Auf der Spur des Anoplophora glabripennis oder wie interpretiere ich den Geruch eines Baumes

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1 Auf der Spur des Anoplophora glabripennis oder wie interpretiere ich den Geruch eines Baumes Prof. Dr. Peter Kaul Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften, Rheinbach IDT - Institut für Detektionstechnologien ISF Institut für Sicherheitsforschung Hochschule St. Augustin Hennef Rheinbach Lebenslauf Prof. Dr. rer. nat. Peter Kaul Akademische Ausbildung: Beruflicher Werdegang: Studium der Physik an der TU Braunschweig Studium der Physik an der RWTH Aachen Promotion in Physik an der Universität Gießen Jun. 92 Aug. 98 seit Aug. 98 wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der SICAN-Gruppe/ Hannover, gleichzeitige Durchführung der Promotionsarbeit Professor für Physik, Statistik und Messtechnik an der Hochschule, Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften Lehrgebiete Physik, Statistik und Messtechnik Hochschulaktivitäten Mai 02 Prodekan im Fachbereich Biologie, Chemie und Werkstofftechnik Mai 02 Okt 05 Prorektor für Lehre, Studium, Studienreform und Weiterbildung Okt.05 Nov. 07 Dekan im Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften seit 2011 Leitung des Instituts für Sicherheitsforschung (ISF) und des Instituts für Detektionstechnologien (IDT) Forschungsgebiete Chemische Sensorik und Detektionstechnologien Multisensorsysteme Instrumentelle (spektroskopische und chromatographische) Analytik Geruchsmessungen 1

2 H-BRS Standorte Campus Rheinbach 5 Bachelor-Studiengänge Applied Biology Business Administration Chemie mit Materialwissenschaften Naturwissenschaftliche Forensik Wirtschaftspsychologie 5 Master-Studiengänge Analytische Chemie und Qualitätssicherung Biomedical Sciences Materials Science and Sustainability Methods CSR & NGO-Management Wirtschafspsychologie 2

3 Asiatischer Laubholzbockkäfer, kurz ALB Anoplophora glabripennis Aber warum? Besonders gefährlicher Schadorganismus Quarantäneschädling Risikogruppe 3 spezielle Bekämpfungsmaßnahmen sind notwendig! Maßnahmen Fällung und Vernichtung aller befallenen Bäume Vorbeugende Fällungen im Umkreis von 200 m Einrichtung von Befalls- und Quarantänezonen (500 m und 2 km Radius) Regelmäßiges Monitoring in den nächsten 4 Jahren in den Zonen 3

4 Wer ist dieser eingeschleppte IDT Institute Schädling? for Detection Technologies Und wo kommt er her? 4

5 Nordamerika: USA (New York 1996, Illinois 1998, Chicago 1998, New Jersey 2002, Massachusetts 2008, Ohio 2011) Kanada (Toronto 2003) Siegen Europa: Österreich (Braunau 2001, Geinberg 2012) Italien (Corbetta 2007, Cornuda 2009) Frankreich (Gien 2003, St.-Anne-sur- Brivet 2004, Strassbourg 2008) Deutschland (Neukirchen 2004, Bornheim 2005, Weil 2011, Feldkirchen 2012,) Niederlande (Almere 2010, Winterswijk 2012) Schweiz (Brünisried 2011, Winterthur 2012) Großbritaninen (Kent 2012) ndheit%20quarant%c3%a4ne/quarant%c3%a4neschadorganismen/asiatische%20bockk%c3 %A4fer/LTZ-Dokumente_ALB_DL/Asiatischer%20Laubholzbockk%C3%A4fer%20- %20Anoplophora%20glabripennis%20%282016%29.pdf Asiatischer Laubholzbockkäfer - Anoplophora glabripennis Familie: Bockkäfer (Cerambycidae) Gattung: Anoplophora Heimat: Asien mit China, Korea und Taiwan Quelle: Julius-Kühn-Institut, Asiatischer Laubholzbockkäfer [1]; Der ALB in Deutschland [2] 5. CLB, links; ALB, rechts 10 5

6 Entwicklungszyklus von Eiablage bis Schlupf ca. 2 Jahre (Entwicklung ausschließlich im Holz vitaler Bäume) Weibchen legt bis zu 200 (60 120) Eier ab sehr standorttreu befällt und schädigt fast alle gesunden Laubbäume Laubgehölze wie Ahorn, Birke, Linde, Platane, Weide, Rosskastanie, Esche, Erle, Pappel, Weißdorn, Ulme u.a. (weltweit sind ca. 100 Wirtsbaumarten beschrieben) 6

7 Wie finde ich den ALB? Zu spät Ausbreitung findet schon statt Wie finde ich den ALB? Schwierig! 7

8 Ausbohrloch Zu spät Ausbreitung findet schon statt Eiablage mit Saftfluss Ausbohrloch Zu spät Ausbreitung findet schon statt 8

