-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine neue Zubereitungsform von Bacillus
thuringiensis israelensis (BTI) Endotoxinen in Form von Cellulose-Granulaten, welche
bei der Bekämpfung
von Zuckmückenlarven
verwendet werden. Stechmücken
können
gefährliche Überträger von
Krankheiten, z. B. Malaria, Blutungsfieber (Dengue, DHF), Enzephalitis
oder lymphatischen Filiariosen sein. Nicht stechende Mücken (Chironomidae)
stellen jedoch vor allem bei massenhaften Auftreten eine erhebliche
Plage oder Belästigung
dar, die die Lebensqualität
signifikant schmälert.
-
Das
massenhafte Auftreten und Schwärmen
von adulten Zuckmücken
(Chironomidae) in der Umgebung ihrer Massenbrutgewässer ist
ein bekanntes und immer wieder erstaunliches Phänomen. Massenschwärmen über einem
Kirchturm hat beispielsweise dazu geführt, daß Beobachter die Feuerwehr
informierten. Sie gingen davon aus, daß der riesige Schwarm eine
Rauchsäule
sei. In jüngster
Zeit nehmen die Meldungen über
Belästigungen
der Bevölkerung
durch die Zuckmücken
zu. Dies hat mehrere Ursachen; zum einen führt die Belastung der Gewässer mit
Nährstoffen
zu einer erhöhten
pflanzlichen Produktion. Die tote organische Substanz dient den
Zuckmückenlarven
als Nahrung und gewährleistet
den Nährboden
für eine
Massenvermehrung. Zum anderen werden neue Binnengewässer geschaffen,
die zumindest zunächst
nur wenigen aquatischen Arten einen Lebensraum bieten (geringe Diversität). Viele
Zuckmückenarten
sind Pionierarten, die einen neuentstandenen Lebensraum schnell
in ungeheuren Mengen besiedeln können.
Freßfeinde
der Zuckmückenlarven
fehlen in solchen artenarmen Ökosystemen
in der Regel. Auch wasserbauliche Maßnahmen können die Abfluß- und Sedimentationsverhältnisse
in einem Gewässer
derart verändern,
daß die
Zuckmückenlarven
in dem entstehenden Sediment ideale Entwicklungsbedingungen finden.
-
In
geeigneten Gewässern
können
die Larven mancher Zuckmückenarten
(z.B. Chironomus plumosus oder Chironomus thummi) eine Dichte von
mehr als 100.000 Larven pro Quadratmeter Wasseroberfläche erreichen.
Die Fluginsekten schlüpfen
in außergewöhnlich hohen
Zahlen – nahezu
eine Milliarde Mücken
können pro
Hektar Gewässerboden
zur Entwicklung kommen. Das massenhafte Auftreten der Fluginsekten
kann hygienische und medizinische Probleme (Entstehen von Allergien
bedingt durch die Schuppen der Fluginsekten) mit sich bringen. Die
Insektenschwärme
können
Aktivitäten
im Freien stark einschränken,
da sie zwangsläufig eingeatmet
werden sowie in Ohren oder Augen fliegen. Bei warmem Wetter aggregieren
die Schwärme
häufig in
schattigen, kühleren
Bereichen und verursachen dort starke Verschmutzungen. Besonders
der Straßenverkehr
kann durch das Massenvorkommen gefährdet werden. Die Mücken bedecken
häufig
Scheinwerfer, Straßenmarkierungen
und Ampeln bzw. akkumulieren nach ihrem Tod auf Straßen und
führen
zu Rutschgefahr. Es sind Fälle
bekannt, wo selbst der Flugverkehr durch das Auftreten von Zuckmückenschwärmen eingestellt
werden musste. So z.B. regelmäßig in Venedig,
wo jährlich
rund 1 Million USD für
die Bekämpfung
der Zuckmücken
ausgegeben wird. Die Imagines werden durch Licht stark angezogen
und verursachen daher in Wohngebieten am Abend und nachts auch im
Haus starke Belästigungen
der Bewohner. Sie aggregieren an Häuserwänden millionenfach und bedecken
oft zentimeterhoch den Boden, wenn sie abgestorben sind. Zuckmücken übertragen
keine Krankheiten, da sie im Gegensatz zu den Stechmücken keinen
Stechrüssel
besitzen. Allerdings treten im Zusammenhang mit ihrem Massenvorkommen
immer häufiger
allergische Reaktionen sowie Dermatitis, Rhinitis und Asthma in
der Bevölkerung
auf. (Vgl. z.B. A. Ali, A Concise Review of Chironomid Midges (Diptera:
Chironomidae) as Pests and Their Management, Journal of Vector Ecology
21(2): 105–121.)
