Yiallouros, Maria (1993): Elektronenmikroskopische Untersuchung zur Wirkung von Bacillus thuringiensis var. israelensis und Bacillus sphaericus auf das Mitteldarmepithel von Chironomus thummi thummi (Chrionomidae, Diptera)

Bericht

Die Wirkung von B.t.i.-Formulierungen auf Zuckmücken ist eine vielfach belegte Tatsache. Insbesondere junge Larvenstadien und solche Zuckmückenarten, deren Larven sich von Detritus ernähren oder Nahrungspartikel aus dem Wasser filtern, sind davon betroffen. Allerdings ist eine B.t.i.-Wirkung, insbesondere unter Feldbedingungen in der Regel erst zu beobachten, wenn die verwendete Dosierung ein Vielfaches der für die Bekämpfung von Stechmückenlarven notwendigen Konzentration beträgt. Eine Alternative zum Einsatz von B.t.i. stellten Formulierungen auf Basis von Bacillus sphaericus (BS) dar. In Labor- und Feldversuchen konnte bisher keine Schädigung von Zuckmückenlarven beobachtet werden. Anhand der Arbeit von Yiallouros sollte überprüft werden, ob diese Beobachtung auch auf histologischer Betrachtungsebene valide ist.

Als Ziele der Untersuchung wurden folgende Punkte formuliert:

- es sollte untersucht werden, ob die nach einer B.t.i.-Intoxikation auftretenden erhöhten Mortalitäten der Zuckmückenlarven auf eine Schädigung des Mitteldarmepithels zurückzuführen sind;
- es sollte untersucht werden, ob die Nicht-Schädigung der Zuckmückenlarven durch BS auf elektronenmikroskopischer Ebene Bestätigung findet.

Als Untersuchungsorganismus dienten Viertlarven der Zuckmückenart Chironomus thummi thummi, die als gegen B.t.i. besonders sensible Zuckmückenart gilt. Die im Versuch verwendeten Larven wurden aus im Freiland bzw. Zucht gesammelten Eigelegen aufgezogen.
Zur Testung der B.t.i.-Wirkung wurde die Pulverformulierung Bactimos PP (Charge BRB 0032; 9.000 ITU/mg; sterilisiert durch γ-Bestrahlung) verwendet; zum Test auf BS das Primärpuder Sphaerimos (Charge BSB 0004).

 

Die Werte für LC50 und LC90 (Mortalität) der Zuckmückenlarven gegen B.t.i. wurden in einem Bioassay unter Anwendung einer Log-Probit-Analyse nach 24 und 48 Stunden berechnet. Dazu wurden jeweils 25 Versuchstiere pro 0,5 l-Gefäß einer B.t.i.- Konzentration von 0,2, 0,4, 0,8, 1,6, 3,2 und 6,4 mg/l (entsprechend 1.800, 3.600, 7.200, 14.400, 28.000 und 57.600 ITU/l) ausgesetzt. Der Versuch erfolgte mit zweifachem Ansatz.

Zum Vergleich der Sensibilität wurden LC50 und LC90 der B.t.i.-Testsubstanz auch gegen Viertlarven des Zielorganismus Aedes aegypti (Stechmückenart) ermittelt. Entsprechend wurden zur Ermittlung der LC50 und LC90 gegen BS Konzentrationen von 9, 18 und 36 mg/l sowie in einem weiteren Ansatz 50 mg/l eingesetzt. Diese Konzentrationen entsprechen etwa einer 180- bis 720-fach bzw. 1.000-fach höheren Konzentration als der LC90 (48 h) gegen die Stechmückenart Culex pipiens. Pro Testgefäß wurden 20 Larven eingesetzt; der Versuch lief in drei Ansätzen. Die Auswertung erfolgte durch Vergleich der Prozentmortalitäten.

Die Mitteldarm-Abschnitte der bei den Versuchen eingesetzten Zuckmückenlarven wurden anschließend einer elektronenmikroskopische Untersuchung unterzogen, um histologische Veränderungen zu dokumentieren. Aufgrund der Ergebnisse der Toxizitätstests wurden dazu die Tiere verwendet, die einer B.t.i.-Konzentration von 0,2 mg/l bzw. einer BS-Konzentration von 50 mg/l ausgesetzt waren. Die Tiere unter B.t.i.-Einfluss wurden nach 2, 4 und 6 Stunden in der Versuchskonzentration untersucht, die Tiere in BS hingegen erst nach 24 bzw. 48 Stunden.

