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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-82460
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/8246/


Die Bedeutung von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen als Abwehrstoffe gegen Nagetiere

The impact of plant secondary metabolites as rodent repellents

Hansen, Sabine C.

Originalveröffentlichung: (2016) Crop Protection, Journal of Pest Science, Journal of Chemical Ecology, Integrative Zoology
pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (2.337 KB) 


SWD-Schlagwörter: Nagetiere , Pflanzen , Abwehr , Management , Geruch , Feldmaus , Hausmaus , Terpenoide
Freie Schlagwörter (Deutsch): Repellentien , sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe , ätherische Öle , Herbivorie
Freie Schlagwörter (Englisch): Repellents , plant secondary metabolites , essential oils , herbivory
Basisklassifikation: 43.31 , 42.84 , 42.60 , 42.88 , 42.91
Institut 1: Biologie
Institut 2: Biologie
DDC-Sachgruppe: Tiere (Zoologie)
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Ganzhorn, Jörg U. (Prof. Dr. )
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.10.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 20.12.2016
Kurzfassung auf Deutsch: Kleinsäuger, wie Nagetiere, können erhebliche Schäden in landwirtschaftlichen Systemen verursachen. Besonders in Jahren der Massenvermehrung, wenn die Tiere in erhöhter Individuendichte auftreten führen die Schäden zu erheblichen Ernteverlusten, sowie zu Schäden an der landwirtschaftlichen Infrastruktur. Häufig werden Rodentizide angewandt, die aber nicht nur die Schädlingsarten beeinflussen, sondern auch Nicht-Zielarten, wie andere Kleinsäuger oder sie können sogar Prädatoren schädigen. Eine Alternative zu der chemischen Bekämpfungsmethode könnte die Anwendung von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen (plant secondary metabolites = PSM) sein. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie der Geruch von verschiedenen pflanzlichen Verbindungen (wie PSM), das Fraßverhalten von zwei Nagetierarten beeinflusst: der Feldmaus und der Hausmaus. Feldmäuse gehören in Europa zu den bekannten Schädlingsarten in der Landwirtschaft, während Hausmäuse eher als kommensale Schädlinge im Vorratsschutz auftreten. Diese Arbeit besteht aus insgesamt vier Manuskripten.
Das ersten Manuskript (Kapitel 2) beschreibt Fütterungsversuche in Laborkäfigen mit zunächst weiblichen Tieren beider Nagerarten. Die Fitness der weiblichen Tiere hängt stärker von der Nahrungsaufnahme und der -suche ab als bei den Männchen, besonders, wenn sie tragend oder laktierend sind. Bei den weiblichen Feldmäusen konnte ich bei neun von 13 getesteten pflanzlichen Gerüchen (oder Kombinationen) eine stark reduzierte Nahrungsaufnahme beobachten und bei einer Substanz (Buchu Öl) eine erhöhte Aufnahme. In den Versuchen mit den weiblichen Hausmäusen wurden alle sechs getesteten pflanzlichen Gerüche gemieden, einschließlich des Buchu Öls.
Allerdings spielen pflanzlichen Gerüche auch bei männlichen Tieren eine wichtige Rolle, besonders bei juvenile Männchen auf Territoriumssuche. Das zweite Manuskript (Kapitel 3) beinhaltet die Fütterungsversuche in Laborkäfigen mit den Männchen beider Nagerarten. Es wurden insgesamt 18 verschiedene flüchtige pflanzliche Verbindungen und Kombinationen mit Feldmäusen getestet. Vier pflanzliche Gerüche hatten einen negativen Einfluss auf die Futteraufnahme und sieben pflanzliche Gerüche wirkten attraktiv. Bei den Hausmäusen konnte bei fünf von sechs getesteten pflanzlichen Gerüchen eine wirksame Abneigung beobachtet werden. Insgesamt zeigten meine Fütterungsversuche unter Laborbedingungen, dass zwei pflanzliche Gerüche (Fenchelöl und MNK) in beiden Nagetierarten und in beiden Geschlechtern zu einer reduzierten Nahrungsaufnahme führten.
