Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie najlepších výsledkov odporúčame používať novšiu verziu prehliadača (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Fungicídy sa často používajú počas kvitnutia ovocných stromov a môžu ohroziť hmyzie opeľovače. Je však málo známe o tom, ako opeľovače iné ako včely (napr. samotárske včely, Osmia cornifrons) reagujú na kontaktné a systémové fungicídy bežne používané na jablkách počas kvitnutia. Táto medzera vo vedomostiach obmedzuje regulačné rozhodnutia určujúce bezpečné koncentrácie a načasovanie postreku fungicídmi. Posúdili sme účinky dvoch kontaktných fungicídov (kaptán a mankozeb) a štyroch medzivrstvových/fytosystémových fungicídov (ciprocyklín, myklobutanil, pyrostrobín a trifloxystrobín). Účinky na prírastok hmotnosti lariev, prežitie, pomer pohlaví a bakteriálnu diverzitu. Hodnotenie sa uskutočnilo pomocou chronického orálneho biotestu, v ktorom bol peľ ošetrený tromi dávkami na základe aktuálne odporúčanej dávky na použitie v teréne (1X), polovičnej dávky (0,5X) a nízkej dávky (0,1X). Všetky dávky mankozebu a pyritizolínu významne znížili telesnú hmotnosť a prežitie lariev. Potom sme sekvenovali gén 16S, aby sme charakterizovali bakterióm lariev mankozebu, fungicídu zodpovedného za najvyššiu úmrtnosť. Zistili sme, že bakteriálna diverzita a početnosť boli u lariev kŕmených peľom ošetreným mankozebom výrazne znížené. Naše laboratórne výsledky naznačujú, že postrek niektorými z týchto fungicídov počas kvitnutia je obzvlášť škodlivý pre zdravie O. cornifrons. Táto informácia je relevantná pre budúce rozhodnutia v oblasti hospodárenia týkajúce sa udržateľného používania prípravkov na ochranu ovocných stromov a slúži ako základ pre regulačné procesy zamerané na ochranu opeľovačov.
Samotná včela murárka Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) bola do Spojených štátov introdukovaná z Japonska koncom 70. a začiatkom 80. rokov 20. storočia a odvtedy zohráva tento druh dôležitú úlohu opeľovača v riadených ekosystémoch. Naturalizované populácie tejto včely sú súčasťou približne 50 druhov divých včiel, ktoré dopĺňajú včely opeľujúce mandľové a jablkové sady v Spojených štátoch2,3. Včely murárky čelia mnohým výzvam vrátane fragmentácie biotopov, patogénov a pesticídov3,4. Spomedzi insekticídov fungicídy znižujú energetický zisk, hľadanie potravy5 a telesnú kondíciu6,7. Hoci nedávny výskum naznačuje, že zdravie včiel murárok je priamo ovplyvnené komenzálnymi a ektobaktickými mikroorganizmami,8,9 pretože baktérie a huby môžu ovplyvňovať výživu a imunitné reakcie, účinky vystavenia fungicídom na mikrobiálnu diverzitu včiel murárok sa len začínajú skúmať.
Fungicídy s rôznymi účinkami (kontaktnými a systémovými) sa postrekujú v sadoch pred a počas kvitnutia na liečbu chorôb, ako je chrastavitosť jabloní, horká hniloba, hnedá hniloba a múčnatka10,11. Fungicídy sa považujú za neškodné pre opeľovače, preto sa záhradkárom odporúčajú počas obdobia kvitnutia; Expozícia a požitie týchto fungicídov včelami je relatívne dobre známa, pretože je súčasťou procesu registrácie pesticídov Agentúrou na ochranu životného prostredia USA a mnohými ďalšími národnými regulačnými agentúrami12,13,14. Účinky fungicídov na ne-včely sú však menej známe, pretože nie sú vyžadované v rámci dohôd o registrácii v Spojených štátoch15. Okrem toho vo všeobecnosti neexistujú žiadne štandardizované protokoly na testovanie jednotlivých včiel16,17 a udržiavanie kolónií, ktoré poskytujú včely na testovanie, je náročné18. V Európe a USA sa čoraz častejšie vykonávajú pokusy s rôznymi chovanými včelami s cieľom študovať účinky pesticídov na divé včely a nedávno boli vyvinuté štandardizované protokoly pre O. cornifrons19.
