Vorkommen und Verbreitung von Insektizidresistenzen bei Fliegen (Musca domestica) in Schweinehaltungen im Bundesland Schleswig-Holstein, Deutschland

Abstract

Fliegen spielen als Lästlinge und Überträger von Krankheitserregern weltweit eine bedeutende Rolle. Die moderne, intensive Schweinehaltung bietet der Stubenfliege (Musca domestica) optimale Lebensgrundlagen und Fortpflanzungsmöglichkeiten. Auf Grund der Schwimmschichtbildung in der üblichen Vollspaltenhaltung bei der Mastschweinehaltung, aber auch in ferkelerzeugenden Betrieben - verbunden mit einer gleichmäßig hohen Stalltemperatur - ist das ganze Jahr über eine von klimatischen Einflüssen unabhängige Vermehrung von M. domestica möglich. In den letzten Jahren wurde vermehrt von Insektizid-resistenten Fliegenpopulationen in Nutztierhaltungen berichtet. Ziel dieser Untersuchung war es, schweinehaltende Betriebe im Bundesland Schleswig-Holstein auf das Vorkommen und die Verbreitung von Insektizidresistenzen bei M. domestica zu untersuchen. Basierend auf den Ergebnissen einer Fragebogenerhebung fand eine Querschnittsstudie zum Vorkommen und zur Verbreitung von Insektizidresistenzen auf 40 Betrieben statt. Hierbei wurde das Kontaktinsektizid Deltamethrin mittels der FlyBox®-Methode und Thiamethoxam, Imidacloprid und Azamethiphos als Fraßgifte in den Handelsformulierungen, sowie Cyromazin- und Triflumuron-Präparate als handelsübliche Larvizide unter Feldbedingungen getestet. Aufgrund der Feldergebnisse wurden 19 auffällige Populationen ausgewählt und in nachfolgenden Generationen unter Laborbedingungen erneut getestet. Im Labor wurden die Versuche zusätzlich um eine topikale Applikation erweitert. Zum Einsatz kamen hier die Reinsubstanzen Pyrethrum, Deltamethrin, Phoxim, Azamethiphos, Thiamethoxam und Imidacloprid. Im Gegensatz zu den Eingangsuntersuchungen mit einer Dauer von einer Stunde betrug die Exponierungsdauer bei den Fraßgiftversuchen im Labor 48 Stunden, um eine sichere Aufnahme des Wirkstoffes zu gewährleisten. Außerdem wurden die Larvizide abweichend von ihrer Handelskonzentration getestet. Die Fragebogenerhebung ergab, dass die meisten Fliegen in den Monaten Juli bis September auftreten und auf den Betrieben überwiegend chemisch bekämpft wurden. Zur Anwendung kamen dabei sowohl Adultizide, als auch Larvizide. Die Wirksamkeit der eingesetzten Insektizide wurde von den Landwirten überwiegend als zufriedenstellend beurteilt. Die Untersuchungen im Feld zeigten bei einer Exponierung von einer Stunde deutliche Wirkungsunterschiede zwischen den Fraßgiften. Thiamethoxam (Agita®) erreichte mit durchschnittlich 91 % die höchste Paralyserate nach 24 Stunden. Im Gegensatz hierzu betrug die durchschnittliche Paralyserate nach 24 Stunden für Imidacloprid (FlyGold®) 62% und für Azamethiphos (FlySelect®) 66 %. Die Versuche mit dem synthetischen Pyrethroid Deltamethrin ergaben mittels der FlyBox®-Methode deutliche Resistenzhinweise. Zwanzig von 40 untersuchten Feldpopulationen (50 %) zeigten nach einer 10 Sekunden dauernden Exponierung mit dem Kontaktgift Deltamethrin nach 60 Minuten Beobachtungsdauer eine Paralyse von unter 40 %. Beim Einsatz des Larvizids Triflumuron (Baycidal®) schlüpften ungeachtet der im Medium eingesetzten Handelskonzentration von 5 mg/kg weiterhin etwa 30 % adulte Stubenfliegen aus kultivierten Eiablagen der untersuchten Feldpopulationen. Cyromazin (Neporex®) in der empfohlenen Gebrauchskonzentration von 5 mg/kg war bei diesen Populationen zu 100 % wirksam. Bei der Wiederholung der Fraßgiftversuche unter Laborbedingungen erreichte das Neonicotinoid Thiamethoxam (Agita®) bis drei Stunden nach der Exponierung die höchste und schnellste