Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bodenlebensgemeinschaften k\u00f6nnen durch Schadstoffe gest\u00f6rt werden und, abh\u00e4ngig von Typ und Persistenz dieser Schadstoffe, k\u00f6nnen diese Sch\u00e4den zu vernachl\u00e4ssigen oder aber irreversibel sein. Um die Auswirkungen von Schadstoffen zu bewerten, werden \u00f6kologisch relevante Methoden in der Risikoabsch\u00e4tzung ben\u00f6tigt. Allerdings ist die experimentelle Datenlage zur \u00f6kologischen Risikobewertung von Umweltchemikalien in terrestrischen B\u00f6den im Vergleich zum aquatischen Bereich relativ d\u00fcnn. Dies liegt auch daran, dass zu wenige Testsysteme zur Verf\u00fcgung stehen, um die Toxizit\u00e4t im Boden zu bewerten und um die \u00dcbertragbarkeit von Toxizit\u00e4tsdaten auf das Freiland zu validieren. Im hier beantragten Projekt soll deshalb ein Mikrokosmen-Testsystem optimiert, validiert und standardisiert werden, mit dem es m\u00f6glich ist, im Laborma\u00dfstab Wirkungen von umweltrelevanten Schadstoffen auf Nematodenlebensgemeinschaften zu untersuchen. Nematoden k\u00f6nnen als repr\u00e4sentative Indikatoren f\u00fcr Bodenlebewesen verwendet werden, da diese abundante und artenreiche Organismengruppe in allen trophischen Ebenen des Bodennahrungsnetzes vertreten sind. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Material- und Personalaufwand und die damit verbundenen geringen Kosten des Testsystems. Durch den Vergleich der herk\u00f6mmlichen morphologischen taxonomischen mit einer DNA-basierten, quantitativen Community-Analyse, soll eine innovative Methode validiert werden, die es auch Nicht-Spezialisten (f\u00fcr Nematodentaxonomie) erm\u00f6glichen soll, das Testsystem anzuwenden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt war in 4 Arbeitspakete unterteilt: AP1: Bodentyp; AP2: Chemkalien; AP3: Nematoden-Community-Analyse; AP4: Standardisierung. Alle Arbeitspakete waren in sich verzahnt und wurden in mehreren unabh\u00e4ngigen Experimenten bearbeitet.
\nF\u00fcr AP1 mussten zuerst verschiedene Bodentypen ausgew\u00e4hlt werden, die f\u00fcr die Experimente in den Mikrokosmen geeignet waren. Daf\u00fcr wurden anhand von Literaturrecherchen sechs Standorte in eine weitere Auswahl aufgenommen. Daraus wurden anhand eingehender Untersuchungen der Nematoden-Community drei Standorte bzw. B\u00f6den f\u00fcr die Experimente ausgew\u00e4hlt. Die verschiedenen B\u00f6den wurden dann in drei verschiedenen Mikrokosmenexperimenten mit unterschiedlichen Schadstoffen (siehe AP2) behandelt, um den Einfluss der Bodeneigenschaften und Struktur der nativen Nematodenlebensgemeinschaft auf die Toxizit\u00e4t der Schadstoffe zu untersuchen.
\nAP2: Als erster Schritt wurde ein ausf\u00fchrliches Toxizit\u00e4tsscreening mit dem Standard-Bodentoxizit\u00e4tstest mit dem Nematoden C. elegans durchgef\u00fchrt (15 Pestizide; 1 Metall, 1 PAK), um erstens einen Sensitivit\u00e4tsvergleich zu anderen Standardtestorganismen anstellen zu k\u00f6nnen, und zweitens geeignete chemische Substanzen (und Konzentrationsbereiche) f\u00fcr die Mikrokosmentests ausw\u00e4hlen zu k\u00f6nnen. In den Mikrokosmenexperimenten wurden dann die Wirkungen von Zn (in drei B\u00f6den), Pyren (in zwei B\u00f6den) und den Fungiziden Mancozeb (in zwei B\u00f6den) und Carbendazim (in einem Boden) auf die jeweils native Nematoden-Community untersucht. Die verschiedenen Parameter zur Beschreibung der Nematoden-Community (Indices) wurden hinsichtlich ihrer Reaktion auf die Schadstoffe qualitativ und quantitativ verglichen.
