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Dissertation

Autor(en): Matthias Burhenne
Titel: Biotestsystem mit Bodenalgen zur ökotoxikologischen Bewertung von Schwermetallen und Pflanzenschutzmitteln am Beispiel von Cadmium und Isoproturon
Gutachter: C. Steinberg; G. Deml; W. Pestemer
Erscheinungsdatum: 09.05.2000
Volltext: html (urn:nbn:de:kobv:11-10013990)
pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10014004)
Fachgebiet(e): Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter (ger): Algen, Bodenalgen, Biotest, Bioverfügbarkeit, Cadmiumchlorid, Isoproturon, Scenedesmus subspicatus, Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum, Chlamydomonas noctigama
Schlagwörter (eng): algae, soil algae, bioassay, bioavailability, cadmium chloride, isoproturon, Scenedesmus subspicatus, Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum, Chlamydomonas noctigama
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Zitationshinweis: Burhenne, Matthias: Biotestsystem mit Bodenalgen zur ökotoxikologischen Bewertung von Schwermetallen und Pflanzenschutzmitteln am Beispiel von Cadmium und Isoproturon; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 09.05.2000, urn:nbn:de:kobv:11-10014013
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Abstract (ger):
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. Aus den in die Bodenalgensammlung aufgenommenen Arten wurden Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum und Chlamydomonas noctigama für das Testsystem ausgewählt. 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. 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. 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.
Abstract (eng):
Biotests are an important device to assess the toxicity of chemicals, pesticides, polluted water, and soils because they can provide direct information about the influence of a compound on the organism level. Besides various biotests using higher plants there is only the DIN 28 692 biotest "Growth-inhibition test using fresh water algae Scenedesmus subspicatus and Selenastrum capricornutum" (DIN 28 692) also known as the OECD 201 biotest "Algal, Growth Inhibition Test" which is currently available for an ecotoxicological assessment of chemicals such as pesticides on the autotrophic organism level. This aquatic biotest is based on a single specie of fresh water algae and is increasingly applied to evaluate polluted soils and sediments. There is almost no information on aquatic biotests which are using soil algae as test organisms instead. A more comprehensive biotest system which actually combines aquatic and terrestric biotests using several soil algae species as test organisms has not been reported, yet. Thus, a biotest system was developed and subsequently evaluated by using cadmium (cadmium chloride) as a heavy metal, and the herbicide arelon containing isoproturon as the active ingredient. Soil algae were isolated from unpolluted soil in order to obtain test organisms which are not resistant or tolerant to pollutants. The algae isolates were then cultivated, and subsequently identified. A total of 35 algae species was collected. Algae species used in the biotest system were Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum, Chlamydomonas noctigama. In addition, the fresh water specie Scenedesmus subspicatus served as a reference algae. Based on these different algae species a gel biotest using liquid gel medium was developed to investigate the contamination path via water, and also a soil biotest with a pre-treated soil of low sorption capacity was deviced to simulate the contamination path through gas, water, and solid phase. The evaluation of the biotest system using cadmium chloride and isoproturon did reveal that soil algae have had only low to medium sensitivity to cadmium chloride in the gel biotest. Algae sensitivity in the soil biotest was very low which was in accordance with data from other biotests using different soil organisms. The weak response of the algae was most likely caused by the sorption of the cadmium ions to the soil matrix what may have decreased the bioavailability of cadmium. In comparison, soil algae were very sensitive to isoproturon in both, the gel biotest and the soil biotest. Both biotests indicated almost identical sensitivities of the tested soil algae which was surprising since 30 % of the isoproturon was sorbed even in soils with a low sorption capacity. Soil algae when compared to the water algae Scenedesmus subspicatus were generally 5 to 10-fold less sensitive to cadmium chloride. Only Klebsormidium flaccidum has proved to have a similar sensitivity as Scenedesmus subspicatus had, whereas Xanthonema montanum was about 20-fold less sensitive. With isoproturon, however, no differences in sensitivity could be seen between Scenedesmus subspicatus and the tested soil algae, except Stichococcus bacillaris which was about 5-fold less sensitive. The biotest system as developed in this study has shown to be suitable for obtaining valuable information about ecotoxicological effects of chemicals on soil and water algae. Since the biotest system consists of two different test media (liquid gel and soil) it is possible to determine ecotoxicological effects on algae in both, water and soil. A first draft of the developed biotest system has been submitted to the "Technical Committee 190 - Soil Quality" of the International Standards Organization (ISO) for review.
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Generiert am 30.08.2014, 16:34:58