Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Wersja przeglądarki, której używasz, obsługuje ograniczoną obsługę CSS.Aby uzyskać najlepsze wyniki, zalecamy użycie nowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer).W międzyczasie, aby zapewnić ciągłe wsparcie, wyświetlamy witrynę bez stylizacji i JavaScript.
Fungicydy są często stosowane podczas kwitnienia owoców drzew i mogą stanowić zagrożenie dla owadów zapylających.Niewiele jednak wiadomo na temat reakcji zapylaczy innych niż pszczoły (np. pszczół samotniczych, rogówkowatych Osmia) na grzybocydy kontaktowe i ogólnoustrojowe powszechnie stosowane w okresie kwitnienia jabłek.Ta luka w wiedzy ogranicza decyzje regulacyjne określające bezpieczne stężenia i czas opryskiwania środkami grzybobójczymi.Oceniliśmy działanie dwóch środków grzybobójczych kontaktowych (kaptanu i mankozebu) oraz czterech środków grzybobójczych międzywarstwowych/fitosystemowych (cyprocyklina, myklobutanil, pirostrobina i trifloksystrobina).Wpływ na przyrost masy ciała larw, przeżycie, stosunek płci i różnorodność bakterii.Ocenę przeprowadzono za pomocą przewlekłego testu biologicznego doustnego, w którym pyłek poddano działaniu trzech dawek w oparciu o aktualnie zalecaną dawkę do stosowania w terenie (1X), połowę dawki (0,5X) i niską dawkę (0,1X).Wszystkie dawki mankozebu i piryzoliny znacząco zmniejszały masę ciała i przeżywalność larw.Następnie zsekwencjonowaliśmy gen 16S, aby scharakteryzować bakteriomu larwalnego mankozebu, środka grzybobójczego odpowiedzialnego za najwyższą śmiertelność.Odkryliśmy, że różnorodność i liczebność bakterii uległa znacznemu zmniejszeniu u larw karmionych pyłkiem traktowanym mankozebem.Wyniki naszych badań laboratoryjnych wskazują, że opryskiwanie niektórymi z tych środków grzybobójczych w okresie kwitnienia jest szczególnie szkodliwe dla zdrowia O. cornifrons.Informacje te są istotne dla przyszłych decyzji zarządczych dotyczących zrównoważonego stosowania środków ochrony drzew owocowych i służą jako podstawa procesów regulacyjnych mających na celu ochronę zapylaczy.
Samotna murarka Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) została sprowadzona do Stanów Zjednoczonych z Japonii pod koniec lat 70. i na początku 80. XX wieku i od tego czasu gatunek ten odgrywa ważną rolę zapylacza w zarządzanych ekosystemach.Naturalizowane populacje tej pszczoły należą do około 50 gatunków dzikich pszczół, które uzupełniają pszczoły zapylające sady migdałowe i jabłoniowe w Stanach Zjednoczonych2,3.Murarki stoją przed wieloma wyzwaniami, takimi jak fragmentacja siedlisk, patogeny i pestycydy3,4.Spośród insektycydów, grzybocydy zmniejszają przyrost energii, żerowanie5 i kondycję organizmu6,7.Chociaż ostatnie badania sugerują, że na zdrowie pszczół murarek bezpośrednio wpływają mikroorganizmy komensalne i ektobaktyczne8,9, ponieważ bakterie i grzyby mogą wpływać na odżywianie i reakcje immunologiczne, wpływ narażenia na środki grzybobójcze na różnorodność mikrobiologiczną pszczół murarek dopiero zaczyna być odkrywany badane.
Fungicydy o różnym działaniu (kontaktowym i ogólnoustrojowym) opryskuje się w sadach przed i podczas kwitnienia w celu leczenia takich chorób, jak parch jabłoni, gorzka zgnilizna, brunatna zgnilizna i mączniak prawdziwy10,11.Fungicydy uważane są za nieszkodliwe dla zapylaczy, dlatego zaleca się je ogrodnikom w okresie kwitnienia;Narażenie i spożycie tych środków grzybobójczych przez pszczoły jest stosunkowo dobrze znane, ponieważ stanowi część procesu rejestracji pestycydów prowadzonego przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska i wiele innych krajowych agencji regulacyjnych12,13,14.Jednakże wpływ środków grzybobójczych na organizmy inne niż pszczoły jest mniej znany, ponieważ nie są one wymagane na mocy umów o pozwolenie na dopuszczenie do obrotu w Stanach Zjednoczonych15.Ponadto generalnie nie ma standardowych protokołów badania pojedynczych pszczół16,17, a utrzymanie rodzin dostarczających pszczoły do badań jest wyzwaniem18.W Europie i USA coraz częściej przeprowadza się próby na różnych pszczołach hodowanych w celu zbadania wpływu pestycydów na dzikie pszczoły, a ostatnio opracowano standaryzowane protokoły dla O. cornifrons19.
