DIE KONTAMINATION VON MIKROALGEN MIT EINIGEN UMWELTBÜRTIGEN SCHADSTOFFEN

DIE KONTAMINATION VON MIKROALGEN MIT EINIGEN UMWELTBÜRTIGEN SCHADSTOFFEN H.D. Paye , K.H. Runkel, H. Kun e, H. G ä , E. S engel, H. Mohn und A. Polsi i Gesellscha ü S ahlen- und Umwel o schung mbH, München Ab eilung ü Algen o schung und Algen echnologie, Do mund Alle kon en ionellen und unkon en ionellen Me hoden de Nah ungsmi - elp oduk ion s ehen in meh ode wenige enge Beziehung zu Umwel : Na ü liche Nah ungske en und landwi scha liche Kul u p lanzen neh- men Chemikalien aus de Lu , aus Wasse und Düngemi eln und wäh- end de Ve a bei ung au und geben sie di ek ode übe das Tie an den Menschen wei e . Zum Schu z des Menschen wi d dahe in zahl ei- chen Labo a o ien nich nu das Ausmaß de de zei igen Schads o be- las ungen es ges ell , sonde n auch nach ih en U sachen und nach Mög- lichkei en zu ih e Ve inge ung ge o sch . Bei de Un e suchung diese Zusammenhänge können unse e Mei- nung nach Mik oalgen eine Modell unk ion e üllen: Diese p lanzlichen O ganismen on de G öße o e Blu kö pe chen we den - wie kon en- ionelle Kul u p lanzen - un e na ü lichen Klimabedingungen gezüch e und kul i ie und sind bei ih e E n e mode nen Techniken eine indu- s iellen Nah ungsmi elp oduk ion un e wo en. Mik oalgen ep äsen- ie en dami einen wei en Be eich landwi scha liche Kul u echnik. Ein me hodische Vo zug de Mik oalgen lieg in de Ta sache,daß man ausden Kul u en ein P obenma e ial on unübe e liche Homogeni ä e hal en kann. Mik oalgen zeigen übe dies ein seh schnelles Wachs um, welches häu ige E n en inne halb eine Vege a ionspe iode e laub . Da- du ch gelang man in ela i ku ze Zei zu de no wendigen Zahl on s a is isch auswe ba en Da en, ein nich zu un e schä zende Vo eil ü die U sachenanalyse de Schads o belas ung. Bedeu ung gewinnen solche Un e suchungen abe insbesonde e ü 192 H. D. Paye e al. die Ve ah en zu P oduk ion on Biop o einen, im angelsächsichen Sp achbe eich Single Cell P o ein genann . Bei diesen Ve ah en sind die Kul u objek e als Folge de no wendig s a ken Belü ung und de di ek en und hohen Düngung einem ungewöhnlich in ensi en Umwel kon- ak ausgese z , wobei die Ge ah de Kon amina ion mi Schads o en besonde s g oß is . Vo diesem Hin e g und haben wi in den e gangenen zwei Jah- en zahl eiche Analysen e schiedene Schads o gehal e in Algenpul- e n du chge üh , welche nach dem Do munde Ve ah en ü E näh- ungszwecke he ges ell wo den wa en. Hie bei (S engel 1970) we den die Algen meh e e Tage lang un e na ü lichen Lich - und Klimabedin- gungen im F eiland kul i ie : F ischwasse , Näh salze und Kohlensäu- e dienen als Subs a e und Kul u medium, welches in o alen Becken kon inuie lich umgewälz wi d. Die E n e e olg übe Zen i ugen, wo- nach de Algenschlamm du ch E hi zen e daulich gemach und ge ock- ne wi d. Fü unse e Un e suchungen wu den die Algen in Do mund und an zwei e schiedenen O en in Thailand kul i ie , um s ando beding- e Schads o belas ungen kennenzule nen. Auße dem wu den die Näh - salze eils in Fo m on Düngemi eln, eils als eine Chemikalien e - ab eich . In eine Ve suchsse ie wu de Blei als Ace