Einfluss von Glyphosat und AMPA auf Boden, Pflanzen, Tiere Prof. em. Dr. Monika Krüger Veterinärmedizinische Fakultät Universität Leipzig
Einfluss von Glyphosat und AMPA auf Boden, Pflanzen, Tiere
Prof. em. Dr. Monika Krüger
Veterinärmedizinische Fakultät Universität Leipzig
Inhalt
• Was ist Glyphosat, wie wirkt es?
• Was ist AMPA wie wirkt es?
• Einfluss von Glyphosat auf Bodenmikrobiota
• Wirkung von Glyphosat auf Pflanzen
• Wirkung von AMPA auf Pflanzen
• Nachweise von Glyphosat und AMPA in pflanzlichen und tierischen Proben
Fluch und Segen von Agrochemika-
lien in der industrialisierten Landwirt-
schaft und ihre Rückwirkungen auf
Menschen, Tiere und Natur
Umweltinstitut München, 2012 BUND 2012
Was ist Glyphosat und wie
wirkt es?
Glyphosat
N-(Phosphonomethyl)-glycin Glycin
Glyphosat
Wirkstoff des Totalherbizids Roundup
Anwendung seit 1974 (USA)
derzeit in > 100 Ländern weltweit verwendet
Deutschland Zulassung 2002 (aber seit 1975 für Grünlandumbruch eingesetzt)
Gründe für häufige Anwendung
• Hersteller attestierte folgende Eigenschaften:
• hohe Unkrautvernichtungseffektivität
• geringe Toxizität für Nichttargetorganismen
• geringes Risiko des Durchsickerns in das Grundwasser, da feste Adsorption an Bodenteile
• relativ schnelle Degradierung (Borggaard und Gimsing, 2008)
Glyphosat-Eigenschaften
• geringes Molekulargewicht
• gute Wasserlöslichkeit, pH-stabil
• schnelle Aufnahme, Absorption und Translokation in Pflanzenge-webe
Wirkungsmechanismen
1. Glyphosate – Wirkungsmechanismus (nichtselektives Herbizid)
Behindert alle Proteine und Wirkstoffe, die die drei aromatischen Aminosäuren benötigen, Tannin, Lignin, Flavonoide etc, Wuchsstoffe.
Bakterien Pilze Protozoen Algen
Vit. KK
!!!!
Herbizidwirkung auf Pflanzen
ZIM
A: G+ erhitzter Boden
B: G + unerhitzter Boden
C: G-freie Kontrolle
G verschlechtert Nährstoffversorgung
G verstärkt Pflanzenpathogene
(nach Rahe und Johal, 1988)
Glyphosatwirkung auf Bewurzelung von Sojapflanzen
(Huber, 2011)
Unbehandelte Kontrolle
Mit Bodenbakterien beimpft
Mit Bodenbakterien beimpft + Glyphosat
Einfluss von Glyphosat auf Pflanzenwachstum
2. Chelatierung von Kationen
Starkes Bindungsvermögen (Chelator) für zweiwertige Kationen wie Mg++, Ca++, Zn++, Co++, Mn++, Fe++ usw., nicht für einwertige wie Na+, K+, etc. (bildet Komplexe mit Kationen über beide saure Gruppen an den Molekülenden) Kationen (bes. Spurenelemente) sind dann für Pflanzen und Tiere nicht mehr verfügbar (Mangel)
Mangel an zweiwertigen Kationen
Einfluss von Glyphosat auf Mikronährstoffgehalt und Nährstofftranslokation bei Sojapflanzen
Eker et al. 2006
ZIM
Mangan –und Zinknachweis von RR-Soja und RR-Mais in USA
Einfluss von Glyphosat auf Spurenelementgehalt im Blutserum von Kühen (DK)
Krüger et al. 2013
Se (
µg
/L)
Zn (
µg
/dL)
3. Antimikrobielle Wirkung
US patent 7,771, 736 B2 (2010)
Bakterien besitzen 2 Formen von EPSPS • Klasse I: sensibel für Glyphosate in mikromola-
ren Konzentrationen
• Klasse II: noch aktiv in Gegenwart von Glyphosat
Sensibel
Lactobacillus spp.