Pszczoły rogate to monocyty i są komercyjnie wykorzystywane w uprawach karpia jako uzupełnienie lub zamiennik pszczół miodnych.Pszczoły te pojawiają się między marcem a kwietniem, a przedwczesne samce pojawiają się na trzy do czterech dni przed samicami.Po kryciu samica aktywnie zbiera pyłek i nektar, aby zapewnić szereg komórek lęgowych w rurowej jamie gniazda (naturalnej lub sztucznej)1,20.Jaja składane są na pyłku wewnątrz komórek;następnie samica buduje glinianą ścianę przed przygotowaniem następnej celi.Larwy w pierwszym stadium rozwojowym są zamknięte w kosmówce i żywią się płynami embrionalnymi.Od drugiego do piątego stadium larwalnego (prepupa) larwy żywią się pyłkiem22.Po całkowitym wyczerpaniu się pyłku larwy tworzą kokony, przepoczwarzają się i wyłaniają jako dorosłe osobniki w tej samej komorze lęgowej, zwykle późnym latem20,23.Dorosłe osobniki pojawiają się następnej wiosny.Przeżycie osoby dorosłej wiąże się z przyrostem energii netto (przyrostem masy ciała) w oparciu o spożycie pokarmu.Zatem jakość odżywcza pyłku, a także inne czynniki, takie jak pogoda czy narażenie na pestycydy, są determinantami przeżycia i zdrowia24.
Insektycydy i grzybocydy stosowane przed kwitnieniem mogą przemieszczać się w układzie naczyniowym rośliny w różnym stopniu, od translaminarnego (np. mogą przemieszczać się z górnej powierzchni liści na dolną powierzchnię, jak niektóre środki grzybobójcze) 25 do działania prawdziwie ogólnoustrojowego., które mogą przedostać się przez koronę od korzeni, mogą przedostać się do nektaru kwiatów jabłoni26, gdzie mogą zabić dorosłe O. cornifrons27.Niektóre pestycydy przedostają się także do pyłków roślin, wpływając na rozwój larw kukurydzy i powodując ich śmierć19.Inne badania wykazały, że niektóre środki grzybobójcze mogą znacząco zmieniać zachowanie lęgowe pokrewnego gatunku O. lignaria28.Ponadto badania laboratoryjne i terenowe symulujące scenariusze narażenia na pestycydy (w tym środki grzybobójcze) wykazały, że pestycydy negatywnie wpływają na fizjologię 22 morfologię 29 i przeżycie pszczół miodnych i niektórych pszczół samotników.Różne opryski grzybobójcze stosowane bezpośrednio na otwarte kwiaty podczas kwitnienia mogą zanieczyścić pyłek zebrany przez dorosłe osobniki w celu rozwoju larw, którego skutki wymagają jeszcze zbadania30.
Coraz częściej uznaje się, że na rozwój larwalny wpływają pyłki i zbiorowiska drobnoustrojów układu pokarmowego.Mikrobiom pszczoły miodnej wpływa na takie parametry, jak masa ciała31, zmiany metaboliczne22 i podatność na patogeny32.W poprzednich badaniach sprawdzano wpływ etapu rozwojowego, składników odżywczych i środowiska na mikrobiom pszczół samotnych.Badania te wykazały podobieństwa w strukturze i liczebności mikrobiomów larwalnych i pyłkowych33, a także najpowszechniejszych rodzajów bakterii Pseudomonas i Delftia wśród gatunków pszczół samotnych.Jednakże, chociaż środki grzybobójcze kojarzono ze strategiami ochrony zdrowia pszczół, wpływ środków grzybobójczych na mikroflorę larw poprzez bezpośrednie narażenie drogą pokarmową pozostaje niezbadany.
W badaniu tym sprawdzano wpływ rzeczywistych dawek sześciu powszechnie stosowanych środków grzybobójczych zarejestrowanych do stosowania na owocach drzew w Stanach Zjednoczonych, w tym grzybobójców kontaktowych i ogólnoustrojowych podawanych doustnie larwom rogówki kukurydzianej ze skażonej żywności.Odkryliśmy, że grzybocydy kontaktowe i ogólnoustrojowe zmniejszają przyrost masy ciała pszczół i zwiększają śmiertelność, przy czym najpoważniejsze skutki są związane z mankozebem i pirytiopidem.Następnie porównaliśmy różnorodność mikrobiologiczną larw karmionych dietą pyłkową zawierającą mankozeb z larwami karmionymi dietą kontrolną.Omawiamy potencjalne mechanizmy leżące u podstaw śmiertelności i implikacje dla programów zintegrowanego zarządzania szkodnikami i zapylaczami (IPPM)36.
