mini|Imidacloprid, ein typisches systemisches Insektizid aus der Gruppe der Neonicotinoide Als Neonicotinoide oder Neonikotinoide wird eine Gruppe von hochwirksamen Insektiziden bezeichnet. Sie alle sind synthetisch hergestellte Wirkstoffe, die an den Nikotinischen Acetylcholinrezeptor (nAChR) von Nervenzellen binden und so die Weiterleitung von Nervenreizen stören. Neonicotinoide sind selektive Nervengifte, die auf die Nervenzellen von Insekten weit stärker als auf die Nerven von Wirbeltieren wirken.
Wirkungsweise mini|links|hochkant=1.3|Wirkungsweise
Neonicotinoide können als Kontakt- oder Fraßgift wirken. Sie werden gut über die Wurzeln aufgenommen und in die Blätter transportiert. Behandelte Pflanzen sind dadurch sowohl vor beißenden als auch vor saugenden Insekten geschützt. Aufgrund dieser systemischen Wirkung werden die Neonicotinoide vor allem als Saatgutbeizmittel verwendet. Des Weiteren können sie beispielsweise als Spray, Granulat oder Zusatz bei der Bewässerung eingesetzt werden. Da Neonicotinoide in der Pflanze nur langsam abgebaut werden, hält ihre Wirkung längere Zeit an. Bei Dauerkulturen wie Wein und Zitruspflanzen waren eingesetzte Neonicotinoide etwa ein halbes Jahr wirksam. Ahornbäume konnten durch die Injektion von Imidacloprid vier Jahre vor Insekten geschützt werden.
Bei Insekten wirkt diese Stoffgruppe wie Acetylcholin am Nikotinischen Acetylcholinrezeptor der Nervenzellen, wobei kein Abbau durch das Enzym Acetylcholinesterase stattfindet. Der Rezeptor wird somit dauerhaft stimuliert und es kommt zu Störungen der chemischen Signalübertragung. Der ausgelöste Dauerreiz führt zu Krämpfen und schließlich zum Tod der Insekten. Pesticide Toxicity Profile (englisch). Eine Übersichtsarbeit zur Gen-Familie der nicotinergen Acetylcholin-Rezeptoren bei Honigbienen wurde 2006 veröffentlicht.A.K. Jones, V. Raymond-Delpech, S.H. Thany, M. Gauthier, D.B. Sattelle: The nicotinic acetylcholine receptor gene family of the honey bee, Apis mellifera. In: Genome Res., 2006 Nov, 16(11), S. 1422–1430, PMID 17065616.
Geschichte Anfang der 1970er Jahre wurde in der damaligen Shell Development Company in Modesto eine neue Klasse von Nitromethylen-Heterocyclen erfunden, die am Nikotinischen Acetylcholinrezeptor wirken. Shell fand heraus, dass das 2-[Dibrom(nitro)methyl]-3-methylpyridin des Chemikers Henry Feuer (Purdue University) eine unerwartete insektizide Wirkung auf Stubenfliege und Erbsenlaus zeigte. Eine Optimierung dieser Struktur führte zu Nithiazin. Dieser frühe Prototyp kann heute als die erste Generation der Neonicotinoide angesehen werden. Nithiazin wies eine starke Wirkung gegen Helicoverpa zea, gute systemische Eigenschaften und eine geringe Toxizität gegenüber Säugetieren auf, wurde aber aufgrund mangelnder photochemischer Stabilität nie für die breite landwirtschaftliche Anwendung kommerzialisiert.
Anfang der 1980er Jahre setzte das japanische Unternehmen Nihon Tokushu Noyaku Seizo K.K. (heute Bayer CropScience K.K.) die Arbeit fort und konzentrierte sich dabei auf den Reisschädling Nephotettix cincticeps. Chemische Optimierungen führten zu NTN32692, dessen Aktivität im Vergleich mit Nithiazin massiv erhöht werden konnte. Das Problem der mangelnden photochemischen Stabilität wurde jedoch erst mit der Verbindung Imidacloprid gelöst.
Imidacloprid wurde 1991 von der Bayer AG kommerzialisiert. Es erreichte einen erheblichen Verkaufserfolg und wurde das weltweit meistverkaufte Insektizid im Pflanzenschutz und Veterinärbereich. Daraufhin drängten weitere Unternehmen wie Takeda Pharmaceutical (heute Sumitomo Chemical Takeda Agro), Agro-Kanesho, Nippon Sōda, Mitsui Toatsu (heute Mitsui Chemicals), Ciba-Geigy (heute Syngenta) mit eigenen Neonicotinoiden auf den Markt. Die Neonicotinoide wurden damit zu der am schnellsten wachsenden Insektizidklasse, was auf ihre einzigartigen biologischen und chemischen Eigenschaften zurückzuführen ist: breites Wirkungsspektrum, niedrige Applikationsraten, gute systemische Eigenschaften (Aufnahme und Verteilung in der Pflanze), neuer Wirkmechanismus und ein günstiges Sicherheitsprofil.
