Einfluss von Glyphosat und AMPA auf Boden, Pflanzen, Tiere. Prof. em. Dr. Monika Krüger Veterinärmedizinische Fakultät Universität Leipzig

Transkript

1 Einfluss von Glyphosat und AMPA auf Boden, Pflanzen, Tiere Prof. em. Dr. Monika Krüger Veterinärmedizinische Fakultät Universität Leipzig

2 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

3 Fluch und Segen von Agrochemikalien in der industrialisierten Landwirtschaft und ihre Rückwirkungen auf Menschen, Tiere und Natur Umweltinstitut München, 2012 BUND 2012

4 Was ist Glyphosat und wie wirkt es?

5 Glyphosat N-(Phosphonomethyl)-glycin Glycin

6 Glyphosat Wirkstoff des Totalherbizids Roundup Anwendung seit 1974 (USA) derzeit in > 100 Ländern weltweit verwendet Deutschland Zulassung 2002 (aber seit 1975 für Grünlandumbruch eingesetzt)

7 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)

8 Glyphosat-Eigenschaften geringes Molekulargewicht gute Wasserlöslichkeit, ph-stabil schnelle Aufnahme, Absorption und Translokation in Pflanzenge-webe

9 Wirkungsmechanismen

10 1. Glyphosate Wirkungsmechanismus (nichtselektives Herbizid) Bakterien Pilze Protozoen Algen!!!! Vit. KK Behindert alle Proteine und Wirkstoffe, die die drei aromatischen Aminosäuren benötigen, Tannin, Lignin, Flavonoide etc, Wuchsstoffe.

11 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)

12 Glyphosatwirkung auf Bewurzelung von Sojapflanzen Unbehandelte Kontrolle Mit Bodenbakterien beimpft Mit Bodenbakterien beimpft + Glyphosat (Huber, 2011)

13 Einfluss von Glyphosat auf Pflanzenwachstum

14 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

15 Einfluss von Glyphosat auf Mikronährstoffgehalt und Nährstofftranslokation bei Sojapflanzen Eker et al ZIM

16 Mangan und Zinknachweis von RR-Soja und RR-Mais in USA

17 Einfluss von Glyphosat auf Spurenelementgehalt im Blutserum von Kühen (DK) Se (µg/l) Zn (µg/dl) Krüger et al. 2013

18 3. Antimikrobielle Wirkung US patent 7,771, 736 B2 (2010)

19 3. Antimikrobielle Wirkung Bakterien besitzen 2 Formen von EPSPS Klasse I: sensibel für Glyphosate in mikromolaren 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 Krüger et al. 2013

20 3. Antimikrobielle Wirkung von Glyphosat, N-Acetyl- Glyphosat und AMPA (mg/ml) auf E. faecalis

21 Aber Förderung pathogener Clostridien Hemmung von Antagonisten für C. botulinum Shehata et al. 2012: Antagonistic effects of different bacteria on Clostridium botulinum types A. B. D. E. Vet. Rec /vr

22 Clostridienlebenszyklus Sporen Boden Wasser Gewebe MDT Toxin Toxin Toxin Toxin Toxin Toxin Toxin Toxin Vermehrung Gasödem Faktoren??? Hämorrhagische Enteritids Intoxikation

23 Lebensformen von Clostridien Somnolent (Spore) Stoffwechselaktiv (Vegetative Form = Stäbchen) Toxine

24 3,5E+09 3,5E+08 3,5E+07 3,5E+06 3,5E+05 3,5E+04 3,5E+03 3,5E+02 3,5E+01 C.bot Typ B E. fecalis cfu BoNt-B ng/ml 3. Antimikrobielle Wirkung Einfluss von Glyphosat auf C. botulinum und seinen Gegenspieler Enterococcus faecalis 1,E+10 1,E+09 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 Glyphosat hemmt E. faecalis 4h 8h E. faecalis hemmt BoNT-Bildung 1,E ,E+03 1,E+02 1,E ,E+00 E. fecalis E. E. fecalis Faecalis ,1mg Glyphosat/ml glcophosat/ ml E. Faecalis E. fecalis +,1mg + 1 mg Glyphosat/ml glcophosat/ ml Enterococcus faecium

25 Chronischer Botulismus

26 Nachweis versporter Bakterien im Blinddarm bei chronischem Botulismus Swidsinski, 2010 Bakteriennachweis mit Clostridiensonde Versporte Bakterien, Tennisschlägerform = C. botulinum

