Der Bereich subletaler Toxizitaet von Kaliumdichromat und 4-Nitrophenol wurde am Testorganismus Ciona intestinalis (Tunicata, Ascidiacea) untersucht. Bei Auswahl der Testkriterien erwiesen sich Larval-/Juventilentwicklung und Filtrierrate als geeignet. Im Seewasserdurchfluss lassen sich Ascidien im Labor ganzjaehrig innerhalb von laengstens 3 Monaten bis zur Geschlechtsreife kultivieren. Unter semistatischen Bedingungen muss erhoehte Mortalitaet in Kauf genommen werden. - Im Larval-/Juvenilentwicklungstest ergab sich im 6-Tage-Versuch fuer Kaliumdichromat eine Wirkschwellenkonzentration, ECm von 0,48 mg/l und eine EC50 von 3-5 mg/l. Fuer 4-Nitrophenol wurden die ECm 0,08 mg/l und die EC50 0,5 mg/l gefunden. Filtrierraten wurden im Resultat uebereinstimmend mit unterschiedlichen Methoden gemessen. Sie koennen jederzeit sowohl in natuerlichem als auch kuenstlichem Seewasser bestimmt werden. Waehrend sich fuer Kaliumdichromat kein Einfluss nachweisen liess, wurden fuer 4-Nitrophenol in 24-stuendigen Experimenten eine ECm von 0,55 mg/l und eine EC50 von 1,35 mg/l ermittelt. Alle Untersuchungen sind unter Standardbedingungen und mit wenig apparativem Aufwand durchfuehrbar.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Beurteilung der biologischen Toxizität zur Kontrolle von Oberflächen- und Abwasser mit einfachen und automatisierten Testsystemen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Untersuchung der biologischen Toxizität als Umweltparameter mit universeller Einsetzbarkeit kann einfach durch die Messung der mikrobiellen Stoffwechselaktivität von Testorganismen erfolgen. Ziel der Vorphase war die Weiterentwicklung des bestehenden Biosensors zur Detektion mikrobieller Stoffwechselaktivität über den Energiemetaboliten ATP und bestimmte Testorganismen auf ihre Anwendbarkeit bei unterschiedlichen Messproblemen auszuwählen und auf ihre Eignung zu untersuchen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Zunächst wurde die Auswahl der Organismen getroffen und ihre Eignung als Testorganismen für die Bestimmung der biologischen Toxizität überprüft. Dabei wurde insbesondere die DIN 38412 zur Bestimmung der biologischen Toxizität berücksichtigt. Die ausgewählten Testorganismen waren Pseudomonas putida, Saccharomyces cerevisiae und Escherichia coli K12 und weitere Mikroorganismen (Klärwerksproben). Durch vergleichende Untersuchungen mit den etablierten Methoden der Trübungsmessung, Bestimmung der Kolonie-bildenden Einheiten und Atmungsmessungen wurde die Aussagekraft der biosensorischen ATP-Bestimmung für Stoffwechselaktivität und Wachstum untersucht. Die für diesen Zweck ausgewählten Referenztoxine waren Zinksulfat, Kaliumdichromat und Dichlorphenol. Außerdem wurde die Handhabung der Mikroorganismen bezüglich Bevorratung/Fermentierung im Bioreaktor und der notwendigen Inkubationsdauer mit der Probe untersucht. Die Effizienz des erforderlichen Zellaufschlusses zur Bestimmung des intrazellulären ATP-Gehaltes und die Aussagekraft des Detektionssignals wurden überprüft. Der Laboraufbau des Sensorsystems mit den Funktionskomponenten Inkubation, Zellaufschluss und Detektion wurde im Hinblick auf Analysegeschwindigkeit, Stoffströme und Haltbarkeit der Enzymkomponente des Fließ-Infektions-Analyse-(FIA)Systems für eine zuverlässige Handhabung weiterentwickelt und mit einer Rechnersteuerung ausgestattet. Fazit: Im Verlauf des Projektes wurde ATP bei den im Antrag genannten Organismen gemessen und bei mehreren Mikroorganismen die hohe Aussagekraft des Stoffwechselsignals für die Wirkung verschiedener Toxine belegt. Zusätzlich wurde ATP bei einer Kultur von Bacillus stearothermophilus TP 32, Micrococcus luteus und Ustilago maydis sowie einer Mischkultur von Belebtschlamm aus der örtlichen Kläranlage in Donaueschingen nachgewiesen. Der Vielzahl und Unterschiedlichkeit der Organismen, an denen ATP gemessen werden konnte, zeigt, dass ATP ein universell messbares Signal für die Stoffwechselaktivität von Organismen ist und dass das weiterentwickelte Biosensorsystem direkt breit eingesetzt werden kann.
