Biofilme - Allelopathie - Nährstoffverhältnisse

Bratfisch

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Zu diesem thread:

Obige Thematiken fokussierend möchte ich diesen thread als Sammelstelle / schwarzes Brett für (von hier pro Beitrag verlinkte) online-Dokumente, hineinkopierte Textpassagen, Grafiken, Bilder, sonstiges Nützliches und nicht als Diskussionsthread verstanden wissen.

Eine Diskussion, Antwort, sonstwas sollte, sich auf den oder mehrere Beiträge (plus die vorangestellte Überschrift?) dieses threads (z.B. durch int. Verlinkung) beziehend, in einem eigenen solchen stattfinden.

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Ingo
 

Bratfisch

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-Allelopathie-

Bisher wohl einzigartiges Dokument welches dem in situ-Nachweis allelopathischer Wirkungen von Wasserpflanzen nachzusteigen versucht.

Das Tolle daran ist dass die Versuchsobjekte / -umgebungen Schwimmteiche sind und somit vom biologisch / chemischen Maßstab gar nicht weit weg, in den aquaristischen Kleinst-Maßstäben sogar prinzipielle Vorteile finden könnte (Aufkonzentrierung wirksamer Substanzen, Schonung selbiger durch "Filterlosigkeit").

"Frei, Matthias (2008): Wachstumshemmung von Blau, Grün- und Kieselalgen in Schwimmteichen durch allelopathisch wirkende Wasserpflanzenexudate"

- http://www.hortikultur.ch/pub/files/240.pdf

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Ingo
 

Bratfisch

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-Biofilm-

" Struktur und Entwicklung benthischer Biofilme in Fließgewässern - Messungen und Simulation"

http://edocs.tu-berlin.de/diss/2004/eitner_annett.pdf

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In dieser Arbeit geht es um die Untersuchuchung aufsitzender Biofilme in ihrem naürlichen Lebensraum und nicht unter Laborbedingungen. Untersucht wurden die Filme mittels "Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie" (CLSM) und nachfolgender Bildanalyse. Die CLSM bietet den Vorteil die sehr komplexe und mechanisch anfällige Struktur der Biofilme vom Meßvorgang praktisch unbeeinflußt zu lassen. In einem Abschnitt der Arbeit wird sehr detailliert auf das Verfahren eingegangen, wo seine Vorteile und Schwierigkeiten liegen.

Untersucht wurden struktureller Aufbau der Biofilme, Artzusammensetzungen, hydrodynamische Eigenschaften, Zehr- bzw. Produktionsspektren (Sauerstoff, Nährstoffe), Zusammensetzungen in Abhängigkeit unterschiedlicher Substrate und Standorte, jahreszeitliche Schwankungen in den Zusammensetzungen, Einwirkung des Grazings (Fraßdruck druch biofilmabweidende Organismen), Ansprache des Biofilms auf Ammonium und mehr.

Durchgeführt wurden die Untersuchungen an der Ehle, einem Flüßchen in Sachsen- Anhalt mit einem meist sandig-schlammigen Sediment und ausgeprägten Makrophytenbeständen und am South-Saskatchewan-River in Kanada.

Textstelle zum Saskatchewan:

"Bei den kanadischen Untersuchungen sollten zwei Aspekte verfolgt werden. Zum einen sollte der Einfluss des Substratums auf die Biofilmzusammensetzung, den Sauerstoffhaushalt sowie der Photosynthese erforscht werden. Dazu wurden Muscheln und Holz aus dem Fluss gesammelt und anschließend mittels CLSM und Sauerstoffmikroelektroden untersucht. Andererseits sollte der Einfluss der Fließgeschwindigkeit auf die Biofilmstruktur und den Stoffwechsel ermittelt werden, wozu der Biofilm auf Muscheln und Holz aus der Flussmitte bei hoher Fließgeschwindigkeit sowie vom Flussrand mit einer niedrigen Fließgeschwindigkeit untersucht wurde."

Schöne Bilder gibt´s in dem Dokument zu sehen. Hier der "Identifikationsschlüssel" bzgl. der einzelnen Teilnehmer der untersuchten Biofilme:





grün = Bakterien
rot = Glykokonjugate (EPS, der die Biofilme stabilisierende Schleim)
blau = (echte) Algen
pink = Cyanobakterien


In folgenden Bild und darin Bild E kann man schön die EPS sehen. Den "Filter-Glitsch" oO ...





Unter anderem und im Groben sind folgende Erkentnisse gewonnen worden:

- Im Frühjahr zeichnen sich die Biofilme durch eine hohe Heterogenität, eine komplexe Struktur und eine hohe Diversität von Bakterien und Diatomen aus.

