Pestizidresistenz - Pesticide resistance

Die Anwendung von Pestiziden kann künstlich auf resistente Schädlinge selektieren. In diesem Diagramm hat die erste Generation zufällig ein Insekt mit einer erhöhten Resistenz gegen ein Pestizid (rot). Nach der Pestizidanwendung stellen seine Nachkommen einen größeren Anteil der Bevölkerung dar, da empfindliche Schädlinge (weiß) selektiv abgetötet wurden. Nach wiederholter Anwendung können resistente Schädlinge den Großteil der Bevölkerung ausmachen.

Pestizidresistenz beschreibt die verminderte Anfälligkeit einer Schädlingspopulation gegenüber einem Pestizid , das zuvor bei der Bekämpfung des Schädlings wirksam war. Schädlingsarten entwickeln Pestizidresistenz durch natürliche Selektion : Die widerstandsfähigsten Exemplare überleben und geben ihre erworbenen erblichen Veränderungen an ihre Nachkommen weiter.

Bei allen Schädlingsklassen ( dh Pflanzenkrankheiten, Unkräuter, Nagetiere usw. ) wurden Resistenzfälle gemeldet , wobei „Krisen“ in der Insektenbekämpfung schon früh nach der Einführung des Pestizideinsatzes im 20. Jahrhundert auftraten. Die Definition der Insektizidresistenz des Insecticide Resistance Action Committee (IRAC) ist " eine erbliche Veränderung der Empfindlichkeit einer Schädlingspopulation, die sich darin widerspiegelt, dass ein Produkt wiederholt nicht das erwartete Maß an Kontrolle erreicht, wenn es gemäß der Etikettempfehlung dafür verwendet wird". Schädlingsarten ' .

Die Resistenz gegen Pestizide nimmt zu. Bauern in den USA verloren in den 1940er Jahren 7 % ihrer Ernte durch Schädlinge; In den 1980er und 1990er Jahren betrug der Verlust 13%, obwohl mehr Pestizide eingesetzt wurden. Über 500 Schädlingsarten haben eine Resistenz gegen ein Pestizid entwickelt. Andere Quellen schätzen die Zahl seit 1945 auf etwa 1.000 Arten.

Obwohl die Entwicklung von Pestizidresistenzen in der Regel als Folge des Pestizideinsatzes diskutiert wird, ist es wichtig zu bedenken, dass sich auch Schädlingspopulationen an nicht-chemische Bekämpfungsmethoden anpassen können. Der Nördliche Maiswurzelbohrer ( Diabrotica barberi ) hat sich beispielsweise an eine Mais-Sojabohnen- Fruchtfolge angepasst, indem er das Jahr, in dem das Feld mit Sojabohnen bepflanzt wird, in einer Diapause verbrachte .

Ab 2014 stehen nur wenige neue Unkrautvernichtungsmittel kurz vor der Kommerzialisierung und keines mit einer neuartigen, widerstandsfreien Wirkungsweise. Ebenso ist die Entdeckung neuer Insektizide seit Januar 2019 teurer und schwieriger denn je.

Ursachen

Die Resistenz gegen Pestizide beruht wahrscheinlich auf mehreren Faktoren:

  • Viele Schädlingsarten produzieren eine große Zahl von Nachkommen, zum Beispiel produzieren Insektenschädlinge große Bruten. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Mutationen und sorgt für die schnelle Ausbreitung resistenter Populationen.
  • Schädlingsarten waren schon lange vor Beginn der Landwirtschaft natürlichen Giftstoffen ausgesetzt. Viele Pflanzen produzieren beispielsweise Phytotoxine , um sie vor Pflanzenfressern zu schützen. Infolgedessen erforderte die Koevolution von Pflanzenfressern und ihren Wirtspflanzen die Entwicklung der physiologischen Fähigkeit, Gifte zu entgiften oder zu tolerieren.
  • Der Mensch verlässt sich bei der Schädlingsbekämpfung oft fast ausschließlich auf Pestizide. Dies erhöht den Selektionsdruck in Richtung Widerstand. Pestizide, die sich nicht schnell abbauen, tragen zur Selektion auf resistente Stämme bei, auch wenn sie nicht mehr ausgebracht werden.
  • Als Reaktion auf Resistenzen können Manager die Menge/Häufigkeit von Pestiziden erhöhen, was das Problem verschlimmert. Darüber hinaus sind einige Pestizide giftig für Arten, die sich von Schädlingen ernähren oder mit ihnen konkurrieren. Dies kann paradoxerweise dazu führen, dass die Schädlingspopulation wächst und mehr Pestizide benötigt werden. Dies wird manchmal als Pestizidfalle oder Pestizidlaufband bezeichnet , da die Landwirte nach und nach mehr für weniger Leistung bezahlen.
  • Insektenfresser und Parasiten haben im Allgemeinen kleinere Populationen und entwickeln weniger wahrscheinlich Resistenzen als die Hauptziele von Pestiziden, wie Mücken und solche, die sich von Pflanzen ernähren. Wenn sie geschwächt werden, können die Schädlinge gedeihen. Alternativ können resistente Räuber in Labors gezüchtet werden.
  • Schädlinge mit begrenztem Verbreitungsgebiet (wie Insekten mit einer spezifischen Ernährung einiger verwandter Kulturpflanzen) entwickeln eher Resistenzen, da sie höheren Pestizidkonzentrationen ausgesetzt sind und weniger Möglichkeiten haben, sich mit nicht exponierten Populationen zu vermehren.
  • Schädlinge mit kürzeren Generationszeiten entwickeln schneller Resistenzen als andere.

Beispiele

Resistenzen haben sich bei mehreren Arten entwickelt: Die Resistenz gegen Insektizide wurde erstmals 1914 von AL Melander dokumentiert, als Schildläusen eine Resistenz gegen ein anorganisches Insektizid zeigten. Zwischen 1914 und 1946 wurden 11 weitere Fälle registriert. Die Entwicklung organischer Insektizide wie DDT ließ hoffen, dass die Insektizidresistenz ein totes Thema sei. Bis 1947 hatte sich jedoch eine Resistenz der Stubenfliege gegen DDT entwickelt. Mit der Einführung jeder neuen Insektizidklasse – Cyclodiene , Carbamate , Formamidine , Organophosphate , Pyrethroide , sogar Bacillus thuringiensis – traten innerhalb von zwei bis 20 Jahren Resistenzfälle auf.

  • Studien in Amerika haben gezeigt, dass Fruchtfliegen , die Orangenhaine befallen, gegen Malathion resistent werden .
  • In Hawaii , Japan und Tennessee entwickelte die Diamantrückenmotte etwa drei Jahre nach Beginn ihrer intensiven Verwendung eine Resistenz gegen Bacillus thuringiensis .
  • In England haben Ratten in bestimmten Gebieten Resistenzen entwickelt, die es ihnen ermöglichen, bis zu fünfmal so viel Rattengift wie normale Ratten zu konsumieren, ohne zu sterben.
  • DDT ist mancherorts nicht mehr wirksam bei der Vorbeugung von Malaria . Durch die landwirtschaftliche Nutzung entwickelte sich in den 1960er Jahren langsam Widerstand . Dieses Muster wurde besonders von Mouchet 1988 bemerkt und synthetisiert.
  • Im Süden der USA hat Amaranthus palmeri , das die Baumwollproduktion stört , eine Resistenz gegen das Herbizid Glyphosat entwickelt und ist ab 2021 insgesamt gegen fünf Wirkorte im Süden der USA resistent .
  • Der Kartoffelkäfer hat eine Resistenz gegen 52 verschiedene Verbindungen entwickelt, die zu allen wichtigen Insektizidklassen gehören. Die Resistenzniveaus variieren zwischen den Populationen und zwischen den Lebensstadien des Käfers , können jedoch in einigen Fällen sehr hoch sein (bis zum 2.000-fachen).
  • Der Kohlgreifer ist ein landwirtschaftlicher Schädling, der aufgrund seiner zunehmenden Resistenz gegen Bacillus thuringiensis immer problematischer wird , wie in kanadischen Gewächshäusern nachgewiesen wurde. Weitere Forschungen fanden eine genetische Komponente der Bt-Resistenz.

