Topochemische und feinstrukturelle Analysen des mikrobiellen und chemischen Zellwandabbaus ...

151 Pages·2011·9.84 MB·German

Topochemische und feinstrukturelle Analysen
des mikrobiellen und chemischen Zellwandabbaus
zur Charakterisierung der Holzeigenschaften
wichtiger Wirtschaftsbaumarten

Dissertation

Zur Erlangung der Würde des Doktors der Naturwissenschaften
des Fachbereichs Biologie,
der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
der Universität Hamburg

vorgelegt von
Mathias Rehbein
aus Hamburg

Hamburg, Dezember 2011

Danksagung
Danksagung
Die vorliegende Arbeit entstand am Fachbereich Biologie, der Fakultät für Mathematik,
Informatik und Naturwissenschaften, Zentrum Holzwirtschaft der Universität Hamburg, in
Verbindung mit dem Institut für Holztechnologie und Holzbiologie (HTB) des Johann
Heinrich von Thünen-Institutes (vTI), Hamburg.

Ohne die Unterstützung durch meine Familie, Freunde und Kollegen hätte diese Arbeit nicht
realisiert werden können. Speziell bedanken möchte ich mich bei folgenden Personen:

Mein besonderer Dank gilt PD Dr. Gerald Koch für die vorbildliche und über das
Fachliche hinausgehende Betreuung dieser Arbeit. Unsere konstruktiven Gespräche und die
gemeinsamen Projekte haben mein Wissen auf dem Gebiet der Holzstruktur und -qualität
fachübergreifend erweitert.

Mein spezieller Dank gilt Herrn Dr. Tobias Huckfeldt für die vielen gemeinsamen und
lehrreichen Stunden im Zuge mikrobiologischer Untersuchungen, die erfolgreiche
Zusammenarbeit und das allzeit freundschaftliche Arbeitsklima.

Ich danke Dr. Uwe Schmitt und Dr. Eckhard Melcher für ihre Hilfsbereitschaft und für
anregende Diskussionen hinsichtlich holzanatomischer und chemischer Fragestellungen.
Prof. em. Dr. Dr. h.c. mult. Walter Liese danke ich für das entgegengebrachte Interesse an
meiner Arbeit, die Bereitstellung von Fachliteratur und die stete Bereitschaft eigenes Wissen
weiterzugeben.

Mein besonderer Dank geht an meine lieben Kolleginnen Marie-Therese Lenz, Karin
Brandt und Tanja Potsch, die meine Arbeit stets mit viel Engagement und Tatendrang
unterstützt haben. Ihre freundliche Art und die schöne Zeit, die wir zusammen verbringen
durften, werden mir in Erinnerung bleiben.

Für die gute Zusammenarbeit danke ich Dr. Othar Kordsachia sowie der Arbeitsgruppe
von Herrn Dr. Jürgen Puls, insbesondere Frau Anna Knöpfle aus dem Team Holzchemie
des Institutes für Holztechnologie und Holzbiologie (HTB).

Allen Mitarbeitern des Institutes danke ich für die zahlreichen konstruktiven Gespräche im
Laboralltag, die große Hilfsbereitschaft und die freundliche und angenehme
Arbeitsatmosphäre.

Der Tischlerei, speziell Frau Stefanie Warsow, danke ich für die Bereitstellung der
benötigten Holzbearbeitungsmaschinen.

Meiner Familie gilt mein besonderer Dank, ohne ihren Rückhalt und das
entgegengebrachte Verständnis wäre diese Arbeit nicht möglich gewesen.

I

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Danksagung............................................................................................................................I
Inhaltsverzeichnis.................................................................................................................II
Abkürzungen.......................................................................................................................III
Zusammenfassung...............................................................................................................IV
Liste der Publikationen........................................................................................................V
1 Einleitung.............................................................................................................................1
2 Wissensstand.......................................................................................................................3
2.1 Beurteilung der Eigenschaften neu eingeführter Holzarten...........................................3
2.2 Natürliche Dauerhaftigkeit des Holzes..........................................................................5
2.3 Holzabbau durch Pilze...................................................................................................6
2.4 Holzabbau durch Bakterien..........................................................................................11
2.5 Spezielle Untersuchungen zur Topochemie des Holzabbaus.......................................15
3 Material..............................................................................................................................16
4 Methoden...........................................................................................................................17
4.1 Einbettung des Probenmaterials für die mikroskopischen Untersuchungen................18
4.2 Lichtmikroskopie.........................................................................................................18
4.3 Universal Mikrospektralphotometrie (UMSP 80 / MSP 800)......................................19
4.4 Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)............................................................20
5 Zusammenfassung der Ergebnisse..................................................................................21
5.1 Beurteilung der Holzeigenschaften neu eingeführter Wirtschaftsbaumarten für den
konstruktiven Außenbau (Publikationen I, V, VI und X)..................................................21
5.2 Topochemische Untersuchungen zum Holzabbau durch den Braunfäulepilz Antrodia
vaillantii (Publikation III)...................................................................................................26
5.3 Topochemische und feinstrukturelle Untersuchungen zum Zellwandabbau durch
Bakterien (Publikationen IV und VIII)..............................................................................31
5.4 Topochemische Untersuchungen zum Vergleich des mikrobiellen und chemischen
Zellwandabbaus (Publikation II)........................................................................................40
6 Schlussfolgerungen...........................................................................................................44
7 Literaturverzeichnis.........................................................................................................45
8 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis.............................................................................55
9 Publikationen.....................................................................................................................57
9.1 Liste der zusammenfassend dargestellten Publikationen (s. Kap. Ergebnisse)............57
9.2 Erläuterungen zu den eigenen Anteilen an den vorgelegten Arbeiten.........................58
II

Abkürzungen
Abkürzungen
ASR = Accelerated Solvent Extraction
CIE L*a*b* = Commission Internationale de l'Éclairage, mit den Farbkoordinaten L*a*b*
DHK = Dauerhaftigkeitsklasse entsprechend DIN EN 350-1/2:1994
FESEM = Feldemissions-Raster-Elektronenmikroskop
GK = Gebrauchsklasse entsprechend DIN EN 335-2:2006
ICP-OES = Optische Emissionsspektrometrie mittels induktiv gekoppeltem Plasma
ML = Mittellamelle
MSP = Mikrospektralphotometrie
NSSC = Neutral Sulfit Semi-Chemical Verfahren
PW = Primärwand
REM = Raster-Elektronenmikroskop
RP-HPLC = Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
S1 = Sekundärwand 1
S2 = Sekundärwand 2
S3 = Sekundärwand 3
spp. = Species pluralis
TEM = Transmissions-Elektronenmikroskop
u = Holzfeuchte in Prozent, bezogen auf das Darrgewicht entsprechend DIN 52183:1977
UMSP = Universalmikrospektralphotometrie
Zz = Zellzwickel

III