Paralysewirkung. Nach 48 Stunden resultierte Thiamethoxam in einer mittleren Paralyserate von 94 %. Nach 4-stündiger Exponierung zeigten die Fliegen gegenüber dem Phosphorsäureester Azamethiphos (FlySelect®) mit durchschnittlich 62 % die höchste Paralyserate. Nach einer Exponierungszeit von 48 Stunden waren 96 % der Fliegen durch den Wirkstoff paralysiert. Imidacloprid erwies sich im Vergleich zu Azamethiphos und Thiamethoxam als am wenigsten wirksam, was die Ergebnisse der Feldversuche bestätigte. In der topikalen Applikation zeigte das natürliche Pyrethrum nur eine geringe Wirkung. Die Applikation der einfachen „Discriminating Dose“ (DD) von 2.200 ng pro Fliege zeigte nach 24 Stunden nur eine mittlere Paralyserate von 38 %. Das synthetische Insektizid Deltamethrin zeigte in dieser Dosierung nach 24 Stunden eine durchschnittliche Paralyse von 86 %. Die im Feld mit der FlyBox® Methode beobachtete hohe Resistenz konnte nach topikaler Applikation von Deltamethrin im Labor nicht im gleichen Maße bestätigt werden. In zukünftigen Resistenzuntersuchungen sollte daher die Dosis für Deltamethrin in der topikalen Applikation niedriger angesetzt werden, um das Resistenzspektrum genauer erfassen zu können. Mit dem Phosphorsäureester Phoxim konnte nach topikaler Applikation der einfachen DD von 310 ng pro Fliege eine mittlere Paralyserate von 28 % beobachtet werden, welche durch Dosiserhöhung auf das 16-fache auf eine mittlere Wirksamkeit von 93 % gesteigert werden konnte. Auch gegenüber Azamethiphos konnte nach Applikation der bekannten „Discriminating Dose“ von 310 ng pro Fliege eine Resistenz beobachtet werden. Zwölf Feldpopulationen (71%) zeigten eine mittelgradige Resistenz, drei Populationen (18 %) waren hoch resistent. Bei Thiamethoxam und Imidacloprid konnten trotz der Verwendung des Aceton-Öl-Gemisches als Trägersubstanz keine hohen Paralyseraten in der topikalen Applikation nachgewiesen werden. Das Neonicotinoid Thiamethoxam erreichte 24 Stunden nach Applikation der DD von 320 ng pro Fliege eine durchschnittliche Paralyserate von 37 %. Auch durch Dosiserhöhung auf das 16-fache der DD konnte die durchschnittliche Paralyserate lediglich auf 76 % gesteigert werden. Eine noch geringere Wirksamkeit zeigte in der topikalen Applikation das Neonicotinoid Imidacloprid. Selbst mit der 16-fachen DD wurde lediglich eine mittlere Paralyserate von 54 % erzielt. In den Larvizidversuchen führte Cyromazin in einer Konzentration von 4 mg / kg zu einer 100 %-igen Inhibition, die bereits zuvor bei der Applikation der Handelskonzentration von 5 mg/kg im Feldversuch nachgewiesen wurde. Selbst eine deutliche Unterdosierung von 1 mg/kg resultierte noch in einer mittleren Entwicklungshemmung von 79 %. Triflumuron zeigte in einer Konzentration von 4 mg/kg Medium nur eine Inhibition bei 5 der 19 untersuchten Populationen (26 %). Zukünftig sollten vor dem Einsatz von Adultiziden Untersuchungen über die spezifische Resistenzlage durchgeführt werden. Außerdem sollte der Einsatz persistierender Pyrethroide eingeschränkt werden. Stattdessen sollten bevorzugt natürliche Pyrethrine mit Synergisten wie Piperonylbutoxid (PBO) eingesetzt werden. Der strategische Einsatz chemischer Mittel unter Berücksichtigung der saisonalen Populationsdynamik ist ein Weg, bereits bestehende Resistenzen nicht weiter zu fördern und die Entwicklung neuer Resistenzen zu verhindern. Weitere sinnvolle Ansätze sind ein planmäßiger Wechsel der noch vorhandenen und wirksamen Wirkstoffe, die mechanische Bekämpfung durch regelmäßige Entfernung der Gülle (in Wochenabständen), sowie - alternativ zur chemischen - die biologische Bekämpfung z. B. mittels Güllefliegen.