Folgen

Insektizide werden weltweit häufig eingesetzt, um die landwirtschaftliche Produktivität und Qualität von Gemüse und Getreide zu steigern (und in geringerem Maße die Verwendung zur Vektorkontrolle bei Nutztieren). Die resultierende Resistenz hat für genau diese Zwecke und bei der Vektorkontrolle für den Menschen eine eingeschränkte Funktion.

Mehrfach- und Kreuzresistenz

  • Mehrfachresistente Schädlinge sind gegen mehr als eine Klasse von Pestiziden resistent. Dies kann passieren, wenn Pestizide nacheinander verwendet werden, wobei eine neue Klasse eine Klasse, gegen die Schädlinge resistent sind, durch eine andere ersetzt.
  • Kreuzresistenz , ein verwandtes Phänomen, tritt auf, wenn die genetische Mutation, die den Schädling gegen ein Pestizid resistent gemacht hat, ihn auch gegen andere resistent macht, oft gegen solche mit einem ähnlichen Wirkmechanismus .

Anpassung

Schädlinge werden resistent, indem sich physiologische Veränderungen entwickeln, die sie vor der Chemikalie schützen.

Ein Schutzmechanismus besteht darin, die Anzahl der Kopien eines Gens zu erhöhen , sodass der Organismus mehr von einem schützenden Enzym produzieren kann , das das Pestizid in weniger toxische Chemikalien aufspaltet. Solche Enzyme umfassen Esterasen , Glutathiontransferasen und gemischte mikrosomale Oxidasen .

Alternativ kann die Anzahl und/oder Empfindlichkeit von biochemischen Rezeptoren , die an das Pestizid binden, verringert werden.

Für einige Chemikalien wurde eine Verhaltensresistenz beschrieben. Zum Beispiel entwickelten einige Anopheles- Mücken eine Vorliebe dafür, sich draußen auszuruhen, was sie von Pestiziden fernhielt, die auf Innenwände gesprüht wurden.

Resistenzen können eine schnelle Ausscheidung von Toxinen, deren Sekretion innerhalb des Körpers aus empfindlichen Geweben und eine verminderte Penetration durch die Körperwand beinhalten.

Mutationen in nur einem einzigen Gen können zur Entwicklung eines resistenten Organismus führen. In anderen Fällen sind mehrere Gene beteiligt. Resistente Gene sind normalerweise autosomal. Das bedeutet, dass sie sich auf Autosomen befinden (im Gegensatz zu Allosomen , auch Geschlechtschromosomen genannt). Infolgedessen wird die Resistenz bei Männern und Frauen gleichermaßen vererbt. Außerdem wird Resistenz normalerweise als unvollständig dominantes Merkmal vererbt. Wenn sich ein resistentes Individuum mit einem anfälligen Individuum paart, haben seine Nachkommen im Allgemeinen ein Resistenzniveau zwischen den Eltern.

Die Anpassung an Pestizide ist mit evolutionären Kosten verbunden, die normalerweise die relative Fitness von Organismen in Abwesenheit von Pestiziden verringern. Resistente Individuen haben oft eine reduzierte Reproduktionsleistung, Lebenserwartung, Mobilität usw. Nicht-resistente Individuen wachsen manchmal ohne Pestizide häufiger - aber nicht immer - daher wird dies versucht, Resistenzen zu bekämpfen.

Schmeißfliegenmaden produzieren ein Enzym, das Resistenz gegen chlororganische Insektizide verleiht . Wissenschaftler haben Wege erforscht, dieses Enzym zu verwenden, um Pestizide in der Umwelt abzubauen, die sie entgiften und schädliche Umwelteinflüsse verhindern würden. Ein ähnliches Enzym, das von Bodenbakterien produziert wird, das auch Organochloride abbaut, arbeitet schneller und bleibt unter einer Vielzahl von Bedingungen stabil.