\nAP3: F\u00fcr alle drei Mikrokosmenexperimente wurden die Nematoden mit zwei verschiedenen Methoden taxonomisch bestimmt: (a) herk\u00f6mmliche mikroskopisch\/morphologische Taxonomie; (b) DNA-basierte qPCR-Methode. AP4: Um die Methode hinsichtlich ihrer Zuverl\u00e4ssigkeit zu \u00fcberpr\u00fcfen und f\u00fcr eine Standardisierung vorzubereiten, wurden methodische Details (Testzeit, Temperatur, Raumfeuchte, etc.) und statistische Parameter (z. B. Replikate; Stichprobengr\u00f6\u00dfe; statistische Trennsch\u00e4rfe) in eigenen Experimenten abgepr\u00fcft. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
(1) Die \u00dcberpr\u00fcfung methodischer Details (Testgef\u00e4\u00dfe, Nematodenextraktion) und bestimmter Testbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit) stellten sicher, dass die angewandte, ver\u00f6ffentlichte Methode f\u00fcr die routinem\u00e4\u00dfige Anwendung geeignet ist. Es konnte z. B. gezeigt werden, dass die relativ kleine Stichprobe von Nematoden (n = 50 pro Replikat), die f\u00fcr die taxonomische Bestimmung verwendet wird, ausreichend ist, um f\u00fcr die relevanten Community-Indices, die f\u00fcr die Bewertung von Effekten herangezogen werden, robuste und zuverl\u00e4ssige Ergebnisse zu erhalten.
\n(2) Erste Pilotversuche zeigten, dass die Gesamtabundanzen von Nematoden im Boden, die mit DNA-basierter qPCR-Technik analysiert wurden, gut mit den Werten der klassischen mikroskopischen Auswertung \u00fcbereinstimmten. F\u00fcr den Vergleich der Methoden m\u00fcssen die Nematoden allerdings zuerst lebend extrahiert und dann getrennt mit f\u00fcr die jeweilige taxonomische Methoden geeigneten Fixierungsmittel haltbar gemacht werden.
\n(3) Mit einem Toxizit\u00e4tsscreening mit dem Single-Species-Test gem\u00e4\u00df ISO 10872:2020 konnten Pestizide ermittelt werden, auf die Nematoden empfindlich reagieren. So konnte ein Vergleich mit anderen Testorganismen angestellt werden, die routinem\u00e4\u00dfig f\u00fcr die Risikobewertung von Pestiziden verwendet werden (Regenw\u00fcrmer, Collembolen, Milben). Au\u00dferdem konnten so interessante Kandidaten als Testsubstanzen f\u00fcr die Testung im Mikrokosmensystem identifiziert werden. Die Nematoden zeigten sich relativ sensitiv gegen\u00fcber allen getesteten Fungiziden. Drei Fungizide wurde deshalb f\u00fcr die Verwendung in den Mikrokosmos-Experimenten ausgew\u00e4hlt (Fludioxonil, Mancozeb, Carbendazim).
\n(4) Die kleinr\u00e4umigen, kosteng\u00fcnstigen Mikroksosmen erwiesen sich als geeignete Testsysteme um die Toxizit\u00e4t verschiedener Schadstofftypen (Metalle, PAKs, Pestizide) auf die native Nematodenfauna in B\u00f6den zu untersuchen. Dabei zeigten sich die Nematoden genauso empfindlich, oder sogar empfindlicher als andere Organismengruppen (Regenw\u00fcrmer, Collembolen).
\n(5) F\u00fcr die Quantit\u00e4t und die Qualit\u00e4t des Effekts spielt eine gro\u00dfe Rolle, welcher Boden f\u00fcr die Verwendung in den Mikrokosmen herangezogen wird. Dabei sind unter anderem Bodeneigenschaften zu ber\u00fccksichtigen, die die Bioverf\u00fcgbarkeit von Schadstoffen beeinflussen k\u00f6nnen (Textur, organischer Gehalt). Als wichtiger erwies sich allerdings die Zusammensetzung der nativen Nematoden-Community in den verschiedenen B\u00f6den; z. B. waren Communities aus B\u00f6den mit einer relativ hohen Zn-Hintergrundkonzentration als deutlich toleranter gegen\u00fcber der Behandlung mit Zn als Communities aus B\u00f6den mit niedriger Hintergrundbelastung.
\n(6) Bestimmte funktionelle Gruppen der Nematoden-Community reagierten unterschiedlich auf bestimmte Schadstoffe. W\u00e4hrend als empfindlich eingestufte K-Strategen mit zunehmender Zn-Belastung deutlich an Bedeutung verloren (Abnahmen des Maturity Index), konnten sie vom Schadstoff Pyren profitieren (Zunahme des Maturity Index). Dies legt nahe, dass in den Mikrokosmen nicht nur direkte Toxizit\u00e4t (Zn), sondern auch indirekte Nahrungsnetzeffekte (Pyren) detektiert werden k\u00f6nnen.
