Foliar application of entomopathogenic nematodes for integration in a biological control management against Plutella xylostella (Lepidoptera; Plutellidae) | BLATTAPPLIKATION ENTOMOPATHOGENER NEMATODEN ZUR INTEGRATION IN EINE

Plutella xylostella, the diamondback moth (DBM) has develpoped resistance against every insecticide applied, including Bacillus thuringiensis (Bt). Increasing dose of insecticide applications suppressed the potential of invertebrate antagonists. Therefore biological alternatives, which are rated harmless to the invertebrate antagonists, are urgently required to substitute toxic chemical insecticides. Entomopathogenic nematodes (EPN) are highly effective against DBM larvae, but on foliage they lack protection from UV-radiation, heat and drought. The present investigation aimed at the support of EPN survival and efficacy against P. xylostella by adjuvants. The pivot finding was that DBM larvae were penetrated by the nematodes actively, rather than they were passively ingested by the larva. Independed to the nematode survival, efficacy decreased significantly after 1h of exposure on plant foliage. Therefore, further experiments focused on the improvement of nematode activity and mobility. The formulation mixture of a polymer and a surfactant achieved highest improvements. Applied at 25°C and 80% RH onto Brassica oleracea var. capitata leaflets the LD50 was lowered from 13 EPN (Steinernema carpocapsae) / 3rd instar larva in water to only 1 EPN / larva in formulation (0.3% surfactant Rimulgan and 0.3% polymer xanthan gum). The LT50 was reduced by the formulation from 42 to 22 h. Additionally, the polymer improved the adhesion to the leaf and reduced nematode sedimentation in the tank mix. The viscosity was discovered to be the optimal parameter for recommendation of the polymer. In field trials in Indonesia, a single application of EPN achieved 50% DBM control. The Bt-product Turex achieved 80% efficacy. Both biological insecticides applied alternatingly on a weekly basis achieved > 90 % control. The results indicate the possibility to successfully integrate EPN into a biological control strategy against DBM.

Die Kohlmotte Plutella xylostella (L.), ein weltweit verbreiteter Schädling an Kreuzblütlern, wird wegen ihrer Fähigkeit, Resistenzen gegen Insektizide zu bilden, sehr gefürchtet. Heute sind Resistenzen der Kohlmotte gegen jedes gegen sie eingesetzte Mittel bekannt, inklusive Bacillus thuringiensis Berliner (Bt), der einzige kommerziell weit verbreitete, biologische Wirkstoff. Aufgrund verminderter Wirksamkeit steigen die Aufwandmengen der Insektizide unverhältnismäßig, wodurch vor allem wirbellose Antagonisten geschädigt werden. Entomopathogene Nematoden (EPN) sind ungefährlich für den Anwender, das Ökosystem und vor allem für wirbellose Antagonisten. Im Labor wurde eine hohe Wirksamkeit des Nematoden Steinernema carpocapsae (Weiser) gegen das 3. und 4. Larvenstadium der Kohlmotte nachgewiesen. Doch werden die bodenbürtigen Nematoden durch fehlenden Schutz vor UV-Strahlen, Hitze und Trockenheit schon nach kurzer Zeit auf dem Blatt geschädigt. Ziel dieser Studie war durch Hilfsstoffe die entomopathogenen Dauerlarven (DL) zu schützen und damit ihre Wirksamkeit gegen die Kohlmotte zu optimieren. Als Blattapplikation könnten die Nematoden in ein nachhaltiges Bekämpfungssystem gegen die Kohlmotte integriert werden und für das Ökosystem schädliche Breitbandinsektizide ersetzen. Zunächst wurde die Kompatibilität einer großen Auswahl verschiedener Zusatzstoffe mit Nematoden, Insekten und Pflanzen untersucht. Nur wenige Adjuvantien verursachten schädliche Effekte an Pflanzen oder Insekten und keines beeinflusste die Nematoden negativ. Das Verhalten von Kohlmottenlarven und Nematoden auf der Blattoberfläche wurde eingehend untersucht. In Wasser appliziert auf die Kohlpflanze waren Nematoden durch die Oberflächenspannung der Tropfen gefangen, die sie nicht selbständig durchbrechen konnten. Nur zufällig, wenn Kohlmottenlarven die Tropfen kreuzten, kamen die Nematoden in Kontakt mit dem Insekt. S. carpocapsae versuchten in diesem Fall an allen Körperöffnungen in das Insekt einzudringen. Eine erfolgreiche