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Teilprojekt 7

Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadt Freiburg im Breisgau, Stadtverwaltung durchgeführt. MUTReWa - Maßnahmen für einen nachhaltigeren Umgang mit Pestiziden und deren Transformationsprodukten im Regionalen Wassermanagement Ziel des Verbundvorhabens ist es, zum einen relevante Prozesse zur Mobilisierung und zur Transformation von Pestiziden aus Intensivlandwirtschaft und Bioziden aus urbanen Gebieten genauer zu untersuchen, und zum anderen die Effektivität und Nachhaltigkeit ausgewählter Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern im Hinblick auf diese Prozesse zu bewerten. Daraus abgeleitete Maßnahmen werden direkt in das regionale Wassermanagement implementiert. Arbeitspaket 1: Prozesse und Stoffverhalten AP.1.3: Grundwasser-Monitoring im Umfeld von GBMs AP.1.4: Datenbereitstellung für die Stofftransportmodellierung Arbeitspaket 2: Strategien und Maßnahmen AP.2.1: Grundwasserbeprobung bei Tracerversuchen AP 2.2 Kommunikationsstrategien AP.2.4: Datenbereitstellung für Szenarienentwicklung, -simulation, und Regionalisierung Arbeitspaket 4: Etablierung und Implementierung ins regionale Wassermanagement AP4.1: Empfehlungen zur Umsetzung untersuchter Maßnahmen AP4.2: WEB-basierte Anwendung im Stadtbereich AP4.3: Implementierung und Begleitung der Maßnahmen im Gesamt-EZG.

Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gemeinde Eichstetten am Kaiserstuhl, Bürgermeisteramt durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist es, zum einen relevante Prozesse zur Mobilisierung und zur Transformation von Pestiziden aus Intensivlandwirtschaft und Bioziden aus urbanen Gebieten genauer zu untersuchen, und zum anderen die Effektivität und Nachhaltigkeit ausgewählter Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern im Hinblick auf diese Prozesse zu bewerten. Daraus abgeleitete Maßnahmen werden direkt in das regionale Wassermanagement implementiert. - Modernisierung einer Mess-Stelle zum gezielten Monitoring der Wirkung von erfolgten und neu implementierten Gewässerbewirtschaftungsmaßnahme (GBM) zur Verbesserung des Rück-halts und des Abbaus von Pflanzenschutzmitteln (PSM) und deren Transformationsprodukten (TP). - Zeitliche Optimierung von Gewässerunterhaltungsmaßnahmen (v.a. Schilfmahd) in Bezug auf den Rückhalt von PSM und TP. - Ermittlung des maximalen Potenzials zur Implementierung von geeigneten GBM im Gemeindegebiet über partizipative Ansätze. - Informationsverbreitung zur Rolle von GBM beim Rückhalt von PSM und TP. - Informationen für die optimale Planung und Sanierung von HRB unter dem Aspekt der maximalen Rückhaltung von PSM und TP.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Lüneburg, Institut für Nachhaltige Chemie und Umweltchemie, Professur für Nachhaltige Chemie und Stoffliche Ressourcen durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist es, zum einen relevante Prozesse zur Mobilisierung und zur Transformation von Pestiziden aus Intensivlandwirtschaft und Bioziden aus urbanen Gebieten genauer zu untersuchen, und zum anderen die Effektivität und Nachhaltigkeit ausgewählter Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern im Hinblick auf diese Prozesse zu bewerten. Daraus abgeleitete Maßnahmen werden direkt in das regionale Wassermanagement implementiert. Es entstehen beim Abbau von Pestiziden Transformationsprodukte (TP), die mobiler, persistenter und sogar toxischer für die Umwelt sein können als die Ausgangssubstanzen. Jedoch hat sich gezeigt, dass viele TP noch immer nicht bekannt sind und die Eigenschaften vieler bekannter TP noch nicht erforscht wurden. Berücksichtigt man nun, dass bestimmte Gewässerbewirtschaftungsmaßnahmen (GBM) dem Zweck dienen Pestizide zurückzuhalten um deren Abbau zu erhöhen, ist damit zu rechnen, dass es in GBM zu einer vermehrten Bildung von TP kommt. Daher hat es sich das Teilprojekt 1 zum Ziel gesetzt folgende Fragen zu beantworten: Welches Transformations-Verhalten zeigen ausgewählte Pestizide bei bestimmten, in GBM stattfindenden Prozessen? Welche potentielle Umweltgefährdung ergibt sich aufgrund der Eigenschaften gebildeter TP? Wie tragen GBM zur Eintragsreduzierung von Muttersubstanz und TP bei und wie breiten sich die Stoffe im EZG aus? Welche GBM können einen Beitrag zum nachhaltigen regionalen Wassermanagement in den Modellgebieten liefern? Der im Teilprojekt 1 verfolgte Lösungsansatz kombiniert daher experimentelle Untersuchungen (Analytik, Test zum Abbauverhalten und Toxizität) mit Anwendungen computerbasierter Modelle zur Bewertung der Substanzeigenschaften sowie die Ausbreitung in der Umwelt. Erst diese Kombination ermöglicht eine zielführende Bewertung der Umweltgefährdung infolge der untersuchten Substanzen und ihrer TP sowie der Nachhaltigkeit der untersuchten GBM.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Natur- und Ressourcenschutz, Abteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft durchgeführt. Das Projekt MUTReWa ist eines von 14 Verbundprojekten in der BMBF-Fördermaßnahme 'Regionales Wasserressourcen-Management für den nachhaltigen Gewässerschutz in Deutschland' (ReWaM). ReWaM ist Teil des BMBF-Förderschwerpunktes 'Nachhaltiges Wassermanagement' (NaWaM) im Rahmenprogramm 'Forschung für Nachhaltige Entwicklung' (FONA3). Im Zuge europäischer Umweltgesetzgebung wurden in den letzten Jahren zahlreiche Gewässerbewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern initiiert. Jedoch werden bei der Bewertung dieser Maßnahmen mögliche Effekte auf eine verstärkte Mobilisierung von organischen Spurenstoffen und insbesondere ihrer Transformationsprodukte vernachlässigt. Transformationsprodukte von Pestiziden in der wässrigen Phase, die nicht mehr im Sinne der Muttersubstanz aktiv sind, wurden bisher nicht ausreichend untersucht und deshalb nicht entsprechend im Gewässermanagement berücksichtigt. Das Verbundprojekt MUTReWa befasst sich daher mit relevanten Prozessen zur Mobilisierung und Transformation von Pestiziden aus der Intensivlandwirtschaft sowie Bioziden aus urbanen Gebieten. Weiter wollen die Partner des Verbundprojekts MUTReWa die Effektivität und Nachhaltigkeit ausgewählter Gewässerbewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern bewerten. Daraus abgeleitete Empfehlungen sollen in Kooperation mit der Praxis in das regionale Wassermanagement implementiert werden.

