Obwohl pflanzenparasitäre Nematoden zu den Nematodengefahren zählen, sind sie keine Pflanzenschädlinge, sondern Pflanzenkrankheiten.
Der Wurzelgallennematode (Meloidogyne) ist der weltweit am weitesten verbreitete und schädlichste pflanzenparasitäre Nematode. Schätzungsweise über 2000 Pflanzenarten weltweit, darunter nahezu alle Kulturpflanzen, reagieren sehr empfindlich auf einen Befall mit Wurzelgallennematoden. Diese Nematoden infizieren die Wurzelzellen der Wirtspflanze und bilden dort Tumore. Dadurch wird die Wasser- und Nährstoffaufnahme beeinträchtigt, was zu Wachstumsstörungen, Zwergwuchs, Vergilbung, Welke, Blattkräuselung, Fruchtdeformationen und sogar zum Absterben der gesamten Pflanze führen kann. Weltweit kommt es somit zu Ernteausfällen.
In den letzten Jahren hat die Bekämpfung von Nematodenkrankheiten weltweit im Fokus von Pflanzenschutzunternehmen und Forschungsinstituten gestanden. Der Sojabohnenzystennematode ist eine Hauptursache für Ernteausfälle in Brasilien, den USA und anderen wichtigen Sojabohnenexportländern. Obwohl zur Bekämpfung von Nematodenkrankheiten bereits einige physikalische und agrarwirtschaftliche Maßnahmen wie die Selektion resistenter Sorten, die Verwendung resistenter Unterlagen, Fruchtfolge und Bodenverbesserung eingesetzt werden, sind chemische und biologische Bekämpfungsmethoden nach wie vor die wichtigsten.
Wirkungsmechanismus der Wurzelübergänge
Der Lebenszyklus des Wurzelgallennematoden umfasst Ei, Larve im ersten, zweiten, dritten und vierten Stadium sowie das adulte Tier. Die Larve ist wurmartig klein, das adulte Tier heteromorph: Das Männchen ist länglich, das Weibchen birnenförmig. Die Larven im zweiten Stadium können sich im Wasser der Bodenporen fortbewegen, suchen mithilfe der sensorischen Allele am Kopf die Wurzel der Wirtspflanze auf, dringen durch die Epidermis im Bereich der Wurzelstreckung ein und wandern dann durch den Interzellularraum zur Wurzelspitze, wo sie das Wurzelmeristem erreichen. Dort angekommen, bewegen sie sich in Richtung des Leitbündels zurück zum Xylem. Hier durchstechen sie die Wirtszellen mit einem Mundnadelorgan und injizieren Sekrete ihrer Speiseröhrendrüsen in die Wurzelzellen. Auxin und verschiedene Enzyme aus den Sekreten der Speiseröhrendrüsen können Wirtszellen zur Mutation in „Riesenzellen“ mit mehrkernigen Zellkernen anregen, die reich an Suborganellen sind und einen ausgeprägten Stoffwechsel aufweisen. Die Rindenzellen um die Riesenzellen herum proliferieren, wachsen übermäßig und schwellen unter deren Einfluss an, wodurch die typischen Wurzelknöllchen an der Wurzeloberfläche entstehen. Larven im zweiten Stadium nutzen die Riesenzellen als Nahrungsquelle, um Nährstoffe und Wasser aufzunehmen, und bewegen sich dabei nicht. Unter geeigneten Bedingungen können die Larven im zweiten Stadium den Wirt 24 Stunden nach der Infektion zur Bildung von Riesenzellen anregen und sich nach drei Häutungen in den folgenden 20 Tagen zu adulten Würmern entwickeln. Anschließend wandern die Männchen ab und verlassen die Wurzeln, während die Weibchen ortsgebunden bleiben und sich weiterentwickeln. Nach etwa 28 Tagen beginnen sie mit der Eiablage. Bei Temperaturen über 10 ℃ schlüpfen die Eier in den Wurzelknöllchen, die Larven im ersten Stadium befinden sich in den Eiern, die Larven im zweiten Stadium bohren sich aus den Eiern und verlassen den Wirt, um den Boden erneut zu infizieren.