27 Nachweis pathogener Clostridien in nicht ausgewählten Gärresten (n=203) (Neuhaus et al. 2014)

28 Nachweis von Clostridium botulinum in Gülle und Gärresten von ausgewählten Rinderbeständen mit chronischem Botulismus- Problem Substr. n Typ A Typ B Typ C Typ D Typ E 2 Typen >2 Typen Gesam t Gülle (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%) (Neuhaus et al. 2015)

29 Degradierung von BoNT-B durch EMa (Sieg, 2007) BoNT-Konzentration EMa- Konz. 10% 20% 30% 40% 50% 1/ / / / / MLD/ml

30 Degradierung von C. botulinum-sporen in Terra Preta (21d) BoNT-Nachweis t 0 BoNT-Nachweis t 1 BoNT ABE CD ABE CD EM/HK ,5 0 OEM/OHK 160,5 0 29,3 14 EM/OHK ,3 18 Kanne/HK ,5 17 K/OEM 273, K/Kanne K/HK

31 4. Zytotoxische Aktivitäten Wirkung von Glyphosat und Roundup auf Dickdarmepithelzellen (48h)

32 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

33 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 Wirtschaftsdünger) konkurrieren mit G um Bindung an Bodenmatrix Freisetzung von G = Umweltrisiko (Wang et al. 2005)

34 Einfluss von Glyphosat auf Bodenmikroorganismen % (Zobiole et al., 2010; Kremer, 2010) ZIM Fusarien Pseudom. Mn- Reduzierer Kontr. 600g/ha 1200g/ha 2400g/ha

35 Glyphosatwirkung auf Bakterien Lancaster et al Burgholderia spp. Applikation 49 μg/g Glyphosat, G-abbauende Bakterienspecies

36 Konsequenzen für Pflanzen Werden empfindlicher für Krankheiten Reduzierung der Nährstoffverfügbarkeit Anwachsen bodenbürtiger Erkrankungen, besonders der Pilzerkrankungen (Fusarien) Steigerung des Fungizideinsatzes

37 Aminomethylphosphonsäure O AMPA NH2 P AMPA OH OH Glycin Molekularmasse: 111,04 g 75,0666 g

38 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 behandelten GVO und Nicht-GVO-Sojabohnen als Glyphosat nachgewiesen Hauptschaden von Glyphosat auf GVO-Soja erfolgt durch AMPA, nicht durch Glyphosat Reddy et al. 2004: J. Agric. Food Chem. 52: , Reddy et al. 2008: J. Agric. Food Chem. 2008, 56,

39 Einfluss von AMPA-Applikation auf (4d) Chlorophyllgehalt in Sprossen und (14d) AMPA-Gehalt in Blättern von Soja AMPA kg/ha Chlorophyll GVO-Soja (%) Kontrolle Tween , , , , , , , Chlorophyll Nicht-GVO- Soja (%) Tween 20 (0,5%) als Penetrationsmittel. AMPA kg/ha AMPA GVO-Soja (µg/kg) Tween , , , , , , , AMPA Nicht-GVO- Soja (µg/kg) (Reddy et al J. Agric. Food Chem. 52: )

40 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

41 AMPA-Aminomethylphosphonsäure entsteht auch als Abbauprodukt von stickstoffhaltigen organischen Phosphonaten Phosphonate auch in Waschmitteln, als Inhibitoren gegen Korrosion und Kesselsteinbildung in Kühl- und Kesselspeisewässern, 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

42 Nachweis von Glyphosat und AMPA in Soja (Bohn et al. 2013) VERORDNUNG Nr. 441/2012 DER EU- KOMMISSION Rückstandshöchstgehalte Glyphosat in Futtermitteln 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 * * nur Bodenbehandlung

43 AMPA= Aminophosphonsäure strukturell analog zu ihrer Aminosäure Konkurrieren mit AS um aktive Stelle in Enzym oder an Rezeptor Hemmen Stoffwechselprozesse Wirken antibakteriell, neuroaktiv, chemotherapeutisch oder als Pflanzenschutzmittel Kafarcks und Leilzak, 1991

44 Glyphosatnachweis in Futtermitteln 2002 bis 2010 wurden durch die Futtermittelüberwachungsbehörden 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