In Deutschland sind belästigende
Massenvermehrungen in den letzten Jahren vor allem aus Kläranlagen
bekannt geworden. Seit 1997 werden auch an der Donau im Bereich
der Stauhaltungen Geisling und Straubing Massenvermehrungen von
Chironomus spp. festgestellt.
-
Weltweit
werden umfangreiche Maßnahmen
zur Bekämpfung
von Mücken
getroffen, und dabei werden mehr als 50 000 Tonnen chemischer Insektizide
jährlich
eingesetzt. Neben dem objektiven Nutzen, in der Verringerung der
Mückenhäufigkeit,
bedingen diese Chemikalien jedoch erhebliche toxikologische Risiken,
da sie nicht nur die Mücken
bzw. ihre Larven schädigen,
sondern auch gegen andere Organismen wirksam sind. Auch ökologische
Risiken sind dabei durchaus gegeben, da die gleichzeitige Schädigung anderer
Insekten durch diese Mittel die Nahrungskette für Fische und Vögel stört. Man
hat deshalb nach Alternativen gesucht, welche gezielter nur gegen
Mücken
bzw. ihre Larven wirken.
-
Neben
den chemischen Insektiziden sind seit vielen Jahren bakterielle
Insektizide Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten.
-
1977
isolierten Goldberg und Margalit aus einer von Mückenbrutplätzen in der Negev-Wüste stammenden
Probe einen Bacillus-thuringiensis-Stamm, der sich gegenüber Larven
verschiedener Mücken,
insbesondere Stech- und Kriebelmücken
sowie bei stark erhöhter
Dosis auch gegen die Larven der Zuck(Chironomidae), Trauer- (Sciaridae),
Schmetterlings-Mücken
(Psychodiae) und Kohlschnaken (Tipulidae), als pathogen erwies.
Dieser wird heute als Bacillus thuringiensis var. israelensis klassifiziert
und auch als Pathotyp B bezeichnet zur Unterscheidung von einem
Bacillus thuringiensis Pathotyp A, welcher gegen Lepidopteren wirksam
ist. In der
US-PS 41 66 112 wird
die Verwendung von BTI als Insektizid beansprucht.
-
Mikrobiologische
Präparate
auf der Basis von Bacillus thuringiensis H-14 haben sich in den
zurückliegenden
Jahren als effektiv im Kampf gegen die Stech- und Kriebelmücken erwiesen.
Sie wirken sehr selektiv und töten
nur die Larven weniger Mückenarten
ab. Für
andere Tiere und Menschen, selbst nahe Verwandte der Mücken, sind
diese Mittel nach heutigen Kenntnisstand ungefährlich.
-
Erst
in mindestens 10fach höherer
Konzentration wurde auch eine Wirksamkeit gegenüber Zuckmücken festgestellt, die es ermöglicht,
in kleineren, flachen, stehenden Gewässern, insbesondere künstlichen
Teichen und Seen mit vertretbarem Materialaufwand die Zuckmücken zu
bekämpfen
(vgl. A. Ali, s.o.). Große Seen
und Flüsse
lassen sich so nicht behandeln. Die Wirksamkeit der mikrobiologischen
Präparate
auf der Basis von Bacillus thuringiensis H-14 beruht dabei auf Proteinkristallen
(Endotoxinen), welche die Bazillen am Ende ihrer Wachstumsperiode
gleichzeitig mit der Sporenbildung erzeugen. Wenn diese Endotoxine
von den Mückenlarven
zusammen mit dem Futter aufgenommen werden, werden sie im Darm der
Mücke zum
Toxin aktiviert, lagern sich an die Mitteldarmzellen an, und bringen
diese durch osmo-regulatorische Effekte zum Platzen. Die Mückenlarven
sterben so innerhalb weniger Minuten bis Stunden ab.
