Torjunta-aineiden vuorottelun hyödyt ja rajoitukset

1. Integroitu torjunta koristekasvi-tuotannossa (84231) Integroitu torjunta Etelä-Suomen koristekasvi-tuotannossa (84354) Torjunta-aineiden vuorottelun hyödyt ja rajoitukset Irene Vänninen MTT Kasvintuotannon tutkimus

2. 1. Resistenssihallinnan yleiset perusteet: • minimoi torjunta-aineiden käyttökerrat • vuorottelevaikutustavaltaan erilaisia torjunta-aineita: käytä yhtä ainetta yhden tuhooja-sukupolven ajan, siirry sen jälkeen toiseen • ole selvillä resistenssin tasosta: - käsittelyjen tehon tarkkailu - resistenssin testauttaminen (menetelmät, paikka?)

3. Vuorottelu resistenssihallinnan välineenä: • vuorottelevaikutustavaltaan erilaisia torjunta-aineita • estetään/hidastetaan aineen vaikutuskohdan muuntumiseen perustuvaa resistenssi-mekanismia kantavien yksilöiden yleistyminen tuhoojapopulaatiossa • kestäviä yksilöitä on tuhoojapopulaatiossa alun perin sattumalta(luontainen vaihtelu)  suhteellinen valintaetu torjunta-ainekäsittlyjen myötä

4. GABA-reseptorit: asetyylikoliiniesteraasi (Ach) jänniteportein varustetut hermosolun natriumkanavat 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: hermomyrkyt - pyretroidit • karbamaatit • -organofosfaatit • syklodienit • fiproniili Ach, GABA ja natriumkanavat säätelevät hermoimpulssin kulkua, jonka torjunta-aine-molekyylin on tarkoitus sotkea. Muuntuneeseen entsyymiin tai reseptoriin torjunta-aine ei pysty kiinnittymään  hermoimpulssi kulkee normaalisti torjunta-aineesta huolimatta 1-2 aminohapon muutos reseptorin rakennetta koodaa-vassa geenissä riittää aikaansaamaan resistenssin

5. asetyylikoliiniesteraasi (Ach) 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: karbamaatit ja organofosfaatit • normaalitilanne: hermosolujen välittäjä-aineisiin kuuluva asetyylikoliini siirtää kemiallisesti hermoimpulssin hermosolusta toiseen synapsin yli. Tämän jälkeen asetyylikoliiniesteraasi hajottaa asetyylikoliinin, joten sitä ei kerry synapseihin. • karbamaatit ja organofosfaatit estävät asetyylikoliiniesteraasin toiminnan --> asetyylikoliinia kertyy synapseihin --> hermoimpulssi siirtyy synapsissa jatkuvasti hermosolusta toiseen -> eliö kuolee hermostolliseen yliärsytykseen 1A: karbamaatit 1B: organofosfaatit

6. asetyylikoliiniesteraasi (Ach) 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: neonikotinoidit ja nikotiini • normaalitilanne: hermosolujen välittäjä-aineisiin kuuluva asetyylikoliini siirtää kemiallisesti hermoimpulssin hermosolusta toiseen synapsin yli. Tämän jälkeen asetyylikoliiniesteraasi hajottaa asetyylikoliinin, joten sitä ei kerry synapseihin. • neonikotinoidit ja nikotiini “matkivat” asetyylikoliinia • asetyylikoliiniesteraasi ei pysty hajottamaan neonikotinoideja eikä nikotiinia. Niiden päätyessä ja kertyessä synapseihin (asetyylikoliinin asemesta) hermoimpulssin siirtyminen jää "päälle” --> tappava hermostollinen yliärsytys. 4A: neonikotinoidit 4B: nikotiini