Wurzelgallennematoden befallen ein breites Wirtsspektrum und können über 3.000 verschiedene Pflanzenarten parasitieren, darunter Gemüse, Nutzpflanzen, Obstbäume, Zierpflanzen und Unkräuter. An den Wurzeln von befallenen Gemüsepflanzen bilden sich zunächst unterschiedlich große Knötchen, die anfangs milchig-weiß und später hellbraun sind. Nach dem Befall mit Wurzelgallennematoden bleiben die Pflanzen im Boden klein, Zweige und Blätter verkümmern oder vergilben, das Wachstum ist gehemmt, die Blätter sind blass, und stark befallene Pflanzen welken bei Trockenheit und sterben im schlimmsten Fall vollständig ab. Darüber hinaus begünstigen die durch Wurzelgallennematoden verursachten Veränderungen der Abwehrkräfte, die Hemmung des Pflanzenwachstums und die mechanischen Gewebeschäden das Eindringen bodenbürtiger Krankheitserreger wie Fusariumwelke und Wurzelfäulebakterien, was zu komplexen Krankheiten und erheblichen Ernteausfällen führt.
Präventions- und Kontrollmaßnahmen
Traditionelle Linienbekämpfungsmittel können je nach Anwendungsmethode in Begasungsmittel und Nicht-Begasungsmittel unterteilt werden.
Begasungsmittel
Zu den Insektiziden zählen halogenierte Kohlenwasserstoffe und Isothiocyanate, während Organophosphorverbindungen und Carbamate zu den nicht-begasenden Mitteln gehören. Brommethan (eine ozonschädigende Substanz, deren Verwendung schrittweise verboten wird) und Chlorpikrin sind derzeit in China zugelassene halogenierte Kohlenwasserstoffe, die die Proteinsynthese und biochemische Reaktionen während der Atmung von Wurzelgallennematoden hemmen können. Methylisothiocyanat ist ein weiteres Begasungsmittel, das im Boden abgebaut wird und Methylisothiocyanat sowie andere niedermolekulare Verbindungen freisetzt. Methylisothiocyanat dringt in den Körper der Wurzelgallennematoden ein, bindet an das Sauerstofftransportprotein Globulin und hemmt so deren Atmung, was zum Tod führt. Darüber hinaus sind Sulfurylfluorid und Calciumcyanamid in China ebenfalls als Begasungsmittel zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden zugelassen.
Es gibt auch einige halogenierte Kohlenwasserstoff-Begasungsmittel, die in China nicht registriert sind, wie z. B. 1,3-Dichlorpropylen, Iodmethan usw., die in einigen Ländern Europas und den Vereinigten Staaten als Ersatz für Brommethan registriert sind.
Nicht begasend
Dazu gehören Organophosphorverbindungen und Carbamate. Unter den in unserem Land zugelassenen, nicht begasten Nematiziden zählen Phosphinthiazolium, Methanophos, Phoxiphos und Chlorpyrifos zu den Organophosphorverbindungen, während Carboxanil, Aldicarb und Carboxanilbutathiocarb zu den Carbamaten gehören. Nicht begaste Nematizide stören die Funktion des Nervensystems von Wurzelgallennematoden, indem sie an die Acetylcholinesterase in den Synapsen der Nematoden binden. Sie töten die Wurzelgallennematoden in der Regel nicht, sondern verhindern lediglich, dass diese ihren Wirt finden und infizieren können. Daher werden sie oft als „Nematodenlähmungsmittel“ bezeichnet. Traditionelle, nicht begaste Nematizide sind hochgiftige Nervenkampfstoffe, die bei Wirbeltieren und Arthropoden denselben Wirkmechanismus wie bei Nematoden aufweisen. Angesichts der Einschränkungen durch Umwelt- und Sozialfaktoren haben die wichtigsten Industrieländer der Welt die Entwicklung von Organophosphor- und Carbamatinsektiziden reduziert oder eingestellt und sich stattdessen der Entwicklung neuer, hochwirksamer und weniger toxischer Insektizide zugewandt. Zu den neuen, nicht-carbamat-/organophosphorhaltigen Insektiziden, die in den letzten Jahren von der EPA zugelassen wurden, gehören Spiralat-Ethyl (Zulassung 2010), Difluorsulfon (Zulassung 2014) und Fluopyramid (Zulassung 2015).
