Chapter 1 – General introduction Anthropogenic land-use and climate change are the major drivers of the global biodiversity loss. Yet, biodiversity is essential for human well-being, as we depend on the availability of potable water, sufficient food and further benefits obtained from nature. Each species makes a somewhat unique contribution to these ecosystem services. Furthermore, species tolerate environmental stressors, such as climate change, differently. Thus, biodiversity is both the "engine" and the "insurance" for human well-being in a changing climate. Here, I investigate the effects of temperature and land use on herbivory (Chapter 2), predation (Chapter 3) and pest control (Chapter 4), and at the same time identify features of habitats (e.g. plant richness, proximity to different habitat types) and landscapes (e.g. landscape diversity, proportion of oilseed rape area) as potential management targets in an adaptation strategy to climate change. Finally, I discuss the similarities and differences between factors influencing herbivory, predation and pest control, while placing the observations in the context of climate change as a multifaceted phenomenon, and highlighting starting points for sustainable insect pest management (Chapter 5). Chapter 2 – Plant richness, land use and temperature differently shape invertebrate leaf-chewing herbivory on major plant functional groups Invertebrate herbivores are temperature-sensitive. Rising temperatures increase their metabolic rates and thus their demand for carbon-rich relative to protein-rich resources, which can lead to changes in the diets of generalist herbivores. Here, we quantified leaf-area loss to chewing invertebrates among three plant functional groups (legumes, non-leguminous forbs and grasses), which largely differ in C:N (carbon:nitrogen) ratio. This reseach was conducted along spatial temperature and land-use gradients in open herbaceous vegetation adjacent to different habitat types (forest, grassland, arable field, settlement). Herbivory largely differed among plant functional groups and was higher on legumes than forbs and grasses, except in open areas in forests. There, herbivory was similar among plant functional groups and on legumes lower than in grasslands. Also the presence of many plant families lowered herbivory on legumes. This suggests that open areas in forests and diverse vegetation provide certain protection against leaf damage to some plant families (e.g. legumes). This could be used as part of a conservation strategy for protected species. Overall, the effects of the dominant habitat type in the vicinity and diverse vegetation outweighed those of temperature and large-scale land use (e.g. grassland proportion, landscape diversity) on herbivory of legumes, forbs and grasses at the present time. Chapter 3 – Landscape diversity and local temperature, but not climate, affect arthropod predation among habitat types Herbivorous insects underlie top-down regulation by arthropod predators. Thereby, predation rates depend on predator community composition and behaviour, which is shaped by temperature, plant richness and land use. How the interaction of these factors affects the regulatory performance of predators was unknown. Therefore, we assessed arthropod predation rates on artificial caterpillars along temperature, and land-use gradients. On plots with low local mean temperature (≤ 7°C) often not a single caterpillar was attacked, which may be due to the temperature-dependent inactivity of arthropods. However, multi-annual mean temperature, plant richness and the dominant habitat type in the vicinity did not substantially affect arthropod predation rates. Highest arthropod predation rates were observed in diverse landscapes (2-km scale) independently of the locally dominanting habitat type. As landscape diversity, but not multi-annual mean temperature, affected arthropod predation rates, the diversification of landscapes may also support top-down regulation of herbivores independent of moderate increases of multi-annual mean temperature in the near future. Chapter 4 – Pest control and yield of winter oilseed rape depend on spatiotemporal crop-cover dynamics and flowering onset: implications for global warming Winter oilseed rape is an important oilseed crop in Europe, yet its seed yield is diminished through pests such as the pollen beetle and stem weevils. Damage from pollen beetles depends on pest abundances, but also on the timing of infestation relative to crop development as the bud stage is particularly vulnerable. The development of both oilseed rape and pollen beetles is temperature-dependent, while temperature effects on pest abundances are yet unknown, which brings opportunities and dangers to oilseed rape cropping under increased temperatures. We obtained measures of winter oilseed rape (flowering time, seed yield) and two of its major pests (pollen beetle, stem weevils) for the first time along both land-use and temperature gradients. Infestation with stem weevils was not influenced by any temperature or land-use aspect considered, and natural pest regulation of pollen beetles in terms of parasitism rates of pollen beetle larvae was low (< 30%), except on three out of 29 plots. Nonetheless, we could identify conditions favouring low pollen beetle abundances per plant and high seed yields. Low pollen beetle densities were favoured by a constant oilseed rape area relative to the preceding year (5-km scale), whereas a strong reduction in area (> 40%) caused high pest densities (concentration effect). This occurred more frequently in warmer regions, due to drought around sowing, which contributed to increased pollen beetle numbers in those regions. Yet, in warmer regions, oilseed rape flowered early, which possibly led to partial escape from pollen beetle infestation in the most vulnerable bud stage. This is also suggested