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Auswirkungen einer innovativen Bienenhaltung mit reduzierter Varroamilbenbehandlung auf die Leistungsfähigkeit und Vitalität von Honigbienen in der naturnahen Imkerei

Auswirkungen einer innovativen Bienenhaltung mit reduzierter Varroamilbenbehandlung auf die Leistungsfähigkeit und Vitalität von Honigbienen in der naturnahen Imkerei, Auswirkungen einer innovativen Bienenhaltung mit reduzierter Varroamilbenbehandlung auf die Leistungsfähigkeit und Vitalität von Honigbienen in der naturnahen Imkerei

Aktive Veränderung des pH-Wertes von Rindergülle durch Zugabe von anorganischen und organischen Substanzen (WT BioGÜpH)

Ammoniak (NH3)-Emissionen, die bei der Lagerung von Gülle entstehen, führen zu Eutrophierung und Bodenversauerung. In der Landwirtschaft stellen Emissionen aufgrund des Verlusts wertvoller Nährstoffe einen wirtschaftlichen Schaden dar. Andere gasförmige Emissionen aus der Gülle in der Form von Methan (CH4) und Lachgas (N2O) tragen als Treibhausgase zur globalen Klimaerwärmung bei. NH3- und CH4-Emissionen aus der Gülle hängen von deren pH-Wert ab. Das Ziel dies WT ist die Absenkung des pH-Werts in Rindergülle mit Hilfe von anorganischen Säuren (wie Phosphorsäure oder Oxalsäure) auf einen Ziel pH-Wert von um 6 zu erreichen. Ebenso sollen organische Substanzen als Nebenprodukt der Lebensmittelerzeugung (Molke und Sauerkrautsaft) hin auf ihre pH-Wert absenkende Wirkung hin überprüft werden. Es gilt herauszufinden, wie Rindergülle auf den Zusatz von anorganischen und organischen Substanzen reagiert.

Subletale Wirkungen von Oxalsäure in Kombination mit Zuckerwasser oder Glycerin auf Apis mellifera: Untersuchung der Toxizität, der Pharmakodynamik, des Verhaltens und der Lebensdauer sowie der Rückstände auf Bienen und Beutenmaterial

Die durch die parasitäre Milbe Varroa destructor ausgelöste Varroose stellt heute eines der größten Probleme in der Bienenzucht und -haltung dar. Um die Anzahl der Parasiten im Bienenvolk unterhalb der Schadensschwelle zu halten und eine Ausbreitung der Milben zu vermeiden, müssen die Völker vom Imker gegen die Varroose behandelt werden. Oxalsäure als Wirkstoff stellt eine wichtige Komponente dieser Behandlungen dar. In meiner Diplomarbeit konnte ich bereits subletale Effekte der Säure auf die Bienen zeigen. Da das Medikament in der Praxis durch Kombination von Oxalsäuredihydrat mit Zuckerwasser angesetzt wird, kann eine orale Aufnahme der Lösung durch die Bienen nicht ausgeschlossen werden. Diese kann zu einer erhöhten Mortalität durch die orale Toxizität der Säure führen und somit die Effekte der Säure auslösen oder verstärken. Um Bienen von den nicht auszuschließenden Nebenwirkungen beim breiten Einsatz des Medikamentes zu schützen und Nachteile für die Völker auszuschließen, war es das Ziel dieser Arbeit die subletalen Effekte der klassischen Behandlung mit Oxalsäuredihydrat in Kombination mit Zuckerwasser (OAS) aber auch in Kombination mit dem Zuckerersatzstoff Glycerin 45% (OAG) auf das Volk und die Einzelbiene in einem möglichst weiten Spektrum zu erfassen. Für alle Versuche, mit Ausnahme der Rückstanduntersuchungen am Volk, wurden die Bienen individuell im Labor behandelt. Dabei erhielt jede Biene 5 Mikro l OAS bzw. OAG auf die Unterseite des Abdomens aufgeträufelt (Oxalsäuredihydrat Dosis:175 Mikro g/Biene). Die Kontrollen erhielten Glycerin 45% (G) oder Zuckerwasser (K). In der Arbeit wurden möglichst verschiedene Parameter untersucht: Für Veränderungen in Futteraufnahme wurden Honigblase, Mittel- und Enddarm präpariert und auf einer Feinwaage gewogen (n=80) sowie die Futteraufnahme pro Tier in Einzelfütterungen ermittelt (n=125). Die Empfindlichkeit gegenüber Wasser und aufsteigende Zuckerkonzentrationen wurde mit Hilfe der Proboscis Extension Reaction (PER) überprüft (n=100). Die motorische Aktivität der Tiere wurde in einer vertikal aufgestellt, von oben beleuchtet Box untersucht aufgenommen (n=40). In einem Schauvolk wurden Verhalten und Lebensdauer unter volksähnlichen Bedingungen erfasst. Parallel dazu wurde die Lebensdauer auch unter Laborbedingungen aufgenommen (n=100). Die Aufnahme des Flugverhaltens erfolgte mit Radio Frequenz Identifikation, mit der Daten über das Aus- und Heimflugverhalten der Bienen gesammelt wurden (n=100). Neben den subletalen Effekten der Säure wurden auch ihre Rückstände auf der Einzelbiene optisch unterm Binokular und quantitativ mit dem Oxalsäure-Kit Enzytec™ erfasst (n=60). Durch Computertomographie erfolgten die Visualisierung der Verteilung im Volk und Dichtemessungen an der Einzelbiene (n kleiner gleich 600). (Text gekürzt)

