Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje rezultate, preporučujemo da koristite noviju verziju preglednika (ili da onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stiliziranja ili JavaScripta.
Fungicidi se često koriste tokom cvjetanja voćaka i mogu ugroziti insekte oprašivače. Međutim, malo se zna o tome kako oprašivači koji nisu pčele (npr. solitarne pčele, Osmia cornifrons) reaguju na kontaktne i sistemske fungicide koji se obično koriste na jabukama tokom cvjetanja. Ovaj nedostatak znanja ograničava regulatorne odluke koje određuju sigurne koncentracije i vrijeme prskanja fungicidima. Procijenili smo efekte dva kontaktna fungicida (kaptan i mankozeb) i četiri međuslojna/fitosistemska fungicida (ciprociklin, miklobutanil, pirostrobin i trifloksistrobin). Efekti na povećanje težine larvi, preživljavanje, odnos polova i bakterijsku raznolikost. Evaluacija je provedena korištenjem hroničnog oralnog biološkog testa u kojem je polen tretiran u tri doze na osnovu trenutno preporučene doze za upotrebu na polju (1X), pola doze (0,5X) i niske doze (0,1X). Sve doze mankozeba i piritizolina značajno su smanjile tjelesnu težinu i preživljavanje larvi. Zatim smo sekvencirali gen 16S kako bismo okarakterizirali bakteriom larvi mankozeba, fungicida odgovornog za najveću smrtnost. Otkrili smo da su bakterijska raznolikost i brojnost značajno smanjene kod larvi hranjenih polenom tretiranim mankozebom. Naši laboratorijski rezultati pokazuju da je prskanje nekim od ovih fungicida tokom cvjetanja posebno štetno za zdravlje O. cornifrons. Ove informacije su relevantne za buduće upravljačke odluke u vezi s održivom upotrebom sredstava za zaštitu voćaka i služe kao osnova za regulatorne procese usmjerene na zaštitu oprašivača.
Samotna zidarska pčela Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) unesena je u Sjedinjene Američke Države iz Japana krajem 1970-ih i početkom 1980-ih, i od tada igra važnu ulogu oprašivača u upravljanim ekosistemima. Naturalizirane populacije ove pčele dio su otprilike 50 vrsta divljih pčela koje nadopunjuju pčele koje oprašuju voćnjake badema i jabuka u Sjedinjenim Američkim Državama2,3. Zidarske pčele suočavaju se s mnogim izazovima, uključujući fragmentaciju staništa, patogene i pesticide3,4. Među insekticidima, fungicidi smanjuju dobitak energije, ishranu5 i tjelesnu kondiciju6,7. Iako nedavna istraživanja sugeriraju da na zdravlje zidarskih pčela direktno utječu komenzalni i ektobaktski mikroorganizmi,8,9 jer bakterije i gljivice mogu utjecati na ishranu i imunološki odgovor, učinci izloženosti fungicidima na mikrobnu raznolikost zidarskih pčela tek počinju da se proučavaju.
Fungicidi različitog djelovanja (kontaktni i sistemski) prskaju se u voćnjacima prije i tokom cvjetanja kako bi se tretirale bolesti poput krastavosti jabuke, gorke truleži, smeđe truleži i pepelnice10,11. Fungicidi se smatraju bezopasnim za oprašivače, pa se preporučuju vrtlarima tokom perioda cvjetanja; Izloženost i gutanje ovih fungicida od strane pčela relativno je dobro poznato, jer je dio procesa registracije pesticida od strane Agencije za zaštitu okoliša SAD-a i mnogih drugih nacionalnih regulatornih agencija12,13,14. Međutim, efekti fungicida na nepčele su manje poznati jer nisu obavezni prema sporazumima o odobrenju za stavljanje u promet u Sjedinjenim Američkim Državama15. Osim toga, uglavnom ne postoje standardizovani protokoli za testiranje pojedinačnih pčela16,17, a održavanje kolonija koje osiguravaju pčele za testiranje je izazovno18. Ispitivanja različitih upravljanih pčela sve se više provode u Evropi i SAD-u kako bi se proučili efekti pesticida na divlje pčele, a nedavno su razvijeni standardizovani protokoli za O. cornifrons19.
