Universiẗat, Diss., 2003--Kiel.

University, Diss., 2003--Bremen.

Universiẗat, Diss., 2006--Kassel.

Zugl.: Göttingen, Universiẗat, Diss., 2007.

Thèse no 2558 sc. techn. EPF Lausanne. / Bibliogr.

Degraded rivers and streams caused by disturbances have created a need for reliable tools to assess the ecological status of such ecosystems. Numerous methods and programs have been developed to assess ecological status using biological indicators, benthic macroinvertebrates are the most commonly used biotic indicator. The Hester-Dendy multi-plate sampler is a commonly used tool for sampling benthic macroinvertebrates, but its effectiveness under different environmental conditions has not been adequately tested. The aim of this study was to investigate if HD samplers assess the benthic macroinvertebrate community equally under different flow conditions. I investigated if the colonization of BMI in a constant flow differed from that of a variable flow (simulating a hydropeaking flow regime). This was studied using six aquariums, three as control with constant flows and three with variable flow conditions. One Hester-Dendy sampler and 50 benthic macro invertebrates from five different taxonomic orders were place in each aquarium. After five days of colonization the Hester-Dendy samplers were retrieved and benthic macroinvertebrates colonizing the Hester-Dendy samplers and still remaining in the aquariums were collected, preserved and analysed. Results showed that the mean sampling efficiency did not differ between the two treatments. On the other hand species diversity calculated from Shannon-Wiener index was significantly higher in the control treatment than in the variable flow treatment. The lower species diversity in the variable flow treatment is consistent with previous research on benthic macroinvertebrates affected by hydropeaking powerplants. These results can be seen as an indication of how a variable flow regime might affect the samples collected by HD samplers in a natural environment. As the artificial environments created are greatly different from a natural environment, this result might not therefore be representative in a natural environment. / Vattendrag kraftigt påverkade av antropogena störningarna har skapat ett behov av tillförlitliga verktyg för att kunna bedöma dessa vattendrags ekologiska status. Många olika metoder och program har utvecklats genom att använda olika biologiska indikatorer. Bentiska makroevertebrater är en av de vanligaste biotiska indikatorerna. En vanlig metod för att prov ta bentiska makroevertebrater är Hester-Dendy provtagaren. Syftet med denna studie var således att testa om provtagningseffektiviteten för Hester-Dendy provtagare påverkas olika av ett variabelt vattenflöde jämfört med ett jämnt vattenflöde. Detta studerades i sex akvarium, där tre akvarium agerade kontroll och utsattes för ett jämt flöde samt tre akvarium med variabelt flöde. En Hester-Dendy provtagare och 50 bentiska makroevertebrater från fem olika taxonomiska ordningar placerades i varje akvarium. Efter fem dagars koloniserings tid hämtades Hester-Dendy provtagarna och de bentiska makroevertebrater som koloniserade provtagaren såväl som akvariet bevarades i etanol och analyserades i labbet. Resultaten visade att den genomsnittliga provtagningseffektiviteten inte skilde sig åt mellan de två behandlingarna. Däremot var artdiversiteten beräknad med Shannon-Wiener-index signifikant högre i kontrollbehandlingen. Den lägre artdiversiteten i behandlingen med variabelt flöde stämmer överens med tidigare forskning om bentiska makroevertebrater påverkade av korttidsreglerande vattenkraftverk. Resultaten i denna studie bör ses som en indikation av hur ett varierande flöde kan påverka provtagnings effektiviteten hos en Hester-Dendy-provtagare. Detta med anledning av att den konstgjorda miljön som försöket utfördes i är vitt skilt från organismernas naturliga miljö vilket kan ha påverkat resultatet.

