Genetics of resistance to insecticides of the SKA strain of Musca domestica I. Location of the main factors responsible for the maintenance of high DDT-resistance in diazinon-selected SKA flies SKA-Fliegen verantwortlich sind

The factors responsible for resistance to diazinon and DDT in diazinon-selected SKA flies are either linked or common to both insecticides. This is why SKA flies are very resistant to DDT, although they have been selected solely with diazinon for over 9 years. DDT-ase (DDT-dehydrochlorinase) which is inhibited by FDMC (bis-(p-chlorophenyl)-trifluoromethyl carbinol) and by WARF-antiresistant (N,N-di-n-butyl-p-chlorobenzene sulphonamide), and low aliesterase are on the V linkage group (Hiroyoshi's numbering system). A resistance factor (R₃) inhibited by sesamex (2-(3,4 methylene dioxyphenoxy) 3,6,9-trioxaundecane) most probably common to DDT and diazinon is on the III linkage group. The third factor is recessive, segregates independently of the other factors and is unaffected by the synergists. It probably confers only moderate resistance to DDT. This factor seems to segregate together with a factor conferring weak resistance to diazinon. DDT-ase occurs in fewer than 20% of the SKA flies. R₃ seems to be the major factor of resistance to DDT in SKA flies. When heterozygous R₃ gives only moderate resistance to DDT.

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Genetik der insektizidresistenz des ska-stammes von Musca domestica L. I. lokalisation der hauptfaktoren, die für die erhaltung hoher DDDT-resistenz in mit diazinon selektierten SKA-fliegen verantwortlich sind

Zusammenfassung Die für Diazinon-und DDT-Resistenz in diazinonselektierten SKA-Fliegen verantwortlichen Faktoren sind entweder gekoppelt oder für beide Insektizide gemeinsam. Dies ist der Grund, warum SKA-Flicgen hochresistent gegen DDT sind, obwohl sie über 9 Jahre lang allein auf Diazinon ausgelesen worden sind. DDT-ase (DDT-dehydrochlorinase), die von FDMC (bis-(p-chlorophenyl)-trifluoromethyl carbinol) und WARF-Antiresistent (N,N-di-n-butyl-p-chlorobenzene sulphonamide) gehemmt wird, und niedere Aliesterase gehören zur Koppelungsgruppe V (Hiroyoshi's Bezifferungssystem). Ein Resistenzfaktor (R₃), der durch Sesamex (2-(3,4 methylene dioxyphenoxy) 3,6,9-tri-oxaundecane) gehemmt wird und wahrscheinlich DDT und Diazinon gemeinsam ist, gehört zur III-Koppelungsgruppe. Der 3.Faktor ist rezessiv, unabhängig von den anderen Faktoren abgetrennt und von den Synergisten unbeeinflußt. Er verleiht wahrscheinlich nur mäßige DDT-Resistenz. Dieser Faktor scheint sich abzusondern, zusammen mit einem Faktor, der eine schwache Resistenz gegen Diazinon überträgt. DDT-ase tritt in weniger als 20% der SKA-Fliegen auf. R₃ scheint der Hauptfaktor der Resistenz gegen DDT bei SKA-Fliegen zu sein. Heterozygot ergibt R₃ nur eine mäßige Resistenz gegen DDT.

     

Genetics of resistance to organophosphorus compounds and low ali-esterase activity in the housefly

The relation between low ali-esterase activity and organophosphate resistance was studied in a malathion and a diazinon resistant strain of houseflies by a system of repeated back-crosses with a susceptible strain. In the malathion resistant strain G, low ali-esterase activity and resistance are dependent on one and the same autosomal gene. In the diazinon resistant strain F one gene is responsible for the low esterase activity and part of the resistance, whereas at least one other resistance factor is present not affecting the esterase activity. Two subcolonies were obtained, one which is called F_a with only the gene for low ali-esterase activity, the other, called F_b, without this gene but with another resistance factor. Since Nguy and Busvine found a single gene to be responsible for resistance in three other strains, a total of five strains has now been found to have an important gene for low esterase activity and resistance to phosphate compounds. These genes, which differ in the degree or specificity of the resistance they confer to the strains, are probably all alleles. It is concluded that physiologically closely related defence mechanisms must be responsible for these different kinds of resistance.

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Zusamenfassung Der Zusammenhang zwischen niedriger Aliesterase-Aktivität und Phosphorester-Resistenz wurde in einem gegen Malathion und einem gegen Diazinon resistenten Stamm von Musca domestica mit Hilfe eines Systems wiederholter Rückkreuzungen mit einem normalsensiblen Stamm studiert. In dem Malathion-resistenten Stamm sind niedrige Aliesterase-Aktivität und Resistenz von ein und demselben autosomalen Gen abhängig. In dem Diazinon-resistenten Stamm F ist ein Gen für niedrige Esterase-Aktivität und einen Teil der Resistenz verantwortlich, während mindestens ein weiterer Faktor für Resistenz ohne Einfluß auf die Esterase-Aktivität vorhanden ist. Zwei Stämme wurden gezüchtet: einer, F_a genannt, nur mit dem Gen für niedrige Esterase-Aktivität, und der andere, F_b ohne dieses Gen, aber mit einem anderen Resistenzfaktor.Da Nguy und Busvine in drei Stämmen je ein einziges für die Resistenz verantwortliches Gen gefunden haben, sind nun insgesamt fünf Stämme mit einem wichtigen Gen für niedrige Esterase-Aktivität und Phosphorester-Resistenz beschrieben worden. Diese Gene, die sich nach dem Grade und der Spezifität der Resistenz, die sie bewirken, unterscheiden, sind wahrscheinlich alle Allele. Es wird daraus geschlossen, daß für diese verschiedenen Arten von Resistenz physiologisch nahe verwandte Abwehr-Mechanismen verantwortlich sein müssen.

     

Linkage relationships of several insecticide resistance factors in the house fly (Musca domestica L.)