Aufgrund der hohen Toxizität und des Verbots von Organophosphor-Pestiziden sind derzeit nur wenige Nematizide verfügbar. In China waren 371 Nematizide 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 nur wenige neue Nematizide; Fluorensulfoxid, Spiroxid, Difluorsulfon und Fluopyramid zählen zu den führenden Wirkstoffen. Im Bereich der Biopestizide weisen Penicillium paraclavidum und Bacillus thuringiensis HAN055 (registriert von Kono) ebenfalls ein hohes Marktpotenzial auf.
Weltweites Patent zur Bekämpfung von Sojabohnenwurzelknotennematoden
Der Sojabohnenwurzelknotennematode ist einer der Hauptgründe für Ertragsminderungen bei Sojabohnen in wichtigen Sojabohnenexportländern, insbesondere in den Vereinigten Staaten und Brasilien.
In den letzten zehn Jahren wurden weltweit insgesamt 4287 Pflanzenschutzpatente im Zusammenhang mit Sojabohnenwurzelgallennematoden angemeldet. Die meisten Patentanmeldungen für Sojabohnenwurzelgallennematoden stammen aus Regionen und Ländern, die vom Europäischen Patentamt angeführt werden, gefolgt von China und den Vereinigten Staaten. Brasilien, das am stärksten von Sojabohnenwurzelgallennematoden betroffene Gebiet, verzeichnet hingegen nur 145 Patentanmeldungen. Die meisten dieser Patente stammen von multinationalen Unternehmen.
Derzeit sind Abamectin und Phosphinthiazol die wichtigsten Bekämpfungsmittel gegen Wurzelälchen in China. Auch das patentierte Produkt Fluopyramid wird zunehmend eingeführt.
Avermectin
1981 wurde Abamectin als Mittel gegen Darmparasiten bei Säugetieren auf den Markt gebracht, 1985 dann als Pestizid. Abamectin zählt heute zu den am weitesten verbreiteten Insektiziden.
Phosphinthiazat
Phosphinthiazol ist ein neuartiges, effizientes und breit wirksames, nicht begasbares Organophosphor-Insektizid, das von der japanischen Firma Ishihara entwickelt wurde und in vielen Ländern, darunter Japan, auf dem Markt ist. Vorläufige Studien haben gezeigt, dass Phosphinthiazolium in Pflanzen endosorbiert und transportiert wird und ein breites Wirkungsspektrum gegen parasitäre Nematoden und Schädlinge aufweist. Da pflanzenparasitäre Nematoden viele wichtige Nutzpflanzen schädigen und die biologischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Phosphinthiazolium für die Bodenanwendung sehr gut geeignet sind, ist es ein ideales Mittel zur Bekämpfung pflanzenparasitärer Nematoden. Phosphinthiazolium ist derzeit eines der wenigen in China für Gemüse zugelassenen Nematizide und zeichnet sich durch eine ausgezeichnete interne Absorption aus. Daher kann es nicht nur zur Bekämpfung von Nematoden und Schädlingen an der Bodenoberfläche, sondern auch zur Bekämpfung von Blattmilben und Schädlingen an der Blattoberfläche eingesetzt werden. Die Hauptwirkungsweise von Phosphinthiazoliden besteht in der Hemmung der Acetylcholinesterase des Zielorganismus, wodurch die Ökologie des zweiten Larvenstadiums von Nematoden beeinträchtigt wird. Phosphinthiazole hemmen die Aktivität, Schädigung und das Schlüpfen von Nematoden und somit deren Wachstum und Fortpflanzung.
