In der vorliegenden Arbeit wurden Oberflächenwasser- und Abwasserproben aus der Routine-
Gewässerüberwachung des Saarlandes sowie Sedimentproben mit Biotests untersucht. Ziel war
es, anhand ausgewählter Proben herauszufinden, welches Testsystem jeweils am empfindlichsten
reagiert und ob gegebenenfalls durch ein Sedimentscreening mit Biotests zusätzliche Informationen
über die Schadstoffbelastung saarländischer Fließgewässer zu erhalten sind.
Als Testsysteme dienten der Algentest nach DIN 38 412 Teil 33 (DEV 1991 a), der Daphnientest
nach DIN 38 412 Teil 30 (DEV 1989 a), der Kurzzeit-Leuchtbakterientest nach DIN 38 412 Teil
34 (DEV 1991b) und der Langzeit-Leuchtbakterientest LCK 486 (Dr. Lange GmbH, Düsseldorf).
Die Ergebnisse von Abwasseruntersuchungen mit dem Fischtest nach DIN 38 412 Teil 31
(DEV 1989 b) wurden vom SIGU Saarbrücken bezogen.
Keine der Oberflächenwasserproben übte einen hemmenden Einfluß auf die Testorganismen
aus. Die Untersuchungen mit dem Algentest deuteten auf eine starke Nährstoffbelastung hin, da
teilweise massive Wachstumsförderungen auftraten. Bei der Abwasseruntersuchung war der
Leuchtbakterientest mit einer Ausnahme das empfindlichste Testsystem. Bei den meisten Abwasserproben
zeigten mehrere Testsysteme deutliche Hemmwirkungen an.
Der neue Langzeit-Leuchtbakterientest erbrachte bei Referenzchemikalien und Abwasserproben
nach 30 Minuten meist gut mit dem DIN-Test übereinstimmende Ergebnisse. Im 24 Stunden-
Versuch trat eine deutliche Steigerung der Empfindlichkeit im Vergleich zum Kurzzeittest auf.
Besonders empfindlich reagierte der Langzeit-Test bei der Untersuchung von Deponiesickerwasser
und dem Ablauf einer kommunalen Kläranlage.
An 13 ausgewählten Probestellen saarländischer Fließgewässer wurden Sedimente entnommen.
Diese Proben wurden sowohl mit Wasser nach der DEV S 4-Methode (SIEVERS 1996) als auch
unter Zugabe des organischen Lösemittels Dimethylsulfoxid (1 % v/v, SCHEIBEL et al. 1991)
eluiert. Die Untersuchung der Eluate erfolgte mit dem Daphnientest, dem Algentest und den
beiden Leuchtbakterientests. Mittels chemischer Analytik wurden sie im Bezug auf ausgewählte
Schadstoffgruppen untersucht. Die beiden Elutionsmethoden zeigten keine Unterschiede bei der
Anreicherung von Schadstoffen aus der Gruppe der polychlorierten Biphenyle, chlorierten
Kohlenwasserstoffe oder Pestizide in den Eluaten.
[...]
Inhaltsverzeichnis
1. ZUSAMMENFASSUNG
2. EINLEITUNG
3. MATERIAL UND METHODEN
3.1 NÄHRMEDIEN
3.1.1 Algen
3.1.1.1 Mineralnährmedium nach DIN 38 412 Teil 33 (DEV 1991 a), modifiziert
3.1.2 Daphnien
3.1.2.1 Künstliches Süßwasser nach DIN 38 412 Teil 30 (DEV 1989 a)
3.1.2.2 M4- Medium (ELENDT 1990)
3.1.3 Leuchtbakterien
3.1.3.1 Salted-Sea-Water-Kulturmedium mit C-Quelle (SSWC, NEALSON 1978)
3.1.3.2 Artificial-Sea-Water-Medium für Leuchtbakterien (ASW, KREBS 1992 a)
3.2 PROBESTELLEN
3.2.1 Charakterisierung der Probestellen
3.2.1.1 Saar-Altarm in Saarlouis
3.2.1.2 Heinitzbach bei Neunkirchen
3.2.1.3 Rossel bei Emmersweiler
3.2.1.4 Prims bei Dillingen
3.3 PROBENAHME, PROBENVORBEREITUNG UND ELUTIONEN
3.3.1 Probenahme und Probenvorbereitung nach DIN 38 414 Teil 11 (DEV 1987)
