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 onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stiliziranja ili JavaScripta.
Fungicidi se često koriste tijekom cvjetanja voćaka i mogu ugroziti kukce oprašivače. Međutim, malo se zna o tome kako oprašivači koji nisu pčele (npr. solitarne pčele, Osmia cornifrons) reagiraju na kontaktne i sistemske fungicide koji se obično koriste na jabukama tijekom cvatnje. Ovaj nedostatak znanja ograničava regulatorne odluke koje određuju sigurne koncentracije i vrijeme prskanja fungicidima. Procijenili smo učinke dva kontaktna fungicida (kaptan i mankozeb) i četiri međuslojna/fitosistemska fungicida (ciprociklin, miklobutanil, pirostrobin i trifloksistrobin). Učinci na porast težine ličinki, preživljavanje, omjer spolova i bakterijsku raznolikost. Evaluacija je provedena korištenjem kroničnog oralnog biološkog testa u kojem je pelud tretiran u tri doze na temelju trenutno preporučene doze za upotrebu na polju (1X), polovične doze (0,5X) i niske doze (0,1X). Sve doze mankozeba i piritizolina značajno su smanjile tjelesnu težinu i preživljavanje ličinki. Zatim smo sekvencirali gen 16S kako bismo karakterizirali bakteriom ličinki mankozeba, fungicida odgovornog za najveću smrtnost. Otkrili smo da su bakterijska raznolikost i brojnost značajno smanjene kod ličinki hranjenih peludi tretiranom mankozebom. Naši laboratorijski rezultati pokazuju da je prskanje nekim od ovih fungicida tijekom cvatnje 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, a od tada vrsta igra važnu ulogu oprašivača u upravljanim ekosustavima. 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 izravno utječu komenzalni i ektobaktski mikroorganizmi,8,9 jer bakterije i gljivice mogu utjecati na prehranu i imunološki odgovor, učinci izloženosti fungicidima na mikrobnu raznolikost zidarskih pčela tek se počinju proučavati.
Fungicidi različitog djelovanja (kontaktni i sistemski) prskaju se u voćnjacima prije i tijekom cvatnje kako bi se liječile bolesti poput krastavosti jabuke, gorke truleži, smeđe truleži i pepelnice10,11. Fungicidi se smatraju bezopasnima za oprašivače, pa se preporučuju vrtlarima tijekom razdoblja cvatnje; Izloženost i gutanje ovih fungicida od strane pčela relativno je dobro poznato, jer je dio postupka registracije pesticida od strane Agencije za zaštitu okoliša SAD-a i mnogih drugih nacionalnih regulatornih agencija12,13,14. Međutim, učinci fungicida na nepčele manje su poznati jer nisu potrebni prema ugovorima o odobrenju za stavljanje u promet u Sjedinjenim Državama15. Osim toga, općenito ne postoje standardizirani protokoli za testiranje pojedinačnih pčela16,17, a održavanje kolonija koje osiguravaju pčele za testiranje je izazovno18. U Europi i SAD-u sve se više provode ispitivanja različitih upravljanih pčela kako bi se proučili učinci pesticida na divlje pčele, a nedavno su razvijeni standardizirani 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 ožujka i travnja, a prerano sazrijeli mužjaci pojavljuju se tri do četiri dana prije ženki. Nakon parenja, ženka aktivno skuplja pelud i nektar kako bi osigurala niz stanica legla unutar cjevaste šupljine gnijezda (prirodne ili umjetne)1,20. Jaja se polažu na pelud unutar stanica; ženka zatim gradi glineni zid prije pripreme sljedeće stanice. Ličinke prvog stadija zatvorene su u korionu i hrane se embrionalnim tekućinama. Od drugog do petog stadija (predkukuljice), ličinke se hrane peludom22. Nakon što se zaliha peludi potpuno iscrpi, ličinke 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 temelju unosa hrane. Dakle, nutritivna kvaliteta peludi, kao i drugi čimbenici poput vremena ili izloženosti pesticidima, odrednice su preživljavanja i zdravlja24.
Insekticidi i fungicidi primijenjeni prije cvatnje 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 uistinu 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 pelud, utječući na razvoj ličinki kukuruza i uzrokujući njihovu smrt19. Druge studije pokazale su 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 izravno na otvorene cvjetove tijekom cvatnje mogu kontaminirati pelud koju odrasle pčele skupljaju za razvoj ličinki, čiji se učinci tek trebaju proučiti30.