Verfahrensentwicklung zur Substitution des umwelt- und gesundheitsgefährdenden Porenbildners Naphthalin durch den neuen Porenbildner Oxalsäure bei der Herstellung hochporöser keramisch gebundener Schleifkörper

Für die Herstellung hochporöser Schleifkörper wird als Porenbildner Naphthalin eingesetzt. Naphthalin bewirkt auf Grund seiner Plastizität eine sehr geringe Rückfederung beim Pressen und kann, da es sublimiert, wieder aus dem Schleifkörper entfernt werden, wodurch die Poren entstehen. Der Nachteil von Naphthalin ist, dass es ein gesundheits- und umweltgefährlicher Stoff ist. Außerdem bildet Naphthalin-Dampf mit Luft explosive Gemische. Es ist u. a. mit dem H-Satz 351 (kann vermutlich Krebs erzeugen) gekennzeichnet. Ziel ist es, Oxalsäure als Porenbildner einzusetzen. Oxalsäure ist nicht umweltgefährdend, nicht krebserregend und bildet keine explosiven Gemische. Mit den Ergebnissen aus der Projektarbeit konnte gezeigt werden, dass Oxalsäure sich grundsätzlich wie Naphthalin als Porenbildner für Schleifkörper geeignet ist. Es konnten Probekörper höchster Porosität mit bis zu 40 Masseprozent Porenbildner mit homogener Struktur und ohne Risse hergestellt werden. Oxalsäure ist im Handel nur mit Teilchengrößen von 0,1 bis 0,3 mm erhältlich. Für die Herstellung von vielen hochporösen Schleifkörperspezifikationen sind Porengrößen von ca. 0,3 bis 1,6 mm erforderlich. Deshalb musste eine Technologie zur Granulierung der Oxalsäure entwickelt werden. Durch die Ummantelung des Granulats, sollte die Rehydratisierung der Oxalsäure unterbunden werden. Dem Unterauftragnehmer IKTS Dresden gelang es nicht, ein für die Schleifkörperfertigung geeignetes Granulat zu entwickeln, dass während der Lagerung und der Schleifkörperfertigung eine Rehydratisierung der Oxalsäure verhindert und eine Entbinderung des Schleifkörpers ohne Entstehung von Rissen ermöglicht. Dieses Problem führte zum Antrag auf kostenneutrale Verlängerung der Projektlaufzeit. Trotz der Verlängerung der Projektlaufzeit konnte kein geeignetes Granulat entwickelt werden. Grundsätzlich kann eingeschätzt werden, dass die Parallelentwicklung der Herstellungstechnologie der hochporösen Oxalsäure-Schleifkörper und des Granulates richtig war, um das Projekt in der Projektlaufzeit abzuschließen. Das Problem der Granulatentwicklung wurde zu Beginn des Projektes unterschätzt. Die Entwicklung der Oxalsäure-Granulate kann nur fortgesetzt werden, wenn neue, geeignete Stoffe für das Coating der Oxalsäuregranulate entwickelt bzw. gefunden werden.

