MOE-Fellowship

M. Ed. Angela Leiß

Effekte von Veterinärantibiotika als Einzelsubstanzen und in Kombination mit Veterinäranthelminthika und Klimafaktoren auf die Keimung und Etablierung von Pflanzenarten des temperaten Graslandes

Einflüsse von Veterinärantibiotika auf die Samenkeimung und das frühe Wachstum von Kulturgrasland-Arten

Veterinärantibiotika gelangen vor allem infolge landwirtschaftlicher Tätigkeiten in großer Menge in die Umwelt. Der Eintrag in die Umwelt kann entweder direkt über Ausscheidungen von Huftieren auf Weideflächen oder indirekt über die Ausbringung von Wirtschaftsdünger (v.a. Gülle) auf landwirtschaftliche Nutzflächen stattfinden. Im Gegensatz zu Herbiziden wurden Veterinärpharmazeutika bislang nur sehr wenig in ihrer Wirkung auf Landpflanzen wissenschaftlich untersucht. Veterinärantibiotika können nachweislich von Gefäßpflanzen aufgenommen werden und deren Keimung und frühes Wachstum beeinflussen. Das wurde zumindest für Kulturarten schon gezeigt, Wildarten wurden bislang deutlich weniger untersucht. In diesem Vorhaben wurden deshalb typische Arten des temperaten Kulturgraslandes verglichen, da diese regelmäßig in Kontakt mit Veterinärantibiotika gelangen und Grasland in Deutschland unter anderem durch Nutzungsintensivierungen bedroht ist und aufgrund seiner biologischen Vielfalt als schützenswert gilt.

Vielfältige anthropogene Einflüsse auf Pflanzen führen zu multifaktoriellen Stresssituationen. Um diese abzubilden, beschäftigte sich das Vorhaben neben den Einzeleffekten von Antibiotika auf die Keimung und Entwicklung von Pflanzen auch mit Kombinationseffekten (verschiedene Antiobiotika oder Antibiotika kombiniert mit Trockenheit). Die Auswirkungen von Wirkstoffgemischen und multifaktoriellen Stresssituationen ist ein hochrelevantes aber bislang kaum untersuchtes Thema, da Effekte auf lebende Organismen teilweise erst durch eine Kombination verschiedener Einflüsse erfolgen.

Ziel des Vorhabens ist es, dabei zu helfen, die Wissenslücke zu schließen, die in der Einschätzung der Umwelttoxizität von Veterinärantibiotika für die pflanzliche Reproduktion besteht. Zudem soll das öffentliche Bewusstsein für die Thematik geschärft werden und Handlungsempfehlungen für den Umgang mit Veterinärpharmazeutika in der landwirtschaftlichen Praxis abgeleitet werden.

Dies sollte erreicht werden, indem in vier Experimenten, mit einem Grundstock an gleichen Pflanzenarten, der Effekt häufig eingesetzter Antibiotika-Wirkstoffe wie Tetracyclin und Sulfamethazin in verschiedenen, umweltrealistischen Konzentrationen getestet und verglichen wird. Um die Wirkung auf unterschiedliche pflanzliche Lebensphasen beziehen zu können, ist es essentiell, sowohl keimungs- als auch etablierungsrelevante Variablen zu untersuchen; hier: Anzahl an Keimlingen (germination percentage, GP), Keimungsdauer (mean germination time, MGT), Keimungssynchronität (synchrony, Z), Wurzellänge, Produktion oberirdischer Biomasse, Blattlänge und Wuchshöhe von Keimlingen. Insbesondere der Zeitverlauf der Keimung wurde berücksichtigt, da dieser häufig besonders empfindlich auf Umwelteinflüsse reagiert. Um einerseits sowohl ein hohes Maß an Standardisierung zu erreichen und damit die Wirkungen der Stoffe störungsfrei herauszuarbeiten und andererseits möglichst naturnah und realistisch vorzugehen, wurden sowohl Ansätze im Labor (Petrischalen- und Topfansätze in Klimakammern), als auch im Gewächshaus und Halbfreiland (Topf- und Kleinflächenansätze) durchgeführt. Dabei wurden Gülle und Bodensubstrate einbezogen, die zuvor mit Veterinärantibiotika in realistischen Konzentrationen geimpft wurden. Die untersuchten Szenarien beziehen sich auf die Rinderhaltung, da sie besonders relevant für den Eintrag von Antibiotika in Graslandhabitate ist.

Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Keimung, als auch einzelne Wachstumsparameter durch die Antibiotika signifikant beeinflusst wurden. Den größten Effekt zeigte die Wurzellänge, die vor allem durch das Antibiotikum Tetracyclin systematisch, mit steigender Konzentration, negativ beeinflusst wurde (bis zu 81 % Reduktion der Wurzellänge, bei Dactylis glomerata und 10 mg/L Tetracyclin). Die Kombination aus verschiedenen Antibiotikastoffen (hier Tetracyclin und Sulfamethazin) zeigte keinen deutlich verstärkenden Effekte, im Vergleich zu den Einzelstoffen. Oft wurden nur der Effekt eines Einzelstoffes erneut dargestellt, in wenigen Einzelfällen kam es aber erst bei der Kombination zu Effekten.

Auch im Zusammenhang mit Trockenheit, simuliert durch Mannitol, konnte sowohl für Tetracyclin und Trockenheit allein, als auch für die Kombination, signifikante Reduktionen der Wurzellänge festgestellt werden. Ebenso konnten auch im Topfversuch - indem die Trockenheit durch geringere Wässerung erzeugt wurde - Einzel- und Kombinationseffekte festgestellt werden. Die hier untersuchten Parameter der Keimung und des oberirdischen Wachstums wurden jedoch deutlich geringer durch das Antibiotikum Tetracyclin beeinflusst und es zeigten sich vermehrt Effekte durch den Trockenstress. Die Kombinationsbehandlungen führten auch in diesem Versuch nicht zu additiven oder synergistischen Effekten, sondern zu vergleichbaren Effektstärken, wie die der Einzelbehandlungen.

Unter seminatürlichen Bedingungen (Topf- und Freilandansätzen) wurden die Effekte grundsätzlich eher abgeschwächt; vermutlich aufgrund des stärkeren Abbaus oder der Absorption durch das Substrat. Es konnten jedoch immer noch vereinzelt Effekte auf die Keimungsparameter beobachten werden, diese waren jedoch artspezifisch und in Bezug auf Antibiotika und Konzentration unsystematischer. Auch die Auswirkungen auf die Wachstumsparameter Biomasse, Wuchshöhe und Blattlänge waren schwächer, als die Effekt auf die Wurzellänge, was durch die geringere Verfügbarkeit der Mittel in verschiedene Pflanzenteilen zu erklären wäre.

Zuletzt zeigt sich auch, dass die Übergüllung bereits etablierter Keimlinge mit antibiotikahaltiger Gülle starke Effekte auf das Wachstum hatte. So zeigte sich für die dikotylen Arten vor allem eine stark reduziertes Wachstum, bis zum Absterben der Keimlinge, nach Zugabe der Gülle. Dactylis glomerata profitierte allerdings von der Übergüllung, wobei dieser positive Effekt mit steigender Tetracyclinkonzentration abzunehmen schien.

Meine Untersuchungen zeigen also, dass Antibiotika die Keimung und das frühe Wachstum von Graslandarten durchaus, wenn auch uneinheitlich stark und artspezifisch, beeinflussen, was Folgen für das Wachstum einer Pflanzenpopulation und die Zusammensetzung der Arten im Gesamtgefüge haben kann.