Rogate pčele su monociti i komercijalno se koriste u uzgoju šarana kao dodatak ili zamjena za medonosne pčele. Ove pčele se pojavljuju između marta i aprila, a prerano sazreli mužjaci se pojavljuju tri do četiri dana prije ženki. Nakon parenja, ženka aktivno sakuplja polen i nektar kako bi obezbijedila niz ćelija legla unutar cjevaste šupljine gnijezda (prirodne ili vještačke)1,20. Jaja se polažu na polen unutar ćelija; ženka zatim gradi glineni zid prije pripreme sljedeće ćelije. Larve prvog stadija su zatvorene u horionu i hrane se embrionalnim tečnostima. Od drugog do petog stadija (predlutke), larve se hrane polenom22. Kada se zaliha polena potpuno iscrpi, larve formiraju čahure, kukulje se i izlaze kao odrasle jedinke u istoj komori za leglo, obično krajem ljeta20,23. Odrasle jedinke izlaze sljedećeg proljeća. Preživljavanje odraslih povezano je s neto dobitkom energije (dobitak na težini) na osnovu unosa hrane. Dakle, nutritivni kvalitet polena, kao i drugi faktori poput vremena ili izloženosti pesticidima, odlučujući su za preživljavanje i zdravlje24.
Insekticidi i fungicidi primijenjeni prije cvjetanja mogu se kretati unutar biljne vaskulaturne mreže u različitim stupnjevima, od translaminarnih (npr. mogu se kretati s gornje površine lišća na donju površinu, poput nekih fungicida) 25 do istinski sistemskih učinaka. , koji mogu prodrijeti u krošnju iz korijena, mogu ući u nektar cvjetova jabuke26, gdje mogu ubiti odrasle O. cornifrons27. Neki pesticidi se također ispiru u polen, utječući na razvoj larvi kukuruza i uzrokujući njihovu smrt19. Druge studije su pokazale da neki fungicidi mogu značajno promijeniti ponašanje gniježđenja srodne vrste O. lignaria28. Osim toga, laboratorijske i terenske studije koje simuliraju scenarije izloženosti pesticidima (uključujući fungicide) pokazale su da pesticidi negativno utječu na fiziologiju 22 morfologiju 29 i preživljavanje medonosnih pčela i nekih solitarnih pčela. Različiti fungicidni sprejevi primijenjeni direktno na otvorene cvjetove tokom cvjetanja mogu kontaminirati polen koji odrasle jedinke sakupljaju za razvoj larvi, čiji se učinci tek trebaju proučiti30.
Sve se više prepoznaje da na razvoj larvi utiču polen i mikrobne zajednice probavnog sistema. Mikrobiom medonosne pčele utiče na parametre kao što su tjelesna masa31, metaboličke promjene22 i osjetljivost na patogene32. Prethodne studije su ispitivale uticaj razvojnog stadija, hranjivih tvari i okoline na mikrobiom solitarnih pčela. Ove studije su otkrile sličnosti u strukturi i brojnosti larvalnog i polenskog mikrobioma33, kao i najčešće bakterijske rodove Pseudomonas i Delftia, među vrstama solitarnih pčela. Međutim, iako su fungicidi povezani sa strategijama zaštite zdravlja pčela, efekti fungicida na larvalni mikrobiot putem direktne oralne izloženosti ostaju neistraženi.
Ova studija testirala je efekte stvarnih doza šest uobičajeno korištenih fungicida registrovanih za upotrebu na voćkama u Sjedinjenim Američkim Državama, uključujući kontaktne i sistemske fungicide koji se oralno primjenjuju na larve kukuruznog roga iz kontaminirane hrane. Otkrili smo da kontaktni i sistemski fungicidi smanjuju porast tjelesne težine pčela i povećavaju smrtnost, s najtežim efektima povezanim s mankozebom i piritiopidom. Zatim smo uporedili mikrobnu raznolikost larvi hranjenih dijetom polena tretiranom mankozebom s onima hranjenim kontrolnom dijetom. Razmatramo potencijalne mehanizme koji leže u osnovi smrtnosti i implikacije za programe integriranog upravljanja štetočinama i oprašivačima (IPPM)36.
