Spray irrigation with cyanobacterial toxin contaminated water

Toxische Cyanobakterien stellen weltweit ein großes Problem dar. Die Eutrophierung der Gewässer und der Anstieg der Temperaturen sind ideale Ausgangsbedingungen für die massenhafte Entwicklung von Cyanobakterien. In ariden und semiariden Gebieten der Erde wird das Oberflächenwasser oft zur Ackerbewässerung eingesetzt. Mögliche Auswirkungen der Cyanotoxine auf Ackerpflanzen sind bisher kaum untersucht worden. In dieser Arbeit wurde die Aufnahme von Cyanotoxinen in Keimlinge von Alfalfa (Medicago sativa) sowie verschiedensten Ackerpflanzen untersucht. Die Toxinaufnahme über die Wurzel konnte in den Pflanzen gezeigt werden, zudem wurde auch der pflanzeninterne Transport in den Spross und die Keimblätter nachgewiesen. Ein wichtiger Faktor bei der Toxinaufnahme durch die Pflanze ist auch die Beschaffenheit des Bodens. Die Korrelation von Toxinbindung, Bioverfügbarkeit und der Menge an Tonpartikeln im Boden konnte nachgewiesen werden. Nach der Aufnahme in die Pflanze lösen die Toxine bestimmte biochemische Reaktionen aus, wie beispielsweise die Hemmung von Phosphatasen. Es wurde gezeigt, dass Cyanotoxine in M. sativa oxidativen Stress auslösen. Dieser oxidative Stress konnte über Schädigungen in Form von Lipidperoxidation und über die Aktivierung der antioxidativen Abwehr wahrgenommen werden. Dieses Abwehrsystem besteht aus Enzymen (z. B. Superoxiddismutase, Katalase, Glutathion S-Transferase) sowie niedermolekularen Antioxidantien (z. B. Tocopherole). Ein Einfluss auf die Genexpression in M. sativa konnte an Genen von verschiedenen Proteinphosphatase Untereinheiten, sowie an relevanten Genen der Tocopherol Synthese gezeigt werden. Somit greifen Cyanotoxine tief in den pflanzlichen Metabolismus ein. Effekte auf Gene der Proteinphosphatases wurden schon durch einfaches Besprühen der Pflanze mit Toxinlösung ausgelöst. Die Bewässerung mit toxinhaltigem Wasser kann demnach zu Ernteschäden und zu einem Transfer der Toxine in die menschliche Nahrungskette führen. Freilandmessungen in China am Chaosee in verschiedenen Ackerpflanzen ergaben hohe Toxinkonzentrationen in den essbaren Pflanzenteilen, die weit über der WHO Richtlinie liegen und somit die Relevanz dieser Untersuchungen verdeutlichen.