7. GABA-reseptorit: 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: syklodieenit ja fiproniili • Pääryhmä 2: GABA-portein varustettujen kloridikanavien vastavaikuttajat: • GABA=gamma-aminovoihappo, yksi hermosolujen kemiallisista välittäjäaineista • normaalitoiminta: GABA estää hermostollista yliärsytystä synapsissa siten, että GABA-molekyyli kiinnittyy hermoimpulssin vastaanottavan solun kloridikanavan GABA-reseptoreihin -- solukalvon kloridikanava avautuu --> hermoimpulssin aktiopotentiaali vaimenee --> ei jatkuvaa yliärsytystä • fiproniili kiinnittyy GABA-reseptoriin GABA:n asemesta: hermoimpulssi siirtyy synapsissa jatkuvasti ja liian voimakkaana --> eliö kuoleen hermostolliseen yliärsytykseen • alaryhmien A- ja B tehoaineet eroavat toisistaan sen suhteen, mihin kohtaan GABA-porttia niiden molekyylit kiinnittyvät. 2A:syklodieenit 2B: fenyylipyratsolit(fiproniili)

8. jänniteportein varustetut hermosolujen solukalvonnatriumkanavat 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: pyretroidit • Normaalitila: • lepotilaisen hermosolun sisä- ja ulkopuolen jännite-ero on noin -70 millivolttia • Kun jännite-ero pienenee tiettyyn kynnys-arvoon, jänniteriippuvaiset solukalvon natriumkanavat aukeavat ja solun sisälle virtaa natriumioneja ja solusta ulos puolestaan kaliumioneja kanavan läpi --> aktiopotentiaali ----> leviää hermosolua pitkin hermonpääte-alueelle --> jänniteherkät kalsiumkanavat aukeavat ja kalsiumionit virtaavat hermosolun sisään --> välittäjäainerakkulat fuusioituvat solukalvoon --> välittäjäaine vapautuu synapsirakoon --> hermoimpulssi siirtyy seuraavaan hermosoluun, joka joko depolarisoituu=aktivoituu tai hyperpolarisoituu= inhiboituu riippuen välittäjäaineesta - pyretroidit

9. jänniteportein varustetut hermosolujen solukalvonnatriumkanavat 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: pyretroidit • ionien sisään- ja ulosvirtauksen solukalvon natriumkanavissa saavat aikaan solukalvon tietyt proteiinit • normaalioloissa natriumkanavat avautuvat ja sulkeutuvat tietyn rytmin mukaisesti - pyretroidit

10. jänniteportein varustetut hermosolujen solukalvonnatriumkanavat 2. Muuntunut vaikutuskohta resistenssimekanismina: pyretroidit • Pyretroidit sotkevat hermoimpulssin kulun estämällä hermosolujen natriumkanavien normaalin sulkeutumisrytmin • Kanavat eivät pääse sulkeutumaan ollenkaan tai ne sulkeutuvat liian hitaassa tahdissa --> normaali jännite-ero kalvon sisä -ja ulkopuolen välillä muuttuu • Kun synapsiin saapuva hermoimpulssin jännitetaso on muuntunut pyretroidin vaikutuksesta --> synapsissa epänormaalin tiheänä toistuva hermoimpulssi (tyyppi I:n pyretroidit, mm. permetriini ja luonnon pyretriini) tai liian "laiska" ärsytys, jolloin hermoimpulssin jännitepotentiaali on heikompi kuin normaalisti (tyyppi II:n pyretroidit, mm. lambda-syhalotriini). - pyretroidit

11. Käyttäytyminen Ihon alentunut läpäisevyys Entsymaattinen detoksifikaatio (tässä P-450-mono-oksyge-naasi) 2.1. Ristikkäisresistenssi tuholaisella on resistenssimekanis-mi, joka suojaa sitä kaikilta saman vaikutustavan omaavilta aineilta Muuntunut vaikutuskohde(rakenne, lukumäärä) (tässä GABA-reseptori)

12. hermosto hermosto hermosto hermosto hermosto hermosto

13. (taulukko, jatkoa) ) ( http://www.irac-online.org/documents/moa/MoAv5_1.doc

14. 3. Tuhoeläinten resistenssimeka- nismit • Käyttäytymisresistenssi • ”Ihomuuri” (ihon alentunut läpäisevyys torjunta-aineelle) • Aineenvaihdunnallinen resistenssi: torjunta-aineen entsyymaattinen hajotus eli detoksifikaatio • Muuntunut vaikutuskohta, johon torjunta-aine ei kiinnity kuten pitäisi

