Prof. Dr. Peter Kaul Fachbereich ... - uni-siegen.de · seit Aug. 98 Professor für Physik,...

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Bonn-Rhein-SiegUniversity of Applied Sciences

ISF Institute for Safety and Security ResearchIDT Institute for Detection Technologies

Auf der Spur des Anoplophora glabripennis

oder

wie interpretiere ich den Geruch eines Baumes

Prof. Dr. Peter Kaul

Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften, RheinbachIDT - Institut für Detektionstechnologien

ISF – Institut für Sicherheitsforschung

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

St. Augustin Hennef Rheinbach



Akademische Ausbildung:

Studium der Physik an der TU BraunschweigStudium der Physik an der RWTH AachenPromotion in Physik an der Universität Gießen

Beruflicher Werdegang:

Jun. 92 – Aug. 98 wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der SICAN-Gruppe/ Hannover, gleichzeitige Durchführung der Promotionsarbeit

seit Aug. 98 Professor für Physik, Statistik und Messtechnik an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften

Lehrgebiete Physik, Statistik und Messtechnik

Hochschulaktivitäten1999 - Mai 02 Prodekan im Fachbereich Biologie, Chemie und WerkstofftechnikMai 02 – Okt 05 Prorektor für Lehre, Studium, Studienreform und WeiterbildungOkt.05 – Nov. 07 Dekan im Fachbereich Angewandte Naturwissenschaftenseit 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

Lebenslauf Prof. Dr. rer. nat. Peter Kaul

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H-BRS Standorte



Campus Rheinbach5 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

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Asiatischer Laubholzbockkäfer, kurz ALBAnoplophora 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

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ISF Institute for Safety and Security ResearchIDT Institute for Detection TechnologiesWer ist dieser eingeschleppte Schädling?

Und wo kommt er her?



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Nordamerika: • USA (New York 1996, Illinois 1998,

Chicago 1998,• New Jersey 2002, Massachusetts

2008, Ohio 2011)• Kanada (Toronto 2003)

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, Feldkirchen2012,)

• Niederlande (Almere 2010, Winterswijk 2012)

• Schweiz (Brünisried 2011, Winterthur 2012)

• Großbritaninen (Kent 2012)

http://www.ltz-bw.de/pb/site/pbs-bw-new/get/documents/MLR.LEL/PB5Documents/ltz_ka/Arbeitsfelder/Pflanzenschutz/Pflanzengesundheit%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

Siegen



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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

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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)

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



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Wie finde ich den ALB?

Zu spät – Ausbreitung findet schon statt



Wie finde ich den ALB?

Schwierig!

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Ausbohrloch




Ausbohrloch

Eiablage mitSaftfluss


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Wie finde ich den ALB?Als Larve!

Als Larve im Baum !



Und jetzt?Wie komme ich da ran?

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Fragestellung

O

CH3

O

CH3

CH3

O

CH3

O

Quelle: Merck. 2006. ChemDAT Die Merck Chemie Datenbank. 2006.

CH3

CH3

O

CH3

O

O

CH3

O

1. Emittiert ALB nachweisbar Volatile?

2. Welche Volatile ?

3. Gibt es ALB- spezifische Substanzen?

Volatile: Substanzen, die leicht in die Gasphase gehenz.B.Wasser (Wäschetrocknen)Alkohol (Desinfektion)



Volatile, kleine organische Moleküle Interpretation durch das Gehirn, beeinflusst von• Erfahrung• Lernen• Kultur

Aktivierung von

Nasenrezeptoren

• Molecule – receptor interaction

• Concentration• Chemical structure (molecule size and functional groups)

• Number of genes

C 1

Odorants Odours

Receptor 1

Receptor 2

Receptor 3

Receptor 4

Receptor 5

Receptor 6 Compound 1

Compound 2

Compound 3

Compound 4

Compound 5

Compound 6

Compound 70

1

2

3

4

5

6

7

8

Intensity

Interaction of one odour substance

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• Molecule – receptor interaction

• Concentration• Chemical structure (molecule size and functional groups)

• Number of genes

Odorants Odours

Receptor 1

Receptor 2

Receptor 3

Receptor 4

Receptor 5

Receptor 6 Compound 1

Compound 2

Compound 3

Compound 4

Compound 5

Compound 6

Compound 70

2

4

6

8

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Intensity

Fingerprint of an odour

Volatile, kleine organische Moleküle Interpretation durch das Gehirn, beeinflusst von• Erfahrung• Lernen• Kultur

Aktivierung von

Nasenrezeptoren



Geruchsstoffe

>> Ätherische Öle sind flüchtige, stark riechende, lipophile Stoffgemische von ölartiger Konsistenz aus pflanzlichen

Ausgangsstoffen <<

Quelle: Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft; M. Legrum

LMU Pharmakologie

Flavours and Fragrences, R. G. Berger

Terpene, Breitmaier

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

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Das Problem:Der Baum riecht auch!



Bestimmung ALB-spezifischer Volatile

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Das Verfahren



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Verfahren zur Duftstoffanalyse am Baum

UmgebungsluftUmgebungsluft

Adsorbens zurAnalyse

Adsorbens zurAnalyse

PumpePumpe

Material, auf dem die Volatile

festgehalten werden

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Erste Freilandmessungen – Magdeburg im Februar



Adsorptionsmaterial

Probenahme am verdächtigen Baum

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2.00 4.00 6.00 8.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.00

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1100000

1200000

1300000

1400000

1500000

1600000

1700000

1800000

1900000

2000000

2100000

2200000

Time-->

Abundance

TIC: Octol RPII.D\data.ms

GasflussThermodesorption

Cryo trap

Thermodesorptionseinheit

Detektion undAnalyse

Gas-chromatographie

Massen-spektrometrie

Trennung

Identifikation der Substanzen



Sampling und Analyse der verschiedenen Proben mit Thermodesorptions-Gaschromatographie/ Massenspektrometrie

Quelle: alle Bilder Ramona Makarow

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Volatile von befallenem und nicht-befallenemAhorn RT, min Substanz

15.210 (+)-α-Longipinene

15.343 (+)-Cycloisosativene

Healthy AcerInfested Acer Jeder

Zacken ist mindestens

eine Substanz!



Identifikation von 5 relevanten Substanzen



Bestimmung ALB-spezifischer Volatile

Anz Messungen ~ t Messung

EinheimischeKäfer 7 10,5 h

Larven 64 96 h

ALB Käfer 56 84 h

Larven 64 96 h

Anz Messungen ~ t Messung

Gesunder Acer 6 9 h

ALB befallener Acer

53 79,6 h

Anz Messungen

~ t Messung

Gesunde Bäume 26 39 h

ALB Eiablagen 80 120 h

Σ Messzeit : 540 h

Σ : 1400 h

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Klappt super!

http://giphy.com/gifs/funny-cute-lol-26gsspfbt1HfVQ9va

Geht das auch anders?



Spürhunde!

Mobil

Selektiv

Empfindlich

Trainierbar

Freilaufend!

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Hund als ALB Detektor



Verifizierung der synthetischen Mischung – Hund als ALB Detektor

• Suche nach synthetischer Mischung

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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

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