Dorosłe kornifery O. zimujące w kokonach uzyskano z Fruit Research Center w Biglerville w Pensylwanii i przechowywano w temperaturze od -3 do 2°C (±0,3°C).Przed eksperymentem (w sumie 600 kokonów).W maju 2022 r. 100 kokonów O. cornifrons codziennie przenoszono do plastikowych kubków (50 kokonów na kubek, DI 5 cm x 15 cm długości), a wewnątrz kubków umieszczano chusteczki, aby ułatwić otwieranie i zapewnić podłoże do żucia, zmniejszając naprężenia na kamieniu pszczoły37 .Umieścić dwa plastikowe kubki zawierające kokony w klatce na owady (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tajwan) z 10 ml dozownikami zawierającymi 50% roztwór sacharozy i przechowywać przez cztery dni, aby zapewnić zamknięcie i krycie.23°C, wilgotność względna 60%, fotoperiod 10 l (niska intensywność): 14 dni.100 pokrytych samic i samców wypuszczano każdego ranka przez sześć dni (100 dziennie) do dwóch sztucznych gniazd podczas szczytowego kwitnienia jabłoni (gniazdo pułapki: szerokość 33,66 × wysokość 30,48 × długość 46,99 cm; rysunek uzupełniający 1).Umieszczony w Arboretum stanu Pensylwania, w pobliżu wiśni (Prunus cerasus „Eubank” Sweet Cherry Pie™), brzoskwini (Prunus persica „Contender”), Prunus persica „PF 27A” Flamin Fury®), gruszki (Pyrus perifolia „Olympic”, Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), jabłoń koronaria (Malus coronaria) i liczne odmiany jabłoni (Malus coronaria, Malus), jabłoń domowa 'Co-op 30' Enterprise™, jabłoń Malus 'Co- Op 31′ Winecrisp™, begonia „Freedom”, Begonia „Golden Delicious”, Begonia „Nova Spy”).Każdy niebieski plastikowy domek dla ptaków mieści się na dwóch drewnianych skrzyniach.Każda skrzynka lęgowa zawierała 800 pustych rurek z papieru pakowego (otwartych spiralnie, średnica wewnętrzna 0,8 cm x 15 cm dł.) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) włożonych do nieprzezroczystych rurek celofanowych (0,7 OD patrz Plastikowe zatyczki (wtyczki T-1X) zapewniają miejsca na gniazda .
Obie budki lęgowe były skierowane na wschód i zostały przykryte zielonym plastikowym płotkiem ogrodowym (model Everbilt #889250EB12, rozmiar otworu 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m), aby zapobiec dostępowi gryzoni i ptaków, i umieszczono na powierzchni gleby obok gleby skrzynki lęgowej pudła.Budka lęgowa (rysunek uzupełniający 1a).Jaja omacnicy prosowianki zbierano codziennie pobierając z gniazd 30 probówek i transportując je do laboratorium.Za pomocą nożyczek wykonaj nacięcie na końcu rurki, a następnie zdemontuj spiralną rurkę, aby odsłonić komórki czerwiowe.Pojedyncze jaja i ich pyłek usunięto za pomocą zakrzywionej szpatułki (zestaw narzędzi Microslide, BioQuip Products Inc., Kalifornia).Jaja inkubowano na wilgotnej bibule filtracyjnej i umieszczano na szalce Petriego na 2 godziny przed użyciem w naszych eksperymentach (rysunek uzupełniający 1b-d).
W laboratorium oceniliśmy toksyczność doustną sześciu środków grzybobójczych zastosowanych przed i podczas kwitnienia jabłoni w trzech stężeniach (0,1X, 0,5X i 1X, gdzie 1X to znak zastosowany na 100 galonów wody/akr. Wysoka dawka polowa = stężenie na polu)., Tabela 1).Każde stężenie powtórzono 16 razy (n = 16).Dwa środki grzybobójcze kontaktowe (Tabela S1: mankozeb 2696,14 ppm i kaptan 2875,88 ppm) i cztery grzybocydy ogólnoustrojowe (Tabela S1: pirytiostrobina 250,14 ppm; trifloksystrobina 110,06 ppm; myklobutanil azol 75,12 ppm; cyprodynil 280,845 ppm) toksyczność dla owoców, warzyw i rośliny ozdobne .Homogenizowaliśmy pyłek za pomocą młynka, przenieśliśmy 0,20 g do dołka (24-dołkowa płytka Falcon), dodaliśmy i wymieszaliśmy 1 µl roztworu grzybobójczego, aby utworzyć piramidalny pyłek ze dołkami o głębokości 1 mm, w których umieszczono jaja.Umieść za pomocą małej szpatułki (rysunek uzupełniający 1c, d).Płytki Falcona przechowywano w temperaturze pokojowej (25°C) i przy wilgotności względnej 70%.Porównaliśmy je z larwami kontrolnymi karmionymi jednorodną dietą pyłkową i traktowanymi czystą wodą.Rejestrowaliśmy śmiertelność i mierzyliśmy masę larw co drugi dzień, aż larwy osiągnęły wiek przedpoczwarkowy, stosując wagę analityczną (Fisher Scientific, dokładność = 0,0001 g).Na koniec oceniano stosunek płci otwierając kokon po 2,5 miesiąca.
