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Passive Sampling und Passive Dosing - ein innovativer Ansatz zur kombinierten chemischen und biologischen Analyse hydrophoben organischen Schadstoffen im Sediment-Porenwasser mariner Systeme

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von innovativen Indikatoren, die eine räumlich strukturierte Beschreibung und Bewertung der Belastungssituation und des Risikopotenzials von sedimentgebundenen Schadstoffen in marinen Systemen ermöglichen. Dieses Projekt wird es zum ersten Mal ermöglichen, Daten zur Toxizität der Porenwasserkonzentration von hydrophoben organischen Schadstoffen mit sehr geringer Unsicherheit zu erheben, direkt mit einer chemischen Analyse zu korrelieren und schließlich über entsprechende künstliche Mischungen zu verifizieren. Um dies zu erreichen, wird in diesem Projekt ein in situ Gleichgewichtssammlers (Passivsammlers) auf Basis der Festphasenmikroextraktion (passive sampling) für die Untersuchung von hydrophoben organischen Schadstoffen im marinen Bereich adaptiert. Anschließend werden die mittels Silikon Hohlfasern gesammelten Schadstoffmischungen direkt durch passive dosing in kleinskalige Biotestsysteme eingebracht. Durch Verzicht auf die vorherige Extraktion der Fasern wird das Risiko, die ursprüngliche Probenzusammensetzung zu verändern, deutlich reduziert. Erhobene Daten sind daher in hohem Maße repräsentativ für die tatsächliche Belastungssituation vor Ort. Des Weiteren werden die analysierten Schadstoffmischungen künstlich wiederhergestellt, um sie mittels passive dosing in unterschiedlichen Konzentrationen in Biotests zu untersuchen. Damit sollen Konzentrations-Wirkungskurven erstellt werden, die es erlauben, das von den sedimentgebundenen Schadstoffen ausgehende Risiko abzuschätzen (Mischtoxizität).

Erweiterung des Rapsgenpools durch Integration einer wirksamen Schädlingsresistenz aus verwandten Arten für eine effektive zukünftige Rapszüchtung, Teilprojekt C

Das Ziel dieses Projektvorschlags ist es, die Barrieren der Kreuzbarkeit mit verwandten Arten und der Erzeugung rekombinanter Chromosomen signifikant zu reduzieren, um wilde, verwandte aber grundsätzlich kreuzbare Arten effektiver nutzen zu können, z.B. zur Verbesserung der Insektenresistenz im Rapsgenpool. Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele unseres Projektes lassen sich in die folgenden drei Teile untergliedern: 1) Produktion interspezifischer Hybriden aus B. napus/B. rapa und Fremdarten mit Rapserdfloh-Resistenz. Hierfür wird zunächst darauf abgezielt, B. rapa-Genotypen zu identifizieren, die niedrigere Barrieren für die interspezifische Hybridisierung aufweisen. Ergänzend zu den händischen/insektenbedingten Kreuzungen wird in einem weiteren Arbeitspaket die Protoplastenfusion optimiert, um effektiv somatische Hybriden in der Gewebekultur zu erzeugen. 2) Erhöhung der Rekombinationsrate zwischen Empfängergenom und den Donor-Chromosomen für die Erzeugung möglichst vieler und möglichst unterschiedlicher Introgressionslinien. Über eine Strahlenbehandlung sollen ungerichtet DNA-Doppelstrangbrüche in B. napus/B. rapa-Hybriden mit Fremdgenomanteil induziert werden und die Häufigkeit und Verteilung der Rekombinationsereignisse gemessen werden. Angewendet auf das unter 1) generierte Material, sollen genetisch stabile Introgressionslinien erzeugt werden, die über einen Biotest auf die Erdfloh-Resistenz untersucht werden. 3) Etablierung einer Nuklease-induzierten Chromosomenrekombination als proof-of-concept. Das Einfügen gezielter Doppelstrangbrüche im Empfänger- und Donor-Genom mittels sgRNA/Nuklease Komplex in Hybridzellen soll die Rekombination der Donor-Fragmente fördern.