-
Notwendige
Voraussetzungen für
die Wirksamkeit der Endotoxine sind
- a) eine
genügend
hohe Konzentration, in der sie von den Mückenlarven aufgenommen werden;
- b) die Aktivierung zum Toxin im alkalischen Darmmilieu der Mückenlarven
durch entsprechende Proteasen, und
- c) das Vorhandensein von entsprechenden Rezeptorstellen an den
Darmzellen der Mücken,
an die diese Toxine anbinden.
-
Daß diese
Endotoxine so spezifisch wirken, scheint daran zu liegen, daß vor allem
die Rezeptorstellen bei anderen Tieren nicht vorhanden sind bzw.
der proteolytische Abbau in anderer Weise erfolgt.
-
Da
diese mikrobiologischen Präparate
als Fraßgifte
nur gegen die Larven weniger Mückenarten
eingesetzt werden können
und andererseits als Proteine relativ rasch von den in der Natur
vorkommenden verschiedensten Mikroorganismen abgebaut werden, ist
es notwendig, die Präparate
in geeigneter Konzentration und Formulierung in die Brutgewässer auszubringen.
-
Bisher
wird das Produkt bei der Bekämpfung
von Zuckmückenlarven
als Puderformulierung oder Flüssigkonzentrat
mit entsprechenden Mengen Wasser gemischt und als Suspension über den
befallenen Gewässern
versprüht.
Weiterhin ist es bekannt, die Endotoxine auf die Oberfläche von
Sand oder Maiskolbenbruch aufzubringen und dann mit Bindemitteln
zu Granulaten zu verarbeiten, welche dann in fester Form verstreut werden
können.
Diese Formulierungen haben den Nachteil, daß sie in stehenden Gewässern sich über das ganze
Wasservolumen verteilen und damit sehr große Mengen ausgebracht werden
müssen,
um eine wirksame Konzentration zu erzeugen. In fließenden Gewässern können diese
Präparate
nicht ausgebracht werden, da sie mit der fließenden Welle verdriften.
-
Es
stellte sich daher die Aufgabe, eine BTI-Formulierung zu finden,
die auch in tiefen Gewässern
und insbesondere in fließenden
Gewässern
zur Bekämpfung
von Zuckmücken
eingesetzt werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird überraschendennreise
durch die im Hauptanspruch kennzeichnenden Merkmale gelöst und durch
die Merkmale gemäß den Unteransprüchen gefördert.
-
Da
die Larven der Chironomidae vorzugsweise in der Nähe des Gewässergrundes
weiden, musste eine Formulierung gefunden werden, die nach dem Ausbringen
auf die Oberfläche
rasch zum Grunde absinkt, sich dort unter Freisetzung des BTI-Wirkstoffs verteilt,
wobei dieser in Bodennähe
verbleibt und möglichst
wenig in fließenden
Gewässern
verdriftet. Weiterhin müssen
die Trägerstoffe
der Formulierung für
die Mückenlarven
möglichst
attraktiv sein, um diese zur Aufnahme der BTI zu veranlassen.
-
Es
wurde nun gefunden, dass cellulosehaltige pulverförmige Trägersubstanzen,
die zusammen mit BTI-Wirkstoffen zu Granulaten verpresst werden,
eine geeignete Formulierung darstellen.
-
Als
Futtermittel bekannte cellulosehaltige Produkte wie Heu, Kleie,
Obstschalen, Rübenschnitzel,
aber auch Sägemehl
werden erfindungsgemäß eingestetzt,
da sie im komprimierten Zustand nach Befeuchten mit Wasser eine
Dichte von über
1 g/cm3 aufweisen und somit in Wasser absinken,
andererseits im Wasser aufquellen und die komprimierten Formulierungen
wieder in feine Teile aufbrechen. Die cellulosehaltigen Stoffe sollen
30 – 90%,
insbesondere 60 – 80%
der Formulierung ausmachen.
-
Zur
weiteren Beschwerung kann die Formulierung noch anorganische körnige Füllstoffe
wie Sand, Kalksteinmehl, Ton oder Split enthalten, um eine Dichte
der Granulate von 1,1 – 1,5
g/cm3, insbesondere 1,1 – 1,2 g/cm3 zu
erhalten. Diese Füllstoffe
werden in einer Menge bis zu 50% der Formulierung verwendet.