by higher seed yields of early flowering oilseed rape fields, but not per se at higher temperatures. Thus, early flowering (e.g. cultivar selection) and the interannual coordination of oilseed rape area offer opportunities for environmental-friendly pollen beetle management. Chapter 5 – General discussion Anthropogenic land-use and climate change are major threats to biodiversity, and consequently to ecosystem functions, although I could show that ecosystem functions such as herbivory and predation barely responded to temperature along a spatial gradient at present time. Yet, it is important to keep several points in mind: (i) The high rate of climate warming likely reduces the time that species will have to adapt to temperature in the future; (ii) Beyond mean temperatures, many aspects of climate will change; (iii) The compensation of biodiversity loss through functional redundancy in arthropod communities may be depleted at some point; (iv) Measures of ecosystem functions are limited by methodological filters, so that changes may be captured incompletely. Although much uncertainty of the effects of climate and land-use change on ecosystem functions remains, actions to halt biodiversity loss and to interfere with natural processes in an environmentally friendly way, e.g. reduction of herbivory on crops, are urgently needed. With this thesis, I contribute options to the environment-friendly regulation of herbivory, which are at least to some extent climate resilient, and at the same time make a contribution to halt biodiversity loss. Yet, more research and a transformation process is needed to make human action more sustainable. In terms of crop protection, this means that the most common method of treating pests with fast-acting pesticides is not necessarily the most sustainable. To realize sustainable strategies, collective efforts will be needed targeted at crop damage prevention through reducing pest populations and densities in the medium to long term. The sooner we transform human action from environmentally damaging to biodiversity promoting, the higher is our insurance asset that secures human well-being under a changing climate. / Kapitel 1 – Allgemeine Einleitung Intensive Landnutzung und Klimawandel sind die Hauptursachen des globalen Rückgangs der biologischen Vielfalt. Diese ist jedoch wichtig für das menschliche Wohlergehen, da wir von der Verfügbarkeit von trinkbarem Wasser, Nahrungsmitteln und weiteren Leistungen der Natur abhängig sind. Dazu leistet jede Art einen gewissermaßen einzigartigen Beitrag. Darüber hinaus kommen verschiedene Arten unterschiedlich gut mit umweltbedingten Stressfaktoren wie z.B. dem Klimawandel aus. Dadurch ist die biologische Vielfalt sowohl der "Motor" als auch die "Versicherung" für das menschliche Wohlergehen in einem sich verändernden Klima. Hier untersuche ich die Auswirkungen von Temperatur und Landnutzung auf Pflanzenfraß („Herbivorie“, Kapitel 2), Räuber-Beute-Beziehungen („Prädation“, Kapitel 3) und die Regulation von Schädlingen im Raps (Kapitel 4), und betrachte gleichzeitig Merkmale von Lebensräumen (z.B. Reichtum an Pflanzenarten und -familien, Nähe zu unterschiedlichen Lebensraumtypen) und Landschaften (z.B. Vielfältigkeit der Landschaft, Anteil der Rapsanbaufläche) als mögliche Ansatzpunkte für Anpassungsstrategien an den Klimawandel. Abschließend erörtere ich die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Faktoren, die Herbivorie, Prädation und Schädlingskontrolle beeinflussen, ordne diese in den Kontext des Klimawandels als vielseitiges Phänomen ein, und betone mögliche Ansatzpunkte für den nachhaltigen Pflanzenschutz (Kapitel 5). Kapitel 2 – Pflanzenreichtum, Landnutzung und Temperatur beeinflussen die Schädigung verschiedener funktioneller Pflanzengruppen durch blattfressende Wirbellose unterschiedlich Wirbellose Pflanzenfresser (z.B. Grashüpfer) sind temperaturempfindlich. Steigende Temperaturen erhöhen ihre Stoffwechselrate und damit ihren Bedarf an kohlenstoffreichen im Vergleich zu proteinreichen Ressourcen, was zu einer Ernährungsumstellung von pflanzenfressenden Generalisten führen kann. Hier erfassten wir die Blattschädigung durch kauende Wirbellose an drei funktionellen Pflanzengruppen (Leguminosen, andere krautige Pflanzen, Gräser), welche sich in ihrem C:N (Kohlenstoff:Stickstoff) Verhältnis unterscheiden. Die Erfassung führten wir entlang von räumlichen Temperatur- und Landnutzungsgradienten in offener krautiger Vegetation angrenzend an verschiedene Lebensraumtypen (Forst, Grünland, Ackerfläche, Siedlung) durch. Die Blattschädigung verschiedener funktioneller Pflanzengruppen variierte stark und war an Leguminosen höher als an krautigen Pflanzen oder Gräsern, außer auf Offenflächen im Forst. Dort waren die Blattschädigungen der funktionellen Pflanzengruppen ähnlich und die Schädigung an Leguminosen niedriger als im Grünland. Auch das Vorhandensein vieler Pflanzenfamilien verringerte die Blattschädigung an Leguminosen. Dies legt nahe, dass Offenflächen im Forst und vielfältige Vegetation einen gewissen Schutz gegen Blattschädigung an manchen Pflanzenfamilien (z.B. Leguminoses) bieten. Dies könnte im Rahmen des Artenschutzes einen Beitrag zum Erhalt geschützter Arten leisten. Insgesamt überwogen die Auswirkungen des vorherrschenden Lebensraumtyps in der näheren Umgebung und vielfältiger Vegetation zum jetzigen Zeitpunkt den Einfluss von Temperatur und großräumiger Landnutzung (z.B. Grünlandanteil, Vielfältigkeit der Landschaft) auf die Blattschädigung an Leguminosen, krautigen Pflanzen und Gräsern. Kapitel 3 – Vielfältige Landschaften und die lokale Temperatur, jedoch nicht das Klima, beeinflussen die Prädationsleistung von Gliederfüßern in verschiedenen Lebensräumen Pflanzenfressende Insekten unterliegen der Top-Down-Regulation durch räuberisch-lebende Gliederfüßer. Der Beitrag, den diese zur Top-Down-Regulation leisten