Identifizierung von Schadstoffquellen in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Bei der ökotoxikologischen Untersuchung von Wasser- und Sedimentproben kann oftmals nur ein Anteil der beobachteten Effekte durch bekannte Schadstoffe erklärt werden. Gleichzeitig zeigen chemische Non-Target-Analysen, dass aquatische Lebensgemeinschaften einer Vielzahl unbekannter oder unzureichend charakterisierter Stoffe ausgesetzt sind. Für eine Priorisierung und Identifizierung von Stoffen werden deshalb dringend innovative Ansätze zur Kopplung moderner chemischer und ökotoxikologischer Verfahren benötigt. Im Projekt SOURCE werden Wasser- und Sedimentproben entlang der Elbe chemisch und ökotoxikologisch charakterisiert und die Ergebnisse mithilfe wirkungsorientierter Analytik und der Modellierung molekularer und adverser Effekte integriert. Unter Berücksichtigung von Kombinationseffekten, die bei Umweltmischungen unweigerlich zu erwarten sind, wird somit eine Möglichkeit zur Identifizierung und Priorisierung von Schadstoffen und ihren Quellen geschaffen. Ziele - Bestandsaufnahme von Stoff- und Wirkungsprofilen von Sedimenten und Wasserproben entlang der Elbe - Kombination von chemisch analytischen Verfahren, Modellierung toxischer Effekte und effektbasierten Biotests - Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Identifizierung toxischer Stoffe und ihrer Eintragsquellen in Bundeswasserstraßen Woher kommen die Schadstoffe in unseren Flüssen? Um dieser Frage nachzugehen, werden im Projekt SOURCE Methoden der chemischen Target- und Non-Target-Analytik, bioanalytische Testverfahren und Modellierungsansätze kombiniert. Die Zahl der industriell hergestellten Chemikalien hat sich in den letzten 20 Jahren mehr als verdreifacht und liegt heute bei über 350.000 Substanzen. Gewässer werden in Europa routinemäßig jedoch nur auf wenige ausgewählte Stoffe untersucht. Dadurch bleiben Identität und Wirkung vieler Stoffe, die unsere Gewässer gefährden können, unerkannt. Vor dem Hintergrund der aktuellen Aktivitäten, z.B. zum Sedimentmanagement an der Elbe, ist es für die Entwicklung nachhaltiger Maßnahmen notwendig, die für Schadwirkungen verantwortlichen Stoffe zu identifizieren. Nur auf dieser Basis können Vorschläge zur zielgerichteten Minimierung der Einträge erarbeitet werden.

Nutzung quantitativer Resistenz gegen die Weißstängeligkeit (Sclerotinia sclerotiorum) für die Entwicklung von Winterrapshybriden

Das Forschungsprojekt NORAH wird von der NPZ Innovation GmbH (NPZi) und der Abteilung für Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Universität Kiel mit dem Ziel beantragt, die technischen und wissenschaftlichen Voraussetzungen für die Züchtung von Rapssorten mit hoher Resistenz gegen die Weißstängeligkeit (zu schaffen. Die Krankheit wird durch Sclerotinia sclerotiorum verursacht und die NPZi verfügt über Rapslinien mit hoher quantitativer Resistenz gegen diesen Schadpilz. Diese Resistenz wurde über Biotests in nicht-adaptierten Linien identifiziert und durch Kreuzung kombiniert. Über die physiologische Ursache dieser Resistenz und deren genetische Veranlagung ist nichts bekannt und soll im Rahmen des NORAH-Projektes erforscht werden. Darüber hinaus wird untersucht, welches Potential die Heterosis von F1-Hybriden für die Verbesserung der Sclerotinia-Resistenz besitzt.

Auswirkung subletaler und synergistischer Belastung auf makro-Invertebrata des Rheins

An einer groesseren Anzahl von Tieren aus dem Rhein wird die Auswirkung gleichzeitiger Belastung mit 3-4 Stoffen bzw. Schadfaktoren (O2-Mangel, Erwaermung) geprueft. Gemessen wird nicht der Tod der Versuchstiere, sondern bereits vorher sich andeutende, sublethale Schaedigung ueber die Messgroessen Sauerstoff-Verbrauch, Aktivitaet, Filtrationsleistung etc. Als Ergebnisse sind Daten ueber Resistenz-Unterschiede bei den Versuchstieren zu erwarten, weiterhin Auskunft ueber synergistisch besonders aktive Substanzen im Abwasser.