Mikrobieller Metabolismus von Modellpestiziden in der Drilosphäre und Einfluss auf die N2O-Bildung: Verknüpfung von Prozessen mit Populationen

Das Projekt "Mikrobieller Metabolismus von Modellpestiziden in der Drilosphäre und Einfluss auf die N2O-Bildung: Verknüpfung von Prozessen mit Populationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Biologie, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie durchgeführt. Der Einsatz von Pestiziden ist in der Landwirtschaft weit verbreitet. Mineralisierung von Pestiziden findet im Boden hauptsächlich durch aerobe mikrobielle Prozesse statt. Bereiche hoher mikrobieller Aktivität im Boden schließen die Drilosphäre mit ein, d.h. Gänge, Darminhalt und Kot von Regenwürmern. Das Treibhausgas Distickstoffmonoxid (N20) wird in der Drilosphäre durch die dort ablaufenden Nitrifikation und Denitrifikation gebildet, welche von Pestiziden beeinflußt werden können. Allerdings sind die physikalisch-chemischen Parameter, aerobe und anaerobe Pestizid Abbauwege, sowie die Pestizid-abbauenden Mikroorganismen in der Drilosphäre nur wenig untersucht. Der Einfluß von Pestiziden und deren Abbauprodukte auf die Nitrifikation und Denitrifikation in der Drilosphäre sind größtenteils unbekannt. Daher sollen die folgenden Hypothesen mit Hilfe von Regenwürmer-enthaltenden Bodensäulen getestet werden: (i) In der Drilosphäre kommen bislang unbekannte, hoch aktive Prokaryotcn vor, die Phenoxyessigsäure Herbizide und deren Abbauprodukte umsetzen; und (ii) Phenoxyessigsäure-Herbizide und deren Abbauprodukte inhibieren die N20-Bildung und das Wachstum von bislang unbekannten Nitrifikanten und Denitrifikanten in der Drilosphäre. Zwischen- und Abbauprodukte sollen mit Hilfe von Gaschrornatographie (GC) und Hochdruckflüssigkeitschromatographie- Massenspektrometrie (H PLC-MS) bestimmt werden. 16S rRNA und mRNA basiertes 'Stable Isotope Probing', Quantifizierung funktioneller Gene mittels quantitativer 'real time' PCR (qPCR), 'Most Probable Number' (MPN) Analysen und zielgerichtete Isolierungsmethoden sollen zur Identifikation und Charakterisierung der prozeß-assoziierten, mikrobiellen Populationen und Mikroorganismen eingesetzt werden