Sve se više prepoznaje da na razvoj ličinki utječu pelud i mikrobne zajednice probavnog sustava. Mikrobiom medonosne pčele utječe na parametre poput tjelesne mase31, metaboličkih promjena22 i osjetljivosti na patogene32. Prethodne studije ispitivale su utjecaj razvojnog stadija, hranjivih tvari i okoliša na mikrobiom solitarnih pčela. Ove studije otkrile su sličnosti u strukturi i brojnosti ličinki i peludi33, kao i najčešće bakterijske rodove Pseudomonas i Delftia, među vrstama solitarnih pčela. Međutim, iako su fungicidi povezani sa strategijama zaštite zdravlja pčela, učinci fungicida na mikrobiotu ličinki putem izravne oralne izloženosti ostaju neistraženi.
Ova studija testirala je učinke stvarnih doza šest uobičajeno korištenih fungicida registriranih za upotrebu na voću u Sjedinjenim Državama, uključujući kontaktne i sistemske fungicide koji se oralno primjenjuju na ličinke kukuruznog rogača iz kontaminirane hrane. Otkrili smo da kontaktni i sistemski fungicidi smanjuju porast tjelesne težine pčela i povećavaju smrtnost, s najtežim učincima povezanim s mankozebom i piritiopidom. Zatim smo usporedili mikrobnu raznolikost ličinki hranjenih peludnom prehranom tretiranom mankozebom s onima hranjenima kontrolnom prehranom. Raspravljamo o potencijalnim mehanizmima smrtnosti i implikacijama za programe integriranog upravljanja štetnicima i oprašivačima (IPPM)36.
Odrasli O. cornifrons koji su prezimili u čahurama nabavljeni su iz Centra za istraživanje voća, Biglerville, PA, i pohranjeni na -3 do 2 °C (± 0,3 °C). Prije eksperimenta (ukupno 600 čahura). U svibnju 2022., 100 čahura O. cornifrons svakodnevno je prebacivano u plastične čašice (50 čahura po čašici, DI duljine 5 cm × 15 cm), a unutar čašica su stavljene maramice kako bi se potaknulo otvaranje i osigurala žvakaća podloga, smanjujući stres za kamenjarke37. Stavite dvije plastične čašice s čahurama u kavez za insekte (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tajvan) s hranilicama od 10 ml koje sadrže 50%-tnu otopinu saharoze i pohranite četiri dana kako biste osigurali zatvaranje i parenje. 23 °C, relativna vlažnost 60%, fotoperiod 10 l (nizak intenzitet): 14 dana. 100 parenih ženki i mužjaka puštano je svako jutro tijekom šest dana (100 dnevno) u dva umjetna gnijezda tijekom vrhunca cvatnje jabuke (gnijezdo-zamka: širina 33,66 × visina 30,48 × duljina 46,99 cm; Dodatna slika 1). Smješteno u Arboretumu države Pennsylvania, 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 stabala 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 stane na vrh dvije drvene kutije. Svaka kutija za gnijezdo sadržavala je 800 praznih kraft papirnatih cijevi (spiralno otvorenih, 0,8 cm unutarnjeg promjera × 15 cm duljine) (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 glodavaca 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 skupljana su svakodnevno prikupljanjem 30 epruveta iz gnijezda i njihovim transportom u laboratorij. Škarama se napravi rez na kraju cijevi, a zatim se spiralna cijev rastavlja kako bi se otkrile stanice legla. Pojedinačna jaja i njihov pelud uklonjeni su zakrivljenom lopaticom (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 laboratoriju smo procijenili oralnu toksičnost šest fungicida primijenjenih prije i tijekom cvatnje jabuke u tri koncentracije (0,1X, 0,5X i 1X, gdje je 1X oznaka primijenjena na 100 galona vode/akru. Visoka poljska doza = koncentracija na polju)., Tablica 1). Svaka koncentracija je ponovljena 16 puta (n = 16). Dva kontaktna fungicida (Tablica S1: mankozeb 2696,14 ppm i kaptan 2875,88 ppm) i četiri sistemska fungicida (Tablica 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. Pelud smo homogenizirali mlinom, prenijeli 0,20 g u jažicu (Falcon ploča s 24 jažice) te dodali i pomiješali 1 μL otopine fungicida kako bismo formirali piramidalni pelud s jažicama dubine 1 mm u koje su stavljena jaja. Stavili smo pomoću mini špatule (Dodatna slika 1c,d). Falcon ploče su pohranjene na sobnoj temperaturi (25°C) i relativnoj vlažnosti od 70%. Usporedili smo ih s kontrolnim ličinkama hranjenim homogenom peludnom prehranom tretiranom čistom vodom. Zabilježili smo smrtnost i mjerili težinu ličinki svaki drugi dan dok ličinke nisu dosegle predpupalnu dob pomoću analitičke vage (Fisher Scientific, točnost = 0,0001 g). Konačno, omjer spolova procijenjen je otvaranjem čahure nakon 2,5 mjeseca.