hängt jedoch unter anderem von der Zusammensetzung ihrer Artengemeinschaft und von ihrem Verhalten ab. Beides wird durch Temperatur, Pflanzenreichtum und Landnutzung beeinflusst. Wie sich das Zusammenspiel dieser Faktoren auf die Regulationsleistung von Räubern auswirkt war bis dato unbekannt. Deshalb untersuchten wir die Attackierung von räuberischen Gliederfüßern auf Beuteattrappen (Knetraupen) entlang von Temperatur- und Landnutzungsgradienten. Auf Studienflächen mit niedriger lokaler Mitteltemperatur (≤ 7°C) wurde oft keine einzige Knetraupe attackiert, was sich möglicherweise auf die temperatureabhängige Inaktivität von Gliederfüßern zurückführen lässt. Die Durchschnittstemperatur im mehrjährigen Mittel, das Pflanzenreichtum und der vorherrschende Lebensraumtyp hingegen zeigten keinen substanziellen Einfluss auf die Attackierung der Knetraupen durch räuberische Gliederfüßer. Am höchsten waren die Attackierungsraten in vielfältigen Landschaften (2-km Skala) unabhängig vom lokal vorherrschenden Lebensraumtyp. Da vielfältige Landschaften, nicht jedoch die Durchschnittstemperatur im mehrjährigen Mittel, die Attackierungsraten beeinflussten, können Maßnahmen zur Diversifizierung von Landschaften möglicherweise unabhängig von moderat steigenden mehrjährigen Mitteltemperaturen in naher Zukunft die Top-Down-Regulation von Pflanzenfressern begünstigen. Kapitel 4 – Schädlingskontrolle und Ertrag im Winterraps sind von der räumlich-zeitlichen Dynamik der Rapsanbaufläche sowie vom Blühzeitpunkt abhängig: Implikationen für die globale Erwärmung Winterraps ist eine wichtige Ölpflanze in Europa, doch die Erträge werden insbesondere durch Schädlinge wie Rapsglanzkäfer und Stängelrüssler gemindert. Die Schädigung durch den Rapsglanzkäfer ist abhängig vom Schädlingsaufkommen, aber auch vom Befallszeitpunkt in Bezug zum Entwicklungsstadium des Winterraps, wobei das Knospenstadium besonders empfindlich ist. Die Entwicklung von Raps und Rapsglanzkäfer ist temperaturabhängig, wohingegen Temperatureffekte auf Schädlingsabundanzen unbekannt sind, sodass höhere Temperaturen sowohl Chancen als auch Gefahren mitsichbringen. Wir führten Messungen an Winterrapspflanzen (Blühzeitpunkt, Samenertrag) und zwei seiner Hauptschädlinge (Rapsglanzkäfer, Stängelrüssler) erstmalig entlang von Landnutzungs- und Temperaturgradienten durch. Der Befall mit Stängelrüsslern wurde nicht von den untersuchten Temperatur- und Landschaftsparametern beeinflusst und die natürliche Schädlingskontrolle von Rapsglanzkäferlarven in Bezug auf Parasitierungsraten war mit Ausnahme von drei von 29 Standorten gering (< 30%). Nichtsdestotrotz konnten wir Bedingungen identifizieren, die niedrige Befallszahlen mit Rapsglanzkäfern und hohe Samenerträge begünstigen. Geringe Rapsglanzkäferdichten wurden durch eine konstante Rapsanbaufläche relativ zum Vorjahr (5-km Skala) begünstigt, wohingegen eine starke Reduktion in der Anbaufläche (> 40%) zu hohem Befall führte (Konzentrationseffekt). Aufgrund von Trockenheit in warmen Regionen rund um den Saattermin trat dies häufiger in warmen Regionen auf, was zu einem stärkeren Befall mit Rapsglanzkäfern in diesen Regionen beitrug. In wärmeren Regionen kam der Raps jedoch auch früher zur Blüte, was es ihm vermutlich ermöglichte, dem Rapsglanzkäferbefall im empfindlichsten Knospenstadium einigermaßen zu entgehen. Dies zeigte sich auch daran, dass eine frühe Blüte, nicht jedoch höhere Temperaturen, zu höheren Erträgen führte. Eine frühe Blüte (z.B. durch Sortenwahl) und die jahresübergreifende Koordination der Rapsanbaufläche bieten Möglichkeiten für die umweltfreundliche Schädlingskontrolle von Rapsglanzkäfern. Kapitel 5 – Allgemeine Diskussion Der durch den Menschen verursachte Landnutzungs- und Klimawandel stellt eine große Gefahr für die biologische Vielfalt und damit auch für die Funktionalität von Ökosystemen dar, obwohl ich zeigen konnte, dass natürliche Abläufe wie Pflanzenfraß und Räuber-Beute-Beziehungen kaum auf Temperaturunterschiede entlang eines räumlichen Gradients reagierten. Dennoch ist es wichtig mehrere Punkte zu beachten: (i) Die Rate, mit der sich die Erde erwärmt, wird Arten in Zukunft weniger Zeit lassen sich an die herschende Temperatur anzupassen; (ii) Neben der Erderwärmung werden sich viele weitere Aspekte des Klimas verändern; (iii) Die Aufrechterhaltung von natürlichen Abläufen unter Artenverlust durch funktionale Redundanz könnte irgendwann erschöpft sein; (iv) Die Messung natürlicher Abläufe ist durch methodische Filter limitiert, sodass Änderungen unter Umständen unvollständig abgebildet werden. Obwohl Ungewissheiten bezüglich der Auswirkungen des Landnutzungs- und Klimawandels auf natürliche Abläufe bestehen bleiben, werden dringlich Maßnahmen benötigt, die zum Erhalt der biologischen Vielfalt beitragen und die es ermöglichen umweltfreundlich in natürliche Abläufe einzugreifen wie z.B. die Abmilderung von Pflanzenfraß an Kulturpflanzen. Mit dieser Doktorarbeit, zeige ich Ansatzpunkte für Maßnahmen zur umweltfreundlichen Regulation von Pflanzenfraß auf, die zumindest zu einem gewissen Grad Klima-resilient sind und zugleich einen Beitrag zur Eindämmung des Artensterbens leisten. Um das menschliche Handeln nachhaltiger zu machen, bedarf es neben weiterer Forschung eines Transformationsprozesses. Für den Pflanzenschutz bedeutet dies, dass die gängigste Methode der Schädlingsbekämpfung mit schnell wirkenden Pestiziden nicht unbedingt die nachhaltigste ist. Um nachhaltige Strategien zu realisieren werden gemeinschaftliche Bemühungen nötig sein, die sich der Vorbeugung von Schäden an Kulturpflanzen durch die mittel- bis langfristigen Reduktion von Schädlingspopulationen und -dichten widmen. Je früher wir das menschliche Handeln von umweltschädigend zu biodiversitätsfördernd umwandeln, desto größer ist unser “Versicherungswert”, der das menschliche Wohlergehen in einem sich änderndem Klima gewährleistet.

