Ultraschnelle Energietransferprozesse zwischen den Anregungszuständen organischer Pigmentmoleküle in photosynthetischen Lichtsammelkomplexen gehören zu den schnellsten bisher untersuchten biologischen Ereignissen. Diese Vorgänge wurden insbesondere auch für den Haupt-Antennenkomplex der höheren Pflanzen (LHCII) beobachtet, der mehr als die Hälfte des pflanzlichen Chlorophylls (Chl) bindet (5 Chl b und 7 Chl a pro Monomer). Offenbar ist dieser Pigment-Protein-Komplex entscheidend für Regulationsmechanismen verantwortlich, die eine schnelle Adaptation des Photosyntheseapparats an wechselnde Licht- bedingungen ermöglichen. Die Struktur von LHCII ist mit einer Auflösung von 3.4 Å bekannt und erlaubt (im Prinzip) die Berechnung des Anregungsenergietransfers auf Basis eines Förster-Mechanismus. In diesem Zusammenhang gibt es jedoch noch zahlreiche ungeklärte Fragen, die vor allem die Orientierung der Pigmente zueinander sowie deren mögliche starke (exzitonische) Wechselwirkung betreffen. Allerdings sind konventionelle spektroskopische Methoden nicht geeignet, diese Merkmale ausreichend aufzuklären. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, inwieweit neuere laserspektroskopische Methoden wie die nichtlineare Polarisationsspektroskopie in der Frequenzdomäne (NLPF) zur Ermittlung unbekannter Parameter beitragen können. Anfänglich ergaben sich besonders Fragen der Anwendbarkeit der NLPF auf solche hoch- komplexen Untersuchungsobjekte sowie der Signifikanz eventuell erzielbarer Ergebnisse. Aufbauend auf einer parallel verfaßten Dissertation zu theoretischen Aspekten der NLPF- Methode [1] wurde daher ein vereinfachtes System modelliert, das die Heterogenität der individuellen Chl(e) im LHCII widerspiegelt. Die gewonnenen Resultate ließen vermuten, daß die reine Simulation von NLPF-Spektren nicht ausreicht, um eindeutige Aussagen über die Molekülparameter zu gewinnen. Um den benötigten zusätzlichen Erkenntnisgewinn zu erreichen, wurden daher Paralleluntersuchungen mit anderen laserspektroskopischen Methoden (nichtlineare Absorption mit fs-Pulsen, intensitätsabhängige NLPF, Einzelmolekülspektroskopie, Tieftemperatur-NLPF) sowie mit in vitro rekonstituierten Protein-Mutanten durchgeführt. Als Ergebnis konnte die Subbstruktur der Qy- Absorptionsbande der ersten angeregten Zustände der Chl(e) für LHCII ausreichend beschrieben werden. Darüber hinaus ergaben sich Aussagen zu exzitonischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Chl(en), die unter anderem Einfluß auf das Energie- transferverhalten haben. Diese zusätzlichen Untersuchungen erlaubten letztendlich eine Modellierung der bei Raum- temperatur an LHCII gemessenen NLPF-Spektren. Neben dem dabei implizit gewonnenen Verständnis der nichtlinearen optischen Eigenschaften im Bereich der Qy-Absorption ließen sich so Aussagen über bestimmte Modellparameter, besonders über die Orientierung von Übergangsdipolmomenten, ableiten. Abschließend wurde die Auswirkung der Erkenntnisse auf das Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehungen für intra- und inter-komplexen Energietransfer erläutert. / Ultra-fast excitation energy transfer (EET) between excited states of organic pigment molecules in photosynthetic antenna complexes belongs to the fastest observed biological processes. Such EET phenomena has been studied to a large extent for the main light- harvesting complex of the higher plants (LHCII), which appears to play an exceptional role for the regulatory function (i.e. light adaptation) of the plant photosynthetic apparatus. The structure of this pigment-protein complex harboring more than 50 % of the total chlorophyll (Chl) content is known with 3.4 Å resolution and reveals the binding sites of 5 Chl b and 7 Chl a per monomeric unit. Based on this structure analysis, EET calculations are (in principle) available on the molecular level under the assumption of Förster-type transfer. However, several molecular features like mutual pigment orientations and electronic interactions between their transition dipoles are still rather uncertain. Since conventional spectroscopic techniques can hardly reveal the corresponding parameters, this work was aimed at the evaluation of newly introduced laser spectroscopic techniques with respect to these questions. In the beginning, suitability and significance of the method when applied to highly complicated structures like pigment-protein complexes were studied by modeling heterogeneous, LHCII-like absorption systems in