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Bacillus thuringiensis: Funktionsweise und Zielorganismen

Thema: Biologische Pflanzenschutzprodukte

Übersicht:

Während viele Menschen Bakterien nur als Mikroben betrachten, die schädliche Krankheiten verursachen, können sie auch nützlich sein. Sie spielen zum Beispiel eine entscheidende Rolle bei einigen mikrobielle Biopestizide um zu verhindern, dass Schädlinge die Nutzpflanzen befallen. Bacillus thuringiensis (manchmal als Bt abgekürzt) ist eine Bakterienart, die in Wasser und Boden lebt. Es ist ein wichtiges biologisches Kontrollmittel, da es viele häufige Schädlinge töten kann, die Ernten schädigen, aber für Menschen, Tiere und nicht-schädliche Insekten relativ harmlos ist. Es gibt viele Bacillus thuringiensis Sorten, auch bekannt als Bacillus thuringiensis Unterart. Beispielsweise verwenden die biologischen Insektizide „Btk“ eine Unterart namens „Kurstaki“.

Bacillus thuringiensis wird seit über sechzig Jahren verwendet, um Schädlinge loszuwerden und Pflanzen vor Schäden zu schützen. Es ist besonders wichtig, weil es im Gegensatz zu vielen chemischen Pestiziden keine Umweltschäden verursacht. Dies bedeutet, dass es chemische Pestizide bei der Bekämpfung bestimmter Schädlinge ersetzen und die schädlichen Auswirkungen von Pestiziden auf die Umwelt verringern kann. Heute Bacillus thuringiensis wird weltweit eingesetzt und ist erhältlich in verschiedene Formulierungen (wie etwa Btk-Spray), was bedeutet, dass es in verschiedenen Kontexten wie etwa in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und sogar in städtischen Gebieten eingesetzt werden kann.

In diesem Artikel geben wir einen Überblick darüber Bacillus thuringiensis einschließlich der Angaben dazu, welche Schädlinge es tötet und wie es sie tötet.

Was ist Bacillus thuringiensis?

Bacillus thuringiensis ist ein Bakterium, also eine Art Mikrobe. Unter dem Mikroskop sieht es winzig und stäbchenförmig aus. Es wurde zuerst in Japan entdeckt, aber seine erste wissenschaftliche Aufzeichnung erfolgte in einem Teil Deutschlands namens Thüringen. Daher kommt der Name Bacillus thuringiensis stammt. In den USA wurde es in den 1950er-Jahren und in Kanada in den 1970er-Jahren eingesetzt, um Wälder vor schädlichen Insekten wie Fichtenwürmern zu schützen.

Bacillus thuringiensis ist ein so wichtiger Bestandteil des Pflanzenschutzes, dass die Anbautechniken in den letzten Jahrzehnten erheblich optimiert wurden. Es wird in sterilisierten Tanks angebaut und wichtige Faktoren für sein Wachstum sind Temperatur, Sauerstoffgehalt und Nährstoffart. Für Sprühformulierungen Bacillus thuringiensis wird mit Wasser oder Mineralöl und anderen Zusätzen (wie etwa Aufklebern) kombiniert, die bei der Abtötung von Schädlingen helfen.

Eine mikroskopische Aufnahme des stäbchenförmigen Bakteriums Bacillus thurigiensis
Mikroskopisches Bild von fleckigem, stäbchenförmigem Bacillus thuringiensis Sporen. Bildnachweis: Ansel Oommen über Bugwood.org

Wie funktioniert Bacillus thuringiensis Schädlinge töten?

Während der Sporenbildungsphase seines Lebenszyklus Bacillus thuringiensis aktiviert wichtige Gene, die weinen Gene, die es ihm ermöglichen, dreidimensionale Strukturen, sogenannte Kristalle, zu bilden, die für die Larven von Schädlingen giftig sind. Diese werden als Cry-Toxine bezeichnet und bestehen aus kleineren Teilen, den sogenannten Cry-Proteinen.

Wenn ein Schädling frisst Bacillus thuringiensisgelangt es in den Darm und setzt dort Toxine frei. Diese Toxine binden sich an die Darmwand und verursachen Löcher, die zum Tod des Insekts führen. Nachfolgend finden Sie eine etwas technischere Erklärung, wie dies geschieht.