15. tehoaine ei pysty sitoutumaan muuntuneeseen vaikutuskohtaan Käyttäytyminen Ihon alentunut läpäisevyys Entsymaattinen detoksifikaatio (tässä P-450-mono- oksygenaasi) Muuntunut vaikutuskohde(rakenne, lukumäärä) (tässä GABA-reseptori) Eliö välttää torjunta-aineelle altistumisen myrkyn pääsy elimistöön hidastuu  elimistössä toimivat resistenssimekanismit eivät ”tukehdu” eikä vaikutuskohtaan pääse kerralla tarpeeksi myrkkyä entsyymi tekee myrkyn vaarattomaksi

16. Käyttäytyminen Ihon alentunut läpäisevyys Entsymaattinen detoksifikaatio:- esteraasit - P-450-mono- oksygenaasit - glutationi S- transferaasit 3.1. Entsymaattinen detoksifikaatio: musta hevonen asetyylikoliiniesteraasi jänniteportilla varustettu hermosolun natriumkanava • toimii riippumatta torjunta-aineen vaikutustavasta! Muuntunut vaikutuskohde (rakenne, lukumäärä) (tässä GABA-reseptori)

17. Entsymaattinen detoksifikaatio • mahdollistaa resistenssin riippumatta torjunta-aineen vaikutustavasta •  eri tavoin vaikuttavien torjunta-aineiden vuorottelu(kaan) EI TAKAA RESISTENSSILTÄ VÄLTTYMISTÄ

18. 3.2. Detoksifikaatiosysteemit • sytokromi P-450-mono-oksigenaasit • esteraasit • glutationi S-transferaasit

19. 3.2.1. P-450-mono-oksigenaasit • yleisin detoksifikaatioon perustuva resistenssimekanismi • hapetuskohteita: • organofosforit • karbamaatit • pyretroidit ja pyretriini • neonikotinoidit • kitiinisynteesin estäjät • nuoruushormonien matkijat • myös muita! (luultavasti kaikki...) Seksi, huumeet ja viina - P-450-entsyymeillä iso rooli hormonituotannossa sekä ihmisen(kin) elimistölle vaarallisten aineiden detoksifikaatiossa

20. 3.2.1. P-450-mono-oksigenaasit, jatk • hapettavat tehoainemolekyylit vaarattomampaan muotoon • tietty P-450-entsyymilaji voi hapettaa useita eri tehoaineita • samaa tehoainetta voivat hajottaa useat eri P-450-entsyymilajit • toiminta estyy tietyillä synergisteillä (PBO piperonyylibutoksidi)

21. 3.2.1. P-450-mono-oksigenaasit, jatk resistenssissä tuhoeläimessä: • suurentunut entsyymituotanto (halkovia kirveitä enemmän kuin tavallisesti - geeni monistunut) • toiminnaltaan tehostuneet entsyymit (sama määrä kirveitä heiluu tehokkaammin - geeni muuntunut) • uusi kohdemolekyyli (kirveellä uusi kohde - geeni muuntunut)

22. 3.2.2. Esteraasit • yleisimmät hajotuskohteet: • organofosfaatit • pyretroidit • organokloriinit • karbamaatit • esteraasin toiminta estyy tietyillä synergisteillä (DEF S,S,S-tributyylifosfotritioaatti)

23. 3.2.2. Esteraasit, jatk. • hydrolysoivat myrkyt alkuperäistä vaarattomampaan muotoon = katalysoivat vesimolekyylien liittymistä torjunta-ainemolekyylin esterisidoksiin • hydrolysoitu myrkky erittyy elimistöstä pois • paljon eri entsyymejä, jotka voivat hydrolysoida samojakin myrkkymolekyylejä  useat entsyymilajit mahdollistavat resistenssin yhtä torjunta-ainetta vastaan

24. 3.2.3. Glutationi S-transferaasi • erityisesti organofosfaatit

25. Käyttäytyminen Ihon alentunut läpäisevyys Entsymaattinen detoksifikaatio (tässä P-450-mono-oksyge-naasi) Muuntunut vaikutuskohde(rakenne, lukumäärä) (tässä GABA-reseptori) 3.3. Moniresistenssi tuholaisella on useita eri resis-tenssimekanismeja, jotka suojaa-vat sitä eri tavoinkin vaikuttavilta aineilta