Die Seeanemone Metridium senile (Anthozoa, Actiniaria) besiedelt als sessiler Organismus circumpolar in der Nordhemisphäre eulitorale und sublitorale Lebensräume. Ihre geringe Pigmentierung verschafft den Tieren nur einen unzureichenden internen Filter für UV-B. Daher muss Metridium sich während Niedrigwasserphasen durch andere Vermeidungsstrategien vor dieser biologisch schädigenden Komponente der Solarstrahlung schützen. In der vorliegenden Arbeit wurden alternative UV-B-Vermeidungsstrategien von M. senile in parallel angesetzten Labor-, Semifreiland- und Freilandversuchen analysiert. Im Labor sicherte eine Solarsimulation unter standardisierten Bedingungen die UV-B-Spezifität potentieller Effekte. Semifreiland- und zweijährige Freilandanalysen überprüften gleichzeitig die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf natürliche Bedingungen. Die erste UV-B-Vermeidungsstrategie von Metridium besteht in einem UV-B-spezifischen Kontraktionsverhalten. Die Kontraktion wird oberhalb eines morphenspezifischen UV-B-Intensitätsschwellenwertes ausgelöst. Die Kontraktionszeit ist intensitätsabhängig und morphenspezifsch. Während der Kontraktionsphase ist Metridium nicht mehr in der Lage, den Körper mit ausreichend Nahrung zu versorgen. Eine andauernde Kontraktionsphase würde damit die Fitness des Tieres gefährden. Als weitere Vermeidungsstrategie reagiert Metridium daher spezifisch auf UV-B mit einer Vertikalmigration. Die Tiere suchen dabei Wassertiefen auf, in denen die UV-B-Intensität deutlich unter dem Schwellenwert zur Kontraktionsauslösung liegt. Dort können sie ungefährdet Nahrung aufnehmen. Aufgrund der scharf abgegrenzten Schwellenwerte eignet sich die weiße Morphe von M. senile als sehr sensitiver Bioindikator für UV-B. Die UV-B-spezifische Kontraktion kann im Rahmen einer kurzfristigen Indikation für Folgen der UV-B-Strahlung eingesetzt werden. Die UV-B-spezifische Vertikalmigration ist besonders für ein mittel- und langfristiges UV-B-Monitoring geeignet.

Objective: National and supranational directives (EU-bathing water directiv, WHO directives) exist to examine the bathing-water quality with concern to public health criteria. E.coli, Intestinal enterococci and Enteroviruses serve as indicators for the contamination of a water with pathogenic bacteria and viruses. As an valuable indicators for the viral contamination bacteriophages are discussed. The aim of this work is the evaluation of somatic and F+ RNA coliphages as indicators of a contamination with enteric viruses considering a lignite mining lake as example. Approach: In weekly intervals, the concentration of bacterial and viral indicators, as well as the presence or absence of enteric viruses in the mining lake "Werbeliner See" (central German lignite mining area), in the flooding water and in the sewage plant Leipzig-Rosental, which significantly influences the flooding water, was examined. The paramters E.coli, Intestinal enterococci and spores of Clostridium perfringens serve as indicators for the hygienic state. As possible indicators of a viral contamination, somatic and F+ RNA coliphages were examined. Several hygienic relevant enteric viruses (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rota- and Hepatitis A-viruses) were detected by means of adequate molecular biological methods and enumerated. Results: 1. The sewage plant Leipzig-Rosental eliminated fecal bacteria and bacteriophages very efficiently (about two logs), however the reduction of E.coli and enterococci was significant higher then the reduction of Cl.perfringens-spores and bacteriophages. The purification capacity benefits from the application of chemical precipitants (Fe (III) cloride / sulfate). 2. The reduction of genomes of Noro-, Astro- and Enteroviruses by the sewage plant was in the range of one to two logs. 3. All examined viruses could be detected in the inflow and the outflow of the sewage plant during the time of examination. 