Enterococcus spp.
Bifidobacterium spp.
Bacillus spp.
Resistent
Salmonella Typhimurium
Salmonella Enteritidis
Salmonella Gallinarum
Clostridium tetani
Clostridium perfringens
Clostridium botulinum
Fusarium spp
Shehata et al. 2012 Krüger et al. 2013
3. Antimikrobielle Wirkung
3. Antimikrobielle Wirkung von Glyphosat, N-Acetyl-Glyphosat und AMPA (mg/ml) auf E. faecalis
Shehata et al. 2012: Antagonistic effects of different bacteria on Clostridium botulinum types A. B. D. E. Vet. Rec. 10.1136/vr.101184.
Aber Förderung pathogener Clostridien Hemmung von Antagonisten für C. botulinum
Clostridienlebenszyklus
Boden Wasser
Gewebe
MDT
Faktoren ???
Vermehrung
Toxin
Toxin
Toxin Toxin
Toxin
Toxin
Toxin
Toxin
Gasödem
Hämorrhagische Enteritids
Intoxikation
Sporen
Lebensformen von Clostridien
• Somnolent (Spore)
• Stoffwechselaktiv (Vegetative Form = Stäbchen)
Toxine
Einfluss von Glyphosat auf C. botulinum und seinen Gegenspieler Enterococcus faecalis
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
E. fecalis E. fecalis + 0.1 mg
glcophosat/ ml
E. fecalis + 1 mg
glcophosat/ ml
E.
fecali
s c
fu
4h
8h
0
50
100
150
200
250
300
3,5
E+
09
3,5
E+
08
3,5
E+
07
3,5
E+
06
3,5
E+
05
3,5
E+
04
3,5
E+
03
3,5
E+
02
3,5
E+
01
C.b
ot
Typ
B
Enterococcus faecium
Bo
Nt-
B n
g/m
lGlyphosat hemmt E. faecalis
E. faecalis hemmt BoNT-Bildung
E. Faecalis + 0,1mg Glyphosat/ml
E. Faecalis +,1mg Glyphosat/ml
3. Antimikrobielle Wirkung
Chronischer Botulismus
Nachweis versporter Bakterien im Blinddarm bei chronischem
Botulismus
Bakteriennachweis mit Clostridiensonde
Versporte Bakterien, Tennisschlägerform = C. botulinum
Swidsinski, 2010
Nachweis pathogener Clostridien in nicht ausgewählten Gärresten
(Neuhaus et al. 2014) (n=203)
Nachweis von Clostridium botulinum in Gülle und Gärresten von ausgewählten
Rinderbeständen mit chronischem Botulismus-Problem
(Neuhaus et al. 2015)
Substr. n Typ A Typ B Typ C Typ D Typ E 2 Typen
>2 Typen
Gesamt
Gülle 24 - - - 1 (4,1%)
2 (8,2%)
1 (4,1%)
- 4 (16,4%)
Gärrest 84 2 (2,3%)
- 9 (10,7%)
3 (3,6%)
7 (8,3%)
9 (10,9%)
9 (10,9%)
39 (46,4%)
Degradierung von BoNT-B durch EMa (Sieg, 2007)
EMa-
Konz.
