Biotests sind für die toxikologische Bewertung von Chemikalien, Pflanzenschutzmitteln und schadstoffbelasteten Gewässern oder Böden von besonderer Bedeutung, da sie Auskünfte über die biologische Wirksamkeit eines Stoffes auf Organismen geben. Bislang gibt es für die ökotoxikologische Bewertung, insbesondere von Chemikalien und Pflanzenschutzmitteln, für die autotrophe Organismenebene neben verschiedenen Biotests mit höheren Pflanzen den DIN 28 692 Biotest "Wachstumshemmtest mit den Süßwasseralgen Scenedesmus subspicatus und Selenastrum capricornutum", der auch als OECD 201 Biotest "Algal, Growth Inhibition Test" vorliegt. Dieser aquatische Biotest wird nur mit einer Süßwasseralgenart durchgeführt und trotzdem zunehmend für die Bewertung von belasteten Böden und Sedimenten eingesetzt. Untersuchungen über aquatische Biotests, die Bodenalgen als Testorganismen nutzen, oder Boden-Biotests mit Bodenalgen gibt es nur vereinzelt. Ein Biotestsystem, das sowohl aus einem aquatischen als auch aus einem terrestrischen Biotest besteht und mehrere Bodenalgenarten als Testorganismen nutzt, existiert bisher nicht. Dieses wurde in vorliegender Arbeit entwickelt und an dem Schwermetall Cadmium als Cadmiumchlorid und dem Herbizid Arelon, Wirkstoff Isoproturon erprobt. Um Bodenalgen, die keine Resistenzen oder Toleranzen gegenüber Schadstoffen aufweisen, als Testorganismen nutzen zu können, wurden aus unbelasteten Böden Algen isoliert, Klonkulturen erstellt und die Arten bestimmt. Dies führte zu einer Sammlung mit 35 Algenarten. Aus den in die Bodenalgensammlung aufgenommenen Arten wurden Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum und Chlamydomonas noctigama für das Testsystem ausgewählt. Zusätzlich zu diesen wurde die Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus als Referenzalge ausgewählt. Mit diesen Algen wurde der Gel-Biotest, bestehend aus einem flüssigen gelartigen Medium, das die Kontaminationspfade im Wasser nachbildet, und ein Boden-Biotest mit einem naturnahen sorptionsschwachen Boden entwickelt, der die Kontaminationspfade über Gas-, Wasser- und Festphase im Boden nachbildet. Bei der Erprobung dieses Biotestsystems mit Cadmiumchlorid und Isoproturon zeigte sich, daß Bodenalgen gegenüber Cadmiumchlorid im Gel-Biotest eine geringe bis mittlere Sensibilität aufwiesen. Im Boden-Biotest lag eine sehr geringe Sensibilität vor, wie dies auch bei anderen Bodenorganismengruppen in Biotests festgestellt wurde. Dies kann mit der Sorption der Cadmiumionen im Boden erklärt werden und dem damit geringen für die Organismen bioverfügbaren Cadmiumionenanteil. Für Isoproturon lag sowohl im Gel- als auch im Boden-Biotest eine hohe Sensibilität der Bodenalgen vor. Erstaunlich war, daß die Sensibilität in beiden Biotests nahezu identisch war, obwohl Isoproturon in sorptionsschwachen Böden zu ca. 30 % adsorbiert wird. Im Vergleich zur Sensibilität von Scenedesmus subspicatus waren die Bodenalgen bei Cadmiumchlorid bis auf zwei Ausnahmen um den Faktor 5 bis 10 unsensibler. Die Bodenalge Klebsormidium flaccidum besaß eine vergleichbare Sensibilität und Xanthonema montanum war um den Faktor 20 unsensibler. Für Isoproturon konnten keine Unterschiede in der Sensibilität zwischen Scenedesmus subspicatus und den geprüften Bodenalgen ermittelt werden, außer bei Stichococcus bacillaris, die um den Faktor 5 unempfindlicher war. Das entwickelte miniaturisierte Biotestsystem eignet sich dazu, differenzierte Aussagen über das ökotoxische Potential von Stoffen auf Bodenalgen und der Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus zu erhalten. Durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Testsubstraten (Flüssigmedium und naturnaher Boden) werden der Einfluß dieser Substrate sowie die daraus resultierenden Kontaminationspfade der Teststoffe und ihre ökotoxikologische Wirkung auf Algen feststellbar und vergleichbar. Ein Normenentwurf des