3.3.2 Elutionsverfahren
3.3.2.1 Bestimmung der Eluierbarkeit mit Wasser im Schüttelversuch ("Präzisierte DEV S 4-Methode") (SIEVERS 1996)
3.3.2.2 Elution mit 1 %iger DMSO- und 2 %iger NaCl-Lösung nach SCHEIBEL et al. (1991)
3.3.2.3 Elution modifiziert nach STOLL (1997)
3.3.2.4 Elution nach DANIELS et al. (1989)
3.4 CHARAKTERISIERUNG DER WASSERPROBEN
3.4.1 Abwässer
3.4.1.1 Temperatur
3.4.1.2 pH-Wert
3.4.1.3 Leitfähigkeit
3.4.1.4 O2-Gehalt
3.4.1.5 Weitergehende analytische Untersuchungen
3.4.2 Begleitende Analytik bei Oberflächenwässern und Sediment-Eluaten
3.5 SEDIMENTUNTERSUCHUNGEN
3.5.1 Korngrößenverteilung
3.5.2 Bestimmung des Wassergehaltes und des Trockenrückstandes nach DIN 38 414 Teil 2 (DEV 1985 a)
3.5.3 Bestimmung des Glührückstands und des Glühverlusts nach DIN 38 414 Teil 3 (DEV 1985 b)
3.6 LAGERUNG DER PROBEN
3.6.1 Eluate und Oberflächenwasserproben
3.6.2 Direkteinleiterproben
3.6.3 Referenzproben
3.7 BIOLOGISCHE TESTMETHODEN
3.7.1 Algentest modifiziert nach DIN 38 412 Teil 33 (DEV 1991 a)
3.7.1.1 Testorganismus und Grundlage des Verfahrens
3.7.1.2 Anzucht und Stammhaltung
3.7.1.3 Inkubationsbedingungen
3.7.1.4 Probenvorbereitung
3.7.1.5 Herstellung der Vorkultur
3.7.1.6 Testdurchführung
3.7.1.7 Messung
3.7.1.8 Auswertung und Gültigkeitskriterium
3.7.1.9 Gültigkeitskriterium
3.7.2 Daphnientest nach DIN 38 412 Teil 30 (DEV 1989 a)
3.7.2.1 Testorganismus und Grundlage des Verfahrens
3.7.2.2 Anzucht und Stammhaltung
3.7.2.3 Probenvorbereitung
3.7.2.4 Gewinnung geeigneter Testtiere
3.7.2.5 Testdurchführung
3.7.2.6 Auswertung
3.7.2.7 Gültigkeitskriterien
3.7.3 Leuchtbakterientest nach DIN 38 412 Teil 34 (DEV 1991 b)
3.7.3.1 Testorganismus und Grundlage des Verfahrens
3.7.3.2 Probenvorbereitung
3.7.3.3 Testdurchführung
3.7.3.4 Messung und Auswertung
3.7.3.5 Gültigkeitskriterien
3.7.3.6 Farbkorrektur für stark gefärbte Proben nach LUMIStox Applikation 01 (DR. LANGE GMBH a)
3.7.4 Leuchtbakterientest LCK 486
3.7.4.1 Testorganismus und Grundlage des Verfahrens
3.7.4.2 Probenvorbereitung
3.7.4.3 Testdurchführung
3.7.4.4 Messung und Auswertung
3.7.4.5 Gültigkeitskriterien für den LCK 486-Test
3.7.5 Referenzproben zur Qualitätssicherung der Biotestergebnisse
3.8 MIKROSKOPIE
3.8.1 Lichtmikroskopie
3.8.1.1 Optische Geräte
3.8.1.2 Längenmessung
3.8.1.3 Zellzahlbestimmung
3.8.2 Transmissionselektronenmikroskopie
3.8.2.1 Optische Geräte
3.8.2.2 Fixierung und Einbettung der Präparate
3.8.2.3 Herstellung der Ultradünnschnitte
3.8.2.4 Kontrastierung der Ultradünnschnitte
4. ERGEBNISSE
4.1 VALIDIERUNG DER BIOTESTS
4.1.1 Algentest, modifiziert nach DIN 38 412 Teil 33 (DEV 1991 a)
4.1.1.1 Überprüfung des Einflusses der Stellplätze auf die Biomasseproduktion
4.1.1.2 Einfluß der NaHCO3-Konzentration auf das Algenwachstum
4.1.1.3 Einfluß einer 1 %igen (v/v) DMSO-Lösung auf das Wachstum der Algen
4.1.2 Daphnientest nach DIN 38 412 Teil 30 (DEV 1989 a)
4.1.2.1 Bestimmung des EC50-Wertes von Kaliumdichromat
4.1.2.2 Bestimmung des Einflusses von DMSO auf die Schwimmfähigkeit der Daphnien
4.1.3 Leuchtbakterientest nach DIN 38 412 Teil 34 (DEV 1991 b)
4.1.3.1 Bestimmung der EC20- und EC50-Werte von Ammoniumacetat, Dimethylsulfoxid und Phenol