Das dritte Manuskript (Kapitel 4) bildet die „Brücke“ vom Labor zum Feld. Hier wurden pflanzliche Gerüche unter halbnatürlichen Bedingungen getestet. Aus den Ergebnissen der Laborkäfigversuche wählte ich vier effektive pflanzliche Gerüche (MNK, Anthrachinon, MNK+BPO, MNK+MA+BPO) für Außengehegeversuche mit beiden Nagerarten aus, um die Effektivität der Abschreckung zu untersuchen. Die Tiere hatten in den Gehegen die Wahl unterirdische Boxen mit Haferflocken und behandelter (mit PSM) oder unbehandelter Erde (experimentelle Kontrolle) aufzusuchen. Bei den Feldmäusen hatten alle getesteten pflanzlichen Gerüche einen geringen Einfluss auf das Besuchsverhalten der unterirdischen Boxen mit behandelter Erde. Die Kombination MNK+BPO wirkte am effektivsten. Eine Auswertung der Nahrungsaufnahme war nicht möglich, da die Haferflocken in jedem Versuch leer gefressen wurden. Bei den Hausmäusen konnte ein eindeutiges Vermeidungs-Verhalten beobachtet werden, die Tiere zeigten eine höhere Besuchswahrscheinlichkeit der Kontrollboxen in allen vier getesteten Substanzen. Anthrachinon wirkte als effektivstes Repellent. Darüber hinaus fraßen die Hausmäuse weniger Haferflocken aus den Boxen mit der behandelten Erde in allen vier getesteten PSM Gerüchen. Die Ergebnisse zeigen, dass PSMs bei kommensalen Nagetiere unter Feldbedingungen abschrecken wirken können. Die Ergebnisse aus den drei Manuskripten könnten ein Beitrag zur Entwicklung von nicht-tödlichen Abwehrstoffen (Repellentien) zur Bekämpfung von Schädlingsnagern sein, die möglicherweise besser geeignet sind als Fallen oder Rodentizide.
Das letzte und vierte Manuskript (Kapitel 6) ist eine systematische Literaturübersicht in der die bestehende Literatur zu PSM als Repellentien gegen Nagetiere evaluiert wird. Mit einer systematischen Literaturrecherche wurden relevante Publikationen auf ihr Potenzial für den Einsatz in der Schädlingsbekämpfung ausgewertet. Um eine bessere Übersicht zu erlangen, welche PSM bei der Abwehr von Nagern einen negativen Einfluss haben, wurden die Publikationen nach den getesteten PSM Gruppen eingeteilt und ausgewertet. Es wurden Informationen gesammelt welche PSM Gruppe(n) effektiv wirken, um das Potenzial für die Entwicklung von kommerziellen Produkten abzuschätzen. In 54 Publikationen wurden verschiedene PSM, Pflanzen, Pflanzenteile oder manipuliertes Futter auf das Nahrungsverhalten, Wachstum oder den Stoffwechsel von Nagern untersucht. Bei dem Vergleich der Publikationen fiel eine sehr diverse Methodik und Herangehensweise auf. Man kann drei grundsätzliche methodische Herangehensweisen bei der Untersuchung von PSM auf das Fraßverhalten von Nagern erkennen: 1. Fraßversuche mit Einzeltieren in Laborkäfigen, 2. Versuche mit mehreren Tieren in Außengehegen und 3. Beobachtungen und Untersuchungen im Feld. Der Grund für die großen methodischen Unterschiede sind die unterschiedlichen Fragestellungen, mit der die Autoren, die Wirkung von PSM auf das Nahrungsverhalten von Nagern untersucht haben. Ein weiterer Grund für die unterschiedliche Herangehensweise sind die jeweils unterschiedlichen Zielnagerarten und ihre unterschiedlichen Habitate bzw. Nahrungsansprüche. Die Auswertung der Publikationen zeigt, dass PSMs sowohl artspezifisch als auch geschlechtsspezifisch auf Nagetiere wirken können. Für weitere Untersuchungen nach einem artübergreifenden, anwendbaren pflanzlichen Repellent, empfiehlt sich zunächst ein systematisches Screening von PSMs mit der Ziel-Nagerart durchzuführen. Die PSM Gruppe der ätherischen Öle und Terpenoide hat dabei das größte Potential für den Einsatz in einem ökologisch-basierten Schadnagermanagement. Die Literaturübersicht zeigt ein Missverhältnis von den Erfolgen in Käfigversuchen und den nicht fortgeführten Versuchen in Außengehegen und/oder Feldstudien. Das Ergebnis führt letztlich zu einer derzeit sehr kleinen Zahl von registrierten pflanzlich-basierten Abwehrstoffen für Nagetiere. Obwohl es unterschiedliche Herausforderungen bei der Suche nach geeigneten pflanzlichen Repellentien gibt, könnte eine weitere Forschung mit zukunftsträchtigen pflanzlichen Verbindungen, mit der richtigen PSM Gruppe, reproduzierbare Ergebnisse und mögliche kommerzielle Produkte hervorbringen.