DNA ekstrahowano z całych larw O. cornifrons (n = 3 na warunki leczenia, pyłek traktowany i nietraktowany mankozebem) i przeprowadziliśmy analizy różnorodności mikrobiologicznej tych próbek, zwłaszcza że w przypadku mankozebu zaobserwowano najwyższą śmiertelność larw.otrzymując MnZn.DNA amplifikowano, oczyszczano przy użyciu zestawu DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, Kalifornia) i sekwencjonowano (600 cykli) na Illumina® MiSeq™ przy użyciu zestawu v3.Ukierunkowane sekwencjonowanie genów rybosomalnego RNA bakteryjnego 16S przeprowadzono przy użyciu zestawu Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, Kalifornia), stosując startery ukierunkowane na region V3-V4 genu 16S rRNA.Dodatkowo przeprowadzono sekwencjonowanie 18S przy użyciu 10% inkluzji PhiX i przeprowadzono amplifikację przy użyciu pary starterów 18S001 i NS4.
Importuj i przetwarzaj sparowane odczyty39 przy użyciu potoku QIIME2 (wersja 2022.11.1).Odczyty te przycięto i połączono, a sekwencje chimeryczne usunięto za pomocą wtyczki DADA2 w QIIME2 (parowanie szumu qiime dada2)40.Przypisania klas 16S i 18S wykonano przy użyciu wtyczki klasyfikatora obiektów Classify-sklearn i wstępnie wytrenowanego klasyfikatora artefaktów silva-138-99-nb.
Wszystkie dane eksperymentalne sprawdzono pod kątem normalności (Shapiro-Wilks) i jednorodności wariancji (test Levene'a).Ponieważ zbiór danych nie spełniał założeń analizy parametrycznej, a transformacja nie standaryzowała reszt, przeprowadziliśmy nieparametryczną dwukierunkową ANOVA (Kruskal-Wallis) z dwoma czynnikami [czas (trójfazowy 2, 5 i 8 dni punkty czasowe) i środek grzybobójczy] w celu oceny wpływu zabiegu na świeżą masę larw, następnie przeprowadzono nieparametryczne porównania parami post hoc przy użyciu testu Wilcoxona.Zastosowaliśmy uogólniony model liniowy (GLM) z rozkładem Poissona, aby porównać wpływ środków grzybobójczych na przeżycie w trzech stężeniach środków grzybobójczych41,42.Na potrzeby analizy zróżnicowanej liczebności liczbę wariantów sekwencji amplikonu (ASV) zmniejszono na poziomie rodzaju.Porównania zróżnicowanej liczebności między grupami przy użyciu liczebności względnej 16S (poziom rodzaju) i 18S przeprowadzono przy użyciu uogólnionego modelu addytywnego pozycji, skali i kształtu (GAMLSS) z rozkładami rodzin beta zawyżonych o zero (BEZI), które modelowano na makro .w Mikrobiomie R43 (v1.1).1).Przed analizą różnicową usuń gatunki mitochondrialne i chloroplastowe.Ze względu na różne poziomy taksonomiczne 18S, do analiz różnicowych wykorzystano tylko najniższy poziom każdego taksonu.Wszystkie analizy statystyczne przeprowadzono przy użyciu programu R (v. 3.4.3., projekt CRAN) (Team 2013).
Ekspozycja na mankozeb, pirytiostrobinę i trifloksystrobinę znacząco zmniejszała przyrost masy ciała u O. cornifrons (ryc. 1).Efekty te konsekwentnie obserwowano dla wszystkich trzech ocenianych dawek (ryc. 1a – c).Cyklostrobina i myklobutanil nie wpływały znacząco na zmniejszenie masy larw.