Summary Strains of the house fly resistant to parathion, malathion, Isolan, and DDT were crossed with a susceptible strain which carried the recessive marker, stubby-wing (stw). F₁ populations were composed of normal-winged insecticide-resistant flies. When the F_1's were backcrossed to the stw parent, the resultant normal-winged progeny were resistant and the stw progeny were susceptible. Thus the major factors for resistance in the strains studied were all located on the same chromosome.Similar cross-over ratios were observed with parathion and malathion-resistant strains and populations of resistant stw flies were established. Low ali-esterase, characteristic of the parent resistant strains, was also present in the resistant stw strains.No crossing-over occurred between stw and DDT-resistance. Resistance to DDT, present in the malathion-resistant strain, was not introduced with malathion-resistance into the stw strain. Therefore, the factors for DDT and malathion resistance, although linked, are genetically distinct.

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Zusammenfassung Stubenfliegenstämme, die Resistenzfaktoren gegen Parathion, Malathion, Isolan^R (1-isopropyl-3-methyl-5-pyrazolyl dimethylcarbamate) und DDT tragen, wurden mit einem anfälligen Stamm gekreuzt, der das rezessive Markierungsgen, stummelflügelig (stw), aufweist. Die F₁-Populationen jeder Kreuzung bestanden aus normalflügeligen, insektizidresistenten Fliegen. Wenn die F₁-Fliegen mit den stw-Eltern rückgekreuzt wurden, waren die normalflügeligen Nachkommen resistent gegen alle Insektizide und die stw-Nachkommen anfällig. Also sind die Hauptresistenzfaktoren der untersuchten Stämme alle in dem gleichen Chromosom lokalisiert.Für die Faktoren, welche die Resistenz gene Parathion und Malathion kontrollieren, wurden ähnliche crossing over-Verhältnisse beobachtet, und es wurden Populationen von stw-Fliegen aufgebaut, die resistent gegen diese Insektizide sind. Niedrige Ali-Esterase-Aktivität, die für die parathion- und malathionresistenten Ausgangsstämme charakteristisch ist, war auch in den resistenten stw-Stämmen vorhanden, so daß das Gen für niedrige Ali-Esterase-Aktivität identisch oder eng mit den Resistenzgenen verbunden ist.Eine unzulängliche Trennung zwischen anfälligen und isolanresistenten Fliegen schloß die Möglichkeit der crossing over-Messung des Faktors für Isolanresistenz aus. Zwischen stw und DDT-Resistenz wurde kein crossing over beobachtet. Hohe Kreuzungsresistenz gegen DDT, die in einem malathionresistenten Stamm vorhanden ist, wurde mit dem Faktor für Malathionresistenz nicht in den stw-Stamm eingeführt. Die Faktoren für die Resistenz gegen DDT und Malathion sind demnach genetisch unterschiedlich.

     

DDT resistance in the housefly caused by microsomal degradation

In vitro microsomal detoxication of DDT was studied in five strains of houseflies. One of these, Fc, is resistant to DDT and diazinon, and this resistance can be overcome by sesamex. Microsomes of this strain degraded DDT at a rate of 0.5 g per fly per hour to at least four products of higher polarity. Resistance in this strain is due to a gene on the 3^rd chromosome, which we have called DDT-md (microsomal detoxication). Evidence is presented that some of the products from DDT are produced in more than one step, and that primary and secondary reactions occur in microsomes of strain Fc only and are CO sensitive. In the other strains tested there was only a much lower rate of detoxication. No evidence was found in Fc flies of an increased detoxication by microsomal induction with DDT.

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Zusammenfassung Entgiftung von DDT durch Mikrosomen in vitro wurde bei 5 Stubenfliegen-Stämmen studiert. Einer von ihnen, Fc, ist resistent gegen DDT und Diazinon; diese Resistenz kann durch Sesamex überwunden werden. Mikrosomen dieses Stammes bauten DDT mit einer Rate von 0,5 mg pro Fliege und Stunde zu wenigstens 4 Produkten höherer Polarität ab. Die Resistenz beruht in diesem Stamme auf einem Gen im dritten Chromosom, welches wir DDT-md (microsomal detoxication) genannt haben. Es wird wahrscheinlich gemacht, daß einige der Produkte aus DDT in mehr als einem Schritt erzeugt werden und daß primäre und sekundäre Reaktionen nur in Mikrosomen des Fc-Stammes auftreten und CO-empfindlich sind. In anderen geprüften Stämmen ergab sich nur eine geringere Entgiftungsrate. In Fc-Fliegen wer kein Nachweis für eine verstärkte Entgiftung durch mikrosomale Induktion mit DDT zu erbringen.

     

Lipoid content and resistance in the housefly, Musca domestica L.

The lipoid content of several resistant and normal strains of houseflies was determined. A Swiss extremely DDT-resistant strain had a much higher fat content than a normal Swiss reference strain and several Italian strains. Among the Italian strains, a chlordane-resistant strain had a significantly higher fat content than a diazinon-resistant and a normal strain. This difference was no longer significant however, when the normal Swiss strain was included in the calculations. Iodine numbers, specific gravity and physical consistence showed no consistent difference between the fats of resistant and normal strains, except that the syphoned-off oils from fats of resistant flies seemed to be less viscous than those of normal flies of the same provenience.In a further series of experiments, the lipids were extracted from wheat bran, to which were added instead fats extracted from normal and from DDT-resistant housefly pupae; normal larvae were reared in a medium containing the fat from resistant pupae and vice versa. Neither this procedure nor that of offering cholesterol as sole larval lipid source, had any influence on resistance level in the adult state.

