Obwohl pflanzenparasitäre Nematoden zu den Nematodengefahren zählen, handelt es sich dabei nicht um Pflanzenschädlinge, sondern um Pflanzenkrankheiten.
Der Wurzelgallennematode (Meloidogyne) ist der weltweit am weitesten verbreitete und schädlichste pflanzenparasitäre Fadenwurm. Schätzungsweise reagieren weltweit über 2000 Pflanzenarten, darunter nahezu alle Nutzpflanzen, sehr empfindlich auf Wurzelgallennematoden. Wurzelgallennematoden infizieren die Zellen des Wurzelgewebes der Wirtspflanze und bilden Tumore, die die Wasser- und Nährstoffaufnahme beeinträchtigen. Dies führt zu Wachstumsstörungen, Verkümmerung, Vergilbung, Welken, Blattkräuselung, Fruchtdeformationen und sogar zum Absterben der gesamten Pflanze, was zu weltweiten Ernteeinbußen führt.
In den letzten Jahren stand die Bekämpfung von Nematoden im Fokus globaler Pflanzenschutzunternehmen und Forschungsinstitute. Der Sojabohnenzystennematode ist ein wichtiger Grund für den Rückgang der Sojaproduktion in Brasilien, den USA und anderen wichtigen Sojabohnenexportländern. Obwohl bereits einige physikalische Methoden und landwirtschaftliche Maßnahmen zur Bekämpfung von Nematoden eingesetzt werden, wie z. B. das Screening resistenter Sorten, der Einsatz resistenter Wurzelstöcke, Fruchtwechsel und Bodenverbesserung, sind chemische und biologische Bekämpfungsmethoden nach wie vor die wichtigsten Methoden.
Mechanismus der Wurzelverbindungswirkung
Der Lebensverlauf des Wurzelgallennematoden umfasst Ei, Larve ersten, zweiten, dritten und vierten Stadiums sowie das erwachsene Tier. Die Larve ist klein wurmartig, das erwachsene Tier heteromorph, das Männchen linear und das Weibchen birnenförmig. Die Larven des zweiten Stadiums können im Wasser der Bodenporen wandern, über die sensitiven Allele des Kopfes nach der Wurzel der Wirtspflanze suchen, in die Wirtspflanze eindringen, indem sie die Epidermis vom Streckungsbereich der Wirtswurzel aus durchstechen, durch den Interzellularraum zur Wurzelspitze wandern und das Meristem der Wurzel erreichen. Nachdem die Larven des zweiten Stadiums das Meristem der Wurzelspitze erreicht haben, bewegen sie sich zurück in Richtung des Leitbündels und erreichen den Xylementwicklungsbereich. Dort durchstechen die Larven des zweiten Stadiums die Wirtszellen mit einer oralen Nadel und injizieren Speiseröhrendrüsensekret in die Wurzelzellen des Wirts. Auxin und verschiedene Enzyme in den Sekreten der Speiseröhrendrüsen können die Mutation von Wirtszellen zu „Riesenzellen“ mit vielkernigen Zellkernen, vielen Suborganellen und einem regen Stoffwechsel anregen. Die Rindenzellen um die Riesenzellen vermehren sich, wuchern übermäßig und schwellen unter ihrem Einfluss an, wodurch die typischen Symptome von Wurzelknöllchen auf der Wurzeloberfläche entstehen. Larven im zweiten Stadium nutzen Riesenzellen als Futterstellen zur Aufnahme von Nährstoffen und Wasser und bewegen sich nicht. Unter geeigneten Bedingungen können Larven im zweiten Stadium den Wirt 24 Stunden nach der Infektion zur Produktion von Riesenzellen anregen und sich nach drei Häutungen in den folgenden 20 Tagen zu erwachsenen Würmern entwickeln. Danach bewegen sich die Männchen und verlassen die Wurzeln, die Weibchen bleiben ortsgebunden und entwickeln sich weiter. Nach etwa 28 Tagen beginnen sie mit der Eiablage. Wenn die Temperatur über 10 °C liegt, schlüpfen die Eier im Wurzelknöllchen, die Larven des ersten Stadiums schlüpfen in die Eier, die Larven des zweiten Stadiums bohren sich aus den Eiern und hinterlassen eine erneute Infektion des Wirtes im Boden.