Es wird erwartet, dass Resistenzen gegen Gene-Drive- Formen der Populationskontrolle auftreten, und Methoden zur Verlangsamung ihrer Entwicklung werden untersucht.

Die oben genannten Anpassungen an Pestizide sind ungewöhnlich schnell und stellen möglicherweise nicht unbedingt die Norm in Wildpopulationen unter Wildbedingungen dar. Natürliche Anpassungsprozesse dauern viel länger und erfolgen fast immer als Reaktion auf sanfteren Druck.

Verwaltung

Um das Problem zu beheben, muss zunächst festgestellt werden, was wirklich falsch ist. Die Untersuchung einer vermuteten Pestizidresistenz – und nicht nur Feldbeobachtung und Erfahrung – ist notwendig, da dies mit einer nicht bestimmungsgemäßen Anwendung des Pestizids oder einem mikrobiellen Abbau des Pestizids verwechselt werden kann .

Die Vereinten Nationen ‚s Weltgesundheitsorganisation gegründet , um das weltweit Insecticide Widerstand Netzwerk März 2016 aufgrund Bedarf erhöht und Anerkennung zu erhöhen, einschließlich dem radikalen Rückgang der Funktion gegen Schädlinge von Gemüse.

Integrierte Schädlingsbekämpfung

Der Ansatz des integrierten Schädlingsmanagements (IPM) bietet einen ausgewogenen Ansatz zur Minimierung von Resistenzen.

Resistenzen können durch die Reduzierung des Einsatzes eines Pestizids bekämpft werden. Dies ermöglicht es nicht resistenten Organismen, resistente Stämme zu verdrängen. Sie können später getötet werden, indem das Pestizid wieder verwendet wird.

Ein ergänzender Ansatz besteht darin, unbehandelte Zufluchtsorte in der Nähe von behandelten Ackerflächen zu errichten, wo anfällige Schädlinge überleben können.

Wenn Pestizide die einzige oder vorherrschende Methode der Schädlingsbekämpfung sind, wird die Resistenz im Allgemeinen durch eine Pestizidrotation bewältigt. Dies beinhaltet den Wechsel zwischen Pestizidklassen mit unterschiedlichen Wirkungsweisen, um die Schädlingsresistenz zu verzögern oder zu mildern. Die Resistance Action Committees überwachen Resistenzen auf der ganzen Welt und führen zu diesem Zweck jeweils eine Liste von Wirkungsweisen und Pestiziden, die in diese Kategorien fallen: das Fungicide Resistance Action Committee , die Weed Science Society of America (die Herbicide Resistance Action Das Komitee hat kein eigenes Programm mehr und trägt von nun an zu den WSSAs bei) und dem Insecticide Resistance Action Committee . Auch die US-Umweltschutzbehörde EPA verwendet diese Klassifizierungsschemata.

Hersteller können empfehlen, nicht mehr als eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Anwendungen einer Pestizidklasse durchzuführen, bevor sie zu einer anderen Pestizidklasse wechseln.

Zwei oder mehr Pestizide mit unterschiedlichen Wirkungsweisen können im Betrieb im Tank gemischt werden, um die Ergebnisse zu verbessern und bestehende Schädlingsresistenzen zu verzögern oder zu mildern.

Status

Glyphosat

Glyphosatresistente Unkräuter sind in einigen US-Bundesstaaten inzwischen in der überwiegenden Mehrheit der Soja- , Baumwoll- und Maisfarmen vorhanden . Unkräuter, die gegen mehrere Herbizidwirkungsmechanismen resistent sind, nehmen ebenfalls zu.