Odrasle jedinke O. cornifrons koje su prezimile u čahurama nabavljene su iz Centra za istraživanje voća u Biglervilleu, Pennsylvania, i čuvane su na temperaturi od -3 do 2°C (±0,3°C). Prije eksperimenta (ukupno 600 čahura). U maju 2022. godine, 100 čahura O. cornifrons svakodnevno je premještano u plastične čašice (50 čahura po čašici, DI dužine 5 cm × 15 cm), a unutar čašica su stavljane maramice kako bi se podstaklo otvaranje i obezbijedila žvakaća podloga, smanjujući stres za kamenjarke37. Stavite dvije plastične čašice koje sadrže čahure u kavez za insekte (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tajvan) sa hranilicama od 10 ml koje sadrže 50% rastvor saharoze i čuvajte četiri dana kako biste osigurali zatvaranje i parenje. Temperatura okoline: 23°C, relativna vlažnost 60%, fotoperiod 10 l (nizak intenzitet): 14 dana. 100 parenih ženki i mužjaka puštano je svakog jutra tokom šest dana (100 dnevno) u dva vještačka gnijezda tokom vrhunca cvjetanja jabuke (gnijezdo-klopka: širina 33,66 × visina 30,48 × dužina 46,99 cm; Dodatna slika 1). Smješteno u Državnom arboretumu Pennsylvanije, blizu trešnje (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), breskve (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), kruške (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), jabuke coronaria (Malus coronaria) i brojnih sorti jabuka (Malus coronaria, Malus), domaće jabuke 'Co-op 30′ Enterprise™, jabuke Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonije 'Freedom', begonije 'Golden Delicious', begonije 'Nova Spy'). Svaka plava plastična kućica za ptice stavlja se na dvije drvene kutije. Svaka kutija za gnijezdo sadržavala je 800 praznih kraft papirnih cijevi (spiralno otvorenih, 0,8 cm unutarnjeg promjera × 15 cm dužine) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) umetnutih u neprozirne celofanske cijevi (0,7 vanjskog promjera, vidi ). Plastični čepovi (T-1X čepovi) osiguravaju mjesta za gniježđenje.
Obje kutije za gnijezdo bile su okrenute prema istoku i prekrivene zelenom plastičnom vrtnom ogradom (Everbilt model #889250EB12, veličina otvora 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) kako bi se spriječio pristup glodara i ptica, te su postavljene na površinu tla pored kutija sa zemljom u kutiji za gnijezdo. Kutija za gnijezdo (Dodatna slika 1a). Jaja kukuruznog moljca sakupljana su svakodnevno sakupljanjem 30 epruveta iz gnijezda i njihovim transportom u laboratorij. Pomoću makaza napravite rez na kraju cijevi, a zatim rastavite spiralnu cijev kako biste otkrili ćelije legla. Pojedinačna jaja i njihov polen uklonjeni su pomoću zakrivljene špatule (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., Kalifornija). Jaja su inkubirana na vlažnom filter papiru i stavljena u Petrijevu zdjelicu na 2 sata prije nego što su korištena u našim eksperimentima (Dodatna slika 1b-d).
U laboratoriji smo procijenili oralnu toksičnost šest fungicida primijenjenih prije i tokom cvjetanja jabuke u tri koncentracije (0,1X, 0,5X i 1X, gdje je 1X oznaka primijenjena na 100 galona vode/akru. Visoka doza na polju = koncentracija na polju). (Tabela 1). Svaka koncentracija je ponovljena 16 puta (n = 16). Dva kontaktna fungicida (Tabela S1: mankozeb 2696,14 ppm i kaptan 2875,88 ppm) i četiri sistemska fungicida (Tabela S1: piritiostrobin 250,14 ppm; trifloksistrobin 110,06 ppm; miklobutanil azol 75,12 ppm; ciprodinil 280,845 ppm) pokazali su toksičnost za voće, povrće i ukrasne kulture. Polen smo homogenizirali pomoću mlina za kuku, prebacili 0,20 g u jažicu (Falcon ploča sa 24 jažice) i dodali i pomiješali 1 μL rastvora fungicida kako bismo formirali piramidalni polen sa jažicama dubine 1 mm u koje su stavljena jaja. Stavili smo ih pomoću mini špatule (Dodatna slika 1c,d). Falcon ploče su čuvane na sobnoj temperaturi (25°C) i relativnoj vlažnosti od 70%. Uporedili smo ih sa kontrolnim larvama hranjenim homogenom polenskom ishranom tretiranom čistom vodom. Zabilježili smo smrtnost i mjerili težinu larvi svaki drugi dan dok larve nisu dostigle predpupalnu dob koristeći analitičku vagu (Fisher Scientific, tačnost = 0,0001 g). Konačno, odnos polova je procijenjen otvaranjem čahure nakon 2,5 mjeseca.
