Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt verfolgt haupts\u00e4chlich die Ziele, die umweltbeeinflussten Vorg\u00e4nge aus N\u00e4hr- und Schadstoffzugaben in der photosynthetischen Fluoreszenzkinetik von Algen besser verstehen und somit auch gezielter einsetzen zu k\u00f6nnen (wie z.B. beim 1Hz-Fluorometer der Firma BBE) sowie den hier beschriebenen, noch wenig bekannten, Messverfahren (durch die Demonstration ihrer Leistungsf\u00e4higkeit) zum Einsatz in der Um-welt\u00fcberwachung und -forschung zu verhelfen. Im Rahmen der aktuellen Umweltproblematik ist es ein Ziel dieses Projekts, f\u00fcr die Auswirkung von N\u00e4hr- und Schadstoffen auf Algen mechanistische Erkl\u00e4rungen zu finden, die auf der Zuordnung dieser Wirkungen zu bestimmten Prozessen im photosynthetischen Apparat beruhen. Diese st\u00fctzen sich haupts\u00e4chlich auf die \u00dcberpr\u00fcfung der bisherigen Hypothese (Wirkung auf die zum Akzeptor-Pool von PS I geh\u00f6rende Zeitkonstante t3) f\u00fcr Stickstoff (und Phosphat) und die m\u00f6gliche Erweiterung und Modifizierung f\u00fcr die Wirkung anderer Stoffe. Ebenfalls wird die Untersuchung weiterer photosynthetischer Reaktionen auf Schadstoffzugaben im Messbereich von 0.05 bis 20 Sekunden in der Fluoreszenzkinetik vorgenommen. Die hierbei gewonnenen Zusammenh\u00e4nge sollen dann neben ihrer wissenschaftlichen Aussage dazu benutzt werden, eine einfach zu handhabende leistungsf\u00e4hige Messmethode aus den im Projekt benutzten Messverfahren zu entwickeln. Dies wird entweder in der Entwicklung eines modifizierten Rauschmessger\u00e4ts bestehen,oder aber in der \u00dcberarbeitung des 1Hz-Fluorometers f\u00fcr eine gezieltere Anregung unterschiedlicher Photosynthese-Komponenten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf der Diplomarbeit von Ralf Hintze aufbauend, wurden Messungen an der Alge Dunaliella salina vorgenommen, um weitere Voraussetzungen f\u00fcr das Projekt kl\u00e4ren zu k\u00f6nnen. So wurde die Anstiegsphase der Kautsky-Kinetik bei unterschiedlichen Lichtintensit\u00e4ten, mit und ohne DCMU-Einwirkung, auf die Algen \u00fcberpr\u00fcft. Es wurden ausf\u00fchrliche Vergleiche mit der Literatur bzgl. dieser Phasen angestellt und eine Deutung der aufgetretenen Zeitkonstanten versucht. Die Experimente zeigten, dass das Verhalten der schnellen Zeitkonstanten stark temperaturabh\u00e4ngig ist. Dies f\u00fchrte zu einer Temperaturstabilisierung der Messkammer und zu besser stabilisierten Algenaufzuchtbedingungen. Die Experimentierkammer wurde v\u00f6llig neu gestaltet. Dies er\u00f6ffnet die M\u00f6glichkeit, sehr flexibel verschiedene Signale von den Algen abzugreifen. Die Umstellung auf blaue LEDs in Anregungs- und Messlicht gestaltete sich sehr schwierig, da die verwendeten blauen LEDs eine sehr gro\u00dfe Bandbreite aufweisen. In den meisten Kantenfiltern l\u00f6sen sie au\u00dferdem Eigen-Fluoreszenz aus. Es mussten entsprechende Filterkombinationen ausprobiert werden, bis vertretbare Messungen m\u00f6glich waren. Um neben dem Fluoreszenz-Signal \u00fcber weitere Zug\u00e4nge zur Photosyntheseaktivit\u00e4t der Algen (entsprechend dem Antrag (Kap. 4.2.1)) zu verf\u00fcgen, wurden die Absorptions\u00e4nderungen von Lichtanregungen bei 820, 515 und 535 nm untersucht. Es ergaben sich aber keine befriedigenden Signal-\/Rauschverh\u00e4ltnisse. So sind nur die 535 nm Messungen teilweise m\u00f6glich sowie Messungen mit zus\u00e4tzlichem dunkelrotem PSII-Licht. Um eine weitere G\u00fctebestimmung mit unseren Messmethoden vornehmen zu k\u00f6nnen, wurden mit den \u00fcberarbeiteten Aufbauten, laut dem Antrag (Kap. 4.2.4 – 4.2.6), Messreihen bei unterschiedlichen Lichtintensit\u00e4ten an der Gr\u00fcnalge Dunaliella salina und der Braunalge Thalassiosira weissflogii durchgef\u00fchrt. Hierbei kommen das 1Hz-K\u00fcvetten-Fluorometer, das PAM-Fluorometer, die Rauschanalyse und die Kohlenstoffassimilation mit der 14C-Analyse zum Einsatz. Die Aus-wertungen dieser Laborexperimente und einer Herbstausfahrt 1996 sind im Rahmen des Symposiums New Challenges for North Sea Research 1996 in Hamburg vorgestellt worden (Vanselow et al., 1997). Auf einer weiteren Ausfahrt in der Deutschen Bucht mit dem FS Heincke vom 3.4. bis 17.4.1997 wurde das 1Hz-K\u00fcvetten-Fluorometer mit dem PAM-Fluorometer von Walz verglichen und auf die im Labor er-mittelten Chlorophyll-Werte nach Lorenzen bzw. Jeffrey & Humphrey bezogen. Wir haben die 1Hz-Methode dar\u00fcber hinaus auf Prim\u00e4rproduktions-Workshops in Zingst (1997) und B\u00fcsum (1998) vorgestellt und an Vergleichsmessungen