Wirkung und Anwendungsmöglichkeiten ätherischer Öle im Pflanzenschutz: Eine Übersicht¹

Efficacy and potential use of essential oils in plant protection: A Review

Abb. 1. Wichtige Komponenten ätherischer Öle (Beispiele).

Für ÄÖ enthaltende Pflanzen sind diese Inhaltsstoffe von besonderer Bedeutung, da sie vielseitige ökologische und physiologische Funktionen haben (Riefler et al., 2009; Tripathi et al., 2009). Sie fungieren als Signal- oder Boten­stoffe, die im tritrophischen System Pflanze, Insekt und Mikroorganismus agieren. Neben einer anlockenden Wirkung (Attraktant) können auch abweisende Wirkungen (Deterrent) auf Schadarthropoden oder Nützlinge auftreten, und neben der insektiziden Wirkung sind fraßabschreckende, eiablage- und entwicklungshemmende Eigenschaften bekannt. Daneben haben ÄÖ auch die Funktion, die Pflanze vor pathogenen Bakterien oder Pilzen zu schützen.

Umfassende Untersuchungen über die antibakterielle Wirkung der ÄÖ und Extrakte aus Satureja spicigera, Thymus fallax sowie Achillea biebersteinii und Achillea millefolium auf 25 phytopathogene Bakterien aus den Gattungen Alcaligenes, Bacillus, Chromobacterium, Clavibacter, Enterobacter, Erwinia, Flavobacter, Pantoea, Pseudomonas und Xanthomonas haben ergeben, dass die Hauptkomponenten der ÄÖ von S. spicigera und T. fallax sowie die in Hexan Extrakten enthaltenen AÖ-Komponenten Thymol, Carvacrol, p-Cymene, Thymolmethylether und γ-Terpinen eine starke bakterizide Wirkung gegen alle phytopathogenen Arten besitzen (Kotan et al., 2010). Dagegen war die Wirkung der Achillea Öle nur gering. Eine Saatgutdesinfektion (Tomaten, Salat) mit dem ÄÖ von S. spicigera sowie mit Carvacrol und Thymol gegen Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, Pseudomonas syringae pv. tomato, Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria und Xanthomonas axonopodis pv. vitians zeigte eine bessere Wirkung als Streptomycinsulfat.

Gegen den durch Erwinia amylovora verursachten Feuer­brand an bestimmten Obst- und Ziergehölzen wurden das ÄÖ von Thymus spicata (Zeller und Yegen, 2004) sowie Rosenöl (Basim und Basim, 2004) getestet. Das in der Türkei als Aksebio2 registrierte und in Deutschland als BioZell-2000B auf der Liste der Pflanzenstärkungsmittel geführte Thymianöl zeigte bei ersten Freilandversuchen in der Türkei eine Reduktion der Astwelke bei Birnen um 64%. Versuche in Deutschland an Cotoneaster salicifolius unter künstlichen Bedingungen ergaben eine Reduktion der Stängelwelke um 84% und eine Reduk­tion der Blütenwelke bei Äpfeln um 43–52%. Auch das ÄÖ von Rosa damascena besitzt eine antibakterielle Wirkung gegen E. amylovora, wobei die erforderliche Hemmkonzentration deutlich höher ist als bei Thymian Öl (1500 µg/ml gegenüber 500 µg/ml; Basim und Basim, 2004). Gegen den Erreger der bakteriellen Ringfäule der Kartoffel, Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, hatten ÄÖ von Oreganum (Wirkstoff Thymol), Thymian, Dyctamus und Majoran (alle reich an Carvacrol) eine starke wachstumshemmende Wirkung bei rel. niedrigen Konzentrationen von 85–300 µg/ml (Daferera et al., 2003). Neben in vitro Versuchen wurden auch Freilandtests mit ÄÖ gegen Ralstonia solanacearum, dem Erreger einer Bakterienwelke und Schleimkrankheit durchgeführt (Ji et al., 2005; Paret et al., 2010). Nach Boden­behandlung mit Thymol (0,7%) beobachteten die Autoren an Tomaten eine gute Wirkung: 33,1% der Pflanzen hatten Welkesymptome nach Thymol-Behandlung gegenüber 92,3% in der Kontrolle. Bei einem zweiten Versuch lagen die Werte bei 12,0% gegenüber 65,5%. Eine deutliche Ertragssteigerung durch die Thymolbehandlung wurde nachgewiesen. Auch die ÄÖ von Palmarosa (Cymbopogon martinii) und Zitronengras (Cymbopogon citratus) führten bei 0,07 und 0,14% zu einer völligen Wachstumshemmung von R. solanacearum (Paret et al., 2010). Nach Zugabe der beiden ÄÖ in den Pflanzboden wurde die Bakterienwelke an Ingwer (Zingiber officinale) völlig unterdrückt. Eine Beeinträchtigung der Ingwerpflanzen trat nicht auf.

Die Wirkung ÄÖ gegen phytopathogene Pilze wurde in den letzten 10 Jahren vor allem gegen Erreger von Lagerfäulen und Schimmelpilze an Obst und Gemüse erprobt (Tab. 2). Lagerfäulen, zu denen Aspergillus, Botrytis, Fusarium, Penicillium und andere Pilze gehören, verur­sachen regelmäßig große Schäden an Erntegütern. Beim Einsatz von ÄÖ geht es um die Suche nach Alternativen für herkömmliche Fungizide, die zur Konservierung und im Nachernteschutz eingesetzt werden. Gleichzeitig soll aber auch eine mögliche Mykotoxinproduktion durch z.B. Aspergillus- oder Fusarium Arten verhindert werden.

