Einfluss von Glyphosat auf die Tiergesundheit
Monika Krüger
Institut für Bakteriologie und Mykologie, Universität Leipzig
ZIM
Glyphosat-Anwendung
• Zurzeit ca. 70 Präparate
• 45 Anwendungsbereiche
LW
Unkrautbekämpfung auf Äcker, Weiden,
Wiesen
Vorerntesikkation Totspritzen von Kartoffeln
ZIM
Glyphosat-Anwendung
• Gartenbau
• Feldgemüsebau
• Obstbau
• Weinbau
• Baumschulen
• Forst
• Zierpflanzenbau
• Nichtkulturland, z.B. Bahngleise
ZIM
Fluch und Segen von Agrochemika-
lien in der industrialisierten Landwirt-
schaft und ihre Rückwirkungen auf
Menschen, Tiere und Natur
ZIM Umweltinstitut München, 2012
BUND 2012
Glyphosat
Wirkstoff des Totalherbizids Roundup
Anwendung seit 1974 (USA)
derzeit in > 100 Ländern weltweit verwendet
ZIM
Glyphosat
• Def. Glyphosat ist ein systemisches und nicht-selektives Herbizid, dass sowohl in der Landwirtschaft als auch in nichtlandwirt-schaftlichen Gebieten weltweit verwendet wird. (WHO, 1994)
ZIM
INTERNATIONAL PROGRAMME ON CHEMICAL SAFETY ENVIRONMENTAL HEALTH CRITERIA 159
Glyphosatwirkung
Starker Chelator, jedes Kation wird chelatiert Mg, Ca, K, Zn, Co, Mn usw. (bildet Komplexe mit Kationen )
Kationen (Spurenelemente) sind dann für
Pflanzen und Tiere nicht mehr verfügbar
CIM
• Zusätzlich zu reduzierten aromatischen Aminosäuren entsteht bei Glyphosat-empfindlichen Pflanzen Mangel an Serin, Glycin und Methionin
• Starker NH3-Anstieg in G-empfindlichen Pflanzen
Wirkungsmechanismus
ZIM
EU-Marktzulassung von RR-Soja
• 1996 Zulassung der RR-Sojabohne (Monsanto) für Import und Verarbeitung zu Lebens- und Futtermitteln in der EU (ohne Kennzeichnungspflicht)
• 2004 erst Kennzeichnung der Importe als gvo
ZIM
Glyphosat-Anwendung
• Zurzeit ca. 70 Präparate
• 45 Anwendungsbereiche
LW
Unkrautbekämpfung auf Acker, Weiden, Wiesen
Vorerntesikkation
Totspritzen von Kartoffeln
ZIM
Glyphosat-Anwendung
• Gartenbau
• Feldgemüsebau
• Obstbau
• Weinbau
• Baumschulen
• Forst
• Zierpflanzenbau
• Nichtkulturland, z.B. Bahngleise
ZIM
Gründe für häufige Anwendung
• Hersteller attestierte folgende Eigenschaften:
• hohe Unkrautvernichtungseffektivität
• geringe Toxizität für Nichttargetorga-nismen
• geringes Risiko des Durchsickerns in das Grundwasser, da feste Adsorption an Bodenteile
• relativ schnelle Degradierung (Borggaard und Gimsing, 2008)
ZIM
Eigenschaften von Glyphosat
• geringes Molekulargewicht
• gute Wasserlöslichkeit, pH-stabil
• schnelle Aufnahme, Absorption und Translokation in Pflanzenge-webe
ZIM
Glyphosat - Wirkungsmechanismus
Behindert alle Proteine und Wirkstoffe, die die drei aromatischen Aminosäuren benötigen, Tannin, Lignin, Flavonoide etc, Wuchsstoffe.