Förderschwerpunkt Biotechnologie, ICBio - Glyoxylatproduktion auf Zuckerbasis

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Glyoxylsäure, OHC-COOH, ist ein hochinteressanter Ausgangsstoff für die Synthese verschiedener heterocyclischer Verbindungen, Antibiotika, Polyacrylamide, Benzaldehyde und pharmazeutischer Bausteine. Die Herstellung von Glyoxylsäure erfolgt bisher chemisch durch Oxidation von Glyoxal mit Salpetersäure. Dieses Verfahren ist energieintensiv und führt aufgrund der Bildung von Oxalsäure zu einer schlechten Ausbeute. Obwohl Glyoxylat ein zentrales Stoffwechselintermediat in vielen Organismen darstellt, wurden unseres Wissens nach bisher keine Forschungsarbeiten zur biotechnologischen Produktion von Glyoxylat aus Zuckern publiziert. Das Ziel des geplanten Projekts ist die Entwicklung eines neuen, nachhaltigen und umweltschonenden Verfahrens zur Herstellung von Glyoxylat aus Zucker mit Hilfe von rekombinanten Bakterien-Stämmen (Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum) inklusive der dazugehörigen Produktaufarbeitungstechnik und zwar bis in den Technikumsmaßstab. Fazit: Obwohl die geplanten metabolic engineering-Arbeiten mit Escherichia coli erfolgreich durchgeführt werden konnten, katalysierten die erhaltenen Stämme nicht die gewünschte Umsetzung von Glucose zu Glyoxylat. Die Ursache dafür konnte nicht identifiziert werden. Hinsichtlich der Aufarbeitung von Glyoxylat aus wässriger Lösung konnten zwei alternative Verfahren etabliert werden, die Reaktivextraktion und die Elektrodialyse. Da ein erfolgreicher Abschluss des Projekts innerhalb des von der DBU gesetzten Zeit-rahmens von zwei Jahren nicht absehbar war, wurde das Projekt nach 18 Monaten Laufzeit beendet.

Entwicklung alternativer Varroabekaempfungsmethoden

Der Einsatz synthetischer Akarizide verursacht Kosten und Rueckstandsprobleme. Diese sollen durch die Entwicklung alternativer Bekaempfungsmethoden zur Kontrolle der Varroamilbe in Bienenvoelkern vermieden werden. Es wird an einer Verbesserung der Fang- und Bannwabentechnik, an dem Einsatz von Ameisen-, Milch- und Oxalsaeure sowie an einer Produktion rueckstandsfreien Wachses durch Naturbau gearbeitet.

Entwicklung biotechnologischer Verfahren zur Anreicherung von Wertmetallen aus silikatischen Rohstoffen und Rueckstandsprodukten

Aus Bergbaugebieten in Australien, Portugal und Rumaenien wurden heterotrophe Mikroorganismen isoliert und hinsichtlich ihres Einsatzes zur Extraktion von Wertmetallen (Al, Ni, Cr, Fe, Ti) aus silikatischen Rohstoffen und Rueckstandsprodukten untersucht. Alle Bakterienisolate erwiesen sich als sehr empfindlich gegenueber Metallionenkonzentrationen groesser 100 ppm, und keiner der Staemme kann zu den silikatabbauenden Bakterien gerechnet werden. Bei den Pilzisolaten dominierte die Gattung Penicillium. Am staerksten verbreitet waren Staemme von P simplicissimum, die aufgrund ihrer Saeureproduktion und Metalltoleranz fuer Laugungszwecke eingesetzt wurden. Citronensaeure erwies sich als besonders wirksam fuer eine Mobilisierung von Nickel und Aluminium. Aus silikatischem Lateritharz wurde 77 Prozent des Nickels und 31 Prozent des Aluminiums extrahiert. Bei Anwendung einer Kombination aus chemischer und mikrobiologischer Laugung gingen nach thermischer Vorbehandlung 90 Prozent des Nickels und 70 Prozent des Aluminiums in Loesung. Bei Untersuchungen an Rueckstaenden aus der Aluminiumproduktion wurden aus Schlacken bis zu 60 Prozent des Aluminiums mit Citronensaeure extrahiert, waehrend im Falle des Rotschlammes Oxalsaeure wirksamer war und 40 Prozent des Aluminiums in Loesung brachte. Chrom und Titan wurden durch organische Saeuren nur geringfuegig freigesetzt. Eine mikrobielle Laugung von Wertmetallen aus silikatischen Erzen und Industrierueckstaenden erscheint durchaus praktikabel und eroeffnet neue Moeglichkeiten zur Rohstoffsicherung und zur Verminderung staendig steigender Umweltbelastungen, bedarf aber noch eingehender Entwicklungsarbeit. Voraussetz...