In einer kürzlich veröffentlichten Übersicht wurde ausführlich über die Wirkung und die Einsatzmöglichkeiten ÄÖ im Nachernteschutz gegen bekannte bakterielle und pilzliche Krankheitserreger berichtet, wobei auch gesund­heitliche und umwelthygienische Aspekte besprochen wurden (Antunes und Cavaco, 2010). Zuvor hatten bereits Tripathi und Dubey (2004) über die Einsatzmöglichkeiten sogenannter natürlicher Produkte gegen verschiedene Fäuleerreger berichtet. Gegen Schimmelpilze (Aspergillus spp., Penicillium spp.) und andere pilzliche Krankheitserreger (Botrytis cinerea, Colletotrichum spp., Fusarium spp. u.a.) sind vor allem Oreganumöl, Thymianöl und Zitronengrasöl mit den Wirkstoffen Thymol, Carvacrol und Citral wirksam. In anderen Untersuchungen zeigten weitere ÄÖ gegen die Aflatoxin-Produzenten Aspergillus flavus, A. niger und A. parasiticus eine starke fungizide Wirkung. So wurden A. flavus und die Aflatoxin B1 Produktion durch das ÄÖ der Bengalischen Quitte, Aegle marmelos, bei 500 µl/l völlig unterdrückt (Singh et al., 2009). Aspergillus Arten werden aber auch von anderen ÄÖ stark gehemmt (Tab. 2), wie Zitronengrasöl (Mishra und Dubey, 1994), Zimtöl u.a. (Montes-Belmont und Carvajal, 1998), Knoblauchöl (Benkeblia, 2004) sowie Anisöl (Elgayyar et al., 2001; Soliman und Badeaa, 2002; Bluma et al., 2008).

Ähnlich gute fungizide Wirkungen wie mit den o.g. ÄÖ wurden auch mit Fenchelöl oder Nelkenöl gegen den Grauschimmel, B. cinerea, und Fusarium spp. erzielt (s. Tab. 2). Gegen die beiden Fäuleerreger an Tomaten, Alternaria alternata und Penicillium digitatum, zeigten das ÄÖ von Ajowan (Carum copticum) und Fenchel (Foeniculum vulgare) mit den Inhaltsstoffen Thymol (63%), trans-Anethol (64%) und 2-Caren-10-al sowohl in vitro als auch in vivo die beste Wirkung (Abdolahi et al., 2010). Auf der Suche nach Alternativen für Fungizide gegen B. cinerea an Tomaten erwies sich Origanumöl (Origanum syriacum var. bevanii) in flüchtiger Form bei 0,2 µg/ml Luft als sehr wirksam (Soylu et al., 2010). Es verhinderte das Wachstum des Grauschimmels vollständig. Die entsprechende Kontaktwirkung lag dagegen bei 12,8 µg/ml. Sporenkeimung und Keimhyphenwachstum wurden ebenfalls unterdrückt. Mikroskopische Untersuchungen zeigten eine deutliche Degeneration der Hyphen. Die Wirkung von Lavendelöl und Rosmarinöl war etwas schlechter. In Gewächshausversuchen konnten empfindliche Tomatenpflanzen vor einem Befall mit B. cinerea nach kurativer Anwendung von Origanumöl weitgehend geschützt werden. Auch das ÄÖ aus Origanum acutidens und die Hauptwirkstoffe Carvacrol und Thymol besitzen eine breite fungizide Wirkung gegen zahlreiche phytopathogene Pilze (Kordali et al., 2008). Gegen B. cinerea als Lagerfäule­erreger an Weintrauben zeigten 10 von 26 getesteten ÄÖ eine 100%ige Wachstumsreduktion. Die ÄÖ von Ocimum sanctum, Prunus persica und Zingiber officinale waren mit einer minimalen Hemmkonzentration (MIC) von 200, 100 und 100 ppm am wirksamsten und zeigten keine phytotoxischen Schäden an den Weintrauben (Tripathi et al., 2008).

Das Wachstum von Phytophthora infestans, dem Erreger der Braunfäule an Tomaten, wurde in vitro durch die flüchtigen Inhaltsstoffe aus Origanumöl (Origanum syriacum var. bevanii) und Thymianöl (Thymbra spicata subsp. spicata) vollständig gehemmt (0,3 µg/ml Luft) (Soylu et al., 2006). Dabei traten auch starke morphologische Veränderungen an den Hyphen auf. Die flüchtige Phase war insgesamt wirksamer als der direkte Kontakt. Gegen P. infestans und weitere pilzliche Erreger, wie z.B. den Gurkenmehltau (Pseudoperonospora cubensis), zeigte auch der aus Knoblauch stammende flüchtige Wirkstoff Allicin (Diallylthiosulfinat) eine sehr gute Wirkung mit Befallsreduktionen von 45–100% (Portz et al., 2008; Slusarenko et al., 2008). Bei einer Dosis von 50 µg/ml verhinderte Allicin die Sporangienkeimung und das Keimhyphenwachstum von P. infestans sowohl in vitro als auch in vivo auf Tomatenblättern. Topf- und Gewächs­hausversuche gegen Phytophthora nicotianae ergaben, dass die Zahl der Chlamydosporen des Pilzes im Boden durch eine Behandlung mit wässrigen Emulsionen einer Pfeffer Extrakt-Senföl Mischung sowie von Nelkenöl, Cassia Extrakt und synthetischem Zimtöl um 98,4–99,9% unterdrückt wurden (Bowers und Locke, 2004). Im Gewächshaus konnte der Befall mit P. nicotianae an Immer­grün als Testpflanze nach 35 Tagen mit einer 10%igen wässrigen Emulsion einer Formulierung von Pfeffer Extrakt-Senföl, von Cassiaöl sowie von synthetischem Zimtöl um 93,0–96,7% reduziert werden.

