Hauptmann, UllaUllaHauptmann2023-03-032000-07-062023-03-032000http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-2493https://jlupub.ub.uni-giessen.de/handle/jlupub/10507http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9890Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein mikrobielles Ökosystem in einem kontinuierlich betriebenen gerührten Bioreaktor (CSTR) imLabormaßstab etabliert und seine Wachstumskinetik untersucht. In diesem in vitro Räuber-Beute-System wurden der Ciliat Tetrahymenathermophila und das Bakterium Pseudomonas putida über einen Zeitraum von mehr als 400 Stunden gemeinsam kultiviert. Die Interaktionvon Bakterien und Protozoen stellt einen elementaren Prozess in der Ökologie nahezu jedes Gewässers dar. Den Fraß von Bakterien, einzelligen Algen und Protozoen durch andere Protozoen kann man als Prädation im mikroskopischen Maßstabbezeichnen. Protozoen stellen ein Glied innerhalb des mikrobiellen Nahrungsnetzes dar und sind daher ein wichtiger Bestandteilaquatischer Ökosysteme. Da Protozoen partikuläres Material sammeln, konzentrieren und die Konkurrenz zwischen den Populationen vonZersetzern regulieren, spielen sie eine wichtige Rolle in der Abwasserbehandlung. Die vorliegende Arbeit hat diesen elementaren Prozessaus der Natur isoliert und unter kontrollierten Laborbedingungen studiert. Als kinetische Parameter für das Wachstum von Tetrahymena thermophila im Batch-Verfahren wurden eine spezifischeWachstumsgeschwindigkeit µmax = 0,16/h und eine Verdopplungszeit von tD = 4,3 Stunden ermittelt. Die maximal erreichten Zelldichtenlagen bei 6·108 Zellen/l. Pseudomonas putida wuchs in Batch-Kultur mit einer maximalen spezifischen Zuwachsrate von µmax = 0,52/h undeiner Verdopplungszeit von tD = 80 min und erreichte eine maximale Populationsdichte von 3·1012 Zellen/l. Die Co-Kultivierung von Tetrahymena thermophila und Pseudomonas putida wurde sowohl im Fed-Batch- als auch in kontinuierlichenVerfahren durchgeführt. Zur Co-Kultivierung wurde ein synthetisches Medium (BC-Medium) verwendet. Die Glucosekonzentrationen wurdenzwischen 0,55 g/l und 11 g/l variiert. Durch die Erhöhung der Konzentration von Glucose wurde eine verbesserte Kohlenstoffversorgunggewährleistet und Glucose als Mangelfaktor ausgeschlossen. Die Experimente mit kontinuierlichem Reaktorbetrieb, bei denen kontinuierlich frisches Medium zu- und verbrauchtes Kulturmediumabgeführt wurde, lieferten Zelldichten von Tetrahymena thermophila von maximal 4·108 Zellen/l. Hohe Zelldichten von etwa 1,7·108 Zellen/lkonnten außerdem über einen Zeitraum von mehr als 100 Stunden aufrecht erhalten werden. Bei Co-Kulturen im Batch-Verfahren wurden8·107 Zellen/l erreicht. Wie in der Literatur beschrieben, konnte auch mit der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass derRäuberorganismus Tetrahymena thermophila seine Beute, die Bakterienpopulation, nicht vollständig ausrottet. Die Zelldichte vonPseudomonas putida wurde in keinem der Experimente unter einen Wert von 109 Zellen/l reduziert. Es werden verschiedene mathematische Modelle zur Beschreibung mikrobieller Räuber-Beute-Systeme vorgestellt und ihreAnwendbarkeit auf die Versuchsergebnisse diskutiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie sinnvoll eine Verknüpfung von biologischen Fragestellungen, moderner Technologie und mathematischerModellbildung sein kann.Predation of bacteria, unicellular algae and protozoa through other protozoa can be described as predation in a microscopic scale.Protozoa are part of the microbial food web and therefore an important component of aquatic ecosystems. Since they collect andconcentrate particles and regulate the competition between populations of destruents, they are an important part in activated sludgetreatment. Within this thesis the elementary process has been isolated from nature and studied under controlled laboratory conditions. As kinetic parameters for growth of Tetrahymena thermophila in batch-culture, the specific growth rate µmax = 0,16/h and the doubling timetD = 4,3 were determined. The maximum cell density was 6·108 cells/l. Pseudomonas putida grew in batch-culture with a specific growthrate of µmax = 0,52/h and a doubling time of tD = 80 min reaching maximum cell densities of 3·1012 cells/l. Fed-batch and continuous fermentation has been used to co-cultivate Tetrahymena thermophila and Pseudomonas putida. Forco-cultivation experiments a synthetic medium (BC-medium) was used. The concentration of glucose was varried between 0,55 g/l and 11g/l. Increase of glucose concentration ensured a better supply with carbon and glucose was excluded as a limiting factor. Experiments of continuous fermentation with constant supply of fresh medium and constant removal of used medium showed cell densitiesfor Tetrahymena thermophila of 4·108 cells/l. High cell densities of 1,7·108 cells/l were maintained over a time period of more than 100hours. During co-cultivation in batch-culture, cells reached densities of 8·107 cells/l. As reported in literature it could be shown that thepredator Tetrahymena thermophila did not eliminate the bacterial population completely. In none of the experiments the population densityof Pseudomonas putida was reduced below 5·107 cells/l. Different mathematic models describing microbial predator-prey systems are presented and their applicability on the experiments arebeing discussed.de-DEIn CopyrightTetrahymena thermophilaPseudomonas putidaBioreaktorddc:570