Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS.Na dosiahnutie najlepších výsledkov vám odporúčame použiť novšiu verziu prehliadača (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlu alebo JavaScriptu.
Fungicídy sa často používajú počas kvitnutia plodov stromov a môžu ohroziť opeľovače hmyzu.Málo sa však vie o tom, ako reagujú nevčelí opeľovače (napr. včely samotárky, Osmia cornifrons) na kontaktné a systémové fungicídy bežne používané na jabloniach počas kvitnutia.Táto medzera vo vedomostiach obmedzuje regulačné rozhodnutia určujúce bezpečné koncentrácie a načasovanie postreku fungicídov.Hodnotili sme účinky dvoch kontaktných fungicídov (kaptán a mancozeb) 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 biologického testu, v ktorom bol peľ ošetrený v troch dávkach na základe aktuálne odporúčanej dávky na použitie v teréne (1X), polovičnej dávky (0,5X) a nízkej dávky (0,1X).Všetky dávky mancozebu a pyritisolínu významne znížili telesnú hmotnosť a prežitie lariev.Potom sme sekvenovali gén 16S, aby sme charakterizovali larválny bakterióm mancozebu, fungicídu zodpovedného za najvyššiu mortalitu.Zistili sme, že bakteriálna diverzita a abundancia boli významne znížené u lariev kŕmených peľom ošetreným mancozebom.Naše laboratórne výsledky naznačujú, že postrek niektorými z týchto fungicídov počas kvitnutia je obzvlášť škodlivý pre zdravie O. cornifrons.Tieto informácie sú dôležité pre budúce manažérske rozhodnutia týkajúce sa trvalo udržateľného používania prípravkov na ochranu ovocných stromov a slúžia ako základ pre regulačné procesy zamerané na ochranu opeľovačov.
Samotárska včela Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) bola do Spojených štátov zavlečená z Japonska koncom 70. a začiatkom 80. rokov 20. storočia a odvtedy hrá tento druh dôležitú úlohu opeľovača v riadených ekosystémoch.Naturalizované populácie tejto včely sú súčasťou približne 50 druhov divých včiel, ktoré dopĺňajú včely, ktoré opeľujú mandľové a jabloňové sady v Spojených štátoch2,3.Masonové včely čelia mnohým výzvam vrátane fragmentácie biotopov, patogénov a pesticídov3,4.Spomedzi insekticídov fungicídy znižujú energetický zisk, hľadanie potravy5 a úpravu tela6,7.Hoci nedávny výskum naznačuje, že zdravie včiel Mason 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 Mason sa len začínajú prejavovať. študoval.
Fungicídy rôznych účinkov (kontaktné a systémové) sa v sadoch pred a počas kvitnutia postrekujú na liečbu chorôb, ako je chrastavitosť jabloní, horká hniloba, hnedá hniloba a múčnatka10,11.Fungicídy sa považujú za neškodné pre opeľovače, preto sa odporúčajú záhradkárom v období kvitnutia;Expozícia a požitie týchto fungicídov včelami je pomerne dobre známe, keďže je súčasťou procesu registrácie pesticídov Agentúrou pre ochranu životného prostredia USA a mnohými ďalšími národnými regulačnými agentúrami12,13,14.Účinky fungicídov na iné ako včely sú však menej známe, pretože sa nevyžadujú podľa dohôd o povolení na uvedenie na trh 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 v čoraz väčšej miere uskutočňujú pokusy s rôznymi riadenými 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 kaprových plodinách ako doplnok alebo náhrada včiel medonosných.Tieto včely sa objavujú medzi marcom a aprílom, pričom predčasní samčekovia vychádzajú tri až štyri dni pred samicami.Po párení samica aktívne zbiera peľ a nektár, aby poskytla sériu plodových buniek v trubicovej hniezdnej dutine (prírodnej alebo umelej)1,20.Vajíčka sú položené na peľ vnútri buniek;samica potom pred prípravou ďalšej bunky postaví hlinenú stenu.Larvy prvého instaru sú uzavreté v chorióne a živia sa embryonálnymi tekutinami.Od druhého do piateho instaru (prepupa) sa larvy živia peľom22.Keď sa peľová zásoba úplne vyčerpá, larvy vytvoria kukly, zakuklia sa a vynoria sa ako dospelí v tej istej materskej komore, zvyčajne koncom leta20,23.Dospelí sa objavia nasledujúcu jar.Prežitie dospelých je spojené s čistým prírastkom energie (prírastkom hmotnosti) na základe príjmu potravy.Nutričná kvalita peľu, ako aj ďalšie faktory, ako je počasie alebo vystavenie pesticídom, sú teda determinantmi prežitia a zdravia24.