26. Väliyhteenveto: • torjunta-aineet luokitellaan vaikutustavan mukaan: nyt 28+2 eri luokkaa • tuhoeläimillä on neljää eri resistenssityyppiä; vain yksi perustuu torjunta-aineen vaikutuskohteen muuntumiseen • erityisesti entsymaattinen detoksifikaatio on ns. musta hevonen: siihen pohjautuva resistenssi ei riipu aineen vaikutustavasta •  eri vaikutustapaluokkiin kuuluvia aineita vuorottelemallakaan ei välttämättä vältytä resistenssin kehittymiseltä • silti vuorottelu parhaassa tapauksessa YHDISTETTYNÄ KÄSITTELYJEN MÄÄRÄN MINIMOINTIIN hidastaa resistenssin kehittymistä

27. 3. Ripsiäisaineiden resistenssi- alttius resistenssiyleistä, suht. voima- kasta/lievää resistenssi ei vielä kovin yleistä eikä kovinvoimakasta * resistenssin voimakkuus (jos ilmoitettu) on ilmaistu luvulla, joka kertoo kuinka monta kertaa suurempi LC-50-annos (annos joka tappaa puolet ripsiäisistä) tarvittiin resistenttien ripsiäisten tappamiseen verrattuna torjunta-aineherkkään kontrollipopulaatioon

28. 3. Ripsiäisaineiden resistenssialttius resistenssiyleistä ja voima- kasta! alkavaa!: todettu noin 3 vuodenkuluessa käytön aloittamisesta lienee yleistä

29. Spinosadi-resistenssi (Conserve): • Ensimmäiset merkit resistenssistä 3 vuodessa: • ko. tapauksessa käsittelyjä keskimäärin 5 kpl/vuosi (maksimi 8 kpl/vuosi) • (Lähde: Loughner et al. 2005, USA)

30. Metiokarbiresistenssin häviä-minen kalifornianripsiäisistä teoriassa resistenssinpitäisi hävitä ripsiäistä melko nopeasti (haplo-diploidinen lisääntymi- nen, nopea elämänkier-to, runsas jälkeläistuotto… Jensen 1997, 1998, 2000, Brodsgaard 1994

31. Ripsiäisten resistenssihallinta • käsittelyjen väli: • riippuu aineesta (jäämävaikutus) ja lämpötilasta (ripsiäisten kehitysnopeus) • Conserve: 5-7 vrk. Huom. (kork. 10 käsittelyä/v!) • Regent: 10-12 vrk • Mesurol: 7-10 vrk • Karate: 4-7 vrk • Decis: 4-7 vrk • Fastac, Kestac: 4-7 vrk • Bioruiskute*: 7 vrk • Malasiini, Malan: n. 7 vrk • Vertimec: väh. 7 vrk • Confidor: 14 vrk (max. 3 käsittelyä/v!) *pyretriini tehoaa vain aikuisiin

32. Ripsiäisten resistenssihallinta • eri aineilla tehtyjen torjuntablokkien väli: • kun lämpötila <20 oC: väh. 3 viikon torjunta-aineeton tauko ennen toisella aineella tehtävää käsittelyblokkia • kun lämpötila > 20oC: väh. 2 viikon torjunta-aineeton tauko ennen uutta blokkia oletuksena on että kolmen käsittelyn blokki yhdellä aineella alentaa ripsiäismääriä tehokkaasti – jos näin ei käy, otettava selvää, miksi ei tehoa (resistenssiepäilyt) (Lähde: Australiassa kehitetyt resistenssinhallintaohjeet kalifornian- ripsiäiselle perustuen valtakunnalliseen resistenssin seurantaan)

33. Ripsiäisten resistenssihallinta • tarkkailu! --> ei tarpeettomasti lisäkäsittelyjä, joten ei myöskään turhaa resistenssin kerjuuta--> pysyt selvillä aineen tehon muutoksista!

34. Kiinnitteet torjunta-aineena: lisäapu resistenssin hallintaan?