10%
20%
30%
40%
50%
1/10 0 0 0 0 0
1/50 0 0 4 26 91
1/100 0 17 93 151 171
1/500 11 77 140 159 164
1/1000 9 77 125 146 163
0 7 76 126 53 161
BoNT-Konzentration
105 MLD/ml
Degradierung von C. botulinum-Sporen in Terra Preta (21d)
BoNT ABE CD ABE CD
EM/HK 160 51 1,5 0
OEM/OHK 160,5 0 29,3 14
EM/OHK 322 65 3,3 18
Kanne/HK 322 83 171,5 17
K/OEM 273,3 0 164 0
K/Kanne 184 24 145 31
K/HK 92 0 80 0
BoNT-Nachweis t 0 BoNT-Nachweis t 1
4. Zytotoxische Aktivitäten
Wirkung von Glyphosat und Roundup auf Dickdarmepithelzellen (48h)
Konsequenzen der G-Anwendung für Pflanzen und Boden
• 80% des G werden in Pflanzen gespeichert
• Akkumulation in Wurzeln und Sprossen
• Freisetzung in den Boden über Wurzeln
• Schädigung der nützlichen Bodenmikrobiota
• Veränderung der Bodenmikrobiota
Glyphosatbindung an Bodenmatrix
• Glyphosat wird an Bodenmatrix gebunden !!!
• Und je mehr Eisen-und Aluminiumoxid sowie Ton im Boden, umso mehr wird gebunden, also wird Umweltrisiko reduziert
aber
• Phosphate (mineralische oder Wirtschafts-dünger) konkurrieren mit G um Bindung an Bodenmatrix Freisetzung von G = Umweltrisiko
(Wang et al. 2005)
Einfluss von Glyphosat auf Bodenmikroorganismen
ZIM
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Fusarien Pseudom. Mn-
Reduzierer
Kontr.
600g/ha
1200g/ha
2400g/ha
% (Zobiole et al., 2010; Kremer, 2010)
Glyphosatwirkung auf Bakterien Lancaster et al. 2009
Applikation 49 μg/g Glyphosat, G-abbauende Bakterienspecies
Burgholderia spp.
Konsequenzen für Pflanzen
• Werden empfindlicher für Krankheiten
• Reduzierung der Nährstoffverfügbarkeit
• Anwachsen bodenbürtiger Erkrankungen, besonders der Pilzerkrankungen (Fusarien)
• Steigerung des Fungizideinsatzes
Aminomethylphosphonsäure AMPA
NH2 P
O
OH
OH
AMPA Glycin
Molekularmasse: 111,04 g 75,0666 g
AMPA • Phytotoxisch • Wird von Bakterien auf Blattoberfläche und in
Pflanzen (Glyphosatoxidoreduktase) aus Glyphosat gebildet
• Wird in Blättern, Stengel und Bohnen von Soja gefunden
• Es wurde mehr AMPA in Bohnen von behandel-ten GVO und Nicht-GVO-Sojabohnen als Glypho-sat nachgewiesen
• Hauptschaden von Glyphosat auf GVO-Soja erfolgt durch AMPA, nicht durch Glyphosat
Reddy et al. 2004: J. Agric. Food Chem. 52: 5139-5143, Reddy et al. 2008: J. Agric. Food Chem. 2008, 56, 2125–2130
Einfluss von AMPA-Applikation auf (4d) Chlorophyllgehalt in Sprossen und (14d) AMPA-Gehalt
in Blättern von Soja
AMPA kg/ha Chlorophyll GVO-Soja (%)
Chlorophyll Nicht-GVO-Soja (%)
Kontrolle 100 100
Tween 20 86 83
0,12 72 84
0,25 58 82
0,50 59 66
1,0 50 41
2,0 40 36
4,0 40 41
8,0 34 31
Tween 20 (0,5%) als Penetrationsmittel.