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Zusammenfassung Es wurde der Lipoidgehalt der Puppen resistenter und sensibler Hausfliegenstämme bestimmt. Ein hoch DDT-resistenter Schweizer Stamm hatte einen bedeutend höheren Fettgehalt als ein normaler Schweizer und verschiedene italienische Stämme. Unter den italienischen Stämmen, hatte ein Chlordan-resistenter Stamm einen signifikant höheren Fettgehalt als ein Diazinon-resistenter und ein normaler Stamm. Wenn jedoch bei der statistischen Auswertung dieser Resultate die Zahlen für den Schweizer normalen Vergleichstamm mit in Betracht gezogen wurden, waren die Unterschiede für den Chlordanstamm nicht mehr signifikant.Die Feststellung Wiesmanns, dass resistente Hausfliegen einen höheren Fettgehalt aufweisen, konnte also in unseren Versuchen nur in einem von drei resistenten Stämmen bestätigt werden. Es ist daher anzunehmen, dass die Tatsache vorhandenen höheren Fettgehaltes nicht für alle resistenten Stämme zutrifft. Die Wiesmann'sche Lipoidtheorie der Insektizidresistenz, die übrigens auch von ihm selbst nur als Teilmechanismus des Resistenzgeschehens aufgefasst wird, ist vielleicht für gewisse Stämme anwendbar, so z.B. für den Schweizer Stamm K₁, für den unsere Resultate mit den Ergebnissen Wiesmanns übereinstimmen. Die Theorie ist jedoch sicher nicht für jeglichen resistenten Hausfliegenstamm gültig.Wenn chemische und physikalische Eigenschaften der Fette, z.B. Jodzahl, Dichte und Konsistenz verglichen wurden, konnten keine klaren Unterschiede zwischen dem Fett resistenter und normaler Stämme gefunden werden. Vielleicht könnte man nur von einem Unterschied in der Viskosität der abgeheberten flüssigen Ölphase resistenter und normaler Fliegen gleicher Provenienz sprechen.Extrahierung der im Larvenfutter vorhandenen Fette und ihr Ersatz durch Fliegenpuppefette, oder Verabreichung von Cholesterin als einzige larvale, Fettquelle, hatte keinen Einfluss auf die Resistenz der Adulttiere.

     

Untersuchungen zur Frage der Variabilität der Formaldehyd- und Phenol-Empfindlichkeit von Micrococcus pyogenes var. aureus (Staphylococcus aureus)

Zusammenfassung Die Frage der Variabilität der Widerstandsfähigkeit von Micrococcus pyogenes var. aureus (Staphylococcus aureus) gegen Formaldehyd und Phenol wurde experimentell geprüft. Als Kriterium für die Empfindlichkeit von Populationen wurden eine Endmethode und ein Wachstumstest herangezogen. Von zwei Kulturen, die während 3 Monaten in HCHO-Passagen sehr schwacher Konzentrationen gezogen worden waren, zeigte sich eine in ihrer Widerstandsfähigkeit nachweisbar erhöht. Außerdem wurde in sukzessiven HCHO-Bouillonpassagen ein Stamm gezüchtet, der durch erbbedingte starke Verklumpung selektiv bevorteilt ist. Ein in Phenol selektierter Stamm verhielt sich gegen dieses Gift erheblich resistenter als der Standardstamm; seine Widerstandsfähigkeit gegen HCHO war dagegen unverändert geblieben.Die erhöhte Vitalität der resistenteren Stämme in entsprechenden Medien konnte dank unterschiedlicher Koloniepigmentierung (hell-aureus) über eine Anzahl von Zellgenerationen quantitativ verfolgt und graphisch dargestellt werden. In den Versuchen wurden mehrfach Abweichungen der Koloniepigmentierung beobachtet, die zum Teil als Sektoren auftraten und deren mutative Entstehung als gesichert angesehen werden muß. In der Diskussion wurde versucht, durch Gegenüberstellung der erhaltenen Ergebnisse mit denen anderer Autoren ein allgemeines Bild von den Resistenzerscheinungen zu entwerfen, ferner wurde auf einige Schlußfolgerungen namentlich für die Bakteriengenetik und die experimentelle Bakteriologie hingewiesen.Prof. Dr. K. Heicken     

Cross-resistance to a juvenile hormone analogue in wild strains of the housefly

A wild organophosphate-resistant strain of houseflies has an eightfold resistance at LD₅₀ and sixfold resistance at LD₉₀ to a juvenile hormone analogue, isopropyl 11-methoxy-3,7,11-trimethyldodeca-2,4-dienoate. Insecticide resistance in this strain developed after several years using Nexion (bromophos-ethyl). Resistance to both organophosphates and to the juvenoid is caused by factor(s) on chromosome II. In both cases, the effects are synergized by TBTP and sesamex at levels of 1.25 and 2.0 g/fly, respectively. Two other wild organophosphate-resistant strains acquired resistance after prolonged field applications of Metation E 50 (fenitrothion). The factors of resistance to the juvenoid were 2.5 and 1. Lethal effects of juvenoids are caused by specific disturbances of the process of pupal-adult transformation during metamorphosis, which may necessarily be expressed by integumental defects. The degree of morphological effects in the integument caused by the juvenoid in susceptible and resistant strains was analyzed and compared.

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Zusammenfassung Eine nahezu achtfache Resistenz gegenüber einem Analog des Juvenilhormons (Isopropyl 11-methoxy-3,7,11-trimethyldodeca-2,4-dienoat) wurde bei einem organophosphat-resistenten Wildstamm der Stubenfliege gefunden. Die Resistenz gegenüber Insektiziden hat sich bei diesem Stamm nach mehrjähriger Anwendung von Nexion (Bromophos-äthyl) zur Bekämpfung entwickelt. Die Resistenz gegenüber dem Organophosphat und dem Juvenoid wird verursacht durch Faktoren am Chromosom II. In beiden Fällen wirkte TBTP und Sesamex (1,25 bzw. 2,0 g/Fliege) synergistisch. Die beiden anderen untersuchten organophosphat-resistenten Wildstämme erwarben die Resistenz nach längerer Anwendung von Metation E 50 (Fenitrothion) zur Bekämpfung im Freien. Die Resistenzfaktoren gegenüber dem Juvenoid waren 2,5 bzw. 1. Lethale Effekte von Juvenoiden werden durch spezifische Störungen des Prozesses während der Puppe/Adult-Metamorphose verursacht. Der Grad der durch das Juvenoid verursachten morphologischen Wirkungen am Integument wurde bei anfälligen und resistenten Stämmen analysiert und verglichen.