45 Analyseergebnisse von 11 argentinischen Sojaproben auf Glyphosat und AMPA (Then, 2013) (Summe= Glyphosat +1,5x AMPA)

46 Bestand Nachweis von Glyphosat und AMPA im Urin und Blutserum von Mastkaninchen und Milchkühen mittels Massenspektroskopie (Hoppe, 2013, 2015) Kaninche n Glyphosat Mittelwert ng/g Min. ng/g Max. ng/g AMPA ng/g Mittelwert (% von G) Min. ng/g A (n=15) 12,5 3,2 42,3 1,4 (11,2) 0,4 5,1 Max. ng/g 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) Urin (n=6) 17,9 7,7 24,6 9,7 (54,2%) Serum 0, ,44 0,25 (n=6) (75,8%) Min. ng/g Max. ng/g 3,3 17,5 0,12 0,26

47 Glyphosatnachweis in Futtermitteln (Schledorn, 2013) Glyphosatkonzentration in ng/g Futtermittel Mittelwert n Standardabweichung Medianwert Milchkühe (Pellets) 325, ,4 230 Mastschweine 802, ,9 576,4 Geflügel 613, ,9 579,6

48 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

49 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, ,55 23,29 Leber 14, ,57 9,46 Niere 14, ,25 4,01 Lunge 17, ,59 4,87 Muskulatur 16,31 6 7,17 16,29 Konsummilch ng/ml 8, ,83 3,26

50 Glyphosatnachweis in Honig (Rubio et al., 2014) 15 ng/g Brasilien unbekannt 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

51 Glyphosatkonzentration in Honig, nach Pollen sortiert (Rubio et al., 2014) 15 ng/g Klee 8 (66,7%)/12 Exotisch 6(54,5%)/11 Wildblüten 6(54,5%)/11 Unbekannt 21 (60%)/35

52 Glyphosatnachweis in Bio- und konventionellem Honig (Rubio et al., 2014) 15 ng/g Bio 5(45%)/11 Konventionell 35 (60,4%)/58

53 manchmal Glyphosatnachweis in Honig in Ländern mit GMO-Verbot und GMO-Erlaubnis (Rubio et al., 2014) 15 ng/g Verboten 3 (27,3%)/11 Erlaubt 27 (62,8%)/ 43 unbekannt

54 Glyphosatnachweis in Sojasouce (Rubio et al., 2014) 75 ng/g 10 (35,7%)/28

55 Nachweis von Glyphosat im Urin von Hasen und Mastkaninchen n=193 n=77 (Krüger et al. 2014: Detection of Glyphosate Residues in Animals and Humans. J Environ Anal Toxicol. )

56 Nachweis von Glyphosat im Urin von Menschen n=99 n=102 n=199 n=41

57 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

58 Möglichkeiten der Neutralisierung von Glyphosat

59 Therapeutische Ansätze 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:

60 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:

61 Therapeutische Ansätze Neutralization of glyphosate Shehata et al g 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

62 Glyphosate residues (μg/ml) Glphosate residues (μg/ml) Neutralisierung von Glyphosat Control Humic acid treated * Huminsäuren = sofort * * * Glyphosate addition (μg/ml) 120 Control S. boulardii treated 10⁴ cfu/ml S. boulardii treated 10⁵ cfu/ml Saccharomyces boulardii = nach Fermentierung * * * * * * * * * Glyphosate addition (μg/ml)

63 Abbau von Glyphosat nach 21 d Fermentierung

64 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 Antagonisten sind demgegenüber empfindlicher.

65 Maßnahmen 1. Langfristige Ziele Wiederherstellung der Funktionalität der Kreislaufsysteme Boden-Pflanze-Tier- Mensch durch Beseitigung der Glyphosat- Einträge in die Systeme.

66 Maßnahmen 2. Kurz-mittelfristige Ziele Neutralisierung der Glyphosatwirkung in den einzelnen Systemen durch geeignete Maßnahmen bei Tieren und Menschen (Einsatz von Huminsäuren / Pflanzenkohle) Boden: Stoppen des G-Einsatzes, Ausbringen von Huminsäuren und PF-Kohle

67 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

68 Risikobewertung für Glyphosat durch EU über regulatorisch akzeptable Konzentrationen (RAC) RAC Oberflächengewässer: 64 μg Wirkstoff/L Wasser, (Grundlage: EC50 Algen (Skeletonema 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 mg/kg (für das Isopropylammonium-Salz von Glyphosat) Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz vom

69 Glyphosatnachweise Oberflächenwasser Bundländerarbeitsgemeinschaft 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

70 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