Wurzelgallennematoden haben ein breites Wirtsspektrum und können auf über 3.000 Wirtsarten parasitär leben, darunter Gemüse, Nahrungspflanzen, Marktfrüchte, Obstbäume, Zierpflanzen und Unkraut. Die Wurzeln von von Wurzelgallennematoden befallenem Gemüse bilden zunächst unterschiedlich große Knötchen, die anfangs milchig weiß und später hellbraun sind. Nach einer Infektion mit Wurzelgallennematoden sind die Pflanzen im Boden klein, die Zweige und Blätter verkümmert oder vergilbt, das Wachstum ist verkümmert, die Blattfarbe ist blass und das Wachstum der schwer erkrankten Pflanzen ist schwach, die Pflanzen verwelken bei Dürre und bei schwerer Dürre stirbt die ganze Pflanze ab. Außerdem begünstigen die Regulierung der Abwehrreaktion, der Hemmeffekt und die mechanischen Gewebeschäden, die Wurzelgallennematoden bei Nutzpflanzen verursachen, auch das Eindringen bodenbürtiger Krankheitserreger wie Fusarium-Welke und Wurzelfäule, wodurch komplexe Krankheiten entstehen und größere Verluste verursacht werden.
Präventions- und Kontrollmaßnahmen
Herkömmliche Linienbekämpfungsmittel können je nach Verwendungsmethode in Begasungsmittel und Nicht-Begasungsmittel unterteilt werden.
Begasungsmittel
Dazu gehören halogenierte Kohlenwasserstoffe und Isothiocyanate, zu den Nicht-Begasungsmitteln zählen Organophosphorverbindungen und Carbamate. Zu den derzeit in China zugelassenen Insektiziden gehören Brommethan (eine ozonschädigende Substanz, die schrittweise verboten wird) und Chlorpikrin. Diese halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen können die Proteinsynthese und biochemischen Reaktionen während der Atmung von Wurzelgallennematoden hemmen. Bei den beiden Begasungsmitteln handelt es sich um Methylisothiocyanat, das Methylisothiocyanat und andere niedermolekulare Verbindungen im Boden abbauen und freisetzen kann. Methylisothiocyanat kann in den Körper von Wurzelgallennematoden eindringen und an den Sauerstoffträger Globulin binden, wodurch die Atmung der Wurzelgallennematoden gehemmt und eine tödliche Wirkung erzielt wird. Darüber hinaus sind Sulfurylfluorid und Calciumcyanamid in China als Begasungsmittel zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden zugelassen.
Es gibt auch einige halogenierte Kohlenwasserstoff-Begasungsmittel, die in China nicht registriert sind, wie 1,3-Dichlorpropylen, Iodmethan usw., die in einigen Ländern Europas und den Vereinigten Staaten als Ersatz für Brommethan registriert sind.
Nicht begasend
Einschließlich Organophosphorverbindungen und Carbamate. Zu den in unserem Land zugelassenen nicht-begasten Nematoziden zählen Phosphinthiazolium, Methanophos, Phoxiphos und Chlorpyrifos zu den Organophosphorverbindungen, während Carboxanil, Aldicarb und Carboxanilbutathiocarb zu den Carbamaten gehören. Nicht-begaste Nematozide stören die Nervensystemfunktion von Wurzelgallennematoden, indem sie an die Acetylcholinesterase in den Synapsen der Wurzelgallennematoden binden. Sie töten die Wurzelgallennematoden in der Regel nicht, sondern führen lediglich dazu, dass diese ihre Fähigkeit verlieren, ihren Wirt zu lokalisieren und zu infizieren. Daher werden sie oft als „Nematodenlähmer“ bezeichnet. Herkömmliche nicht-begaste Nematozide sind hochgiftige Nervenkampfstoffe, die auf Wirbeltiere und Arthropoden denselben Wirkmechanismus haben wie Nematoden. Aufgrund ökologischer und sozialer Zwänge haben die wichtigsten Industrieländer der Welt die Entwicklung von Organophosphor- und Carbamat-Insektiziden reduziert oder eingestellt und sich stattdessen der Entwicklung neuer, hochwirksamer und wenig toxischer Insektizide zugewandt. Zu den neuen, nicht auf Carbamat- oder Organophosphor-Basis basierenden Insektiziden, die in den letzten Jahren von der EPA registriert wurden, zählen Spiralatethyl (registriert 2010), Difluorsulfon (registriert 2014) und Fluopyramid (registriert 2015).