DNK je ekstrahovana iz cijelih larvi O. cornifrons (n = 3 po tretmanu, polen tretiran i netretiran mankozebom) i na ovim uzorcima smo proveli analize mikrobne raznolikosti, posebno zato što je kod mankozeba najveća smrtnost uočena kod larvi koje su primale MnZn. DNK je amplifikovana, pročišćena korištenjem DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kita (Zymo Research, Irvine, CA) i sekvencirana (600 ciklusa) na Illumina® MiSeq™ koristeći v3 kit. Ciljano sekvenciranje bakterijskih 16S ribosomskih RNA gena izvršeno je korištenjem Quick-16S™ NGS Library Prep Kit-a (Zymo Research, Irvine, CA) koristeći prajmere koji ciljaju V3-V4 regiju 16S rRNA gena. Dodatno, 18S sekvenciranje je izvršeno korištenjem 10% PhiX inkluzije, a amplifikacija je izvršena korištenjem para prajmera 18S001 i NS4.
Uvezite i obradite uparene očitavanja39 koristeći QIIME2 cjevovod (v2022.11.1). Ova očitavanja su skraćena i spojena, a himerne sekvence su uklonjene korištenjem DADA2 dodatka u QIIME2 (qiime dada2 uparivanje šuma)40. Dodjela klasa 16S i 18S izvršena je korištenjem dodatka za klasifikator objekata Classify-sklearn i prethodno obučenog artefakta silva-138-99-nb-classifier.
Svi eksperimentalni podaci su provjereni na normalnost (Shapiro-Wilks) i homogenost varijansi (Leveneov test). Budući da skup podataka nije ispunjavao pretpostavke parametarske analize i transformacija nije uspjela standardizirati reziduale, izvršili smo neparametrijsku dvosmjernu ANOVA (Kruskal-Wallis) s dva faktora [vrijeme (trofazne vremenske tačke od 2, 5 i 8 dana) i fungicid] kako bismo procijenili učinak tretmana na svježu težinu larvi, a zatim su izvršena post hoc neparametrijska poređenja parova korištenjem Wilcoxon testa. Koristili smo generalizirani linearni model (GLM) s Poissonovom distribucijom kako bismo uporedili učinke fungicida na preživljavanje pri tri koncentracije fungicida41,42. Za analizu diferencijalne abundancije, broj varijanti sekvence amplikona (ASV) je smanjen na nivo roda. Poređenja diferencijalne abundancije između grupa korištenjem 16S (nivo roda) i relativne abundancije 18S izvršena su korištenjem generaliziranog aditivnog modela za položaj, veličinu i oblik (GAMLSS) s beta zero-inflatiranim (BEZI) porodičnim distribucijama, koje su modelirane na makro. u Microbiome R43 (v1.1). 1). Uklonite mitohondrijske i hloroplastne vrste prije diferencijalne analize. Zbog različitih taksonomskih nivoa 18S, za diferencijalne analize korišten je samo najniži nivo svakog taksona. Sve statističke analize izvršene su korištenjem R (v. 3.4.3., CRAN projekat) (Tim 2013).
Izloženost mankozebu, piritiostrobinu i trifloksistrobinu značajno je smanjila porast tjelesne težine kod O. cornifrons (Slika 1). Ovi efekti su dosljedno uočeni za sve tri procijenjene doze (Slika 1a-c). Ciklostrobin i miklobutanil nisu značajno smanjili težinu larvi.
