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 wirken auf die Nervenzellen von Insekten weit stärker als auf die Nerven von Wirbeltieren, sie sind daher selektiv.

Wirkungsweise

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 zum Bewässerungswasser 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 Schadinsekten 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. Eine Übersichtsarbeit zur Gen-Familie der nicotinergen Acetylcholin-Rezeptoren bei Honigbienen wurde 2006 veröffentlicht.

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-(Dibromnitromethyl)-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. Die Identifizierung der chromatographisch getrennten Substanzen erfolgt durch Massenspektrometrie. Zur Analytik von saatgut-gebundenen Stoffen liegen ebenfalls Untersuchungen vor.

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 Produkte	Umsatz in Mio. US$ (2009)
Imidacloprid	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 der Volksrepublik 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.

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.

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 %).

Kanada

Health Canada veröffentlichte im Januar 2016 eine Schätzung der wirtschaftlichen Bedeutung neonikotinoider Saatgutbehandlungen in Kanada. 2013 wurden nahezu auf der gesamten Mais- und Sojabohnenfläche thiamethoxam- oder clothianidinhaltige Beizmittel eingesetzt. Der Zusatznutzen dieser Behandlungen für Mais beziffert Health Canada auf 74,2-83,3 Mio. C$ (3,2-3,6 % der Maisernte), für Sojabohnen auf 37,3-51 Mio. C$ (1,5-2,1 % der Sojaernte).

Bienen

Nach Angaben von Nature (Mai 2015) liegen bisher keine Studien zu den Auswirkungen der Restriktionen auf Bienen vor.

Schweiz

In der Schweiz sind mit Stand Juli 2015 15 PSM mit Imidacloprid, zwölf PSM mit Thiamethoxam, drei PSM mit Clothianidin, sieben PSM mit Acetamiprid und 17 PSM mit Thiacloprid zugelassen.

Das Schweizer Bundesamt für Landwirtschaft sah 2013 vor, die Bewilligung für die drei Insektizide Imidacloprid, Clothianidin und Thiametoxam zur Behandlung von Raps- und Maissaatgut analog zur EU zu suspendieren.

Kanada

In Ontario trat am 1. Juli 2015 eine Regulierung in Kraft, welche für die Verwendung von Clothianidin, Imidacloprid und Thiamethoxam als Beizmittel für Sojabohnen- und Maissaatgut zukünftige Bestimmungen vorsieht. Zu den Bestimmungen gehören verpflichtende Schulungen im Integrierten Pflanzenschutz.

Im Rahmen einer laufenden Neubewertung der Risiken von Neonikotinoiden für Bestäuber veröffentlichte Health Canada im Januar 2016 eine vorläufige Einschätzung zu Imidacloprid. Basierend auf dem vorhandenen Wissen kam Health Canada zu dem Schluss, dass Blattapplikationen minimale Risiken bergen, Bodenapplikationen in Tomaten und Erdbeeren bei einigen Bodentypen und Anwendungsarten potenzielle Risiken bergen, und dass bezüglich Beizmitteln keine Risiken bestehen.

Weiterentwicklung

Struktur von NMI

Neonicotinoide haben nur eine geringe Wirksamkeit gegen Schmetterlinge. Daher wird versucht auf Basis des Nitromethylen-Analogons von Imidacloprid (NMI) Derivate mit besserer Wirksamkeit zu synthetisieren.

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de