Aufgrund der hohen Toxizität und des Verbots von Organophosphor-Pestiziden sind derzeit jedoch nur wenige Nematozide erhältlich. In China wurden 371 Nematozide registriert, davon 161 mit dem Wirkstoff Abamectin und 158 mit dem Wirkstoff Thiazophos. Diese beiden Wirkstoffe waren die wichtigsten Komponenten zur Nematodenbekämpfung in China.
Derzeit gibt es nicht viele neue Nematozide. Zu den führenden Vertretern zählen Fluorensulfoxid, Spiroxid, Difluorsulfon und Fluopyramid. Darüber hinaus verfügen die von Kono registrierten Biopestizide Penicillium paraclavidum und Bacillus thuringiensis HAN055 über großes Marktpotenzial.
Globales Patent zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden in Sojabohnen
Der Wurzelgallennematode in der Sojabohne ist einer der Hauptgründe für Ertragseinbußen bei Sojabohnen in den wichtigsten Sojabohnenexportländern, insbesondere den USA und Brasilien.
In den letzten zehn Jahren wurden weltweit insgesamt 4.287 Pflanzenschutzpatente im Zusammenhang mit Sojabohnenwurzelgallennematoden angemeldet. Patente für Sojabohnenwurzelgallennematoden wurden weltweit vor allem in Regionen und Ländern wie dem Europäischen Patentamt, China und den USA angemeldet. Brasilien, das am stärksten vom Sojabohnenwurzelgallennematoden betroffen ist, verzeichnet hingegen nur 145 Patentanmeldungen. Die meisten davon stammen von multinationalen Unternehmen.
Derzeit sind Abamectin und Phosphinthiazol die wichtigsten Bekämpfungsmittel für Wurzelnematoden in China. Auch das patentierte Produkt Fluopyramid hat begonnen, sich durchzusetzen.
Avermectin
Abamectin wurde 1981 als Mittel gegen Darmparasiten bei Säugetieren und 1985 als Pestizid auf den Markt gebracht. Avermectin ist heute eines der am häufigsten verwendeten Insektizide.
Phosphinthiazat
Phosphinthiazol ist ein neuartiges, wirksames und breitbandiges, nicht begastes Organophosphor-Insektizid, das von der Ishihara Company in Japan entwickelt und in vielen Ländern, darunter Japan, vermarktet wird. Vorstudien haben gezeigt, dass Phosphinthiazolium in Pflanzen endosorbiert und transportiert wird und ein breites Wirkungsspektrum gegen parasitäre Nematoden und Schädlinge aufweist. Pflanzenparasitäre Nematoden schädigen viele wichtige Nutzpflanzen, und die biologischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Phosphinthiazol eignen sich sehr gut für die Anwendung im Boden, sodass es ein ideales Mittel zur Bekämpfung pflanzenparasitärer Nematoden ist. Phosphinthiazolium ist derzeit eines der wenigen in China für Gemüse zugelassenen Nematozide und verfügt über eine ausgezeichnete innere Absorption. Daher kann es nicht nur zur Bekämpfung von Nematoden und Bodenoberflächenschädlingen, sondern auch zur Bekämpfung von Blattmilben und Blattoberflächenschädlingen eingesetzt werden. Die Hauptwirkung von Phosphinthiazoliden besteht in der Hemmung der Acetylcholinesterase des Zielorganismus, was sich auf die Ökologie des zweiten Larvenstadiums der Nematoden auswirkt. Phosphinthiazol kann die Aktivität, Schädigung und das Schlüpfen von Nematoden hemmen und somit das Wachstum und die Vermehrung von Nematoden hemmen.