Prosječna svježa težina larvi matičnog svrdla mjerena je u tri vremenske tačke pod četiri tretmana ishrane (homogena polenska ishrana + fungicid: kontrola, doze 0,1X, 0,5X i 1X). (a) Niska doza (0,1X): prva vremenska tačka (dan 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, druga vremenska tačka (dan 5): 22,83, DF = 0,0009; treća vremenska tačka; tačka (dan 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) pola doze (0,5X): prva vremenska tačka (dan 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, druga vremenska tačka (dan prvi): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; treća vremenska tačka (dan 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Mjesto ili puna doza (1X): prva vremenska tačka (dan 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, druga vremenska tačka (dan 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; treća vremenska tačka (dan 8): χ2: 28,39, DF = 6; neparametrijska analiza varijanse. Trake predstavljaju srednju vrijednost ± SE parnih poređenja (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Pri najnižoj dozi (0,1X), tjelesna težina larvi smanjena je za 60% kod trifloksistrobina, 49% kod mankozeba, 48% kod miklobutanila i 46% kod piritistrobina (Slika 1a). Kada su izložene polovini poljske doze (0,5X), tjelesna težina larvi mankozeba smanjena je za 86%, piritiostrobina za 52%, a trifloksistrobina za 50% (Slika 1b). Puna poljska doza (1X) mankozeba smanjila je težinu larvi za 82%, piritiostrobin za 70%, a trifloksistrobin, miklobutanil i sangard za približno 30% (Slika 1c).
Mortalitet je bio najveći među larvama hranjenim polenom tretiranim mankozebom, a zatim piritiostrobinom i trifloksistrobinom. Mortalitet se povećavao s povećanjem doza mankozeba i piritizolina (Slika 2; Tabela 2). Međutim, mortalitet kukuruznog moljca se samo neznatno povećao s povećanjem koncentracije trifloksistrobina; ciprodinil i kaptan nisu značajno povećali mortalitet u poređenju s kontrolnim tretmanima.
Mortalitet larvi muhe svrdlaša upoređen je nakon ingestije polena pojedinačno tretiranog sa šest različitih fungicida. Mankozeb i pentopiramid bili su osjetljiviji na oralnu izloženost kukuruznim crvima (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linija, nagib = 0,29, P < 0,001; nagib = 0,24, P <0,00)).
U prosjeku, u svim tretmanima, 39,05% pacijenata bile su žene, a 60,95% muškarci. Među kontrolnim tretmanima, udio žena bio je 40% i u studijama s niskom dozom (0,1X) i u studijama s pola doze (0,5X), te 30% u studijama s poljskom dozom (1X). Pri dozi od 0,1X, među larvama hranjenim polenom tretiranim mankozebom i miklobutanilom, 33,33% odraslih jedinki bile su ženke, 22% odraslih jedinki bile su ženke, 44% odraslih larvi bile su ženke, 44% odraslih larvi bile su ženke, 41% odraslih larvi bile su ženke, a kontrolna grupa je činila 31% (Slika 3a). Pri 0,5 puta većoj dozi, 33% odraslih crva u grupi koja je primala mankozeb i piritiostrobin bile su ženke, 36% u grupi koja je primala trifloksistrobin, 41% u grupi koja je primala miklobutanil i 46% u grupi koja je primala ciprostrobin. Ova brojka je iznosila 53% u grupi koja je primala kaptan i 38% u kontrolnoj grupi (Slika 3b). Pri 1X dozi, 30% grupe koja je primala mankozeb bile su žene, 36% grupe koja je primala piritiostrobin, 44% grupe koja je primala trifloksistrobin, 38% grupe koja je primala miklobutanil i 50% kontrolne grupe bile su žene – 38,5% (Slika 3c).
Procenat ženki i mužjaka svrdlaša nakon izlaganja fungicidu u larvalnom stadiju. (a) Niska doza (0,1X). (b) Pola doze (0,5X). (c) Poljska doza ili puna doza (1X).
Analiza 16S sekvence pokazala je da se bakterijska grupa razlikovala između larvi hranjenih polenom tretiranim mankozebom i larvi hranjenih netretiranim polenom (Slika 4a). Mikrobni indeks netretiranih larvi hranjenih polenom bio je veći od indeksa larvi hranjenih polenom tretiranim mankozebom (Slika 4b). Iako uočena razlika u bogatstvu između grupa nije bila statistički značajna, bila je značajno niža od one uočene kod larvi koje su se hranile netretiranim polenom (Slika 4c). Relativna abundancija pokazala je da je mikrobiota larvi hranjenih kontrolnim polenom bila raznolikija od mikrobiote larvi hranjenih larvama tretiranim mankozebom (Slika 5a). Deskriptivna analiza otkrila je prisustvo 28 rodova u kontrolnim i uzorcima tretiranim mankozebom (Slika 5b). c Analiza korištenjem 18S sekvenciranja nije otkrila značajne razlike (Dopunska slika 2).