     

The detoxication enzymes causing organophosphate resistance in the housefly; Properties, inhibition, and the action of inhibitors as synergists

A comparison of the breakdown enzymes in OP-resistant houseflies and the ali-esterase of susceptible flies shows differences as well as similarities. In general both are rapidly phosphorylated by the OP-compounds, but only in the case of the breakdown enzymes dephosphorylation can take place. The rate of phosphorylation of the breakdown enzymes by the toxicants is sometimes higher, sometimes lower than that of the ali-esterase with the same compound. Studies of the breakdown reaction showed the Km to be in the order of 10^–6–10^–8 M, the turnover numbers to range from 0.05–0.7 per minute. Whether dephosphorylation takes place depends on the type of breakdown enzyme and the nature of the phosphoryl group. For instance, in the malathion-resistant strains only the dimethyl phosphorylated enzymes are dephosphorylated, but the dimethyl and dipropyl phosphorylated enzymes are not. Dephosphorylation of the enzymes of diazinon-resistant strains occurs with both dimethyl and diethyl, but not with dipropyl compounds. Consequently hydrolysis of some OP-compounds can be blocked by the addition of others that irreversibly phosphorylate the enzymes. Substances that can block the reaction have a marked synergistic action when sublethal doses are applied simultaneously with the OP-compound to which a strain is resistant. There is evidence that the breakdown enzymes can still hydrolyse methyl butyrate and some other esters although at a rate which is only a few percents of that of the aliesterase. The problem as to how enzymes with a rather low breakdown capacity could confer high resistance is discussed.

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Zusammenfassung In phosphorsäureester-resistenten Stubenfliegen sind Abbaufermente vorhanden, die die Fähigkeit zur Hydrolyse von Sauerstoffderivaten derjenigen Verbindungen besitzen, gegen die Resistenz aufgetreten ist. Diese Enzyme entstehen an Stelle einer in anfälligen Fliegen vorkommenden Ali-Esterase. Das Auftreten der Ali-Esterase und der Abbaufermente unterliegt dem Einfluß verschiedener Allele eines Gens. Durch eine Kombination biochemischer, genetischer und toxikologischer Arbeitsmethoden wurden Bedeutung und Eigenschaften dieser Enzyme untersucht.Die Hemmung der Ali-Esterase durch organische Phosphorverbindungen wird durch eine irreversible Reaktion hervorgerufen, bei der eine Dialkylphosphorylierung des Enzyms stattfindet. Die modifizierten Ali-Esterasen oder Abbaufermente unterscheiden sich von der Ali-Esterase dadurch, daß der Reaktion mit den Produkten, gegen die Resistenz besteht, eine langsam fortschreitende Dephosphorylierung folgt. Diese Fähigkeit zur Hydrolyse bestimmter Verbindungen muß die Selektion der Allele hervorgerufen haben, die für die Bildung dieser Enzyme verantwortlich sind. Darüber hinaus wurden aber noch andere Veränderungen herbeigeführt: ein Verlust der Ali-Esterase-Aktivität, eine Änderung in der Affinität einer Azahl Phosphorverbindungen gegenüber und eine Verminderung der Stabilität.Vier verschiedene Abbaufermente sind in verschiedenen resistenten Stämmen vorhanden. Zwei von ihnen können Diäthylverbindungen mit einer Umsatzzahl von 0.05 und 0.25 pro Minute hydrolysieren. Das Enzym mit der höheren Umsatzzahl spaltet auch Dimethyl-Derivate; die Affinität für diese Verbindungen erscheint aber zur Ausbildung eines hohen Resistenzgrades zu niedrig. Zwei andere Fermente finden sich in Malathion-resistenten Stämmen, von denen eines wegen seiner wahrscheinlichen Instabilität in vitro nicht untersucht werden konnte. Das andere Enzym spaltet Malaoxon und einige weitere Methylverbindungen, wobei die Affinität Malaoxon gegenüber höher ist, was möglicherweise die Ursache der ziemlich hohen Spezifizität bildet.Obwohl die Umsatzzahlen sehr niedrig sind und die Enzyme wohl nur einen geringen Teil des in vivo applizierten Giftes zu hydrolysieren vermögen, gestattet aber anscheinend ihre hohe Affinität für Phosphorverbindungen die für die Cholinesterasehemmung notwendige Inhibitormenge zu reduzieren und verursacht so die Resistenz.Die Abbaufermente können bestimmte Typen von Phosphorsäureestern hydrolysieren; sie werden aber noch durch andere Verbindungen dieser Stoffklasse irreversibel gehemmt. Solche Präparate sind zur Blockierung der in vitro stattfindenden Hydrolyse befähigt und besitzen einen stark synergistischen Effekt, wenn sie mit den Thioverbindungen, gegen die Resistenz besteht, gleichzeitig appliziert werden. So werden die Abbaufermente der Malathion- und Parathion-resistenten Stämme durch Propylparaoxon irreversibel phosphoryliert. Sublethale Mengen dieser Substanz reduzieren die Resistenz beträchtlich.

     

Biochemical studies on insecticide resistance in Musca domestica

Microsomal metabolism of DDT is more active in housefly strains showing resistance to DDT. Susceptible as well as resistant strains produce two fairly polar metabolites in vitro (metabolites 2 and 3), and a water-soluble metabolite (metabolite 1). Resistance to DDT in one of the strains studied (Fc) is apparently brought about by the production of large amounts of metabolite 1 in vivo and not by DDT-dehydrochlorination. DDT-dehydrochlorination can explain resistance per se in two strains (P₂/sel and DS), but additional degrees of resistance are given in the P₂/sel strain by microsomal enzyme activity. The two strains (Fc and P₂/sel) which employ microsomal oxidative enzymes show induction of microsomal enzymes upon DDT pre-treatment. This enzyme induction by DDT is accompanied by an increase in the rate of incorporation of C¹⁴-labelled uracil into total RNA. It is suggested that cross-resistance between DDT and pyrethrum (with associated resistance to naphthalene) may be related to microsomal enzyme induction.