-
Der
BTI-Wirkstoff ist als Pulver mit Aktivitäten von 1000 bis 5000 ITU/mg
handelsüblich.
In den erfindungsgemäßen Formulierungen
sind 5 – 20,
insbesondere 7,5 – 10%
des BTI enthalten. Flüssige,
insbesondere wässrige
BTI-Präparate können ebenfalls
verwendet werden und fördern
gegebenenfalls die Kompaktierung und Granulierung, jedoch muß das Präparat anschließend gut
getrocknet werden, um einen bakteriellen Abbau des Wirkstoffs zu
verhindern.
-
Als
zerfallsfördernde
Mittel werden den erfindungsgemäßen Formulierungen
noch ein Tablettensprengmittel, eine in Form Mischung aus Natriumcarbonat
oder Natriumhydrogencarbonat mit Weinsäure oder Citronensäure zugesetzt.
Auch Bindemittel wie sie aus der Tablettenherstellung bekannt sind,
beispielsweise Lactose, Stärke,
mikrokristalline Cellulose können
der Rezeptur zugesetzt werden, um die Kompaktierung zu festen Granulaten
zu fördern.
Solche Hilfsstoffe können
in Mengen bis zu 5%, vorzugsweise 1 – 3% enthalten sein.
-
Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Formulierungen
werden alle Produkte zu Pulver vermahlen, vermischt und trocken
oder feucht kompaktiert und in bekannter Weise zu Granulaten oder
Pellets mit einem Durchmesser von 2 – 10, vorzugsweise 3 – 5 mm verarbeitet.
Diese Granulate sind direkt zur Ausbringung der Wirkstoffe geeignet.
-
Die
Granulate sinken nach dem Ausbringen auf die Gewässeroberfläche innerhalb weniger Sekunden bis
Minuten bis zum Grund, wo sie zerfallen und den BTI-Wirkstoff in
einem engen Bereich und damit hoher Konzentration freigeben. Wegen
der in der Nähe
zum Grund geringeren Strömung
findet auch bei fließenden Gewässern nur
ein langsames Verdriften statt, so daß beim Ausbringen über einen
längeren
Flussabschnitt die Aufnahme des BTI durch die Mückenlarven und damit die Wirkung
gewährleistet
ist.
-
In
den folgenden Beispielen ist die Erfindung näher erläutert, ohne daß sie dadurch
beschränkt
werden soll. Soweit nicht anders angegeben, ist im Rahmen der Anmeldung
unter % immer Masse-% zu verstehen.
-
BTI-Granulat-Formulierung
(Chirex 2X)
-
Das
folgende Granulat hat sich im Labor und in Freilandversuchen als
wirksam erwiesen: Wirkstoff Zusammensetzung:
Vectobac
WDG (3000 ITU/mg BTI) | 10,0% |
(Vectobac
WDG ist ein BTI-haltiges wasserdispergierbares Granulat der Abbott
Laboratories) | |
-
Bindemittell/Trägerstoff
Luzernegras | 13,0% |
Weizenkleie | 20,0% |
Sonnenblumenöl, kaltgeschlagen | 0,5% |
-
Sprengmittell/Trägerstoff
Haferschalen,
gemahlen | 10,0% |
Apfelschalen,
gemahlen | 30,5% |
Rübenschnitzel,
gemahlen | 10,0% |
Kieselgur | 1,0% |
-
Sprudelmittel
Zitronensäure | 2,5% |
Natriumbicarbonat
(Soda) | 2,5% |
-
Die
Stoffe werden gemahlen, homogenisiert und anschließend in
einem Kompaktierungsverfahren zu Granulat verarbeitet. Der Granulatdurchmesser
soll ca. 4,5 mm, die Dichte 1,05 – 1,15 g/ml betragen.
-
Die
zum Einsatz kommenden Stoffe entsprechen den Bestimmungen des Futtermittelrechts.
-
-
Als
aktives Material zeigte sich eine Grundformulierung von water dispersible
granules (WDG) geeignet, die sich durch ihre ausgesprochen gute
Löslichkeit
im Wasserkörper
auszeichnet und daher besonders hohe Aktivität auch in kleinen Dosen aufweist.