Kurzfassung auf Englisch: Rodents can cause extensive damage in agricultural systems. This results in considerable harvest loss as well as damage to agricultural infrastructure. Commonly rodenticides were applied, but they did not only affect rodent pest species but also harm non-target species such as predators and other small mammals. To prevent this, the search of rodent repellents has increased worldwide. In this thesis, I investigated how the odor of mainly plant secondary metabolites (PSMs) can affect the feeding behavior of two rodent species: the common vole (Microtus arvalis) and house mouse (Mus musculus). Common voles are a major vertebrate pest species in agriculture, whereas house mice are commensal pests. Both rodent species are well-known to cause severe damage to diverse agricultural enterprises in Europe.
Firstly (chapter 2), I conducted laboratory feeding experiments initially with females because their fitness depends more on their foraging behavior than it does in males. A range of volatile PSMs were tested on voles initially and those compounds that proved effective were later tested on the house mice. Out of 13 PSMs or combinations of PSMs, nine reduced the amount of food eaten and one (bucco oil) increased feeding by female voles. In female house mice, I identified six deterrent PSMs which reduced the food intake including bucco oil and there were two compounds that had no effect.
Secondly (chapter 3), I conducted laboratory feeding experiments with males of both species, eighteen different volatile PSMs and combinations thereof with voles. However, males will also be affected by repellents and they also play an important role for rodent infestations. Four PSM odors reduced feeding intake and seven PSM odors increased feeding of male common voles. Five of six tested herbal odors were effective as repellents against house mice. Overall, my studies under laboratory conditions demonstrated that two PSM odors (fennel oil and MNK) reduced feeding intake in both rodent species and both sexes.
Thirdly (chapter 4), I evaluated four promising PSM odors for their repellent effects in experiments conducted in semi-natural enclosures. Soil treated with PSMs or untreated soil (experimental control) was placed in underground boxes containing food (rolled oats). I quantified the number of visits to each box and could demonstrate that all four PSMs reduced the number of visits to treatment boxes in both rodent species. For common voles, the combination MNK+BPO was the most repellent PSM. House mice made fewer visits to all PSM boxes; boxes with the anthraquinone were visited least. Furthermore, house mice consumed less food from boxes containing soil treated with all four PSMs. Our results suggest that PSMs are repellent in murid and microtine rodents under semi-field conditions. Results of these three studies contribute the development of non-lethal management tools for rodent pest species that are potentially more suitable than traps and rodenticides. This approach could be applicable to a variety of crops if effective at field conditions.
The last and fourth manuscript (chapter 6) is a systematic literature review to retrieve relevant publications and evaluated these according to PSM groups to derive information about the potential for developing herbal rodent repellents. We screened a total of 54 publications where different compounds or plants were tested regarding rodent behavior/metabolism. In the search for widely applicable products, we recommend multi-species systematic screening of PSMs, especially from the essential oil and terpenoid group, as laboratory experiments have uniformly shown the strongest effects across species. Other groups of compounds might be more suitable for the management of species-specific or sex-specific issues, as the effects of some compounds on particular rodent target species or sex might not be present in non-target species or in both sexes. Although plant metabolites have potential as a tool for ecologically-based rodent management, this review demonstrates inconsistent success across laboratory, enclosure, and field studies, which ultimately has lead to a small number of currently registered PSM-based rodent repellents.

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