Pflanzenschutz und Biodiversität in Agrarökosystemen

Der Wissenschaftliche Beirat des Nationalen Aktionsplan zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (NAP) berät das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Er hat zu den Wirkungen des Pflanzenschutzes auf die Biodiversität in Agrarökosystemen Stellung genommen. Die vorliegende Publikation beruht auf dieser Stellungnahme. Pflanzenschutz ist ein ertrags- und qualitätssichernder Faktor im Ackerbau und in noch größerem Maße in Sonderkulturen. Globale Meta-Analysen und Expertenauswertungen schätzen den potentiellen Ertragsausfall durch Schadorganismen je nach Nutzpflanze zwischen 17 und 40 % ein. Dieser wird mit direktem chemischen, biologischen oder physikalischen Pflanzenschutz und mit indirekten vorbeugenden, systembezogenen Maßnahmen verringert. Unter den vielen Wirkungen von Pflanzenschutzmitteln ist diejenige auf die Biodiversität eine schwer zu fassende. Die derzeitige intensive, betriebswirtschaftlich optimierte und international wettbewerbsfähige Landwirtschaft verändert multikausal die Landschafts- und Lebensräume, reduziert die Vielfalt der natürlichen Habitate und Agrarökosysteme, und wirkt sich damit negativ auf die Biodiversität vieler Artengruppen aus. Zudem beeinflusst auch der Klimawandel die Biodiversität in der Agrarlandschaft negativ. Der Rückgang der Biodiversität in der Agrarlandschaft ist markant. So haben Schmetterlings- und Vogelpopulationen seit 1990 bzw. 1980 um 50 % und die Biomasse der fliegenden Insekten seit 1989 um 75 % abgenommen. Arten- und Individuen-Anzahlen von Ackerwildkräutern, Amphibien, Fischen, empfindlichen Wirbellosen in Gewässern, Wildbienen, Schwebfliegen, Laufkäfern, Marienkäfern und vielen weiteren Organismengruppen nehmen ab. Von den 14 unmittelbar nutzungsabhängigen Offenland-Biotoptypen sind in Deutschland 80 % gefährdet. Weitere Lebensräume (Moore, Wald- und Ufersäume, Staudenfluren etc.) werden durch die landwirtschaftliche Nutzung in der Umgebung beeinträchtigt. Direkte und indirekte Wirkungen von Pflanzenschutzmitteln werden durch eine große Zahl von wissenschaftlichen Studien in Deutschland und im europäischen Umfeld dokumentiert. Die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (Insektizide, Fungizide, Herbizide) stellt in dem komplexen Gesamtsystem von Faktoren einen bedeutenden Einflussfaktor mit meistens signifikant negativen in Ausnahmefällen jedoch auch positiven Auswirkungen auf die Biodiversität in Agrarökosystemen dar. Pflanzenschutzmittel gelangen in und auf Pflanzen, Tiere und Böden, in die Atmosphäre sowie in Gewässer und Grundwasser; sie entfalten ihre schädlichen Nebenwirkungen in kurzen, aber auch sehr langen Zeiträumen. Sie können direkte toxische Wirkungen auf Nichtzielorganismen hervorrufen und indirekt Nahrung und Lebensräume einer Vielzahl von Organismen reduzieren. Hinzu kommen kumulative und sequenzielle Wirkungen, da Pflanzenschutzmittel häufig gemeinsam angewandt werden und eine kombinierte Wirkung von Umweltstressoren und Pflanzenschutzmitteln insbesondere bei Anwendung im Freiland relevant wird. Der Wissenschaftliche Beirat NAP schlägt daher folgende Maßnahmen für einen zukunftsfähigen Pflanzenschutz vor: 1. Die weitere Entwicklung der Biodiversität soll durch die Einführung eines repräsentativen, umfassenden und auf die Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln ausgerichtetes Langzeit-Biodiversitäts-Monitorings standardisiert beurteilt werden. 2. Das Zulassungsverfahren von Pflanzenschutzmitteln soll auf mögliche Lücken bei der Beurteilung von Wirkungen auf die Biodiversität auf der Basis des neusten Wissensstands überprüft werden, und diese Erkenntnisse sollen in die Novellierung des europäischen Zulassungsrechtes eingebracht werden. 3. Es sollen positive und negative Anreize für die landwirtschaftliche Praxis geschaffen werden, um die Anwendung von Pflanzenschutzmittel in der Praxis zu reduzieren. Dazu soll auch eine Abgabe auf Pflanzenschutzmitteln geprüft werden, und mittelfristig soll ein wissenschaftlich basiertes System der Internalisierung der Umweltkosten (True Cost Accounting) vorgeschlagen werden. 4. Integrierte Pflanzenschutzverfahren sollen durch Forschung und Beratung weiter gestärkt, in der Züchtung soll ein Schwerpunkt auf Schaderregertolerante oder -resistente Sorten gelegt wer¬den. 5. Die Rahmenbedingungen für den Ökologischen Landbau sollen weiter verbessert werden, um das Ziel der Bundesregierung, seinen Flächenanteil auf 20 % auszudehnen, möglichst schnell zu erreichen. 6. Im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) und der Agrarumweltmaßnahmen (ELER) sollen in deutlich größerem Umfang als bisher vielfältige Landschaftselemente, Habitate und in die Produktionsfläche integrierte ökologische Vorzugsflächen und Pufferzonen gefördert werden