Rohaté včely sú monocyty a komerčne sa používajú v chove kaprov ako doplnok alebo náhrada za medonosné včely. Tieto včely sa vyliahnu medzi marcom a aprílom, pričom predčasne dospelé samce sa vyliahnu tri až štyri dni pred samicami. Po párení samica aktívne zbiera peľ a nektár, aby vytvorila sériu plodových buniek v rúrkovitej dutine hniezda (prirodzenej alebo umelej)1,20. Vajíčka sú kladené na peľ vo vnútri buniek; samica potom postaví hlinenú stenu pred prípravou ďalšej bunky. Larvy v prvom instare sú uzavreté v choriu a živia sa embryonálnymi tekutinami. Od druhého do piateho instaru (predkukly) sa larvy živia peľom22. Keď sa zásoby peľu úplne vyčerpajú, larvy vytvoria kokóny, zakuklia sa a vyliahnu ako dospelé jedince v tej istej plodovej komore, zvyčajne koncom leta20,23. Dospelé jedince sa vyliahnu nasledujúcu jar. Prežitie dospelých je spojené s čistým energetickým prírastkom (prírastkom hmotnosti) na základe príjmu potravy. Nutričná kvalita peľu, ako aj ďalšie faktory, ako je počasie alebo vystavenie pesticídom, sú teda určujúcimi faktormi prežitia a zdravia24.
Insekticídy a fungicídy aplikované pred kvitnutím sa dokážu pohybovať v rámci cievneho systému rastliny v rôznej miere, od translaminárnych (napr. schopné pohybovať sa z horného povrchu listov na spodný povrch, ako niektoré fungicídy) 25 až po skutočne systémové účinky. , ktoré môžu preniknúť do koruny z koreňov, môžu vstúpiť do nektáru kvetov jablone26, kde môžu zabíjať dospelé jedince O. cornifrons27. Niektoré pesticídy sa tiež vylúhujú do peľu, čo ovplyvňuje vývoj lariev kukurice a spôsobuje ich smrť19. Iné štúdie ukázali, že niektoré fungicídy môžu významne zmeniť hniezdne správanie príbuzného druhu O. lignaria28. Okrem toho laboratórne a terénne štúdie simulujúce scenáre expozície pesticídom (vrátane fungicídov) ukázali, že pesticídy negatívne ovplyvňujú fyziológiu 22 morfológiu 29 a prežitie včiel medonosných a niektorých samotárskych včiel. Rôzne fungicídne postreky aplikované priamo na otvorené kvety počas kvitnutia môžu kontaminovať peľ zbieraný dospelými jedincami na vývoj lariev, ktorých účinky je potrebné ešte preskúmať30.
Čoraz viac sa uznáva, že vývoj lariev je ovplyvnený peľom a mikrobiálnymi spoločenstvami tráviaceho systému. Mikrobióm včely medonosnej ovplyvňuje parametre, ako je telesná hmotnosť31, metabolické zmeny22 a náchylnosť na patogény32. Predchádzajúce štúdie skúmali vplyv vývojového štádia, živín a prostredia na mikrobióm samotárskych včiel. Tieto štúdie odhalili podobnosti v štruktúre a početnosti larválneho a peľového mikrobiómu33, ako aj najbežnejšie bakteriálne rody Pseudomonas a Delftia u druhov samotárskych včiel. Hoci sa fungicídy spájajú so stratégiami na ochranu zdravia včiel, účinky fungicídov na larválny mikrobióm prostredníctvom priamej orálnej expozície zostávajú nepreskúmané.
Táto štúdia testovala účinky reálnych dávok šiestich bežne používaných fungicídov registrovaných na použitie na ovocných stromoch v Spojených štátoch, vrátane kontaktných a systémových fungicídov podávaných perorálne larvám molice kukuričnej z kontaminovaných potravín. Zistili sme, že kontaktné a systémové fungicídy znížili prírastok telesnej hmotnosti včiel a zvýšili úmrtnosť, pričom najzávažnejšie účinky boli spojené s mankozebom a pyritiopidom. Následne sme porovnali mikrobiálnu diverzitu lariev kŕmených peľovou stravou ošetrenou mankozebom s tými, ktoré boli kŕmené kontrolnou stravou. Diskutujeme o potenciálnych mechanizmoch, ktoré sú základom úmrtnosti, a o dôsledkoch pre programy integrovanej ochrany proti škodcom a opeľovačom (IPPM)36.