NLPF experiments. Based on recent improvements in the NLPF theory by a parallel theoretical investigation [1], these simulations clarified the sensitivity of the NLPF method on numerous physical parameters. As a major consequence, unambiguous evaluations of NLPF measurements appear to require substantial additional information about the investigated system. Accordingly, several supplementary methods like nonlinear absorption (using fs-pulses), intensity-dependent NLPF, single- molecule spectroscopy, and NLPF at low temperatures were employed. These investigations revealed unique information about excitonic interaction between certain Chl(s), including implications for the overall EET scheme. The sub-structure model for the Qy-absorption region of LHCII was further essentially improved by the analysis of reconstituted proteins with selectively modified Chl binding residues in the amino-acid sequence. The sum of all complementary investigations allowed finally the evaluation of room temperature NLPF measurements of trimeric LHCII. Due to the unique selectivity of the spectra to individual transition-dipole directions, several orientation parameters have been obtained. Under this point of view, the NLPF method has indeed revealed a high potential as compared to conventional techniques like circular dichroism spectroscopy. Moreover, the understanding of nonlinear phenomena in the Qy-absorption region of LHCII as a consequence of molecular interaction provides further knowledge for the application of other nonlinear optical experiments. Concluding, implications of the obtained results for the structure-function relationship of intra- and inter-complex EET were elucidated.

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Modellierung, Analyse und Bewertung des chemischen Gewässerzustandes in Flussgebieten Der Schwerpunkt der chemischen Belastungen von Oberflächengewässern durch Abwasseremissionen verlagert sich in jüngerer Zeit, durch die Ertüchtigung der Abwasserreinigungsanlagen, von biologisch leicht abbaubaren organischen Substanzen hin zu Mikroverunreinigungen. Die Expositionsanalyse von Gewässersystemen gegen xenobiotische Substanzen mit dem Ziel einer Steuerung der Belastungen rückt immer mehr in den Vordergrund des Interesses (EG 2000, EG 2001). Am Beispiel des nordrhein-westfälischen Rheineinzugsgebiets wird in der vorliegenden Arbeit eine Analyse und Bewertung des chemischen Gewässerzustandes durch georeferenzierte Modellierung von Flussgebieten durchgeführt. Eingesetzt wird das Modellsystem GREAT-ER (Georeferenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers). Der methodische Teil der Arbeit beschreibt die Kalibrierung des Modellsystems für das Einzugsgebiet des Rheins in Nordrhein-Westfalen. Weiter werden die für die Modellierung notwendigen Eingangsparameter verschiedener beispielhafter Substanzen aus verschiedenen Quellen hergeleitet. In den Anwendungsstudien werden Simulationsergebnisse für die Stoffe Bor, EDTA, HHCB, und Diclofenac sowie Diuron und Ammoniumstickstoff dargestellt und mit Messwerten der Gewässerkonzentrationen verglichen. Die Emissionsmengen für Bor und EDTA aus dem Gebrauch im Haushalt sind gut quantifizierbar. Beide Substanzen verhalten sich in den Gewässern konservativ und konnten deshalb für die Kalibrierung des Modellsystems genutzt werden. HHCB und Diclofenac sind Substanzen, die typischerweise über Haushaltsabwässer in die Gewässer gelangen, aus diesen jedoch gut eliminiert werden. Das Pestizid Diuron gelangt mit dem Oberflächenabfluss von versiegelten Flächen in das Abwasser und die Gewässer. Die Elimination aus den Gewässern ist gering. In der Arbeit wird eine Quantifizierung der Emissionsmengen auf Basis der versiegelten Flächen durchgeführt und damit eine räumliche Zuordnung der Eintragsmengen erreicht. Mit Ammoniumstickstoff wird schließlich die Gewässerexposition einer Substanz berechnet, die auch über diffuse Quellen in die Gewässer gelangt. Grundannahme ist hier, dass die Frachten aus Punktquellen die diffusen Einträge überlagern. In Abhängigkeit von der jeweiligen Substanz und Lage der Messstellen zeigen die Ergebnisse sowohl gute Übereinstimmung als auch stellenweise große Abweichungen zu den gemessenen Substanzkonzentrationen in den Gewässern. Für die auftretenden Abweichungen ergeben sich Erklärungsansätze, aber auch weiterer Untersuchungsbedarf wird deutlich. Die Ergebnisse der Arbeit belegen, dass das mit GREAT-ER entwickelte Werkzeug zur georeferenzierten Modellierung von Substanzkonzentrationen in Gewässern auf dem Gebiet der zeitlichen und räumlichen Analyse von realen Messwerten und im Rahmen eines Immissions- und Belastungsmanagements einsetzbar ist. Es können aus den Umgebungsparametern begründete Hypothesen zu lokalen Substanzkonzentrationen in Gewässern entwickelt werden, deren Informationsgehalt gegenüber Messung und generischer Modellierung höher ist.

Spatial Aspects of Chemical Exposure Assessment: A Tool for River Networks. Chemical exposure assessment has gained increasing attention in recent years. Its methodologies have enabled scientists and policy-makers to understand exposure paths and to identify environmental compartments of concern. Mathematical models are used for the prediction of a chemical's concentration in a certain compartment and in some cases also for predicting the duration or time of highest load. With the Geo-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers (GREAT-ER) spatial aspects of regional exposure assessment are addressed for the "down-the-drain" path of consumer chemicals such as detergents. On the basis of a carefully developed simulation model (Boeije, 1999), this thesis describes the concept and realization of the developed software tool GREAT-ER. With data composition and processing on the one hand and application and analysis on the other hand, two crucial aspects in spatial exposure assessment are identified and discussed. Geo-referenced real-world data are not readily available in a usable form. An intermediate format is defined to separate the tasks of an initial preparation of raw data from the final aggregation leading to a directly usable data set. It is shown that the latter step can be fully automated and thus efficiently supports an iterative procedure of data quality improvement. The application of GREAT-ER to the substances LAS (readily degradable) and boron (inert) in four Yorkshire catchments demonstrates the ability to predict mean final effluent and in-stream concentrations with an average error of less than a factor of 2. Furthermore, regional summaries and risk characterization add useful information to judging a regional response to the (potential) release of a substance. In conclusion, the development and application of GREAT-ER has proven that geo-referenced exposure assessment is possible with regard to both quality and practicability. Future activities should focus on gaining further experiences in performing simulations, improving the tool itself and extending its abilities. Finally the integration of further models should be evaluated.

Sustainable use of species-rich moist forests is hampered by an insufficient understanding of their dynamics and long-term response to different wood harvesting strategies. This thesis contributes to a better understanding of natural forest dynamics, explores the productivity of native forests subjected to different management strategies, and quantifies the ecological impacts of these strategies. The thesis focuses on two study regions: tropical montane cloud forest (TMCF) in central Veracruz, Mexico, and Valdivian temperate rain forest (VTRF) in northern Chiloé Island, Chile. The process-based forest growth model FORMIND is applied to study natural forest succession, to assess long-term ecological implications of fuelwood extraction on TMCF, to explore the potential of secondary TMCF for provision of ecosystem services and fuelwood, and to compare potential harvesting strategies for VTRF regarding forest productivity and ecological consequences.Simulation results show that both forest types have a high potential for wood production. As wood extraction increases, the forest structure becomes simplified because large old trees disappear from the forest. The species composition shifts to tree species that are favoured by the respective harvesting strategy. The overall ecological impact increases linearly with the amount of extracted wood. Simulation results allow to define management strategies that balance conservation and production objectives, promote the regeneration of desired tree species, or minimise shifts in the species composition of the forest. Process-based forest models enhance our understanding of the dynamics of species-rich moist forests and are indispensable tools to assess long-term implications of anthropogenic disturbances on forest ecosystems. Thereby they contribute to the conservation and sustainable use of native forests outside protected areas.

Modelling and evaluating the aquatic fate of detergents - Abstract Within this thesis an environmental assessment and evaluation method for analysing aquatic ecotoxicological impacts of household laundry is developed. The methodology allows comparative assessments of different product alternatives, washing habits, and wastewater treatment techniques in order to identify their relevance with respect to waterborne discharges. Elements from both analytical tools Life Cycle Assessment (LCA) and Environmental Risk Assessment of chemicals (ERA) are combined in this methodology. The core consists of the Geography-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers (GREAT-ER), which calculates concentrations of `down-the-drain' chemicals in surface waters due to point releases. In order to simulate the aquatic fate of detergents, a new GREAT-ER emission model is developed, called GREAT-ER product mode, which calculates calculates concentration increases of detergent ingredients in surface waters based on product formulations and assumptions concerning washing habits. Two evaluation methods, the Critical Length (CL) and the Product Risk Ratio (PRRx), are defined for evaluating the results. CL is the sum of mean concentration increases, divided by substance-specific no effect concentrations (NECs), over all river stretches and all ingredients weighted by the lengths of the stretches. PRRx is the (percentual) number of river stretches in a region, in which the x-percentiles of the predicted concentration increases of at least one ingredient exceed a substance-specific NEC. The emission model requires input data that can be derived from the functional unit of an LCA, which allows an assessment of other impact categories by using any existing LCA method. The methodology is applied to a case study which is based on scenarios given in the comprehensive product assessment `Washing and washing agents' (`Produktlinienanalyse', PLA). In order to apply the GREAT-ER product mode, the Rur river basin in Western North-Rhine Westphalia is chosen as study area. The catchment integration includes the development of a simple hydrological model that combines a nonlinear regression analysis with a local refinement procedure. The quality of the integration of the Rur catchment data is analysed by a comparison of monitoring data and predicted concentrations of detergent and cleaning agent ingredients using actual consumption data of the two years 1993 and 2000. The product mode results show that use habits have a larger influence on the results than product formulations. However, the largest influence is caused by varying wastewater treatment techniques. Boron and the surfactants are the most relevant detergent ingredients. Furthermore, using different detergents for white and coloured laundry lowers the predicted emissions significantly. Based on this methodology, sustainable development indicators (SDIs) for describing the aquatic aspects of household laundry are defined. CL is proposed as pressure indicator and PRRx as state indicator for describing aquatic aspects of the sustainability of household laundry in a region. Different regions can be compared by normalising the CL by the region's population and expressing the PRRx as a percentage of stretches in a region. Annually evaluating regional CLs and PRRxs allows the assessment whether a region is moving towards a more sustainable state. Concluding, the new method analyses and evaluates the environmental fate of detergents discharged after use via the wastewater pathway. It provides information not obtainable by other existing methods, which has been made possible due to the focussing on a specific application, for which the method is developed. Its application in the context of sustainable development offers a means to evaluate environmental implications of this important human activity.

The loss of utilisable rangeland in semi-arid areas results in huge economic and social costs worldwide. Only adaptive management strategies are able to cope with these systems, which are largely driven by unpredictable and stochastic rainfall. Additionally they are characterized by strong feedback mechanisms between economic and ecological factors. This study aims to contribute to the identification of basic principles for sustainable grazing management. The approach emphasizes learning from existing management systems through the use of ecological-economic modelling. Two apparently successful management systems in Namibia are used as a starting point for a broader analysis: the Gamis Karakul sheep farm and the land use system of the semi-nomadic Ova-Himba. Although the economic systems differ strongly, their management seems to have similarities: the importance of pasture resting and of adapting livestock numbers to available forage. This PhD thesis contributes substantial insights about the relevance and functioning of pasture resting for sustainable grazing management in semi-arid regions. Assessment of the two case studies leads to the hypothesis that resting in the rainy season, particularly during wet years, is fundamental for ensuring pasture productivity under low regeneration potential of the vegetation. The thesis highlights that resting during wet years acts as a risk reducing strategy. Additionally, the study reveals that access to economic risk management strategies, such as rain-index-insurance, may change farmer´s behaviour towards less conservative strategies. The used approach - learning from existing apparently successful grazing strategies by ecological-economic modelling - offers a powerful tool for tackling new questions related to global change. The scope and the limits for generalizing the key factors discovered for sustainable grazing management can be easily detected under changing ecological, climatic and economic conditions.

Cellular automata (CA) are fully discrete dynamical systems. Space is represented by a regular lattice while time proceeds in finite steps. Each cell of the lattice is assigned a state, chosen from a finite set of "values". The states of the cells are updated synchronously according to a local interaction rule, whereby each cell obeys the same rule. Formal definitions of deterministic, probabilistic and lattice-gas CA are presented. With the so-called mean-field approximation any CA model can be transformed into a deterministic model with continuous state space. CA rules, which characterise movement, single-component growth and many-component interactions are designed and explored. It is demonstrated that lattice-gas CA offer a suitable tool for modelling such processes and for analysing them by means of the corresponding mean-field approximation. In particular two types of many-component interactions in lattice-gas CA models are introduced and studied. The first CA captures in abstract form the essential ideas of activator-inhibitor interactions of biological systems. Despite of the automaton´s simplicity, self-organised formation of stationary spatial patterns emerging from a randomly perturbed uniform state is observed (Turing pattern). In the second CA, rules are designed to mimick the dynamics of excitable systems. Spatial patterns produced by this automaton are the self-organised formation of spiral waves and target patterns. Properties of both pattern formation processes can be well captured by a linear stability analysis of the corresponding nonlinear mean-field (Boltzmann) equations.

Im Rahmen des Funktionalintegralzugangs zur Quanteneichfeldtheorie wird in der vorliegenden Arbeit eine Quantisierungsprozedur in Termen eichinvarianter Felder vorgeschlagen und am Beispiel zwei- und vierdimensionaler abelscher Modelle (Thirring-Modell und QED) sowie der One-Flavour QCD konkret realisiert. Dazu wird die Algebra der aus der eichabhängigen Feldkonfiguration der zugrunde liegenden Quantenfeldtheorie gebildeten eichinvarianten Grassmann-Algebra-wertigen Differentialformen, welche die Struktur einer Z_2-graduierten Differentialalgebra trägt, näher untersucht. Danach erfolgt die Implementierung eines geeignet gewählten Satzes eichinvarianter Felder sowie bestimmter algebraischer Relationen in das Funktionalintegral, wodurch die ursprüngliche eichabhängige Feldkonfiguration ausintegriert werden kann. Diese als "Reduktion des Funktionalintegrals" bezeichnete Prozedur führt schließlich auf eine effektive bosonisierte (Quanten-) Theorie wechselwirkender eichinvarianter, und damit physikalischer Felder. Die vorgestellte Prozedur kann als allgemeines Bosonisierungsschema für Quantenfeldtheorien in beliebigen Raum-Zeit-Dimensionen angesehen werden. Die physikalische Auswertung der erhaltenen effektiven Theorien wird am Beispiel der Berechnung der chiralen Anomalie sowie bestimmter Vakuum-Erwartungswerte im Rahmen der untersuchten abelschen Modelle demonstriert. Wie sich dabei zeigt, wird man mit einer Reihe neuartiger Phänomene und Probleme konfrontiert, die bei geeigneter Behandlung tiefere Einblicke in nichtperturbative Fragestellungen erlauben. / Within the thesis a new procedure, called "reduction of the functional integral", is developed for formulating quantum field theories in terms of gauge invariant quantities (physical observable fields). It provides a new way for the construction and analysis of effective field theoretical models. Starting with a detailed mathematical analysis of the algebra of Grassmann--algebra valued gauge invariants, the procedure is applied to the two--dimensional Thirring--model, the four--dimensional spinor QED and the one--flavor QCD in four dimensions. For each of these three models an effective theory of interacting bosonic gauge invariant fields was deduced on the quantum level. Apart from this more theoretical considerations, first steps on the way to an analysis of the obtained effective models towards their application in various physical problems are performed. In the case of the two Abelian models a new approach to the bosonisation scheme and the calculation of the chiral anomaly in two and four dimensions were obtained, giving some deeper insight into the nature of the bosonisation phenomenon as well as the nature of anomalies, respectively. Moreover, the investigation of current--current expectation values shows that the suggested procedure can be viewed as a new way towards a non--perturbative formulation and understanding of quantum field theories.

