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  Toxizität ausgewählter Bakterienstämme auf Planktonorganismen

Deines, P. (2002). Toxizität ausgewählter Bakterienstämme auf Planktonorganismen. Diploma Thesis, Christian-Albrechts-Universität, Kiel.

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Item Permalink: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-000F-DD28-9 Version Permalink: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-000F-DD29-7
Genre: Thesis

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 Creators:
Deines, Peter1, Author              
Jürgens, Klaus1, Advisor              
Brendelberger, Heinz1, Referee              
Affiliations:
1Department Ecophysiology, Max Planck Institute for Limnology, Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Max Planck Society, ou_976547              

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 Abstract: Zusammenfassung Es galt zu prüfen, welche Auswirkungen die Bakterienstämme Chromobacterium violaceum CV0, CV017 und CV026 und der Stamm Janthinobacterium lividum auf verschiedene Planktonorganismen haben. Während CV0, CV017 und Janthinobacterium lividum durch das Pigment Violacein violett gefärbt sind, handelt es sich bei CV026 um eine farblose Mutante. Vergleichende Untersuchungen zur Toxizität dieser Bakterien wurden mit Flagellaten (Ochromonas sp., Bodo saltans), Ciliaten (Colpidium campylum, Tetrahymena pyriformis), Rotatorien (Keratella cochlearis, Brachionus calyciflorus) und Cladoceren (Daphnia magna) durchgeführt. Die Bakterienstämme wurden diesen Organismen in unterschiedlich hohen Konzentrationen zusammen mit MM1 bzw. Scenedesmus (bei Daphnia) als Futter verabreicht. Auswertung der Toxizitätstests:  Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass Violacein das `killer´-Pigment ist. Die toxischen Effekte (Mortalität) traten nur bei Vorhandensein des Pigments auf. Dabei ließ sich immer eine Korrelation zwischen der Pigmentmenge des Bakterienstammes und der Stärke seiner toxischen Wirkung erkennen. Die aufgrund des zunehmenden Pigmentgehaltes sich ergebende Reihenfolge der Bakterienstämme - Chromobacterium violaceum CV026, CV0, CV017, Janthinobacterium lividum - gibt gleichzeitig auch ihre zunehmende Toxizität wieder. Ein direkter Nachweis der Toxizität von Violacein war nicht möglich, da die Substanz in Reinform nicht zur Verfügung stand.  Die toxische Wirkung der pigmenthaltigen Bakterienstämme ließ sich an allen untersuchten Planktonorganismen der verschiedenen trophischen Ebenen nachweisen. Dabei zeigte sich, dass mit zunehmender Organisationshöhe die Empfindlichkeit gegenüber den toxischen Bakterien abnimmt, was aus dem Anstieg der zugehörigen LT50-Werte hervorgeht. Am Beispiel von Daphnia magna konnte eine Abnahme der Empfindlichkeit mit zunehmendem Alter nachgewiesen werden.  Für die Stärke der toxischen Effekte gilt das Gesetz von Paracelsus: Die Dosis bestimmt die Wirkung. In den einzelnen Ansätzen wurden nicht, wie für Toxizitätstests üblich, unterschiedliche Konzentrationen des zu prüfenden Stoffes eingesetzt, sondern die Konzentrationen durch unterschiedliche Abundanzen der verschiedenen Bakterienstämme bestimmt.  Toxizität ist eine Form der chemischen Verteidigung. Die toxischen Bakterien nutzen den sogenannten „Selbstmord“ - Mechanismus [post-ingestion (suicide) signals], die Toxine werden erst nach Ingestion durch die Grazer freigesetzt und damit wirksam. Einige Individuen „opfern“ sich und reduzieren dadurch den Fraßdruck auf die Population. Durch den lytischen Tod der Grazer verbessert sich das Nahrungsangebot für die klonale Bakterienpopulation.  Die über Ingestionsrate und Filtrierrate ermittelten Werte für eine mögliche Selektivität der Grazer in Bezug auf die angebotenen Futterbakterien schließen eine selektive Nahrungsaufnahme aus. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass neben den bekannten morphologischen Fraßschutzmechanismen Toxizität als chemischer Fraßschutz auch eine entscheidende Rolle im aquatischen Ökosystem spielt. Toxizität ist ein besonders effektiver Schutzmechanismus, da er auf allen trophischen Ebenen wirksam ist.