Dospelé jedince O. cornifrons prezimujúce v kokónoch boli získané z Centra pre výskum ovocia v Biglerville v Pensylvánii a skladované pri teplote -3 až 2 °C (±0,3 °C). Pred experimentom (celkovo 600 kokónov). V máji 2022 bolo 100 kokónov O. cornifrons denne prenášaných do plastových pohárikov (50 kokónov na pohár, DI 5 cm × 15 cm dlhé) a do pohárikov boli umiestnené vlhčené obrúsky, aby sa podporilo otváranie a poskytol sa žuvací substrát, čím sa znížil stres pre kamenné včely37. Dva plastové poháre obsahujúce kokóny boli umiestnené do klietky na hmyz (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) s 10 ml kŕmidlami obsahujúcimi 50 % roztok sacharózy a skladované štyri dni, aby sa zabezpečilo uzavretie a párenie. 23 °C, relatívna vlhkosť 60 %, fotoperióda 10 l (nízka intenzita): 14 dní. Počas vrcholného kvitnutia jabloní bolo každé ráno počas šiestich dní (100 za deň) vypúšťaných 100 spárených samíc a samcov do dvoch umelých hniezd (hniezdo pasce: šírka 33,66 × výška 30,48 × dĺžka 46,99 cm; doplnkový obrázok 1). Umiestnené v Pensylvánskom štátnom arboréte, v blízkosti čerešne (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), broskyne (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®, hrušky (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), jablone korunkovitej (Malus coronaria) a mnohých odrôd jabloní (Malus coronaria, Malus), domácej jablone 'Co-op 30′ Enterprise™, jablone Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begónie 'Freedom', begónie 'Golden Delicious' a begónie 'Nova Spy'). Každá modrá plastová vtáčia búdka sa zmestí na dve drevené debny. Každá hniezdna búdka obsahovala 800 prázdnych kraftových papierových trubíc (špirálovo otvorených, s vnútorným priemerom 0,8 cm × dĺžkou 15 cm) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) vložených do nepriehľadných celofánových trubíc (s vonkajším priemerom 0,7 cm, pozri Plastové zátky (zátky T-1X) poskytujú hniezdne miesta.
Obe hniezdne búdky boli otočené na východ a boli prikryté zeleným plastovým záhradným plotom (model Everbilt č. 889250EB12, veľkosť otvoru 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m), aby sa zabránilo prístupu hlodavcov a vtákov, a boli umiestnené na povrchu pôdy vedľa pôdnych debien z hniezdnej búdky. Hniezdna búdka (doplnkový obrázok 1a). Vajíčka zavíjača kukuričného sa zbierali denne odobratím 30 skúmaviek z hniezd a ich prepravou do laboratória. Pomocou nožníc sa na konci skúmavky urobí rez a potom sa špirálová skúmavka rozoberie, aby sa odkryli bunky plodu. Jednotlivé vajíčka a ich peľ sa odstránili pomocou zakrivenej špachtle (súprava nástrojov Microslide, BioQuip Products Inc., Kalifornia). Vajíčka sa inkubovali na vlhkom filtračnom papieri a pred použitím v našich experimentoch sa na 2 hodiny umiestnili do Petriho misky (doplnkový obrázok 1b-d).
V laboratóriu sme vyhodnotili orálnu toxicitu šiestich fungicídov aplikovaných pred a počas kvitnutia jabloní v troch koncentráciách (0,1X, 0,5X a 1X, kde 1X je aplikovaná značka na 100 galónov vody/aker. Vysoká poľná dávka = koncentrácia na poli). (Tabuľka 1). Každá koncentrácia sa opakovala 16-krát (n = 16). Dva kontaktné fungicídy (Tabuľka S1: mankozeb 2696,14 ppm a kaptán 2875,88 ppm) a štyri systémové fungicídy (Tabuľka S1: pyritiostrobín 250,14 ppm; trifloxystrobín 110,06 ppm; myklobutanil azol 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) vykazovali toxicitu pre ovocie, zeleninu a okrasné plodiny. Peľ sme homogenizovali pomocou mlynčeka, 0,20 g sme preniesli do jamky (24-jamková platňa Falcon) a pridali sme a zmiešali 1 μl roztoku fungicídu, čím sme vytvorili pyramídový peľ s 1 mm hlbokými jamkami, do ktorých sme umiestnili vajíčka. Umiestnili sme ich pomocou mini špachtle (doplnkový obrázok 1c,d). Platne Falcon sa skladovali pri izbovej teplote (25 °C) a 70 % relatívnej vlhkosti. Porovnali sme ich s kontrolnými larvami kŕmenými homogénnou peľovou stravou ošetrenou čistou vodou. Zaznamenávali sme úmrtnosť a merali hmotnosť lariev každý druhý deň, kým larvy nedosiahli predkuklý vek, pomocou analytických váh (Fisher Scientific, presnosť = 0,0001 g). Nakoniec sme vyhodnotili pomer pohlaví otvorením kokónu po 2,5 mesiaci.