Analytik Zum zuverlässigen Nachweis einzelner Neonicotinoide kommen chromatographische Methoden zum Einsatz.A Tapparo, C Giorio, L Soldà, S Bogialli, D Marton, M Marzaro, V. Girolami: UHPLC-DAD method for the determination of neonicotinoid insecticides in single bees and its relevance in honeybee colony loss investigations. In: Anal Bioanal Chem., 2013 Jan, 405(2-3), S. 1007–1014, PMID 22965530. Die Identifizierung der chromatographisch getrennten Substanzen erfolgt durch Massenspektrometrie.A. Kamel: Refined methodology for the determination of neonicotinoid pesticides and their metabolites in honey bees and bee products by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). In: J Agric Food Chem., 2010 May 26, 58(10), S. 5926–5931, PMID 20163114. Zur Analytik von saatgut-gebundenen Stoffen liegen ebenfalls Untersuchungen vor.A Tapparo, D Marton, C Giorio, A Zanella, L Soldà, M Marzaro, L Vivan, V. Girolami: Assessment of the environmental exposure of honeybees to particulate matter containing neonicotinoid insecticides coming from corn coated seeds. In: Environ Sci Technol., 2012 Mar 6, 46(5), S. 2592–2599, PMID 22292570. Bei Untersuchungen im Jahre 2020 konnten Neonicotinoide in Propolisprodukten sicher nachgewiesen werden.Tomšič R, Heath D, Heath E, Markelj J, Kandolf Borovšak A, Prosen H: Determination of Neonicotinoid Pesticides in Propolis with Liquid Chromatography Coupled to Tandem Mass Spectrometry. Molecules. 2020 Dec 11;25(24):5870. PMID 33322588.
Verwendung und wirtschaftliche Bedeutung Neonicotinoide sind in mehr als 120 Ländern zugelassen. Mit einem Umsatz von 1,5 Mrd. € hatten sie im Jahr 2008 einen Anteil von 24 % am globalen Insektizidmarkt. Neonicotinoide haben eine noch größere Bedeutung auf dem Markt für Beizmittel. Mit der Einführung der ersten Neonicotinoide in den 1990er Jahren ist dieser Markt stark gewachsen, von 155 Mio. € (1990) auf 957 Mio. € (2008). Der Umsatz von Beizmitteln wurde 2008 zu 80 % von Neonicotinoiden dominiert.
Sieben Neonicotinoide von verschiedenen Herstellern sind derzeit auf dem Markt.
Name Hersteller Auswahl bekannter Handelsnamen Umsatz in Mio. US$ (2009) Imidaclopridin der EU im Freiland verboten seit 2018; Quelle: taz vom 27. April 2018. Bayer CropScience Confidor, Admire, Gaucho 1.091 Thiamethoxam Syngenta Actara, Platinum, Cruiser 627 Clothianidin Sumitomo Chemical/Bayer CropScience Poncho, Dantosu, Dantop, Santana 439 Acetamiprid Nippon Soda Mospilan, Assail, ChipcoTristar 276 Thiacloprid Bayer CropScience Sonido, Calypso, Lizetan (in Kombination mit Methiocarb) 112 Dinotefuran Mitsui Chemicals Starkle, Safari, Venom 79 Nitenpyram Sumitomo Chemical Capstar, Bestguard 8
Der Patentschutz ist für die meisten Neonicotinoide abgelaufen (Imidacloprid seit 2005). Die Produktion von Generika ist in Ländern wie Indien und China bereits etabliert.
Landwirtschaft Im Gegensatz zu anderen Insektizidgruppen lassen sich Neonicotinoide auf vielfältige Weise ausbringen. Die meisten Neonicotinoide können zur Blattbehandlung, als Beizmittel, sowie zur Bodenbehandlung eingesetzt werden. Etwa 60 % der Anwendungen entfallen auf Beizmittel und Bodenapplikationen. Imidacloprid, Thiamethoxam und Clothianidin finden breite Verwendung als Beizmittel für Baumwolle, Mais, Zuckerrüben, Raps und andere Nutzpflanzen.
Neonicotinoide gehören zu den effektivsten Insektiziden zur Kontrolle von bohrenden Schädlingen, wie Blattläusen, Mottenschildläusen, Zwergzikaden, Spitzkopfzikaden und Fransenflüglern, sowie einer Reihe von beißenden Schädlingen wie Kleinschmetterlingen und Käfern.
Sie bekämpfen Blattläuse wie Aphis gossypii, die Grüne Pfirsichblattlaus, die Hopfenblattlaus, und die Traubenkirschenlaus auf Gemüse, Zuckerrüben, Baumwolle, Apfelfrüchten, Getreide und Tabak; Käfer wie den Kartoffelkäfer auf Kartoffeln; Lissorhoptrus oryzophilus auf Reis; Mottenschildläuse (z. B. Bemisia tabaci, Trialeurodes vaporariorum) und Fransenflügler (z. B. Tabakblasenfuß) auf Gemüse, Baumwolle, und Zitruspflanzen; Kleinschmetterlinge wie den Apfelwickler und Phyllocnistis citrella auf Apfelfrüchten und Zitruspflanzen; sowie Drahtwürmer auf Zuckerrüben und Mais.