4. The concentration of fecal bacteria in the lake Werbeliner See was very low. The requirements by the EU-bathing water directive (76/160/EWG) with 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, imperial value) and 100 . (100 ml)-1 (enterococci, guide value), respectively, were under-run clearly, also concerning the individual sampling days. 81 % and 92 % of the samples of the lake Werbeliner See (except the inflow site) were below the detection limit of 0,1 PFU . ml-1 for somatic and F+ RNA coliphages, respectively. 5. In contrast, DNA and RNA of all examined virus could be found in the lake. Quantitative PCR reveald a virus load between 0 und 105 Gen.equiv. . l-1 for Entero-, Noro- and Astroviruses. 6. The detection of infectious Enteroviruses on BGM cell lines yielded one positve sample (=1,2%). Since the concentration of Enterovirus genomes in the quantitative PCR was three to four log-steps lower then this of the Noro- and Astroviruses, one could specualte, that the concentration of infectious Noro- and Astroviruses in the lake was quite high. 7. The low rate of positive infectious Enteroviruses in the lake reflects the low concentration of bacteriophages. But the direct comparison of the concentration of bacteriophages with the concentration of infectious Enteroviruses in the flooding water casts doubt on the indicatior value of bacteriophages regarding Enteroviruses. In conclusion, this finding suggests that an exclusive indication of bacteriophages concerning a contamination with Enteroviruses is not possible. 8. The use of bacteriophages as indicators of a wider range of enteric viruses could attenuate this discrepancy by the epidemiological more frequent appearance of enteric viruses as a sum. 9. In this context bacteriophages could, due to their comparatively high resistence, have a key function in the assesment of the hygienic quality of a water sample. / Problemstellung: Um die hygienische Qualität von Badegewässern zu beurteilen existieren nationale und übernationale Richtlinien (EU-Badegewässerrichtlinie, WHO-Richtlinien). E.coli, Intestinale Enterokokken und Enteroviren dienen dabei als Indikatoren für die Belastung des Gewässers mit humanpathogenen Keimen bzw. Viren. Als Indikatoren für die virale Belastung sind in diesem Zusammenhang unter anderem Bakteriophagen im Gespräch. Gegenstand dieser Arbeit sind die Evaluierung von Somatischen und F+ RNA Coliphagen als Indikatoren für die Kontamination mit enteralen Viren am Beispiel eines Tagebausee sowie die Dokumentation der hygienischen Wasserqualität des Tagebausees unter Berücksichtigung des Flutungswassers. Vorgehensweise: In wöchentlichen Routineuntersuchungen wurden die Konzentrationen bakterieller und viraler Indikatoren, sowie die An- oder Abwesenheit enteraler Viren im Tagebausee "Werbeliner See" untersucht. Verschiedene, hygienische relevante enterale Viren (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rotaviren, sowie Hepatitis A-Viren) wurden mittels geeigneter molekularbiologischer und zellkultureller Methoden detektiert und quantifiziert. Ergebnisse: 1. Die Kläranlage Leipzig-Rosental eliminierte sehr effizient (ca. zwei Größenordnungen) fäkale Bakterien und Bakteriophagen, wobei die Reduktion von E.coli und Enterokokken signifikant höher war als die von Cl.perfringens-Sporen und Bakteriophagen. Die Reinigungsleistung wird durch den Einsatz von chemischen Fällmitteln (Eisen-(III)-Chlorid / -Sulfat-Salze) begünstigt. 2. Noro-, Astro- und Enteroviren, für die quantitative Untersuchungen durchgeführt worden, konnten durch die Kläranlage um ein bis zwei Größenordnungen reduziert werden. 3. Alle untersuchten Viren konnten in Zu- und Ablauf der Kläranlage molekularbiologisch nachgewiesen werden. 4. Die Konzentration fäkaler Bakterien im Werbeliner See war sehr gering. Die Vorgaben der EU-Badegewässerrichtlinie (76/160/EWG) von 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, Grenzwert) bzw. 100 . (100 ml)-1 (Enterokokken, Leitwert) wurden dabei, auch bezogen auf die einzelnen Probenahmetage, deutlich unterschritten. 