In Deutschland hat sich in den letzten zehn Jahren die aus dem Balkan eingewanderte Rosskastanien-Miniermotte verbreitet; sie richtet vor allem in Ballungsgebieten an der weiß blühenden Rosskastanie starke Schäden an. Neben der vollständigen mechanischen Beseitigung und Entsorgung des Falllaubes im Herbst eignen sich zur Bekämpfung chemische Pflanzenschutzmittel. In Potsdam sind 2001 und 2003 an zwei Standorten befallene Rosskastanien versuchsweise mit zwei unterschiedlichen Pestiziden erfolgreich behandelt worden. 2005 wurden die Standorte beprobt und die Bodenproben auf Rückstände der verwendeten Mittel untersucht. TerraTech möchte Kommunen mit vergleichbarem Problem Hinweise auf Bekämpfungsmethoden geben, veröffentlicht diesen Beitrag aber vor allem unter dem Gesichtspunkt des Boden- und Grundwasserschutzes.

Chapter I – Introduction Global trade of beans of the cacao tree (Theobroma cacao), of which chocolate is produced, contributes to the livelihoods of millions of smallholder farmers. The understorey tree is native to South America but is nowadays cultivated in many tropical regions. In Peru, a South American country with a particularly high cacao diversity, it is common to find the tree cultivated alongside non-crop trees that provide shade, in so-called agroforestry systems. Because of the small scale and low management intensity of such systems, agroforestry is one of the most wildlife-friendly land-use types, harbouring the potential for species conservation. Studying wildlife-friendly land-use is of special importance for species conservation in biodiversity-rich tropical regions such as Peru, where agricultural expansion and intensification are threatening biodiversity. Moreover, there is a growing body of evidence that shows co-occurrence of high biodiversity levels and high yield in wildlife-friendly cacao farming. Yet studies are restricted to non-native cacao countries, and since patterns might be different among continents, it is important to improve knowledge on wildlife-friendly agroforestry in native countries. Because studies of wildlife-friendly cultivation processes are still largely lacking for South America, we set out to study multiple aspects of cacao productivity in agroforests in Peru, part of cacao´s region of origin. The natural pollination process of cacao, which is critically understudied, was investigated by trapping flower visitors and studying pollen deposition from macrophotographs (Chapter II). Next, we excluded birds, bats, ants and flying insects and squirrels from cacao trees in a full-factorial field experiment and quantified these animals´ contribution to cacao fruit set, fruit loss and yield (Chapter III). Lastly, we aimed to assess whether fruit quantity and quality of native cacao increases through manually supplementing pollen (Chapter II and IV), and whether microclimatic conditions and the genetic background of the studied varieties limit fruit set (Chapter IV). Chapter II – Cacao flower visitation: Low pollen deposition, low fruit set and dominance of herbivores Given the importance of cacao pollination for the global chocolate production, it is remarkable that fruit set limitations are still understudied. Knowledge on flower visitation and the effect of landscape context and local management are lacking, especially in the crop’s region of origin. Moreover, the role of pollen deposition in limiting fruit set as well as the benefits of hand pollination in native cacao are unknown. In this chapter, we aimed to close the current knowledge gaps on cacao pollination biology and sampled flower visitors in 20 Peruvian agroforests with native cacao, along gradients of shade cover and forest distance. We also assessed pollen quantities and compared fruit set between manually and naturally pollinated flowers. We found that herbivores were the most abundant flower visitors in both northern and southern Peru, but we could not conclude which insects are effective cacao pollinators. Fruit set was remarkably low (2%) but improved to 7% due to pollen supplementation. Other factors such as a lack of effective pollinators, genetic pollen incompatibility or resource unavailability could be causing fruit set limitations. We conclude that revealing those causes and the effective pollinators of cacao will be key to improve pollination services in cacao. Chapter III – Quantifying services and disservices provided by insects and vertebrates in cacao agroforestry landscapes Pollination and pest control, two ecosystem services that support cacao yield, are provided by insects and vertebrates. However, animals also generate disservices, and their combined contribution is still unclear. Therefore, we excluded flying insects, ants, birds and bats, and as a side effect also squirrels from cacao trees and we assessed fruit set, fruit loss and final yield. Local management and landscape context can influence animal occurrence in cacao agroforestry landscapes; therefore, shade cover and forest distance were included in the analyses. Flying insects benefitted cacao fruit set, with largest gains in agroforests with intermediate shade cover. Birds and bats were also associated with improved fruit set rates and with a 114% increase in