Biotestsystems wurde inzwischen in das "Technical Committee 190 - Soil Quality" der International Standards Organization (ISO) eingereicht. / Biotests are an important device to assess the toxicity of chemicals, pesticides, polluted water, and soils because they can provide direct information about the influence of a compound on the organism level. Besides various biotests using higher plants there is only the DIN 28 692 biotest "Growth-inhibition test using fresh water algae Scenedesmus subspicatus and Selenastrum capricornutum" (DIN 28 692) also known as the OECD 201 biotest "Algal, Growth Inhibition Test" which is currently available for an ecotoxicological assessment of chemicals such as pesticides on the autotrophic organism level. This aquatic biotest is based on a single specie of fresh water algae and is increasingly applied to evaluate polluted soils and sediments. There is almost no information on aquatic biotests which are using soil algae as test organisms instead. A more comprehensive biotest system which actually combines aquatic and terrestric biotests using several soil algae species as test organisms has not been reported, yet. Thus, a biotest system was developed and subsequently evaluated by using cadmium (cadmium chloride) as a heavy metal, and the herbicide arelon containing isoproturon as the active ingredient. Soil algae were isolated from unpolluted soil in order to obtain test organisms which are not resistant or tolerant to pollutants. The algae isolates were then cultivated, and subsequently identified. A total of 35 algae species was collected. Algae species used in the biotest system were Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum, Chlamydomonas noctigama. In addition, the fresh water specie Scenedesmus subspicatus served as a reference algae. Based on these different algae species a gel biotest using liquid gel medium was developed to investigate the contamination path via water, and also a soil biotest with a pre-treated soil of low sorption capacity was deviced to simulate the contamination path through gas, water, and solid phase. The evaluation of the biotest system using cadmium chloride and isoproturon did reveal that soil algae have had only low to medium sensitivity to cadmium chloride in the gel biotest. Algae sensitivity in the soil biotest was very low which was in accordance with data from other biotests using different soil organisms. The weak response of the algae was most likely caused by the sorption of the cadmium ions to the soil matrix what may have decreased the bioavailability of cadmium. In comparison, soil algae were very sensitive to isoproturon in both, the gel biotest and the soil biotest. Both biotests indicated almost identical sensitivities of the tested soil algae which was surprising since 30 % of the isoproturon was sorbed even in soils with a low sorption capacity. Soil algae when compared to the water algae Scenedesmus subspicatus were generally 5 to 10-fold less sensitive to cadmium chloride. Only Klebsormidium flaccidum has proved to have a similar sensitivity as Scenedesmus subspicatus had, whereas Xanthonema montanum was about 20-fold less sensitive. With isoproturon, however, no differences in sensitivity could be seen between Scenedesmus subspicatus and the tested soil algae, except Stichococcus bacillaris which was about 5-fold less sensitive. The biotest system as developed in this study has shown to be suitable for obtaining valuable information about ecotoxicological effects of chemicals on soil and water algae. Since the biotest system consists of two different test media (liquid gel and soil) it is possible to determine ecotoxicological effects on algae in both, water and soil. A first draft of the developed biotest system has been submitted to the "Technical Committee 190 - Soil Quality" of the International Standards Organization (ISO) for review.