Auch gegen Sklerotien bildende Bodenpilze wie Sclerotinia sclerotiorum waren ÄÖ als Kontaktfungizid und in der flüchtigen Phase wirksam (Soylu et al., 2007). Eine Zugabe von Oreganumöl (Origanum syriacum var. bevanii) und Fenchelöl (Foeniculum vulgare) in den Boden hatte einen signifikanten Hemmeffekt auf die Lebensdauer der Sklerotien. Dabei wurden Keimung und Mycelwachstum gehemmt, und die Zahl der überlebenden Tomatenkeimlinge um 69,8% bzw. 53,3% gegenüber der Kontrolle gesteigert. Eine andere Strategie verfolgte man bei der Anwendung von Diallyldisulfid gegen Sclerotium cepivorum an Zwiebeln. Die bei der Zersetzung von Allicin aus Zwiebeln oder Knoblauch entstehende Substanz fördert nachweislich die Keimung der Sclerotien in Erde auch ohne Wirtspflanzen, so dass diese innerhalb von 3 Monaten absterben (Hovius und McDonald, 2002; McLean et al., 2005). Auf diese Weise konnte S. cepivorum vor der Einsaat von Zwiebeln auch in Feldversuchen drastisch reduziert werden. ÄÖ wurden auch in Ver­suchen zur Saatgutbehandlung gegen verschiedene boden­bürtige Erreger eingesetzt (Koch et al., 2010; Abdel-Kader et al., 2011). Gegen Alternaria dauci und Alternaria radicina erwies sich eine Behandlung von Karottensamen mit 1% Thymianöl in Wasser als ebenso wirksam wie die eingesetzten Antagonisten Pseudomonas sp. und Clonostachys rosea (Koch et al., 2010). In anderen in vitro Tests, Gewächshaus- und Freilandversuchen gegen verschiedene Bodenpathogene an Vicia fabae zeigten die ÄÖ von Nelke, Kümmel, Thymian, Pfefferminze und Geranium als Saargutbehandlung eine signifikante Befallsreduk­tion von etwa 40–50% und eine deutliche Ertragssteigerung. Die Wirkung wurde noch durch eine Kombination mit Trichoderma harzianum gesteigert (Abdel-Kader et al., 2011).

Der mittlerweile auch in Deutschland angekommene Westliche Maiswurzelbohrer bedroht zunehmend den deutschen Maisanbau. Die ÄÖ-Komponenten Citronellol und Thujon hatten eine starke Kontaktwirkung. In Boden­tests gegen die Larven war Perillaldehyd am stärksten toxisch (LC₅₀ – 3 µg/g Erde; LC₅₀ von Carbofuran 1 µg/g), und in Topfversuchen zeigte α-Terpineol die beste Wirkung, um Maiswurzeln vor einem Befall zu schützen (Lee et al., 1997). In Gewächshausversuchen gegen die L3-Larven von Rhizotrogus majalis (Coleoptera, Scarabaeidae) lag die LC₅₀ nach Anwendung von Schwarzem Pfeffer Extrakt nach 7 Tagen bei 2,5% (Scott et al., 2005). In Freilandversuchen auf Rasenflächen wurde von Scott et al. (2005) eine 2% ige P. nigrum Formulierung erfolgreich gegen L2- und L3-Larven eingesetzt. Die Wirkung war vergleichbar mit der von Diazinon. Gegen ältere L3-Larven war eine 4%ige Formulierung notwendig. Dabei wurde allerdings auch die Regenwurmpopulation geschädigt. Die Halbwertszeit im Boden der im Pfeffer enthaltenen Piperamide betrug 1–2,6 Tage. Die relativ hohen Kosten des Verfahrens könnten nach Auskunft der Autoren durch eine Spot-Behandlung reduziert werden. In ausgiebigen Laborversuchen (Bodentauchmethode) wurde die Wirkung von acht in den USA kommerziell erhältlichen Botanicals gegen Engerlinge (L3) von Popillia japonica, Rhizotrogus majalis, Anomala orientalis und Cyclocephala borealis getestet (Ranger et al., 2009). Dabei gehörte das Produkt Armorex^®, ein Gemisch verschiedener ÄÖ (Rosmarinöl, Knoblauchöl, Eugenol, Weißer Pfeffer), zu den wirksamsten. Die LC₅₀ Werte lagen bei allen Engerlingen zwischen 0,39 ml/l und 0,49 ml/l. In ersten und vorläufigen Laborversuchen gegen die Engerlinge des Feldmaikäfers, Melolontha melolontha, konnte die gute Wirkung bestätigt werden (Zimmermann, unveröffentlicht). Versuche zur Kontaktwirkung und volatilen Toxizität von Thymol, Citronellal, Eugenol und Rosmarinöl wurden auch gegen Altlarven von A. oscurus (Drahtwürmer) durchgeführt (Waliwitiya et al., 2005). Thymol zeigte die stärkste Kontaktwirkung (LD₅₀ 196,0 µg/Larve). Rosmarinöl war praktisch unwirksam. Bei den Tests zur volatilen Toxizität war Citronellal am wirksamsten (LC₅₀ 6,3 µg/cm³) gefolgt von Rosmarinöl, Thymol und Eugenol. Allerdings verursachten Thymol, Eugenol und Citronellal auch eine Keim- und Wachstumshemmung von Mais, bei Rosmarinöl traten dagegen nur minimale Effekte auf. Neuere Untersuchungen zur Wirkung ÄÖ oder deren Komponenten liegen auch gegen den Rapsglanzkäfer und den Kartoffelkäfer vor. Gegen die Adulten von M. aeneus verursachten die ÄÖ von Kümmel (Carum carvi) und Thymian (Thymus vulgaris) in vitro die höchste Mortalität bei einer LD₅₀ von 197 bzw. 250 µg/cm². Beide ÄÖ zeigten auch eine starke Repellent-Wirkung (Pavela, 2011). Gegen die Larven und Adulten von L. decemlineata hatten die Monoterpene Fenchon, Linalool, Citronellal und Menthon die stärkste Wirkung, auch gegenüber Endosulfan^® (50% WP) resistenten Käfern (Mahdi et al., 2011).