Da einige Schädlinge Überträger von Pflanzenviren sind, können Neonicotinoide die Verbreitung von Pflanzenkrankheiten verhindern. Als Beispiele lassen sich die Verhinderung der Übertragung des Gelbverzwergungsvirus durch Blattläuse auf Getreide, des Tomatenbronzefleckenvirus durch Fransenflügler auf Tomaten, oder des Bakteriums Xylella fastidiosa durch Homalodisca vitripennis auf Zitruspflanzen nennen.
Neonicotinoid-Konzentrationen im Pflanzensaft und -gewebe zwischen 5 und 10 ppb genügen im Allgemeinen, um Pflanzen vor Schadinsekten zu schützen.
Neonicotinoide als Saatgut-Beizmittel werden mit einem Anteil zwischen 1,6 und 20 % von der zu schützenden Nutzpflanze aufgenommen. Hier ist der Anteil des Wirkstoffs, der in oder auf die Zielpflanze gelangt, deutlich geringer als bei Sprüh-Applikation auf das Blattwerk.
EU Derzeit liegen keine aktuellen, detaillierten Statistiken über den Verbrauch von Neonicotinoiden in der EU vor. Angaben von Eurostat (2007), die sich auf das Jahr 2003 beziehen, beziffern das ausgebrachte Wirkstoffgewicht der Pyridylmethylamine, wozu Acetamiprid, Imidacloprid und Thiacloprid zählen, auf 550 t, was einem Anteil von 7 % am Gesamtinsektizidverbrauch entsprach. Der Verbrauch von Imidacloprid lag auf dem 4. Platz unter den Insektizidwirkstoffen.The use of plant protection products in the European Union Data 1992–2003. (PDF; 1,9 MB) Eurostat Statistical Books, ISBN 92-79-03890-7.
Innerhalb der Insektizide nahmen Pyridylmethylamine 2003 wichtige Stellenwerte bei Getreide (2.), Mais (3.), Ölsaaten (4.), Kartoffeln (5.), Obstbäumen (4.) und Gemüse (4.) ein. Absolut gesehen entfielen die größten Wirkstoffmengen auf Mais und Getreide. Die Nitroguanidine (Clothianidin und Thiamethoxam) haben eine gewisse Bedeutung bei Ölsaaten (5.).
Das Vereinigte Königreich ist einer der wenigen EU-Staaten, aus dem detaillierte Verbrauchsstatistiken von Neonicotinoiden vorliegen. 2012 wurden 82 t auf 1,3 Mio. ha verbraucht, 71 % davon Clothianidin und 16 % Thiamethoxam. Seit Anfang der 1990er Jahre stieg der Einsatz der Neonicotinoide kontinuierlich an. Imidacloprid, das zuvor dominant war, verlor seit 2005 massiv an Bedeutung, während Clothianidin und Thiamethoxam stark zulegten. 2012 entfielen 85 % der mit Neonicotinoiden behandelten Fläche auf Getreide (v. a. Clothianidin) und Ölsaaten (v. a. Thiamethoxam). 19 % der Getreidefläche und 68 % der Ölsaatenfläche wurden mit Neonicotinoiden behandelt.Pesticide Usage Survey Statistics. DEFRA, abgerufen am 28. November 2013.Farming Statistics Final Crop Areas, Yields, Livestock Populations and Agricultural Workforce at 1 June 2012, United Kingdom. (PDF; 446 kB) DEFRA, 20. Dezember 2012; abgerufen am 28. November 2013.
USA Angaben von GfK Kynetec zufolge, die sich auf den Durchschnitt der Jahre 2010–2012 beziehen, sind Neonicotinoide die meistgenutzte Insektizidklasse der US-amerikanischen Mais-, Soja-, Weizen-, Baumwoll- und Sorghumanbauer. Knapp 56 % der Anbaufläche dieser Feldfrüchte wurde mit Neonicotinoiden behandelt (Flächenanteile: Mais 89 %, Baumwolle 65 %, Sorghum 43 %, Sojabohne 40 %, Sommerweizen 25 % und Winterweizen 18 %). 97 % der verwendeten Wirkstoffmenge entfiel auf Saatgutbehandlungen (Mais 100 %, Soja 95 %, Weizen 100 %, Baumwolle 67 % und Sorghum 100 %).
Gemäß einer 2016 veröffentlichten Untersuchung von 170 zwischen 2005 und 2014 durchgeführten Feldversuchen in Arkansas, Louisiana, Mississippi und Tennessee führt die Saatgutbeizung von Sojabohnen mit Neonikotinoiden zu höheren Erträgen und in einigen Fällen auch zu signifikant höheren Deckungsbeiträgen.
Kanada