Insekticídy a fungicídy aplikované pred kvitnutím sú schopné sa pohybovať vo vaskulatúre rastlín v rôznej miere, od translaminárneho (napr. schopného prechádzať z horného povrchu listov na spodný povrch, ako niektoré fungicídy) 25 až po skutočne systémové účinky., ktoré môžu preniknúť do koruny od koreňov, sa môžu dostať do nektáru kvetov jabloní26, kde môžu zabiť dospelého O. cornifrons27.Niektoré pesticídy sa tiež vyplavujú do peľu, čo ovplyvňuje vývoj lariev kukurice a spôsobuje ich smrť19.Ďalšie štúdie ukázali, že niektoré fungicídy môžu výrazne 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 včiel samotárok.Rôzne fungicídne postreky aplikované priamo na otvorené kvety počas kvitnutia môžu kontaminovať peľ zozbieraný dospelými jedincami na vývoj lariev, ktorých účinky je potrebné ešte preskúmať30.
Čoraz viac sa uznáva, že vývoj lariev je ovplyvnený peľovými a mikrobiálnymi spoločenstvami tráviaceho systému.Mikrobióm včiel ovplyvňuje parametre ako telesná hmotnosť31, metabolické zmeny22 a citlivosť na patogény32.Predchádzajúce štúdie skúmali vplyv vývojového štádia, živín a prostredia na mikrobióm včiel samotárov.Tieto štúdie odhalili podobnosti v štruktúre a početnosti larválnych a peľových mikrobiómov33, ako aj najbežnejších bakteriálnych rodov Pseudomonas a Delftia medzi osamelými druhmi včiel.Aj keď sú fungicídy spojené so stratégiami na ochranu zdravia včiel, účinky fungicídov na larválnu mikroflóru prostredníctvom priamej orálnej expozície zostávajú nepreskúmané.
Táto štúdia testovala účinky skutočných dávok šiestich bežne používaných fungicídov registrovaných na použitie na ovocí stromov v Spojených štátoch, vrátane kontaktných a systémových fungicídov podávaných perorálne larvám háďatka kukuričného z kontaminovaných potravín.Zistili sme, že kontaktné a systémové fungicídy znižujú prírastok telesnej hmotnosti včiel a zvyšujú úmrtnosť, pričom najzávažnejšie účinky sú spojené s mancozebom a pyritiopidom.Potom sme porovnali mikrobiálnu diverzitu lariev kŕmených peľovou diétou ošetrenou mancozebom s larvami kŕmenými kontrolnou stravou.Diskutujeme o možných mechanizmoch, ktoré sú základom úmrtnosti a dôsledkoch pre programy integrovaného manažmentu škodcov a opeľovačov (IPPM)36.