Gegen Spinnmilben (Tetranychus urticae) erwies sich Rosmarinöl als sehr wirksam und verursachte eine totale Mortalität bei Konzentrationen, die nicht phytotoxisch gegenüber Tomaten waren (Miresmailli und Isman, 2006; Miresmailli et al., 2006). Zudem war das natürliche Öl besser als die Einzelkomponenten. In weiteren Versuchen gegen Spinnmilben wurde die Wirkung verschiedener ÄÖ getestet (Lee et al., 1997; Choi et al., 2004; Erler und Tunç, 2005; Calmasur et al., 2006; Cloyd et al., 2009; Han et al., 2010). So verursachten Kümmelöl, Citronella Java, Lemon-Eukalyptus, Pennyroyal und Pfefferminzöl bei 14 × 10^–3 µl/ml Luft in Biotests eine mehr als 90%ige Mortalität. Diese Öle hatten auch eine ovizide Wirkung (Choi et al., 2004). Erler und Tunç (2005) fanden, dass Anethol, Carvacrol und Thymol die größte toxische Wirkung zeigten. Ausgiebige Biotests mit 10 ÄÖ gegen empfindliche und akarizid-resistente Stämme von T. urticae ergaben, dass vor allem das o.g. Lemon-Eukalyptusöl gegen alle getesteten Stämme eine hohe Mortalität verursachte (Han et al., 2010).

In Versuchen gegen Thripse (Thrips tabaci, Frankliniella occidentalis) mit den ÄÖ-Komponenten Carvacrol, Thymol oder Eugenol zeigten die Versuchstiere eine relativ geringe Mortalität dafür aber besondere Verhaltensänderungen (Sedy und Koschier, 2003; Riefler und Koschier, 2009; Koschier, 2008; Peneder und Koschier, 2011). Dies zeigte sich z.B. in einer reduzierten Eiablage, in einer Vermeidung der Wirtspflanzen oder kürzeren Saugzeiten auf behandelten Blättern. In Freilandversuchen an Tomaten gegen Frankliniella spp. wiesen Reitz et al. (2008) auch eine hohe Mortalität durch Geraniol, Zitronengrasöl (Cymbopogon flexuosus) und Teebaumöl (Melaleuca alternifolii) nach. Dabei war die Wirkung von Teebaumöl formuliert mit Kaolin vergleichbar mit einer Insektizid-Behandlung. Eine Übersicht über die verschiedenen Wirkungen ÄÖ auf Thripse wurde kürzlich von Koschier veröffentlicht (2008).

Gegen die Weiße Fliege (Trialeurodes vaporariorum, Bemisia tabaci) waren die Wirkungen von ÄÖ unterschiedlich. Von 53 ÄÖ, die gegen Eier, Nymphen und Adulte von T. vaporariorum in einem Filterpapier-Test geprüft wurden, zeigten 10 ÄÖ eine hohe Aktivität gegen alle Stadien, darunter solche aus Lorbeer, Kümmel, Gewürznelken, Minze und Teebaum (Choi et al., 2003). Gegen Nymphen und Adulte von B. tabaci verursachten die ÄÖ von 3 Lamiaceen (Micromeria fruticosa, Nepeta racemosa, Origanum vulgare) in Biotests die höchste Mortalität nach 120 h bei 2µl/l Luft. Dagegen war keines der von Cloyd et al. (2009) getesteten kommerziellen Produkte wirksam genug gegen B. tabaci.

Bei den vorratsschädlichen Coleopteren kamen ÄÖ vor allem gegen folgende Arten zum Einsatz: Acanthoscelides obtectus, Callosobruchus chinensis, Lasioderma serricorne, Oryzaephilus surinamensis, Rhyzopertha dominica, Sitophilus zeamais, Sitophilus orycae, Tribolium confusum und Tribolium castaneum (Tab. 3). Neben der insektiziden Wirkung nach Kontakt zeigten die meisten ÄÖ oder deren Hauptkomponenten eine repellente Wirkung sowie eine Reduktion der Fekundität und Schlüpfrate vor allem in der flüchtigen Phase. So hatte Knoblauchöl in einem Filterpapiertest gegen die Adulten von T. castaneum und S. zeamais sowohl eine ovizide (4,4 mg/cm²) als auch eine insektizide Wirkung (Ho et al., 1996). Gegen diese beiden Vorratsschädlinge zeigte auch das ÄÖ aus Ostericum sieboldii (Apiaceae) eine starke insektizide Wirkung nach Kontakt und in der flüchtigen Phase (Liu et al., 2011). Mit einem nicht näher bezeichneten ÄÖ aus einer Labiaten (Oil ZP 51) wurden bei 1,4–4,5 µl/l Luft nach 24 h 90% Mortalität gegen verschiedene Käfer erzielt (Shaaya et al., 1997). Das ÄÖ aus der Zimtkassie (Cinnamomum cassia) (Kim et al. 2003a, 2003b) sowie Zimtaldehyd (Ojimelukwe und Adler, 1999) verursachten nach Kontakt und in der flüchtigen Phase eine hohe Mortalität bei L. serricorne, T. confusum, S. orycae und C. chinensis nach 1 bis 3 Tagen. Unter den bisher eher seltener getesteten ÄÖ zeigten solche aus verschiedenen Euka­lyptus-Arten (Eucalyptus dunnii u.a.) gegen S. zeamais (Mossi et al., 2011) und Senföl (Brassica juncea) gegen L. serricorne sowie S. orycae und C. chinensis (Kim et al. 2003a, 2003b) sowohl eine insektizide als auch eine repellente Wirkung. Gegen den Speisebohnenkäfer A. obtectus erwies sich eine Mischung aus dem ÄÖ des Pferdeholzbaums (Clausena anisata, Rutaceae) mit Ton als toxischer verglichen mit dem reinen ÄÖ (LD₅₀ 0,069 µl/g Körner) (Ndomo et al., 2008). Von 13 gegen A. obtectus in der flüchtigen Phase getesteten ÄÖ zeigten die meisten eine repellente Wirkung und reduzierten die Fekundität und Schlüpfrate bei erhöhter Larvalmortalität (Papachristos und Stamopoulos, 2002). Am meisten toxisch für Männchen waren Pfefferminzöle (Mentha micro­phylla, Mentha viridis) und für Weibchen Lavendelöl (Lavandula hybrida) und Rosmarinöl (Rosmarinus officinalis). Das ÄÖ der Duftnessel oder des Anis-Riesenysop (Agastache foeniculum), das zu 94% aus Methylchavicol (= Estragol oder 4-Allylanisol) besteht, hatte eine LC₅₀ von 18,78 und 21,56 µg/l gegen die Adulten des Getreideplattkäfers O. surinamensis bzw. des Tabakkäfers L. serricorne nach 24 h (Ebadollahi et al., 2010).