Konstruktion einer cDNA-Bibliothek von Zellsuspensionskulturen von Kornrade (Agrostemma githago L.) zum Screening auf unbekannte P450-Sequenzen

Das Projekt "Konstruktion einer cDNA-Bibliothek von Zellsuspensionskulturen von Kornrade (Agrostemma githago L.) zum Screening auf unbekannte P450-Sequenzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Pflanzliche Cytochrom-P450-Monooxygenasen (P450s oder CYPs) sind wichtige Enzyme des Sekundärmetabolismus. Sie spielen weiterhin eine große Rolle im Metabolismus von Xenobiotika - wie z.B. Pestiziden, insbesondere Herbiziden. Spezies-Unterschiede in der Aktivität bestimmter P450s zum Metabolismus von Herbiziden werden als der Mechanismus angesehen, der es toleranten Pflanzenspezies ermöglicht, gegenüber Herbiziden weniger empfindlich zu sein als andere. P450s, die im Pestizid-Metabolism involviert sind, üben vermutlich auch eine Funktion im Sekundär-Metabolismus aus. CYP73A1 z.B. ist die trans-Zimtsäure-Hydroxylase aus Jerusalem-Artichoke, die auch die Ring-Methyl-Hydroxylierung von Chlortoluron katalysiert, wie durch Expression ihrer cDNA in Hefe gezeigt wurde. Ein Wissenszuwachs über P450s, die in empfindlichen und toleranten Pflanzen vorkommen, und über molekulare Mechanismen, die den P450-katalysierten Metabolismus von Herbiziden in toleranten Pflanzen verantwortlich sind, kann zu einem Verständis der Herbizid-Resistenz und ihrer Entwicklung beitragen. Auf Grund seiner Toxizität war Kornrade (Agrostemma githago L.) in der Vergangenheit ein problematisches Unkraut in europäischen Getreidefeldern. Heutzutage ist die Pflanze fast ausgestorben - als Folge des Einsatzes von Herbiziden und einer verbesserten industriellen Saatgutreinigung. In Weizenfeldern, sind eine Reihe Herbizide effektiv gegenüber Kornrade (z.B. Triasulfuron, Diuron, Metribuzin, Dicamba + 2,4-D und Bromoxynil). Obwohl bislang über Resistenz bei Kornrade nicht berichtet wurde, sind Zellsuspensionskulturen der Kornrade in der Lage, die Herbizide Metamitron und Atrazin sowie das Xenoestrogen Nonylphenol zu metabolisieren. Die Metaboliten, die identifziert wurden, entstehen durch Dealkylierung und Hydroxylierung der aromatischen und aliphatischen Teilstrukturen der Ausgangsverbindungen. Da diese Reaktionen als typisch für P450-Enzyme im Metabolismus von Xenobiotika angesehen werden, kann man vermuten, dass P450s an der beobachteten Metabolisierung beteiligt sind. In Verlauf des Projektes wurde eine Plasmid-abhängige cDNA-Bibliothek von Kornrade-Zellsuspensionskulturen konstruiert, um unbekannte P450-Sequenzen zu isolieren. Um eine erhöhte Expression von P450s zu erreichen, wurden die Zellen mit dem Herbizid-Safener Benoxacor behandelt, von dem bekannt ist, dass er den P450-Gehalt von Mais-Keimlingen deutlich erhöht. Um sicherzustellen, dass die Kornradezellen der Suspensionskultur die gewünschten Enzyme noch exprimieren, wurde ihre Fähigkeit, 4-n-Nonylphenol (4-n-NP) durch Oxidation zu metabolisieren, in einer Metabolismus-Studie mit dem radioaktiv-markierten (ring-U-14C)4-n-Nonylphenol überprüft. Nach Anwendung verschiedener molekularbiologischer Techniken konnten letztlich mittels einer PCR-Strategie unter Verwendung P450-spezifischer degenerierter Primer zwei PCR-Produkte kloniert werden. U.s.w.