Fluopyramid
Fluopyramid ist ein Pyridylethylbenzamid-Fungizid, das von Bayer Cropscience entwickelt und vermarktet wird und sich noch in der Patentlaufzeit befindet. Fluopyramid besitzt eine gewisse nematizide Wirkung und ist zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden in Nutzpflanzen zugelassen. Es ist derzeit ein beliebtes Nematizid. Sein Wirkmechanismus besteht darin, die mitochondriale Atmung zu hemmen, indem der Elektronentransfer der Bernsteinsäuredehydrogenase in der Atmungskette blockiert wird. Dadurch werden mehrere Stadien des Wachstumszyklus pathogener Bakterien gehemmt, um deren Bekämpfung zu erreichen.
Der Wirkstoff Fluropyramid befindet sich in China noch in der Patentlaufzeit. Drei seiner Anwendungspatente für Nematoden stammen von Bayer und vier aus China. Sie werden mit Biostimulanzien oder anderen Wirkstoffen zur Bekämpfung von Nematoden kombiniert. Einige Wirkstoffe innerhalb der Patentlaufzeit können bereits im Vorfeld patentiert werden, um den Markt zu erobern. So werden beispielsweise für das hervorragende Mittel gegen Schmetterlings- und Thripse, Ethylpolycidin, über 70 % der inländischen Anwendungspatente von inländischen Unternehmen angemeldet.
Biologische Pestizide zur Nematodenbekämpfung
In den letzten Jahren haben biologische Bekämpfungsmethoden, die die chemische Bekämpfung von Wurzelgallennematoden ersetzen, im In- und Ausland große Aufmerksamkeit erhalten. Die Isolierung und das Screening von Mikroorganismen mit hoher Antagonismusfähigkeit gegen Wurzelgallennematoden sind die wichtigsten Voraussetzungen für die biologische Bekämpfung. Die wichtigsten Stämme antagonistischer Mikroorganismen gegen Wurzelgallennematoden waren Pasteurella, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus und Rhizobium. Myrothecium, Paecilomyces und Trichoderma konnten jedoch aufgrund von Schwierigkeiten bei der künstlichen Kultur oder einer instabilen biologischen Bekämpfungswirkung im Feld ihre antagonistische Wirkung auf Wurzelgallennematoden nur schwer entfalten.
Paecilomyces lavviolaceus ist ein wirksamer Parasit der Eier des Südlichen Wurzelknotennematoden und von Cystocystis albicans. Die Parasitenrate der Eier des Südlichen Wurzelknotennematoden liegt bei 60–70 %. Der Hemmmechanismus von Paecilomyces lavviolaceus gegen Wurzelgallennematoden besteht darin, dass nach dem Kontakt von Paecilomyces lavviolaceus mit Fadenwurm-Oozysten im viskosen Substrat das Myzel von Biokontrollbakterien das gesamte Ei umgibt und das Myzelende dick wird. Die Oberfläche der Eierschale wird durch die Aktivität exogener Metaboliten und Pilzchitinase aufgebrochen, woraufhin Pilze eindringen und sie ersetzen. Paecilomyces lavviolaceus kann auch Toxine absondern, die Nematoden töten. Seine Hauptfunktion ist die Abtötung von Eiern. In China sind acht Pestizide zugelassen. Derzeit ist für Paecilomyces lilaclavi keine zusammengesetzte Darreichungsform erhältlich, aber sein Patentlayout in China verfügt über ein Patent für die Verbindung mit anderen Insektiziden, um die Aktivität der Anwendung zu erhöhen
Pflanzenextrakt
Natürliche Pflanzenprodukte können sicher zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden eingesetzt werden, und die Verwendung von Pflanzenmaterialien oder von Pflanzen produzierten nematoiden Substanzen zur Bekämpfung von Wurzelgallennematodenerkrankungen entspricht eher den Anforderungen der ökologischen Sicherheit und der Lebensmittelsicherheit.