Gegen freilebende, phytoparasitäre Bodennematoden sowie gegen die beiden auch in Deutschland im Gewächs­haus an Gemüsekulturen und Zierpflanzen vorkommenden Wurzelgallenälchen Meloidogyne javanica und Meloi­dogyne incognita wurden zahlreiche ÄÖ in vitro und auch in vivo getestet. Dabei zeigten die ÄÖ der Gewürznelke (Syzygium aromaticum = Eugenia caryophyllata) (Sangwan et al., 1990), sowie die von Kümmel (Carum carvi), Fenchel (Foeniculum vulgare), Minze-Arten (Mentha rotundifolia, Mentha spicata), Origanum spp. (Oka et al., 2000), Thymian (Pérez und Lewis, 2006) und die monoterpe­noiden Wirkstoffe Borneol, Carveol, Citral, Geraniol und α-Terpineol (Echeverrigaray et al., 2010) die stärkste nema­tizide Wirkung. Nach Batish et al. (2008) soll auch Eucalyptusöl gegen Nematoden wirken. Die in vitro Ergeb­nisse wurden auch in Topfkulturen und Freilandtests bestätigt. So konnte nachgewiesen werden, dass die ÄÖ von Kümmel, Fenchel, Minze und Origanum die durch M. javanica verursachte Gallenbildung an Gurkensäm­lingen im Topf signifikant reduzierten (Oka et al., 2000). Die Komponenten Carvacrol, t-Anethol, Thymol und (+) Carvone immobilisierten die Larven und verhinderten den Schlupf bei 125 µl/l in vitro. In 3 l Topfexperimenten wurde die nematizide Wirkung bei Konzentrationen von 150–200 mg/kg bestätigt (Oka et al., 2000). Gegen M. incognita hatten die Einzelkomponenten Borneol, Carveol, Citral, Geraniol, und α-Terpineol die beste nematizide Wirkung in in vitro Tests. Neben einer deutlichen Reduk­tion der Schlüpfrate und der L2 Lebensdauer wurde in Topfversuchen an Tomaten auch die Wurzelgallenbildung weitgehend unterdrückt (100 und 250 mg/kg) (Echeverrigaray et al., 2010). Auch eine Kombination von entomopathogenen Nematoden (Steinernema carpocapsae) mit Diallyldisulfid, einer flüchtigen Komponente des Knoblauchöls, führte zu einer signifikanten Reduktion der M. javanica Population an Tomaten (Anastasiadis et al., 2011). In zwei­jährigen Freilandversuchen zur Bekämpfung verschiedener Nematoden an Buchsbaum konnten Pérez und Lewis (2006) die Population nahezu aller phytoparasitärer Nematoden mit Thymianöl (3,5%, formuliert als Promax^®, 9,3 l/ha) signifikant auch noch 60 Tage nach der Behandlung reduzieren.

Die Wirkung dieser und weiterer ÄÖ gegen verschiedene Unkrautarten wurde auch wissenschaftlich untersucht (Dudai et al., 1999; Tworkoski, 2002; Young, 2004; Bainard et al., 2006; Boyd und Brennan, 2006; Zanellato et al., 2009). So wurde nachgewiesen, dass Nelkenöl und sein Hauptwirkstoff Eugenol eine starke herbizide Wirkung z.B. auf das Keimlingswachstum von Broccoli, Ackermelde (Chenopodium album) und Amaranth (Amaranthus retroflexus) haben (Bainard et al., 2006). Auch gegen Brennnesseln (Urtica urens) und Portulak (Portulaca oleracea) wurde eine herbizide Wirkung beobachtet (Boyd und Brennan, 2006). Zimtblätteröl, dessen Hauptwirkstoff ebenfalls Eugenol ist, hatte eine starke phytotoxische Wirkung auf Keimlinge von Sorghum halepense, Ambrosia artemisiifolia und Chenopodium album (Tworkoski, 2002), und Carvacrol sowie Thymol verhinderten die Keimung und das Keimlingswachstum von Amaranthus retroflexus, Chenopodium album und Rumex crispus (Kordali et al., 2008). Von 25 an Blättern des Löwenzahns im Labor und Gewächshaus getesteten ÄÖ (1%ig) hatten die von Thymus vulgaris, Satureja hortensis, Cinnamomum zeylanicum und Syzygium aromaticum die stärkste phytotoxische Wirkung (Tworkoski, 2002). Auch von Lavendelöl (Lavandula officinalis) wurde ein herbizider Effekt beschrieben (Zanellato et al., 2009). Gegen eine großflächige Freilandanwendung solcher ÄÖ könnten allerdings die hohen Kosten sprechen, da die anzuwendenden Konzentrationen relativ hoch sind. Auf diesen Aspekt wird von Young (2004) sowie von Boyd und Brennan (2006) hingewiesen. So waren die Kosten für eine einmalige oder mehrmalige Verwendung natürlicher Produkte, wie Essig­säure oder Kiefernöl, etwa 10mal höher als 1 bis 2 Anwen­dungen von Glyphosat (Young, 2004).