DNA bola extrahovaná z celých lariev O. cornifrons (n = 3 na podmienku ošetrenia, peľ ošetrený mankozebom a neošetrený peľ) a na týchto vzorkách sme vykonali analýzy mikrobiálnej diverzity, najmä preto, že u mankozebu bola najvyššia úmrtnosť pozorovaná u lariev, ktoré dostávali MnZn. DNA bola amplifikovaná, purifikovaná pomocou súpravy DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) a sekvenovaná (600 cyklov) na prístroji Illumina® MiSeq™ s použitím súpravy v3. Cielené sekvenovanie bakteriálnych génov 16S ribozomálnej RNA bolo vykonané pomocou súpravy Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) s použitím primerov zameraných na oblasť V3-V4 génu 16S rRNA. Okrem toho bolo vykonané sekvenovanie 18S s použitím 10% inklúzie PhiX a amplifikácia bola vykonaná s použitím páru primerov 18S001 a NS4.
Importujte a spracujte párové čítania39 pomocou kanála QIIME2 (v2022.11.1). Tieto čítania boli orezané a zlúčené a chimérické sekvencie boli odstránené pomocou pluginu DADA2 v QIIME2 (párovanie šumu qiime dada2)40. Priradenia tried 16S a 18S boli vykonané pomocou pluginu klasifikátora objektov Classify-sklearn a vopred natrénovaného artefaktu silva-138-99-nb-classifier.
Všetky experimentálne údaje boli skontrolované z hľadiska normality (Shapiro-Wilksov test) a homogenity rozptylov (Leveneho test). Keďže súbor údajov nespĺňal predpoklady parametrickej analýzy a transformácia nedokázala štandardizovať rezíduá, vykonali sme neparametrickú obojsmernú ANOVA (Kruskal-Wallis) s dvoma faktormi [čas (trojfázové časové body 2, 5 a 8 dní) a fungicíd] na vyhodnotenie účinku ošetrenia na čerstvú hmotnosť lariev, potom sme vykonali post hoc neparametrické párové porovnania pomocou Wilcoxonovho testu. Na porovnanie účinkov fungicídov na prežitie pri troch koncentráciách fungicídov sme použili zovšeobecnený lineárny model (GLM) s Poissonovým rozdelením41,42. Pre analýzu diferenciálnej abundancie bol počet variantov sekvencií amplikónov (ASV) zredukovaný na úroveň rodu. Porovnania rozdielnej abundancie medzi skupinami pomocou 16S (úroveň rodu) a relatívnej abundancie 18S sa vykonali pomocou zovšeobecneného aditívneho modelu pre polohu, mierku a tvar (GAMLSS) s beta zero-inflatovanými (BEZI) čeľaďovými distribúciami, ktoré boli modelované na makro. v Microbiome R43 (v1.1). 1). Pred diferenciálnou analýzou odstráňte mitochondriálne a chloroplastové druhy. Vzhľadom na rôzne taxonomické úrovne 18S sa na diferenciálne analýzy použila iba najnižšia úroveň každého taxónu. Všetky štatistické analýzy sa vykonali pomocou R (v. 3.4.3., projekt CRAN) (Team 2013).
Expozícia mankozebu, pyritiostrobínu a trifloxystrobínu významne znížila prírastok telesnej hmotnosti u O. cornifrons (obr. 1). Tieto účinky boli konzistentne pozorované pri všetkých troch hodnotených dávkach (obr. 1a–c). Cyklostrobín a myklobutanil významne neznížili hmotnosť lariev.