NMR spectroscopic measurements of diffusion in heart

A decrease in the apparent diffusion coefficient (ADC) of water is becoming an important tool for the detection of acute and chronic brain disorders, yet it is not known whether changes in myocardial ADCs hold similar potential. Consequently, this work determined whether the ADCs of water or intracellular metabolites could be used to show ischaemia or cell swelling in the isolated rat heart. A modified STEAM pulse sequence was designed to measure the ADCs of the 1H-NMR detectable metabolites, taurine and creatine, with 4 min time resolution in a 3 mm myocardial slice. Experiments included the measurement of: a) metabolite diffusion coefficients and diffusion tensors in solutions, and ADCs and diffusion tensors in the isolated, KCl-arrested rat heart; b) taurine and creatine content during 32 min total, global ischaemia in the isolated rat heart; c) metabolite and water ADCs before, during and after ischaemia; and d) changes in average cardiomyocyte diameter during perfusion and ischaemia using the taurine ADC measurements. At a diffusion time of 50 ms, the myocardial ADCs were 1.06 x 10-3 mm2/s for water, 0.29 x 10-3 mm2/s for taurine and 0.26 x 10"3 mm 2 /s for creatine. Neither taurine nor creatine was lost from the heart during ischaemia, making either suitable for ischaemic diffusion measurements. Contrary to changes in the brain, myocardial water and taurine ADCs remained constant during ischaemia; however, the total creatine ADC increased by 35% which was shown to result from hydrolysis of PCr to creatine. Using the taurine ADC measurements at diffusion times between 50 ms and 1510 ms, the average myocyte diameter was calculated to be 40 μm during perfusion and 27 μm by the end of ischaemia. The decrease in myocyte diameter indicates that the buffer perfused heart is highly oedematous. This is the first time that: 1) metabolite ADCs have been measured in isolated heart, and 2) NMR spectroscopy has been used to determine the myocyte diameter. Thus ADC changes may not have potential for detecting ischaemia in the heart, although the measurement of myocyte diameter using taurine ADCs could indicate myocardial oedema.</p

