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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80217
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8021/


Dören, László

Entwicklung von in vivo-Biotests mit submersen und emersen Makrophyten

Development of in vivo-biotests with submergent and emergent macrophytes

Dokument1.pdf (5.522 KB) (md5sum: 0192693e73b59bddce6c9d099b100767)

Kurzfassung in Deutsch

In der Risikobewertung von Stoffen (v.a. Herbiziden) werden aquatische Makrophyten bislang nur durch den Lemna-Test vertreten, obwohl Bedenken bestehen, dass diese Art aufgrund ihrer Taxonomie (monokotyl) und ihrer Lebensform (frei schwimmend auf der Wasseroberfläche) das Risiko aller Substanzen ausreichend protektiv erfassen kann. Besonders bei Auxin-Herbiziden, die selektiv auf dikotyle Pflanzen wirken, kann das Risiko nur auf Grundlage von Algen- und dem Lemna-Test unterschätzt werden. Daher sollten in bestimmten Fällen zusätzliche höhere Pflanzen für eine Risikobewertung berücksichtigt werden. Diese Arbeit fasst zunächst in einem allgemeinen Teil das Thema Makrophyten aus ökotoxikologischer Perspektive zusammen, um im Anschluss verschiedene Studien zur Entwicklung von in-vivo Biotests mit submersen und emersen Makrophyten vorzustellen, die im Rahmen der Dissertation durchgeführt wurden. Die ersten 3 Studien zielten auf eine Optimierung des Testdesigns von Biotests mit Makrophyten, während bei den anschließenden beiden Studien alternative Endpunkte zu den üblicherweise verwendeten Wachstumsparametern eruiert wurden.
In der ersten Studie wurde das Wachstum von Ceratophyllum demersum, Elodea nuttallii und Riccia fluitans in natürlichem, nährstoffarmen Teichwasser und in mit verschieden stark mit Nährstoffen angereichertem Teichwasser unter verschiedenen Lichtbedingungen untersucht. Parallel wurde die Phytoplanktondichte als störendes Element im Medium der Testorganismen per verzögerter Fluoreszenz analysiert. In der zweiten Studie wurde für die beiden Makrophyten Mentha aquatica und Myriophyllum aquaticum die Eignung der 3 Standardmedien Chu-, Steinberg- und AAP-Medium untersucht. In der dritten Studie wurde der Einfluss einer selektierenden Vorwurzelungsphase auf das Wachstum von Mentha aquatica und Myriophyllum aquaticum untersucht. In der vierten Studie wurden mit den beiden Herbiziden Atrazin, ein Photosynthesehemmer, und 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D), ein synthetisches Auxin, insgesamt 14 Einzelspeziestests mit den 7 verschiedenen Makrophyten Lemna gibba, Riccia fluitans, Salvinia natans, Mentha aquatica, Myriophyllum aquaticum, Ceratophyllum demersum und Vallisneria spiralis durchgeführt. Als Endpunkte wurden verschiedene Wachstumsparameter sowie die effektive Quantenausbeute der photochemischen Energieübertragung als auch Änderungen der physikalisch-chemischen Parameter Leitfähigkeit, pH-Wert und Sauerstoffgehalt des Mediums herangezogen und miteinander verglichen.
In der fünften Studie wurde die Photosyntheseleistung submerser Wasserpflanzen über Änderungen des pH-Wertes des Mediums erfasst, da der photochemische CO2-Verbrauch sich über das Kohlensäuregleichgewicht direkt im pH-Wert des Mediums niederschlägt. Es wurde ein Bioassay entwickelt, mit dem in mehreren Bechergläsern mit Ceratophyllum demersum kontinuierlich der pH-Wert aufgenommen wird, um anhand des tageszeitlichen pH-Wertverlaufes des Mediums Aussagen über die Photosyntheseaktivität des Testorganismus zu erhalten.
In der Studie wird demonstriert, wie durch Atrazin ausgelöste Photoinhibition durch dieses Delta-pH-System erfasst und quantifiziert werden kann. Die Vorteile dieses Bioassays liegen in der berührungsfreien Anwendung und des verhältnismäßig einfachen Messprinzips dieser Methode.


Kurzfassung in Englisch

The aim of this PhD thesis was the development of in vivo-biotests with submergent and emergent macrophytes for herbicide risk assessment. In the first chapter an overview is given with respect to macrophytes in an ecotoxicological context. In the second chapter the herbicides atrazine and 2,4-Dichlorphenoxyacetic acid (2,4-D), the test organisms and the fluorescence techniques used in the following studies are described. In the chapters three to eight five studies are presented to make recommendations about test design, choice of the testorganisms and the application of the physiological endpoint photoinhibition.
In the first study tests were conducted with the macrophytes Ceratophyllum demersum, Elodea nuttallii and Riccia fluitans to evaluate ideal nutrient and light conditions.
In the second study the growth of the macrophytes Mentha aquatica and Myriophyllum aquaticum were compared using different standard media: Chu-, Steinberg- and AAP-medium diluted with deionized water.
Third the impact of the selection of the test-organisms Mentha aquatica and Myriophyllum aquaticum after a preadaption phase was studied. For this test procedure the potential testorganisms were pulled out of the sediment after 3 days (Myriophyllum) or 5 days (Mentha) adaption time to the test conditions (sediment, medium, light, temperature). Only individuals with a first sign of roots were used as testorganisms. In each case a growth test was conducted with and without the described procedure.
In the fourth study 14 single-species tests were conducted with the 7 macrophytes Lemna gibba, Riccia fluitans, Salvinia natans, Mentha aquatica, Myriophyllum aquaticum, Ceratophyllum demersum and Vallisneria spiralis to study the environmental risk of atrazine and 2,4-D. On the one hand the sensitivity of the different macrophytes regarding growth inhibition was compared, on the other hand the application of quantum yield measurements by the Mini-PAM (Walz) and conductivity, pH and oxygen measure-ments of the media to determine effect concentrations (EC) were studied.
In the fifth study a pH-measurement system was developed to record the pH of the medium of several beakers continuously over a larger time scale. The change of the pH in the medium during the light phase correlates with the photosynthetic activity of the aquatic macrophytes in the medium. The advantage of this pH-measurment system compared to the PAM technique is the photosynthesis measurement of submergent macrophytes without contact. The application of this pH-measurement system for herbicide risk assessment was demonstrated with Ceratophyllum demersum and atrazine.


SWD-Schlagwörter: Makrophyten , Wasserpflanzen , Umwelttoxikologie , Atrazin
Freie Schlagwörter (deutsch): 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure , Aquatische Photosynthese , Ökotoxikologie
Freie Schlagwörter (englisch): macrophytes , ecotoxicology
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Wagner, Edgar (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.02.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 23.03.2011
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