Dospelé O. cornifrons prezimujúce v zámotkoch boli získané z Fruit Research Center, Biglerville, PA a skladované pri -3 až 2 °C (±0,3 °C).Pred experimentom (celkovo 600 kokónov).V máji 2022 sa 100 zámotkov O. cornifrons denne premiestňovalo do plastových pohárikov (50 kukiel na pohár, DI 5 cm × 15 cm dlhé) a do pohárikov sa vložili utierky, aby sa podporilo otváranie a poskytol žuvací substrát, čím sa znížilo namáhanie kamenistých včely37 .Umiestnite dva plastové poháriky obsahujúce zámotky do klietky proti hmyzu (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) s 10 ml podávačmi obsahujúcimi 50 % roztok sacharózy a uskladnite štyri dni, aby sa zabezpečilo uzavretie a párenie.23°C, relatívna vlhkosť 60%, fotoperióda 10 l (nízka intenzita): 14 dní.100 spárených samíc a samcov bolo vypustených každé ráno počas šiestich dní (100 za deň) do dvoch umelých hniezd počas vrcholného kvitnutia jabloní (pascové hniezdo: šírka 33,66 × výška 30,48 × dĺžka 46,99 cm; doplnkový obrázok 1).Umiestnené v Pensylvánskom štátnom arboréte, v blízkosti čerešní (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'), jabloň veniec (Malus coronaria) a početné odrody jabloní (Malus coronaria, Malus), domáca jabloň 'Co-op 30′ Enterprise™, jabloň Malus 'Co- Op 31′ Winecrisp™, begónia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy').Každá modrá plastová vtáčia búdka sa hodí na dve drevené škatule.Každá hniezdna búdka obsahovala 800 prázdnych kraftových papierových rúrok (otvorená špirála, 0,8 cm vnútorný priemer x 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) vložených do nepriehľadných celofánových rúrok (priemer 0,7 pozri Plastové zátky (zátky T-1X) poskytujú hniezda .
Obidve hniezdne búdky smerovali na východ a boli zakryté zeleným plastovým záhradným oplotením (Everbilt model #889250EB12, veľkosť otvoru 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m), aby sa zabránilo prístupu hlodavcov a vtákov, a umiestnili sa na povrch pôdy vedľa pôdy z búdok krabice.Hniezdny box (doplnkový obrázok 1a).Vajíčka vijačky kukuričnej sa odoberali denne vyzbieraním 30 skúmaviek z hniezd a ich transportom do laboratória.Pomocou nožníc urobte rez na konci trubice, potom špirálovú trubicu rozoberte, aby ste odkryli plodové bunky.Jednotlivé vajíčka a ich peľ sa odstránili pomocou zakrivenej špachtle (súprava nástrojov Microslide, BioQuip Products Inc., Kalifornia).Vajcia sa inkubovali na vlhkom filtračnom papieri a umiestnili sa do Petriho misky na 2 hodiny pred použitím v našich experimentoch (doplnkový obrázok 1b-d).
V laboratóriu sme hodnotili orálnu toxicitu šiestich fungicídov aplikovaných pred a počas kvitnutia jablone v troch koncentráciách (0,1X, 0,5X a 1X, kde 1X je značka aplikovaná na 100 galónov vody/aker. Vysoká poľná dávka = koncentrácia v teréne)., Stôl 1).Každá koncentrácia sa opakovala 16-krát (n = 16).Dva kontaktné fungicídy (tabuľka S1: mancozeb 2696,14 ppm a kaptán 2875,88 ppm) a štyri systémové fungicídy (tabuľka S1: pyritiostrobín 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myclobutanil 52mazol; ppm ) toxicita pre ovocie, zeleninu a okrasné plodiny .Peľ sme zhomogenizovali pomocou mlynčeka, preniesli 0,20 g do jamky (24-jamková platňa Falcon) a pridali a premiešali 1 μl roztoku fungicídu, aby sa vytvoril pyramídový peľ s 1 mm hlbokými jamkami, do ktorých boli umiestnené vajíčka.Umiestnite pomocou mini špachtle (doplnkový obrázok 1c, d).Platne Falcon sa skladovali pri teplote miestnosti (25 °C) a 70 % relatívnej vlhkosti.Porovnali sme ich s kontrolnými larvami kŕmenými homogénnou peľovou stravou ošetrenou čistou vodou.Zaznamenali sme úmrtnosť a merali hmotnosť lariev každý druhý deň, kým larvy nedosiahli predpukol vek pomocou analytickej váhy (Fisher Scientific, presnosť = 0,0001 g).Nakoniec bol pomer pohlaví hodnotený otvorením kokónu po 2,5 mesiacoch.