SAV profili zasnovani na 16S sekvencama upoređeni su sa Shannon-ovim bogatstvom i uočenim bogatstvom na nivou koljena. (a) Analiza glavnih koordinata (PCoA) zasnovana na ukupnoj strukturi mikrobne zajednice kod netretiranih larvi hranjenih polenom ili kontrolne (plavo) i larvi hranjenih mankozebom (narandžasto). Svaka tačka podataka predstavlja zaseban uzorak. PCoA je izračunat korištenjem Bray-Curtisove udaljenosti multivarijantne t-distribucije. Ovali predstavljaju nivo pouzdanosti od 80%. (b) Boxplot, sirovi Shannon-ovi podaci o bogatstvu (tačke) i c. Uočljivo bogatstvo. Boxplotovi prikazuju okvire za medijanu, interkvartilni raspon (IQR) i 1,5 × IQR (n = 3).
Sastav mikrobnih zajednica larvi hranjenih polenom tretiranim i netretiranim mankozebom. (a) Relativna zastupljenost mikrobnih rodova kod larvi. (b) Toplotna mapa identifikovanih mikrobnih zajednica. Delftia (omjer šansi (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); Redovi toplotne mape su grupisani korištenjem korelacijske udaljenosti i prosječne povezanosti.
Naši rezultati pokazuju da oralna izloženost kontaktnim (mankozeb) i sistemskim (pirostrobin i trifloksistrobin) fungicidima, široko primijenjenim tokom cvjetanja, značajno smanjuje porast težine i povećava smrtnost larvi kukuruza. Osim toga, mankozeb je značajno smanjio raznolikost i bogatstvo mikrobioma tokom predpupalne faze. Miklobutanil, još jedan sistemski fungicid, značajno je smanjio porast tjelesne težine larvi u sve tri doze. Ovaj efekat je bio evidentan u drugoj (5. dan) i trećoj (8. dan) vremenskoj tački. Nasuprot tome, ciprodinil i kaptan nisu značajno smanjili porast težine ili preživljavanje u poređenju sa kontrolnom grupom. Koliko znamo, ovaj rad je prvi koji određuje efekte poljskih doza različitih fungicida koji se koriste za zaštitu usjeva kukuruza putem direktne izloženosti polenu.
Svi tretmani fungicidima značajno su smanjili porast tjelesne težine u poređenju s kontrolnim tretmanima. Mankozeb je imao najveći učinak na porast tjelesne težine larvi sa prosječnim smanjenjem od 51%, a slijedi ga piritiostrobin. Međutim, druge studije nisu prijavile štetne efekte poljskih doza fungicida na larvalne stadije44. Iako je dokazano da ditiokarbamatni biocidi imaju nisku akutnu toksičnost45, etilen bisditiokarbamati (EBDCS) poput mankozeba mogu se razgraditi do uree etilen sulfida. S obzirom na njegove mutagene efekte kod drugih životinja, ovaj produkt razgradnje može biti odgovoran za uočene efekte46,47. Prethodne studije su pokazale da na formiranje etilen tiouree utiču faktori kao što su povišena temperatura48, nivo vlažnosti49 i dužina skladištenja proizvoda50. Pravilni uslovi skladištenja biocida mogu ublažiti ove nuspojave. Osim toga, Evropska agencija za sigurnost hrane izrazila je zabrinutost zbog toksičnosti piritiopida, za koji je dokazano da je kancerogen za probavni sistem drugih životinja51.
Oralna primjena mankozeba, piritiostrobina i trifloksistrobina povećava smrtnost larvi kukuruznog moljca. Nasuprot tome, miklobutanil, ciprociklin i kaptan nisu imali utjecaja na smrtnost. Ovi rezultati se razlikuju od rezultata Ladurnera i suradnika.52, koji su pokazali da kaptan značajno smanjuje preživljavanje odraslih O. lignaria i Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Osim toga, utvrđeno je da fungicidi poput kaptana i boskalida uzrokuju smrtnost larvi52,53,54 ili mijenjaju ponašanje hranjenja55. Ove promjene, zauzvrat, mogu utjecati na nutritivni kvalitet polena i u konačnici na dobitak energije u larvalnoj fazi. Smrtnost uočena u kontrolnoj grupi bila je u skladu s drugim studijama 56,57.