81 % bzw. 92 % der Seeproben (außer Einleitungsstelle) lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 0,1 PFU . ml-1 für Somatische- bzw. F+ RNA Coliphagen. 5. Im Kontrast dazu konnte DNA bzw. RNA aller untersuchten Viren im See gefunden werden. Die genomische Viruslast der mittels real-time-PCR detektierten Entero-, Noro- und Astroviren lag zwischen 0 und 105 Gen.äquiv. . l-1. 6. Der Nachweis infektiöser Enteroviren auf BGM-Zellen im Werbeliner See ergab ein einzelnes positives Ergebnis im Untersuchungszeitraum (= 1,2 %). Allerdings lag die Konzentration detektierter Enteroviren-Genome im Mittel drei bis vier Größenordnungen unter der Konzentration von Noro- und Astroviren. Es kann deshalb spekuliert werden, dass für diese Viren ebenfalls ein hoher Anteil infektiöser Proben zu erwarten gewesen wäre. 7. Die niedrige Nachweisrate infektiöser Enteroviren im Werbeliner See spiegelte sich in der sehr niedrigen Konzentration an Bakteriophagen wider. Allerdings lässt der direkte Vergleich der Bakteriophagenkonzentration mit dem Nachweis infektiöser Enteroviren im Flutungswasser Zweifel am Indikatorwert von Bakteriophagen für eine Kontamination mit Enteroviren aufkommen. Eine exklusive Indikation von Bakteriophagen bezüglich einer Kontamination mit Enteroviren scheint anhand dieser Befunde nicht möglich. 8. E.coli und Enterokokken wurden in Laborversuchen unter verschiedenen Versuchsbedingungen signifikant schneller inaktiviert als Somatische Coliphagen und Noroviren. Gleiches galt im Vergleich zu Cl. perfringens-Sporen, Astroviren und F+ RNA Coliphagen. 9. Bakteriophagen könnten deshalb auf Grund ihrer vergleichsweise hohen Resistenz eine wichtige Schlüsselfunktion für die Beurteilung der hygienischen Qualität einer Wasserprobe spielen.

Objective: National and supranational directives (EU-bathing water directiv, WHO directives) exist to examine the bathing-water quality with concern to public health criteria. E.coli, Intestinal enterococci and Enteroviruses serve as indicators for the contamination of a water with pathogenic bacteria and viruses. As an valuable indicators for the viral contamination bacteriophages are discussed. The aim of this work is the evaluation of somatic and F+ RNA coliphages as indicators of a contamination with enteric viruses considering a lignite mining lake as example. Approach: In weekly intervals, the concentration of bacterial and viral indicators, as well as the presence or absence of enteric viruses in the mining lake "Werbeliner See" (central German lignite mining area), in the flooding water and in the sewage plant Leipzig-Rosental, which significantly influences the flooding water, was examined. The paramters E.coli, Intestinal enterococci and spores of Clostridium perfringens serve as indicators for the hygienic state. As possible indicators of a viral contamination, somatic and F+ RNA coliphages were examined. Several hygienic relevant enteric viruses (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rota- and Hepatitis A-viruses) were detected by means of adequate molecular biological methods and enumerated. Results: 1. The sewage plant Leipzig-Rosental eliminated fecal bacteria and bacteriophages very efficiently (about two logs), however the reduction of E.coli and enterococci was significant higher then the reduction of Cl.perfringens-spores and bacteriophages. The purification capacity benefits from the application of chemical precipitants (Fe (III) cloride / sulfate). 2. The reduction of genomes of Noro-, Astro- and Enteroviruses by the sewage plant was in the range of one to two logs. 3. All examined viruses could be detected in the inflow and the outflow of the sewage plant during the time of examination. 4. The concentration of fecal bacteria in the lake Werbeliner See was very low. The requirements by the EU-bathing water directive (76/160/EWG) with 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, imperial value) and 100 . (100 ml)-1 (enterococci, guide value), respectively, were under-run clearly, also concerning the individual sampling days. 81 % and 92 % of the samples of the lake Werbeliner See (except the inflow site) were below the detection limit of 0,1 PFU . ml-1 for somatic and F+ RNA coliphages, respectively. 