DNA bola extrahovaná z celých lariev O. cornifrons (n = 3 na liečebné podmienky, peľ ošetrený mancozebom a neošetrený peľ) a na týchto vzorkách sme vykonali analýzy mikrobiálnej diverzity, najmä preto, že u mancozebu bola pozorovaná najvyššia mortalita u lariev.príjem MnZn.DNA sa amplifikovala, purifikovala pomocou súpravy DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) a sekvenovala (600 cyklov) na Illumina® MiSeq™ pomocou súpravy v3.Cielené sekvenovanie bakteriálnych 16S ribozomálnych RNA génov sa uskutočnilo pomocou súpravy Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) s použitím primérov zameraných na oblasť V3-V4 génu 16S rRNA.Okrem toho sa uskutočnilo sekvenovanie 18S s použitím 10 % inklúzie PhiX a amplifikácia sa uskutočnila s použitím páru primérov 18S001 a NS4.
Importujte a spracujte spárované čítania39 pomocou kanála QIIME2 (v2022.11.1).Tieto čítania boli orezané a zlúčené a chimérické sekvencie boli odstránené pomocou doplnku DADA2 v QIIME2 (párovanie šumu qiime dada2)40.Priradenia tried 16S a 18S boli vykonané pomocou doplnku klasifikátora objektov Classify-sklearn a vopred vyškoleného artefaktu silva-138-99-nb-classifier.
Všetky experimentálne údaje boli kontrolované na normalitu (Shapiro-Wilks) a homogenitu rozptylov (Levenov test).Pretože súbor údajov nespĺňal predpoklady parametrickej analýzy a transformácia nedokázala štandardizovať rezíduá, vykonali sme neparametrickú obojsmernú analýzu ANOVA (Kruskal-Wallis) s dvoma faktormi [čas (trojfázové 2, 5 a 8 dní časové body) a fungicíd] na vyhodnotenie účinku ošetrenia na čerstvú hmotnosť lariev, potom sa uskutočnili post hoc neparametrické párové porovnania pomocou Wilcoxonovho testu.Použili sme zovšeobecnený lineárny model (GLM) s Poissonovou distribúciou na porovnanie účinkov fungicídov na prežitie v troch koncentráciách fungicídov41,42.Pre analýzu diferenciálneho množstva sa počet variantov sekvencie amplikónu (ASV) zrútil na úrovni rodu.Porovnania rozdielnej abundancie medzi skupinami pomocou 16S (úroveň rodu) a 18S relatívnej abundancie sa uskutočnili pomocou zovšeobecneného aditívneho modelu pre polohu, mierku a tvar (GAMLSS) s beta nulovým nafúknutím (BEZI) rodinnými distribúciami, ktoré boli modelované na makro .v Microbiome R43 (v1.1).1).Pred diferenciálnou analýzou odstráňte mitochondriálne a chloroplastové druhy.Kvôli rôznym taxonomickým úrovniam 18S sa na diferenciálne analýzy použila iba najnižšia úroveň každého taxónu.Všetky štatistické analýzy boli vykonané pomocou R (v. 3.4.3., projekt CRAN) (Tím 2013).
Expozícia mancozebu, pyritiostrobinu a trifloxystrobinu významne znížila prírastok telesnej hmotnosti u O. cornifrons (obr. 1).Tieto účinky boli konzistentne pozorované pre všetky tri hodnotené dávky (obr. 1a–c).Cyklostrobin a myklobutanil významne neznížili hmotnosť lariev.
