Burhenne, Matthias: Biotestsystem mit Bodenalgen zur ökotoxikologischen Bewertung von Schwermetallen und Pflanzenschutzmitteln am Beispiel von Cadmium und Isoproturon

96

Kapitel 6. Zusammenfassung

Biotests sind für die toxikologische Bewertung von Chemikalien, Pflanzenschutzmitteln und schadstoffbelasteten Gewässern oder Böden von besonderer Bedeutung, da sie Auskünfte über die biologische Wirksamkeit eines Stoffes auf Organismen geben. Bislang gibt es für die ökotoxikologische Bewertung, insbesondere von Chemikalien und Pflanzenschutzmitteln, für die autotrophe Organismenebene neben verschiedenen Biotests mit höheren Pflanzen den DIN 28 692 Biotest „Wachstumshemmtest mit den Süßwasseralgen Scenedesmus subspicatus und Selenastrum capricornutum“, der auch als OECD 201 Biotest „Algal, Growth Inhibition Test“ vorliegt. Dieser aquatische Biotest wird nur mit einer Süßwasseralgenart durchgeführt und trotzdem zunehmend für die Bewertung von belasteten Böden und Sedimenten eingesetzt. Untersuchungen über aquatische Biotests, die Bodenalgen als Testorganismen nutzen, oder Boden-Biotests mit Bodenalgen gibt es nur vereinzelt. Ein Biotestsystem, das sowohl aus einem aquatischen als auch aus einem terrestrischen Biotest besteht und mehrere Bodenalgenarten als Testorganismen nutzt, existiert bisher nicht. Dieses wurde in vorliegender Arbeit entwickelt und an dem Schwermetall Cadmium als Cadmiumchlorid und dem Herbizid Arelon, Wirkstoff Isoproturon erprobt.

Um Bodenalgen, die keine Resistenzen oder Toleranzen gegenüber Schadstoffen aufweisen, als Testorganismen nutzen zu können, wurden aus unbelasteten Böden Algen isoliert, Klonkulturen erstellt und die Arten bestimmt. Dies führte zu einer Sammlung mit 35 Algenarten. In den dafür notwendigen Isolierungsversuchen aus unterschiedlichen Böden zeigte sich, daß Bodenalgen in Abundanzen von 800 000 cfu/g TS Boden bis 1 000 000 cfu/g TS Boden vorkamen und auch in nährstoffarmen Sandböden noch in einer Dichte von 400 000 cfu/g TS Boden auftraten. Aus den in die Bodenalgensammlung aufgenommenen Arten wurden Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum und Chlamydomonas noctigama für das Testsystem ausgewählt. Diese eigneten sich als Testorganismen, da es sich um häufig aus Böden isolierte, sich in Zellmorphologie, Wachstumsgeschwindigkeit und Vermehrungsart unterscheidende Arten handelte, die damit ein weites Spektrum der Algenvielfalt im Boden abdecken. Zusätzlich zu diesen wurde die Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus als Referenzalge ausgewählt.

Mit diesen Algen wurde der Gel-Biotest, bestehend aus einem flüssigen gelartigen Medium, das die Kontaminationspfade im Wasser nachbildet, und ein Boden-Biotest mit einem naturnahen sorptionsschwachen Boden entwickelt, der die Kontaminationspfade über Gas-, Wasser- und Festphase im Boden nachbildet. Im Gel-Biotest wurden alle sechs Algenarten und im Boden-Biotest vier Algenarten eingesetzt. In beiden Biotests wurde die Sensibilität der Testorganismen über mehrere Generationen durch die Wachstumshemmung innerhalb von 96 h gemessen. Die Kulturbedingungen und ein Teil der Medienzusammensetzung waren identisch, so daß es möglich war, die ermittelten EC-Werte miteinander zu vergleichen. Eine Reduzierung des Material-, Zeit- und Kostenaufwandes trotz der Verwendung von vier bzw. sechs Testorganismen gegenüber dem DIN-Algentest konnte erreicht werden, indem beide


97

Biotests auf Mikrotiterplattenebene entwickelt wurden. Der Gel-Biotest konnte zudem mit Hilfe eines Mikrotiterplattenphotometers zügig ausgewertet werden.

Bei der Erprobung dieses Biotestsystems mit Cadmiumchlorid und Isoproturon zeigte sich, daß Bodenalgen gegenüber Cadmiumchlorid im Gel-Biotest eine geringe bis mittlere Sensibilität aufwiesen. Im Boden-Biotest lag eine sehr geringe Sensibilität vor, wie dies auch bei anderen Bodenorganismengruppen in Biotests festgestellt wurde. Dies kann mit der Sorption der Cadmiumionen im Boden erklärt werden und dem damit geringen für die Organismen bioverfügbaren Cadmiumionenanteil. Für Isoproturon lag sowohl im Gel- als auch im Boden-Biotest eine hohe Sensibilität der Bodenalgen vor. Erstaunlich war, daß die Sensibilität in beiden Biotests nahezu identisch war, obwohl Isoproturon in sorptionsschwachen Böden zu ca. 30 adsorbiert wird. Eine Erklärung ist, daß auch das sorbierte Isoproturon Bodenalgen beeinflussen kann. Dies könnte durch die enge Assoziation möglich sein, die Bodenalgen zu Bodenpartikeln besitzen oder durch die von Algen ausgeschiedenen Schleime, die sorbierte Isoproturonanteile eventuell wieder bioverfügbar werden lassen. Eine andere Vermutung ist, daß die Algen zu Beginn des Versuches durch die gesamte Isoproturonkonzentration beeinflußt wurden, bevor ein Teil derselben im Boden sorbiert wurde.

Im Vergleich zur Sensibilität von Scenedesmus subspicatus waren die Bodenalgen bei Cadmiumchlorid bis auf zwei Ausnahmen um den Faktor 5 bis 10 unsensibler. Die Bodenalge Klebsormidium flaccidum besaß eine vergleichbare Sensibilität und Xanthonema montanum war um den Faktor 20 unsensibler. Für Isoproturon konnten keine Unterschiede in der Sensibilität zwischen Scenedesmus subspicatus und den geprüften Bodenalgen ermittelt werden, außer bei Stichococcus bacillaris, die um den Faktor 5 unempfindlicher war.

Das entwickelte miniaturisierte Biotestsystem eignet sich dazu, differenzierte Aussagen über das ökotoxische Potential von Stoffen auf Bodenalgen und der Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus zu erhalten. Durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Testsubstraten (Flüssigmedium und naturnaher Boden) werden der Einfluß dieser Substrate sowie die daraus resultierenden Kontaminationspfade der Teststoffe und ihre ökotoxikologische Wirkung auf Algen feststellbar und vergleichbar.

Ein Normenentwurf des Biotestsystems wurde inzwischen in das “Technical Committee 190 - Soil Quality“ der International Standards Organization (ISO) eingereicht.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Wed Aug 7 11:00:41 2002