a in bes imm e Dosis den Algenkul u en zugegeben, um die Au nahme in die Algen zu e olgen (B iele 1973). Die analy ische Bes immung on Cd und Pb e olg e mi Hil e de A omabso p ionsspek alpho ome ie, nachdem die Algenp oben im Mu - elo en bei 4500 C e asch und die Algenasche im Säu egemisch au ge- lös und mi qua zdes illie em Wasse e dünn wo den wa (Runkel und Baak 1972). Die Bes immung on Benzpy en und Fluo an hen e - olg e in den Hygieneins i u en de Uni e si ä en Mainz und E langen, indem Benzolex ak e dünnschich ch oma og aphisch au ge enn und die eluie en polyzyklischen Kohlenwasse s o e einzeln luo eszenz- pho ome isch e aß wu den (Kun e 1967). Insgesam wu den 160 P o- ben un e such . Die s a is ische Auswe ung des Da enma e ials be- sch änk sich o läu ig au die Da s ellung de Ve eilungs unk ionen Kon amina ion on Mik oalgen 193 de einzelnen als einhei lich e kann en Popula ionen. Die Abb. 1 zeig am Beispiel de Bleiwe e on Algen aus No d- hailand (Chiengmai), welche A on Ve eilungs unk ion am häu igs en bei Schads o analysen au i : Es we den im allgemeinen keine No mal- e eilungen, sonde n linkss eile, asymme ische Ve eilungen ge un- den. Wi haben hie bei die e schiedenen Möglichkei en de s a is ischen Auswe ung eine solchen Popula ion mi da ges ell (Mi elwe , Medi- an, Dich enmi el), um zu zeigen, daß eine übliche Mi elwe sbildung zu eine nich ganz ko ek en Beu eilung üh en wü de: Wi d de du ch- schni liche Bleigehal diese Algenpopula ion nach dem Mi elwe beu - eil , so wü de dami den wenigen hohen We en meh Bedeu ung zuge- messen als de Meh hei de mi le en We e. Eine sachge ech e Beu - eilung e laub dagegen de Medianwe , d.h. jene We , obe halb und un e halb dessen je 50% alle Meßwe e liegen. Seine Lage wi d on Ex- emwe en aus dem un e en ode obe en Be eich de Schads o gehal e nu unwesen lich beein luß . 45 | j 650 ‘ a] + 69 * y { a sg 904 5 iS = ~ N | 807 x 5‘ a = & 60} 3 o ic » - ; u PIE ao oe N 5 = aN E 2% N E N N = i b~ B 10} eel $ x ! 2 6 V2 ayaa enee 7 yee aa Lem) 31204 Eppmil = | Bleigehal de Algen ockenmasse (Klassenobe g enze) 2 5 46 8 © 12 [ppm] Bleigehal de Algen ockenmasse Abb. 1 : Die Häu igkei s e eilung de Bleigehal e on Algen aus Chiengmai (Thailand) Abb. 2 : Die logno male Häu igkei s e eilung de Bleigehal e on Al- gen aus Chiengmai im Wah scheinlichkei sne z (O dina e ge- eil nach dem Gauß ’schen In eg al, Abszisse loga i hmisch ge eil ) 194 H.D. Paye e al. Fü die wei e e Analyse is es nun on Bedeu ung, welchem Ve - eilungs ypus die Häu igkei s unk ion unse e We epopula ion angehö : Die naheliegends e P ü ung is ein Tes au loga i hmisch no mal e eil- e We e; eine logno male Ve eilung wi d nämlich imme dann o ge- unden, wenn ein un e e ode obe e G enzwe nich un e - bzw. übe - sch i en we den kann (Sachs 1968). Dies kann man ü Schads o gehal- e exogenen U sp ungs e wa en. Die P ü ung au logno male Ve eilun- gen geschieh am ein achs en g aphisch du ch Da s ellung de We e bzw, We eklassen im loga i hmischen Wah scheinlichkei sne z (Abb. 2). De linea e Ve lau eine solchen G aphik bes ä ig das Vo liegen de e mu- e en logno malen Ve eilung, de Schni mi dem 50%-O dina enwe ep äsen ie den Medianwe de Popula ion. Nahezu alle on uns e mi - el en Schads o gehal e in Algenpul e n olgen eine solchen Ve eilungs- unk ion, so daß es angeb ach is , die e schiedenen Popula ionen nich an Hand de Mi elwe e sonde n de Medianwe e zu e gleichen. In de olgenden Da s ellung (Abb. 3) sind nun alle on uns bes imm- en Bleigehal e on Algenp oben wiede gegeben, und zwa ge enn nach He kun de Algen. In de un e schiedlichen Lage de d ei Ge aden kommen s ando beding e Un e schiede de Lu e schmu zung zum Aus- d uck: Do mund am ös lichen Rand des Ruh gebie s is in lu analy i- schen Un e suchungen als besonde s schads o belas e ausgewiesen (We ne 1974), was du ch die hohen Bleigehal e unse es P oduk s hin- eichend bes ä ig wi d. P oduk e aus Bangkok sind, e mu lich du ch die ex em hohe K a ah zeugdich e de S ad , eben alls noch ela i s a k mi Blei belas e , wäh end Algen aus den ländlichen Bezi ken on Chiengmai, 700 km nö dlich on Bangkok, bei gleichen Klimabedingun- gen einen e häl nismäßig nied igen Bleigehal au weisen. Bei de U sachenanalyse de Da en s ießen wi zunächs au jah- eszei liche Un e schiede: Wäh end de wa men Jah eszei on Mai bis Augus , wenn die Tage lang sind, inde man seh iel meh schads o - a me als schads o eiche P oben, in den kühle en Mona en mi ku zen ode s a k bewölk en Tagen is das Ve häl nis umgekeh . Häu gkei summen in *% de Gesam hei , eine Popula ion Kon amina ion on Mik oalgen 195 [ppm] N 200) © 2 10 | . | £ . s ce | ” y u | » u ‘ o a 2 “i < N s 3 F 5 hs San ° ° . a 4 : a a % > x ; | | j y 5 e SIN a / : iS | 0 2. oN | 3 2 j 107 5 / 2 ?° ‘ | | . A a = | | : |& 10 x | 2 ‚a N | i L ne du 4 6 8 0 2 “ee BO ‘po ? 2: 2 468 10 2 [gm%c13 Bleigenal de Algen ockenmasse Wachs umsleis ung de Algen Abb. 3 : Die Ve eilungs unk ionen de Bleigehal e on Algen aus Chiengmai, Bangkok und Do mund Abb. 4: Die Abhängigkei des Bleigahal s Do munde Algen on de Wachs umsin ensi ä wäh end de Kul u Die eigen liche U sache ü diese klimaabhängigen Un e schiede de Bleiakkumula ion zeig die olgende G aphik (Abb.4): Wi inden hie eine umgekeh e, doppel -loga i hmische P opo ionali ä zwischen dem Bleigehal und de Wachs umsin ensi ä de Algen; diese wi d p i- mä beein luß du ch Klima ak o en wie Tempe a u und Lich genuß bzw. Tageslänge: je schnelle die Algen in Abhängigkei on solchen ages- und jah espe iodischen Klimaschwankungen wachsen, um so wenige Blei wi d da in ge unden. In diese Abbildung is auch noch au eine wei e e Ta sache au - me ksam zu machen: ex apolie en wi die Funk ion au den Bleigehal beim Wachs um on g- m”? A dann en sp ich de Bleigehal dieses einen G amms Algen de jenigen Bleimenge, die im Du chschni äglich au de Fläche on 1 qm on den Algen au genommen wi d: das sind 196 H.D. Paye e al. 0,3-0,4 mg: m2. an . Eben diesen We e geben auch di ek e Immis- sionsmessungen am S ando Do mund. Die Schluß olge ungen hie aus sind solgende: 1.) P ak isch das gesam e Blei de Do munde Algen s amm ausde Lu , 2.) die Algen sind o enba in de Lage, diese Bleiimmissionen olls ändig au zunehmen. Daß diese olls ändige Bleiau nahme inne halb wenige S unden e - olgen kann, wu de expe imen ell übe p ü , indem man dem Kul u me- dium 500 pell Bleiace a zugegeben und die Kine ik de Bleiakkumula ion in den Algen e olg ha (B iele 1973). Nachdem wi nun am Beispiel des Bleis gezeig haben, wie es in un e schiedlichem Ausmaß zu Ve un einigungen de Algen mi diesem Schads o ausde Lu komm , sollen im olgenden ku z einige U sachen ü die Akkumula ion eines wei e en Schads o s au gezeig we den: Die Ve un einigung de Algen mi Cadmium (Abb. 5). Bei de Au nahme die- ses Schads o s we den gene ell die gleichen Fak o en wi ksam wie im Falle des Bleis: die klimaabhängige Wachs umsin ensi ä und die Ve - weildaue de Algen in de Kul u üh en im P inzip zu denen sp echen- den Häu igkei s e eilungen nach Maßgabe de jeweiligen Lu e schmu - zung am Kul u o : In Thailand wi d wenige Cadmium in den Algen ge- unden als in Do mund. Zu den Cadmiumniede schlägen aus de Lu komm nun abe noch eine wei e e bedeu ende Cadmiumquelle hinzu: Sie bes eh in den Düngemi eln, welche bekann e maßen als Ve un einigung Cadmium en hal en, das g öß en eils aus den Phospha en s amm (K op e al. 1968). Algen, die mi einen Chemikalien kul i ie wo den sind, en hal en seh iel wenige Cadmium als mi Düngemi eln gezüch e e Algen, Zum Schluß sollen noch zwei Beispiele ü Ve un einigungen de Algen mi polyzyklischen a oma ischen Kohlenwasse s o en mi ge eil we den: Die seh s a k s ando abhängige Belas ung de Algen mi dem cance ogenen 3, 4-Benzpy en und mi dem nich -k ebse egenden Fluo- an hen (Abb. 6). Im Falle des Benzpy ens be äg de Un e schied zwi- schen den Algenpopula ionen aus Do mund und Thailand as das 40- ache, und e dü e wohl ausschließlich au lokale Un e schiede de Lu e - ISSDWUSYIOHNUSBIY JaP NDYaDUSyJUDIoN]Z oz oo 08 098 o oz (19296 yasıwyyıı g ) -eBo| s} yoda. ‘yeaul| syul] a assizsqy) punwiiog sne pun puejleyj sne (wa uaa puluoubo}) uably uoA ajjeyabuayiue =a -10N|4 Jap uauolyuny -sbunjlalis al :L'QQV 197 z g g 8 ualjex!wayd uaulad lu 'mzq uja} -wabung WW 4INijN>| Jap yoeu punwis0q sne pun puejiey) sne uabjy uon aijeyabuuniwped Jap uauolNyunssßunjlallsA aig :G‘qqy (WiePaA}DWOU) lo PupoyL esspuuexsa;jUaBly Jap NDyaßwnıupny [wi] 7 z | 80 90 70zo = R ueyquDon}s ee "le asspwuay 0ijUably Jap yoyusbuesAdzueg -4'¢ [64/67] oo 08 09 05 O7 OF oz M6RLIS % €z goL0 8 WeuwDsad Jap »%, ul Uawwnss}!2451jNDH 2 Ue nDyWeYy NW PRlweßung zw pupyl N pupyouL I66 JaniueBung yu punwuog % Kon amina ion on Mik oalgen I ei | | | UoRDINdog Jule }lay;WDSa9g Jap %, UI UaWUNSs}exH14NDH | SR SEHR oS 5 2 WeUWDsad Jap *, Ul UaWWNSs}19451jNDH punw0q | sne pun pupjley | sne uably uon a jeyaßusıAdzuag-y’g sap uauolyuNjsbunjie1eA aq :9°qqV 198 H. D. Baye e /al schmu zung zu ückzu üh en sein. Die We e aus Thailand un e sch ei- en dabei die nied igs en in Deu schland gemessenen We e obe i di- sche P lanzen eile um das 2- bis 10- ache (Schmid 1969; G a und Diehl 1966). Mi diesem Be und wi d wiede die F age ak uell, ob und in welchem Ausmaß eine endogene Syn hese solche Polyzyklen du ch die P lanzen selbs e olg . Bo ne und Mi a bei e (1968) haben zwa mi Radioiso open die Fähigkei on Mik oalgen zu Biosyn hese on 3,4-Benzpy en und ande en polyzyklischen A oma en quali a i nachge- wiesen. Die logno male Häu igkei s e eilung unse e Da en sp ich abe ü einen exogenen U sp ung diese Subs anzen. Eine Ausnahme on diesem Ve eilungs ypus machen nich -cance o- gene Kohlenwasse s o e, de en Häu igkei s unk ionen, sowei die We e aus dem noch wenig e schmu z en Thailand s ammen, eine No mal e - eilung olgen (Abb. 7). Eine solche No mal e eilung, wie hie im Fal- e de Fluo an henwe e aus Thailand, s eh in Übe eins immung mi de Vo s ellung,daß es sich hie um die Akkumula ion eine Subs anz handel , die on den P lanzen selbs syn he isie wi d. Bei konsequen- e Anwendung dieses In e p e a ionsschemas und au ud de seh iel höhe en Schads o gehal e on P lanzen deu sche S ando e komm man zu dem Schluß, daß die Lu e schmu zung mi diesen S o en in Mi eleu opa und zum Teil auch in ande en Teilen de Wel be ei s so g oß und allgemein is , daß die na ü lichen Schads o pegel on an h o- pogenen Ve un einigen wei gehend übe lage we den und o ga nich meh nachweisba sind. Die Bedeu ung unse e Be unde lieg nun o allem da in, daß es gelungen is , das Zusammenwi ken on Umwel e schmu zung, on Klima ak o en, de Kul u echnik und endogene Reak ionen de un e - such en P lanzen bei de Schads o akkumula ion nachzuweisen. Im üb igen beweisen die o geleg en Da en, daß die Akkumula ion on Schads o en du ch Mik oo ganismen, die als Biop o eine de Nah- ungs- ode Fu e mi elgewinnung dienen sollen, as ausschließlich au äuße e U sachen zu ückge üh we den kann. Im Gegensa z zu ei- nigen in le z e Zei geäuße en Vo behal en ode ga Wa nungen Kon amina ion on Mik oalgen 199 (Wagne und Siddiqi 1973; Wagen iih 1974) o solchen mik obiellen P o ein äge n zeigen unse e Un e suchungen (Tabelle), daß es bei ge- eigne e Wahl on S ando und Kul u echnik seh wohl geling , aus Mik oalgen ein nah ungsmi elhygienisch einwand eies P oduk zu e - zeugen, das bei zwecken sp echende Anwendung kon en ionellen Nah- ungsmi eln ebenbü ig ode in manche Hinsich soga übe legen sein kann. Unse e Un e suchungen un e s eichen abe auch die No wendig- kei eine Kon olle on P oduk ions echnik und P oduk im Hinblick au dessen Einsa z in de E näh ung. Dies gil nich nu ü unkon en ionel- le P o ein äge , sonde n auch ü Kul u p lanzen de kon en ionellen Landwi scha . Gemüse u.Blä e ie Mik oalgen Schads o | aus (No d-) Thailand aus Deu schland KB Median %0°%-Be . | No malbe eich lau Li e a u Blei [mg/kg 6 ca-10)| 3-20 B o 1971 Cadmium [mg/kg] 0,35 ( 02-06 ) 1-3. Rosmani h 1972 34-Benzpy en |[palkgy 1,4 ¢ o9-23)| 10-20 G a u ien i966 Fluo an hen |palkg] 91 (15-160) [100-400 a a neni = Tabelle: Ve gleichde Schads o gehal e on Algen aus Thailand mi Gemüse und Blä e n aus Deu schland LITERATUR BORNEFF', J., BRD, BRIELE, E., F. SELENKA, H. KUNTE and A. MAXIMOS, 1968: Expe imen al S udies on he Fo ma ion o Polycyclic A oma ic Hyd oca bons in Plan s. En i onmen al Resea ch 2, 22 - 29 1971: Deu sche Bundes ag: Ma e ialien zum Um- wel p og amm de Bundes egie ung, D ucksache Vila 10/2 1973: Die Akkumula ion on Blei du ch plank ische G iinalgen, S aa sexamensa bei , Uni e si a Bo- chum 1973