Średnia świeża masa larw omacnicy łodygowej mierzona w trzech punktach czasowych w ramach czterech zabiegów dietetycznych (jednorodna pasza pyłkowa + środek grzybobójczy: kontrola, dawki 0,1X, 0,5X i 1X).(a) Niska dawka (0,1X): pierwszy punkt czasowy (dzień 1): χ2: 30,99, DF = 6;P < 0,0001, drugi punkt czasowy (dzień 5): 22,83, DF = 0,0009;trzeci raz;punkt (dzień 8): χ2: 28,39, DF = 6;(b) połowa dawki (0,5X): pierwszy punkt czasowy (dzień 1): Chi2: 35,67, DF = 6;P < 0,0001, drugi punkt czasowy (dzień pierwszy).): χ2: 15,98, DF = 6;P = 0,0090;trzeci punkt czasowy (dzień 8) χ2: 16,47, DF = 6;(c) Miejsce lub pełna dawka (1X): pierwszy punkt czasowy (dzień 1) χ2: 20,64, P = 6;P = 0,0326, drugi punkt czasowy (dzień 5): Chi2: 22,83, DF = 6;P = 0,0009;trzeci punkt czasowy (dzień 8): χ2: 28,39, DF = 6;nieparametryczna analiza wariancji.Słupki przedstawiają średnią ± SE porównań parami (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Przy najniższej dawce (0,1X) masa ciała larw uległa zmniejszeniu o 60% w przypadku trifloksystrobiny, 49% w przypadku mankozebu, 48% w przypadku myklobutanilu i 46% w przypadku piritistrobiny (ryc. 1a).Po ekspozycji na połowę dawki terenowej (0,5X) masa ciała larw mankozebu zmniejszyła się o 86%, pirytiostrobiny o 52%, a trifloksystrobiny o 50% (ryc. 1b).Pełna dawka terenowa (1X) mankozebu zmniejszyła masę larw o 82%, pirytiostrobiny o 70%, a trifloksystrobiny, myklobutanilu i sangardu o około 30% (ryc. 1c).
Śmiertelność była najwyższa wśród larw karmionych pyłkiem traktowanym mankozebem, a następnie wśród pirytiostrobiny i trifloksystrobiny.Śmiertelność wzrastała wraz ze zwiększaniem dawek mankozebu i pirytyzoliny (ryc. 2; tab. 2).Jednakże śmiertelność omacnicy prosowiastej wzrosła tylko nieznacznie wraz ze wzrostem stężenia trifloksystrobiny;cyprodynil i kaptan nie zwiększały znacząco śmiertelności w porównaniu z leczeniem kontrolnym.
Porównano śmiertelność larw muchówki omacnicy po spożyciu pyłku indywidualnie traktowanego sześcioma różnymi środkami grzybobójczymi.Mankozeb i pentopyramid były bardziej wrażliwe na doustną ekspozycję na robaki kukurydziane (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linia, nachylenie = 0,29, P < 0,001; nachylenie = 0,24, P <0,00)).
Średnio we wszystkich przypadkach leczenia 39,05% pacjentów stanowiły kobiety, a 60,95% mężczyźni.Wśród terapii kontrolnych odsetek kobiet wyniósł 40% zarówno w badaniach z małą dawką (0,1X), jak i połową dawki (0,5X), oraz 30% w badaniach z dawką terenową (1X).Przy dawce 0,1X wśród larw karmionych pyłkiem leczonych mankozebem i myklobutanilem 33,33% dorosłych stanowiły kobiety, 22% dorosłych stanowiły kobiety, 44% dorosłych larw stanowiły kobiety, 44% dorosłych larw stanowiły kobiety.samice, 41% dorosłych larw stanowiły samice, a kontrole stanowiły 31% (ryc. 3a).Przy dawce 0,5-krotności 33% dorosłych robaków w grupie otrzymującej mankozeb i pirytiostrobinę stanowiły samice, 36% w grupie trifloksystrobiny, 41% w grupie myklobutanilu i 46% w grupie cyprostrobiny.W tej grupie odsetek ten wynosił 53%.w grupie kaptanowej i 38% w grupie kontrolnej (ryc. 3b).Przy dawce 1X 30% w grupie mankozebu stanowiły kobiety, 36% w grupie pirytiostrobiny, 44% w grupie trifloksystrobiny, 38% w grupie myklobutanilu, 50% w grupie kontrolnej stanowiły kobiety – 38,5% (ryc. 3c) .
Odsetek samic i samców świderków po ekspozycji na środek grzybobójczy w stadium larwalnym.(a) Niska dawka (0,1X).(b) Połowa dawki (0,5X).(c) Dawka terenowa lub pełna dawka (1X).