Priemerná čerstvá hmotnosť lariev vijačky stonkovej meraná v troch časových bodoch pri štyroch diétnych ošetreniach (homogénne peľové krmivo + fungicíd: kontrola, 0,1X, 0,5X a 1X dávky).(a) Nízka dávka (0,1X): prvý časový bod (deň 1): x2: 30,99, DF = 6;P < 0,0001, druhý časový bod (5. deň): 22,83, DF = 0,0009;tretí krát;bod (8. deň): x2: 28,39, DF = 6;(b) polovičná dávka (0,5X): prvý časový bod (deň 1): x2: 35,67, DF = 6;P < 0,0001, druhý časový bod (prvý deň).x): x2: 15,98, DF = 6;P = 0,0090;tretí časový bod (8. deň) x2: 16,47, DF = 6;(c) Miesto alebo plná dávka (1X): prvý časový bod (deň 1) x2: 20,64, P = 6;P = 0,0326, druhý časový bod (5. deň): x2: 22,83, DF = 6;P = 0,0009;tretí časový bod (8. deň): x2: 28,39, DF = 6;neparametrická analýza rozptylu.Stĺpce predstavujú priemer ± SE párových porovnaní (a = 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 % s trifloxystrobínom, o 49 % s mankozebom, o 48 % s myklobutanilom a o 46 % s pyrithistrobínom (obr. 1a).Pri vystavení polovičnej poľnej dávke (0,5x) sa telesná hmotnosť lariev mancozebu znížila o 86 %, pyritiostrobínu o 52 % a trifloxystrobínu o 50 % (obr. 1b).Plná poľná dávka (1X) mancozebu znížila hmotnosť lariev o 82 %, pyritiostrobínu o 70 % a trifloxystrobínu, myklobutanilu a sangardu približne o 30 % (obr. 1c).
Úmrtnosť bola najvyššia medzi larvami kŕmenými peľom ošetreným mankozebom, po ktorom nasledoval pyritiostrobin a trifloxystrobín.Mortalita sa zvyšovala so zvyšujúcimi sa dávkami mankozebu a pyritisolínu (obr. 2; tabuľka 2).Úmrtnosť vijačky kukuričnej sa však zvýšila len mierne, keď sa koncentrácie trifloxystrobínu zvýšili;cyprodinil a kaptán významne nezvýšili mortalitu v porovnaní s kontrolnou liečbou.
Mortalita lariev múch vijačky sa porovnávala po požití peľu individuálne ošetreného šiestimi rôznymi fungicídmi.Mancozeb a pentopyramid boli citlivejšie na orálnu expozíciu larvám kukurice (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.Medzi kontrolnou liečbou bol podiel žien 40 % v štúdiách s nízkou dávkou (0,1X) a polovičnou dávkou (0,5X) a 30 % v štúdiách s poľnou dávkou (1X).Pri 0,1-násobnej dávke medzi peľom kŕmenými larvami liečenými mancozebom a myklobutanilom bolo 33,33 % dospelých samíc, 22 % dospelých samíc, 44 % dospelých lariev boli samice, 44 % dospelých lariev boli samice.samice, 41 % dospelých lariev boli samice a kontroly boli 31 % (obr. 3a).Pri dávke 0,5-násobku dávky bolo 33 % dospelých červov v skupine s mancozebom a pyritiostrobínom samice, 36 % v skupine s trifloxystrobínom, 41 % v skupine s myklobutanilom a 46 % v skupine s cyprostrobínom.Toto číslo bolo v skupine 53 %.v kaptánovej skupine a 38 % v kontrolnej skupine (obr. 3b).Pri dávke 1X bolo v skupine s mancozebom 30 % žien, 36 % v skupine s pyritiostrobínom, 44 % v skupine s trifloxystrobínom, 38 % v skupine s myklobutanilom, 50 % v kontrolnej skupine boli ženy – 38,5 % (obr. 3c) .
Percento samíc a samcov vrtule po expozícii fungicídu v larválnom štádiu.(a) Nízka dávka (0,1X).(b) Polovičná dávka (0,5X).(c) Terénna dávka alebo plná dávka (1X).