Fluopyramid
Fluopyramid ist ein Pyridylethylbenzamid-Fungizid, das von Bayer CropScience entwickelt und vermarktet wird und sich noch im Patentschutz befindet. Fluopyramid besitzt eine gewisse nematizide Wirkung und ist zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden in Kulturpflanzen zugelassen. Es zählt derzeit zu den am häufigsten eingesetzten Nematiziden. Sein Wirkmechanismus beruht auf der Hemmung der mitochondrialen Atmung durch Blockierung des Elektronentransfers der Succinatdehydrogenase in der Atmungskette. Dadurch werden mehrere Stadien des Wachstumszyklus pathogener Bakterien gehemmt, was zu deren Bekämpfung führt.
Der Wirkstoff von Fluropyramid befindet sich in China noch im Patentschutz. Von den Patentanmeldungen zur Anwendung gegen Nematoden stammen drei von Bayer und vier aus China. Diese kombinieren den Wirkstoff mit Biostimulanzien oder anderen Wirkstoffen zur Nematodenbekämpfung. Tatsächlich können einige Wirkstoffe innerhalb des Patentschutzzeitraums genutzt werden, um frühzeitig Patente anzumelden und sich so einen Marktanteil zu sichern. So wurden beispielsweise beim hochwirksamen Mittel gegen Schmetterlings- und Thripsschädlinge wie Ethylpolycidin über 70 % der inländischen Patentanmeldungen von chinesischen Unternehmen eingereicht.
Biologische Pestizide zur Nematodenbekämpfung
In den letzten Jahren haben biologische Bekämpfungsmethoden, die die chemische Bekämpfung von Wurzelgallennematoden ersetzen, im In- und Ausland große Beachtung gefunden. Die Isolierung und das Screening von Mikroorganismen mit hoher antagonistischer Wirkung gegen Wurzelgallennematoden sind die Grundvoraussetzungen für die biologische Bekämpfung. Zu den wichtigsten Stämmen antagonistischer Mikroorganismen gegen Wurzelgallennematoden zählen Pasteurella, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus und Rhizobium. Myrothecium, Paecilomyces und Trichoderma hingegen zeigten aufgrund von Schwierigkeiten bei der künstlichen Kultivierung oder einer instabilen Wirkung im Freiland nur schwer eine antagonistische Wirkung gegen Wurzelgallennematoden.
Paecilomyces lavviolaceus ist ein effektiver Parasit der Eier des Südlichen Wurzelknotennematoden und von Cystocystis albicans. Die Parasitierungsrate der Eier des Südlichen Wurzelknotennematoden liegt bei 60–70 %. Der Hemmmechanismus von Paecilomyces lavviolaceus gegen Wurzelknotennematoden beruht darauf, dass nach Kontakt mit den Oozysten des Fadenwurms im viskosen Substrat das Myzel des Bakteriums das gesamte Ei umhüllt und sich an den Enden verdickt. Die Oberfläche der Eihülle wird durch exogene Metabolite und die Chitinase des Pilzes aufgebrochen, woraufhin Pilze eindringen und das Ei ersetzen. Paecilomyces lavviolaceus kann außerdem Toxine absondern, die die Nematoden abtöten. Seine Hauptfunktion besteht in der Abtötung der Eier. In China sind acht Pflanzenschutzmittel mit Paecilomyces lavviolaceus zugelassen. Derzeit ist Paecilomyces lilaclavi nicht als Kombinationspräparat im Handel erhältlich, jedoch besteht in China ein Patent für die Kombination mit anderen Insektiziden zur Steigerung der Wirksamkeit.
Pflanzenextrakt
Natürliche Pflanzenprodukte können sicher zur Bekämpfung von Wurzelknotennematoden eingesetzt werden, und die Verwendung von Pflanzenmaterialien oder von Pflanzen produzierten nematoiden Substanzen zur Bekämpfung von Wurzelknotennematodenkrankheiten entspricht eher den Anforderungen der ökologischen Sicherheit und der Lebensmittelsicherheit.