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Zusammenfassung Der mikrosomale DDT-Stoffwechsel ist stärker bei Hausfliegenarten, die Resistenz gegen DDT aufweisen. Sowohl die empfindlichen wie die widerstandsfähigen Arten bringen in vitro zwei annähernd polare Metabolyte (Metabolyt 2 und 3) und einen wasserlöslichen Metabolyten hervor (Metabolyt 1). Die Resistenz gegen DDT bei einem der untersuchten Stämme (Fc) wird vermutlich durch das Zustandekommen grosser Mengen von Metabolyt 1 in vivo und nicht durch DDT-Dehydrochlorination verursacht. Die DDT-Dehydrochlorination an sich erklärt die Resistenz bei zwei Stämmen, P₂/sel und DS, doch wird die Resistenz bei P₂/sel noch durch mikrosomale Enzymtätigkeit erhöht. Die Stämme Fc und P₂/sel, bei denen mikrosomale Oxydationsenzyme zur Wirkung kommen, weisen nach DDT-Vorbehandlung eine Induktion der mikrosomalen Enzyme auf.Gleichlaufend mit dieser Induktion der Enzyme durch DDT erfolgt eine grössere Aufnahme von C¹⁴-markiertem Uracyl in die RNS. Es wird vermutet, daß die cross-resistance zwischen DDT und Pyrethrum (und gleichzeitiger Resistenz gegen Naphthalin) in Zusammenhang mit der mikrosomalen Enzyminduktion stehen könnte.

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London School of Hygiene and Tropical Medicine.     

Resistance patterns to various organophosphorus insecticides in some strains of houseflies

The susceptibility of one susceptible and six resistant strains of houseflies to 13 organophosphorus compounds was measured with a contact method. Five of the strains had been selected, both in the field and in the laboratory, with diazinon, parathion or malathion. One strain had been strongly selected with -BHC. The susceptibility of the strains is shown in Fig. 1. The BHC selected strain had only a low level of resistance to organophosphates. Higher levels were present in all organophosphate selected strains, each of which exhibited its own characteristic resistance pattern. This indicates that a relatively large number of resistance mechanisms may be present.As resistance to the thiophosphates is of the same order of magnitude as that to their oxygen analogues, it follows that the resistance mechanism is not a slower conversion of the thiophosphates into the phosphates. Resistance to a number of dimethyl compounds is low, and little difference is present between the resistant strains. This resistance is probably brought about mainly by less specific factors. The genetical basis of the low aliesterase content of the phosphate resistant strains is discussed.

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Zusammenfassung Die Empfindlichkeit eines normal-sensiblen und von sechs resistenten Stubenfliegen-Stämmen gegenüber 13 organischen Phosphorverbindungen wurde mit Hilfe einer Kontakt-Methode gemessen. Fünf dieser Stämme waren sowohl im Freiem wie auch im Labor, mit Diazinon, Parathion oder Malathion selektiert worden. Ein Stamm war stark mit -BHC selektiert worden. Die Empfindlichkeit der Stämme ist in Fig. 1 dargestellt. Der mit -BHC selektierte Stamm wies nur eine niedrige Resistenz gegenüber den organischen Phosphorverbindungen auf. Höhere Resistenz wurde in den mit organischen Phosphorverbindungen selektierten Stämmen gefunden; jeder dieser Stämmen zeigte eine eigene, charakteristische Form der Resistenz. Dies deutet darauf hin, daß eine relativ grössere Zahl von Resistenz-mechanismen vorhanden ist.Aus der Tatsache, daß Resistenz gegen die Thioverbindungen und ihre entsprechenden Sauerstoff-Analoge ungefähr gleich groß ist, wird geschlossen, daß eine langsamere Umwandlung in die Phosphate als Resistenz-mechanismus nicht in Betracht kommen kann.Die Resistenz gegenüber einigen Methyl-verbindungen ist gering, und in den einzelnen Stämmen nur wenig verschieden. Diese Resistenz wird wahrscheinlich durch weniger spezifisische Faktoren verursacht. Die genetische Grundlage des niedrigen Ali-esterasen-gehalts in den Phosphat-resistenten Stämmen wird diskutiert.

     

Ein Versuch über Fremdbestäubung bei zwei gelben Süßlupinenstämmen

Zusammenfassung Nach einer Übersicht über die vorliegende Literatur wird ein in den Jahren 1937 und 1938 durchgeführter Fremdbestäubungsversuch mit den beiden Stämmen 8 und 80 der gelben Süßlupine besprochen.Die beiden Stämme verhalten sich gegen Fremdbestäubung verschieden. Bei Stamm 8 beträgt der Prozentsatz der aus Fremdbestäubung hervorgegangenen Pflanzen 10,44%, bei Stamm 80 dagegen 21,11%.Der Prozentsatz der erfolgreich fremdbestäubten Blüten beträgt 17,9% bei Stamm 8 und 29,6% bei Stamm 80, derjenige der Pflanzen mit mindestens einer fremdbestäubten Blüte 77,4 bzw. 84,4%.Die sich aus diesen Beobachtungen für Züchtung und Anbau ergebenden Schlußfolgerungen werden besprochen.     

A systems theoretical approach to biological membranes

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird die Eindeutigkeit der Beschreibung erregbarer Membranen mit Hilfe von Ersatzschaltungen untersucht. Bei Voraussetzung der Existenz verschiedener Membrankanäle für den Ionentransport läßt sich unter Berücksichtigung nichtlinearer Eigenschaften eine weitgehend eindeutige Ersatzschaltung für einen Kanal angeben. Als wesentliches Kriterium erweist sich dabei das Vorhandensein eines konstanten Gleichgewichts-potentials für jeden Kanal. Der lonentransport durch die Membran wird durch ein einfaches Elektrodiffusionsmodell beschrieben. Hierin ist der Potentialverlauf in der Membran durch physiko-chemische Eigenschaften der Membran und nicht durch die transportierten Ionen bestimmt. Die Leitfähigkeit eines bestimmten Kanals verändert eine Steuervariable, deren Wert sich mit Hilfe einer algebraischen Beziehung aus den Zustandsvariablen eines linearen Differentialgleichungssystems ergibt (dessen Koeffizienten vom Potential über der Zellmembran abhängen). Die Zusammenfassung mehrerer Kanäle (passives Transportsystem) und die Einführung von Stromgeneratoren für den aktiven Transport (deren Effektivität von der chemischen Zusammensetzung der an die Membran angrenzenden Lösungen abhängt) führt zu einer allgemeinen Ersatzschaltung für die erregbare Membran. Die so gewonnene Beschreibung ist hinreichend allgemeingültig, um als Grundlage für die Analyse von Problemen der Informationsverarbeitung im Nervensystem bzw. für die weitere Aufklärung der in der erregbaren Membran ablaufenden physikalisch-chemischen Prozesse zu dienen.

