an teuren Zusätzen wie Tomatensaft, welcher für das Wachstum der MSB essentiell war, konnte reduziert werden. Die Glucose der zweiten Fraktion des Weizenstrohs, der cellulosischen Fraktion, konnte ebenfalls durch den Einsatz von Mikroorganismen in PHB umgewandelt werden. Kommerzielle Cellulasen der Firma Novozymes konnten große Mengen an Glucose (≥10 g/l) aus der cellulosischen Fraktion freisetzen. Diese freie Glucose wurde mit Hilfe von Cupriavidus necator DSM 545, Cupriavidus necator NCIMB 11599, Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2 zu PHB fermentiert. Wie auch beim hemicellulosischen Hydrolysat konnten hier die beiden Bacillus-Stämme die besten Ergebnisse erzielen. Bei ihnen machte die PHB mehr als die Hälfte der Trockenmasse aus. Die Abtrennung des Zielprodukts ohne die Verwendung von umweltschädlichen Lösungsmitteln wurde durch die Lyse der Zielzellen durch eigens isolierte Enzyme aus Streptomyceten verwirklicht. Die Zelllyse durch die Enzyme aus Streptomyces globisporus subsp. caucasius DSM 40814 und Streptomyces albidoflavus DSM 40233 war erfolgreich und zeigte vor allem bei den Bacillen hohe Wirkung (83 % und 99 % Zelllyse). Bei dem Gram-negativen Organismus Cupriavidus necator DSM 428 konnte die anfangs niedrige Zelllyse von 38 % durch Ultraschallbehandlung auf ca. 75 % erhöht werden.

Aluminum toxicity to tropical montane forest tree seedlings in southern Ecuador: response of biomass and plant morphology to elevated Al concentrations

In acid tropical forest soils (pH < 5.5) increased mobility of aluminum might limit aboveground productivity. Therefore, we evaluated Al phytotoxicity of three native tree species of tropical montane forests in southern Ecuador. An hydroponic dose-response experiment was conducted. Seedlings of Cedrela odorata L., Heliocarpus americanus L., and Tabebuia chrysantha (Jacq.) G. Nicholson were treated with 0, 300, 600, 1200, and 2400 mu M Al and an organic layer leachate. Dose-response curves were generated for root and shoot morphologic properties to determine effective concentrations (EC). Shoot biomass and healthy leaf area decreased by 44 % to 83 % at 2400 mu M Al, root biomass did not respond (C. odorata), declined by 51 % (H. americanus), or was stimulated at low Al concentrations of 300 mu M (T. chrysantha). EC10 (i.e. reduction by 10 %) values of Al for total biomass were 315 mu M (C. odorata), 219 mu M (H. americanus), and 368 mu M (T. chrysantha). Helicarpus americanus, a fast growing pioneer tree species, was most sensitive to Al toxicity. Negative effects were strongest if plants grew in organic layer leachate, indicating limitation of plant growth by nutrient scarcity rather than Al toxicity. Al toxicity occurred at Al concentrations far above those in native organic layer leachate.

Aluminum toxicity in a tropical montane forest ecosystem in southern Ecuador

Aluminum phytotoxicity frequently occurs in acid soils (pH < 5.5) and was therefore discussed to affect ecosystem functioning of tropical montane forests. The susceptibility to Al toxicity depends on the sensitivity of the plant species and the Al speciation in soil solution, which can vary highly depending e.g., on pH, ionic strength, and dissolved organic matter. An acidification of the ecosystem and periodic base metal deposition from Saharan dust may control plant available Al concentrations in the soil solutions of tropical montane rainforests in south Ecuador. The overall objective of my study was to assess a potential Al phytotoxicity in the tropical montane forests in south Ecuador. For this purpose, I exposed three native Al non-accumulating tree species (Cedrela odorata L., Heliocarpus americanus L., and Tabebuia chrysantha (Jacq.) G. Nicholson) to increased Al concentrations (0 – 2400 μM Al) in a hydroponic experiment, I established dose-response curves to estimate the sensitivity of the tree species to increased Al concentrations, and I investigated the mechanisms behind the observed effects induced by elevated Al concentrations. Furthermore, the response of Al concentrations and the speciation in soil solution to Ca amendment in the study area were determined. In a final step, I assessed all major Al fluxes, drivers of Al concentrations in ecosystem solutions, and indicators of Al toxicity in the tropical montane rainforest in Ecuador in order to test for indications of Al toxicity. In the hydroponic experiment, a 10 % reduction in aboveground biomass production occurred at 126 to 376 μM Al (EC10 values), probably attributable to decreased Mg concentrations in leaves and reduced potosynthesis. At 300 μM Al, increased root biomass production of T. chrysantha was observed. Phosphorus concentrations in roots of C. odorata and T. chrysantha were significantly highest in the treatment with 300 μM Al and correlated significantly with root biomass, being a likely reason for stimulated root biomass production. The degree of organic complexation of Al in the organic layer leachate, which is central to plant nutrition because of the high root density, and soil solution from the study area was very high (mean > 99 %). The resulting low free Al concentrations are not likely to affect plant growth, although the concentrations of potentially toxic Al3+ increased with soil depth due to higher total Al and lower dissolved organic matter concentrations in soil solutions. The Ca additions caused an increase of Al in the organic layer leachate, probably because Al3+ was exchanged against the added Ca2+ ions while pH remained constant. The free ion molar ratios of Ca2+:Al3+ (mean ratio ca. 400) were far above the threshold (≤ 1) for Al toxicity, because of a much higher degree of organo-complexation of Al than Ca. High Al fluxes in litterfall (8.8 – 14.2 kg ha−1 yr−1) indicate a high Al circulation through the ecosystem. The Al concentrations in the organic layer leachate were driven by the acidification of the ecosystem and increased significantly between 1999 and 2008. However, the Ca:Al molar ratios in organic layer leachate and all aboveground ecosystem solutions were above the threshold for Al toxicity. Except for two Al accumulating and one non-accumulating tree species, the Ca:Al molar ratios in tree leaves from the study area were above the Al toxicity threshold of 12.5. I conclude that toxic effects in the hydroponic experiment occurred at Al concentrations far above those in native organic layer leachate, shoot biomass production was likely inhibited by reduced Mg uptake, impairing photosynthesis, and the stimulation of root growth at low Al concentrations can be possibly attributed to improved P uptake. Dissolved organic matter in soil solutions detoxifies Al in acidic tropical forest soils and a wide distribution of Al accumulating tree species and high Al fluxes in the ecosystem do not necessarily imply a general Al phytotoxicity.

Occurrence and abundance of late Early Cretaceous radiolarians at DSDP Leg 62 Holes

Well-preserved Mesozoic radiolarian faunas have been recovered at four sites of Deep Sea Drilling Project Leg 62. Late Early Cretaceous assemblages, which occur always with foraminifers or calcareous nannoplankton, allow the description of 21 new species, the introduction of a new zone scheme, and calibration of the radiolarian zones with the geochronological scale.