DNK je ekstrahirana iz cijelih ličinki O. cornifrons (n = 3 po uvjetima tretmana, pelud tretirana mankozebom i netretirana) te smo proveli analize mikrobne raznolikosti na tim uzorcima, posebno zato što je kod mankozeba najveća smrtnost uočena kod ličinki koje su primale MnZn. DNK je amplificirana, pročišćena pomoću DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kita (Zymo Research, Irvine, CA) i sekvencirana (600 ciklusa) na Illumina® MiSeq™ pomoću v3 kita. Ciljano sekvenciranje bakterijskih 16S ribosomskih RNA gena provedeno je pomoću Quick-16S™ NGS Library Prep Kita (Zymo Research, Irvine, CA) korištenjem primera koji ciljaju V3-V4 regiju 16S rRNA gena. Dodatno, 18S sekvenciranje je provedeno korištenjem 10% PhiX inkluzije, a amplifikacija je provedena korištenjem para primera 18S001 i NS4.
Uvezite i obradite sparene očitanja39 pomoću QIIME2 cjevovoda (v2022.11.1). Ova očitanja su skraćena i spojena, a himerne sekvence su uklonjene pomoću DADA2 dodatka u QIIME2 (qiime dada2 uparivanje šuma)40. Dodjele klasa 16S i 18S izvršene su pomoću dodatka za klasifikaciju objekata Classify-sklearn i prethodno obučenog artefakta silva-138-99-nb-classifier.
Svi eksperimentalni podaci provjereni su na normalnost (Shapiro-Wilks) i homogenost varijanci (Leveneov test). Budući da skup podataka nije zadovoljavao pretpostavke parametarske analize i transformacija nije uspjela standardizirati reziduale, proveli smo neparametrijsku dvosmjernu ANOVA (Kruskal-Wallis) s dva faktora [vrijeme (trofazne vremenske točke od 2, 5 i 8 dana) i fungicid] kako bismo procijenili učinak tretmana na svježu težinu ličinki, a zatim su provedene post hoc neparametrijske usporedbe parova pomoću Wilcoxonovog testa. Koristili smo generalizirani linearni model (GLM) s Poissonovom distribucijom kako bismo usporedili učinke fungicida na preživljavanje pri tri koncentracije fungicida41,42. Za analizu diferencijalne abundancije, broj varijanti sekvence amplikona (ASV) je smanjen na razinu roda. Usporedbe diferencijalne abundancije između skupina korištenjem 16S (razina roda) i relativne abundancije 18S provedene su korištenjem generaliziranog aditivnog modela za položaj, veličinu i oblik (GAMLSS) s beta zero-inflatiranim (BEZI) obiteljskim distribucijama, koje su modelirane na makro. u Microbiome R43 (v1.1). 1). Uklonite mitohondrijske i kloroplastne vrste prije diferencijalne analize. Zbog različitih taksonomskih razina 18S, za diferencijalne analize korištena je samo najniža razina svakog taksona. Sve statističke analize provedene su korištenjem R (v. 3.4.3., CRAN projekt) (Tim 2013).
Izloženost mankozebu, piritiostrobinu i trifloksistrobinu značajno je smanjila porast tjelesne težine kod O. cornifrons (slika 1). Ti su učinci dosljedno uočeni za sve tri procijenjene doze (slika 1a–c). Ciklostrobin i miklobutanil nisu značajno smanjili težinu ličinki.