-
Das Chironomiden-Granulat
-
Chirex
2XR (10%) besteht zu 85% aus pflanzlichem Material (Cellulose) sowie
Citrat und Carbonat und zu 10% aus der Bti-Formulierung WDG (s.o.).
Für die
Aktivität
errechnet sich daher ein Wert von 300 ITU/mg.
-
Das
Granulat besitzt die Optik von fest gepreßten Tierfütterpellets. Ein Granulat-Korn hat ein durchschnittliches
Gewicht von 160 mg. Dies gewährleistet
das schnelle Absinken des Granulats. Am Boden löst es sich langsam auf. Durch
die aufsprudelnden Substanzen (Citrat, Carbonat) breitet sich das
Cellulose-Bti-Gemisch
am Boden je nach Korngröße ca. 1 – 2 cm aus.
-
Physikalisches
Verhalten des Granulats
-
Es
wurden zu Testzwecken zwei Granulatformulierungen hergestellt, die
sich in der Konzentration der Zitronensäure und des Sodaanteils unterschieden.
Das Chirex XR enthielt beide Substanzen jeweils 1%-ig und das Chirex
2XR jeweils 2,5%. Es sollte dadurch eine unterschiedliche Zerfallszeit
durch den unterschiedlichen Sprudeleffekt erreicht werden.
-
Beide
Granulatformulierungen wurden jeweils in einen 100 ml Erlenmeyerkolben,
der mit 100 ml Wasser (∼8°C) gefüllt war,
gegeben, in minütlichem
Abstand wurde der Kolben mit der Hand kurz geschüttelt und der Zerfallsprozeß registriert.
Zum anderen wurde das Granulat in einen 100 ml Erlenmeyerkolben,
der mit 100 ml Wasser (∼8°C) gefüllt war,
gegeben und mit einem Magnetrührer
(Fabrikat: KM02 electronic, IKA-Labortechnik) mit mittlerer Drehleistung
(600 U/min) ge rührt.
Das Zerfallsverhalten wurde registriert.
-
Beim
Schütteln
ist das Chirex 2XR-Granulat nach durchschnittlich 34 Minuten 50
Sekunden zerfallen (Tab. 1) und das Chirex XR nach durchschnittlich
37 Minuten 35 Sekunden (Tab. 2). Durch Rühren wird der Zerfallsprozess
beschleunigt. Er beträgt
bei Chirex 2XR (Tab. 3) 20 Minuten und bei Chirex XR mehr als 33 Minuten
(Tab. 4).
-
Tab.
1: Zerfallsdauer des Chirex 2XR-Granulats durch Schütteln.
-
Tab.
2: Zerfallsdauer des Chirex XR-Granulats durch Schütteln
-
Tab.
3: Zerfallsdauer des Chirex 2XR durch Rühren
-
Tab.
4: Zerfallsdauer des Chirex XR durch Rühren
-
Es
bleiben größere holzige
Stücke
(4 – 8
mm2) übrig,
die sich nicht mehr auflösen.
Insbesondere das Chirex 2XR Granulat zeigt beim Auflösen einen
Sprudeleffekt (Bläschenbildung).
-
In
einer Glasröhre
von 1 Meter Länge
sinkt das Granulat zügig
zum Boden, ohne daß sich
ein Zerfall andeutet.
-
Die Wirksamkeit
des Granulats
-
Generell
kann gesagt werden, daß Bti
bei entsprechender Dosis ein wirksames Mittel gegen manche Chironomiden
darstellen kann. Im Gegensatz zu der Stechmücken- und Kriebelmückenbekämpfung sind
jedoch sehr hohe Konzentrationen nötig.
-
Es
wurden folgende Konzentrationen im Labor getestet: 10, 20, 30, 40,
60, 80, 160 und 240 kg/ha (0,01–0,24
mg/cm2).
-
Die
Granulatmenge bzw. Bti-Konzentration wurde flächenbezogen und nicht volumenbezogen
berechnet, da aufgrund ihrer Lebensweise für die Chironomiden nur das
Bti, das sich am Boden absetzt, eine Rolle spielt. Des Weiteren
werden in der Praxis nur die Behandlungsflächen berücksichtigt, das Wasservolumen spielt
dabei keine Rolle. Wichtig ist, das Toxin in der Freßzone der
zu bekämpfenden
Organismen zu halten bzw. es dorthin zu bringen.