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Presented in part at the IV. Intern. Biophysics Congress, Moscow, August 1972.     

The resistance pattern in a strain of the cocoa capsid (Distantiella theobroma (Dist.)) resistant to BHC

Summary BHC-resistance in the cocoa capsid,Distantiella theobroma, in Ghana was confirmed, and cross resistance found to extend to six other chlorinated hydrocarbons including Thiodan. There was no cross resistance to DDT, Sevin or to the organophosphorus compounds tested.

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Zusammenfassung Die BHC-Resistenz eines Stammes von Kakaowanzen (Distantiella theobroma), der in der Umgebung der Kakao-Versuchsanstalt in Pankese, Ghana, gefunden wurde, wird durch Vergleich mit einem normal empfindlichen Stamm aus New Tafo, Ghana, nachgewiesen. Die Resistenz erstreckt sich auch auf Endrin, Dieldrin, Aldrin, Heptachlor, Chlordan und Thiodan. Bei letzterem was sie besonders hoch, obwohl dieses Mittel in Ghana bisher noch nicht in Anpflanzungen angewandet wurde. Gegenüber DDT war der BHC-resistente Stamm etwas empfindlicher als der normale Stamm aus New Tafo, beide Stämme waren jedoch sehr tolerant gegenüber diesem Insektizid. Gegen Sevin waren beide Stämme gleichmäßig empfindlich. Gegen die organischen Phosphorverbindungen Dibrom, Diazinon, Cidial, Sumithion, Lebaycid und Malathion war keine Resistenz nachweisbar. Bevor die Resistenz auftrat, waren ungefähr 25 Generationen Feldspritzungen ausgesetzt gewesen.

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Work done whilst on secondment at the West African Cocoa Research Institute, Tafo, Ghana.     

Die Siedlungsdichte in der Parklandschaft

Zusammenfassung 1. Die in Deutschland und Finnland durch quantitative Analysen errechneten Zahlen der Siedlungsdichte der Vogelwelt legen den Schluss nahe, dass die Vogelwelt die ihr zur Verfügung stehende Nahrungsmenge im Sommer, zur Brutzeit, nicht voll ausnutzt.2. Die Siedlungsdichte ist, abgesehen von der vorhandenen Nahrungsmenge, weitgehend abhängig von der Zahl der vorhandenen Nistgelegenheiten. Sie lässt sich durch Schaffung von solchen erbeblich steigern.3. Der Umstand, dass die Vögel die ihnen zur Verfügung stehende Nahrungsmenge nicht voll ausnutzen, lässt die Frage entstehen, ob die Vogelwelt als regulativer Faktor im Haushalt der Natur von ausschlaggebender Bedeutung ist.4. Sollte dies, wie es wahrscheinlich ist, nicht der Fall sein, so erhebt sich die weitere Frage, ob sich die Zahl der Brutpaare durch künstliche Hegemassnahmen so weitgebend steigern lässt, dass die Vogelwelt eine sehr wesentliche Rolle bei der Bekämpfung schädlicher, wirtschaftlich bedeutungsvoller Insekten zu spielen vermag.5. Erst dann, wenn diese Frage eindeutig geklärt ist, lässt sich beweisen, dass Vogelschutz und Vogelhege unterwirtschaftlichen Gesichtspunkten berechtigt sind.6. Die Wichtigkeit des Brutreviers für die Besiedlungsdichte und für den Vogel überhaupt wird vielfach übertrieben; unter günstigen Bedingungen erweisen sich die Grenzen der Brutreviere als sehr plastisch. Sie können sehr eng zusammengedrängt werden.7. Die Verstädterung beruht in einer langsamen Verringerung der Fluchtdistanz, die im Vogel nicht erblich fixiert ist, sondern von dem Verhalten anderer Artgenossen und von eigenen Erfahrungen des Vogels abhängig ist.     

Histophysiologische Untersuchungen über den Mechanismus der Schockwirkung auf die Durchblutung der Rattenniere

Zusammenfassung Es sollte geklärt werden, auf welche Weise ein Schock- und Schmerzzustand (kurzes Abklemmen der Hinterextremitäten) akut zu einer Minderdurchblutung der Rattenniere führt. Als morphologisches Kriterium für eine verlangsamte Blutströmung diente die früher beobachtete Verspätung der Phenolrotsekretion in den distalen gestreckten Hauptstückteilen.Humorale Mechanismen konnten ausgeschlossen werden: Adrenalin und Noradrenalin bewirkten selbst in höchsten Dosen eine beschleunigte Durchblutung der Rattennieren. Histamin hatte keinerlei Einfluß auf die Strömungsgeschwindigkeit. Mit hohen Dosen Azetylcholin gelang es, ähnliche Ausscheidungsdefekte wie im Schock zu erzielen, doch beruht dies vorwiegend auf einer allgemeinen Blutdrucksenkung.Nach Entfernung des perivasalen Nervenplexus der Nierengefäße war die Phenolrotausscheidung während des Schocks auf der operierten Seite normal, in der intakten Niere in üblicher Weise verzögert. Dieser Befund spricht für eine neurogene Vasokonstriktion und gegen humorale Faktoren. Die Efferenzen laufen über den Splanchnikus. Seine Durchschneidung hat die gleichen Folgen wie die Entfernung der perivaskulären Geflechte.Rückenmarkdurchtrennung bei Th 1 oder Th 2 verhindert ebenfalls die neurogene Vasokonstriktion. Da nach beiderseitiger Zerstörung des Archicortex oberhalb des Balkens die Schockwirkung auf die Nierendurchblutung gebremst wird, zugleich auch ein Affektivitätsverlust bei den Tieren eintritt, ist offenbar die emotionale Komponente des Schmerzes für die Vasokonstriktion maßgebend. Daß der Hirnstamm dabei beteiligt ist, geht aus der schockblockierenden Wirkung der emotional dämpfenden Phenothiazinderivate hervor.Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Causes of resistance to DDT in a diazinon-selected and a DDT-selected strain of house flies

The causes of resistance to DDT in a DDT-selected (F58W) and a diazinon-selected (SKA) strain of house flies differed.Small (1 g DDT/fly) topically applied doses penetrated more slowly into the SKA than into the F58W or susceptible strains. Large doses (32 g/fly) penetrated equally fast into all strains.The two resistant strains metabolised DDT rapidly and the susceptible strain slowly. The only metabolite identified was DDE.WARF anti-resistant is a powerful synergist for DDT in the F58W strain, and prevents the formation of DDE. WARF anti-resistant is not such a good synergist in the SKA strain which possesses other mechanisms for metabolising DDT and also DDE.DDT or its decomposition products seem to interact strongly with the tissues of SKA flies from which they are not readily extracted.