 

Wichtigste Ergebnisse:

Toxizitätstests gegen B.t.i.
Bereits bei der geringsten eingesetzten B.t.i.-Konzentration von 0,2 mg/l (entsprechend 1.800 ITU/l) konnte eine gegenüber der Kontrolle erhöhte Mortalität festgestellt werden.

 

 

Tabelle 1: LC-Konzentrationen von BACTIMOS PP gegen Chironomus thummi thummi.

Bioassay	Nach 24 Stunden		Nach 48 Stunden
	LC 50 [mg/l]	LC 90 [mg/l]	LC 50 [mg/l]	LC 90 [mg/l]
1	0,83	2,76	0,35	0,79
2	0,70	1,57	0,30	0,47
Mittel	0,77	2,17	0,33	0,63

 

Bioassay	Nach 24 Stunden		Nach 48 Stunden
	LC 50 [ITU/l]	LC 90 [ITU/l]	LC 50 [ITU/l]	LC 90 [ITU/l]
1	7.470	24.840	3.150	7.110
2	6.300	14.130	2.700	4.230
Mittel	6.885	19.485	2.925	5.670

 

 

Die LC50-Konzentration gegen Ch. thummi thummi nach 24 Stunden lag im Mittel bei 0,77 mg/l bzw. 6.885 ITU/l und die LC90 (24 h) bei 2,17 mg/l bzw. 19.485 ITU/l. Im Vergleich zu den entsprechenden Werten gegen Aedes aegypti (LC50 0,0203 mg/l , LC90 0,0434 mg/l bzw. LC50 183 ITU/l, 391 ITU/l) ließ sich somit eine rund 40- 50fach geringere Sensibilität der Zuckmückenlarven gegen das B.t.i.-Produkt feststellen.

 

Die ermittelten Letal-Konzentrationen liegen dabei noch unter der im Feldeinsatz erreichten B.t.i.-Konzentration von 150 ITU/l bei der Routinebekämpfung. Nicht ganz auszuschließen sind Effekte auf jüngere Larven. Den Haupt-Lebensraum von Ch. thummi thummi stellen jedoch Dauergewässer dar, die von der B.t.i.- Applikation prinzipiell ausgespart sind. Vor dem Hintergrund, dass im Freiland durchweg noch geringere Sensibilitäten der Zuckmücken gegenüber B.t.i. beobachtet wurden (Morawcsik 1983, Metzger 1987) ist davon auszugehen, dass bei der Routinebekämpfung keine negativen Auswirkungen auf diese Zuckmückenart zu erwarten sind.

Toxizitätstests gegen BS
Bei den niedrigen eingesetzten Konzentrationen von 9, 18 und 36 mg/l konnte keinerlei Mortalität festgestellt werden. Nur bei 50 mg/l wurde eine geringe Mortalität von 2% (nach 24 h) bzw. 6% (nach 48 h) deutlich. Diese Konzentration entspricht dem ca. 1.000fachen der LC90 (48 h) gegen den Zielorganismus Culex pipiens (Stechmückenart).

 

Histologische Untersuchung
Nach 2 Stunden Einwirkungszeit der B.t.i.-Formulierung zeigten sich in den Mitteldarmepithelzellen bereits erste Anzeichen. Insbesondere traten gehäuft Mitochondrien auf, die leichte Veränderungen aufwiesen. Weitere Veränderungen waren auch an den Dyctiosomen und dem basalen Labyrinth zu erkennen. Die Interzellularen verloren basal ihre enge Haftung und spaltenartige Erweiterungen wurden sichtbar. Zu diesem Zeitpunkt wiesen jedoch noch nicht alle untersuchten Individuen die beschriebenen Veränderungen auf.

 

Nach 4 Stunden verstärkten sich die zuvor beschriebenen histopathologischen Effekte. Die Erweiterung der Interzellularen im basalen Epithelbereich war weiter fortgeschritten. Nach 6 Stunden schließlich war die Mehrzahl der Mitochondrien deutlich verändert.Die Zellmembran vieler Zellen ist gerissen und Mitochondrien und andere Zellorganellen traten aus. Andere Zellen weisen starke Schwellungen (Ein- und Ausbuchtungen) auf.

Die Einwirkung von BS führte zu deutlich geringeren Auswirkungen. Das Mitteldarmepithel der behandelten Tiere entsprach zum größten Teil dem der Kontrolltiere. Beobachtete Abweichungen, die gelegentlich auftraten, zeigten in der Regel keine Durchgängigkeit oder Verstärkung im Laufe der Versuchsdauer.