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Doctoral Thesis
2022
Charakterisierung der Qualität von Blütenpollen in unterschiedlichen Regionen Baden-Württembergs
Charakterisierung der Qualität von Blütenpollen in unterschiedlichen Regionen Baden-Württembergs
Abstract (English)
Honey bees (Apis mellifera) collect nectar and pollen from plants to feed their brood. Pollen provides a wide range of nutrients, such as proteins and lipids, but also carbohydrates, vitamins and enzymes. Because of these ingredients, pollen is also attractive to humans and is used as a dietary supplement.
However, honey bees collect pollen not only from wild plants, but also from flowering crops grown in agriculture. Accordingly, contamination from plant protection products can be found in bee pollen and bee bread. In order to get a deeper insight into the occurrence and distribution of pesticide residues during an entire season, a total of 102 daily pollen samples were collected from April to July 2018 using pollen traps in an orchard in southern Germany. Almost 90% of the pollen samples showed detectable levels of pesticide residues. A total of 29 pesticides were detected in the samples, with more than half being fungicides, followed by insecticides and herbicides. Maximum concentrations of up to 4500 ng/g could be measured at the end of April. Samples collected in early May and late June also showed high levels of pesticides. A general risk management was performed to assess the risk of the detected pesticide concentrations for honey bees.
The microbial quality of bee pollen is highly dependent on its botanical and geographic origin, as well as climatic conditions and post-harvest processing steps by the beekeeper. If no processing steps such as freezing or drying follow after harvest, the growth of microorganisms can be promoted and the pollen quality can be influenced by negative side effects such as fermentation or the production of mycotoxins. Bacterial and fungal colonies can be determined both by culture-dependent methods such as colony counting on plates and by culture-independent methods such as 16-rRNA amplicon sequencing.
Following the hypothesis that storage conditions influence the composition of microorganisms in bee pollen, freshly harvested bee pollen was stored for seven days in June 2018 and 2019 under defined conditions (cold, room temperature, warm) and analyzed by sequencing 16S and 18S PCR amplicons. The bacterial community varied slightly between the sites studied and showed no significant difference between the storage conditions. The fungal community showed significant differences both between the studied sites and between the different storage conditions. The dominant fungal genera in the pollen samples were Cladosporium, Aspergillus and Zygosaccharomyces. While Cladosporium was most dominant in freshly collected pollen and the percentage decreased during storage, Aspergillus and Zygosaccharomyces showed a significant increase especially under warm storage conditions. Other contaminants naturally produced by plants can also have negative impacts on human health. Pyrrolizidine alkaloids belong to a group of phytochemicals, of which more than 600 structures are known in around 3% of all flowering plants worldwide. PA are known to be able to cause both acute poisoning and chronic damage or cancer in animals and humans. In July 2019, pollen was collected at 57 locations in Baden-Württemberg and analyzed for 42 different PAs and their N-oxides in order to expand knowledge about PA contamination in pollen and to be able to estimate the risk of the concentrations. A total of 22 different PAs were detected in over 90% of all samples examined. Only 5% of the PA were obtained as PA from plants of Senecio sp. identified, while 95% of PAs with a botanical background are from Echium sp. and Eupatorium sp. could be identified. The maximum total concentration of PA per sample was determined to be 48,400 ng/g. According to the risk values calculated by the BfR, however, 42% of the samples represented an increased risk to human health.
Abstract (German)
Honigbienen (Apis mellifera) sammeln zur Versorgung ihrer Brut neben Nektar auch Pollen von Pflanzen. Pollen liefern ein breites Spektrum an Nährstoffen, wie Proteine und Lipide, aber auch Kohlenhydrate, Vitamine und Enzyme. Aufgrund dieser Inhaltsstoffe ist Pollen auch für den Menschen attraktiv und wird als Nahrungsergänzungsmittel verwendet.