Analiza sekwencji 16S wykazała, że grupa bakterii różniła się między larwami karmionymi pyłkiem traktowanym mankozebem i larwami karmionymi pyłkiem nietraktowanym (ryc. 4a).Indeks mikrobiologiczny nietraktowanych larw karmionych pyłkiem był wyższy niż larw karmionych pyłkiem traktowanym mankozebem (ryc. 4b).Chociaż zaobserwowana różnica w bogactwie między grupami nie była istotna statystycznie, była znacznie niższa niż obserwowana w przypadku larw żerujących na nietraktowanym pyłku (ryc. 4c).Względna liczebność wykazała, że mikroflora larw karmionych pyłkiem kontrolnym była bardziej zróżnicowana niż mikroflora larw karmionych larwami traktowanymi mankozebem (ryc. 5a).Analiza opisowa ujawniła obecność 28 rodzajów w próbkach kontrolnych i traktowanych mankozebem (ryc. 5b).c Analiza przy użyciu sekwencjonowania 18S nie wykazała żadnych znaczących różnic (rysunek uzupełniający 2).
Profile SAV oparte na sekwencjach 16S porównano z bogactwem Shannona i zaobserwowano bogactwo na poziomie gromady.(a) Główna analiza współrzędnych (PCoA) oparta na ogólnej strukturze społeczności drobnoustrojów w nietraktowanych pyłkach larwach lub larwach kontrolnych (niebieski) i larwach karmionych mankozebem (pomarańczowy).Każdy punkt danych reprezentuje oddzielną próbkę.PCoA obliczono przy użyciu odległości Braya-Curtisa wielowymiarowego rozkładu t.Owale reprezentują poziom ufności 80%.(b) Wykres pudełkowy, surowe dane dotyczące majątku Shannon (punkty) i c.Obserwowalne bogactwo.Wykresy pudełkowe pokazują ramki linii środkowej, rozstępu międzykwartylowego (IQR) i 1,5 × IQR (n = 3).
Skład zbiorowisk drobnoustrojów larw żywionych pyłkiem traktowanym i nietraktowanym mankozebem.(a) Względna liczebność rodzajów drobnoustrojów u larw.(b) Mapa cieplna zidentyfikowanych zbiorowisk drobnoustrojów.Delftia (iloraz szans (OR) = 0,67, P = 0,0030) i Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060);Wiersze mapy cieplnej są grupowane przy użyciu odległości korelacji i średniej łączności.
Wyniki naszych badań pokazują, że doustne narażenie na środki grzybobójcze kontaktowe (mankozeb) i ogólnoustrojowe (pyrostrobina i trifloksystrobina), szeroko stosowane w okresie kwitnienia, znacząco zmniejsza przyrost masy ciała i zwiększa śmiertelność larw kukurydzy.Ponadto mankozeb znacząco zmniejszał różnorodność i bogactwo mikrobiomu na etapie przedpoczwarkowym.Myklobutanil, inny ogólnoustrojowy środek grzybobójczy, znacząco zmniejszał przyrost masy ciała larw przy wszystkich trzech dawkach.Efekt ten był widoczny w drugim (dzień 5) i trzecim (dzień 8) punkcie czasowym.Natomiast cyprodynil i kaptan nie zmniejszały znacząco przyrostu masy ciała ani przeżycia w porównaniu z grupą kontrolną.Według naszej wiedzy praca ta jest pierwszą, w której określono wpływ dawki polowej różnych środków grzybobójczych stosowanych do ochrony upraw kukurydzy przed bezpośrednim narażeniem na pyłki.
Wszystkie zabiegi grzybobójcze znacząco zmniejszyły przyrost masy ciała w porównaniu z zabiegami kontrolnymi.Mankozeb miał największy wpływ na przyrost masy ciała larw, średnio o 51%, a następnie pirytiostrobina.Jednakże inne badania nie wykazały niekorzystnego wpływu dawek terenowych środków grzybobójczych na stadia larwalne44.Chociaż wykazano, że biocydy ditiokarbaminianowe mają niską toksyczność ostrą45, bisditiokarbaminiany etylenu (EBDCS), takie jak mankozeb, mogą rozkładać się do siarczku etylenu-mocznika.Biorąc pod uwagę jego działanie mutagenne na inne zwierzęta, ten produkt rozkładu może być odpowiedzialny za obserwowane skutki46,47.Poprzednie badania wykazały, że na powstawanie tiomocznika etylenu wpływają takie czynniki, jak podwyższona temperatura48, poziom wilgotności49 i długość przechowywania produktu50.Właściwe warunki przechowywania środków biobójczych mogą złagodzić te skutki uboczne.Ponadto Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności wyraził zaniepokojenie toksycznością pirytiopidu, który, jak wykazano, jest rakotwórczy dla układu trawiennego innych zwierząt51.
