Topochemische und feinstrukturelle Analysen des mikrobiellen und chemischen Zellwandabbaus zur Charakterisierung der Holzeigenschaften wichtiger Wirtschaftsbaumarten
Rehbein, Mathias - Universität Hamburg (2011)
Im Rahmen der interdisziplinären Forschungsarbeit wurde der mikrobielle Zellwandabbau durch den Braunfäulepilz Antrodia vaillantii und durch Erosion-Bakterien topochemisch und feinstrukturell untersucht. Schwerpunktmäßig wurden dabei die Frühstadien des mikrobiellen Holzabbaus auf subzellulärer Ebene analysiert, für die bisher noch keine grundlegenden Ergebnisse vorliegen.
Die topochemischen Untersuchungen erfolgten mit Hilfe der speziellen UMSP-Methode, deren hochauflösendes, UV-spektroskopisches Scanning-Verfahren (Ortsauflösung von 0,25 μm x 0,25 μm) sich besonders für die bildgebende Charakterisierung chemischer Veränderungen innerhalb der einzelnen Zellwandschichten eignet. Ergänzende UV-spektroskopische Punktmessungen mit einer Ortsauflösung von 1 μm² ermöglichten eine chemische Analyse abgebauter Zellwandbereiche und deren Abbauprodukte. Zur detaillierten Beschreibung der mikrobiellen Besiedlungsabfolge auf Gewebe- und Zellwandniveau wurden die Untersuchungen mit elektronenmikroskopischen Methoden (TEM und FESEM) kombiniert.
Die UV-spektroskopischen Analysen zeigen, dass bereits nach drei Tagen Inkubation eine Ligninmodifikation durch die Aktivität des Braunfäuleerregers Antrodia vaillantii topochemisch nachgewiesen werden kann. Infolge des mikrobiellen Zellwandabbaus konnten hoch absorbierende Ligninderivate im Bereich der äußeren S2 und der S1 der Tracheiden detektiert werden, die eine eindeutige Selektivität und frühzeitige Ligninmodifikation im Anfangsstadium des Zellwandabbaus bestätigen.
Die topochemischen Analysen des bakteriellen Holzabbaus zeigen im Frühstadium initiale Veränderungen der UV-Absorptionswerte im Bereich der Tüpfelkanäle, ohne das morphologische Strukturabweichungen elektronenmikroskopisch in diesem Stadium nachweisbar sind. Eine chemische Charakterisierung befallener Bereiche der Sekundärwand erfolgte durch ergänzende UV-spektroskopische Punktmessungen im Wellenlängenbereich von 240-400 nm. Die Auswertung der UV-Spektren bestätigt, dass die bakteriellen Abbauprodukte aus biochemisch mo difizierten und unmodifizierten Ligninen bestehen, die durch höhere UV-Absorptionswerte charakterisiert werden.
Vergleichende UV-spektroskopische Untersuchungen zu einem chemischen Holzaufschluss (NSSC) zeigen Parallelen zur beschriebenen mikrobiellen Lignin-Modifikation durch A. vaillantii auf. Beide Prozesse sind durch eine frühzeitige und selektive Ligninmodifikation innerhalb individueller Zellwandschichten charakterisiert. Die vorliegenden Ergebnisse der topochemischen Analysen liefern einen wichtigen Beitrag zur Beschreibung frühzeitiger sukzessiver Abbauprozesse auf zellulärer Ebene.
Zur Charakterisierung eines fortgeschrittenen Zellwandabbaus erfolgten zusätzlich anatomische, strukturelle und feinstrukturelle Untersuchungen an archäologischem Holz (Sarg der Moorleiche "Frau von Peiting"). Die angewendeten Untersuchungen zeigen, dass der in seiner Intensität variierende Zellwandabbau, insbesondere durch Erosion-Bakterien verursacht wurde. Der insgesamt verhältnismäßig gute Erhaltungszustand des Sarges muss auf die spezifischen Lagerungsbedingungen (saures Bodenmilieu unter Sauerstoffarmut) zurückgeführt werden.
Im Rahmen weiterführender praktischer Untersuchungen wurden zudem die natürliche Dauerhaftigkeit und Eigenschaften neu eingeführter Handelshölzer (Bintangor, Calophyllum spp.; Kasai, Pometia pinnat; Durian, Durio spp.; Merpauh, Swintonia spp. und Massaranduba, Manilkara bidentata) sowie speziell die natürliche Dauerhaftigkeit der Sibirischen Lärche untersucht. Die Ergebnisse der standardmäßigen Normprüfungen und zusätzlichen chemischen Analysen sind eine wichtige Voraussetzung für die Zulassung der neuen Handelssortimente.