yield, potentially due to pest control services provided by these animals. The role of ants was complicated: these insects had a positive effect on yield, but only close to forest. We also evidenced disservices generated by ants and squirrels, causing 7% and 10% of harvest loss, respectively. Even though the benefits provided by animals outweighed the disservices, trade-offs between services and disservices still should be integrated in cacao agroforestry management. Chapter IV – Cross-pollination improves fruit set and yield quality of Peruvian native cacao Because yields of the cacao tree are restricted by pollination, hand pollination has been proposed to improve yield quantity and potentially, also quality. However, low self- and cross-compatibility of native cacao, and abiotic conditions could cancel out hand pollination benefits. Yet, the impact of genetic constraints and abiotic conditions on fruit set have not been assessed in native cacao so far. To increase our understanding of the factors that limit fruit set in native cacao, we compared manual self- and cross-pollination with five native genotypes selected for their sensorial quality and simultaneously tested for effects of soil water content, temperature, and relative air humidity. We also compared quality traits between manually and naturally pollinated fruits. Success rates of self-pollination were low (0.5%), but increased three- to eightfold due to cross-pollination, depending on the genotype of the pollen donor. Fruit set was also affected by the interaction between relative air humidity and temperature, and we found heavier and more premium seeds in fruits resulting from manual than natural pollination. Together, these findings show that reproductive traits of native cacao are constrained by genetic compatibility and abiotic conditions. We argue that because of the high costs of hand pollination, natural cross-pollination with native pollen donors should be promoted so that quality improvements can result in optimal economic gains for smallholder farmers. Chapter V – Discussion In this thesis, we demonstrated that the presence of flying insects, ants and vertebrates, local and landscape management practices, and pollen supplementation interactively affected cacao yield, at different stages of the development from flower to fruit. First, we showed that fruit set improved by intermediate shade levels and flower visitation by flying insects. Because the effective cacao pollinators remain unknown, we recommend shade cover management to safeguard fruit set rates. The importance of integrating trade-offs in wildlife-friendly management was highlighted by lower harvest losses due to ants and squirrels than the yield benefits provided by birds and bats. The maintenance of forest in the landscape might further promote occurrence of beneficial animals, because in proximity to forest, ants were positively associated with cacao yields. Therefore, an integrated wildlife-friendly farming approach in which shade cover is managed and forest is maintained or restored to optimize ecosystem service provision, while minimizing fruit loss, might benefit yields of native cacao. Finally, manual cross-pollination with native genotypes could be recommended, due to improved yield quantity and quality. However, large costs associated with hand pollination might cancel out these benefits. Instead, we argue that in an integrated management, natural cross-pollination should be promoted by employing compatible genotypes in order to improve yield quantity and quality of native cacao. / Kapitel I – Einleitung Der weltweite Handel mit den Bohnen des Kakaobaums (Theobroma cacao) trägt zum Lebensunterhalt von Millionen von Kleinbauern bei. Der Unterholzbaum, aus dessen Bohnen Schokolade hergestellt wird, ist in Südamerika beheimatet, wird aber heute in vielen tropischen Regionen angebaut. In Peru, einem der Länder mit einer besonders hohen Kakaovielfalt, wird der Baum häufig zusammen mit schattenspendenden Bäumen in so genannten Agroforstsystemen angebaut. Aufgrund der Kleinräumigkeit und der geringen Bewirtschaftungsintensität solcher Systeme ist die Agroforstwirtschaft eine der wildtierfreundlichsten Landnutzungsformen, die ein großes Potenzial für den Artenschutz bietet. Die Erforschung wildtierfreundlicher Landnutzungsformen ist besonders wichtig für den Artenschutz in artenreichen tropischen Regionen wie Peru, in denen die Ausweitung und Intensivierung der Landwirtschaft die biologische Vielfalt bedroht. Darüber hinaus gibt es immer mehr Belege dafür, dass eine hohe Artenvielfalt mit hohen Erträgen im wildtierfreundlichen Kakaoanbau einhergeht. Die Studien beschränken sich jedoch auf nicht ursprüngliche Kakaoländer, und da die Muster auf den verschiedenen Kontinenten unterschiedlich sein könnten, ist es wichtig, das Wissen über wildtierfreundliche Agroforstwirtschaft in den Ursprungsländern zu verbessern. Da Studien über wildtierfreundliche Anbauprozesse in Südamerika noch weitgehend fehlen, haben wir uns vorgenommen, verschiedene Aspekte der Kakaoproduktivität in Agroforstbetrieben in Peru, einem Teil der Ursprungsregion des Kakaos, zu untersuchen. Der natürliche Bestäubungsprozess von Kakao, der wenig erforscht ist, wurde