Doustne podanie mankozebu, pirytiostrobiny i trifloksystrobiny zwiększa śmiertelność larw omacnicy prosowianki.Natomiast myklobutanil, cyprocyklina i kaptan nie miały wpływu na śmiertelność.Wyniki te różnią się od wyników Ladurnera i wsp.52, którzy wykazali, że kaptan znacząco zmniejsza przeżywalność dorosłych O. lignaria i Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).Ponadto stwierdzono, że środki grzybobójcze, takie jak kaptan i boskalid, powodują śmiertelność larw52,53,54 lub zmieniają zachowanie żywieniowe55.Zmiany te z kolei mogą wpływać na jakość odżywczą pyłku i ostatecznie na przyrost energii w stadium larwalnym.Śmiertelność obserwowana w grupie kontrolnej była zgodna z wynikami innych badań 56,57.
Zaobserwowany w naszej pracy stosunek płci faworyzujący samce można wyjaśnić takimi czynnikami, jak niewystarczające krycie i złe warunki pogodowe podczas kwitnienia, jak wcześniej sugerowali w przypadku O. cornuta przez Vicensa i Boscha.Chociaż w naszym badaniu samice i samce miały cztery dni na kopulację (okres ogólnie uważany za wystarczający do pomyślnego krycia), celowo zmniejszyliśmy intensywność światła, aby zminimalizować stres.Jednakże modyfikacja ta może w niezamierzony sposób zakłócić proces kojarzenia61.Ponadto pszczoły przez kilka dni doświadczają niesprzyjających warunków pogodowych, w tym deszczu i niskich temperatur (<5°C), co również może negatywnie wpłynąć na powodzenie krycia4,23.
Chociaż nasze badanie skupiało się na całym mikrobiomie larwalnym, nasze wyniki dostarczają wglądu w potencjalne powiązania między społecznościami bakteryjnymi, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla żywienia pszczół i narażenia na środki grzybobójcze.Na przykład larwy karmione pyłkiem traktowanym mankozebem znacznie zmniejszyły strukturę i liczebność społeczności drobnoustrojów w porównaniu z larwami karmionymi pyłkiem nietraktowanym.W larwach zjadających nietraktowany pyłek dominowały grupy bakterii Proteobacteria i Actinobacteria, które były przeważnie tlenowe lub fakultatywnie tlenowe.Wiadomo, że bakterie Delft, zwykle kojarzone z samotnymi gatunkami pszczół, mają działanie antybiotykowe, co wskazuje na potencjalną rolę ochronną przed patogenami.Inny gatunek bakterii, Pseudomonas, występował obficie w larwach karmionych nietraktowanym pyłkiem, ale jego liczebność była znacznie zmniejszona w przypadku larw traktowanych mankozebem.Nasze wyniki potwierdzają wcześniejsze badania identyfikujące Pseudomonas jako jeden z najliczniejszych rodzajów O. bicornis35 i innych samotnych os34.Chociaż nie badano eksperymentalnych dowodów na rolę Pseudomonas w zdrowiu O. cornifrons, wykazano, że bakteria ta promuje syntezę toksyn ochronnych u chrząszcza Paederus fuscipes i metabolizm argininy in vitro 35, 65. Obserwacje te sugerują, że potencjalną rolę w obronie wirusowej i bakteryjnej w okresie rozwoju larw O. cornifrons.Microbacterium to kolejny rodzaj zidentyfikowany w naszym badaniu, który według doniesień występuje w dużych ilościach u larw muchy czarnego żołnierza w warunkach głodu66.U larw O. cornifrons mikrobakterie mogą przyczyniać się do równowagi i odporności mikrobiomu jelitowego w warunkach stresowych.Ponadto Rhodococcus występuje w larwach O. cornifrons i jest znany ze swoich zdolności detoksykacyjnych67.Rodzaj ten występuje także w jelitach A. florea, ale w bardzo małych ilościach68.Nasze wyniki wskazują na obecność wielu zmian genetycznych w wielu taksonach drobnoustrojów, które mogą zmieniać procesy metaboliczne u larw.Konieczne jest jednak lepsze zrozumienie różnorodności funkcjonalnej O. cornifrons.
Podsumowując, wyniki wskazują, że mankozeb, pirytiostrobina i trifloksystrobina zmniejszają przyrost masy ciała i zwiększają śmiertelność larw omacnicy prosowianki.Chociaż istnieją coraz większe obawy dotyczące wpływu środków grzybobójczych na zapylacze, istnieje potrzeba lepszego zrozumienia wpływu pozostałości metabolitów tych związków.Wyniki te można uwzględnić w zaleceniach dotyczących zintegrowanych programów zwalczania zapylaczy, które pomagają rolnikom unikać stosowania niektórych środków grzybobójczych przed kwitnieniem drzew owocowych i w jego trakcie poprzez wybór środków grzybobójczych i zmianę terminu ich stosowania lub poprzez zachęcanie do stosowania mniej szkodliwych substancji alternatywnych 36. Informacje te jest ważne przy opracowywaniu rekomendacji.dotyczące stosowania pestycydów, takie jak dostosowywanie istniejących programów oprysków i zmiana harmonogramu oprysków przy wyborze środków grzybobójczych lub promowanie stosowania mniej niebezpiecznych substancji alternatywnych.Konieczne są dalsze badania nad niekorzystnym wpływem środków grzybobójczych na stosunek płci, zachowanie żywieniowe, mikrobiom jelitowy i mechanizmy molekularne leżące u podstaw utraty masy ciała i śmiertelności omacnicy prosowianki.
