CYAQUATA

CYAQUATA - Untersuchung der Wechselbeziehungen von toxinbildenden Cyanobakterien und Wasserqualität in Talsperren unter Berücksichtigung sich verändernder Umweltbedingungen und Ableitung einer nachhaltigen Bewirtschaftungsstrategie

Das Verbundprojekt »CYAQUATA« wurde vom BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme ReWaM gefördert. Das LfULG arbeitete federführend im Teilprojekt 2 mit.

Ziele des Projektes sind die Entwicklung effektiver Monitoring-Strategien und Frühwarnsysteme für das Aufkommen von Cyanobakterien-Massenentwicklungen und Toxinbildung sowie die Ableitung von Handlungsempfehlungen für die Talsperrenbewirtschaftung.

Die Überwachung der Cyanobakterien durch klassische mikroskopische Analyse liefert zwar belastbare und detaillierte Informationen, kann aber aufgrund des zeitlichen Aufwandes nur für einige Proben durchgeführt werden. Die Ergänzung durch schnellere Verfahren, die sogar vor Ort eingesetzt werden können, erweitern die Informationen zur Cyanobakterienpopulation in der gesamten Wassersäule oder in Seitenarmen gegliederter Mittelgebirgstalsperren bzw. in verbundenen Gewässern wie Vorsperren. Dies kann für den Praxisanwender von Bedeutung sein, um z.B. über den weiteren Untersuchungsumfang zu entscheiden, Bewirtschaftungsmaßnahmen anzupassen oder Prognosen zur Ausbreitung lokaler Cyanobakterienentwicklungen abzuleiten.

Anhand von Cyanobakterien-Isolaten sollen in sächsischen Gewässern relevante Toxinbildner detailliert untersucht und für Laborversuche zu Wachstumsverhalten und Toxinbildung unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden.

Molekulargenetische Untersuchungen zum Toxinbildungspotential (PCR) sollen die Untersuchungen ergänzen und ihre Eignung als Frühwarnsystem für das Auftreten von Cyanotoxinen in Gewässern erprobt werden.

• Im Projekt CYAQUA-TA wurden Cyanobakterien und Cyanotoxine in Modellgewässern in verschiedenen Regionen Sachsens mit klassischen und innovativen Verfahren untersucht. Aus den Projekterfahrungen heraus wurden Empfehlungen abgeleitet, welche Methoden sich zum effizienten Monitoring von Cyanobakterien und deren Toxinbildungspotential eignen und welche Parameter und Begleitinformationen zukünftig erfasst werden sollten, um eine aussagefähige Datengrundlage über Cyanobakterienentwicklungen und Toxinbildung in sächsischen Gewässern aufzubauen.
• Zum Monitoring der Cyanobakterien in Gewässern sowie der Überwachung auffälliger Cyanobakterienentwicklungen wurden innovative Ansätze erprobt bzw. entwickelt, die dem Praxisanwender eine schnelle Abschätzung der Abundanz von Cyanobakterien ermöglichen: Messungen mit der Fluoreszenzsonde FluoroProbe (bbe Moldaenke GmbH) ermöglichen vor Ort mit geringem Zeitaufwand die zuverlässige Detektion auffälliger Cyanobakterienentwicklungen und deren Überwachung sowie die Bestimmung der Verteilung von Phytoplanktongruppen in der gesamten Wassersäule. Der Vergleich mit klassischer mikroskopischer Analyse hat jedoch gezeigt, dass die Verhältnisse zwischen Sondensignal und Biovolumen stark variieren können: Verschiedene Cyanobakteriengruppen generieren bei gleichem Biovolumen deutlich unterschiedlich starke Sondensignale. Eine Ableitung absoluter Angaben zur Abundanz von Cyanobakterien aus den Sondenmessungen wird daher aus den Projekterfahrungen heraus kritisch gesehen
• Messprotokolle zur schnellen Cyanobakterien-Quantifzierung mittels Durchflusszytometrie wurden entwickelt und validiert: Nach den Projekterfahrungen ist anhand dieser Protokolle eine zuverlässige absolute Quantifizierung der Cyanobakterien möglich, die im Unterschied zu den FluoroProbe-Messungen direkt in Bezug zu routinemäßig durchgeführten mikroskopischen Analysen gesetzt werden kann und auch in unterschiedlichen Gewässern oder bei unterschiedlicher Pigmentcharakteristik der Cyanobakterien zuverlässige Zellzahlangaben liefert. Zur Auswahl des geeigneten Messprotokolls muss jedoch bekannt sein, welche morphologische Gruppe von Cyanobakterienzellen (Picoplankter, coccale Cyanobakterien, Filamente) in der Probe zahlenmäßig dominiert und es werden im Unterschied zur FluoroProbe-Sonde keine vollständigen Tiefenprofile generiert, wenngleich die Schnelligkeit der Messungen die Analyse zahlreicher Proben in kurzer Zeit ermöglicht. Dominiert eine Gattung/Art von Cyanobakterien, wie es bei Massenentwicklungen typischerweise der Fall ist, können in Anlehnung an mikroskopisch ermittelte zellspezifische Biovolumina auch Cyanobakterienbiovolumina ermittelt werden.
• Zum molekulargenetischen Nachweis (PCR) von Gen-Abschnitten zur Bildung verschiedener cyanobakterieller Toxine (Microcystin, Nodularin, Saxitoxin, Anatoxin, Cylindrospermopsin) wurden Protokolle entwickelt. Mit dem Multiplex-Ansatz können auch mehrere Toxin-Gen-Abschnitte gleichzeitig in einer Probe nachgewiesen werden, was den Zeitaufwand für die Analyse senkt. Das anhand der PCR-Analyse nachgewiesene genetische Potential zur Toxinbildung wurde verglichen mit tatsächlich in den entsprechenden Proben vorliegenden Toxinen und dabei eine gute Übereinstimmung für Microcystin festgestellt.
• Aus den Proben der Modellgewässer wurden Cyanobakterienstämme isoliert, deren Toxinbildung anschließend separat untersucht werde konnte. Darüber hinaus wurden mit diesen Kulturen Laborversuche zu Wachstum, Toxinbildung und Konkurrenzverhalten unter definierten Bedingungen durchgeführt (Projektpartner TU Dresden).
• Ein übertragbares Reinigungsprotokoll zur Abtrennung kokkaler Cyanobakterien von auftriebsaktiven filamentösen Cyanobakterien wurde entwickelt. Zur letztgenannten Gruppe gehört u.a. Planktothrix rubescens, die in meso- und oligotrophen Gewässern, darunter auch Trinkwassertalsperren, als Toxinbildner relevant ist. Ein Stamm dieser Art konnte anhand des genannten Reinigungsprotokolls isoliert und umfassend genetisch charakterisiert werden (Genomsequenzierung). Dadurch wurde der Kenntnisstand zu dieser Art deutlich erweitert und u.a. auch Hinweise auf Gene gefunden, die an der Bildung weiterer, bislang wenig untersuchter Cyanotoxine, beteiligt sein können.

Projektseite:

Verbundvorhaben CYAQUATA