In vivo monitoring of liposomal encapsulated siRNA delivery

RNA interference (RNAi) is being widely explored as a means of tumour therapy due to the specific and potent silencing of targeted genes. However, in vivo delivery of RNAi effectors, such as small interfering RNA (siRNA) and detection of delivery is fraught with problems. In this thesis a novel theranostic PEGylated siRNA nanoparticle, termed liposome encapsulated siRNA (LEsiRNA) was developed and tested in vitro and in vivo. The LEsiRNA nanoparticles were formulated to be MR sensitive and contain labels for fluorescence microscopy/histology. The nanoparticles were shown to be an ideal size for in vivo delivery, under 100 nm, stable over 4 days and have a MR relaxivity better than the clinically used contrast agent Dotarem. The LEsiRNA nanoparticles were tested in vitro to assess their suitability for use in vivo. It was found that incubation of the particles with cells led to a decrease in protein level of the targeted cancer gene, Survivin, an inhibitor of apoptosis. In vivo assessment of the LEsiRNA nanoparticles demonstrated their potential as a theranostic agent, delivering therapy, while simultaneously allowing monitoring of tumour delivery. The LEsiRNA nanoparticles, administered by intravenous injection, were shown to accumulate in xenograft tumours by MRI at 16 and 24 hours post administration. Fluorescence microscopy of ex vivo tumour samples was used to corroborate the MR results and simultaneously demonstrate co-localisation of nanoparticles and siRNA within the tumours. The LEsiRNA nanoparticle-mediated delivery of the anti-cancer Survivin siRNA caused a significant reduction in both Survivin expression and tumour growth when compared to controls. These results suggest that LEsiRNA nanoparticles can be valuable as an in vivo delivery agent for siRNA therapy to tumours. As a way to non-invasively assess the tumour therapy effect caused by the Survivin LEsiRNA nanoparticles, an MR contrast agent targeted to apoptotic cells was investigated. This agent was tested in vitro and found, by MRI, to selectively bind to apoptotic cells. This suggests that the agent could be used in vivo to give an early prognosis, after a therapeutic intervention, without the need for an invasive biopsy. The favourable biodistribution of the LEsiRNA nanoparticles to tumours and the subsequent successful functional delivery of Survivin siRNA, with simultaneous monitoring by MRI, suggests that these LEsiRNA nanoparticles have real potential for the future treatment of cancer. The ability to non-invasively detect the effect of the LEsiRNA nanoparticles on tumours in vivo, afforded by the apoptotic targeted contrast agent, is also paramount for future clinical applications. Therefore, these two agents have great potential in the treatment and prognosis of cancer.EThOS - Electronic Theses Online ServiceBBSRC, MRC and AstraZenecaGBUnited Kingdo

Muscle sympathetic nerve activity is associated with liver insulin sensitivity in obese non-diabetic men

Introduction: Muscle sympathetic nerve activity (MSNA) may play a role in insulin resistance in obesity. However, the direction and nature of the relationship between MSNA and insulin resistance in obesity remain unclear. We hypothesized that resting MSNA would correlate inversely with both muscle and liver insulin sensitivity and that it would be higher in insulin-resistant vs. insulin-sensitive subjects. Materials and methods: Forty-five non-diabetic obese subjects were studied. As no significant relationships were found in women, the data presented in on 22 men aged 48 ± 12 years. Two-step (15 and 80 mU/m2/min) hyperinsulinaemic-euglycaemic clamps were performed using deuterated glucose to determine liver and muscle insulin sensitivity. Clinical and metabolic parameters were assessed. MSNA was measured via a microelectrode inserted percutaneously into the common peroneal nerve. Results: MSNA burst frequency correlated inversely with liver insulin sensitivity (r = −0.53, P = 0.02) and positively with the hepatokines C-reactive protein (CRP) and fibroblast growth factor (FGF)-19 (r = 0.57, P = 0.006, and r = −0.47, P = 0.03, respectively). MSNA burst frequency was lower in Liversen compared to Liverres (27 ± 5 vs. 38 ± 2 bursts per minute; P = 0.03). Muscle insulin sensitivity was unrelated to MSNA. Discussion: Sympathetic neural activation is related to liver insulin sensitivity and circulating hepatokines CRP and FGF-19 in non-diabetic obese men. These results suggest a potential hepato-endocrine-autonomic axis. Future studies are needed to clarify the influence of MSNA on liver insulin sensitivity in men