Priemerná čerstvá hmotnosť lariev zavíjača stonkového meraná v troch časových bodoch pri štyroch dávkach (homogénne peľové krmivo + fungicíd: kontrola, dávky 0,1X, 0,5X a 1X). (a) Nízka dávka (0,1X): prvý časový bod (1. deň): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, druhý časový bod (5. deň): 22,83, DF = 0,0009; tretí časový bod (8. deň): χ2: 28,39, DF = 6; (b) polovičná dávka (0,5X): prvý časový bod (1. deň): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, druhý časový bod (prvý deň): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; tretí časový bod (8. deň) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Miesto alebo plná dávka (1X): prvý časový bod (1. deň) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, druhý časový bod (5. deň): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; tretí časový bod (8. deň): χ2: 28,39, DF = 6; neparametrická analýza rozptylu. Stĺpce predstavujú priemer ± SE párových porovnaní (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Pri najnižšej dávke (0,1X) sa telesná hmotnosť lariev znížila o 60 % pri použití trifloxystrobínu, o 49 % pri použití mankozebu, o 48 % pri použití myklobutanilu a o 46 % pri použití pyritistrobínu (Obr. 1a). Pri expozícii polovičnej poľnej dávke (0,5X) sa telesná hmotnosť lariev mankozebu znížila o 86 %, pyritiostrobínu o 52 % a trifloxystrobínu o 50 % (Obr. 1b). Plná poľná dávka (1X) mankozebu znížila hmotnosť lariev o 82 %, pyritiostrobínu o 70 % a trifloxystrobínu, myklobutanilu a sangardu približne o 30 % (Obr. 1c).
Úmrtnosť bola najvyššia u lariev kŕmených peľom ošetreným mankozebom, nasledovaných pyritiostrobínom a trifloxystrobínom. Úmrtnosť sa zvyšovala so zvyšujúcimi sa dávkami mankozebu a pyritizolínu (obr. 2; tabuľka 2). Úmrtnosť zavíjača kukuričného sa však zvýšila len mierne so zvyšujúcimi sa koncentráciami trifloxystrobínu; cyprodinil a kaptán významne nezvýšili úmrtnosť v porovnaní s kontrolnými liečbami.
Úmrtnosť lariev zavíjačky kukurice bola porovnávaná po požití peľu jednotlivo ošetreného šiestimi rôznymi fungicídmi. Mankozeb a pentopyramid boli citlivejšie na orálnu expozíciu kukuričným larvám (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (čiara, sklon = 0,29, P < 0,001; sklon = 0,24, P < 0,00)).
V priemere vo všetkých liečebných postupoch bolo 39,05 % pacientov žien a 60,95 % mužov. V kontrolných liečbach bol podiel žien 40 % v štúdiách s nízkou dávkou (0,1X) aj polovičnou dávkou (0,5X) a 30 % v štúdiách s poľnou dávkou (1X). Pri dávke 0,1X bolo medzi larvami kŕmenými peľom liečenými mankozebom a myklobutanilom 33,33 % dospelých samíc, 22 % dospelých samíc, 44 % dospelých lariev samíc, 44 % dospelých lariev samíc a 31 % kontrolných jedincov (obr. 3a). Pri 0,5-násobku dávky bolo 33 % dospelých červov v skupine s mankozebom a pyritiostrobínom samičích, 36 % v skupine s trifloxystrobínom, 41 % v skupine s myklobutanilom a 46 % v skupine s cyprostrobínom. Toto číslo bolo 53 % v skupine s kaptánom a 38 % v kontrolnej skupine (obr. 3b). Pri 1-násobku dávky bolo 30 % žien v skupine s mankozebom, 36 % v skupine s pyritiostrobínom, 44 % v skupine s trifloxystrobínom, 38 % v skupine s myklobutanilom a 50 % v kontrolnej skupine tvorili ženy – 38,5 % (obr. 3c).
Percentuálny podiel samičích a samčích zavíjačov hmyzu po expozícii fungicídom v larválnom štádiu. (a) Nízka dávka (0,1X). (b) Polovičná dávka (0,5X). (c) Poľná dávka alebo plná dávka (1X).
Analýza sekvencií 16S ukázala, že bakteriálna skupina sa líšila medzi larvami kŕmenými peľom ošetreným mankozebom a larvami kŕmenými neošetreným peľom (obr. 4a). Mikrobiálny index neošetrených lariev kŕmených peľom bol vyšší ako u lariev kŕmených peľom ošetreným mankozebom (obr. 4b). Hoci pozorovaný rozdiel v bohatosti medzi skupinami nebol štatisticky významný, bol významne nižší ako rozdiel pozorovaný u lariev kŕmených neošetreným peľom (obr. 4c). Relatívna abundancia ukázala, že mikrobiota lariev kŕmených kontrolným peľom bola rozmanitejšia ako u lariev kŕmených larvami ošetrenými mankozebom (obr. 5a). Deskriptívna analýza odhalila prítomnosť 28 rodov v kontrolných vzorkách a vzorkách ošetrených mankozebom (obr. 5b). c Analýza pomocou sekvenovania 18S neodhalila žiadne významné rozdiely (doplnkový obrázok 2).