Invasion konnte aber nur durch den Anus beobachtet werden. Der Durchmesser der Tracheen der Kohlmotte ist zu klein, um Nematoden in die Larve passieren zu lassen. Versuche einer orale Invasion wurden durch Abwehrverhalten der Larven verhindert. Die folgende Forschung richtete sich deshalb auf die Unterstützung des aktiven Eindringens der Nematoden in das Insekt unter Berücksichtigung der wächsernen Kutikula des Kohls. In Versuchen auf 2 cm² Blattscheiben mit einzelnen Larven des 3. Stadiums (L3) wurde untersucht, die Wirksamkeit der Nematoden durch verschiedene Adjuvantien zu steigern. Fünf Tenside und vier Polymere wurden dazu in 0,3%iger Konzentration untersucht. Das Herabsetzen der Oberflächenspannung durch Tenside hatte keinen Einfluss auf die Wirksamkeit der Nematoden, doch durch Polymere konnte diese signifikant gesteigert werden. Die Wirksamkeit von 10 S. carpocapsae / Kohlmottenlarve wurde von 37% in Wasser durch Zugabe der Polymere auf 71% durch Xanthan und auf 82% durch Alginat gesteigert. Weitere Zugabe von 0,3% Tensid zur Polymersuspension erhöhte den Wirkungsgrad der Nematoden auf > 90%. Die letale Konzentration (LC50) von S. carpocapsae auf das L3 bei 80% relativer Luftfeuchte (RLF) und 25°C wurde durch diese Tensid- Polymer-Formulierung von 13 auf 1 DL / Insektenlarve reduziert. Die LC50 in Wasser bedingt bei 80% RLF und 25°C eine letale Zeit (LT50) von 42 Stunden (Std). Durch die Formulierung konnte die LT50 auf nur 22 Std. reduziert werden. Weiterhin wurde die Möglichkeit überprüft, die Sedimentation der Nematoden in Spritzbrühen und ihre Adhäsion am Blatt durch die Adjuvantien zu verbessern. In 0,5 l Wasser wurden Nematoden (1 DL / μl) gleichmäßig verteilt. In 5-minütigen Intervallen wurde aus 2 cm Tiefe 100 μl Proben entnommen und die Anzahl der enthaltenen Nematoden gezählt. In reinem Wasser wurden schon nach 5 Minuten 60% weniger S. carpocapsae als in der Ausgangsmenge wiedergefunden. Die Sedimentation der Nematoden konnte durch 0,3% Guarkernmehl, 0,1% Alginat oder 0,05% Xanthan für die Dauer einer Stunde verhindert werden. Auf der wachsigen Blattoberfläche des Kohls finden Wassertropfen mitsamt Nematoden keinen Halt und perlen ab. In Wasser appliziert auf Blättern, die sich in 60° Winkel zur Spritzdüse befanden, wurde 70% Verlust der Nematoden festgestellt. Durch 0,3%ige Zugabe von Polymeren wurde dieser Verlust verringert, auf 30% durch Gummi Arabicum und auf 26% durch Guarkernmehl. Noch stärkeren Einfluss auf die Adhäsion erzielten die Polymere Alginat und Xanthan, deren 0,3%ige Zugabe den Verlust auf ca. 20% verringerte. Eine Untersuchung der Viskosität der Zusatzstoffe ergab eine Korrelation mit ihrem Potential, die Nematodenwirksamkeit zu verbessern, die Sedimentation zu verlangsamen und ihre Adhäsion am Blatt zu erhöhen. Die höchste Viskosität erreichten Xanthan und Alginat. Aufgrund des besseren Lösungsverhaltens von Xanthan wurde dieses Polymer für die folgenden Versuche gewählt. Die Tenside verringerten weder die Sedimentation noch verbesserten sie die Adhäsion der Nematoden. Nur in Verbindung mit einem Polymer erhöhten sie die Wirksamkeit der Nematoden. Zwischen den Tensiden wurden keine signifikanten Unterschiede nachgewiesen. Für die folgenden Versuche wurde deshalb Rimulgan®, ein biologisch leicht abbaubares Tensid gewählt. Die bisherigen Wirksamkeitsuntersuchungen wurden in 2 cm² großen Versuchszellen durchgeführt, die das natürliche Verhalten der Kohlmottenlarven unberücksichtigt ließen. Deshalb wurde eine Versuchsarena entwickelt, in der sich die Larven frei bewegen konnten. Auf ganzen Kohlblättern inkubiert bei 80% RLF und 25°C erreichten Nematoden in Wasser appliziert einen Wirkungsgrad von 50% bei einer Konzentration von > 50 DL / cm² . Da der Effekt stark feuchtigkeitsabhängig war, wurde bei 60% RLF ein deutlich geringerer Wirkungsgrad erzielt. Erst ab einer Dichte von >100 DL / cm² konnten 50% Wirkung erzielt werden. Die Polymer-Tensid-Formulierung erhöhte die Wirkung der Nematoden auf dem Blatt. Bei 80% RLF wurden bis zu 80% Wirkung erzielt. Bei 60% RLF blieb der Wirkungsgrad zwar unter 60%, wurde aber schon durch 50 DL / cm² erreicht. Außerdem verbesserte die Formulierung