durch das Einfangen von Blütenbesuchern und die Untersuchung der Pollenablage anhand von Makrofotografien untersucht (Kapitel II). Als Nächstes haben wir gemeinsam Vögel, Fledermäuse, Ameisen und Fluginsekten und Eichhörnchen vom Zugang zu Kakaobäumen ausgeschlossen und den Beitrag dieser Tiere zum Fruchtansatz, Fruchtverlust und Ertrag von Kakao quantifiziert (Kapitel III). Schließlich wollten wir feststellen, ob sich die Fruchtmenge und -qualität des heimischen Kakaos durch die händische Zugabe von Pollen erhöht (Kapitel II und IV) und ob der genetische Hintergrund der untersuchten Sorten und die mikroklimatischen Bedingungen den Fruchtansatz limitieren (Kapitel IV). Kapitel II – Besuch der Kakaoblüten: Geringer Polleneintrag, geringer Fruchtansatz und Dominanz von Pflanzenfressern Angesichts der Bedeutung der Kakaobestäubung für die weltweite Schokoladenproduktion ist es bemerkenswert, dass der Fruchtansatz noch immer nicht ausreichend erforscht ist. Insbesondere in der Herkunftsregion der Pflanze fehlt es an Wissen über die Blütenbesucher und die Auswirkungen von Landschaft und Bewirtschaftung. Darüber hinaus sind die Rolle des Polleneintrags bei der Limitierung des Fruchtansatzes sowie die Vorteile der Handbestäubung bei einheimischem Kakao unbekannt. In diesem Kapitel wollten wir die derzeitigen Wissenslücken über die Bestäubungsbiologie von Kakao schließen und haben in 20 peruanischen Agroforsten mit einheimischem Kakao bei unterschiedlicher Beschattung und Waldentfernung Proben von Blütenbesuchern genommen. Wir untersuchten auch die Pollenmenge und verglichen den Fruchtansatz zwischen händisch und natürlich bestäubten Blüten. Wir stellten fest, dass Pflanzenfresser sowohl im Norden als auch im Süden Perus die häufigsten Blütenbesucher waren, konnten aber nicht feststellen, welche Insekten effektive Kakaobestäuber sind. Der Fruchtansatz war bemerkenswert niedrig (2 %), verbesserte sich aber durch die Pollenergänzung auf 7 %. Andere Faktoren wie ein Mangel an wirksamen Bestäubern, genetische Polleninkompatibilität oder die Nichtverfügbarkeit von Ressourcen könnten die Ursache für den geringen Fruchtansatz sein. Wir kommen zu dem Schluss, dass die Aufdeckung dieser Ursachen und der effektiven Bestäuber des Kakaos der Schlüssel zur Verbesserung der Bestäubungsleistungen im Kakao sein wird. Kapitel III – Quantifizierung der von Insekten und Wirbeltieren in agroforstwirtschaftlichen Kakaolandschaften erbrachten Ökosystemdienstleistungen und Gegenleistungen Bestäubung und Schädlingsbekämpfung, zwei Ökosystemleistungen, die den Kakaoertrag unterstützen, werden von Insekten und Wirbeltieren erbracht. Allerdings erbringen die Tiere auch andere Leistungen und ihr kombinierter Beitrag ist noch unklar. Daher haben wir Fluginsekten, Ameisen, Vögel und Fledermäuse und als Nebeneffekt auch Eichhörnchen vom Zugang zu den Kakaobäumen ausgeschlossen und den Fruchtansatz, den Fruchtverlust und den endgültigen Ertrag bewertet. Die Bewirtschaftung auf lokaler und Landschaftsebene kann das Vorkommen von Tieren in Kakao-Agroforstlandschaften erhöht werden; daher wurden auch die Beschattung und die Entfernung zum nächsten Wald in die Analysen einbezogen. Fluginsekten begünstigten den Fruchtansatz von Kakao, wobei die größten Zugewinne in Agroforsten mit mittlerer Beschattung zu verzeichnen waren. Vögel und Fledermäuse wurden ebenfalls mit verbesserten Fruchtansatzraten und einer 114%igen Ertragssteigerung in Verbindung gebracht, was möglicherweise auf die Schädlingsbekämpfung durch diese Tiere zurückzuführen ist. Die Rolle der Ameisen war kompliziert: Diese Insekten wirkten sich positiv auf den Ertrag aus, aber nur in Waldnähe. Wir haben auch negative Auswirkungen von Ameisen und Eichhörnchen festgestellt, die 7% bzw. 10 % der Ernteverluste verursachten. Auch wenn die Vorteile der Tiere die Nachteile überwiegen, sollte ein Ausgleich zwischen den Vor- und Nachteilen in die agroforstliche Bewirtschaftung von Kakao integriert werden. Kapitel IV – Kreuzbestäubung verbessert den Fruchtansatz und die Ertragsqualität von einheimischem peruanischem Kakao Da die Erträge des Kakaobaums durch die Bestäubung eingeschränkt werden, wurde die Handbestäubung vorgeschlagen, um die Ertragsmenge und möglicherweise auch die Qualität zu verbessern. Die geringe Selbst- und Kreuzkompatibilität der einheimischen Kakaosorten und die abiotischen Bedingungen könnten jedoch die Vorteile der Handbestäubung einschränken. Die Auswirkungen genetischer Limitierungen und abiotischer Bedingungen auf den Fruchtansatz wurden bei einheimischem Kakao bisher noch nicht untersucht. Um die Faktoren besser zu verstehen, die den Fruchtansatz bei einheimischem Kakao einschränken, verglichen wir die händische Selbst- und Kreuzbestäubung mit fünf einheimischen Genotypen, die aufgrund ihrer aromatischen Qualität ausgewählt wurden, und untersuchten gleichzeitig die Auswirkungen von Bodenwassergehalt, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit. Außerdem verglichen wir die Qualitätsmerkmale zwischen händisch und natürlich bestäubten Früchten. Die Erfolgsrate der Selbstbestäubung war gering (0,5 %), stieg jedoch durch Kreuzbestäubung um das Drei- bis Achtfache, je nach Genotyp des Pollenspenders. Der