-
Bei
einer Chirex-Granulat-Konzentration von 20 kg/ha (entsprechend 2
kg Vectobac WDG/ha = –6 × 109 ITU/ha) starben 90% (LC90)
und bei 80 kg/ha (8 kg Vectobac WDG/ha = 24 × 109 ITU/ha)
98% der Zuckmückenlarven
(LC98).
-
Für die Anwendung
im Routine-Einsatz benötigt
man eine Dosis von 60 – 90
kg/ha.
-
Freiland-Anwendung
-
Es
wurden zwei Test-Einsätze
vorgenommen.
- a) am 3. Juni 2000 wurden in der
Donau bei Geisling und Straubing insgesamt 230 ha (jeweils 115 ha
pro Flußseite)
bei einer Applikationsbreite von jeweils 100 Metern und 5 km Länge behandelt.
Davon wurden 190 ha mit Chirex XR (Dosis: 60 kg/ha = 6 kg WDG/ha)
und 140 ha mit Bti-Eis-Granulat (100 kg/ha = 6 kg WDG/ha) behandelt.
- b) am 12. Juni 2000 wurde in Geisling eine Strecke von 4 Kilometern
(km 2365–2361) – also 80
Hektaren mit einer Dosis von 90 kg Chirex 2XR/ha (entspricht: 9
kg WDG pro Hektar) behandelt.
-
Nachkontrolle:
-
- a) Es ergab sich eine Reduktion der Zuckmückenlarven
von 60 – 70%
durch Chirex XR und eine Reduktion von 30 – 40% durch BTI-Eisgranulat.
- b) Bei der zweiten Applikation mit einer höheren Dosis und verbesserten
Chirex 2XR Formulierung ergab sich eine Mortalitätsrate von 83%.
-
Bemerkungen:
Es zeigte sich, daß bei
einer hohen Larvendichte eine Dosis von 60 kg Chirex XR entsprechend
6 kg WDG/ha, insbesondere die Applikation als Eisgranulat, welches
teilweise an der Oberfläche schwimmt
und dort auftaut, nicht ausreichend ist und eine Dosis von 90 kg
Chirex 2XR vorzuziehen ist.
-
Verdriftungsverhalten
von Chirex 2XR
-
Zunächst wurde
die Strömungsgeschwindigkeit
gemessen, indem die Geschwindigkeit eines auf der Wasseroberfläche schwimmenden
Papierstücks
bestimmt wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit
betrug zwischen 15 und 20 cm/sec (0,54 – 0,72 km/h). Nach der Applikation
von Chirex 2XR am 12. Juni 2000 wurden jeweils zwei Liter Flußwasser
nach 2,5 Stunden bei Kilometer 2360 (ein Kilometer flußabwärts nach
Ende der Applikationsstrecke) und bei Kilometer 2359 (2 Kilometer
flußabwärts) 5 Stunden
nach Applikation im Strömungsbereich
(oberflächennah)
vom Ufer aus entnommen. Das Wasser wurde bei 4°C aufbewahrt. Jeweils 12 Stunden
vor Beginn des Bioassays wurden die Proben aus der Kühlkammer
entnommen und auf Raumtemperatur (23 °C) erwärmt.
-
Je
4 mal 20 Larven von Aedes aegypti im dritten Larvenstadium wurden
in 4 PE-Becher mit
150 ml Wasser der entsprechenden Proben pipettiert. In den Kontrollversuchen
kam VE-Wasser zur Verwendung. Nach 12 und 24 Stunden wurden die überlebenden
Stechmückenlarven
ausgezählt
und die Mortalitätsrate
bestimmt. Die Versuchsreihen wurden doppelt vorgenommen.
-
-
-
Die
Ergebnisse mit gegen BTI besonders empfindlichen Stechmücken lassen
erkennen, daß aufgrund der
physikalischen Eigenschaften von Chirex 2XR kein Verdriften von
Bti in für
die Mortalität
signifikanten Mengen gegeben ist. Dies ergibt einen wesentlichen
Vorteil gegenüber
aller bisher bekannten Formulierungen.