Organische Saeuren in der Atmosphaere

Die Rolle der organischen Saeuren in der Atmosphaere soll charakterisiert werden. Die atmosphaerische Praesenz dieser Verbindungsgruppe, ihre Quellen und ihre Verteilung in der Gas- und in der fluessigen Phase muss noch festgelegt werden. Auch die Senkenprozesse koennen noch nicht als geklaert gelten.

Biologische Bekaempfung von Scarabaeidae

Wichtige Pflanzenschädlinge aus der Familie der Scarabaeide wurden mit virulenten, ökologisch kompetenten, insektenpathogenen Pilzen biologisch bekämpft. In diesem Zusammenhang wurden physiologische Methoden zum Monitoring der Virulenz gegen Maikäferlarven entwickelt. Erste Schritte zur Erleichterung der Qualitätskontrolle der biologischen Pflanzenschutzmittel wurden erreicht. Das rote Pigment Oosporein wird von Beauveria brongniartii unter verschiedenen Kulturbedingungen ausgeschieden, eignet sich aber nicht als Virulenzdeterminante. Oosporein ist nicht giftig, wenn es an Maikäferlarven verfüttert wird. Neue Formulierungen von B. brongniartii und Metarhizium anisopliae - dieser Pilz kann gegen den Gartenlaubkäfer eingesetzt werden - wirkten in Feldstudien ökonomisch und ökologisch effizient.In diesem Projekt wurden zwei wichtige Scarabaeidenschädlinge - der Feldmaikäfer und der Gartenlaubkäfer - mit biologischen Wirkstoffen auf der Basis von insektenpathogenen Pilzen bekämpft. Zuerst wurden die Pilzstämme morphologisch charakterisiert, danach ihre Aggressivität gegenüber den Larven in Biotests nachgewiesen. Physiologische Studien zeigten, dass Beauveria brongniartii an Aggressivität verliert sofern die Isolate öfters hintereinander kultiviert wurden. Solche Kultivierungsschritte sind aber während der Produktion des Wirkstoffes unumgänglich. Ein Nährmedium, welches Chitin als Kohlenstoffquelle enthält kann den Verlust an Virulenz, auch Attenuation genannt, jedoch verzögern. Studien bezüglich der Kohlenstoffverwertung von Beauveria zeigten Variabilität innerhalb der Pilzart. Einer der getesten Stämme verstoffwechselte bei geringerer Aggressivität weniger L-Erythritol als der hochvirulente Stamm. Aufgrund solcher Ergebnisse wird in Zukunft die Qualitätskontrolle biologischer Pflanzenschutzpräparate erleichtert werden, da statt aufwendiger Biotests mit Maikäferlarven nur noch einzelne Virulenzdeterminanten analysisiert werden müssen. Als Kohlenstoffquelle favorisiert B. brongnartii Glucose, Tween 80, Saccharose und Xylitol. HPLC Studien zeigten, dass der insektenpathogene Pilz unter bestimmten Kulturbedingungen Oxalsäure und das rote Pigment Oosporein ausscheidet. Die Menge an Oosporein steht aber mit der jeweiligen Aggressivität des Pilzisolates nicht in Zusammenhang und kann somit nicht als Virulenzdeterminante verwendet werden. Melocont - Pilzgerste wird kommerziell produziert und ist in Österreich registriert. Feldstudien mit diesem biologischen Pflanzenschutzmittel hatten zum Ergebnis, dass die Wirksamkeit am Höchsten ist, wenn die verpilzten Gerstenkörner nach der Applikation in einer Bodentiefe von 3 bis 10 cm zu liegen kommen. Die Dichte von B. brongniartii stieg nach jeder Anwendung kontinuierlich an und die Maikäferpopulation konnte in nur zwei Jahren erheblich dezimiert werden. Mit molekularbiologischer Methoden konnte nachgewiesen werden, dass der applizierte und der rückisolierte Pilz demselben insektenpathogenen Stamm zuzuordnen ist.

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