4.1.3.2 Untersuchung des Einflusses von DMSO auf die Wirkung von Phenol auf die Leuchtbakterien
4.1.4 Leuchtbakterientest LCK 486
4.1.4.1 Bestimmung der Hemmwirkung von Phenol auf Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
4.1.4.2 Bestimmung der Hemmwirkung von Ammoniumacetat auf Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
4.1.4.3 Untersuchung des Einflusses von DMSO auf Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
4.1.4.4 Überprüfung des Einflusses der Probenfiltration auf die Ergebnisse im chronischen Leuchtbakterientest
4.2 ABWASSERUNTERSUCHUNGEN MIT BIOTESTS
4.2.1 Ablauf Rauchgaswäsche Kraftwerk
4.2.2 Ablauf Deponiesickerwasser-Kläranlage
4.2.3 Ablauf Kommunale Kläranlage
4.2.4 Kokereiabwässer
4.2.4.1 Probe 130/97
4.2.4.2 Probe 584 /97
4.2.4.3 Probe 781/97
4.3 OBERFLÄCHENWASSERUNTERSUCHUNG MIT BIOTESTS
4.3.1 Rossel, Heinitzbach und Altarm Saarlouis
4.3.2 Prims bei Dillingen
4.4 UNTERSUCHUNG DER SEDIMENTPROBEN
4.4.1 Chemisch-physikalische Untersuchungen
4.4.1.1 Bestimmung der Korngrößen und deren Verteilung
4.4.1.2 Bestimmung des Wassergehaltes und des Trockenrückstandes nach DIN 38 414 Teil 2 (DEV 1985 a)
4.4.1.3 Bestimmung des Glührückstands und des Glühverlusts nach DIN 38 414 Teil 3 (DEV 1985 b)
4.4.1.4 Experimente zur Auswahl einer geeigneten Elutionsmethode für Sedimentuntersuchungen mittels Biotests
4.4.1.5 Bestimmung der Konzentrationen von Metallen, Nährstoffen und Polychlorierten Biphenylen
4.4.1.6 Bestimmung der Pestizid-Gehalte
4.4.1.7 Bestimmung Gehalte an Chlorierten Kohlenwasserstoffen
4.4.2 Untersuchung der Sedimenteluate mit Biotests
4.4.2.1 Saar-Altarm in Saarlouis
4.4.2.2 Heinitzbach bei Neunkirchen
4.4.2.3 Rossel bei Emmersweiler
4.4.3 Untersuchungen zur Anwendbarkeit des LCK 486-Tests für die Untersuchung von Gewässer- und Sedimentproben
4.4.3.1 Einfluß autochthoner Bakterien auf das Wachstum in den Testansätzen
4.4.3.2 Einfluß von Nährstoffen und organischer Belastung auf das Leuchten und Wachstum
4.4.3.3 Einfluß von Alkali- und Erdalkaliionen auf Leuchten und das Wachstum der Leuchtbakterien
5. DISKUSSION
5.1 ÜBERPRÜFUNG DER BIOTESTS AUF DEREN GÜLTIGKEIT UND UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES DER PROBENVORBEREITUNG AUF DIE BIOTESTERGEBNISSE
5.1.1 Algentest modifiziert nach DIN 38 412 Teil 33 (DEV 1991 a)
5.1.2 Daphnientest nach DIN 38 412 Teil 30 (DEV 1989 a)
5.1.3 Leuchtbakterientest nach DIN 38 412 Teil 34 (DEV 1991 b)
5.1.4 Leuchtbakterientest LCK 486
5.2 ABWASSERUNTERSUCHUNGEN MIT BIOTESTS
5.2.1 Ablauf Rauchgaswäsche Kraftwerk
5.2.2 Ablauf Kläranlage Hausmülldeponie
5.2.3 Kommunale Kläranlage
5.2.4 Kokereiabwässer
5.2.4.1 Probe 130/97
5.2.4.2 Probe 584/97
5.2.4.3 Probe 781/97
5.3 UNTERSUCHUNG SAARLÄNDISCHER FLIEßGEWÄSSER
5.3.1 Chemisch-physikalische Sediment-Untersuchungen
5.3.1.1 Bestimmung der Korngrößen und deren Verteilung
5.3.1.2 Bestimmung von Wassergehalt und Glührückstand
5.3.1.3 Metall-, Nährstoff-, PCB- und CKW-Gehalte
5.3.2 Untersuchung von Oberflächenwässern und Sediment-Eluaten mit Biotests
5.3.2.1 Experimente zur Auswahl einer geeigneten Elutionsmethode für biologische und chemische Sedimentuntersuchungen
5.3.2.2 Untersuchung der Sedimente und Oberflächenwässer des Saar-Altarms in Saarlouis, der Rossel bei Emmersweiler und des Heinitzbachs bei Neunkirchen
5.3.2.3 Oberflächenwasser Prims und Kokereiabwasserproben 584/97 und 781/97
5.3.3 Untersuchungen zur Anwendbarkeit des LCK 486-Tests für die Untersuchung von Gewässer- und Sedimentproben
5.3.3.1 Einfluß von Nährstoffen und organischer Belastung auf das Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
5.3.3.2 Einfluß autochthoner Bakterien auf Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
5.3.3.3 Einfluß von Alkali- und Erdalkaliionen auf Leuchten und Wachstum der Leuchtbakterien
5.3.3.4 Einfluß niedriger O2-Gehalte auf das Leuchten
5.3.3.5 Gegenseitige Beeinflussung von Nährstoffangebot, Wachstum und Leuchten bei Leuchtbakterien
5.3.4 Zusammenfassende Bewertung des LCK 486-Tests
5.3.5 Eignung von DMSO als Elutionsmittel zur Untersuchung von Sediment-Eluaten
6. LITERATURVERZEICHNIS
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Belastung von Oberflächengewässern und Sedimenten des Saarlandes durch den Einsatz verschiedener Biotests, um die Empfindlichkeit der Testsysteme zu vergleichen und die Eignung eines neuartigen Langzeit-Leuchtbakterientests für das Routinescreening zu evaluieren.
- Einsatz und Validierung von Biotests (Algentest, Daphnientest, Kurz- und Langzeit-Leuchtbakterientests)
- Untersuchung von Oberflächenwasser- und Abwasserproben sowie Sediment-Eluaten
- Methodenoptimierung für Sedimentuntersuchungen und Elutionsverfahren
- Vergleichende Analyse der Toxizität und Nährstoffbelastung in saarländischen Fließgewässern
- Bewertung des Einflusses von Lösungsvermittlern wie DMSO auf die Testergebnisse
Auszug aus dem Buch
Die Leuchtbakterien
Die Bezeichnung Leuchtbakterien steht für eine Gruppe verschiedener Bakteriengattungen, die in der Lage sind, unter bestimmten Umständen einen Teil der durch Stoffwechselreaktionen gewonnenen Energie in Form von Licht zu emittieren (LINK 1992). Das Testkriterium beim Leuchtbakterientest ist die Abnahme der bakteriellen Lumineszenz innerhalb von 30 min Kontaktzeit mit einer Probe. Leuchtbakterien sind gram-negative, fakultative Anaerobier. Sie sind chemoorganotroph und polar begeißelt. Die meisten Arten sind halophil. Auch der im Test verwendete Organismus stammt aus einem marinen Habitat, weshalb die Proben auf einen bestimmten osmotischen Wert eingestellt werden müssen.
SCHULZ (1987) erörtert die zahlreichen Änderungen bei der taxonomischen Einteilung der Leuchtbakterien. Die Gattungen Vibrio und Photobacterium sind phäno- und genotypisch so eng benachbart, daß es immer wieder zu unterschiedlichen Klassifikationen gekommen ist (FROEHNER 1997). Die Recherche bei der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (WWW 1998 b) ergab keine eindeutige Auskunft; dort werden für den im Leuchtbakterientest verwendeten Stamm NRRL B-11177 sowohl die Bezeichnung Vibrio fischeri als auch Photobacterium phosphoreum angegeben. Das hier verwendete Bakterium wurde von der Fa. Dr. Bruno Lange GmbH (Düsseldorf) bezogen und trägt die Bezeichnung Vibrio fischeri Stamm NRRL-B 11177.
Die Vorteile des Leuchtbakterientests liegen in der geringen benötigten Probenmenge von etwa 10 ml und der kurzen Testzeit; innerhalb von weniger als einer Stunde steht das Ergebnis fest. Der Leuchtbakterientest besitzt eine hohe Empfindlichkeit und ist schnell verfügbar; es ist keine aufwendige Kultivierung notwendig, da tiefgefrorene Bakterien verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Bakterientests ist die problemlose Entsorgung der Bakterien, da die Leuchtbakterien in die Risikogruppe 1 eingeteilt und bislang nicht als Krankheitserreger oder -überträger in Erscheinung getreten sind. Für Gentoxizitätstests mit anderen Bakterien, beispielsweise Salmonella typhimurium, sind hingegen spezielle Laboreinrichtungen zur Einhaltung strenger Sicherheitsvorschriften erforderlich.
Zusammenfassung der Kapitel
1. ZUSAMMENFASSUNG: Zusammenfassender Überblick über die untersuchten Proben, die verwendeten Testsysteme und die zentralen Ergebnisse der Studie zu Toxizität und Nährstoffbelastung.
2. EINLEITUNG: Einführung in die ökotoxikologische Relevanz von Biotests und die Notwendigkeit zur Verbesserung bestehender Systeme sowie zur Überwachung von Sedimenten als Zustandsindikatoren.
3. MATERIAL UND METHODEN: Detaillierte Beschreibung der verwendeten Nährmedien, Probestellen, Elutionsverfahren sowie der biologischen Testmethoden für Algen, Daphnien und Leuchtbakterien.
4. ERGEBNISSE: Detaillierte Präsentation der experimentellen Validierungsdaten für die Biotests und der Ergebnisse der Untersuchung von Abwässern, Oberflächengewässern und Sedimenten.
5. DISKUSSION: Kritische Interpretation der Ergebnisse hinsichtlich der Eignung der Testverfahren, des Einflusses der Probenvorbereitung und der ökologischen Aussagekraft der Untersuchungen.
6. LITERATURVERZEICHNIS: Umfassendes Verzeichnis der in der Arbeit zitierten Quellen.
Schlüsselwörter
Biotests, Leuchtbakterien, Vibrio fischeri, Daphnien, Algentest, Wasserüberwachung, Sedimentuntersuchung, Ökotoxikologie, Gewässergüte, LCK 486, Toxizität, Umweltbelastung, Saarländische Fließgewässer, Schadstoffgemische, Nährstoffbelastung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der routinemäßigen Überwachung von Gewässern und Sedimenten im Saarland unter Einsatz verschiedener biotoxikologischer Testverfahren.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themen sind die Bewertung der akuten und chronischen Toxizität von Wasserproben und Sediment-Eluaten sowie die Validierung der verwendeten Testsysteme, insbesondere des Langzeit-Leuchtbakterientests.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, die Empfindlichkeit verschiedener biotoxikologischer Testsysteme zu vergleichen und zu prüfen, ob Sedimentscreenings zusätzliche Erkenntnisse über die Schadstoffbelastung liefern können.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Verwendet werden standardisierte Biotests wie der Algentest (Scenedesmus subspicatus), der Daphnientest (Daphnia magna) sowie verschiedene Leuchtbakterientests (DIN-Test und LCK 486), ergänzt durch chemische Analysen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die methodische Beschreibung (Medien, Elutionsverfahren) und die detaillierte Präsentation der Ergebnisse aus der Validierung der Tests sowie der spezifischen Untersuchung von Abwässern und Sedimenten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Die Untersuchung konzentriert sich auf Biotests, Ökotoxikologie, Gewässergüte und die spezifische Eignung von Methoden zur Untersuchung von Wasser- und Sedimentproben.
Eignet sich der LCK 486-Test für die Routineüberwachung?
Die Untersuchung zeigt, dass der Test bei der Beurteilung von Sedimenten noch Schwierigkeiten aufweist, da eine gleichzeitige Interpretation von Wachstum und Leuchten zu widersprüchlichen Ergebnissen führen kann.
Welchen Einfluss hat DMSO als Elutionsmittel?
Die Untersuchung belegt, dass DMSO durch autochthone Bakterien metabolisiert werden kann, was toxischere Produkte freisetzt, weshalb es für die Untersuchung von Umweltproben mit Leuchtbakterien problematisch ist.
- Quote paper
- Thomas Ziehl (Author), 1998, Einsatz von Biotests in der Routine-Gewässerüberwachung des Saarlandes, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185193