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Zusammenfassung Gaschromatographie und radioaktive Markierungsverfahren wurden in Verbindung mit Papier- und Dünnschichtchromatographie benutzt, um die Urschen der Resistenz gegenüber DDT in einem mit DDT selektierten (F58W) und einem mit Diazinon selektierten Stamm (SKA) der Stubenfliege aufzuklären.DDT drang unterschiedlich in die zwei resistenten Stämme ein, die beide DDT rasch abbauten, sich aber in den Entgiftungsmechanismen unterschieden.Kleine Dosen (1 g DDT pro Fliege), die äußerlich aufgebracht wurden,töteten den empfindlichen Stamm, aber nicht den F58W- oder den SKA-Stamm, DDT drang in den SKA-Stamm langsamer ein als in die beiden anderen Stämme. Der eindringende DDT-Anteil nahm in den drei Stämmen unterschiedlich ab, wenn die Dosis anstieg, und bei hohen Dosen (32 g pro Fliege) vollzog sich das Eindringen in alle drei Stämme ungefähr gleich schnell.Das DDT wurde in den beiden resistenten Stämmen schnell, in dem anfälligen langsam abgebaut. Das einzige Abbauprodukt, das in den drei Stämmen identifiziert wurde, war DDE. In F58W und dem empfindlichen Stamm wurde die Masse des abgebauten DDT als DDE gefaßt.Die Bildung von DDE aus DDT wird in dem Stamm F58W durch das Antiresistent WARF verhindert, das die Toxizität des DDT erheblich steigert, wodurch sich zeigt, daß in diesem Stamm die Dehydrochlorierung eine wichtige Resistenzursache darstellt.In dem SKA-Stamm, der DDE abbaut, wurden nur Spuren von DDE gefunden. Jedoch stellt die Dehydrochlorierung in dem SKA-Stamm keine wesentliche Resistenzursache wie im F58W-Stamm dar, da WARF-Antiresistent kein starker DDT-Synergist ist. In dem SKA-F58W-Stamm wurde viel weniger von dem zugefügten DDT wiedergefunden als in den anderen Stämmen, wahrscheinlich weil DDT oder seine Abbauprodukte stärker mit den Geweben der SKA-Fliegen reagieren.

     

Response to food plant stimuli by larvae of the mustard beetle Phaedon cochleariae

Larvae of the mustard beetle Phaedon cochleariae Fab. are attracted to the cruciferous host plant by yellow and green wavelengths of light and the odour of mustard oils. The mustard oils induce biting, and feeding continues in the presence of mustard oil glucosides in the plant. Leaf toughness and texture then affect food intake and larval growth and survival.

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Zusammenfassung Visuelle und geruchliche Reize sind dafür verantwortlich, dass Larven von Phaedon cochleariae von der Wirtspflanze angezogen werden. Wahrscheinlich ist für die Lokalisierung des Futters hauptsächlich die visuelle Reaktion auf gelbgrüne Farbe von 520–570 nm wichtig. Dies wird ergänzt durch den Geruch der Senföle mit einer Konzentration an der Quelle von 0,25–250 ppm, welcher die Larven zu grösserer Suchaktivität anregt. Senföle veranlassen die Larven zum Beissen eines Substrats. Der Frass hält an, wenn der Geschmacksreiz von Glucosiden vorhanden ist. Frassmenge und Wachstumsgeschwindigkeit werden beeinflusst durch die Zähigkeit der Blätter und eventuell durch die Blatttextur und den Nährstoffgehalt.

     

Die Regulationen der Nagetierschneidezähne

Zusammenfassung Der tägliche Zuwachs der Kaninchenschneidezähne ist bei jüngeren Tieren geringer als bei alten.Die oberen Schneidezähne des Kaninchens und der Ratte zeigen einen erheblich geringeren täglichen Zuwachs als die unteren. Die genauen Zahlen siehe für beide in der Darstellung (S. 459).Ein durch Absägen gekürzter und nicht artikulierender unterer oder oberer Kaninchenschneidezahn zeigt eine um mehr als die Hälfte bis fast auf das Doppelte gesteigerte Wachstumsgeschwindigkeit.Die normale Länge der Kaninchenschneidezähne wird in gesundem und durch Eingriffe nicht beeinflußtem Zustand durch ihre Betätigung beim Kau- und Nagegeschaft geregelt.Ein regelndes Zentrum im Nervensystem ist nicht wahrscheinlich, ebensowenig eine unmittelbare Beeinflussung des Wachstums der unteren Kaninchenschneidezähne auf dem Wege über den Nervus alveolaris inferior. (Dies geht aus den Versuchen anderer früherer Autoren nach Auffassung des Verfassers hervor.)Die Wachstumsgeschwindigkeit der Kaninchenschneidezähne wird durch den Wegfall des funktionellen Reizes der Zähne beschleunigt, durch die Beanspruchung bei der Gebißtätigkeit dagegen verlangsamt.Das Abschleifen oder Abreiben wirkt auf die Geschwindigkeit des Zahnwachstums weder fördernd noch hemmend ein. Dagegen ist in dem Druck, unter welchem das Zahnbildungsgewebe beim Gebrauch des Zahnes steht, die Ursache für die Wachstumshemmung zu sehen, welcher der Zahn für gewöhnlich unterliegt. In der Aufhebung des Druckes, die bei der Funktionslosigkeit des Zahnes eintritt, liegt dann die Ursache der in diesem Falle einsetzenden Wachstumsbeschleunigung des Zahnes. Zu dem Druck kommt auch Stoßwirkung.     