Prosječna svježa težina ličinki stabljičnog svrdla izmjerena je u tri vremenske točke pod četiri prehrambena tretmana (homogena peludna hrana + fungicid: kontrola, doze 0,1X, 0,5X i 1X). (a) Niska doza (0,1X): prva vremenska točka (1. dan): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, druga vremenska točka (5. dan): 22,83, DF = 0,0009; treća vremenska točka; točka (8. dan): χ2: 28,39, DF = 6; (b) polovična doza (0,5X): prva vremenska točka (1. dan): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, druga vremenska točka (prvi dan): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; treća vremenska točka (8. dan) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Mjesto ili puna doza (1X): prva vremenska točka (1. dan) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, druga vremenska točka (5. dan): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; treća vremenska točka (8. dan): χ2: 28,39, DF = 6; neparametrijska analiza varijance. Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± SE parnih usporedbi (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Pri najnižoj dozi (0,1X), tjelesna težina ličinki smanjena je za 60% s trifloksistrobinom, 49% s mankozebom, 48% s miklobutanilom i 46% s piritistrobinom (slika 1a). Kada su izložene polovici terenske doze (0,5X), tjelesna težina ličinki mankozeba smanjena je za 86%, piritiostrobina za 52%, a trifloksistrobina za 50% (slika 1b). Puna terenska doza (1X) mankozeba smanjila je težinu ličinki za 82%, piritiostrobin za 70%, a trifloksistrobin, miklobutanil i sangard za približno 30% (slika 1c).
Mortalitet je bio najveći među ličinkama hranjenim peludom tretiranom mankozebom, a zatim piritiostrobinom i trifloksistrobinom. Mortalitet se povećavao s povećanjem doza mankozeba i piritizolina (slika 2; tablica 2). Međutim, mortalitet kukuruznog moljca povećao se samo neznatno s povećanjem koncentracija trifloksistrobina; ciprodinil i kaptan nisu značajno povećali mortalitet u usporedbi s kontrolnim tretmanima.
Mortalitet ličinki muhe svrdlaša uspoređen je nakon ingestije peludi pojedinačno tretirane sa šest različitih fungicida. Mankozeb i pentopiramid bili su osjetljiviji na oralnu izloženost kukuruznim ličinkama (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 polovičnom dozom (0,5X), te 30% u studijama s poljskom dozom (1X). Pri dozi od 0,1X, među ličinkama hranjenim peludom tretiranim mankozebom i miklobutanilom, 33,33% odraslih bile su ženke, 22% odraslih bile su ženke, 44% odraslih ličinki bile su ženke, 44% odraslih ličinki bile su ženke, 41% odraslih ličinki bile su ženke, a u kontrolnoj skupini bilo je 31% (slika 3a). Pri 0,5 puta većoj dozi, 33% odraslih crva u skupini s mankozebom i piritiostrobinom bile su ženke, 36% u skupini s trifloksistrobinom, 41% u skupini s miklobutanilom i 46% u skupini s ciprostrobinom. Ta je brojka iznosila 53% u skupini s kaptanom i 38% u kontrolnoj skupini (slika 3b). Pri 1X dozi, 30% skupine s mankozebom bile su žene, 36% skupine s piritiostrobinom, 44% skupine s trifloksistrobinom, 38% skupine s miklobutanilom i 50% kontrolne skupine bile su žene – 38,5% (slika 3c).
Postotak ženskih i muških svrača nakon izlaganja fungicidu u larvalnom stadiju. (a) Niska doza (0,1X). (b) Polovična doza (0,5X). (c) Poljska doza ili puna doza (1X).
Analiza 16S sekvence pokazala je da se bakterijska skupina razlikovala između ličinki hranjenih peludi tretiranom mankozebom i ličinki hranjenih netretiranom peludi (slika 4a). Mikrobni indeks netretiranih ličinki hranjenih peludi bio je viši od indeksa ličinki hranjenih peludi tretiranom mankozebom (slika 4b). Iako uočena razlika u bogatstvu između skupina nije bila statistički značajna, bila je značajno niža od one uočene za ličinke hranjene netretiranom peludi (slika 4c). Relativna brojnost pokazala je da je mikrobiota ličinki hranjenih kontrolnom peludi bila raznolikija od one kod ličinki hranjenih ličinkama tretiranim mankozebom (slika 5a). Deskriptivna analiza otkrila je prisutnost 28 rodova u kontrolnim i uzorcima tretiranim mankozebom (slika 5b). c Analiza korištenjem 18S sekvenciranja nije otkrila značajne razlike (dodatna slika 2).