9 Wie finde ich den ALB? Als Larve! Als Larve im Baum! Und jetzt? Wie komme ich da ran? 9

10 CH 3 Fragestellung 1. Emittiert ALB nachweisbar Volatile? 2. Welche Volatile? 3. Gibt es ALB- spezifische Substanzen? H 3 C O CH 3 O O O O O CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C O O CH 3 Volatile: Substanzen, die leicht in die Gasphase gehen z.b. Wasser (Wäschetrocknen) Alkohol (Desinfektion) Quelle: Merck ChemDAT Die Merck Chemie Datenbank Odorants Aktivierung von Nasenrezeptoren Odours Volatile, kleine organische Moleküle Interpretation durch das Gehirn, beeinflusst von Erfahrung Lernen Kultur Interaction of one odour substance C 1 Molecule receptor interaction Concentration Chemical structure (molecule size and functional groups) Number of genes Intensity Compound 7 Receptor 1 Compound 6 Receptor 2 Compound 5 Receptor 3 Compound 4 Receptor 4 Compound 3 Receptor 5 Compound 2 Receptor 6 Compound 1 10

11 Odorants Aktivierung von Nasenrezeptoren Odours Volatile, kleine organische Moleküle Interpretation durch das Gehirn, beeinflusst von Erfahrung Lernen Kultur Fingerprint of an odour Molecule receptor interaction Concentration Chemical structure (molecule size and functional groups) Number of genes Receptor 1 Receptor 2 Receptor 3 Receptor 4 Receptor 5 Compound 3 Compound 2 Compound 5 Compound Compound 7 Compound 6 Intensity Receptor 6 Compound 1 >> Ätherische Öle sind flüchtige, stark riechende, lipophile Stoffgemische von ölartiger Konsistenz aus pflanzlichen Ausgangsstoffen << Man unterscheidet 2 Hauptverbindungsklassen: Terpen Verbindungen (Mono-, Sesquiterpene) Grundgerüst: Isopren-Einheiten: Phenylpropanderivate bestehen aus einem Benzolring [C6] und einer n-propylseitenkette [C3] hinzu kommen: Ester/ Lactone N- oder S beinhaltende Stoffe Quelle: Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft; M. Legrum LMU Pharmakologie Flavours and Fragrences, R. G. Berger Terpene, Breitmaier Geruchsstoffe 11

12 Das Problem: Der Baum riecht auch! Bestimmung ALB-spezifischer Volatile 12

13 Das Verfahren Verfahren zur Duftstoffanalyse am Baum Material, auf dem die Volatile festgehalten werden Umgebungsluft Adsorbens zur Analyse Pumpe 26 13

14 Erste Freilandmessungen Magdeburg im Februar 27 Probenahme am verdächtigen Baum Adsorptionsmaterial 14

15 Gasfluss Thermodesorptionseinheit Thermodesorption Cryo trap Gaschromatographie Massenspektrometrie Trennung Detektion und Analyse Abundance TIC: Octol RPII.D\data.ms Identifikation der Substanzen Time--> Sampling und Analyse der verschiedenen Proben mit Thermodesorptions- Gaschromatographie/ Massenspektrometrie Quelle: alle Bilder Ramona Makarow 15

16 Volatile von befallenem und nicht-befallenem Ahorn R T, min Substanz (+)-α-longipinene (+)-Cycloisosativene Healthy Acer Infested Acer Jeder Zacken ist mindestens eine Substanz! 31 Bestimmung ALB-spezifischer Volatile Identifikation von 5 relevanten Substanzen Anz Messungen ~ t Messung Einheimische ALB Käfer 7 10,5 h Larven h Käfer h Larven h Identifikation von 2 relevanten Substanzen Anz Messungen ~ t Messung Gesunder Acer 6 9 h ALB befallener Acer 53 79,6 h Identifikation von 5 relevanten Substanzen Anz Messungen ~ t Messung Gesunde Bäume h ALB Eiablagen h Σ Messzeit : 540 h Σ : 1400 h 16

17 Klappt super! Geht das auch anders? Spürhunde! Mobil Empfindlich Selektiv Trainierbar Freilaufend! 17

18 Hund als ALB Detektor Verifizierung der synthetischen Mischung Hund als ALB Detektor Suche nach synthetischer Mischung 18

19 Fazit: Der Asiatische Laubholzbockkäfer ist am Geruch erkennbar. Es können chemisch-analytische Methoden genutzt werden oder Spürhunde. Es können typische Geruchsstoffe identifiziert werden, die auch bei Larven im Baum nachgewiesen werden können. Diese Substanzen können zum Training der Hunde verwendet werden. Wichtig, da mit Käfern nicht im Freien gearbeitet werden darf! Danke für die Aufmerksamkeit Gefördert durch: In Zusammenarbeit mit: Pflanzenschutzdienst Bonn 19