Fruchtansatz wurde auch durch die Wechselwirkung zwischen relativer Luftfeuchtigkeit und Temperatur beeinflusst, und wir fanden schwerere und hochwertigere Samen in Früchten, die durch manuelle Bestäubung entstanden waren, als in den natürlich bestäubten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Fortpflanzungseigenschaften des einheimischen Kakaos durch genetische Kompatibilität und abiotische Bedingungen eingeschränkt werden. Wir argumentieren, dass aufgrund der hohen Kosten der Handbestäubung die natürliche Kreuzbestäubung mit heimischen Pollenspendern gefördert werden sollte, damit Qualitätsverbesserungen zu optimalen wirtschaftlichen Gewinnen für die Kleinbauern führen können. Kapitel V – Diskussion In dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass die Anwesenheit von Fluginsekten, Ameisen und Wirbeltieren, die Bewirtschaftungspraktiken auf lokaler und Landschaftsebene sowie die Pollenergänzung den Kakaoertrag in verschiedenen Entwicklungsstadien von der Blüte bis zur Frucht interaktiv beeinflussen. Zunächst haben wir gezeigt, dass sich der Fruchtansatz durch eine mittlere Beschattung und den Blütenbesuch durch Fluginsekten verbessert. Da die effektiven Bestäuber des Kakaos noch nicht bekannt sind, empfehlen wir, die Beschattung so zu gestalten, dass der Fruchtansatz gesichert ist. Wie wichtig es ist, bei einer wildtierfreundlichen Bewirtschaftung Kompromisse einzugehen, zeigt sich daran, dass die Ernteverluste durch Ameisen und Eichhörnchen geringer sind als die Ertragsvorteile durch Vögel und Fledermäuse. Die Erhaltung des Waldes in der Landschaft könnte das Vorkommen von Nützlingen weiter fördern, da Ameisen in der Nähe von Wäldern positiv mit den Kakaoerträgen verbunden waren. Daher könnte ein integrativer, wildtierfreundlicher Anbauplan, bei dem die Beschattung und der Waldabstand so gesteuert werden, dass die Bereitstellung von Ökosystemleistungen optimiert und gleichzeitig der Verlust von Früchten minimiert wird, den Erträgen des heimischen Kakaos zugutekommen. Schließlich könnte die händische Kreuzbestäubung mit einheimischen Genotypen aufgrund der verbesserten Ertragsmenge und -qualität empfohlen werden. Die hohen Kosten der händischen Bestäubung könnten diese Vorteile jedoch zunichtemachen. Stattdessen sollte im Rahmen einer integrativen Bewirtschaftung die natürliche Kreuzbestäubung durch den Einsatz kompatibler Genotypen gefördert werden, um die Quantität und Qualität der Erträge von einheimischem Kakao zu verbessern.

Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung neuartige Ansätze zur Identifizierung von biologisch aktiven Wirkstoffen, die in die Metamorphose von holometabolen Insekten eingreifen. Hexamerine und Neuropeptide besitzen sehr unterschiedliche Funktionen. Während Neuropeptide zusammen mit anderen Gewebshormonen auf einer übergeordneten regulatorischen Ebene wirken, sind Hexamerine als Speicher- und Verteidigungsproteine ein Endglied dieser hormonellen Regulationskaskade. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Fragestellungen bearbeitet: 1) Im ersten Projekt sollten allatotrope Substanzen im Gehirn der großen Wachsmotte Galleria mellonella durch Screening einer Expressionsbibliothek mit polyklonalen Antiseren identifiziert werden. Dabei wurde das Neuropeptid Corazonin identifiziert. Die vollständige Corazonin-mRNA wurde kloniert und sequenziert. Das Expressionsmuster der Corazonin-mRNA und des Peptids wurde mittels Northern-Analyse und in-situ-Hybridisierung charakterisiert. Corazonin wird in vier Zellpaaren, die zu den lateralen neurosekretorischen Zellen gehören, exprimiert. Die Axone dieser Zellen verlaufen ipsilateral zu den Nervi corpori cardiaci I+II, feine Fasern verzweigen sich in die am Ösophagus angrenzende Hirnregion hinein. Corazonin wird offensichtlich an den Axon- Endigungen in den Corpora cardiaca in die Hämolymphe freigesetzt. Einige feine Fasern enden in den Corpora allata bzw. am Vorderdarm. Der Nachweis, dass Corazonin tatsächlich eine allatotrope Wirkung hat, konnte nicht erbracht werden. 2) Die Protein/Protein-Interaktion zwischen Hexamerinen und dem Hexamerinrezeptor der Schmeißfliege Calliphora vicina wurde durch Two-Hybrid-Experimenten analysiert. Durch Interaktionstest mit trunkierten Proteinfragmenten wurden die Bindungsdomänen beider Proteine kartiert. Als rezeptorbindende Domäne des Arylphorins wurde ein 49 AS großes Peptid in der Domäne-3 des Arylphorin- Monomers identifiziert. Die Ligandenbindungsdomäne des Hexamerinrezeptors wurde in den ersten 24 AS des N-Terminus kartiert. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde ein HTS-Protokoll entwickelt, das zur Identifizierung von Substanzen verwendet werden kann, welche die Bindung dieser beiden Proteine beeinflussen. Eine Two-Hybrid-Bibliothek wurde ausgehend von 7dL-Fettkörper-RNA konstruiert und mit "Hexamerinrezeptor-Ködern" gescreent. Dabei wurden zwei neue Interaktionspartner des Hexamerinrezeptors gefunden und genauer charakterisiert. Der erste identifizierte Interaktionspartner - d-AP-3 - ist Teil eines Adaptin- Komplexes, der als Adapter zwischen membranständigen Rezeptoren und Clathrin oder ähnlichen Proteinen an der rezeptorvermittelten Endozytose beteiligt ist. Die Adaptin-Interaktionsdomäne liegt innerhalb des ABP64-Spaltprodukts des Hexamerinrezeptors. Die Funktion des zweiten Interaktionspartners - AFP - ist unbekannt. AFP wird im anterioren Teil des Fettkörpers und in Hämozyten exprimiert. Die Interaktion zwischen dem Hexamerinrezeptor und AFP ist demnach auf diesen Teil des Fettkörpers beschränkt. Die mit AFP interagierende Domäne des Hexamerinrezeptors liegt innerhalb des P30-Spaltprodukts. / The goal of this project was to develop innovative approaches to identify biologically active substances which interfere with the metamorphosis of holometabolous insects. Hexamerins and neuropeptides clearly have different functions. While neuropeptides are involved in initial regulatory steps hexamerins have important functions as storage and defense proteins during the final steps of the regulatory cascade. Two projects are part of this dissertation: 1) The aim of the first project was the identification of allatotropic substances in the brain of the greater waxmoth Galleria mellonella by means of screening an expression-library with polyclonal antisera. This approach led to the identification the neuropeptide corazonin. The corazonin-mRNA was cloned and sequenced. The expression profile of the mRNA and the peptide was examined with northern-blotting and in-situ-hybridization. Corazonin is produced in four neurosecretory cells localized laterally in each brain hemisphere. Axons of these cells follow the ipsilateral tract to the nervi corpori cardiaci I+II, finer fibers seem to terminate in the brain region adjacent to the oesophagus. Corazonin seems to be released in axon terminals within the corpora cardiaca. Axon endings are even regularly seen in the foregut wall and in the corpora allata. However it could not be established that corazonin in fact is an allatotropic substance. 2) The protein/protein-interaction between hexamerins and the hexamerin-receptor of the blowfly Calliphora vicina was analysed using the yeast-two-hybrid- system. By interaction tests with truncated protein fragments the binding domains of both proteins were mapped. The receptor binding domain of arylphorin was located within a peptide of 49 aa in domain-3 of the arylphorin monomer. The ligand binding domain of the hexamerin-receptor was mapped within the first 24 aa of the N-terminus. Proceeding from this results a protocol for a high-throughput-screening was developed which can be used to identify substances that interfere with the binding of these two proteins. A two-hybrid-library was constructed from 7dL-fat body RNA and screened with a hexamerin-receptor-bait. Two novel interactors of the hexamerin-receptor were identified and characterized within this project. The first identified interactor - d-AP-3 - is part of an adaptin complex which serves as an adapter between membrane-bound receptors and clathrin or related proteins and is part of the receptor-mediated endocytosis process. The adaptin-interacting domain lies within the ABP64 cleavage product of the receptor. The function of the second interactor - AFP - is unknown. AFP is produced specifically in the anterior part of the fat body and in hemocytes. Hence the interaction between the hexamerin-receptor and AFP is limited to this part of the fat body. The AFP-interacting domain is located within the P30 cleavage product of the hexamerin-receptor.

Dieser kleine Leitfaden erklärt, was Sie beim Einkauf beachten sollten und welche biozidfreien Alternativen es gibt. Redaktionsschluss: 30.04.2020

Die Broschüre fasst die Ergebnisse einer Untersuchung zur wirksamen Bekämpfung von Maiszünslerlarven auf dauerhaft konservierend bestellten Ackerflächen zusammen. Der alleinige Einsatz von Pflug und Grubber zeigte keine ausreichende Wirkung, weil der Anteil intakter und für die Überwinterung der Larven geeigneter Maisstoppeln zu groß ist. Der Einsatz des Pfluges erhöhte die Erosionsgefährdung des Bodens. Lediglich die Scheibenegge zeigte als Sologerät eine hinreichende Zerkleinerungswirkung bei der flachen Einarbeitung der Erntereste. In Kombination mit dem Mulcher werden bei allen untersuchten Bodenbearbeitungsvarianten ausreichend Maisstoppeln beschädigt. Es kann empfohlen werden, Maisstoppeln mit einer Kombination aus Mulcher und Scheibenegge bzw. Grubber zu bearbeiten. So kann bei hinreichendem Erosionsschutz der Maiszünslervermehrung vorgebeugt werden. Gleichzeitig wird damit die Gefahr einer Fusarieninfektion im nachgebauten Getreide reduziert.

Der Maiszünsler zählt zu den wichtigsten tierischen Schaderregern im Mais. Zur Befallsminderung sind örtlich gezielte Bekämpfungsmaßnahmen notwendig. Für eine exakte Terminbestimmung kommen Lichtfallen zum Einsatz. In einer zweijährigen Studie wurde als alternative Lösung überprüft, ob verschiedene Pheromone Lockwirkung zeigen. Der Fang der Maiszünslerfalter erfolgte über Z- und E-Pheromone. Die Fängigkeit der Pheromonfallen war sehr unterschiedlich. Keines der eingesetzten Pheromone lieferte zuverlässige Daten für die Terminbestimmung. Die Untersuchung ergab, dass die derzeitig angebotenen Pheromone für einen großflächigen Einsatz nicht geeignet sind. Die Pheromonfallen stellen keine Alternative zur Lichtfalle dar.

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