- Während der Sommermonate hingegen wiesen die Biofilme nur eine planare Struktur von wenigen ?m Dicke und eine sehr geringe Diversität von Diatomen auf. Den größten Anteil am Biovolumen besitzen in diesem Zeitabschnitt die Cyanobakterien, während sie zu den anderen Jahreszeiten nur ein sehr geringes Biovolumen aufweisen.

- Diese Veränderung des benthischen Biofilms wurde durch die Populationsdynamik von weidenden Makrozoobenthosarten hervorgerufen (Grazing) die während der Sommermonate den Biofilm bis auf wenige Bakterien und Cyanobakterien ständig abweiden. Die Biofilme weisen in diesem Zeitraum ein charakteristisches Grazingmuster auf. Im Herbst und Winter mit abnehmendem Grazingdruck nehmen die Biofilmdicke, die Biovolumen von Algen, Bakterien und Glykokonjugaten sowie die Komplexität des Biofilms wieder stetig zu.

Bild dazu:
(links: Herbst/Winter, rechts: Sommer. Kantenlänge: 5oo µm):





- Weiterhin sollte der Einfluss der Aufwuchsoberfläche auf den benthischen Biofilm untersucht werden. Nach einer längeren Exposition zeigten sich keine Unterschiede in der Biofilmstruktur und Zusammensetzung zwischen Biofilmen gewachsen auf Steinen und Biofilmen gewachsen auf Polykarbonatobjektträgern in der Ehle. Ebenfalls waren die Struktur und Zusammensetzung des benthischen Biofilms auf Holz und Muschelschalen aus dem South-Saskatchewan-River vergleichbar. In den Sauerstoffkonzentrationsprofilen und den photosynthetischen Aktivitäten wurden geringe Unterschiede zwischen den beiden Substraten festgestellt, welche auf eine höhere heterotrophe Biomasse in den Biofilmen gewachsen auf Holz hindeuten.

- Eine Zugabe von Ammonium zum Flusswasser führt zu einer Zunahme der Biofilmdicke sowie der Volumen an Algen, Bakterien und Glykokonjugten im Reaktorbiofilm. Generell weisen Reaktorbiofilme einen wesentlich geringeren Anteil an photoautotrophen Mikroorganismen auf, da die Lichtbedingungen in Rotating Annular Reaktoren für diese Mikroorganismen unzureichend sind.

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Mein Senf:

Für mich ist es insgesamt schon etwas neu, dass es DIE bakteriellen Biofilme in der (Reinst-) Form wie man sie sich als Aquarianer üblicherweise so vorstellt (tut man das?) und daneben DIE Algen so eigentlich gar nicht gibt, zumindest nicht "im Anfangsstadium" bzw. einer wie auch immer zustande gekommenen (gesunden bzw. unverdächtigen) Gleichgewichtssituation, sondern das Bakterien und Algen und Cyanobakterien je nach Standort im Biofilm zu unterschiedlichen Anteilen ziemlich gut verwurschtelt gemeinsam den Laden schmeißen. Ich denke das man dies für die Aquaristik ebenfalls so annehmen muß, wenn auch mit wahrscheinlich deutlich reduzierter Artenvielfalt (<- und den Problemen die diese womöglich mitbringt) Womit sich vor allem bzgl. der Cyanobakterien die Frage ergibt welche Bedingungen AB DA und neben den reinen Wasserparametern noch für den aquatischen Biofilm zusammentreffen müßen um sie (aus ihm heraus) von der Leine zu lassen? (denn: Cyanobakterien werden in Blick auf ihre "Teamfähigkeiten" in einer heterogenen Gemeinschaft von der Literatur oft als recht konkurrenzschwach geschildert und wenn dem tatsächlich so ist muß einem Überhandnehmen von ihnen folgend etwas sehr bedeutungsvolles zugrunde liegen)

Noch eine Textstelle aus der Arbeit:

"Im Frühjahr kam es zu einem deutlichen Anstieg des Algenvolumens an beiden Standorten. Die Biofilmdicke nahm in dieser Zeit vor allem am Standort Ehle 04 deutlich zu und betrug an Bruchkanten ca. 2300 ?m (Ehle 02) bzw. 1700 ?m (Ehle 04). Die oberste Biofilmschicht bestand überwiegend aus Algen, oft bildeten sich sogar dicke Algenpolster einer einzigen Algenart aus."

Kann man das als Beschreibung einer beginnenden, wenn auch lokalen benthischen "Algenblüte" nehmen?