Globally, house flies (Musca domestica) play an important role by disturbing livestock and by transmitting disease pathogens. The modern and intensively managed pig farms offer house flies optimal conditions for their survival and reproduction. The floating layer of manure in the current, completely slatted floor system for keeping fattening pigs or sows – together with constantly high temperatures – allows fly reproduction throughout the year regardless of external climatic influence. During recent years there have been reports on an increase of insecticide resistance (IR) in animal husbandry management systems. The aim of this study was to assess the eventual occurrence and the distribution of insecticide resistance in M. domestica on pig farms of the federal state of Schleswig-Holstein. A cross sectional survey assessing occurrence and distribution of IR was conducted on 40 pig farms based on the results of a preliminary questionnaire survey. The susceptibility of M. domestica against the contact insecticide deltamethrin was evaluated by using the FlyBox®-method. Commercial formulations of thiamethoxam, imidacloprid and azamethiphos – all of them feed-through insecticides – were tested under pen side conditions as were the larvicides cyromazine and triflumuron. The results allowed selecting 19 conspicuous fly populations, which were subsequently assessed following their establishment as laboratory strains. Additionally, the topical application was used for an evaluation of pyrethrum, deltamethrin, phoxim, azamethiphos, thiamethoxam and imidacloprid as pure active ingredients. While the exposure for feed-through insecticides lasted for one hour during the on-farm assays, the exposure lasted for 48 hours under laboratory conditions in order to ensure an optimal intake of the active ingredient. The efficacy of both larvicides was also assessed by using other than commercial concentrations. Analysis of the questionnaires revealed that highest fly numbers were observed from July to September. Use of chemical products constituted the mainstay of pest management. Products against adult insects as well as larvicides were routinely used and their efficacy judged as mostly satisfactory by the farmers. On-farm assays showed distinct differences between the feed-through insecticides azamethiphos, thiamethoxam and imidacloprid after an exposure of 1 hour. At the end of an observation period of 24 hours thiamethoxam was found to be the most effective with an average paralysis rate of 91 % contrasting with, respectively, 66 % for azamethiphos and 62% for imidacloprid. Trials with the pyrethroid deltamethrin by using the FlyBox®-method indicated considerable resistance of the field populations. Following an exposure for 10 seconds, 20 (50 %) of the populations displayed a paralysis inferior to 40 % after 60 minutes. Despite treatment with triflumuron of the larval medium at the commercially recommended dose (5 mg/kg), about 30 % flies were able to emerge from egg deposits. Cyromazine proved to be 100 % effective at the commercially recommended dose of 5 mg/kg. Repetition of the tests with feed-through insecticides under laboratory conditions showed after 3 hours thiamethoxam to achieve the fastest and highest paralysis. The average paralysis rate after 48 hours amounted to 94 %. When exposed to azamethiphos, the highest average paralysis rate was recorded after 4 hours (62 %). Exposure for 48 hours resulted in a paralysis of 96 %. Imidacloprid was found to be the least effective, thereby confirming the results of the on-farm assays. Natural pyrethrum showed little effect when topically applied. Application of the discriminating dose (DD) of 2.200 ng per fly resulted in an average paralysis of 38 % after 24 hours. However, the same dose resulted in an average paralysis of 86 % when the pyrethroid deltamethrin was used, which contrasted with the results of the on-farm assays when the FlyBox® method had been used. A reduction of the amount of the active ingredient should be considered in future work dealing with an assessment of IR. It is expected that this approach would help to better understand the range of IR. The topical application of the DD of the phosphoric acid phoxim resulted in an average paralysis rate of 28 %. A 16-fold increase of the DD increased the average paralysis to 93 %. When applying the DD for azamethiphos of 310 ng per fly, 12 (71 %) displayed a medium resistance but three populations proved to be highly resistant. Both thiamethoxam und imidacloprid did not induce notable paralysis when topically applied despite their mixture with acetone and oil as solvent. Thiamethoxam showed an average paralysis of 37 % after 24 hours when the DD of 320 ng per fly was applied. A 16-fold increase of the DD yielded an average paralysis of only 76 %. Imidacloprid proved even less effective. The 16-fold DD only produced an average paralysis of 54 %. The larvicidal tests confirmed prior results of the on-farm evaluations: cyromazine used in a dose of 4 mg/kg resulted in 100 % inhibition. The commercially recommended dose amounts to 5 mg/kg. Even a further reduction to 1 mg/kg prevented the emergence by 79 % on average. This contrasted with the findings when triflumuron was used: 4 mg/kg medium merely inhibited the development of 5 out of the 19 tested populations (26 %). It can be concluded that an eventual IR has to be ruled out before the selection of a specific insecticide for the control of adult flies. The use of persistent pyrethroids should be avoided. Preference should be given to natural derives of pyrethrum that are reinforced by synergists like piperonyl butoxide (PBO). A strategic application of chemical products is recommended taking into account seasonal population dynamics, which might assist in avoiding an exacerbation of already existing IR and to prevent new resistance. Further sensible approaches are a rotational scheme of still effective ingredients and a regular mechanical dung removal at weekly intervals. Biological control methods, e.g. releases of insect parasitoids should be considered as another alternative.