Zur Fruchtkörperbildung von Coprinus Lagopus

Zusammenfassung Coprinus lagopus zeigt sich als ein Pilz, der äußeren Faktoren gegenüber ziemlich unempfindlich ist. Die Fruchtung wird weder durch die Temperatur und Feuchtigkeit noch durch die Azidität des Substrates wesentlich beeinflußt.Für die Auslösung der Fruchtkörperbildung ist nicht eine teilweise Erschöpfung des Substrates nötig, auch nicht ein bestimmter Fruchtungsstoff in Nährböden. Wohl aber muß eine bestimmte Myceldichte vorhanden sein. Die Fruchtkörperbildung ist als Gemeinschaftsleistung eines Mycelkomplexes aufzufassen, dem mindestens 1,5 g normaler Pferdemist zur Verfügung stehen muß.Für die Verödung der Kulturen nach 1–4monatiger Fruchtungszeit muß man eine allgemeine, nicht vomCoprinusmycel verursachte Substratzersetzung und die Anreicherung eines kochfesten Stoffwechselproduktes, das als Hemmstoff wirkt, verantwortlich machen.     

The response of the labellar taste receptors of DDT-resistant and non-resistant houseflies (Musca domestica) to DDT

Two characteristics of DDT-resistance in houseflies (Musca domestica L.), namely, a significantly higher threshold to DDT and the ability to recover from DDT-poisoning, were found to be detectable quantitatively at the level of the neurones of the labellar chemoreceptor hairs.Treatment of the chemoreceptor hairs with DDT resulted in replacement of the normal single impulses by groups of 2 or more. Hairs of resistant (HR) flies showed some recovery from this effect after 10–15 minutes, but those of non-resistant (ES) flies did not.Whole flies topically dosed with DDT solutions were rated for the degree of intoxication shown at various times after treatment. In the resistant strain, flies that survived began to recover from intoxication at about 1 hour, but no recovery was observed in the non-resistant strain.The ratios of equi-effective concentrations or dosages for the two strains were found to be very similar in the chemoreceptor hair and whole fly tests. Up to the onset of recovery they were between 3.9 and 8.5 for the hairs and between 2.0 and 6.0 for the whole flies. After recovery commenced, the ratios increased to more than 15 for both the hairs and the whole flies. It was concluded that the resistance of strain HR flies is fully expressed at the level of the chemoreceptor hairs on their labella, and is mainly due to the ability to recover from DDT-poisoning.

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Zusammenfassung Die Wirkung von DDT-Behandlung auf die elektrische Reaktion der Neuronen von chemorezeptorischen Labellenhaaren bei Reizung mit Kochsalz wurde bei Stubenfliegen (Musca domestica L.) eines DDT-resistenten (HR) und eines nichtresistenten Stammes (ES) untersucht. Das Eintauchen einzelner Rezeptorhaare in wässrige DDT-Suspensionen vor der Reizung und Registrierung der Neuronenaktivität durch einen Kochsalz-Elektrolyten bewirkte den Ersatz der normalen Einzelimpulse durch Gruppen von 2 oder mehr Impulsen bei beiden Stämmen. Bei dem resistenten Stamm steigerte sich die Reaktion — gemessen am mittleren Grade der Impuls-Vervielfachung — während der ersten 10–15 Minuten; danach zeigte signifikante Abnahme der Vervielfachung die Erholung der Neurone von den DDT-Wirkungen an. Bei nichtresistenten Fliegen zeigten die Neurone keine signifikante Erholung. Bevor die Erholung deutlich wurde, waren die Chemorezeptorhaare resistenter Fliegen — gemessen an der Konzentration der angewendeten Suspension — 3,9 bis 8,5mal weniger empfindlich gegen DDT als diejenigen der nichtresistenten Fliegen. Das Verhältnis steigerte sich infolge der Erholung in den nächsten 15 Minuten auf mehr als das 15fache.In einer Paralleluntersuchung der DDT-Vergiftung ganzer Fliegen der beiden Stämme wurden einzeln begiftete Fliegen nach dem Grade der Vergiftung geordnet, den sie zu verschiedenen Zeiten nach der Behandlung aufwiesen. Alle nichtresistenten Fliegen, bei denen deutliche Vergiftungserscheinungen auftraten, wurden zunehmend mehr beeinflußt und starben. Es überlebten nur diejenigen, bei denen klare Anzeichen einer Vergiftung zu keinem Zeitpunkt auftraten. Die resistenten Fliegen waren zu einer völligen Erholung von fortgeschrittenen Stadien der Vergiftung fähig. Bei Dosen, die einen gewissen Grad der Erholung gestatteten, stieg in Gruppen resistenter Fliegen der mittlere Grad der Vergiftung nur während der ersten Stunde an, dann fiel er wieder, sobald sich einige Fliegen erholten. Die Relationen — für die beiden Stämme — gleich giftiger Dosen zeigten, bevor die Erholung in Erscheinung trat, daß die resistenten Fliegen 2- bis 6mal weniger empfindlich gegen DDT-Begiftung waren als die nichtresistenten. Erholung der resistenten Fliegen vergrößerte die Relation auf das mehr als 15fache.So ergaben die Untersuchungen an Chemorezeptorhaaren und an ganzen Fliegen sehr ähnliche Werte für die relative Empfindlichkeit der Stämme gegenüber DDT-Begiftung und für das große Ausmaß, in welchem die Widerstandsfähigkeit der Fliegen des HR-Stammes von der Fähigkeit zur Erholung von DDT-Vergiftungen abhängt. Es kann gefolgert werden, daß die Resistenz der Fliegen des HR-Stammes gegenüber DDT vollständig ausgedrückt werden kann auf dem Niveau der chemorezeptorischen Haare auf ihren Labellen. Es wird vermutet, daß Dehydrochlorierung des DDT, welche vermutlich den Mechanismus der Erholung gestattet, auch mit geringerer Sensibilität dieses Stammes gegenüber DDT-Vergiftung in Verbindung gebracht werden kann.