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Ingo
 

Bratfisch

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Allelopathie-Cyanobakterien

"Charakterisierung bioaktiver Fischerelline in benthischen Cyanobakterien der Gattung Fischerella."

http://kops.ub.uni-konstanz.de/volltext ... arbeit.pdf

Die Arbeit beschäftigt sich mit der allelopathischen Wirkung bestimmter von Cyanobakterien augeschütteter Substanzen. Es deutet an dass benthische (aufsitzende) Cyanobakterien über Stoffabgaben eine Konkurrenzsitutaion im Bioflm zu ihren Gunsten zu verschieben im stande sind.

Auszüge:

"5. Zusammenfassung:

Aus der benthischen, stickstofffixierenden Cyanobakteriengattung Fischerella spp. wurden bisher zwei bioaktive Substanzen, sogenannte Fischerelline, isoliert und charakterisiert. Sowohl Fischerellin A wie auch Fischerellin B zeigen bereits in geringen Konzentrationen allelopathische Aktivität gegen andere Cyanobakterien und Grünalgen.

... "


"Wertvolle Hinweise auf einen möglichen ökologischen Nutzen der Cyanobakterienmetabolite für ihre Produzenten ergaben sich aus der Untersuchung benthischer Cyanobakterien in photoautotrophen Biofilmen. Wie auch bei Massenentwicklungen im Freiwasser wird in diesem Lebensraum oft die Dominanz einer Cyanobakterienart beobachtet (Gross 1999; Jüttner 1999; Jüttner & Wu 2000). Das Wachstum in einem Biofilm ist primär von physikalischen Parametern wie Wassertemperatur und Lichtverfügbarkeit sowie dem Nährstoffangebot abhängig. Da benthische Cyanobakterien nicht in die Wassersäule wachsen, sind die für die Besiedlung geeigneten Substratflächen begrenzt. Daraus ergibt sich eine Konkurrenzsituation benthischer Primärproduzenten um Standorte, an denen ausreichend Licht für photosynthetische Aktivität vorhanden ist (Gross 1999; Jüttner 1999). Daneben spielt der Schutz vor Herbivorie eine wichtige Rolle (Jüttner 1999). Für beides stellen biochemische Interaktionen eine geeignete Strategie für Cyanobakterien dar, um ihre Konkurrenzstärke zu erhöhen (Gross 1999; Jüttner 1999).

Hierbei ermöglicht es der enge Kontakt zwischen benthischen Primärproduzenten wie Cyanobakterien und Algen in Biofilmen dass biochemische Wechselwirkungen zwischen konkurrierenden Arten effizient sein können (Gross 1999). Nach der Definition von Molisch (1937) werden solche Interaktionen als Allelopathie, eine biochemische Wechselwirkung zwischen höheren Pflanzen und zwischen Pflanzen und Mikroorganismen, bezeichnet. Cyanobakterien wurden zu dieser Zeit systematisch den Algen zugeordnet ("Blaualgen"), weshalb hier auch zwischen Cyanobakterien (Mikroorganismen) stattfindende Wechselwirkungen allelopathisch genannt werden.

Vor allem kleine, lipophile Substanzen sind gut geeignet bei Zell-Zell-Kontakt Membranen zu überwinden und so in den Zielorganismus zu gelangen (Gross 1999). Allelopathisch aktive Substanzen aus benthischen Cyanobakterien wirken bereits in geringen Konzentrationen gegen andere Cyanobakterienarten und Chlorophyceen, wobei das Angriffsziel häufig das Photosystem II ist (Jüttner 1999; Smith & Doan 1999). In höheren Konzentrationen wirken sie auch fungizid oder toxisch gegen Invertebrate (Hagmann & Jüttner 1996; Jüttner 1999). Neben Allelopathie ist schnelleres Wachstum eine alternative Strategie für Cyanobakterien um sich gegenüber Konkurrenten durchzusetzen (Gross 1999). Die Anwendung unterschiedlicher Strategien steht in Einklang mit einer Freilandbeobachtung, in der nur etwa 20% aller untersuchten Biofilme mit Cyanobakterien allelopathisch aktiv waren (Jüttner & Wu 2000).
"Im Rahmen dieser Arbeit wurde Fischerella spp., eine benthische, verzweigt wachsende, stickstofffixierende Cyanobakteriengattung untersucht (Abb. 1.1). Die allelopathische Aktivität von F. muscicola wurde erstmals in Arbeiten von Flores & Wolk (1986) beschrieben. In einem Screening von 65 fädigen, stickstofffixierenden Cyanobakterien auf Antibiotika zeigte F. muscicola das breiteste Wirkspektrum gegen die getesteten Cyanobak-terien, die alle lysiert wurden. Dafür verantwortlich war eine proteaseinsensitive und dialysierbare Substanz. Gross et al. (1991) charakterisierten diese Substanz weiter und nannten sie Fischerellin."