AMPA kg/ha AMPA GVO-Soja (µg/kg)
AMPA Nicht-GVO-Soja (µg/kg)
Tween 20 0 0
0,12 2 1
0,25 2 3
0,50 7 4
1,0 30 23
2,0 41 33
4,0 64 65
8,0 112 117
(Reddy et al. 2004 J. Agric. Food Chem. 52: 5139–5143)
AMPA-Nachweise in Grundwasser
• Zeitraum 2001 bis 2005 alle Befunde unterhalb von 1 μg/l
• 2006 bis 2008 an zwei Messstellen (0,14 Prozent) Konzentrationen > 1 μg/l (aber < 3 μg/l)
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011
AMPA-Aminomethylphosphonsäure
• entsteht auch als Abbauprodukt von stickstoffhaltigen organischen Phosphonaten
• Phosphonate auch in Waschmitteln, als Inhibitoren gegen Korrosion und Kesselsteinbildung in Kühl- und Kesselspeise-wässern, in der Textil- und Papierindustrie in großen Mengen verwendet
• 269 Einzelmessungen in Oberflächengewässern (2009)
• 78 × ≥ Bestimmungsgrenze (max. 1,1 μg/l)
• Keine Bodendaten
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011
Nachweis von Glyphosat und AMPA in Soja (Bohn et al. 2013)
*
* nur Bodenbehandlung
Futtermittel Grenzwert
mg/kg
Leinsamen 10
Sonnenblumenkerne 20
Rapssamen 10
Sojabohne 20
Gerste 20
Mais 1
Hafer 20
Roggen 10
Weizen , Dinkel, Tritikale 10
Süßlupine 10
VERORDNUNG Nr. 441/2012 DER EU- KOMMISSION Rückstandshöchstgehalte Glyphosat in Futtermitteln
AMPA= Aminophosphonsäure
• strukturell analog zu ihrer Aminosäure
• Konkurrieren mit AS um aktive Stelle in Enzym oder an Rezeptor
• Hemmen Stoffwechselprozesse
• Wirken antibakteriell, neuroaktiv, chemothera-peutisch oder als Pflanzenschutzmittel
Kafarcks und Leilzak, 1991
Glyphosatnachweis in Futtermitteln
• 2002 bis 2010 wurden durch die Futtermittel-überwachungsbehörden insgesamt 87 Futtermittelproben auf Glyphosatrückstände untersucht (8,7 Proben pro Jahr !!!)
• und es wurde keine Probe beanstandet, alle unter 20mg/kg (Soja) unter 1mg/kg (Mais)
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011
Analyseergebnisse von 11 argentinischen Sojaproben auf Glyphosat und AMPA (Then, 2013)
(Summe= Glyphosat +1,5x AMPA)
Nachweis von Glyphosat und AMPA im Urin
und Blutserum von Mastkaninchen und
Milchkühen mittels Massenspektroskopie
(Hoppe, 2013, 2015) Bestand
Kaninche
n
Glyphosat
Mittelwert
ng/g
Min.
ng/g
Max.
ng/g
AMPA ng/g
Mittelwert
(% von G)
Min.
ng/g
Max.
ng/g
A (n=15) 12,5 3,2 42,3 1,4 (11,2) 0,4 5,1
B (n=7) 34,7 31,87 40,7 20,4 (58,8) 14,01 33,04
Bestand
Milchkühe
Glyphosat
Mittelwert
ng/g
Min.
ng/g
Max.
ng/g
AMPA ng/g
Mittelwert
(% von G)
Min.
ng/g
Max.
ng/g
Urin (n=6) 17,9 7,7 24,6 9,7
(54,2%)
3,3 17,5
Serum
(n=6)
0,33 0.23 0,44 0,25
(75,8%)
0,12 0,26
Glyphosatnachweis in Futtermitteln (Schledorn, 2013)
Glyphosatkonzentration in ng/g
Futtermittel Mittelwert n Standardabweichung Medianwert
Milchkühe
(Pellets) 325,3 10 261,4 230
Mastschweine 802,4 17 830,9 576,4
Geflügel 613,9 4 243,9 579,6
Glyphosatgehalte in Getreide und Getreideprodukten (Schledorn 2013) Produkt n Glyphosat ng/g±Stabw.
