Bayerisches Landesamt für
Umwelt

Toxizitätstests - akute Schadwirkungen

In der Ökotoxikologie spielen Toxizitätstests mit Wasserorganismen eine bedeutende Rolle. Es gibt eine Vielzahl von standardisierten bzw. genormten Testverfahren, die sowohl in der Umweltbewertung, speziell im Bereich Wasser, Sedimente, Böden und Altlasten, bei der Überwachung von Industrieabwässern als auch bei der Gefährdungsabschätzung von Chemikalien in der Umwelt eingesetzt werden. Von akuten Schadwirkungen spricht man dann, wenn diese sich massiv (z.B. durch Wachstumshemmung oder Tod), innerhalb kurzer Zeit und unmittelbar manifestieren. In den Labors des LfU werden Toxizitätstests mit Fischen, Daphnien, Algen, Wasserlinsen und Leuchtbakterien durchgeführt, die nachfolgend erläutert werden.

Fischeitest - Giftigkeit gegenüber Fischen

Fische sind mit die wichtigsten Vertreter der Unterwasserwelt und von hohem wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Interesse. Die Bestimmung der Fischgiftigkeit von Wasser, Abwasser und Chemikalien erfolgt am LfU mit einem tierschutzfreundlichen Test. Durch dieses speziell für den Abwasserbereich entwickelte alternative Verfahren werden Tierversuche überflüssig, da anstelle von erwachsenen Fischen, lediglich deren Eier für die Untersuchung herangezogen werden.

Ein befruchtetes Ei des Zebrabärblings (Danio rerio) durch das Mikroskop betrachtet. Zu erkennen ist die kreisrunde Eihülle. Im Inneren des Eies setzt auf dem Dottersack aufliegend die Zellteilung ein. Bild vergrößern Ein befruchtetes Ei des Zebrabärblings (Danio rerio) durch das Mikroskop betrachtet. Zu erkennen ist die kreisrunde Eihülle. Im Inneren des Eies setzt auf dem Dottersack aufliegend die Zellteilung ein.

Hierzu werden im Labor Zebrabärblinge (Danio rerio) in einem Aquarium zur Eiablage gebracht. Nur die befruchteten Eier werden entnommen und in die zu untersuchende Probe transferiert. Nach 48 Stunden wird unter dem Mikroskop festgestellt, ob die Eier durch Gifteinwirkung zerstört wurden, oder ob sich daraus ein Embryo entwickeln konnte. Die Bestimmung der Fischgiftigkeit erfolgt nach der Analysenmethode DIN 38415-6.

Daphnientest - Giftigkeit gegenüber Kleinkrebsen (Daphnien)

Kleinkrebse sind Fischnährtiere, die funktionell als Konsumenten niederer Ordnung eine wichtig Rolle im Stoffhaushalt von Gewässern spielen. Als Testorganismus dient Daphnia magna (großer Wasserfloh). In einer laboreigenen Zucht vermehren sich die weiblichen Tiere eines Klons durch Parthenogenese (Jungfernzeugung).

Zuchtgefäße mit Kleinkrebsen (Daphnia magna) im Labor des LfU. Die Grünfärbung wird durch Futteralgen hervorgerufen. Bild vergrößern Zuchtgefäße mit Kleinkrebsen (Daphnia magna) im Labor des LfU. Die Grünfärbung wird durch Futteralgen hervorgerufen.
Die Dosis-Wirkungs-Kurve zeigt am Beispiel des Daphnientests, dass die Hemmwirkung einer Umweltchemikalie von deren Konzentration abhängig ist. Bild vergrößern Die Dosis-Wirkungs-Kurve zeigt am Beispiel des Daphnientests, dass die Hemmwirkung einer Umweltchemikalie von deren Konzentration abhängig ist.

Für den Test nach DIN 38412-11 oder DIN 38412-30 werden 24 Stunden alte Jungtiere von den Muttertieren getrennt und in die zu untersuchende Wasserprobe bzw. Chemikalienlösung eingesetzt. Als Maß für die toxische Wirkung gilt der Verlust der Mobilität (Schwimmfähigkeit), die nach Ablauf der Testzeit durch Beobachtung ermittelt wird. Ziel ist es, die Abhängigkeit der Hemmwirkung von der Konzentration zu quantifizieren. Dies kann z.B. in Form einer sogenannten Dosis-Wirkungs-Kurve dargestellt werden, aus der die EC50 ermittelt wird.