"4.1 Allelopathie in benthischen Cyanobakterien:

Allelopathische Interaktionen könnten für Cyanobakterien eine sinnvolle Strategie sein, sich im Gewässer gegenüber anderen Primärproduzenten zu behaupten. Insbesondere benthische Cyanobakterien wachsen oft in Matten, die nur aus einer Art bestehen (Gross 1999; Jüttner 1999). Aus benthischen Cyanobakterien sind bereits mehrere Allelochemikalien isoliert worden (Mason et al. 1982; Gross et al. 1991; Lee & Gleason 1994; Papke et al. 1997)."
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Fischerella muscicola. Benthisches Cyanobakterium mit starker allelopathischer Aktivität.

- http://www.uni-konstanz.de/limnologie/a ... cicola.jpg

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- http://www-cyanosite.bio.purdue.edu/ima ... /fish2.jpg

- http://www-cyanosite.bio.purdue.edu/ima ... s/fish.jpg

- http://protist.i.hosei.ac.jp/PDB/Images ... /sp_3.html

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Auch wurde in der Arbeit für eine Stickstofflimitierung und den damit verbundenen Zwang zur Stickstofffixierung gefunden, dass mit zunehmender Eisenverfügbarkeit (Eisen-EDTA) eine deutliche Biomassenzunahme der Cyanobakterien zu verzeichnen war. Für einen ähnlichen Versuch mit Molybdän galt dies nicht.

Hintergrund: Neben anderen Enzymen sind die an der Stickstofffixierung beteiligten Enzyme Nitrogenase und Nitratreduktase eisenabhängig.

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Ingo
 

Bratfisch

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Eisenkonzentration - Fischschädigung - Schäden Kleinstlebewe

Zitat:

"Die Gefährdung der Fische im eisenhaltigen Wasser besteht nun darin, dass mit der Durchströmung des Wassers durch die Kiemen auch das gelöstes Eisen Fe(II) an das Kiemengewebe gelangt. Die Kiemen haben einen alkalischen pH, dort wird das gelöste Eisen Fe(II) schnell zu unlöslichem rotem Eisenhydroxid oxidiert. Auf den Kiemen wird es abgeschieden und erschwert den Fischen die Kiemenatmung. Der Fisch ist im permanenten Stress. Vergleichbar mit der erschwerten Atmung bei einer schweren Erkältung mit verstopfter Nase.

Über die Höhe der noch zu tolerierenden Eisenkonzentration im Fischgewässer gibt es widersprüchliche Angaben. Das liegt daran, dass nicht nur die Eisenkonzentration selbst, sondern die schädliche Wirkung des Eisens auch vom pH, der Wasserhärte, der Anwesenheit von Huminsäuren und der Temperatur des Wassers abhängt. Für verschiedene Lebensstadien von der Larve bis zum mehrjährigen Fisch müssen unterschiedliche Richtgrößen angegeben werden. Ferner unterscheidet man zwischen akuter und chronischer Toxizität, ein gewisser Gewöhnungseffekt über mehrere Generationen kann eine Anpassung an höhere Eisenkonzentrationen ermöglichen. Die schädliche Wirkung wird insbesondere vom löslichen Fe(II) verursacht.


Quelle:

"Die Eisen-Konzentration im Fließgewässer Luhe. Ist die Luhe als Salmonidengewässer geeignet?" v. Dr. Jörn Borrmann

http://www.schwarzenbergers.de/eisenkonzentration.pdf

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Zitat:

"Eisen kann in Forellenbächen ebenfalls vorkommen und stellt in Form des zweiwertigen Eisens (Fe2+) eine Gefahr für die Bachforellen dar. Auch die Gefährlichkeit des zweiwertigen Eisens hängt vom pH-Wert ab. Bei einem pH-Wert von 5,5 sollte die Konzentration von zweiwertigem Eisen 0,04 mg/l nicht übersteigen. Bei einem pH-Wert von 7,0 werden 0,175 mg/l noch vertragen. Zweiwertiges Eisen dürfte in Gewässern mit einem guten Sauerstoffgehalt jedoch keine Rolle spielen, weil es gleich zu dreiwertigem Eisen (Fe3+) oxydiert wird. Dreiwertiges Eisen fällt aus und sedimentiert als rotbrauner Belag. Es ist nicht fischtoxisch, kann aber bei den empfindlichen Bachforelleneiern und Brutfischen den Gasaustausch (Atmung) beeinträchtigen und die Kiemen der Brut mechanisch beschädigen. Die verschiedenen, im Gewässer möglichen, Schadstoffe werden im Beitrag von Dr. Meinelt behandelt."

Quelle:

"Grundlagen für die Bewirtschaftung von DAV-Gewässern mit Bachforellen" v. Bernhard Rennert, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei.

http://www.fv-bludenz.at/downloads/bewirtschaftung.pdf

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Ingo
 
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