ZIM
Bakterien Pilze Protozoen Algen
Vit. KK
Pflanzlicher Umgang mit Glyphosat
• Wird nicht von Pflanze degradiert
• Wird systemisch in Pflanze verteilt
• Pflanzen mit starker Bewurzelung transpor-tieren G in sehr tiefe Regionen mit geringem MO-Anteil
ZIM
Einfluss von Glyphosat auf Mikronährstoffaufnahme und Nährstofftranslokation in Pflanzen Eker et al. 2006
ZIM
Konsequenzen für die Pflanzen
• Werden empfindlicher für Krankheiten
• Reduzierung der Nährstoffverfügbarkeit
• Anwachsen der bodenbürtigen Erkran-kungen, besonders der Pilzerkrankungen
• Steigerung des Fungizideinsatzes
ZIM
Glyphosat im Boden
• Persistenz und Transport hängen vom Bodentyp, Klima, MO und Bodenbearbeitung
• Nichtdegradiertes G bindet an Bodenmatrix oder löst sich in Wasser und wird ausge-waschen
• Starke Kationen wie Fe 2+ oder Al 3+ bilden mit G Verbindungen, die sehr langsam degradiert werden
• Ausbringung im Herbst verlängert Abbauzeit
(Helander et al. 2012) ZIM
Glyphosat im Boden
• pH-Wert ist entscheidend für Bodenbindung, je saurer umso besser ist Bodenbindung
• Bodenbakterien bauen ab zu:
1. AMPA
2. Sarcosin
+ Je mehr G im Boden umso größer ist der Selektionsdruck auf Boden-MO
ZIM
Glyphosat im Boden
• Durch Phosphatdüngung (mineralisch oder Gülle/Gärrest) wird an Bodenmatrix absorbiertes G frei gesetzt
• G beeinflusst die Biodiversität des Bodens
• Zurzeit sind 20% der Unkräuter G-resistent
ZIM
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)
Unerwartete Effekte
• Sorption und Degradierung des Wirk-stoffes hängt von Bodenstruktur ab
• Unter Umständen kann Glyphosat in Nahrungskette gelangen
ZIM
(WHO, 1994)
Glyphosatreste in Rinder-, Schweine- und Geflügelfleisch, Eiern, Milch
bisher als vernachlässigbar eingeschätzt, wenn Tiere Diät erhalten, die nicht
mehr als 100 mg/kg Glyphosat und AMPA enthält
Glyphosat –Aufnahme bei Säugetieren
• 20-30 % nach oraler Aufnahme im oberen Teil des Magen-Darm-Trakts absorbiert
• Nach 5-6h Maximalwert im Blut
• Verteilung im extravasalen Gewebe
• Eliminationshalbwertzeit 14,4 h
• Akkumulation in Geweben
ZIM
(Brewster et al. 1991)
(Paganelli et al. 2010)
Glyphosatabbau in Umwelt
• Hauptmetabolit = AMPA (toxisch)
• Hydrolyse: 6,3% nach 32d bei pH 5, 7, 9 und 5°C sowie 35°C (Monsanto, 1987)
• Photodegradation: <1%
• Bakterieller Abbau, Biodegradation: aerob>anaerob
Pseudomonas spp., Laktosespalter nutzen G als P-Quelle
ZIM
ENVIRONMENTAL HEALTH CRITERIA 159, 1994
Glyphosat-Quellen
• Futterimporte - GVO-Soja, GVO- Raps, GVO-Mais
• Getreide und Stroh nach Vorernte-Sikkation
• Kontaminiertes Brunnenwasser
ZIM
Glyphosat-resistente Pflanzen
• Resistenz beruht auf einem zusätzlichen Resistenzgen aus Agrobacterium tumefaciens
• G-sensible Unkräuter können so auf dem Acker bekämpft werden
• G-resistente Pflanzen (Soja, Mais, Raps, Baumwolle, Luzerne) nehmen G trotzdem auf !!!!!!