16S sekvenčná analýza ukázala, že bakteriálna skupina sa líšila medzi larvami kŕmenými peľom ošetreným mancozebom a larvami kŕmenými neošetreným peľom (obr. 4a).Mikrobiálny index neošetrených lariev kŕmených peľom bol vyšší ako u lariev kŕmených peľom ošetreným mancozebom (obr. 4b).Hoci pozorovaný rozdiel v bohatosti medzi skupinami nebol štatisticky významný, bol signifikantne nižší ako rozdiel pozorovaný u lariev kŕmiacich sa neošetreným peľom (obr. 4c).Relatívna abundancia ukázala, že mikroflóra lariev kŕmených kontrolným peľom bola rozmanitejšia ako mikroflóra lariev kŕmených larvami ošetrenými mancozebom (obr. 5a).Opisná analýza odhalila prítomnosť 28 rodov v kontrolných vzorkách a vzorkách ošetrených mancozebom (obr. 5b).c Analýza pomocou 18S sekvenovania neodhalila žiadne významné rozdiely (doplnkový obrázok 2).
Profily SAV založené na sekvenciách 16S boli porovnané s bohatstvom Shannona a pozorované bohatstvo na úrovni kmeňa.a) Hlavná súradnicová analýza (PCoA) založená na celkovej štruktúre mikrobiálnej komunity u neošetrených lariev kŕmených peľom alebo kontrolných lariev (modrá) a lariev kŕmených mankozebom (oranžová).Každý údajový bod predstavuje samostatnú vzorku.PCoA sa vypočítal pomocou Bray-Curtisovej vzdialenosti multivariačnej t distribúcie.Ovály predstavujú 80 % úroveň spoľahlivosti.b) Boxplot, nespracované údaje o bohatstve Shannona (body) a c.Pozorovateľné bohatstvo.Boxplots zobrazujú rámčeky pre strednú čiaru, medzikvartilový rozsah (IQR) a 1,5 × IQR (n = 3).
Zloženie mikrobiálnych spoločenstiev lariev kŕmených mankozebom ošetreným a neošetreným peľom.(a) Relatívna hojnosť mikrobiálnych rodov sa číta v larvách.b) Tepelná mapa identifikovaných mikrobiálnych spoločenstiev.Delftia (pomer pravdepodobnosti (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 (mancozeb) a systémovým (pyrostrobín a trifloxystrobin) fungicídom, široko aplikovaným počas kvitnutia, výrazne znížila prírastok hmotnosti a zvýšila mortalitu lariev kukurice.Okrem toho mancozeb výrazne znížil diverzitu a bohatosť mikrobiómu počas predpupalého štádia.Myklobutanil, ďalší systémový fungicíd, významne znížil prírastok telesnej hmotnosti lariev pri všetkých troch dávkach.Tento účinok bol evidentný v druhom (deň 5) a treťom (deň 8) časových bodoch.Na rozdiel od toho cyprodinil a kaptán významne neznížili prírastok hmotnosti alebo prežitie v porovnaní s kontrolnou skupinou.Pokiaľ je nám známe, táto práca je prvou, ktorá určuje účinky poľných dávok rôznych fungicídov používaných na ochranu plodín kukurice prostredníctvom priamej expozície peľu.
Všetky ošetrenia fungicídmi výrazne znížili prírastok telesnej hmotnosti v porovnaní s kontrolnými ošetreniami.Mancozeb mal najväčší účinok na prírastok telesnej hmotnosti lariev s priemerným znížením o 51 %, nasledovaný pyritiostrobínom.Iné štúdie však neuviedli nepriaznivé účinky poľných dávok fungicídov na larválne štádiá44.Hoci sa ukázalo, že ditiokarbamátové biocídy majú nízku akútnu toxicitu45, etylénbisditiokarbamáty (EBDCS), ako je mancozeb, sa môžu degradovať na etylénsulfid močoviny.Vzhľadom na jeho mutagénne účinky u iných zvierat môže byť tento produkt degradácie zodpovedný za pozorované účinky46,47.Predchádzajúce štúdie ukázali, že tvorbu etyléntiomočoviny ovplyvňujú faktory, ako je zvýšená teplota48, úroveň vlhkosti49 a dĺžka skladovania produktu50.Správne podmienky skladovania biocídov môžu tieto vedľajšie účinky zmierniť.Okrem toho Európsky úrad pre bezpečnosť potravín vyjadril znepokojenie nad toxicitou pyritiopidu, u ktorého sa preukázalo, že je karcinogénny pre tráviaci systém iných zvierat51.