Profily SAV založené na 16S sekvenciách boli porovnané so Shannonovou diverzitou a pozorovanou diverzitou na úrovni kmeňa. (a) Analýza hlavných súradníc (PCoA) založená na celkovej štruktúre mikrobiálneho spoločenstva u lariev kŕmených neošetreným peľom alebo kontrolných (modrá) a lariev kŕmených mankozebom (oranžová). Každý dátový bod predstavuje samostatnú vzorku. PCoA bola vypočítaná pomocou Bray-Curtisovej vzdialenosti viacrozmerného t-rozdelenia. Ovály predstavujú 80 % hladinu spoľahlivosti. (b) Krabicový graf, nespracované údaje o Shannonovej diverzite (body) a c. Pozorovateľná diverzita. Krabicové grafy zobrazujú rámčeky pre strednú čiaru, interkvartilový rozsah (IQR) a 1,5 × IQR (n = 3).
Zloženie mikrobiálnych spoločenstiev lariev kŕmených peľom ošetreným a neošetreným mankozebom. (a) Relatívna abundancia mikrobiálnych rodov v larvách. (b) Tepelná mapa identifikovaných mikrobiálnych spoločenstiev. Delftia (pomer šancí (OR) = 0,67, P = 0,0030) a Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Riadky tepelnej mapy sú zoskupené pomocou korelačnej vzdialenosti a priemernej konektivity.
Naše výsledky ukazujú, že orálna expozícia kontaktným (mankozeb) a systémovým (pyrostrobín a trifloxystrobín) fungicídom, ktoré sa široko aplikovali počas kvitnutia, významne znížila prírastok hmotnosti a zvýšila úmrtnosť lariev kukurice. Okrem toho mankozeb významne znížil diverzitu a bohatosť mikrobiómu počas predkukolkového štádia. Myklobutanil, ďalší systémový fungicíd, významne znížil prírastok telesnej hmotnosti lariev pri všetkých troch dávkach. Tento účinok bol evidentný v druhom (5. deň) a treťom (8. deň) časovom bode. Naproti tomu cyprodinil a kaptán významne neznížili prírastok hmotnosti ani prežitie v porovnaní s kontrolnou skupinou. Podľa našich vedomostí je táto práca prvou, ktorá určuje účinky poľných dávok rôznych fungicídov používaných na ochranu kukuričných plodín priamou expozíciou peľu.
Všetky fungicídne ošetrenia významne znížili prírastok telesnej hmotnosti v porovnaní s kontrolnými ošetreniami. Mankozeb mal najväčší vplyv na prírastok telesnej hmotnosti lariev s priemerným znížením o 51 %, nasledovaný pyritiostrobínom. Iné štúdie však nezaznamenali nepriaznivé účinky poľných dávok fungicídov na larválne štádiá44. Hoci sa preukázalo, že ditiokarbamátové biocídy majú nízku akútnu toxicitu45, etylénbisditiokarbamáty (EBDCS), ako je mankozeb, sa môžu rozkladať na močovinu (etylénsulfid). Vzhľadom na jeho mutagénne účinky u iných zvierat môže byť tento produkt rozkladu zodpovedný za pozorované účinky46,47. Predchádzajúce štúdie ukázali, že tvorba etyléntiomočoviny je ovplyvnená faktormi, ako je zvýšená teplota48, vlhkosť49 a dĺžka skladovania produktu50. Správne skladovacie podmienky biocídov môžu zmierniť tieto vedľajšie účinky. Okrem toho Európsky úrad pre bezpečnosť potravín vyjadril obavy z toxicity pyritiopidu, o ktorom sa preukázalo, že je karcinogénny pre tráviaci systém iných zvierat51.