Weizenkörner 2 637,1±5,25
Weizenmehl 6 15,16±5,45
Weizenbrötchen 2 35,96±5,15
Roggenmehl 2 14,74±10,4
Roggenkleie 1 233,95
Roggenbrot 3 20,3±9,6
Malzpulver 1 78,02
Bio-Getreidekörner/mehl 7 6,70±10,29
Glyphosatgehalte in Organen und Muskulatur von Schlachtrindern und Konsummilch
(Schledorn, 2014)
Glyphosatkonzentration in ng/ml oder g
Rinderorgane Mittelwert n Standardabweichung Medianwert
Dünn-Dickdarm 28,01 32 16,55 23,29
Leber 14,88 41 18,57 9,46
Niere 14,19 26 28,25 4,01
Lunge 17,25 23 43,59 4,87
Muskulatur 16,31 6 7,17 16,29
Konsummilch
ng/ml 8,91 57 12,83 3,26
Glyphosatnachweis in Honig
Brasilien
B-Canada C-China D-BRD E-Griechenland
F-Ungarn G-Indien H-Korea I-Mischung Brasilien, Mexiko, Uruguay
J-Neuseeland K-Spanien L-Taiwan M- Mischung Ukraine , Vietnam
N-USA (17 (81%) pos./21) O-Mischung USA, Argentinien P-Mischung USA, Argent., Canada Q-Mischung USA, Süd-Amerika
unbekannt
(Rubio et al., 2014)
15 ng/g
Glyphosatkonzentration in Honig, nach Pollen sortiert
Klee 8 (66,7%)/12
Exotisch 6(54,5%)/11
Wildblüten 6(54,5%)/11
Unbekannt 21 (60%)/35
(Rubio et al., 2014)
15 ng/g
Glyphosatnachweis in Bio- und konventionellem Honig
Bio 5(45%)/11
Konventionell 35 (60,4%)/58
15 ng/g
(Rubio et al., 2014)
Glyphosatnachweis in Honig in Ländern mit GMO-Verbot und GMO-Erlaubnis
Verboten 3 (27,3%)/11
Erlaubt 27 (62,8%)/ 43
unbekannt
man
chm
al
(Rubio et al., 2014)
15 ng/g
Glyphosatnachweis in Sojasouce
10 (35,7%)/28
(Rubio et al., 2014)
75 ng/g
Nachweis von Glyphosat im Urin von Hasen und Mastkaninchen
(Krüger et al. 2014: Detection of Glyphosate Residues in
Animals and Humans. J Environ Anal Toxicol . )
n=193
n=77
Nachweis von Glyphosat im Urin von Menschen
n=102
n=199
n=41
n=99
Weitere Glyphosat – Effekte (Kollateralschäden) (Samsel und Seneff, 2013)
• Hemmung der Cytochrom P450 (CYP)-Enzyme (Leber, Darmepithel)
• Reduktion der Detoxifizierung von Xenobiotica (Mykotoxine, Bakterientoxine, Organophposphate, etc. )
• Langsame Manifestierung von Entzündungen im gesamten Körper
• Oxidativer Stress
• Hormonzerstörer - Fruchtbarkeitsstörungen
• Hemmung der Biosynthese aromatischer Aminosäuren und verwandter Substanzen durch die MDT-Mikrobiota
Möglichkeiten der Neutralisierung von Glyphosat
Neutralisation von Glyphosat
WH 67
Shehata et al. 2014: Distribution of Glyphosate in Chicken Organs and its Reduction by Humic
Acid Supplementation. J. Poult. Sci. 51: 334-338.
Therapeutische Ansätze
Glyphosatgehalt in Organen und Geweben von Broilern nach Huminsäureapplikation
Shehata et al. 2014: Distribution of Glyphosate in Chicken Organs and its Reduction by Humic Acid
Supplementation. J. Poult. Sci. 51: 334-338.