SAV profili temeljeni na 16S sekvencama uspoređeni su sa Shannonovom bogatstvom i opaženim bogatstvom na razini koljena. (a) Analiza glavnih koordinata (PCoA) temeljena na ukupnoj strukturi mikrobne zajednice u netretiranim ličinkama hranjenim peludom ili kontrolnim (plavo) i ličinkama hranjenim mankozebom (narančasto). Svaka podatkovna točka predstavlja zaseban uzorak. PCoA je izračunat korištenjem Bray-Curtisove udaljenosti multivarijatne t-distribucije. Ovali predstavljaju 80%-tnu razinu pouzdanosti. (b) Boxplot, sirovi Shannonovi podaci o bogatstvu (točke) i c. Opaženo bogatstvo. Boxplotovi prikazuju okvire za medijan, interkvartilni raspon (IQR) i 1,5 × IQR (n = 3).
Sastav mikrobnih zajednica ličinki hranjenih peludi tretiranom i netretiranom mankozebom. (a) Relativna brojnost mikrobnih rodova očitana u ličinkama. (b) Toplinska karta identificiranih 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); Redci toplinske karte grupirani su pomoću korelacijske udaljenosti i prosječne povezanosti.
Naši rezultati pokazuju da oralna izloženost kontaktnim (mankozeb) i sistemskim (pirostrobin i trifloksistrobin) fungicidima, široko primijenjenim tijekom cvatnje, značajno smanjuje porast težine i povećava smrtnost ličinki kukuruza. Osim toga, mankozeb je značajno smanjio raznolikost i bogatstvo mikrobioma tijekom predpupalne faze. Miklobutanil, još jedan sistemski fungicid, značajno je smanjio porast tjelesne težine ličinki u sve tri doze. Taj je učinak bio vidljiv u drugoj (5. dan) i trećoj (8. dan) vremenskoj točki. Nasuprot tome, ciprodinil i kaptan nisu značajno smanjili porast težine ili preživljavanje u usporedbi s kontrolnom skupinom. Koliko znamo, ovaj je rad prvi koji određuje učinke poljskih doza različitih fungicida korištenih za zaštitu usjeva kukuruza izravnom izloženošću peludi.
Svi tretmani fungicidima značajno su smanjili porast tjelesne težine u usporedbi s kontrolnim tretmanima. Mankozeb je imao najveći učinak na porast tjelesne težine ličinki s prosječnim smanjenjem od 51%, a slijedi ga piritiostrobin. Međutim, druge studije nisu izvijestile o štetnim učincima poljskih doza fungicida na stadije ličinki44. 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 učinke kod drugih životinja, ovaj produkt razgradnje može biti odgovoran za uočene učinke46,47. Prethodne studije pokazale su da na stvaranje etilen tiouree utječu čimbenici poput povišene temperature48, razine vlažnosti49 i duljine skladištenja proizvoda50. Pravilni uvjeti skladištenja biocida mogu ublažiti ove nuspojave. Osim toga, Europska agencija za sigurnost hrane izrazila je zabrinutost zbog toksičnosti piritiopida, za koji se pokazalo da je kancerogen za probavni sustav drugih životinja51.
Oralna primjena mankozeba, piritiostrobina i trifloksistrobina povećava smrtnost ličinki kukuruznog moljca. Nasuprot tome, miklobutanil, ciprociklin i kaptan nisu imali utjecaja na smrtnost. Ovi rezultati razlikuju se 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 ličinki52,53,54 ili mijenjaju prehrambene navike55. Ove promjene, pak, mogu utjecati na nutritivnu kvalitetu peludi i u konačnici na energetski dobitak ličinke. Smrtnost uočena u kontrolnoj skupini bila je u skladu s drugim studijama 56,57.
Omjer spolova koji favoriziraju mužjake, uočen u našem radu, može se objasniti čimbenicima poput nedovoljnog parenja i loših vremenskih uvjeta tijekom cvatnje, kao što su prethodno za O. cornuta sugerirali Vicens i Bosch. Iako su ženke i mužjaci u našoj studiji imali četiri dana za parenje (razdoblje koje se općenito 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 nepovoljnog vremena, uključujući kišu i niske temperature (<5°C), što također može negativno utjecati na uspjeh parenja4,23.