Nematoide Bestandteile von Pflanzen kommen in allen Organen vor und können durch Wasserdampfdestillation, organische Extraktion oder Sammlung von Wurzelsekreten gewonnen werden. Nach ihren chemischen Eigenschaften werden sie hauptsächlich in nichtflüchtige Substanzen mit Wasserlöslichkeit oder organischer Löslichkeit und flüchtige organische Verbindungen unterteilt, wobei die nichtflüchtigen Substanzen den größten Anteil ausmachen. Die nematoiden Bestandteile vieler Pflanzen können nach einfacher Extraktion zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden eingesetzt werden, und die Entdeckung von Pflanzenextrakten ist im Vergleich zu neuen Wirkstoffen relativ einfach. Obwohl sie eine insektizide Wirkung haben, sind der tatsächliche Wirkstoff und das insektizide Prinzip oft unklar.
Derzeit sind Neem, Matrine, Veratrin, Scopolamin, Teesaponin usw. die wichtigsten kommerziellen Pflanzenpestizide mit nematodentötender Wirkung. Es gibt relativ wenige davon und sie können durch Zwischenpflanzung oder Begleitpflanzung bei der Herstellung von nematodenhemmenden Pflanzen verwendet werden.
Obwohl die Kombination von Pflanzenextrakten zur Bekämpfung des Wurzelgallennematoden eine bessere Wirkung bei der Bekämpfung des Wurzelgallennematoden hat, ist sie zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht vollständig kommerzialisiert, bietet aber dennoch eine neue Idee für die Bekämpfung des Wurzelgallennematoden durch Pflanzenextrakte.
Bio-organischer Dünger
Der Schlüssel zur Verwendung von bioorganischem Dünger liegt in der Vermehrung der antagonistischen Mikroorganismen im Boden oder in der Rhizosphäre. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung organischer Materialien wie Garnelen- und Krabbenschalen sowie Ölmehl die biologische Bekämpfung von Wurzelgallennematoden direkt oder indirekt verbessern kann. Die Verwendung von Feststofffermentationstechnologie zur Fermentation antagonistischer Mikroorganismen und organischem Dünger zur Herstellung von bioorganischem Dünger ist eine neue biologische Bekämpfungsmethode gegen Wurzelgallennematoden.
Bei der Untersuchung der Bekämpfung von Gemüsenematoden mit bioorganischem Dünger wurde festgestellt, dass die antagonistischen Mikroorganismen im bioorganischen Dünger eine gute Kontrollwirkung auf Wurzelgallennematoden hatten, insbesondere der organische Dünger, der durch Fermentation antagonistischer Mikroorganismen und organischen Dünger durch Feststofffermentationstechnologie hergestellt wurde.
Allerdings hängt die Kontrollwirkung von organischem Dünger auf Wurzelgallennematoden stark von der Umwelt und der Nutzungsdauer ab. Seine Kontrolleffizienz ist weitaus geringer als die von herkömmlichen Pestiziden und lässt sich nur schwer kommerzialisieren.
Im Rahmen der Medikamenten- und Düngemittelkontrolle ist es jedoch möglich, Nematoden durch die Zugabe chemischer Pestizide und die Integration von Wasser und Düngemitteln unter Kontrolle zu halten.
Angesichts der großen Zahl von Monokultursorten (wie Süßkartoffeln, Sojabohnen usw.), die im In- und Ausland angebaut werden, nimmt das Auftreten von Fadenwürmern immer mehr zu, und auch die Bekämpfung dieser Schädlinge stellt eine große Herausforderung dar. Die meisten der derzeit in China zugelassenen Pestizidsorten wurden vor den 1980er Jahren entwickelt, und die neuen Wirkstoffe sind völlig unzureichend.
Biologische Wirkstoffe bieten einzigartige Vorteile im Anwendungsprozess, sind jedoch nicht so wirksam wie chemische Wirkstoffe und ihre Anwendung wird durch verschiedene Faktoren eingeschränkt. Die entsprechenden Patentanmeldungen zeigen, dass sich die aktuelle Entwicklung von Nematoziden nach wie vor auf die Kombination alter Produkte, die Entwicklung von Biopestiziden und die Integration von Wasser und Düngemitteln konzentriert.
Veröffentlichungszeit: 20. Mai 2024