Perorálne podávanie mancozebu, pyritiostrobinu a trifloxystrobinu zvyšuje mortalitu lariev vijačky kukuričnej.Naproti tomu myklobutanil, ciprocyklín a kaptán nemali žiadny vplyv na mortalitu.Tieto výsledky sa líšia od výsledkov Ladurnera et al.52, ktorí ukázali, že kaptán významne znížil prežitie dospelých O. lignaria a Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).Okrem toho sa zistilo, že fungicídy, ako je kaptán a boscalid, spôsobujú mortalitu lariev52, 53, 54 alebo menia správanie pri kŕmení55.Tieto zmeny môžu následne ovplyvniť nutričnú kvalitu peľu a v konečnom dôsledku aj energetický zisk štádia lariev.Mortalita pozorovaná v kontrolnej skupine bola v súlade s inými štúdiami 56,57.
Pomer pohlaví uprednostňujúcich samcov pozorovaný v našej práci možno vysvetliť faktormi, ako je nedostatočné párenie a zlé poveternostné podmienky počas kvitnutia, ako už skôr navrhli pre O. cornuta Vicens a Bosch.Hoci samice a samci v našej štúdii mali štyri dni na párenie (obdobie všeobecne považované za dostatočné na úspešné párenie), zámerne sme znížili intenzitu svetla, aby sme minimalizovali stres.Táto modifikácia však môže neúmyselne zasahovať do procesu párenia61.Okrem toho včely zažívajú niekoľko dní nepriaznivého počasia, vrátane dažďa a nízkych teplôt (<5°C), čo môže tiež negatívne ovplyvniť úspešnosť párenia4,23.
Aj keď sa naša štúdia zamerala na celý larválny mikrobióm, naše výsledky poskytujú pohľad na potenciálne vzťahy medzi bakteriálnymi komunitami, ktoré môžu byť rozhodujúce pre výživu včiel a expozíciu fungicídom.Napríklad larvy kŕmené peľom ošetreným mancozebom 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 delftské baktérie, zvyčajne spojené s osamelými druhmi včiel, majú antibiotickú aktivitu, čo naznačuje potenciálnu ochrannú úlohu proti patogénom.Ďalší bakteriálny druh, Pseudomonas, bol hojný v larvách kŕmených neošetreným peľom, ale bol výrazne znížený u lariev ošetrených mancozebom.Naše výsledky podporujú predchádzajúce štúdie identifikujúce Pseudomonas ako jeden z najpočetnejších rodov v O. bicornis35 a iných solitérnych osách34.Hoci experimentálne dôkazy o úlohe Pseudomonas v zdraví O. cornifrons neboli študované, ukázalo 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 pri vírusovej a bakteriálnej obrane počas vývoja lariev O. cornifrons.Microbacterium je ďalší rod identifikovaný v našej štúdii, o ktorom sa uvádza, že je prítomný vo vysokých počtoch v larvách múch čiernych v podmienkach hladovania66.U lariev O. cornifrons môžu mikrobaktérie prispievať k rovnováhe a odolnosti črevného mikrobiómu v stresových podmienkach.Okrem toho sa Rhodococcus nachádza v larvách O. cornifrons a je známy svojimi detoxikačnými schopnosťami67.Tento rod sa nachádza aj v čreve A. florea, ale vo veľmi malom množstve68.Naše výsledky demonštrujú prítomnosť viacerých genetických variácií naprieč mnohými mikrobiálnymi taxónmi, ktoré môžu zmeniť metabolické procesy v larvách.Je však potrebné lepšie pochopiť funkčnú diverzitu O. cornifrons.