Ein Teil des Cry-Toxins namens „Cry-Domäne III“ ist wichtig, damit sich die Toxine an die Zellen der Schädlingslarven binden können. Zwischen verschiedenen Toxinen kann es zu einem Austausch der Cry-Domäne III kommen. Das ist ein bisschen so, als würde man Legosteine ​​austauschen, um verschiedene Formen und Funktionen zu erzeugen. Die Bindung des Cry-Toxins erfolgt im Darm des Schädlings an Stellen, die als Bürstensaummembranvesikel bezeichnet werden und wie kleine Bläschen auf der Oberfläche mancher Zellen aussehen. Die Toxine binden speziell an Teile der Zelle, die als Cadherinrezeptoren bezeichnet werden. Die Aminosäuresequenz des Toxins bestimmt seine Fähigkeit, sich an den Rezeptor zu binden. Das liegt daran, dass die Aminosäuresequenz die Form von Proteinen wie Toxinen und Cadherinrezeptoren bestimmt, sodass diese wie Puzzleteile zusammenpassen.

Was sind die verschiedenen Schädlinge Bacillus thuringiensis kontrollieren kann?

Bacillus thuringiensis ist wichtig für die Bekämpfung einer Vielzahl von Schädlingen und wirkt speziell während der Larvenphase von Schädlingen. Die folgenden Schädlinge sind hervorragend Bacillus thuringiensis Ziele: 

Fichtenknospenwurm (Choristoneura fumiferana)

Bei diesen Schädlingen handelt es sich um eine Mottenart, die in den kanadischen Wäldern besonders problematisch ist, da sie erhebliche Schäden an den Blättern von Fichten und Balsamtannen verursachen. Die Larven der Fichtenknospenwürmer sind es, die Pflanzen schädigen.

Eine Larve des Fichtenborkenkäfers auf einem Ast
Fichtenknospenwurm (Choristoneura fumiferana). Bildnachweis: Jerald E. Dewey, USDA Forest Service, Bugwood.org 

Schwammspinner (Lymantria dispar)

Die Larven des Schwammspinners (auch Schwammspinner genannt) verursachen erhebliche Schäden in den Wäldern Nordamerikas und anderswo. In großen Mengen können sie bei einer Vielzahl von Baumarten zu erheblicher Entlaubung (Blattverlust) führen, was sowohl Wälder als auch städtische Landschaften erheblich beeinträchtigt.

Ein erwachsenes Männchen des Schwammspinners, auf einem Brett festgesteckt
Männchen des Schwammspinners (oder Schwammspinners) (Lymantria dispar). Bildnachweis: Petr Kapitola, Zentralinstitut für Überwachung und Prüfung in der Landwirtschaft, Bugwood.org 

Maiszünsler (Ostrinia nubilalis)

Diese Mottenart verursacht erhebliche Schäden an Maiskulturen. Die ausgewachsenen Tiere legen ihre Eier auf der Unterseite der Blätter ab, und wenn die Larven schlüpfen, befallen sie die Kultur und verursachen Schäden. Der Maiszünsler kann in einem Jahr mehrere Lebenszyklen durchlaufen.

Eine Larve des Maiszünslers auf Nahrungssuche in einem Maiskolben
Maiszünsler (Ostrinia nubilalis). Bildnachweis: Mariusz Sobieski über Bugwood.org

Kohlschabe (Trichoplusia ni)

Die Larven dieser Motten befallen Kohl und ähnliche Nutzpflanzen und werden aufgrund der besonderen Schleifenbewegung, die sie beim Kriechen ausführen, „Spanner“ genannt. Wie der Maiszünsler legen die ausgewachsenen Tiere ihre Eier auf der Blattunterseite ab, von denen sich die Larven dann ernähren und erhebliche Schäden verursachen.

Eine Nahaufnahme einer Larve des Kohlschabenspinners auf einem Blatt
Kohlschabe (Trichoplusia ni). Bildnachweis: Alton N. Sparks, Jr., University of Georgia über Bugwood.org

Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung? Bacillus thuringiensis?