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Language(s): deu - German
 Dates: 2002-07
 Publication Status: Accepted / In Press
 Pages: IV, 96 Bl.
 Publishing info: Kiel : Christian-Albrechts-Universität
 Table of Contents: Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG  1

2 MATERIAL UND METHODEN  4

2.1  Organismen und Kultivierung  4
2.1.1  Bakterien  4
2.1.2  Planktonorganismen  7
2.2  Bestimmung der Abundanzen  12
2.2.1  Direktzählung von Bakterien, Flagellaten und Ciliaten durch Epifluoreszenzmikroskopie  12
2.2.2  Lebendzählung von Rotatorien und Cladoceren  13
2.2.3  Immunofluoreszenzmikroskopie von Bakterien  13
2.3  Bestimmung von Zelllänge und Volumen bei Bakterien  15
2.4  Extraktion von Violacein  15
2.5  Charakterisierung der verwendeten Bakterienstämme  17
2.5.1  Violaceinproduktion bei Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  17
2.5.2  Abundanzentwicklung, Zelllänge und Pigmentproduktion bei den drei Stämmen von Chromobacterium violaceum  17
2.5.3  Toxizität extrazellulärer Substanzen von Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  18
2.6  Toxizitätstests  18
2.6.1  Flagellaten  20
2.6.1.1  Toxizitätstest mit Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  20
2.6.1.2  Vergleichender Toxizitätstest mit Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum bei unterschiedlichen Konzentrationen  21
2.6.1.3  Test auf Toxizität der verschiedenen CV-Mutanten-Stämme  21
2.6.1.4  Bestimmung der Ingestionsraten, Filtrierraten und Selektivitätsindices bei Ochromonas sp. nach Zugabe der CV-Mutanten-Stämme und MM1  23
2.6.1.5  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Ochromonas sp. und Bodo saltans  24
2.6.2  Ciliaten  25
2.6.2.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Colpidium campylum und Tetrahymena pyriformis  25
2.6.2.2  Bestimmung der Ingestionsraten, Filtrierraten und Selektivitätsindices bei Tetrahymena pyriformis nach Zugabe von CV017 und MM1  26
2.6.3  Rotatorien  27
2.6.3.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Brachionus calyciflorus und Keratella cochlearis  27
2.6.3.2  Bestimmung der Ingestionsrate von Brachionus calyciflorus  28
2.6.4  Daphnien  28
2.6.4.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 und CV026 bei Daphnia magna  28
2.6.4.2  Akuter-Daphnien-Toxizitätstest  29
2.7  Statistische Auswertung  30

3 ERGEBNISSE  32

3.1  Charakterisierung der verwendeten Bakterienstämme  32
3.1.1  Violaceinproduktion bei Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  32
3.1.2  Abundanzentwicklung, Zelllänge und Pigmentproduktion bei den drei Stämmen von Chromobacterium violaceum  33
3.1.3  Toxizität extrazellulärer Substanzen von Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  35
3.2  Toxizitätstests  36
3.2.1  Flagellaten  36
3.2.1.1  Toxizitätstest mit Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum  36
3.2.1.2  Vergleichender Toxizitätstest mit Chromobacterium violaceum und Janthinobacterium lividum bei unterschiedlichen Konzentrationen  37
3.2.1.3  Test auf Toxizität der verschiedenen CV-Mutanten-Stämme  38
3.2.1.4  Bestimmung der Ingestionsraten, Filtrierraten und Selektivitätsindices bei Ochromonas sp. nach Zugabe der CV-Mutanten-Stämme und MM1  40
3.2.1.5  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Ochromonas sp. und Bodo saltans  41
3.2.2  Ciliaten  44
3.2.2.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Colpidium campylum und Tetrahymena pyriformis  44
3.2.2.2  Bestimmung der Ingestionsraten, Filtrierraten und Selektivitätsindices bei Tetrahymena pyriformis nach Zugabe von CV017 und MM1  47
3.2.3  Rotatorien  49
3.2.3.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 bei Keratella cochlearis und Brachionus calyciflorus  49
3.2.3.2  Bestimmung der Ingestionsrate von Brachionus calyciflorus  52
3.2.4  Daphnien  52
3.2.4.1  Vergleichender Toxizitätstest mit unterschiedlichen Konzentrationen von CV017 und CV026 bei Daphnia magna  52
3.2.4.2  Akuter-Daphnien-Toxizitätstest  55

4 DISKUSSION  58

4.1  Methodische Aspekte  58
4.1.1  Bakterienkultivierung  58
4.1.2  Toxizitätstests  58
4.2  Fraßschutzmechanismen bei Bakterien  59
4.3  Chemische Verteidigungsökologie bei Bakterien  61
4.3.1  Flagellaten-Experimente  62
4.3.2  Ciliaten-Experimente  64
4.3.3  Rotatorien-Experimente  65
4.3.4  Daphnien-Experimente  65
4.4  Signal-Mechanismen der chemischen Verteidigung  67
4.5  Bedeutung von Toxinen im aquatischen Nahrungsnetz  70
4.6  Violacein, ein ´killer`-Pigment ?  78

5 ZUSAMMENFASSUNG  81

6 LITERATURVERZEICHNIs  83

7 ANHANG  92
7.1  Kulturmedien  92
7.1.1  Modifiziertes WoodsHole (WC)-Medium  92
7.1.2  Nutrient Broth (NB)-Medium  93
7.1.3  Yeast Extract (Hefe)-Medium  93
7.2  PBS-Lösung  94

DANKSAGUNG                      95
 Rev. Method: -
 Identifiers: eDoc: 15723
 Degree: Diploma

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