V súhrne výsledky naznačujú, že mancozeb, pyritiostrobin a trifloxystrobin znížili prírastok telesnej hmotnosti a zvýšili mortalitu lariev vijačky kukuričnej.Hoci narastajú obavy z účinkov fungicídov na opeľovače, je potrebné lepšie pochopiť účinky reziduálnych metabolitov týchto zlúčenín.Tieto výsledky možno začleniť do odporúčaní pre programy integrovaného manažmentu opeľovačov, ktoré pomáhajú farmárom 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 je dôležité pre vypracovanie odporúčaní.o používaní 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, stravovacie správanie, črevný mikrobióm a molekulárne mechanizmy, ktoré sú základom straty hmotnosti a úmrtnosti vijačky kukuričnej.
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.figový podiel.24996233.Sekvencie analyzované v súčasnej 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 ovocné stromy.býk.Ntomore.zdroj.92, 3-16 (2002).
Parker, MG a kol.Postupy opeľovania a vnímanie alternatívnych opeľovačov medzi pestovateľmi jabĺk v New Yorku a Pensylvánii.aktualizovať.Poľnohospodárstvo.potravinové systémy.35, 1 – 14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL a Ricketts TH Ekológia a ekonomika opeľovania mandlí pomocou pôvodných včiel.J. Ekonomika.Ntomore.111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., and Park, Y.-L.Účinky zmeny klímy na tragopanovú fenológiu: dôsledky pre riadenie populácie.Stúpať.Zmena 150, 305–317 (2018).
Artz, DR a Pitts-Singer, TL Vplyv fungicídnych a adjuvantných postrekov na hniezdne správanie dvoch obhospodarovaných včiel samotárok (Osmia lignaria a Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. a kol.Nízko toxický fungicíd na plodiny (fenbukonazol) interferuje so signálmi samčej reprodukčnej kvality, čo vedie k zníženiu úspešnosti párenia u divých včiel samotárov.J. Apps.ekológia.59, 1596 – 1607 (2022).
Sgolastra F. a kol.Neonikotinoidné insekticídy a biosyntéza ergosterolu potláčajú synergickú úmrtnosť fungicídov u troch druhov včiel.Hubenie škodcov.veda.73, 1236 – 1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.a Danforth BN Solitary larvy osy menia bakteriálnu diverzitu dodávanú peľom včelám Osmia cornifrons (Megachilidae) hniezdiacim na stonkách.vpredu.mikroorganizmus.13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN a Steffan SA Ektosymbiotické mikroorganizmy vo fermentovanom peli sú pre vývoj včiel samotárky rovnako dôležité ako samotný peľ.ekológia.evolúcie.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F a Thalheimer M. Medziriadková výsadba v jabloňových sadoch na kontrolu chorôb spojených s presevom: praktická štúdia účinnosti založená na mikrobiálnych indikátoroch.Pôda rastlín 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG a Peter KA Horká hniloba jabĺk v stredoatlantickom štáte USA: hodnotenie príčinných druhov a vplyv regionálnych poveternostných podmienok a náchylnosti kultivarov.Fytopatológia 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).škodí vede.39, 293-297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE a Peng, CY Vplyv vybraných fungicídov na rast a vývoj lariev včiel medonosných Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae).streda.Ntomore.33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. a McArt, S. Rozhodovacia príručka pre použitie pesticídov na ochranu opeľovačov v stromových sadoch (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM a Hogendoorn, K. Vystavenie včiel nepesticídom: prehľad metód a hlásených výsledkov.Poľnohospodárstvo.ekosystému.streda.314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA.a Pitts-Singer TL Vplyv typu dodávky a expozície pesticídom na vývoj lariev Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae).streda.Ntomore.51, 240 – 251 (2022).
Kopit AM a Pitts-Singer TL Cesty vystavenia osamelým včelám s prázdnym hniezdom pesticídom.streda.Ntomore.47, 499 – 510 (2018).
Pan, NT a kol.Nový protokol biotestu o požití na hodnotenie toxicity pesticídov u dospelých včiel japonských záhradných (Osmia cornifrons).veda.Správy 10, 9517 (2020).
Čas odoslania: 14. mája 2024