Odnos polova koji favorizuje mužjake, uočen u našem radu, može se objasniti faktorima kao što su nedovoljno parenje i loši vremenski uslovi tokom cvjetanja, kao što su prethodno za O. cornuta sugerisali Vicens i Bosch. Iako su ženke i mužjaci u našoj studiji imali četiri dana za parenje (period koji se generalno smatra dovoljnim za uspješno parenje), namjerno smo smanjili intenzitet svjetlosti kako bismo smanjili stres. Međutim, ova modifikacija može nenamjerno ometati proces parenja61. Osim toga, pčele doživljavaju nekoliko dana nepovoljnih vremenskih uslova, uključujući kišu i niske temperature (<5°C), što također može negativno uticati na uspjeh parenja4,23.
Iako se naša studija fokusirala na cijeli larvalni mikrobiom, naši rezultati pružaju uvid u potencijalne odnose među bakterijskim zajednicama koje mogu biti ključne za ishranu pčela i izloženost fungicidima. Na primjer, larve hranjene polenom tretiranim mankozebom imale su značajno smanjenu strukturu i brojnost mikrobne zajednice u poređenju sa larvama hranjenim netretiranim polenom. Kod larvi koje su konzumirale netretirani polen, bakterijske grupe Proteobacteria i Actinobacteria bile su dominantne i bile su pretežno aerobne ili fakultativno aerobne. Poznato je da Delft bakterije, obično povezane sa solitarnim vrstama pčela, imaju antibiotsku aktivnost, što ukazuje na potencijalnu zaštitnu ulogu protiv patogena. Druga bakterijska vrsta, Pseudomonas, bila je obilna kod larvi hranjenih netretiranim polenom, ali je bila značajno smanjena kod larvi tretiranih mankozebom. Naši rezultati podržavaju prethodne studije koje su identificirale Pseudomonas kao jedan od najbrojnijih rodova kod O. bicornis35 i drugih solitarnih osa34. Iako eksperimentalni dokazi o ulozi Pseudomonasa u zdravlju O. cornifrons nisu proučavani, pokazano je da ova bakterija potiče sintezu zaštitnih toksina kod bube Paederus fuscipes i potiče metabolizam arginina in vitro 35, 65. Ova zapažanja ukazuju na potencijalnu ulogu u virusnoj i bakterijskoj odbrani tokom razvoja larvi O. cornifrons. Microbacterium je još jedan rod identificiran u našoj studiji za koji se navodi da je prisutan u velikom broju kod larvi crne vojničke muhe u uslovima gladovanja66. Kod larvi O. cornifrons, mikrobakterije mogu doprinijeti ravnoteži i otpornosti crijevnog mikrobioma u uslovima stresa. Osim toga, Rhodococcus se nalazi u larvama O. cornifrons i poznat je po svojim sposobnostima detoksikacije67. Ovaj rod se također nalazi u crijevima A. florea, ali u vrlo maloj količini68. Naši rezultati pokazuju prisustvo višestrukih genetskih varijacija u brojnim mikrobnim taksonima koje mogu promijeniti metaboličke procese kod larvi. Međutim, potrebno je bolje razumijevanje funkcionalne raznolikosti O. cornifrons.
Ukratko, rezultati pokazuju da su mankozeb, piritiostrobin i trifloksistrobin smanjili prirast tjelesne težine i povećali smrtnost larvi kukuruznog moljca. Iako postoji sve veća zabrinutost zbog utjecaja fungicida na oprašivače, postoji potreba za boljim razumijevanjem utjecaja rezidualnih metabolita ovih spojeva. Ovi rezultati mogu se uključiti u preporuke za integrirane programe upravljanja oprašivačima koji pomažu poljoprivrednicima da izbjegnu upotrebu određenih fungicida prije i tokom cvjetanja voćaka odabirom fungicida i promjenom vremena primjene ili poticanjem upotrebe manje štetnih alternativa 36. Ove informacije su važne za razvoj preporuka o upotrebi pesticida, kao što je prilagođavanje postojećih programa prskanja i promjena vremena prskanja pri odabiru fungicida ili promoviranje upotrebe manje opasnih alternativa. Potrebna su daljnja istraživanja o štetnim učincima fungicida na odnos spolova, ponašanje u hranjenju, crijevni mikrobiom i molekularne mehanizme koji su u osnovi gubitka težine i smrtnosti kukuruznog moljca.