ZIM
GVO
EU-Marktzulassung von RR-Soja
• 1996 Zulassung der RR-Sojabohne (Monsanto) für Import und Verarbeitung zu Lebens- und Futtermitteln in der EU (ohne Kennzeichnungspflicht)
• 2004 erst Kennzeichnung der Importe als gvo
ZIM
RR= Roundup Ready (Monsanto)
ZIM
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
24.05.2012
Beispiele
Glyphosatgehalte in Futtermitteln
ZIM
Futtermittel Nutztiere Glyphosatgehalt
mg/kg
Rindermischpellets Mö 0,971
Rindermischpellets Da 0,765
Rindermischpellets Po 0,507
Rübbenschnitzel 0,002
Wildpellets 0,506
Weizen geschält 0,131
Garlix Leckmasse 2,6
Eicheln 0,309
Mais 0,035
Rindermischpellets Fakultät 0,131
Nachweis von Glyphosat in Hundefutter
ZIM
Probe Glyphosat mg/kg
1 0,035
2 0,129
3 0,074
4 0,231
5 0,352
6 0,152
7 0,094
8 1,735
9 0,928
10 1,456
11 0,912
12 1,194
Urin „Hund“ 1,41 ng/ml
Nachweis von Glyphosat im Urin von dänischen Milchkühen (n=240)
ZIM Krüger et al., J Environ Anal Toxicol 2013
Glyphosatnachweis in Urinen deutscher Milchkühe (n=258)
gly
ph
osate
(ng/m
l)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
farm
ZIM
Vergleich Glyphosat-Konzentrationen im Urin von Kühen aus konventioneller und ökologischerTierhaltung
n=343 n=32
ZIM
*
*
*p<0,05
Glyphosatnachweis in Organen und Geweben missgebildeter Ferkel
ZIM
0,87 – 1,13 ppm Glyphosat im Sauenfutter (erste 40 T.d) 1/260 Ferkel missgebildet 0,25 ppm Glyphosat: 1/1432missgebildet
Ergebnis der mikrobiologischen Untersuchung von Kot und des Glyphosatnachweis im Urin bei Sauen 1
Woche p.p. Sauen-Nr
Aerobe GKZ
Gram-neg. GKZ
C. baratii
C. perfr. Typ A
Hefen Glyphosat ng/ml
5229 1,2x107 1,45x106 9x107 2x107 1,5x104 28,1
7796 8x105 5,2x105 - 3x107 2x103 41,6
5483 2x106 3x105 - 2x106 <103 25,8
5763 1,45x106 1,6x105 2x106 9x106 <103 47,4
4957 1x106 3x104 3x105 <103 2x103 36,6
5097 1,45x106 1,4x105 4x105 2x103 2x103 35,6
5303 1,15x106 1,2x106 1,1x107 <103 <103 30,8
11837 3,5x107 1,05x107 - 9x106 3,6x103 >80,0
16792 2,35x108 1,85x108 - 6x105 1x103 25,2
5111 3,5x106 9x105 - 1,5x104 <103 35,2
Gründe für häufige Anwendung
• Hersteller attestierte folgende Eigen-schaften:
• hohe Unkrautvernichtungseffektivität • geringe Toxizität für Nichttargetorganismen • geringes Risiko des Durchsickerns in das
Grundwasser, da feste Adsorption an Boden-teile • relativ schnelle Degradierung (Borggaard und Gimsing, 2008)
ZIM
Glyphosatabbau
• Hauptmetabolit = AMPA
• Hydrolyse: 6,3% nach 32d bei pH 5, 7, 9 und 5°C sowie 35°C (Monsanto, 1987b)
• Photodegradation: <1%
• Bakterieller Abbau, Biodegradation: aerob>anaerob
Pseudomonas spp., Laktosespalter nutzen G als P-Quelle
ZIM
ENVIRONMENTAL HEALTH CRITERIA 159, 1994
Eigenschaften von Glyphosat
• geringes Molekulargewicht
• gute Wasserlöslichkeit
• schnelle Aufnahme, Absorption und Translokation in Pflanzenge-webe
ZIM
Unerwartete Effekte
• Sorption und Degradierung des Wirk-stoffes hängt von Bodenstruktur ab
• Unter Umständen kann Glyphosat in Nahrungskette gelangen
• Glyphosatreste in Rinder-, Schweine- und Geflügelfleisch, Eiern, Milch bisher als vernachlässigbar eingeschätzt, wenn Tiere Diät erhalten, die nicht mehr als 100 mg/kg Glyphosat und AMPA enthält
ZIM
(WHO, 1994)
Glyphosat –Aufnahme bei Säugern
• 20-30 % nach oraler Aufnahme im oberen Teil des Magen-Darm-Trakts absorbiert
• Nach 5-6h Maximalwert im Blut
• Verteilung im extravasalen Gewebe
• Eliminationshalbwertzeit 14,4h
• Akkumulation in Geweben
ZIM
(Brewster et al. 1991)
(Paganelli et al. 2010)
Glyphosatwirkung
• nichtselektives Blattherbizid, systemi-sche Wirkung
• Bei Pflanzen und einigen Mikroorganis-men Bildungshemmung essentieller aromatischer Aminosäuren – Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan durch Hemmung der 5-Enolpyruvylshikimat-3-Phosphatsynthase im Shikimat-Kreislauf.