Algentest - Giftigkeit gegenüber Algen

Einzellige Grünalgen sind mikroskopisch kleine Pflanzen, mit denen die Hemmung des Wachstums durch Stoffe und Stoffgemische nach DIN EN ISO 8692 oder von Abwasser nach DIN 38412-33 untersucht wird. Hierbei werden die Testorganismen in einer Nährlösung, die unterschiedliche Konzentrationen der Probe enthält, belichtet.

Apparatur zur Durchführung des Algentests. Ein Laborroboter (Schwenkarm im Bild links) dosiert Nährlösung, Probe und Algen in die Testgefäße (Bild Mitte, unten). Die Algenbiomasse wird über die Messung der Chlorophyll-Fluoreszenz ermittelt. Bild vergrößern Apparatur zur Durchführung des Algentests. Ein Laborroboter (Schwenkarm im Bild links) dosiert Nährlösung, Probe und Algen in die Testgefäße (Bild Mitte, unten). Die Algenbiomasse wird über die Messung der Chlorophyll-Fluoreszenz ermittelt.
Das im Idealfall exponentielle Wachstum wird durch Messung der Algenbiomasse über einen Zeitraum von 3 Tagen ermittelt. Durch den Vergleich mit einer unbeeinflussten Kontrolle kann eine eventuelle Hemmwirkung eindeutig erkannt werden.

Lemnatest - Giftigkeit gegenüber höheren Wasserpflanzen

Im Vergleich zu einzelligen Grünalgen gehören die Wasserlinsen (Lemna minor) zu den höheren Wasserpflanzen. Sie wachsen in Kolonien und können durch Wasserinhaltsstoffe und Abwasser geschädigt werden. Die Bestimmung der Toxizität gegenüber Wasserlinsen erfolgt nach DIN EN ISO 20079.

Die Wasserlinse (Lemna minor) „schwimmt“ bzw. treibt auf der Wasseroberfläche und dient bei Toxizitätstests als Modellorganismus für höhere Wasserpflanzen.Bild vergrößern Die Wasserlinse (Lemna minor) „schwimmt“ bzw. treibt auf der Wasseroberfläche und dient bei Toxizitätstests als Modellorganismus für höhere Wasserpflanzen.
Wachstumskurven für Wasserlinsen. Die Schar der Geraden zeigt in der halblogarithmischen Darstellung ein exponentielles Wachstum der Pflanzen an. Im Vergleich zur grünen Kurve (Kontrolle) bleiben die übrigen Testansätze mit steigender Schadstoffkonzentration hinter dem Kontrollwachstum zurück.Bild vergrößern Wachstumskurven für Wasserlinsen. Die Schar der Geraden zeigt in der halblogarithmischen Darstellung ein exponentielles Wachstum der Pflanzen an. Im Vergleich zur grünen Kurve (Kontrolle) bleiben die übrigen Testansätze mit steigender Schadstoffkonzentration hinter dem Kontrollwachstum zurück.

Als Kriterium dient die Hemmung des Wachstums, das sich bei diesen Pflanzen in verschiedenen Beobachtungsparametern manifestiert u.a. in einer geringeren Anzahl und/oder Fläche der Pflanzenbestandteile (sogenannte „Fronds“) oder im Auftreten von Nekrosen (abgestorbenes Gewebe). Für die Zählung und Flächenermittlung wird am LfU eine Videokamera und ein Bildauswertesystem eingesetzt. Die Testdauer beträgt 7 Tage. Aus den Einzelmessungen werden Wachstumskurven erstellt und die Hemmung der Wachstumsrate ermittelt.

Leuchtbakterientest - Giftigkeit gegenüber Leuchtbakterien

Laborarbeitsplatz zur Durchführung des Leuchtbakterientests. Die lumineszierende Bakteriensuspension wird auf einem Thermoblock direkt in die Probenröhrchen pipettiert.Bild vergrößern Laborarbeitsplatz zur Durchführung des Leuchtbakterientests. Die lumineszierende Bakteriensuspension wird auf einem Thermoblock direkt in die Probenröhrchen pipettiert.

Die akute Toxizität wird bei diesem Testverfahren durch die Hemmung der Lichtemission von Leuchtbakterien (Vibrio fischeri) bestimmt. Die lumineszierende Bakteriensuspension kann entweder frisch gezüchtet oder aus konservierten Präparaten hergestellt werden. Bei diesem sehr schnellen Toxizitätstests kann bereits nach einer Einwirkungszeit von 30 Minuten eine Hemmwirkung durch Schadstoffe festgestellt werden. Da es sich um marine Bakterien handelt, müssen die Testansätze vor der Messung mit Kochsalz auf Meerwasserkonzentration aufgesalzen werden.