Iako se naša studija usredotočila na cijeli mikrobiom ličinki, naši rezultati pružaju uvid u potencijalne odnose među bakterijskim zajednicama koji mogu biti ključni za prehranu pčela i izloženost fungicidima. Na primjer, ličinke hranjene peludom tretiranom mankozebom imale su značajno smanjenu strukturu i brojnost mikrobne zajednice u usporedbi s ličinkama hranjenim netretiranom peludi. Kod ličinki koje su konzumirale netretiranu pelud, bakterijske skupine Proteobacteria i Actinobacteria bile su dominantne i pretežno aerobne ili fakultativno aerobne. Poznato je da bakterije Delft, obično povezane s pojedinačnim vrstama pčela, imaju antibiotsku aktivnost, što ukazuje na potencijalnu zaštitnu ulogu protiv patogena. Druga bakterijska vrsta, Pseudomonas, bila je obilna u ličinkama hranjenim netretiranom peludi, ali je bila značajno smanjena u ličinkama tretiranim mankozebom. Naši rezultati podržavaju prethodne studije koje su identificirale Pseudomonas kao jedan od najbrojnijih rodova u O. bicornis35 i drugim pojedinačnim osama34. Iako eksperimentalni dokazi o ulozi Pseudomonasa u zdravlju O. cornifrons nisu proučavani, pokazalo se da ova bakterija potiče sintezu zaštitnih toksina u kornjašu Paederus fuscipes i potiče metabolizam arginina in vitro 35, 65. Ova opažanja ukazuju na potencijalnu ulogu u virusnoj i bakterijskoj obrani tijekom razvoja ličinki O. cornifrons. Microbacterium je još jedan rod identificiran u našoj studiji za koji se navodi da je prisutan u velikom broju u ličinkama crne vojničke muhe u uvjetima gladovanja66. U ličinkama O. cornifrons, mikrobakterije mogu doprinijeti ravnoteži i otpornosti crijevnog mikrobioma u stresnim uvjetima. Osim toga, Rhodococcus se nalazi u ličinkama 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 prisutnost višestrukih genetskih varijacija u brojnim mikrobnim taksonima koje mogu promijeniti metaboličke procese u ličinkama. 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 ličinki kukuruznog moljca. Iako postoji sve veća zabrinutost zbog učinaka fungicida na oprašivače, potrebno je bolje razumjeti učinke preostalih metabolita tih spojeva. Ovi rezultati mogu se uključiti u preporuke za integrirane programe upravljanja oprašivačima koji pomažu poljoprivrednicima da izbjegnu upotrebu određenih fungicida prije i tijekom cvatnje 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 promicanje upotrebe manje opasnih alternativa. Potrebna su daljnja istraživanja o štetnim učincima fungicida na omjer spolova, prehrambene navike, 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 sustavi. 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. Znanost. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. i Danforth BN Samotne ličinke osa mijenjaju bakterijsku raznolikost koju pelud 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 peludu jednako su važni za razvoj solitarnih pčela kao i sam pelud. ekologija. evolucija. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F i Thalheimer M. Sadnja između redova u voćnjacima jabuka za suzbijanje bolesti ponovnog sjetve: studija praktične učinkovitosti temeljena na mikrobnim pokazateljima. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG i Peter KA Gorka trulež jabuka u srednjoatlantskim Sjedinjenim Državama: 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: sustavni pregled postojećih istraživanja i metoda. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED i Jepson, PC Sinergijski učinci EBI fungicida i piretroidnih insekticida na medonosne pčele (Apis mellifera). štetnici u znanosti. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE i Peng, CY Učinak odabranih fungicida na rast i razvoj ličinki 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 (Sveučilište Cornell, 2018.).
Iwasaki, JM i Hogendoorn, K. Izloženost pčela nepesticidima: pregled metoda i objavljenih rezultata. Poljoprivreda. ekosustav. 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 ličinki Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Srijeda. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM i Pitts-Singer TL Putovi 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). Znanost. Izvješća 10, 9517 (2020).
Vrijeme objave: 14. svibnja 2024.