Entwicklung von Biotestsystemen mit Moosen und terrestrischen Algen

Der Einsatz von Moosen und terrestrischen Algen für verschiedene Biomonitoring-Zwecke wird untersucht.

Verhalten von Herbiziden in Gewaessern

Durch die Anwendung von Herbiziden in Gewaessern ist eine Beeintraechtigung des Wassers selbst sowie der Wasseroekologie moeglich. Mit Hilfe von Biotesten sollen derartige Veraenderungen nachgewiesen werden. Hierfuer sind geeignete Testorganismen erforderlich, die sowohl Aufschluss darueber geben, um welche Wirkstoffe es sich handelt, als auch eine ausreichende Empfindlichkeit erkennen lassen, damit selbst Spuren von Aktivsubstanzen angezeigt werden. Neben dem Nachweis von Wirkstoffen interessierte bei diesem Forschungsvorhaben vor allem die Beeinflussung der Wasserqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzenerqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzentration, deren Veraenderung zu einer erheblichen Beeintraechtigung der Biozoenose des Wassers fuehren kann. Aus diesem Grunde wurde daher vorrangig der Einfluss von verschiedenen Wasserherbiziden auf diese Konstante untersucht.

Nebenwirkungen von Forstschutzmitteln auf Nutzarthropoden

Entwicklung von Richtlinien zur Mittelpruefung an bestimmten Nutzarthropoden. Hier: Waldameisen (Formica polyctena) und Tachinen (Pales pavida). Spezielle Beruecksichtigung der Beeintraechtigung der Nutzfunktion der Versuchstiere (z.B. der Parasitierungsleistung u.a.). Durchfuehrung von Tests unter praxisueblichen Bedingungen, wobei nicht so sehr Insektizide, sondern Herbizide und Fungizide im Vordergrund stehen.

Aufwertung von (Abfall-) Protein durch kovalente Einfuegung von essentiellen Aminosaeuren fuer die Ernaehrung von Tier und/oder Mensch

Am Beispiel Molkenprotein wird durch Umsetzung der N-Carboxyanhydride limitierender Aminosaeuren gezeigt, dass sich aus dem Ausgangsmaterial ein Protein signifikant hoeherer biologischer Wertigkeit gewinnen laesst, wie sich aus dem Tierversuch durch Pruefung der biologischen Wertigkeit ergibt. Das Verfahren ist auf jedes Protein, auch Abfallprotein, anwendbar, und ein prinzipiell neuer Weg, bisher schlecht oder gar nicht genutzte Proteinquellen fuer Ernaehrungszwecke aufzuwerten. Dieses Verfahren (Epsilon-Aminoacylierung) bewirkt zugleich Lysinschutz, verhindert also Entstehung toxischer Produkte wie Lysinoalanin.

Pruefung ausgewaehlter Umweltsubstanzen auf mutagene und potentiell carcinogene Wirkung mittels Kurzzeit-Tests

Fuer den Menschen relevante Umweltchemikalien, z. B. Arzneimittel, Lebensmittelzusatzstoffe, beim Kochen von Speisen entstehende Stoffe, werden auf mutagen Wirkung untersucht. Hierfuer werden zahlreiche Methoden und prokaryotische und eukaryotische Organismen eingesetzt: Tests an Bakterien (Ames-Test, Host-mediated assay), Test an Soma- und Keimzellen von Drosophila melanogaster, cytogenetische Tests am Knochenmark von Kleinsaeugern (Mikrokerntest, SCE-Test u.a.), Specific-locus-Test an embryonalen Pigmentzellen der Maus (Fellfleckentest) sowie als weiterer Test auf transplazentare Mutagenese der Mikrokerntest an embryonalem Blut der Maus.

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