Izvorni podaci 1, 2 i 3 na slikama 1 i 2 pohranjeni su u figshare repozitoriju podataka DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 i https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Sekvence analizirane u trenutnoj studiji (slike 4, 5) dostupne su u NCBI SRA repozitoriju pod pristupnim brojem PRJNA1023565.
Bosch, J. i Kemp, WP Razvoj i uspostavljanje vrsta medonosnih pčela kao oprašivača poljoprivrednih kultura: primjer roda Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) i voćaka. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG i dr. Prakse oprašivanja i percepcije alternativnih oprašivača među uzgajivačima jabuka u New Yorku i Pennsylvaniji. ažuriranje. Poljoprivreda. prehrambeni sistemi. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL i Ricketts TH Ekologija i ekonomija oprašivanja badema korištenjem domaćih pčela. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. i Park, Y.-L. Utjecaji klimatskih promjena na fenologiju tragopana: implikacije za upravljanje populacijom. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR i Pitts-Singer, TL Učinak fungicidnih i adjuvantnih sprejeva na ponašanje gniježđenja dviju uzgajanih solitarnih pčela (Osmia lignaria i Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. i dr. Niskotoksični fungicid za usjeve (fenbukonazol) ometa signale muške reproduktivne kvalitete, što rezultira smanjenim uspjehom parenja kod divljih solitarnih pčela. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. i dr. Neonikotinoidni insekticidi i biosinteza ergosterola potiskuju sinergijski mortalitet fungicida kod tri vrste pčela. Suzbijanje štetočina. Nauka. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. i Danforth BN Solitarne larve osa mijenjaju bakterijsku raznolikost koju polen osigurava pčelama koje se gnijezde na matičnim stabljikama. Osmia cornifrons (Megachilidae). prednji dio. mikroorganizam. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN i Steffan SA Ektosimbiotski mikroorganizmi u fermentiranom polenu su jednako važni za razvoj solitarnih pčela kao i sam polen. ekologija. evolucija. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F i Thalheimer M. Međuredna sadnja u voćnjacima jabuka radi suzbijanja bolesti ponovnog sjetve: studija praktične efikasnosti zasnovana na mikrobnim indikatorima. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG i Peter KA Gorka trulež jabuka u srednjoatlantskom dijelu Sjedinjenih Američkih Država: procjena uzročnih vrsta i utjecaj regionalnih vremenskih uvjeta i osjetljivost kultivara. Fitopatologija 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK i Stanley DA Fungicidi, herbicidi i pčele: sistematski pregled postojećih istraživanja i metoda. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED i Jepson, PC Sinergijski efekti EBI fungicida i piretroidnih insekticida na medonosne pčele (Apis mellifera). Štetočine u nauci. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE i Peng, CY Učinak odabranih fungicida na rast i razvoj larvi medonosne pčele Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Srijeda. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. i McArt, S. Vodič za donošenje odluka o upotrebi pesticida za zaštitu oprašivača u voćnjacima (Univerzitet Cornell, 2018).
Iwasaki, JM i Hogendoorn, K. Izloženost pčela nepesticidima: pregled metoda i objavljenih rezultata. Poljoprivreda. ekosistem. Srijeda. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA i Pitts-Singer TL Utjecaj vrste opskrbe i izloženosti pesticidima na razvoj larvi Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Srijeda. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM i Pitts-Singer TL Putevi izloženosti pesticidima kod solitarnih pčela koje žive u praznim gnijezdima. Srijeda. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT i dr. Novi protokol biološkog testa ingestije za procjenu toksičnosti pesticida kod odraslih japanskih vrtnih pčela (Osmia cornifrons). Nauka. Izvještaji 10, 9517 (2020).
Vrijeme objave: 14. maj 2024.