Die Untersuchungen verfolgten das Ziel, einen Chemikalientest mit marinen Organismen zu entwickeln. Als Testorganismus wurde die Ohrenqualle Aurelia aurita (Cnidaria, Scyphozoa) ausgewaehlt. Als Testkriterium dient das Auftreten von Polypenstrobilae. Die Arbeiten wurden mit den Klonen 'Atlantik' und 'Ostsee' ausgefuehrt. Fuer die Referenzchemikalie Kaliumdichromat liegt bei 16 und 20 Grad Celsius sowie einem Salzgehalt von 30 Promille die Wirkschwelle zwischen 10 und 14 mg/l, bei 15 Promille bei kleiner 10 mg/l. Die entsprechenden Werte fuer 4-Nitrophenol lauten 20-26 mg/l und kleiner 20 mg/l. Natuerliches, gealtertes Seewasser und synthetisches Seewasser (Tropic marin) als Test-Medien fuehrten zu gleichen Ergebnissen. Standard-Arbeitsbedingungen fuer diesen Test wurden vorgeschlagen, jedoch sollten diese durch weitere Versuche vor regelmaessiger Anwendung ueberprueft werden.
In Laborexperimenten wurden die Kamptozoe Barentsia matsushimana und die Bryozoe Bowerbankia gracilis auf ihre Eignung untersucht, als marine Testorganismen zu dienen. Die Keimfaehigkeit der Dauersporen und das Wachstum erwiesen sich als ideale Testparameter. Der Keimfaehigkeitstest ist ein subletaler Kurzzeittest von 14 Tagen Dauer, der in natuerlichem und kuenstlichem Seewasser durchgefuehrt werden kann. Mit Kaliumdichromat und 4-Nitrophenol liefert er Ergebnisse im mg 1 hoch minus 1-Bereich. Deutlich empfindlicher ist der auf 7 Wochen konzipierte Wachstumstest, der mit B. matsushimana durchgefuehrt wurde. Dieser Test liefert neben einer mittleren effektiven Konzentration, die eine 50 prozentige Wachstumshemmung anzeigt, einen Wert fuer eine minimal effektive Konzentration (EC tief m). Konzentrationen oberhalb dieses Wertes bewirken eine signifikante Verschlechterung des Wachstums. EC tief m-Werte mit Kaliumdichromat und 4 Nitrophenol liegen im My g l hoch minus 1-Bereich. Beide Tests ergaenzen sich in ihrer Aussage.
Fuer die Aufbereitung feinkoerniger mineralischer Rohstoffe ist die Flotation das weltweit wichtigste Sortierverfahren. Zur Modifizierung der Feststoffoberflaechen und somit zur Beeinflussung des Trennprozesses muessen u. a. drueckende Reagenzien eingesetzt werden. Hierzu zaehlen auch stark toxische Verbindungen wie z. B. Natriumcyanid und Kaliumdichromat, die bei der Sulfidflotation verwendet werden. Sowohl der Umgang mit diesen Stoffen als auch deren Restkonzentrationen im Abwasser stellen eine Gefahr dar. Eine Substitution toxischer Flotationsreagenzien durch umweltvertraegliche, biologisch abbaubare Substanzen waere ein grosser Fortschritt. Aus der natuerlichen oxidierenden Laugung sulfidischer Erze ist die starke Wechselwirkung zwischen Mikroorganismen (z. B. Thiobacillus ferrooxidans) und Metallsulfiden bekannt. Eine notwendige Voraussetzung fuer die Anlagerung der Mikroorganismen auf der Oberflaeche der Metallsulfide ist dabei die Ausscheidung von extra- zellulaeren polymeren Substanzen (EPS), die die Adhaesion bewirken. Die adsorbierten organischen Verbindungen und die adsorbierten Zellen fuehren zu einer Hydrophilierung der Feststoffoberflaechen der Metallsulfide und haben somit die gleiche Wirkung wie die drueckender anorganischer Reagenzien, die meist toxischer Natur sind. Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung preiswerter, nichttoxischer Druecker auf biologischer Basis zur selektiven Beeinflussung von Flotationsprozessen. Die Wirkung der Biomodifikation natuerlicher Metallsulfide soll durch Flotationsversuche an synthetischen Mineralgemischen und realen Erzen nachgewiesen werden. Insbesondere ist der Anheftungsmechanismus der Mikroorganismen ueber die EPS an die Sulfidoberflaechen weiter aufzuklaeren und ein moeglicher Zusammenhang zwischen dem strukturellen Aufbau der EPS bei Gegenwart unterschiedlicher Metallsulfide herzustellen. Mit dieser Kenntnis koennte die technische Anwendung einer selektiven Anlagerung zur selektiven Trennung unterschiedlicher mineralischer Komponenten erreicht werden. Die geplanten Untersuchungen sind als Verbundprojekt des Instituts fuer Aufbereitung und Deponietechnik der TU Clausthal und des Instituts fuer Allgemeine Botanik, Abt. Mikrobiologie der Universitaet Hamburg ausgelegt. Diese Zusammenarbeit ist Voraussetzung fuer eine erfolgreiche Bearbeitung der aufbereitungstechnischen und mikrobiologischen Teilziele.