ZIM
Glyphosat - Wirkungsmechanismus
Behindert alle Proteine und Wirkstoffe, die die drei aromatischen Aminosäuren benötigen, Tannin, Lignin, Flavonoide etc, Wuchsstoffe.
ZIM
Bakterien Pilze Protozoen Algen
Vit. KK
Glyphosatwirkung
• Reduktion der Proteinsythese in Pflan-zen und Mikroorganismen durch Fehlen der aromatischen Aminosäuren
• Vermindertes Wachstum, Zellzerstö-rung und Tod von Pflanzen/Mikroorga-nismen verursacht.
ZIM
Glyphosatwirkung
Starker Chelator (bildet Komplexe mit Kationen )
Kationen (Spurenelemente) sind für
Pflanzen und Tiere nicht verfügbar
CIM
Glyphosat und Magen-Erosionen
ZIM
Nicht-GMO-Futter Nicht-GMO-Futter (milde Veränderungen)
GMO-Futter (moderate Veränderungen)
GMO-Futter (schwere Veränderungen)
Carman et al. 2013
Ergebnisse Glyphosat-Fütterungsstudie
• 22-Wochen-Studie • Hauptergebnisse Uteri von GVO-Tieren 25% schwerer als Nicht- GVO (p=0,025) Schwere Magenentzündungen bei männliche Tieren GVO 32% (4fach), 12% bei Nicht-GVO (p=0.041), bei weiblichen 2,2fach erhöht.
ZIM
Carman et al. 2013
EPSPS-Klassen bei Bakterien
• Klasse I – EPSPS: empfindlich für Glyphosat in mikromolarer Konzen-tration
• Klasse II – EPSPS: noch in Anwesen-heit von Glyphosat enzymatisch aktiv
• Klasse I und Klasse II 30% Aminosäure-homologie
ZIM
EP-Patent 2 327 785 A2: EPSP-Synthase Domänen, die bei Bakterien für Glyphosat-
Resistenz kodieren (2011)
• Glyphosat hemmt aromatische Aminosäure- Biosynthese
• Tötet nicht nur Pflanzen, sondern ist auch toxisch für Bakterienzellen
• Es hemmt viele bakterielle EPSP-Synthasen,
bestimmte bakterielle EPSP- Synthasen haben hohe Toleranz für Glyphosat
ZIM
Bakterien mit hoher Glyphosattoleranz
(EP 2 327 785 A2)
• Enterobacterium spp.
• C. perfringens • C. acetobutylicum
• Fusobacterium nucleatum
• Pseudomonas vesicularis
• Escherichia coli
• Salmonella Typhimurium • Bacillus subtilis
• C. tetani
• Ochrobacter/Brucella ZIM
Glyphosatwirkung auf Fusarien
F. poae
F. graminearum
F. proliferatum
F. verticillioides
F. sporotrichioides
ohne GP 0,1mg/ml 1mg/ml 10mg/ml
3d Wachstum auf
Sabouraudagar
ZIM
ZIM
Inhibition of C. botulinum by commensale bacteria
E. faecalis
E. faecalis
(Sullivan et al. 1988)
Einfluss verschiedener E. faecium- Konzentrationen auf BoNT B Expression
ZIM
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
l
Einfluss von Glyphosat auf das Wachstum von E. faecalis
ZIM
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
Maßnahmen
1. Langfristige Ziele
Wiederherstellung der Funktionalität der
Kreislaufsysteme Boden-Pflanze-Tier-
Mensch durch Reduktion, besser Be-
seitigung der Glyphosat-Einträge in die
Systeme.
ZIM
Maßnahmen 2. Kurz-mittelfristige Ziele Neutralisierung der G-Wirkung 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
ZIM
Huminsäuren
• Natürliche Stoffe im Boden, die durch Abbau von Pflanzenmaterial sowie Metabolismus von Mikroorganismen entstehen
ZIM
Reduktion der Glyphosatausscheidung über
Urin durch Huminsäureapplikation
0
5
10
15
20
25
30
0 W 4 W 10 W 14 W 18 W 22 W 26 W
Gly
ph
os
ate
in
uri
ne
(n
g/m
l)
*******
Huminsäuren kein Zusatz Pflanzenkohle
Biokohle +Sauerkrautsaft
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