Aufnahme, Verteilung und Metabolismus von anthropogenen klärschlammbürtigen organischen Verbindungen in landwirtschaftlich genutzten Pflanzen - [kumulative Dissertation]

Abstract

Anthropogene organische Verbindungen, die in Kläranlagen nur ungenügend abgebaut werden, gelangen durch die Klärschlammdüngung auf Ackerflächen. Die mögliche Aufnahme dieser Kontaminanten in die Nutzpflanzen und der Transfer in die Nahrungskette können zur chronischen Exposition von Mensch und Nutzvieh führen. Durch ihre Metabolisierung in Pflanzen können zudem unbekannte Produkte gebildet werden. In dieser Arbeit wurden Aufnahme und Verteilung der Klärschlammkontaminanten Triclosan (TCS), Galaxolid® und Tonalid® in Karotten, Gerste und Wiesen-Schwingel aus dotierten Böden in Gewächshausexperimenten untersucht und mittels GC-MS quantitativ erfasst. Die Metabolisierung von TCS wurde in Karottenzellkulturen erfasst. Mittels HPLC-MS wurden 8 Phase-II-Metaboliten aufgeklärt, die auch in den TCS exponierten Karottenpflanzen nachgewiesen wurden. In weiterführenden Studien wurde die Metabolisierung von TCS in Meerrettich-Haarwurzelkulturen erfasst. In diesen Kulturen wurden mittels UPLC-QToF-MS 33 Metaboliten nachgewiesen und für 23 Strukturvorschläge erarbeitet. Darunter waren neben Phase-II auch Phase-I+II-Metaboliten.

Anthropogenic organic chemicals, which partly persist in the wastewater treatment process and accumulate in the sewage sludge, enter the agro-environment by the use of sewage sludge as fertilizer. The possible uptake of these contaminants and their transfer into the food web may lead to a chronic exposure of humans and livestock. The metabolization of the incorporated compounds in plants may lead to the formation of unknown metabolites. In the present work the uptake and distribution of the typical sewage sludge contaminants triclosan (TCS), galaxolide®, and tonalide® by carrot, barley, and meadow fescue plants from spiked soils was investigated in greenhouse experiments and quantified by GC-MS. The metabolization of TCS was determined in a carrot cell culture and 8 phase II metabolites were elucidated by HPLC-MS. Subsequently, these metabolites could be determined in the roots of TCS exposed carrot plants. In additional studies, the metabolization of TCS in a horseradish hairy root culture was determined and 33 metabolites were detected by UPLC-QToF-MS. Structure proposals were elaborated for 23 metabolites, which were phase II and phase I+II metabolites.