Therapeutische Ansätze
Neutralization of glyphosate Shehata et al. 2013
200g Pflanzenkohle +500mL Sauerkrautsaft/d
120g Huminsäuren WH67
Gerlach et al. J Clin Toxicol 2014
Oral Application of Charcoal and Humic acids to Dairy Cows Influences Clostridium botulinum Blood Serum Antibody Level and Glyphosate Excretion in Urine
Therapeutische Ansätze
Neutralisierung von Glyphosat
* * *
*
0
20
40
60
80
100
120
12.5 25 50 100
Glp
ho
sate
res
idu
es (
μg/
ml)
Glyphosate addition (μg/ml)
Control
Humic acid treated
* * * * * * * * *
0
20
40
60
80
100
120
12.5 25 50 100
Gly
ph
osa
te r
esid
ues
(μ
g/m
l)
Glyphosate addition (μg/ml)
Control
S. boulardii treated 10⁴ cfu/ml
S. boulardii treated 10⁵ cfu/ml
Huminsäuren = sofort
Saccharomyces boulardii = nach Fermentierung
Abbau von Glyphosat nach 21 d Fermentierung
Schlussfolgerungen
• Glyphosat und AMPA beeinflussen aufgrund antimikrobieller, chelatierender, zytozider und neuromodulierender Eigenschaften die Gesundheit von Tieren und Menschen.
• Bakterien besitzen eine unterschiedliche Empfindlichkeit für Glyphosat. Clostridium botulinum und andere Pathogene gehören zu den unempfindlichen Bakterien, ihre Anta-gonisten sind demgegenüber empfindlicher.
Maßnahmen
1. Langfristige Ziele
Wiederherstellung der Funktionalität der
Kreislaufsysteme Boden-Pflanze-Tier-
Mensch durch Beseitigung der Glyphosat-Einträge in die Systeme.
Maßnahmen 2. Kurz-mittelfristige Ziele Neutralisierung der Glyphosatwirkung in den
einzelnen Systemen durch geeignete
Maßnahmen bei Tieren und Menschen
(Einsatz von Huminsäuren / Pflanzen-
kohle)
Boden: Stoppen des G-Einsatzes, Ausbringen von Huminsäuren und PF-Kohle
Danke für die Aufmerksamkeit • PD Dr. Schrödl • Dr. Shehata • DVM A. Gerlach • TA H. Gerlach • TA S. Krüger • TA Müller • TA Kotsch • TA Ackermann • TA Neuhaus • TA Schledorn • TA Rulff • Dr. rer. nat. M. Gac
Risikobewertung für Glyphosat durch EU über regulatorisch akzeptable Konzentrationen (RAC)
• RAC Oberflächengewässer: 64 μg Wirkstoff/L Wasser, (Grundlage: EC50 Algen (Skeletone-ma costatum) = 640 μg/L, Sicherheitsfaktor 10)
• RAC Boden: 6,72 mg Wirkstoff/kg Boden (Grundlage NOEC Regenwurm 21,31 mg WS/kg Substrat, Sicherheitsfaktor = 3,2). seit 2002 keine Änderung für NOEC Regenwurm, NOEC von 28.79 mg/kg (für das Isopropylammonium-Salz von Glyphosat)
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011
Glyphosatnachweise Oberflächenwasser Bundländerarbeitsgemeinschaft 2004-2006
• 59 Messstellen, davon bei 27 Nachweise von Glyphosat
• 549 Einzelmessungen, 403 unterhalb der Bestimmungsgrenze
• 52 × < 0,1 μg/l
• 91 × < 1,0 μg/l
• 3 × > 1,0 μg/l (max. 2,6 μg/l).
• Fazit: alle Werte unter RAC von 64 µg/l
• Keine Bodendaten
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011
Glyphosatnachweise in Grundwasser
• 1990 bis 1995 keine Messungen
• 1996 bis 2000 keine Befunde > 0,1 μg/l
• 2006 bis 2008 wurde Glyphosat an fünf Messstellen mit Konzentrationen > 0,1 μg/l (0,32 Prozent der 2269 Messstellen)
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom 23. 09. 2011