5. In contrast, DNA and RNA of all examined virus could be found in the lake. Quantitative PCR reveald a virus load between 0 und 105 Gen.equiv. . l-1 for Entero-, Noro- and Astroviruses. 6. The detection of infectious Enteroviruses on BGM cell lines yielded one positve sample (=1,2%). Since the concentration of Enterovirus genomes in the quantitative PCR was three to four log-steps lower then this of the Noro- and Astroviruses, one could specualte, that the concentration of infectious Noro- and Astroviruses in the lake was quite high. 7. The low rate of positive infectious Enteroviruses in the lake reflects the low concentration of bacteriophages. But the direct comparison of the concentration of bacteriophages with the concentration of infectious Enteroviruses in the flooding water casts doubt on the indicatior value of bacteriophages regarding Enteroviruses. In conclusion, this finding suggests that an exclusive indication of bacteriophages concerning a contamination with Enteroviruses is not possible. 8. The use of bacteriophages as indicators of a wider range of enteric viruses could attenuate this discrepancy by the epidemiological more frequent appearance of enteric viruses as a sum. 9. In this context bacteriophages could, due to their comparatively high resistence, have a key function in the assesment of the hygienic quality of a water sample. / Problemstellung: Um die hygienische Qualität von Badegewässern zu beurteilen existieren nationale und übernationale Richtlinien (EU-Badegewässerrichtlinie, WHO-Richtlinien). E.coli, Intestinale Enterokokken und Enteroviren dienen dabei als Indikatoren für die Belastung des Gewässers mit humanpathogenen Keimen bzw. Viren. Als Indikatoren für die virale Belastung sind in diesem Zusammenhang unter anderem Bakteriophagen im Gespräch. Gegenstand dieser Arbeit sind die Evaluierung von Somatischen und F+ RNA Coliphagen als Indikatoren für die Kontamination mit enteralen Viren am Beispiel eines Tagebausee sowie die Dokumentation der hygienischen Wasserqualität des Tagebausees unter Berücksichtigung des Flutungswassers. Vorgehensweise: In wöchentlichen Routineuntersuchungen wurden die Konzentrationen bakterieller und viraler Indikatoren, sowie die An- oder Abwesenheit enteraler Viren im Tagebausee "Werbeliner See" untersucht. Verschiedene, hygienische relevante enterale Viren (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rotaviren, sowie Hepatitis A-Viren) wurden mittels geeigneter molekularbiologischer und zellkultureller Methoden detektiert und quantifiziert. Ergebnisse: 1. Die Kläranlage Leipzig-Rosental eliminierte sehr effizient (ca. zwei Größenordnungen) fäkale Bakterien und Bakteriophagen, wobei die Reduktion von E.coli und Enterokokken signifikant höher war als die von Cl.perfringens-Sporen und Bakteriophagen. Die Reinigungsleistung wird durch den Einsatz von chemischen Fällmitteln (Eisen-(III)-Chlorid / -Sulfat-Salze) begünstigt. 2. Noro-, Astro- und Enteroviren, für die quantitative Untersuchungen durchgeführt worden, konnten durch die Kläranlage um ein bis zwei Größenordnungen reduziert werden. 3. Alle untersuchten Viren konnten in Zu- und Ablauf der Kläranlage molekularbiologisch nachgewiesen werden. 4. Die Konzentration fäkaler Bakterien im Werbeliner See war sehr gering. Die Vorgaben der EU-Badegewässerrichtlinie (76/160/EWG) von 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, Grenzwert) bzw. 100 . (100 ml)-1 (Enterokokken, Leitwert) wurden dabei, auch bezogen auf die einzelnen Probenahmetage, deutlich unterschritten. 81 % bzw. 92 % der Seeproben (außer Einleitungsstelle) lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 0,1 PFU . ml-1 für Somatische- bzw. F+ RNA Coliphagen. 