Die Protothekenmastitis des Rindes ist eine therapieresistente, weltweit vorkommende Infektionskrankheit. Das ätiologische Agens, die farblose Alge Prototheca (P.) zopfii, kommt ubiquitär in feuchten Habitaten vor und verursacht fakultativ akute bis chronische Entzündungen des Rindereuters. Es gibt Hinweise auf das Vorkommen eines speziellen, Mastitis-assoziierten Biotyps von P. zopfii, der sogenannten Variante II. Durch die oft zu beobachtende endemische Ausbreitung in Milchviehbeständen sowie durch die nachhaltige Therapieresistenz, welche oft zum wirtschaftlichen Totalverlust der betroffenen Milchkühe führt, stellen Protothekenmastitiden beim Rind ein großes ökonomisches Problem für den betroffenen Betrieb dar. Da bisher nur sehr beschränkte Erkenntnisse zur lokalen und systemischen Immunantwort sowie zur Erregerausscheidung im Verlaufe der Protothekenmastitis des Rindes vorlagen, wurden die verschiedenen klinischen Stadien dieser Infektion serologisch, kulturell sowie durch Bestimmung der Zahl der somatischen Zellen in der Milch charakterisiert. Zu diesem Zwecke wurden drei verschiedene ELISA-Systeme entwickelt, die anschließend auch auf ihren möglichen Einsatz bei der Diagnostik der Protothekenmastitis hin untersucht wurden. Dies geschah in einem hochgradig an Protothekenmastitis erkrankten Milchviehbestand. Darüber hinaus wurden verschiedene Isolate von P. zopfii auxanographisch, biochemisch, serologisch und genetisch untersucht, um eine Differenzierung innerhalb der Algenspezies P. zopfii vornehmen zu können. Anhand der auxanographischen, biochemischen, serologischen und genetischen Untersuchungen war eine eindeutige Differenzierung von drei verschiedenen Bio-, Sero- und Genotypen innerhalb der Algenspezies P. zopfii möglich. Alle untersuchten Mastitisisolate konnten eindeutig der Variante II von P. zopfii zugeordnet werden, womit dieser Variante eine besondere epidemiologische Bedeutung bei der Entstehung der Protothekenmastitis des Rindes zu zukommen scheint. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass akut infizierte Tiere sowohl die höchsten Antikörperaktivitäten an IgG im Blutserum sowie an IgA und IgG1 im Milchserum als auch die höchsten Gehalte an somatischen Zellen in der Milch aufweisen. Chronisch infizierte Milchkühe weisen zum Teil sehr hohe Antikörperaktivitäten in der Milch auf und unterschieden sich nicht signifikant von akut infizierten Tieren. Demgegenüber weisen diese chronisch infizierten Tiere signifikant höhere IgG-Aktivitäten im Blutserum sowie IgA- und IgG1-Aktivitäten in der Milch auf als nicht infizierte Tiere. Somit ist eine eindeutige Differenzierung zwischen infizierten und nichtinfizierten Kühen möglich. Die ELISAs zum Nachweis von spezifischem IgA und IgG1 im Milchserum erwiesen sich als besonders geeignet, um infizierte Kühe zu identifizieren. Beide serologischen Testsysteme wiesen Sensitivitäten von 96,3 % für IgA sowie 92,6 % für IgG1 und Spezifitäten von 94,4 % (IgA) und 96,3 % (IgG1) auf. Demgegenüber wies der ELISA zum Nachweis von spezifischem IgG im Blutserum bei einer Spezifität von 100 % nur eine Sensitivität von 81,5 % auf. Die sehr gute Reproduzierbarkeit der Tests wurde durch Intra-Assay-Variationen von 6,08 % für den Nachweis von IgA im Milchserum und 7,20 % für IgG1 sowie durch die geringe Inter-Assay-Variation von 6,32 % (IgA) und 9,74 % (IgG1) belegt. Der Einsatz dieser Testsysteme bei der Sanierung eines hochgradig mit P. zopfii infizierten Milchviehbestandes zeigte, dass die serologische Diagnostik dem bisher gebräuchlichen kulturellen Erregernachweis bei der Identifikation intermittierender