das Überleben der Nematoden auf dem Blatt. Die letale Zeit (LT50) der Nematoden exponiert bei 80% RLF betrug 36 Std. und nur 3 Std. bei 60% RLF. Durch die Formulierung wurde die LT50 auf 57 Std. bei 80% RLF und auf 23 Std. bei 60% RLF verlängert. Fast alle Nematoden überlebten bei 80% RLF 9 Std. auf dem Blatt. Ihre Aktivität nahm in dieser Zeit aber rapide ab. Kohlmottenlarven, die direkt nach der Behandlung der Blätter mit Nematoden in Wasser aufgesetzt wurden, wurden zu 40% kontrolliert. Wurden die Larven aber erst 9 Std. später aufgesetzt, wurden nur noch 13% Mortalität beobachtet. Appliziert in der Formulierung verringerte sich die Wirkung der Nematoden in 9 Std. von 70 auf 40%. Weitere Polymere, die sich durch ihre Wasserhaltemöglichkeiten als Austrocknungshemmer auszeichnen, wurden der Formulierung zu 0,25% zugefügt. Als Evaporationsschutz wurde ein Alginatgel, Polyacrylat und Silicat eingesetzt. Aber durch keinen dieser Austrocknungshemmer konnte der Aktivitätsverlust der Nematoden verhindert werden. Ein Versuch zur Ermittlung der Infektionszeit wurde an Einzelblattversuchen durchgeführt. Überraschend hoch war die Nematodeninfektion schon nach einer Std. Die Expositionszeit der Kohlmottenlarven auf nematodenbehandelten Blättern für 1 oder 20 Stunden zeigte keinen signifikanten Unterschied auf den Wirkungsgrad. Dieses Ergebnis bedeutet, dass auf dem Blatt schon nach einer Stunde die hauptsächliche Aktivität der Nematoden stattgefunden hat. Selbst durch verbesserte Überlebensraten konnte der Aktivitätsverlust der Nematoden nicht beeinträchtigt werden. Als Konsequenz sollten Nematoden auf dem Blatt in ihrer Mobilität gefördert werden, da ihre Aktivität direkt nach der Applikation auf das Blatt größeren Einfluss auf ihre Wirksamkeit zeigt, als die Verlängerung ihrer Persistenz. Die Resultate aus dem Labor wurden in Feldversuchen in Indonesien überprüft. Die Versuche wurden auf Java im Hochland > 2000 m über dem Meeresspiegel zur Regenzeit im Februar – April 2004 durchgeführt. Dabei wurde die Wirkung der Nematoden in Wasser und in der Polymer-Tensid-Formulierung verglichen und die Möglichkeit der Kombination von Nematoden mit Bt getestet. Drei Tage nach der Applikation von 0,5 Millionen S. carpocapsae / m² wurde ein Wirkungsgrad von > 50% erzielt. Noch 10 Tage nach der Applikation wurde ein ähnlich hoher Wirkungsgrad gemessen. Die Formulierung erzielte nur wenig verbesserte Wirkung, wahrscheinlich wegen der hohen Luftfeuchte während der Regenzeit (> 90%). Vereinzelt wurde nach der Applikation der Nematoden in der Formulierung bis zu 70% Kohlmottenmortalität beobachtet. Während nach der Applikation von Nematoden in Wasser weiterhin die Anzahl der Kohlmotten pro Pflanze anstieg, blieb die Anzahl der Kohlmotten nach der Applikation von S. carpocapsae in der Formulierung konstant. Wöchentliche Applikationen von Turex® (0,6g / m²) erzielten einen Wirkungsgrad von ca. 80%. Wöchentlich rotierende Applikationen von Bt und Nematoden (0,5 Millionen DL / m²) erreichten eine höhere Wirkung (ca. 90%), ohne sich signifikant von der reinen Bt-Applikation zu unterscheiden. Die gemeinsame Applikation beider biologischer Agenzien in doppeltem Zeitabstand erzielte einen leicht niedrigeren Wirkungsgrad (70%). Für eine nachhaltige Kohlmottenbekämpfung wird deshalb der Einsatz beider Agenzien appliziert als Rotation oder Mischung in geringen Zeitabständen empfohlen (1 Woche). Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Nematoden, integriert in biologische Pflanzenschutzmaßnahmen hohe Wirksamkeiten gegen die Kohlmotte erzielen, und damit zukünftig für das Ökosystem gefährliche Breitbandinsektizide substituieren können. Die entwickelte Formulierung ermöglicht eine einfache Handhabung der Nematodenapplikation mit kommerzieller Spritztechnik. Durch die Formulierung wird ein Film auf der Pflanze gebildet, der die Mobilität von Nematoden fördert, wodurch die Einwanderung in Insektenlarven begünstigt wird. Die Einsatzmöglichkeiten von Nematoden als Blattapplikation erweitern die Alternativen des biologischen Pflanzenschutzes und bieten damit eine neue nützlingsschonende Maßnahme, um Resistenzbildungen in Schadinsekten vorzubeugen.