Perorálne podávanie mankozebu, pyritiostrobínu a trifloxystrobínu zvyšuje úmrtnosť lariev zavíjača kukuričného. Naproti tomu myklobutanil, ciprocyklín a kaptán nemali žiadny vplyv na úmrtnosť. Tieto výsledky sa líšia od výsledkov Ladurnera a kol.52, ktorí preukázali, že kaptán významne znížil prežitie dospelých jedincov O. lignaria a Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Okrem toho sa zistilo, že fungicídy ako kaptán a boskalid spôsobujú úmrtnosť lariev52,53,54 alebo menia stravovacie návyky55. Tieto zmeny môžu následne ovplyvniť nutričnú kvalitu peľu a v konečnom dôsledku energetický zisk larválneho štádia. Úmrtnosť pozorovaná v kontrolnej skupine bola v súlade s inými štúdiami 56,57.
Pomer pohlaví uprednostňujúci samce, ktorý sme pozorovali v našej práci, možno vysvetliť faktormi, ako je nedostatočné párenie a zlé poveternostné podmienky počas kvitnutia, ako predtým pre O. cornuta navrhli Vicens a Bosch. Hoci samice a samce v našej štúdii mali na párenie štyri dni (obdobie, ktoré sa vo všeobecnosti považuje za dostatočné na úspešné párenie), zámerne sme znížili intenzitu svetla, aby sme minimalizovali stres. Táto úprava však môže neúmyselne narušiť proces párenia61. Okrem toho včely zažívajú niekoľko dní nepriaznivého počasia vrátane dažďa a nízkych teplôt (<5 °C), čo môže tiež negatívne ovplyvniť úspešnosť párenia4,23.
Hoci sa naša štúdia zamerala na celý larválny mikrobióm, naše výsledky poskytujú pohľad na potenciálne vzťahy medzi bakteriálnymi spoločenstvami, ktoré môžu byť kritické pre výživu včiel a expozíciu fungicídom. Napríklad larvy kŕmené peľom ošetreným mankozebom mali výrazne zníženú štruktúru a početnosť mikrobiálneho spoločenstva v porovnaní s larvami kŕmenými neošetreným peľom. U lariev konzumujúcich neošetrený peľ boli dominantné bakteriálne skupiny Proteobacteria a Actinobacteria, ktoré boli prevažne aeróbne alebo fakultatívne aeróbne. Je známe, že baktérie Delft, ktoré sa zvyčajne spájajú s druhmi solitérnych včiel, majú antibiotickú aktivitu, čo naznačuje potenciálnu ochrannú úlohu proti patogénom. Ďalší bakteriálny druh, Pseudomonas, bol hojný u lariev kŕmených neošetreným peľom, ale u lariev ošetrených mankozebom bol významne znížený. Naše výsledky podporujú predchádzajúce štúdie, ktoré identifikovali Pseudomonas ako jeden z najpočetnejších rodov u O. bicornis35 a iných solitérnych ôs34. Hoci experimentálne dôkazy o úlohe Pseudomonas v zdraví O. cornifrons neboli študované, preukázalo sa, že táto baktéria podporuje syntézu ochranných toxínov u chrobáka Paederus fuscipes a podporuje metabolizmus arginínu in vitro 35, 65. Tieto pozorovania naznačujú potenciálnu úlohu v obrane proti vírusom a baktériám počas vývoja lariev O. cornifrons. Microbacterium je ďalší rod identifikovaný v našej štúdii, o ktorom sa uvádza, že je prítomný vo vysokom počte v larvách čiernej muchy bojovníčky v podmienkach hladovania66. V larvách O. cornifrons môžu mikrobaktérie prispievať k rovnováhe a odolnosti črevného mikrobiómu v stresových podmienkach. Okrem toho sa v larvách O. cornifrons nachádza Rhodococcus, ktorý je známy svojimi detoxikačnými schopnosťami67. Tento rod sa nachádza aj v čreve A. florea, ale vo veľmi nízkom počte68. Naše výsledky preukazujú prítomnosť viacerých genetických variácií v mnohých mikrobiálnych taxónoch, ktoré môžu zmeniť metabolické procesy v larvách. Je však potrebné lepšie pochopiť funkčnú diverzitu O. cornifrons.