5. Im Kontrast dazu konnte DNA bzw. RNA aller untersuchten Viren im See gefunden werden. Die genomische Viruslast der mittels real-time-PCR detektierten Entero-, Noro- und Astroviren lag zwischen 0 und 105 Gen.äquiv. . l-1. 6. Der Nachweis infektiöser Enteroviren auf BGM-Zellen im Werbeliner See ergab ein einzelnes positives Ergebnis im Untersuchungszeitraum (= 1,2 %). Allerdings lag die Konzentration detektierter Enteroviren-Genome im Mittel drei bis vier Größenordnungen unter der Konzentration von Noro- und Astroviren. Es kann deshalb spekuliert werden, dass für diese Viren ebenfalls ein hoher Anteil infektiöser Proben zu erwarten gewesen wäre. 7. Die niedrige Nachweisrate infektiöser Enteroviren im Werbeliner See spiegelte sich in der sehr niedrigen Konzentration an Bakteriophagen wider. Allerdings lässt der direkte Vergleich der Bakteriophagenkonzentration mit dem Nachweis infektiöser Enteroviren im Flutungswasser Zweifel am Indikatorwert von Bakteriophagen für eine Kontamination mit Enteroviren aufkommen. Eine exklusive Indikation von Bakteriophagen bezüglich einer Kontamination mit Enteroviren scheint anhand dieser Befunde nicht möglich. 8. E.coli und Enterokokken wurden in Laborversuchen unter verschiedenen Versuchsbedingungen signifikant schneller inaktiviert als Somatische Coliphagen und Noroviren. Gleiches galt im Vergleich zu Cl. perfringens-Sporen, Astroviren und F+ RNA Coliphagen. 9. Bakteriophagen könnten deshalb auf Grund ihrer vergleichsweise hohen Resistenz eine wichtige Schlüsselfunktion für die Beurteilung der hygienischen Qualität einer Wasserprobe spielen.

We evaluated the effect of cyanobacterial crude extracts containing microcystin (CCEMC+) from a natural bloom on seed germination and initial development of three economically important legume species: green mung bean Vigna radiata, cowpea Vigna cylindrical and red mung bean Vigna angularis and compared it to crude extracts of cyanobacteria without the toxin (CCEMC–). Results showed that CCEMC+ and CCEMC– caused different effects on seed germination and initial development of the three species. There was a clear inhibition on germination and root growth of the green mung bean exposed to the CCEMC+ (20, 200 and 500 μg/L), indicating that the green mung bean being more sensitive to CCEMC+ when compared to the cowpea and red mung bean. CCEMC+ induced a greater occurrence of abnormal seedlings in the green mung bean, duce to inhibition the germination as well as reduction of fresh weight and root length. The CCEMC– extract caused no harmful effects to germination and seedlings growth of the green mung bean and red mung bean. However, it reduced shoot and root length in cowpea bean, suggesting that the cowpea being more sensitive to both extracts. Our results indicated that the sensitivity in germination and root growth of the green mung bean V. radiata could be used as an indicator to evaluate the toxic effect and monitor the toxin concentration of water contaminated with microcystins. / Nghiên cứu này khảo sát và so sánh các tác động bất lợi của ly trích vi khuẩn lam có chứa và không chứa độc tố lên sự nẩy mầm và sự phát triển ở giai đoạn đầu của ba loại cây họ đậu gồm đậu xanh Vigna radiata, đậu đỏ Vigna angularis và đậu đen Vigna cylindrical. Kết quả cho thấy hai loại ly trích gây ra các tác động khác nhau lên ba loại cây đậu thí nghiệm. Ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 20, 200 và 500 μg/L ngăn chặn đáng kể sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu xanh. Cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố đều ngăn chặn sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu đen. Ngược lại ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 500 μg/L lại kích thích chiều dài rể, thân mầm và trọng lượng tươi ở đậu đỏ. Kết quả cho thấy đậu đen khá nhạy cảm với cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố, trong khi đó đậu xanh nhạy cảm hơn với ly trích có chứa độc tố. Tính nhạy cảm của các loại cây họ đậu khi phơi nhiễm với ly trích vi khuẩn lam có thể được sử dụng để chỉ thị cho sự ô nhiễm và quan trắc độc tố vi khuẩn lam trong môi trường.