Vor Glyphosat würden die meisten Herbizide eine begrenzte Anzahl von Unkrautarten töten, was die Landwirte dazu zwingt, ihre Ernten und Herbizide ständig zu wechseln , um Resistenzen zu verhindern. Glyphosat stört die Fähigkeit der meisten Pflanzen, neue Proteine ​​aufzubauen. Glyphosattolerante transgene Pflanzen sind nicht betroffen.

Eine Unkrautfamilie, zu der auch Wasserhanf ( Amaranthus rudis ) gehört, hat gegen Glyphosat resistente Stämme entwickelt. Eine Untersuchung von 2008 bis 2009 bei 144 Wasserhanf-Populationen in 41 Missouri-Counties ergab eine Glyphosat-Resistenz von 69 %. Unkrautuntersuchungen von etwa 500 Standorten in ganz Iowa in den Jahren 2011 und 2012 ergaben bei etwa 64 % der Wasserhanfproben eine Glyphosatresistenz.

Als Reaktion auf die Zunahme der Glyphosat-Resistenz wandten sich die Landwirte anderen Herbiziden zu – mehrere in einer einzigen Saison. In den Vereinigten Staaten verwenden die meisten Landwirte im Mittleren Westen und im Süden weiterhin Glyphosat, da es immer noch die meisten Unkrautarten bekämpft und andere Herbizide, sogenannte Rückstände, anwenden, um Resistenzen zu bekämpfen.

Der Einsatz mehrerer Herbizide scheint die Ausbreitung der Glyphosatresistenz verlangsamt zu haben. Von 2005 bis 2010 entdeckten Forscher 13 verschiedene Unkrautarten, die eine Resistenz gegen Glyphosat entwickelt hatten. Von 2010-2014 wurden nur zwei weitere entdeckt.

Eine Umfrage in Missouri aus dem Jahr 2013 zeigte, dass sich multiresistente Unkräuter ausgebreitet hatten. 43% der untersuchten Unkrautpopulationen waren gegen zwei verschiedene Herbizide resistent, 6% gegen drei und 0,5% gegen vier. In Iowa ergab eine Umfrage eine Doppelresistenz bei 89 % der Wasserhanfpopulationen, 25 % resistent gegen drei und 10 % resistent gegen fünf.

Resistenzen erhöhen die Kosten für Pestizide. Für Baumwolle im Süden stiegen die Kosten für Herbizide von 50 bis 75 US-Dollar pro Hektar (20 bis 30 US-Dollar/Acre) vor einigen Jahren auf etwa 370 US-Dollar pro Hektar (150 US-Dollar/Acre) im Jahr 2014. Im Süden trug der Widerstand zu dem Wandel bei, der die Baumwolle reduzierte Pflanzen um 70 % in Arkansas und 60 % in Tennessee. Für Sojabohnen in Illinois stiegen die Kosten von etwa 25 bis 160 US-Dollar pro Hektar (10 bis 65 US-Dollar pro Hektar).

B. thuringiensis

In den Jahren 2009 und 2010 zeigten einige Felder in Iowa schwere Schäden an Mais, der das Bt- Toxin Cry3Bb1 durch den Westlichen Maiswurzelbohrer produzierte . Im Jahr 2011 zeigte mCry3A-Mais auch Insektenschäden, einschließlich einer Kreuzresistenz zwischen diesen Toxinen. Der Widerstand hielt an und breitete sich in Iowa aus. Bt-Mais, der auf den westlichen Maiswurzelbohrer abzielt, produziert keine hohe Dosis Bt-Toxin und zeigt eine geringere Resistenz als bei einer hochdosierten Bt-Pflanze.

Produkte wie Capture LFR (enthält das Pyrethroid Bifenthrin ) und SmartChoice (enthält ein Pyrethroid und ein Organophosphat ) werden zunehmend zur Ergänzung von Bt-Pflanzen verwendet, die Landwirte allein nicht in der Lage finden, durch Insekten verursachte Schäden zu verhindern. Mehrere Studien haben ergeben, dass die Praxis entweder unwirksam ist oder die Entwicklung resistenter Stämme beschleunigt.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links