Die im Januar 1978 vorgelegte neue CSB-Methode ist auf Abwaesser mit einem C1/CSB-Verhaeltnis kleiner als 8 begrenzt. Durch diese Einschraenkung kann der CSB-Wert der Abwaesser einer Reihe von Industriebereichen mit dieser Methode nicht korrekt bestimmt werden, z.B. Bergbau, Zellstoffherstellung. Damit die neue Methode zur Anwendung fuer das Abwasserabgabengesetz fuer diese Industriebereiche gelten kann, werden Ergaenzungsarbeiten durchgefuehrt.
Dieses Forschungsvorhaben soll die technische Ausarbeitung und Ueberpruefung einer Arbeitsmethode fuer CSB-Bestimmung bringen. An diesen Arbeiten sind 11 Fachinstitute beteiligt. Die Arbeiten sollen Auftragsgemaess Juni/Juli 1975 abgeschlossen werden.
Wird Daphnia magna, bei gleicher Nahrungskonzentration, im Durchfluss in unterschiedlichen Tierdichten gehalten, so ist eine deutliche Beeinflussung der Lebensdaten zu ermitteln. Mit steigender Dichte erhoeht sich die Mortalitaet, die Juvenilentwicklung wird verzoegert, die Tiere bleiben kleiner und bilden weniger Eier. Dagegen steigt in Abhaengigkeit von der Muttertierdichte die Laenge der geborenen Jungtiere und diese Juvenilen enthalten mehr Fett. Als Konsequenz koennen Jungtiere, von Muettern in hohen Tierdichten geboren, in Hungertests besser ueberleben. Dieser Effekt - LiSSII (Life-Strategy Shift by Intraspecific Interaction); frueher negative Interferenz genannt, tritt bei niedriger Nahrungskonzentration (0,1 mgC/l Scenedesmus subspicatus) staerker auf als bei hoher Nahrungskonzentration (1,0 mgC/l). Ebenso erweisen sich adulte Tiere als weniger empfindlich als juvenile Tiere. LiSSII konnte fuer 3 Klone von Daphnia magna, sowie fuer je eine Population von Daphnia pulex und Simocephalus vetulus nachgewiesen werden. Auch interspezifische Beeinflussungen wurden beobachtet. Die oekologische Bedeutung von LiSSII liegt in der Anpassung der Reproduktion von Qantitaet zu Qualitaet im Fall von hohen Tierdichten und relativ niedriger Nahrung. Diese Situation tritt im Freiland kurz vor dem sogenannten Klarwasserstadium auf. Indem die Daphnien bereits auf den Proximatfaktor Tierdichte reagieren, sind sie und ihre Nachkommen fuer den Ultimatfaktor - Nahrungsmangel besser geruestet. Verursacht wird LiSSII von daphnieneigenen, unspezifischen Stoffwechselprodukten. Zur Ausloesung des Effekts ist eine bestimmte Konzentration des (der) Stoffe(s) noetig und damit eine gewisse Tierdichte. Bei sehr hohen Tierdichte scheint Beruehrungsstress die oben beschriebenen Effekte zu verstaerken. Die oben beschriebenen Aenderungen der Lebensdaten von Daphnien in Abhaengigkeit von der Tierdichte haben Konsequenzen fuer den akuten und chronischen Daphnientest. Da in Abhaengigkeit von der Muttertierdichte Jungtiere unterschiedlicher Qualitaet geboren werden, ist eine genauere Festlegung der Zuchtbedingungen fuer den akuten Daphnientest notwendig. Die EC 50 Werte fuer 3,4 - DCA steigen um den Faktor 10 mit zunehmender Groesse und zunehmendem Fettgehalt der verwendeten Jungtiere. Dagegen ist dieser Effekt bei Kaliumdichromat nicht zu beobachte. Von daher stellt sich hier die Frage, ob Kaliumdichromat die richtige Referenzsubstanz ist. Fuer die Pruefung von instabilen oder fluechtigen Substanzen im chronischen Daphnientest wird die Verwendung eines Durchflussdesigns empfohlen. Hierbei koennen anstatt 1 Tier / Glas 10 Tiere in ein Durchflussgefaess gesetzt werden. Nimmt man nun mit steigender Konzentration der Testsubstanz auch eine steigende Mortalitaet der Versuchstiere an, so stellen sich ueber die 21 Tage Versuchsdauer unterschiedliche Tierdichte in den Testkonzentrationen ein.
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|---|---|
| Bund | 22 |
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| Chemische Verbindung | 8 |
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