Im Rahmen der Studien zur Wirkung von Bleinitrat auf die Embryonalstadien des afrikanischen Welses Clarias gariepinus wurde zunächst der Einfluß der Besamung auf den Härtungsprozess des Chorions untersucht, um die Bedeutung des gehärteten Chorions als Schutzfunktion im Hinblick auf Schadstoffeinwirkung zu klären. Das Studium der Embryonalentwicklung war erforderlich, um das Ausmaß der Änderung der Normalentwicklung unter dem Einfluß von Bleinitrat bewerten zu können. Im Rahmen der toxikologischen Untersuchungen der Wirkung des Bleinitrats auf die Embryonalstadien wurden folgende biologische Marker (Biomarker) betrachtet: Änderungen in der Entwicklung und der Schlüpfrate, morphologische und histologische Änderungen, sowie biochemische Veränderungen (Änderungen von Stoffwechsel-Enzymaktivitäten) und molekulare Veränderungen (Erfassung von DNA-Schädigungen). Die Exposition der besamten Eier mit Bleinitrat führte zu einer Verlängerung der Inkubationszeit und zu starken Mißbildungen. Der Rückgang der Häufigkeiten der Mißbildungen mit der Zeit ließ die Annahme zu, daß die mißgebildeten Embryonen starben. Im Gegensatz zu den morphologischen Mißbildungen wurden histopathologische Effekte nur bei Embryonen gefunden, die den höchsten Dosierungen (300 µg/l und 500 µg/l Bleinitrat) ausgesetzt waren. Nach dem Schlupf war das Muster der Enzymaktivitäten nach Exposition mit Bleinitrat uneinheitlich; die Aktivität von G6PDH nahm zu, die von LDH nahm ab und die von PK zeigte unregelmäßige Fluktuationen. Die Embryonalstadien zeigten signifikante Dosis-abhängige Antworten über die Zeit, da das Ausmaß der DNA-Schädigungen signifikant mit den Bleinitrat Konzentrationen anstieg. Vor dem Schlupf konnten bei den Embryonen nach Bleinitrat Exposition keine Änderungen in den Enzymaktivitäten gefunden werden und nur geringe DNA-Schädigungen, d.h die toxischen Effekte waren sehr gering. Eine Erklärung könnte die schützende Wirkung der Eihülle gegenüber Schadstoffen sein. Die gewählten Biomarker stellen sensitive Detektionsmethoden für Bleinitrat dar. So könnten sie sich als sinnvolle Bioindikatoren für Ägypten erweisen, da dort zunehmend Umweltverschmutzung mit Blei und Bleiakkumulation in Lebensmitteln zu verzeichnen ist. / In order to study the embryo-toxic effects of lead nitrate of the African catfish Clarias gariepinus, we first had to study the effect of fertilization on the hardening process of the chorion to clarify the role of the hardened chorion on the protection of the embryo from the pollutants. Also we had to study the embryonic development of C. gariepinus for providing us with a model for comparison when normal patterns of development are altered due the exposure to lead nitrate. The present toxicological work focuses on lead toxicity in different developmental stages of C. gariepinus considering different biological markers (biomarkers) comprising changes in the development and hatching rate, morphological and histological changes, biochemical changes (alteration of metabolic enzymes activity) and molecular changes (monitoring of DNA damage). Exposure of fertilized eggs to lead nitrate prolonged the incubation period and caused severe morphological malformations. Since the frequencies of the morphological malformations decreased with time, we conclude a lethal impact and selected mortality of abnormal embryos. Unlike the morphological malformation, histopathological changes were only recorded in embryos exposed to the highest dosages (300 µg/l and 500 µg/l lead nitrate). In the post-hatching stages, the patterns of the enzymes activities after lead exposure varied, G6PDH increased, LDH decreased and PK showed fluctuations. Embryonic stages revealed significant dose-related DNA damage response over time, since the degree of DNA damage increased significantly with higher lead concentrations. No specific response in the activities of the selected enzymes and low DNA damage were recorded in the pre-hatching stage after exposure to the lead nitrate doses. This means the lead nitrate had a minute toxic effect on the pre-hatched embryos. We conclude that, low susceptibility in pre-hatching stages is most probably a consequence of the chorion, which seems to protect the embryos from a range of external pollutants. The selected biomarkers were sensitive detection methods for low-level toxicity of lead nitrate. Thus, these are useful tools for biomonitoring, urgently required in Egypt with regard to increasing environmental deposition of lead and bioaccumulation in human food recently observed.