Vorteile

Gezielte Schädlingsbekämpfung:

Die Vorteile Bacillus thuringiensis bedeutet, dass es zu einem der (wenn nicht sogar dem am häufigsten verwendeten) Biopestizide weltweit geworden ist. Laut der Environmental Protection Agency, Bacillus thuringiensis bietet gezielte Schädlingsbekämpfung einer Vielzahl schädlicher Arten und ist dabei relativ unschädlich für Menschen, Tiere und Insekten. Diese spezifische Aktivität wird durch seine Wirkungsweise durch die Produktion des Cry-Toxins ermöglicht.

Umweltfreundlich:

Bacillus thuringiensis ist eine natürlich vorkommende Mikrobe in Erde und Wasser. Das bedeutet, dass es vollständig biologisch abbaubar ist und keine Umweltschäden verursacht wie chemische Pestizide. Durch seinen gezielten Ansatz verursacht es keinen Verlust der Artenvielfalt, eine häufige Nebenwirkung chemischer Pestizide. Darüber hinaus hat es aufgrund seiner Wirksamkeit im Umgang mit Schädlingen in vielen Fällen chemische Pestizide ersetzt. Dies verstärkt den positiven Effekt, den es hat, noch weiter. Bacillus thuringiensis Auswirkungen auf die Umwelt.

Mehrere Stämme:

Bacillus thuringiensis ist in verschiedenen Sorten erhältlich, wodurch sich die Wirksamkeit zur Bekämpfung unterschiedlicher Schädlinge erhöht.

Nachteile

Kosten:

Produkte, die Bacillus thuringiensis können in manchen Fällen teurer sein als chemische Pestizide. Das bedeutet, dass sie als eigenständige Behandlung möglicherweise keine praktikable Option darstellen. Der Einsatz in einem integrierten Schädlingsbekämpfungssystem kann sich jedoch als kosteneffizienter erweisen.

Widerstand:

Langzeitanwendung von Bacillus thuringiensis gegen bestimmte Schädlinge hat dazu geführt, dass diese Schädlinge eine Resistenz gegen Cry-Toxine entwickelt haben. Dies kann zu erneuten Ernteverlusten oder Entlaubung in Wäldern führen. Lösungen zur Schädlingsresistenz umfassen den Wechsel zu anderen Bacillus thuringiensis Typen, die unterschiedliche Cry-Toxine verwenden, oder auf andere Biopestizide mit unterschiedlicher Wirkungsweise.

Fazit und zukünftige Richtungen

Bacillus thuringiensis spielt eine wichtige Rolle in der modernen Schädlingsbekämpfung. Es ist ein wirksames und umweltfreundliches Mittel gegen viele schädliche Schädlinge in der Land- und Forstwirtschaft. Durch seine gezielte Wirkungsweise kann es Schädlinge wie den Fichtenborkenkäfer, den Schwammspinner, den Maiszünsler und den Kohlschaben bekämpfen, ohne nützliche Insekten, Wildtiere und Menschen zu schädigen. Diese Eigenschaften machen Bacillus thuringiensis ein wirksames Mittel mit erheblichen Vorteilen gegenüber schädlichen unspezifischen chemischen Pestiziden. Trotz dieser Vorteile können Herausforderungen wie Resistenz und Kostenanforderungen ein Problem bei der Verwendung darstellen Bacillus thuringiensis, obwohl die verschiedenen Stämme von Bacillus thuringiensis bieten vielseitige Lösungsmöglichkeiten gegen Resistenzen. Letztendlich bleiben diese Bakterien wichtig, um Landwirten zu helfen, ihre Pflanzen zu schützen und den Ertrag zu maximieren, während die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt minimiert werden.

Weitere Informationen zu umweltfreundlichen Lösungen gegen Schädlinge finden Sie im Ressourcen des CABI BioProtection PortalsUm mehr über verschiedene Arten der biologischen Schädlingsbekämpfung zu erfahren, einschließlich Fadenwürmer, besuchen Sie unsere spezielle Seite über die Arten der biologischen Schädlingsbekämpfung.

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