Über einen anderen Bereich der Unkrautregulierung, nämlich die Unkrautunterdrückung durch Aromapflanzen im Feld, wurde kürzlich berichtet (Dhima et al., 2010). In einem zweijährigen Freilandversuch in Griechenland zur Bestimmung des Konkurrenzverhaltens von Aromapflanzen stellten die Autoren fest, dass die ÄÖ von Fenchel und Basilikum am meisten phytotoxisch gegen Hühnerhirse (Echinocloa crus-galli) waren. Zudem zeigten Aroma­pflanzen, wie Phacelia (Phacelia tanacetifolia), Anis und Fenchel, ein starkes Konkurrenzverhalten und verursachten eine starke Unterdrückung der Unkrautflora.

So liegen nur wenige Untersuchungen über die Wirkung ÄÖ gegenüber Nutzarthropoden, Bienen oder Regen­würmer vor. Choi et al. (2004) stellten fest, dass die gegen die Spinnmilbe Tetranychus urticae getesteten und wirksamen ÄÖ von Kümmel, Citronella, Lemon-Eukalyptus, Pennyroyal und Pfefferminze bei 7,1 × 10^–3 µl/ml Luft auch eine Mortalität von > 90% bei der Raubmilbe Phytoseiulus persimilis verursachten. Nach Versuchen von Miresmailli und Isman (2006) im Labor und Gewächshaus waren dagegen Ph. persimilis Raubmilben weniger empfindlich gegenüber Rosmarinöl als Spinnmilben. Auch gegen die polyphage Raubmilbe Neoseiulus californicus war Lemon-Eukalyptusöl am meisten toxisch, wobei die Raubmilben 1–2mal toleranter gegenüber dem ÄÖ als T. urticae waren (Han et al., 2010). Bei einer Freiland­anwendung ÄÖ sind Nebenwirkungen auch auf andere Nutzinsekten, wie z.B. Bienen, durchaus möglich. Bei Laboruntersuchungen zur Bekämpfung der parasitischen Varroa-Milbe (Varroa jabobsoni) an Bienen zeigten Nelkenöl, Thymol und Carvacrol eine gewisse Bienentoxizität (Milbenmortalität > 70% bei gleichzeitiger Bienenmortalität von < 30%), wobei die Wirkung und Selektivität mit der von Ameisensäure vergleichbar war (Lindberg et al., 2000). Über die Auswirkungen von Schwarzem Pfeffer-Extrakt (Piper nigrum) auf Regenwürmer nach einer entsprechenden Bodenbehandlung gegen Engerlinge berichteten Scott et al. (2005). Nach Anwendung einer 4%igen Formulierung gegen ältere L3 wurde die Regenwurm­population deutlich geschädigt. Allerdings betrug die Halbwertszeit der Piperamide im Boden nur 1–2,6 Tage.

Der zweite o.g. Aspekt ist die relativ hohe Phytotoxizität vieler ÄÖ. Dies wurde auch in bisherigen Arbeiten häufig als kritisch angesehen (Isman, 2000, 2006; Bainard et al., 2006; Tripathi et al., 2009; Riefler et al., 2009; Cloyd et al., 2009) und ist auch ein Grund, warum manche ÄÖ als Totalherbizide eingesetzt werden (s. Kapitel ‚Wirkung gegen Unkräuter’). Aber nicht jedes ÄÖ ist phytotoxisch, und die Wirkung ist oft dosisabhängig (Lee et al., 1997; Erler und Tunç, 2005). So zeigten zum Beispiel einige monoterpenoide ÄÖ an Blättern und Wurzeln von Maispflanzen deutliche phytotoxische Schäden (Lee et al., 1997). l-Carvon war am meisten phytotoxisch, während die Wirkung von Thymol dosisabhängig war, und Pulegon zeigte die geringsten Schäden. Bei ihren Versuchen gegen Drahtwürmer stellten Waliwitiya et al. (2005) ebenfalls bei Mais eine signifikante Keimhemmung und Wuchshemmungen durch Thymol, Eugenol und Citronellal fest, wogegen Rosmarinöl nur minimale phytotoxische Effekte hatte. In ausführlichen Untersuchungen beklagen Cloyd et al. (2009) dagegen, dass die in den USA als ‚minimal risk pesticides’ von der EPA zugelassenen Produkte auf der Basis ÄÖ häufig nicht ausreichend auf Wirksamkeit und auch auf Phytotoxizität getestet wurden. So waren einige Produkte stark phytoxisch gegenüber manchen Gewächshauspflanzen. Versuche haben aber auch gezeigt, dass bestimmte synthetische Derivate, wie z.B. Thymol­ethylether, nur eine im Vergleich zu Thymol stark verringerte Phytotoxizität besitzen (Lee et al., 1997). In jedem Fall sind vor einer Kommerzialisierung ÄÖ sorgfältige Phytotoxizitätstests erforderlich.