Herstellung transgener Zellkulturen von Tabak, die die humanen Cytochrom-P450-Monooxygenasen CYP1A1 oder CYP1A2 exprimieren

Das Projekt "Herstellung transgener Zellkulturen von Tabak, die die humanen Cytochrom-P450-Monooxygenasen CYP1A1 oder CYP1A2 exprimieren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Biologie V, Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik durchgeführt. Xenobiotika sind organische Verbindungen die nicht durch Organismen bio-synthetisiert werden und die folglich fremd in der Biosphäre sind. Xenobiotika umfassen Pestizide, Pharmaka und industrielle Schadstoffe; sie gelangen in die Organismen durch Zufall oder durch beabsichtigte Anwendung. Da Xenobiotika negative Effekte auf Organismen ausüben können, wird heutzutage von den entsprechenden Zulassungsbehörden aller Staaten gefordert, ihre Toxizität und ihren Metabolismus vor Gebrauch zu untersuchen. Im Falle von Pestiziden werden Metabolismus-Daten bereits in frühen Stadien bei der Entwicklung von Kandidaten benötigt, da Metaboliten unerwüschte toxische Effekte zeigen können. Ähnliches gilt für Pharmaka und bis zu einem gewissen Grad auch für industrielle Schadstoffe. Darüberhinaus spielt der Metabolismus eine entscheidende Rolle bei Toleranz, Resistenz und Suszeptibilität, z.B. bei Herbiziden und Insektiziden, sowie bei Phänomenen, die man bei Medikamenten und Carcinogenen beobachtet. Bei allen Aspekte des Metabolismus von Xenobiotika bedarf es einer vollständigen chemischen Identifizierung von Metaboliten. So wurden verschiedene in vitro-Systeme, inklusive Pflanzenzellkulturen, entwickelt um rasch ein breites Spektrum an Metaboliten zum Zweck ihrer Identifizierung zu generieren. Diese Screening-Prozeduren unterstützen unvermeidliche Studien, nachfolgend oder gleichzeitig mit Organismen unter relevanten Bedingungen durchgeführt werden. Der Metabolismus von Xenobiotika im Menschen, in Tieren und höheren Pflanzen wird gewöhnlich in drei Phasen eingeteilt: Transformation (Phase I), Konjugation (Phase II) und Exkretion in Mensch/Tier oder Kompartimentierung in Pflanzen (Phase III). Typische Phase I- Reaktionen sind die Oxidation, Hydrolyse and Reduktion. Bei den entstehenden primären Metaboliten handelt es sich um jene Umwandlungsprodukte, die auf Grund ihrer möglichen toxischen Eigenschaften wichtig z.B. für die Bewertung von Pestiziden sind. Die wichtigsten Phase I-Prozesse sind oxidative Reaktionen. (...) Das Projekt verbindet i) die wichtige Rolle von P450s beim Xenobiotika-Metabolismus, ii) die breite Substratspezificität humaner P450s, iii) das zweckmäßige in vitro-System pflanzlicher Zellkulturen, das oft in unserem Labor eingesetzt wird, und iv) die einfache Art und Weise, in der katalytisch aktive P450s in Pflanzenzellen exprimiert werden können. Es ist gedacht als Methode, um rasch und qualitativ die Hauptmuster oxidierter Metaboliten von Xenobiotika zu ermitteln und speziell interessierende Metaboliten in größerem Maßstab für eine vollständige chemische Identifizierung zu produzieren. Das Projekt stellt einen ersten Schritt einer Reihe von Untersuchungen dar. Dazu wurden Zellsuspensionskulturen von Tabak mit den Genen von humanem CYP1A1 und CYP1A2 transformiert. Die resultierenden P450-transgenen Zellkulturen wurden dannin Metabolismusstudien mit den Herbiziden Atrazin und Metamitron sowie dem Insektizid Dimethoat eingesetzt.

Umweltchemie, Umweltanalytik und biologische Wirkungen von Organophosphorverbindungen

Das Projekt "Umweltchemie, Umweltanalytik und biologische Wirkungen von Organophosphorverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von International Association of Environmental Analytical Chemistry Basle durchgeführt. Es wird u.a. ein wissenschaftlicher Workshop im Juni 1986 in Amsterdam (Free University) vorbereitet. Untersucht werden Umweltchemie (Bestaendigkeit, Transportprozesse, Umwandlung), analytische Chemie, Metabolismus in lebenden Organismen und biologische Wirkungen von Organophosphorverbindungen (natuerliche und anthrapogene Stoffe, u.a. Pestizide), die z.T. nur langsam vollstaendig biologisch und/oder chemisch abgebaut werden. Bei Grossverwendung solcher Produkte koennen Rueckstandsspuren mit hoher Aktivitaet in niedrigen Konzentrationen relevant sein.

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