Dane źródłowe 1, 2 i 3 na rysunkach 1 i 2 zostały zdeponowane w repozytorium danych figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 i https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Sekwencje analizowane w bieżącym badaniu (ryc. 4, 5) są dostępne w repozytorium NCBI SRA pod numerem dostępu PRJNA1023565.
Bosch, J. i Kemp, WP Rozwój i zadomowienie się gatunków pszczół miodnych jako zapylaczy upraw rolnych na przykładzie rodzaju Osmia.(Hymenoptera: Megachilidae) i drzewa owocowe.byk.Więcej.ratunek.92, 3–16 (2002).
Parker, MG i in.Praktyki zapylania i postrzeganie alternatywnych zapylaczy wśród plantatorów jabłek w Nowym Jorku i Pensylwanii.aktualizacja.Rolnictwo.systemy żywnościowe.35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL i Ricketts TH Ekologia i ekonomika zapylania migdałów przy użyciu rodzimych pszczół.J. Ekonomia.Więcej.111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. i Park, Y.-L.Wpływ zmian klimatycznych na fenologię tragopanu: implikacje dla zarządzania populacją.Wspinać się.Zmień 150, 305–317 (2018).
Artz, DR i Pitts-Singer, TL Wpływ oprysków środkami grzybobójczymi i adiuwantami na zachowanie lęgowe dwóch pszczół samotnych utrzymywanych w hodowli (Osmia lignaria i Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. i in.Nisko toksyczny środek grzybobójczy dla upraw (fenbukonazol) zakłóca sygnały dotyczące jakości reprodukcji samców, powodując zmniejszenie powodzenia godowego u dzikich pszczół samotnic.J. Aplikacje.ekologia.59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. i in.Insektycydy neonikotynoidowe i biosynteza ergosterolu hamują synergistyczną śmiertelność środków grzybobójczych u trzech gatunków pszczół.Zwalczanie szkodników.nauka.73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.i Danforth BN Samotne larwy osy zmieniają różnorodność bakteryjną dostarczaną przez pyłek pszczołom gniazdującym na łodygach Osmia cornifrons (Megachilidae).przód.mikroorganizm.13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN i Steffan SA Mikroorganizmy ektosymbiotyczne w sfermentowanym pyłku są tak samo ważne dla rozwoju pszczół samotników jak sam pyłek.ekologia.ewolucja.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F i Thalheimer M. Sadzenie międzyrzędowe w sadach jabłoniowych w celu zwalczania chorób ponownego siewu: praktyczne badanie skuteczności w oparciu o wskaźniki mikrobiologiczne.Gleba roślinna 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG i Peter KA Gorzka zgnilizna jabłek w środkowoatlantyckich Stanach Zjednoczonych: ocena gatunków sprawczych oraz wpływ regionalnych warunków pogodowych i podatności odmian.Fitopatologia 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK.i Stanley DA Fungicydy, herbicydy i pszczoły: systematyczny przegląd istniejących badań i metod.PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED i Jepson, PC Synergistyczne działanie środków grzybobójczych EBI i insektycydów pyretroidowych na pszczoły miodne (Apis mellifera).szkodzi nauce.39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE i Peng, CY Wpływ wybranych środków grzybobójczych na wzrost i rozwój larw pszczół miodnych Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae).Środa.Więcej.33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. i McArt, S. Przewodnik dotyczący decyzji dotyczących stosowania pestycydów w celu ochrony zapylaczy w sadach drzewnych (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM i Hogendoorn, K. Narażenie pszczół na środki niebędące pestycydami: przegląd metod i zgłoszonych wyników.Rolnictwo.ekosystem.Środa.314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA.i Pitts-Singer TL Wpływ rodzaju dostaw i narażenia na pestycydy na rozwój larw Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae).Środa.Więcej.51, 240–251 (2022).
Kopit AM i Pitts-Singer TL Drogi narażenia na pestycydy samotnych pszczół pustych gniazd.Środa.Więcej.47, 499–510 (2018).
Pan, NT i in.Nowy protokół biotestu spożycia do oceny toksyczności pestycydów u dorosłych japońskich pszczół ogrodowych (osmia cornifrons).nauka.Raporty 10, 9517 (2020).
Czas publikacji: 14 maja 2024 r