Einfluss mikrobieller und enzymatischer Aktivität auf die Festlegung von Xenobiotika an Organo-Ton Komplexen (UBC)
Projektlaufzeit: 2010 - 2012
Leitung:
Dr. rer. nat. Burkhard Schmidt
Prof. Dr. rer. nat. Andreas Schäffer
Bearbeitung:
Auftraggeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG, Bio-Geochemical interfaces in soil, DFG Projektnummer: SPP1315
Projektpartner:
- Priv.-Doz. Dr. Jan Schwarzbauer, Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und Lagerstätten des Erdöls und der Kohle, RWTH Aachen
- Prof. Dr. Christoph Tebbe, Johann Heinrich von Thünen Institut Braunschweig
Hintergrund:
Influence of microbial and enzymatic activities on immobilisation of xenobiotics in soil organo-clay complexes
Das biogeochemische und umweltdynamische Verhalten von Metalaxyl einschließlich seiner Metaboliten soll in natürlichen und modellhaften Organo - Tonkomplexen untersucht werden. Die Biodegradation dieses Fungizides durch Bodenenzyme wie Phenoloxidasen und Peroxidasen soll in Zusammenhang mit der Bildung immobilisierter Rückstände erforscht werden.
Ein Resultat von agrartechnischer und industrieller Praxis ist die Kontamination der Umwelt mit einer zunehmenden Menge an Fremdstoffen.
Diese oft toxischen Xenobiotika und ihre Metaboliten besitzen unterschiedliche Umweltstabilitäten in der Pedosphäre und können durch mikrobielle Aktivität und extrazelluläre Enzyme im Boden ab- und umgebaut werden. Dieser Vorgang wird als Biodegradation bezeichnet. Die Xenobiotika und ihre durch Abbau entstandenen Metaboliten können daraufhin nicht kovalent und kovalent an Teile der Bodenmatrix binden und somit immobilisiert werden. Damit erhöht sich ihre Verweildauer im Ökosystem Boden und ihre Bioverfügbarkeit sinkt. Besonders die Organo-Tonkomplexe der Bodenmatrix stehen in engen Zusammenhang mit der Menge an immobilisierten, nicht extrahierbaren, xenobiotischen Rückständen.
Der biotische Abbau und die Umwandlung des Fungizides Metalaxyl sowie seiner Metaboliten durch mikrobielle Aktivität und extrazelluläre Enzyme in Böden soll im Rahmen dieses Projektes erforscht werden. In Hinblick auf die Biodegradation von Metalaxyl wird ein besonderes Augenmerk auf den extrazellulären Phenoloxidasen und Peroxidasen liegen, da für diese ein wesentlicher Beitrag zu Abbau und Umwandlung der Fremdstoffe erwartet wird. Hierzu werden Enzymassays entwickelt, um die Aktivität dieser Enzymgruppen in Böden photometrisch zu messen. Es werden zwei ausgesuchte Böden (Ultuna soil, Sweden; Fuhrberg soil, Germany), ihre natürlichen Organo - Ton -Fraktionen und künstlichen Modell Organo-Tonkomplexen in die Versuche eingesetzt. Somit soll der Ab - und Umbau von Metalaxyl durch mikrobielle Aktivität und extrazelluläre Enzyme in den jeweiligen Kompartimenten getrennt untersucht werden können. Die mikrobielle Aktivität der Böden wird dazu jeweils ergänzend mittels bodenkundlicher Arbeitsmethoden bestimmt.
Zwecks einer Untersuchung der Bildung nicht extrahierbarer Rückstände des Fungizides bei der Degradation werden radioaktiv markierte Verbindungen zu unterschiedlichen Fraktionen zweier ausgesuchter Böden (Ultuna soil, Sweden; Fuhrberg soil, Germany) sowie zu den künstlich hergestellten Organo-Tonkomplexen appliziert.
Durch invasive und nicht-invasive analytische Methoden sollen die gebildeten kovalent immobilisierten Rückstände parallel erfasst, identifiziert und umfassend charakterisiert werden. Sequentielle Extraktionen und Anreicherungsverfahren, sowie eine nachfolgende Chemolyse, GPC und radioanalytische Verfahren sollen eine Zuordnung der immobilisierten Verbindungen zu den verschiedenen Fraktionen innerhalb der Organo-Tonkomplexe ermöglichen und zusätzlich Schlüsse über die Sorptionen und Bindungsverhältnisse in diesem System zulassen.
Publikationen:
Riefer P, Klausmeyer T, Schwarzbauer J, Schäffer A, Schmidt B, Corvini PFX (2010): Short term distribution of a nonylphenol isomer and the herbicide MCPA in soil derived organo-clay complexes. Environ. Chem. Lett. DOI 10.1007/s10311-010-0294-y