\n(7) Der Maturity Index erwies sich als einer der empfindlichsten Community-Parameter (Toxizit\u00e4tsendpunkte) zur Erfassung von schadstoff-induzierten Ver\u00e4nderungen in Nematoden-Communities.
\n(8) Auch mit einer DNA-basierter Analyse der Nematoden-Community konnten Effekte der untersuchten Schadstoffe detektiert werden. Auch wenn absolute Abundanzen aller Nematoden oder bestimmter Taxa, die mit qPCR ermittelt wurden, nicht direkt mit den mikroskopisch bestimmten Daten \u00fcbereinstimmen, sind die relativen Ver\u00e4nderungen zur Kontrolle vergleichbar.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Haegerbaeumer, A., Raschke, R., H\u00f6ss, S., Traunspurger, W. (2018) Comparing effects of fludioxonil on non-target invertebrates using ecotoxicological methods from single-species bioassays to model ecosystems, in: SETAC Europe 28th Annual Meeting. Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Rome, Italy, p. 448.<\/p>\n
Haegerbaeumer, A., Raschke, R., Reiff, N., Traunspurger, W., H\u00f6ss, S. (2019) Comparing the effects of fludioxonil on non-target soil invertebrates using ecotoxicological methods from single-species bioassays to model ecosystems. Ecotoxicology and Environmental Safety 183, 109596.<\/p>\n
Haegerbaeumer, A., Raschke, R., Reiff, N., Traunspurger, W., H\u00f6ss, S. (2019) Comparing effects of fludioxonil on non-target invertebrates using ecotoxicological methods from single-species bioassays to model ecosystems, in: SETAC Europe 29th Annual Meeting. Societe of Environmental Toxicology and Chemistry, Helsinki, Finland, p. 399.<\/p>\n
H\u00f6ss, S., Faupel, M. (2019) The sensitivity of Caenorhabditis elegans (Nematoda) to pesticides in soil compared to other standard test organisms, in: SETAC Europe 29th Annual Meeting. SETAC Europe, Helsinki, Finland, p. 317.<\/p>\n
H\u00f6ss, S., Faupel, M., Traunspurger, W., Helder, J.A. (2019) Nematode-based tools for assessing soil health, in: SETAC Europe 14th Special Science Symposium: Soil Biodiversity – What Do We Know and How to Pretect It Rom Adverse Effects of Plant Production Products and Other Chemicals. Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Brussels, Belgium.<\/p>\n
H\u00f6ss, S., Reiff, N., Traunspurger, W., Helder, J.A. (2021) On the balance between practical relevance and standardization – testing the effects of zinc and pyrene on native nematode communi-ties in soil microcosms. Science of The Total Environment (under review).<\/p>\n
Geplante Publikation: H\u00f6ss, S., Reiff, N., Asekunowo, J., Van den Elsen, S., Helder, J.A. (geplant): The risk of the fungicide mancozeb for soil organisms \u0096 Intermediate-tier testing in microcosms with soil nematodes.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Bodenlebensgemeinschaften k\u00f6nnen durch Schadstoffe gest\u00f6rt werden und, abh\u00e4ngig von Typ und Persistenz dieser Schadstoffe, k\u00f6nnen diese Sch\u00e4den zu vernachl\u00e4ssigen oder aber irreversibel sein. Um die Auswirkungen von Schadstoffen zu bewerten, werden \u00f6kologisch relevante Methoden in der Risikoabsch\u00e4tzung ben\u00f6tigt. Allerdings ist die experimentelle Datenlage zur \u00f6kologischen Risikobewertung von Umweltchemikalien in terrestrischen […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[57,2422,51,53],"class_list":["post-21389","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-bayern","tag-landnutzung","tag-ressourcenschonung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"33600\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"241.889,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Ecossa","dbu_projektdatenbank_strasse":"Giselastr. 6","dbu_projektdatenbank_plz_str":"82319","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Starnberg","dbu_projektdatenbank_p_von":"2017-07-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2020-12-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre und 6 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"+4981515509172","dbu_projektdatenbank_inet":"www.ecossa.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Bayern","dbu_projektdatenbank_foerderber":"156","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-33600_01-Hauptbericht.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21389","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21389\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":43492,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21389\/revisions\/43492"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21389"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21389"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21389"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}