Das seit einigen Jahren verstärkte Interesse an der Verwendung vieler ÄÖ im Pflanzenschutz hängt vor allem mit ihrer geringen Säugetiertoxizität und ihren weitgehend umweltschonenden Eigenschaften zusammen (Isman, 2000, 2006; Riefler et al., 2009, Tripathi et al., 2009; Antunes und Cavaco, 2010). So werden in den USA bei Produkten auf der Basis von ÄÖ von der EPA (Environmental Protection Agency) keine umfangreichen Studien zur Toxizität gefordert (Tripathi et al., 2009). Die geringe Toxizität wird durch entsprechende LD₅₀ Angaben bestätigt. Bei Ratten liegen die LD₅₀ Werte nach oraler Gabe verschiedener ÄÖ im Allgemeinen zwischen 2–3 g/kg (Isman, 2000). Für Zimtaldehyd wird eine LD₅₀ von 2220 mg/kg angegeben, für Eugenol von 1930 mg/kg und für Thymol ebenfalls von 1930 mg/kg (s. Wikipedia.org). Die LD₅₀ bei Mäusen des ÄÖ aus der Bengalischen Quitte, Aegle marmelos, mit der Hauptkomponente DL-Limonen beträgt sogar 23.659,93 mg/kg (Singh et al., 2009). In Unter­suchungen an Ratten zur akuten und subakuten Toxizität der ÄÖ von Cymbopogon citratus, Ocimum gratissimum and Ocimum basilicum verursachten erst Dosen höher als 1500 mg/kg deutliche Schäden an Magen und Leber (Fandohan et al., 2008). Das als Nahrungsmittelzusatz vorgesehene Korianderöl (Coriandrum sativum) mit seiner Hauptkomponente Linalool (ca. 70%) hatte bei Ratten eine NOEL (no observed effect level) von etwa 160 mg/kg/Tag. Linalool ist nicht mutagen (Burdock und Carabin, 2009). Über die verschiedenen, aus medizinischer Sicht eher positiven biologischen und pharmakologischen Aktivitäten von ÄÖ (z.B. entzündungshemmend, antimutagen, antikarcinogen) und die Einsatzmöglichkeiten in der Humanmedizin liegt eine Zusammenfassung von Bakkali et al. (2008) vor. Über Carvacrol und Carvacrol enthal­tende ÄÖ aus den Gattungen Origanum, Thymus, Coridothymus, Thymbra, Satureja und Lippia erstellte Baser (2008) eine entsprechende, umfangreiche Studie.

Was den Einfluß auf die Umwelt anbetrifft, so gelten ÄÖ im Allgemeinen als umweltschonend. Dies hängt zum einen mit ihrer hohen Flüchtigkeit zusammen, zum anderen aber auch mit ihrem raschen Abbau im Boden (Rabenhorst, 1996; Isman, 2000, 2006), so dass eine Anreicherung in der Umwelt ausgeschlossen werden kann. So beträgt die Halbwertszeit von α-Terpineol im Boden unter aeroben Bedingungen bei 23°C 30–40 h, und völliger Abbau erfolgte nach 50 h (Isman, 2000). Bei den insektizid wirksamen Piperamiden aus Pfeffer-Extrakten lag die Halbwertszeit im Freiland bei 1–2,6 Tagen (Scott et al., 2005) und ist damit wesentlich niedriger als die der meisten konventionellen Insektizide. Eugenol wird beispielsweise durch das Bodenbakterium Pseudomonas sp. HR 199 zu Vanillinsäure, Ferulasäure und Koniferyl-Alkohol abgebaut (Rabenhorst, 1996). Zur industriellen Gewinnung von Ferulasäure aus Nelkenöl durch den Abbau von Eugenol hatte sich auch Pseudomonas fluorescens E118 als effektiv erwiesen (Furukawa et al., 2003). Auch Zimtaldehyd wird rasch im Boden abgebaut (Copping und Duke, 2007). In einer ausgiebigen Studie zur Fischtoxizität wurde die Wirkung von Thy­mianöl, α-Terpineol, Eugenol und einer Mischung der drei Komponenten gegen junge Lachse (Oncorhynchus kisutch) und die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) getestet (Stroh et al., 1998). Wegen der hohen Flüchtigeit der Stoffe war eine Wirkung nur in den ersten 24 h nachweisbar. α-Terpineol war mit 6,3 ppm bzw. 6,6 ppm am meisten toxisch, während die Werte für Thymianöl und Eugenol bei 16,1 bis 66,1 ppm lagen. Verglichen mit den LC₅₀ Daten für das Insektizid Carbofuran oder den Naturstoff Pyrethrum war eine Kombination der drei ÄÖ bzw. Wirkstoffe wesentlich weniger toxisch, so dass die Autoren zu dem Schluß kommen, dass bei einer Anwendung von 5 kg Produkt/ha keine Gefährdung für junge Lachse in nahen Fließgewässern besteht.

Nach den bisherigen Erkenntnissen kann man also davon ausgehen, dass die Anwendung ÄÖ im Pflanzenschutz zu keinen besonderen gesundheitlichen und umwelthygienischen Problemen führt.

