Wasserbeschaffenheit-Süßwasseralgen-Wachstumshemmtest mit einzelligen Grünalgen

I Inhalt

1. Einleitung

2. Material und Methode

3. Ergebnisse

4. Diskussion

II Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Im Rahmen des Moduls „Bioindikation/Ökosystemanalyse“ wurde ein Wachstumshemmtest mit der einzelligen Grünalge Desmodesmus subspicatus durchgeführt. Dabei sollte die Wirkung verschiedener Konzentrationen des Schwermetalls Cadmium auf die Zellvermehrung der Süßwasseralgen unter kontrollierten Bedingungen im Vergleich zu einem Kontrollansatz bestimmt werden. Algentests werden im Rahmen ökotoxikologischer Verfahren angewendet, dabei werden die Auswirkungen von chemischen Stoffen auf die Umwelt untersucht (Fent 2007). Besonders häufig wird der Wachstumshemmtest mit Desmodesmus subspicatus bei der Einzelsubstanztestung von Schwermetallen und der Abwasseruntersuchung bzw. dem Gewässermonitoring verwendet. Ein recht neuer Einsatzbereich für den beschriebenen Versuch ist der Test neuer, künstlich hergestellter Stoffe wie den Nanopartikeln. Mithilfe des einfachen, reproduzierbaren und schnell durchführbaren Wachstumshemmtests mit Desdmodesmus subspicatus können die grundlegenden Eigenschaften von Stoffen auf organismischer Ebene erforscht werden (Fent 2007). Schadstoffe können bei den Algen zu physiologischen Wirkungen führen, die die Photosyntheserate als spezifische Leistung des pflanzlichen Stoffwechsels beeinflusst, was eine Wachstumshemmung hervorrufen kann (Gunkel 1994). Im hier beschriebenen Test wird die durch das Cadmium hervorgerufene Wachstumshemmung im Vergleich zu einem unbelasteten Kontrollansatz bestimmt.

2. Material und Methode

Die Methodik des durchgeführten Tests folgt den Vorgaben der DIN ISO 8692: 2004 bzw. der im Rahmen des Moduls 3.3.2 „Bioindikation und Ökosystemanalyse“ ausgeteilten Anleitung für den Algentest als ein Beispiel für ein toxikologisches Testverfahren. Als Abweichung von der DIN-Norm wurde die Zelldichte nicht alle 24 h bestimmt, sondern nur zu Beginn des Versuchs in der Vorkultur und am Ende des Versuchs nach 72 Stunden.

Der bei dem Test eingesetzte Schadstoff Cadmium lag in einer Stammlösung mit 10 mg Cd/L als CdCH3COOH vor. Cadmium ist in der Umwelt weit verbreitet, nicht essenziell und biologisch nicht abbaubar (Spiegel et al. 1999).

Die für den Wachstumshemmtest eingesetzte Alge Desmodesmus subspicatus (vormals Scenedesmus subspicatus) gehört zu dem Stamm der Chlorophyta (Grünalgen), zu der Klasse der Chlorophyceae sowie zu der Ordnung Chlorococcales (kugelige Algen ohne Geisseln). Desmodesmus subspicatus ist ein unbeweglicher Einzeller und weist ein exponentielles Wachstum auf, das aber bei Limitation eines notwendigen Parameters in eine stationäre Phase übergeht (Fomin et al. 2003). Die Chlorococcales kommen häufig als Süßwasserplankton vor, sind aber auch in feuchten Böden anzutreffen (Spiegel et al. 1999). Sie zeichnen sich durch sehr dünne Membranen als Zellwand aus, welche aus einem Cellulosegerüst bestehen. In die Zellwand sind verschiedene Moleküle eingelagert, z. B. Polysaccharide, die negativ geladene funktionelle Gruppen enthalten, z. B. Carboxyl- und Sulfatgruppen. Durch diese negativ geladenen Gruppen erhöht sich das Potenzial zur Adsorption von Schwermetallen an die Zellwand von Desmodesmus subspicatus (Fomin et al. 2003).

Die Algenzahl wurde während des Tests mithilfe des Mikroskops „Axioskop 2“ der Firma Zeiss bei 10-facher Vergrößerung bestimmt. Die Extinktion wurde gemessen mit dem Spektralphotometer CADAS 50 der Firma Dr. Lange bei einer Wellenlänge von 685 nm.

Es wurden insgesamt 15 Testansätze vorbereitet, die sich durch unterschiedliche Schadstoffkonzentrationen auszeichneten. Es wurden jeweils drei parallele Ansätze mit der gleichen Schadstoffkonzentration vorbereitet. Drei Ansätze dienten als Kontrolle, sie enthielten keinen Schadstoff. Zur besseren Übersicht erhielt jeder Testansatz eine Bezeichnung, die sich aus dem Gruppennamen, der Bezeichnung der Parallelmessung und der Schadstoffkonzentration zusammensetzt (B I 0/ B II 0/ B III 0/ B I 0,01/ B II 0,01/ B III 0,01/ B I 0,05/ B II 0,05/ B III 0,05/ B I 0,1/ B II 0,1/ B III 0,1/ B I 1/ B II 1/ B III 1).

Tab. 1: Übersicht über die inhaltliche Zusammensetzung der Testansätze.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Ergebnisse

Die Algenzahl in der Vorkultur betrug 13 833 pro ml, gerundet ca. 14 000. Der Zielwert für die Zellzahl in der Vorkultur lag gemäß der DIN-Vorschrift bei 10 000, dieser Wert wurde deutlich überschritten, dennoch wurde der Test mit dieser Algenvorkultur fortgesetzt. Da in die Testansätze jeweils 10 ml Lösung aus der Vorkultur gegeben wurde, entspricht dies einer Algenzahl in den Testansätzen von insgesamt ca. 140 000. Eines der Gültigkeitskriterien für den toxikologischen Test war, dass sich die im Kontrollansatz eingesetzte Zellzahl innerhalb von 72 Stunden mindestens um den Faktor 67 vermehren sollte. Dieses Gültigkeitskriterium konnte beim durchgeführten Test nicht eingehalten werden, denn statt der demnach geforderten Zellzahl von ca. 938 000 (14 000* 67) wurde nach 72 Stunden nur eine Zellzahl von ca. 563 000 erreicht (s. Tab. 4), was einer Vermehrung um den Faktor 40 entspricht.

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