Stručne povedané, výsledky naznačujú, že mankozeb, pyritiostrobín a trifloxystrobín znížili prírastok telesnej hmotnosti a zvýšili úmrtnosť lariev zavíjača kukuričného. Hoci narastajú obavy z účinkov fungicídov na opeľovače, je potrebné lepšie pochopiť účinky zvyškových metabolitov týchto zlúčenín. Tieto výsledky možno zahrnúť do odporúčaní pre integrované programy manažmentu opeľovačov, ktoré pomáhajú poľnohospodárom vyhnúť sa používaniu určitých fungicídov pred a počas kvitnutia ovocných stromov výberom fungicídov a zmenou načasovania aplikácie alebo podporou používania menej škodlivých alternatív 36. Tieto informácie sú dôležité pre vypracovanie odporúčaní týkajúcich sa používania pesticídov, ako je úprava existujúcich postrekovacích programov a zmena načasovania postreku pri výbere fungicídov alebo podpora používania menej nebezpečných alternatív. Je potrebný ďalší výskum nepriaznivých účinkov fungicídov na pomer pohlaví, kŕmne správanie, črevný mikrobióm a molekulárne mechanizmy, ktoré sú základom úbytku hmotnosti a úmrtnosti zavíjača kukuričného.
Zdrojové údaje 1, 2 a 3 na obrázkoch 1 a 2 boli uložené v úložisku údajov figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 a https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Sekvencie analyzované v tejto štúdii (obr. 4, 5) sú dostupné v úložisku NCBI SRA pod prístupovým číslom PRJNA1023565.
Bosch, J. a Kemp, WP Vývoj a etablovanie druhov včiel medonosných ako opeľovačov poľnohospodárskych plodín: príklad rodu Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) a ovocných stromov. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG a kol. Opeľovacie postupy a vnímanie alternatívnych opeľovačov medzi pestovateľmi jabĺk v New Yorku a Pensylvánii. aktualizácia. Poľnohospodárstvo. potravinové systémy. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL a Ricketts TH Ekológia a ekonomika opeľovania mandlí s použitím pôvodných včiel. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. a Park, Y.-L. Vplyvy zmeny klímy na fenológiu tragopanu: dôsledky pre manažment populácie. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR a Pitts-Singer, TL Vplyv fungicídnych a adjuvantných postrekov na hniezdne správanie dvoch chovaných samotárskych včiel (Osmia lignaria a Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. a kol. Nízko toxický fungicíd pre plodiny (fenbukonazol) narúša signály reprodukčnej kvality samcov, čo vedie k zníženiu úspešnosti párenia u divokých samotárskych včiel. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. a kol. Neonikotinoidné insekticídy a biosyntéza ergosterolu potláčajú synergickú úmrtnosť fungicídmi u troch druhov včiel. Pest Control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. a Danforth BN Solitérne larvy ôs menia bakteriálnu diverzitu, ktorú peľ dodáva včelám hniezdiacim na kmeňoch. Osmia cornifrons (Megachilidae). predná strana. mikroorganizmus. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN a Steffan SA Ektosymbiotické mikroorganizmy vo fermentovanom peli sú rovnako dôležité pre vývoj samotárskych včiel ako samotný peľ. ekológia. evolúcia. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F a Thalheimer M. Medziriadková výsadba v jabloňových sadoch na kontrolu chorôb spôsobených presevom: praktická štúdia účinnosti založená na mikrobiálnych indikátoroch. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG a Peter KA Horká hniloba jabĺk v stredoatlantických Spojených štátoch: hodnotenie kauzálnych druhov a vplyv regionálnych poveternostných podmienok a náchylnosti kultivarov. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK a Stanley DA Fungicídy, herbicídy a včely: systematický prehľad existujúceho výskumu a metód. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED a Jepson, PC Synergické účinky fungicídov EBI a pyretroidných insekticídov na včely medonosné (Apis mellifera). Pests the Science. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE a Peng, CY Vplyv vybraných fungicídov na rast a vývoj lariev včely medonosnej Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Streda. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. a McArt, S. Sprievodca rozhodovaním o používaní pesticídov na ochranu opeľovačov v sadoch stromov (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM a Hogendoorn, K. Vystavenie včiel nepesticídnym látkam: prehľad metód a publikovaných výsledkov. Poľnohospodárstvo. ekosystém. Streda. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA a Pitts-Singer TL Vplyv typu zásobovania a expozície pesticídom na vývoj lariev Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Streda. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM a Pitts-Singer TL Dráhy expozície pesticídom u samotárskych včiel s prázdnymi hniezdami. Streda. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT a kol. Nový protokol biologického testu požitia na hodnotenie toxicity pesticídov u dospelých japonských záhradných včiel (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Čas uverejnenia: 14. mája 2024