Nematodenhemmende Pflanzenbestandteile kommen in allen Organen der Pflanze vor und können durch Wasserdampfdestillation, organische Extraktion, Gewinnung von Wurzelsekreten usw. gewonnen werden. Entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften werden sie hauptsächlich in nichtflüchtige, wasser- oder organisch lösliche Substanzen und flüchtige organische Verbindungen unterteilt, wobei die nichtflüchtigen Substanzen den größten Anteil ausmachen. Die nematodenhemmenden Bestandteile vieler Pflanzen können nach einfacher Extraktion zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden eingesetzt werden, und die Entdeckung von Pflanzenextrakten ist im Vergleich zur Entdeckung neuer Wirkstoffe relativ unkompliziert. Obwohl sie insektizide Wirkung zeigen, sind der eigentliche Wirkstoff und sein Wirkmechanismus oft unklar.
Derzeit sind Neem, Matrin, Veratrin, Scopolamin, Teesaponin usw. die wichtigsten kommerziellen Pflanzenschutzmittel mit nematodenabtötender Wirkung, die relativ wenige sind und bei der Produktion von nematodenhemmenden Pflanzen durch Zwischenpflanzung oder Begleitpflanzung verwendet werden können.
Obwohl die Kombination von Pflanzenextrakten zur Bekämpfung von Wurzelknotennematoden eine bessere Wirkung bei der Nematodenbekämpfung erzielen würde, ist sie im gegenwärtigen Stadium noch nicht vollständig kommerzialisiert, bietet aber dennoch einen neuen Ansatz für die Verwendung von Pflanzenextrakten zur Bekämpfung von Wurzelknotennematoden.
Bioorganischer Dünger
Entscheidend für die Wirksamkeit von Bio-Organischem Dünger ist die Vermehrung antagonistischer Mikroorganismen im Boden oder in der Rhizosphäre. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung bestimmter organischer Materialien wie Garnelen- und Krabbenschalen sowie Ölmehl die biologische Bekämpfung von Wurzelgallennematoden direkt oder indirekt verbessern kann. Die Fermentation antagonistischer Mikroorganismen mit organischem Dünger mittels Feststofffermentation zur Herstellung von Bio-Organischem Dünger stellt eine neue Methode zur biologischen Bekämpfung von Wurzelgallennematoden dar.
Bei der Untersuchung der Bekämpfung von Gemüsenematoden mit bioorganischem Dünger wurde festgestellt, dass die antagonistischen Mikroorganismen im bioorganischen Dünger eine gute Wirkung auf Wurzelgallennematoden haben, insbesondere der organische Dünger, der durch Fermentation von antagonistischen Mikroorganismen und durch Feststofffermentation hergestellt wurde.
Allerdings hängt die Bekämpfungswirkung von organischen Düngemitteln gegen Wurzelgallennematoden stark von den Umweltbedingungen und der Anwendungsdauer ab. Ihre Wirksamkeit ist weitaus geringer als die von herkömmlichen Pestiziden, weshalb sie schwer zu vermarkten sind.
Allerdings ist es im Rahmen der Arzneimittel- und Düngemittelkontrolle möglich, Nematoden durch die Zugabe chemischer Pestizide und die Kombination von Wasser und Dünger zu bekämpfen.
Angesichts der Vielzahl an Monokulturen (wie Süßkartoffeln, Sojabohnen usw.), die im In- und Ausland angebaut werden, verschärft sich der Nematodenbefall zunehmend, und die Bekämpfung dieser Schädlinge stellt eine große Herausforderung dar. Derzeit stammen die meisten in China zugelassenen Pflanzenschutzmittel aus der Zeit vor den 1980er Jahren, und es mangelt deutlich an neuen Wirkstoffen.
Biologische Mittel bieten zwar einzigartige Vorteile im Anwendungsprozess, sind aber nicht so wirksam wie chemische Mittel und ihre Anwendung ist durch verschiedene Faktoren eingeschränkt. Aus den einschlägigen Patentanmeldungen geht hervor, dass die aktuelle Entwicklung von Nematiziden weiterhin auf der Kombination bewährter Produkte, der Entwicklung von Biopestiziden und der Integration von Wasser und Düngung basiert.
Veröffentlichungsdatum: 20. Mai 2024