Erregerausscheider überlegen ist. Es wurde deutlich, dass 70,5% der infizierten Tiere die Erreger über einen Zeitraum von 12 Monaten permanent ausschieden und mindestens weitere 4,9 %, wahrscheinlich jedoch wesentlich mehr, dieser infizierten Tiere intermittierende Erregerausscheider waren. Somit scheint der serologische Erregernachweis für die Diagnostik der Protothekenmastitis des Rindes besser geeignet zu sein als die kulturelle Diagnostik. Dabei wurde die höchste Sensitivität durch die Kombination des Nachweises von spezifischem IgA und IgG1 im Milchserum erzielt. / Protothecosis is a severe, often endemic mastitis in cattle caused by colorless algae of the genus Prototheca. Only little and insufficient knowledge about the organism itself, and the host immune response to this infection existed. Therefore, the aim of this thesis was to characterize the local and systemic immune response and the possible elimination or persistence of the pathogen in the host. To gain more information on the specific immune response, different clinical stages of infection were characterized serologically, culturally, and by determination of the number of the somatic cells in milk. Three different ELISA systems were developed, which were also examined for their diagnostic application potential. For the investigations, a dairy herd highly infected with Prototheca zopfii and severe clinical manifestation of protothecal mastitis was used. The ELISA was evaluated using serum and whey from animals with different clinical stages of infection. As antibody isotypes, IgG in serum, and IgA and IgG1 in whey were used. In addition, different isolates of P. zopfii were biochemically, serologically, and genetically examined in order to allow a differentiation of individual isolates within the species P. zopfii. The biochemical, serological and genetic investigations allowed a clear differentiation of the three known Variants of P. zopfii. All examined mastitis isolates could be assigned to variant II of P. zopfii. Therefore, it can be concluded that this variant has a particular epidemiological significance in the etiology of bovine protothecal mastitis. The serological investigations showed high antibody activities during acute and chronic stage of infection. The antibody activity was low in chronically infected, but presently cultural negative animals and also in uninfected animals. A strong correlation was observed between whey IgA and whey IgG1 antibody activity and the count of somatic cells in milk. Whereas, only a weak correlation exists to the number of algae cells excreted with the milk. A sensitivity of 96 % and a specificity of 94 % were calculated for the ELISA based on IgA levels. The ELISA for detection of specific IgG1 in whey shows a sensitivity of 92,6 % and a specificity of 96,3 %. Intra-assay and interassay variations were calculated to be at 6.08 % and 6.32 %, respectively. Based on these data, these ELISAs are suitable for discrimination between infected and uninfected animals, and might therefore be used for the screening of affected herds. When used in the remediation of a high-grade infected dairy herd the serological showed clear advantages in the identification of intermittent shedders. By culturing of Prototheca from milk, it was shown that 70.5% of the infected animals were permanent shedders, whereas 4.9 % were intermittent shedders. Since intermittent shedders could be clearly identified serologically, but might not be recognized by culturing, it can be assumed that serological diagnostics is more suitable for the identification of inapparently infected, intermittent shedders.