Honigbienen sammeln jedoch nicht nur Pollen von Wildpflanzen, sondern auch von blühenden Kulturen, die in der Landwirtschaft angebaut werden. Dementsprechend können Kontaminationen von Pflanzenschutzmitteln in Blütenpollen und Bienenbrot gefunden werden. Um einen tieferen Einblick über das Auftreten und die Verteilung von Pestizidrückständen während einer ganzen Saison zu erhalten, wurden von April bis Juli 2018 insgesamt 102 täglich gesammelte Pollenproben mit Hilfe von Pollenfallen in einem Obstanbaugebiet in Süddeutschland gesammelt. Nahezu 90% der Pollenproben zeigten nachweisbare Konzentrationen an Pestizidrückständen. Insgesamt konnten 29 Pestizide, mit mehr als die Hälfte an Fungiziden, gefolgt von Insektiziden und Herbiziden in den Proben nachgewiesen werden. Maximale Konzentrationen von bis zu 4500 ng/g konnten Ende April gemessen werden. Auch Proben die Anfang Mai und Ende Juni gesammelt wurden, wiesen hohe Pestizidkonzentrationen auf. Ein allgemeines Risikomanagement wurde durchgeführt, um das Risiko der nachgewiesenen Pestizidkonzentrationen für Honigbienen abzuschätzen.
Die mikrobielle Qualität von Blütenpollen hängt stark von der botanischen und geografischen Herkunft, sowie den klimatischen Bedingungen und den Verarbeitungsschritten des Imkers nach der Ernte ab. Folgen nach der Ernte keine Verarbeitungsschritte wie Einfrieren oder Trocknung, kann das Wachstum von Mikroorganismen gefördert und die Pollenqualität durch negative Nebenwirkungen wie Fermentation oder Produktion von Mykotoxinen beeinflusst werden. Bakterien- und Pilzkolonien können sowohl durch kultivierungsabhängige Methoden wie Koloniezählung auf Platten als auch durch kultivierungsunabhängige Methoden wie der 16-rRNA-Amplikon Sequenzierung bestimmt werden.
Nach der Hypothese, dass Lagerbedingungen die Zusammensetzung von Mikroorganismen in Blütenpollen beeinflussen, wurde frisch geernteter Blütenpollen im Juni 2018 und 2019 sieben Tage lang unter definierten Bedingungen (kalt, Raumtemperatur, warm) gelagert und durch Sequenzierung von 16S- und 18S-PCR-Amplikons analysiert. Die Bakteriengemeinschaft variierte geringfügig zwischen den untersuchten Standorten und zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den Lagerbedingungen. Die Pilzgemeinschaft zeigte signifikante Unterschiede sowohl zwischen den untersuchten Standorten als auch zwischen den verschiedenen Lagerbedingungen. Die dominierenden Pilzgattungen in den Pollenproben waren Cladosporium, Aspergillus und Zygosaccharomyces. Während Cladosporium in frisch gesammeltem Pollen am dominantesten zu finden war und der prozentuale Anteil während der Lagerung abnahm, zeigten Aspergillus und Zygosaccharomyces eine signifikante Zunahme insbesondere unter warmen Lagerbedingungen. Auch andere, natürlich von Pflanzen produzierte Kontaminationen können negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Pyrrolizidinalkaloide gehören zu einer Gruppe von sekundären Pflanzenstoffen, von denen mehr als 600 Strukturen in rund 3% aller blühenden Pflanzen weltweit bekannt sind. PA sind bekannt, sowohl akute Vergiftungen als auch chronische Schädigungen oder Krebs bei Tieren und Menschen auslösen zu können. Um das Wissen über PA-Kontaminationen in Blütenpollen zu erweitern und das Risiko der Konzentrationen abschätzen zu können, wurden im Juli 2019 an 57 Standorten in Baden-Württemberg Blütenpollen gesammelt und auf 42 verschiedene PA und deren N-Oxide untersucht. Insgesamt wurden in über 90% aller untersuchten Proben 22 verschiedene PAs nachgewiesen. Nur 5% der PA wurden als PA von Pflanzen der Senecio sp. identifiziert, während 95% der PA mit botanischem Hintergrund von Echium sp. und Eupatorium sp. identifiziert werden konnten. Die maximale Konzentration der Summe an PA pro Probe wurde mit 48‘400 ng/g bestimmt. Nach den berechneten Risikowerten des BfR stellten jedoch immerhin 42% der Proben ein erhöhtes Risiko für die menschliche Gesundheit dar.
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Apicultural State Institute
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2022-02-17
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Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
570 Biology
Collections
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Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Friedle2022,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6705},
author = {Friedle, Carolin Gertrud Maria},
title = {Charakterisierung der Qualität von Blütenpollen in unterschiedlichen Regionen Baden-Württembergs},
year = {2022},
school = {Universität Hohenheim},
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