teilgenommen. Auch wurde auf dem Stand der DBU zusammen mit BBE Moldaenke das Messsystem auf der Biotechnica 1997 dargeboten. Die ebenfalls eingesetzte Rauschanalyse bringt gute Ergebnisse, um Grundlagen zu schaffen, stellt also eine gute Erg\u00e4nzung dar. Die Rauschanalyse selbst ist zwar elegant, aber nicht leicht verst\u00e4ndlich und im hier verwendeten Zeit-bereich f\u00fcr den Einsatz in Messger\u00e4ten ungeeignet. Auch liefert diese Methode der Kurveninterpretation \u00fcber die Summe von Exponentialfunktionen zwar keine eindeutigen Ergebnisse, daf\u00fcr ist diese aber sehr flexibel einsetzbar, was Kurveninterpretationen noch erm\u00f6glicht, wenn alle anderen Verfahren be-reits versagen. Als Abhilfe wurde versucht die Fit-Algorithmen auf modellgest\u00fctzte Target-Fits umzustellen. Dies geschah u.a. auf Basis eines in der Hansen-Gruppe (Biophysik) erstellten Fitprogramms. Bisher zeigen die verwendeten Differenzialgleichungsmodelle aber keine befriedigenden Ergebnisse. Die Kurven lassen sich aber mit dem Parallelweg-Modell immerhin derart nachvollziehen, dass dieses Mo-dell die Realit\u00e4t richtig nachbildet. Die Kultivierungsbedingungen f\u00fcr die Algenkulturen wurden st\u00e4ndig verbessert. Zusammen mit den Biologen des FTZ wurde ein Experimentierplatz um einen Turbidostaten (tr\u00fcbungsgeregelte Algenkultivierung) herum aufgebaut. Experimente mit N\u00e4hrstofflimitierung (Nitrat, Phosphat und Silikat) wurden durchgefahren und die Ergebnisse der Rauschanalyse und des Durchfluss-1Hz-Fluorometers diskutiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ergebnis dieses Projekts ist sowohl die Eignung des 1Hz-Fluorometers zur Bestimmung des Pigmentgehalts, wie Chlorophyll a Gehalts, in Meerwasserproben, als auch die Brauchbarkeit des 1Hz-Signals zur Bestimmung der Prim\u00e4rproduktionsrate von Algen. Das neue 1Hz-K\u00fcvetten-Fluorometer bleibt trotz der Parametererweiterungen im Messbereich erheblich empfindlicher als das PAM-Fluorometer. Die Ergebnisse zeigen auch, dass das 1Hz-Signal nach der Verrechnung \u00fcber eine empirisch gefundene Formel nicht direkt die Kohlenstoffassimilation der Algen bei unterschiedlichen Lichtintensit\u00e4ten anzeigt. Es zeigt sich eine gute, dem PAM Ger\u00e4t vergleichbare, Empfindlichkeit auf \u00c4nderungen des physiologischen Zustands der Algen im Turbidostaten. Die Ergebnisse zeigen eine direkte Abh\u00e4ngigkeit des 1Hz-Signals von den Photosyntheseparametern in diesem Zeitfenster (A0, A1a, A1b, A2, t0, t1a, t1b und t2). Hierbei erzeugten vor allem die 1Hz-Dunkelrotlichtanregungen \u00fcber PSI erheblich deutlichere Signale als die Blaulichtan-regungen \u00fcber PSII. Eine genaue Auswertung konnte aus Zeitgr\u00fcnden in diesem Projekt nicht abgeschlossen werden, wird aber in der Dissertation Hintze (1999) nachzulesen sein.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es sind verschiedene Beitr\u00e4ge in unterschiedlichen Medien erschienen. Diese reichen von einer Internet-Seite (http:\/\/www.uni-kiel.de:8080\/ftzwest\/ag2\/projekte\/biophy.htm), einem Zeitungsartikel (Dithmarscher Landeszeitung vom 16.1.1997, S. 15), einem Artikel im Technologie Dialog Nr. 24 (Magazin der Technologiestiftung Schleswig-Holstein) S. 20, FTZ-Jahresberichtsbeitr\u00e4gen 1997, 1998, 1999, einem Beitrag zu einem chinesisch-deutschen Workshop, einem Beitrag in der FAZ Biotechnologie-Beilage vom 13.10.98 und in den Rostocker Meeresbiologischen Beitr\u00e4gen bis hin zu einem Poster auf dem Internationalen Symposium New Challenges for North Sea Research in Hamburg mit den dazugeh\u00f6rigen Artikeln in den Berichten des Zentrums f\u00fcr Meeres- und Klimaforschung oder in der Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Vol. 49 und auf der Biotechnica 97.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die hier gezeigten Beispiele zur Anwendbarkeit der Hz-Fluorometer zeigen die ganze Vielfalt der Einbindungsm\u00f6glichkeiten der (im Verh\u00e4ltnis zu Wachstums- und Verhaltens\u00e4nderungen sehr schnell auf Milieu\u00e4nderungen reagierenden) photosynthetischen Fluoreszenzkinetik in die Nutzung von Mikroalgen als Biotestindikatoren. Algen-Fluorometer, wie das 1Hz-Fluorometer, sind damit sehr gut zur Gew\u00e4sser- und Abwasser\u00fcberwachung geeignet. In Zukunft ist neben der Weiterentwicklung dieser Messmethoden, de-ren Einsatz in der biotechnologischen Forschung, z.B. zur Optimierung der Naturstoffproduktion aus Mikroalgen, von vielversprechender Bedeutung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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