Die Gewinnung ÄÖ aus Pflanzen in der Natur könnte durch einen verstärkten Anbau von Aromapflanzen aber auch durch Synthese der Hauptkomponenten oder entsprechend abgewandelter chemischer Derivate, wie bei Pyrethrum und den Pyrethroiden, optimiert werden. Da ätherische Öle aus einer Vielzahl von Einzelsubstanzen bestehen, die je nach Pflanzenart und Standort variieren können (z.B. Isman et al., 2008), ist eine Standardisierung und Qualitätskontrolle entsprechender Produkte unerläßlich. Bezüglich einer Zulassung ist festzustellen, dass viele ÄÖ, wie bereits erwähnt, im kosmetisch-pharmazeutischen und medizinischen Bereich eingesetzt werden und entsprechend getestet wurden. Sie gelten gemein­hin als mindertoxisch, verursachen durch ihre Flüchtigkeit keine Rückstände und werden auch im Boden rasch abgebaut, so dass eine Kontaminierung des Grundwassers ausgeschlossen ist. Allerdings ist die Frage der Nebenwirkung auf Nichtzielorganismen, wie Bienen, Regenwürmer oder Nützlinge, bisher nicht ausreichend untersucht.

Zur Standardisierung und Qualitätskontrolle von Produkten auf der Basis ÄÖ gehört auch die Entwicklung geeigneter Formulierungen. Dies hat man in den letzten Jahren verstärkt erkannt (Riefler et al., 2009; Tripathi et al., 2009). Die leichte Flüchtigkeit ÄÖ hat den Vorteil einer raschen Wirkung und geringen Persistenz und damit Umweltbelastung und könnte z.B. im Gewächshaus positiv ausgenutzt werden. Auf der anderen Seite sind aber in bestimmten Pflanzenschutzbereichen, wie z.B. beim Einsatz gegen Vorratsschädlinge, eine höhere Umweltstabilität und eine längere Wirkungsdauer gefragt, was besondere Formulierungen erforderlich macht. So stellten Ndomo et al. (2008) fest, dass das ÄÖ aus dem Pferdeholzbaum Clausena anisata (Rutaceae) wesentlich besser gegen den Speisebohnenkäfer Acanthoscelides obtectus wirkte, wenn es mit Ton vermischt wurde. In Freilandversuchen an Tomaten in den USA gegen Thripse (Franklinella spp.), die als Vektoren für das Tomato spotted wilt virus gelten, wurden die ÄÖ-Komponente Geraniol sowie Zitronengrasöl (C. flexuosus) und Teebaumöl (M. alternifolii) ohne und mit Zusatz von Kaolin eingesetzt (Reitz et al., 2008). Die Kaolinformulierung reduzierte den Virusbefall an Tomatenpflanzen in zwei Versuchsjahren um 32–51% bzw. 6–25%, wobei die Wirkung von Teebaumöl plus Kaolin vergleichbar mit der einer Insektizid-Behandlung war und zu einer Ertragssteigerung um 26% ver­glichen mit dem reinen ÄÖ ohne Kaolin-Zusatz führte. Wie wichtig die Formulierung ÄÖ gerade beim Einsatz im Freiland ist, zeigten auch Versuche von Dagostin et al. (2010) mit einem Extrakt aus Salvia officinalis gegen Plasmopara viticola an Wein. Während im ersten Versuchsjahr eine Befallsreduktion von 94% und von 63% bei starkem Befallsdruck erzielt wurde, betrug die Wirkung im Folgejahr weniger als 30%. Nach Ansicht der Autoren war der Grund eine lange Regenperiode zwischen den beiden Behandlungen und die schlechte Regen­stabilität des Salbeiextraktes. Ein neuer Ansatz zur Formulierung und Stabilisierung ÄÖ ist die Verwendung von Cyclodextrinen. Hierbei handelt es sich um ringförmige Abbauprodukte von Stärke, in deren Hohlräumen sich ÄÖ einlagern lassen. Über eine Mikroverkapselung von Zimt- und Knoblauchöl in ß-Cyclodextrin wurde von Ayala-Zavala et al. (2008) und von Thymianöl von Del Toro-Sánchez et al. (2010) berichtet. Dies führte zu einer Reduktion der Flüchtigkeit und einer kontrollierten Abgabe des ÄÖ aus den Kapseln (controlled release). Eine aktuelle Übersicht über die sogenannte Cyclodextrin-Verkapselung von ÄÖ wurde kürzlich von Marques (2010) publiziert.

Ein gewisser Risikofaktor bei der Anwendung äthe­rischer Öle oder ihrer Wirkstoffe ist ihre bereits oben erwähnte relativ hohe Phytotoxizität (z.B. Cloyd et al., 2009). Dies könnte durch eine Verringerung der Anwendungskonzentration, durch Ausnutzung synergistischer Effekte oder auch durch den Einsatz synthetischer Derivate einzelner Komponenten mit geringerer Phytotoxi­zität gelöst werden (Lee et al., 1997; Riefler et al., 2009).

Auf Grund der bisherigen Ergebnisse sind folgende, zukünftige Einsatzbereiche im Pflanzenschutz denkbar: Haus- und Kleingarten, Saatgut- und Bodendesinfektion, Gewächshaus, Vorratsschutz sowie Nachernteschutz bei Obst und Gemüse. Offenbar sind Resistenzen gegen ÄÖ bisher nicht bekannt, so dass sie auch als interessante Alternativen im Rahmen eines Resistenzmanagements fungieren könnten. Die fehlende Patentierbarkeit von ÄÖ oder deren Hauptkomponenten und die damit verbun­dene Gefahr der Herstellung von Nachahmerprodukten könnte allerdings manche Firma von einer Produktentwicklung abhalten. In diesem Fall bieten sich vielleicht die wirksamsten Inhaltsstoffe mancher ÄÖ als Leitstruktur zur Herstellung neuer, effektiver Derivate an.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ÄÖ auf Grund ihrer Effektivität und der relativ geringen Gefährdung für Mensch und Umwelt in manchen Bereichen des Pflanzen­schutzes zukünftig eine interessante Alternative oder Ergänzung zu herkömmlichen, synthetischen Pflanzenschutzmitteln darstellen könnten.

Fußnoten: