Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена CSS поддръжка. За най-добри резултати ви препоръчваме да използвате по-нова версия на браузъра си (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилизиране или JavaScript.
Фунгицидите често се използват по време на цъфтежа на плодните дървета и могат да застрашат насекомите опрашители. Малко се знае обаче за това как опрашителите, различни от пчели (напр. самотни пчели, Osmia cornifrons), реагират на контактни и системни фунгициди, често използвани върху ябълките по време на цъфтежа. Тази празнина в знанията ограничава регулаторните решения, определящи безопасните концентрации и времето на пръскане с фунгициди. Оценихме ефектите на два контактни фунгицида (каптан и манкоцеб) и четири междуслойни/фитосистемни фунгицида (ципроциклин, миклобутанил, пиростробин и трифлоксистробин). Ефекти върху наддаването на тегло на ларвите, оцеляването, съотношението между половете и бактериалното разнообразие. Оценката беше проведена с помощта на хроничен орален биологичен анализ, при който цветният прашец беше третиран в три дози въз основа на препоръчителната в момента доза за полева употреба (1X), половин доза (0.5X) и ниска доза (0.1X). Всички дози манкоцеб и пиритизолин значително намалиха телесното тегло и оцеляването на ларвите. След това секвенирахме гена 16S, за да характеризираме ларвния бактериом на манкоцеб, фунгицидът, отговорен за най-високата смъртност. Установихме, че бактериалното разнообразие и численост са значително намалени при ларвите, хранени с прашец, третиран с манкоцеб. Нашите лабораторни резултати показват, че пръскането на някои от тези фунгициди по време на цъфтежа е особено вредно за здравето на O. cornifrons. Тази информация е от значение за бъдещи управленски решения относно устойчивото използване на продукти за защита на овощните дървета и служи като основа за регулаторни процеси, насочени към защита на опрашителите.
Самотната пчела зидар Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) е внесена в Съединените щати от Япония в края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век и оттогава видът играе важна роля на опрашител в управляваните екосистеми. Натурализираните популации на тази пчела са част от приблизително 50 вида диви пчели, които допълват пчелите, опрашващи бадемови и ябълкови овощни градини в Съединените щати2,3. Пчелите зидари са изправени пред много предизвикателства, включително фрагментация на местообитанията, патогени и пестициди3,4. Сред инсектицидите, фунгицидите намаляват енергийния добив, храненето5 и кондиционирането на тялото6,7. Въпреки че последните изследвания показват, че здравето на пчелите зидари е пряко повлияно от коменсални и ектобактични микроорганизми,8,9 тъй като бактериите и гъбичките могат да повлияят на храненето и имунните отговори, ефектите от излагането на фунгициди върху микробното разнообразие на пчелите зидари едва сега започват да се изучават.
Фунгициди с различно действие (контактно и системно) се пръскат в овощни градини преди и по време на цъфтежа за лечение на болести като краста по ябълките, горчиво гниене, кафяво гниене и брашнеста мана10,11. Фунгицидите се считат за безвредни за опрашителите, така че се препоръчват на градинарите по време на периода на цъфтеж; Излагането и поглъщането на тези фунгициди от пчелите е сравнително добре известно, тъй като е част от процеса на регистрация на пестициди от Агенцията за опазване на околната среда на САЩ и много други национални регулаторни агенции12,13,14. Въпреки това, ефектите на фунгицидите върху непчелите са по-малко известни, тъй като те не се изискват съгласно споразуменията за разрешение за пускане на пазара в Съединените щати15. Освен това, като цяло няма стандартизирани протоколи за тестване на единични пчели16,17, а поддържането на колонии, които предоставят пчели за тестване, е предизвикателство18. В Европа и САЩ все по-често се провеждат опити с различни управлявани пчели за изследване на ефектите на пестицидите върху дивите пчели, а наскоро бяха разработени стандартизирани протоколи за O. cornifrons19.
Рогатите пчели са моноцити и се използват в търговската мрежа в шаранските култури като добавка или заместител на медоносните пчели. Тези пчели се появяват между март и април, като преждевременно зрелите мъжки се появяват три до четири дни преди женските. След чифтосване женската активно събира цветен прашец и нектар, за да осигури серия от пилочни килийки в тръбната кухина на гнездото (естествена или изкуствена)1,20. Яйцата се снасят върху цветен прашец вътре в килийките; след това женската изгражда глинена стена, преди да подготви следващата килийка. Ларвите от първия стадий са затворени в хориона и се хранят с ембрионални течности. От втория до петия стадий (предкакавида), ларвите се хранят с цветен прашец22. След като запасите от цветен прашец са напълно изчерпани, ларвите образуват пашкули, какавидират се и се появяват като възрастни в една и съща камера за пило, обикновено в края на лятото20,23. Възрастните се появяват следващата пролет. Оцеляването на възрастните е свързано с нетното наддаване на енергия (наддаване на тегло) въз основа на приема на храна. По този начин хранителното качество на цветния прашец, както и други фактори като времето или излагането на пестициди, са определящи за оцеляването и здравето24.
Инсектицидите и фунгицидите, прилагани преди цъфтежа, могат да се движат в растителната васкулатура в различна степен, от трансламинарни (напр. способни да се движат от горната повърхност на листата към долната повърхност, както някои фунгициди)25 до наистина системни ефекти. , които могат да проникнат в короната от корените, могат да навлязат в нектара на ябълковите цветове26, където могат да убият възрастни O. cornifrons27. Някои пестициди също се отделят в цветния прашец, като влияят върху развитието на ларвите на царевицата и причиняват тяхната смърт19. Други проучвания показват, че някои фунгициди могат значително да променят гнездовото поведение на сродния вид O. lignaria28. Освен това, лабораторни и полеви проучвания, симулиращи сценарии на експозиция на пестициди (включително фунгициди), показват, че пестицидите влияят негативно върху физиологията22, морфологията29 и оцеляването на медоносните пчели и някои самотни пчели. Различни фунгицидни спрейове, прилагани директно върху отворени цветове по време на цъфтежа, могат да замърсят цветния прашец, събран от възрастни за развитие на ларвите, чиито ефекти все още не са проучени30.
Все по-често се признава, че развитието на ларвите е повлияно от цветен прашец и микробните съобщества на храносмилателната система. Микробиомът на медоносната пчела влияе върху параметри като телесна маса31, метаболитни промени22 и чувствителност към патогени32. Предишни проучвания са изследвали влиянието на стадия на развитие, хранителните вещества и околната среда върху микробиома на самотните пчели. Тези проучвания разкриват сходства в структурата и изобилието на ларвния и цветен прашец33, както и най-често срещаните бактериални родове Pseudomonas и Delftia сред видовете самотни пчели. Въпреки че фунгицидите са свързани със стратегии за защита на здравето на пчелите, ефектите на фунгицидите върху ларвната микробиота чрез директно орално излагане остават неизследвани.
Това проучване тества ефектите от реални дози от шест често използвани фунгицида, регистрирани за употреба върху плодови дървета в Съединените щати, включително контактни и системни фунгициди, прилагани перорално на ларви на царевичен рожков молец от замърсена храна. Установихме, че контактните и системните фунгициди намаляват наддаването на тегло на пчелите и увеличават смъртността, като най-тежките ефекти са свързани с манкоцеб и пиритиопид. След това сравнихме микробното разнообразие на ларвите, хранени с третирана с манкоцеб поленова диета, с тези, хранени с контролната диета. Обсъждаме потенциалните механизми, лежащи в основата на смъртността, и последиците за програмите за интегрирано управление на вредителите и опрашителите (IPPM)36.
Възрастни O. cornifrons, зимуващи в пашкули, са получени от Центъра за изследване на плодове, Биглервил, Пенсилвания, и са съхранявани при -3 до 2°C (±0,3°C). Преди експеримента (общо 600 пашкула). През май 2022 г. 100 пашкула на O. cornifrons са прехвърляни ежедневно в пластмасови чашки (50 пашкула на чашка, DI 5 cm × 15 cm дължина) и вътре в чашките са поставяни кърпички, за да се улесни отварянето и да се осигури дъвчащ субстрат, намалявайки стреса върху каменистите пчели37. Поставете две пластмасови чашки, съдържащи пашкули, в клетка за насекоми (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайван) с 10 ml хранилки, съдържащи 50% разтвор на захароза, и съхранявайте четири дни, за да се осигури затваряне и чифтосване. 23°C, относителна влажност 60%, фотопериод 10 l (нисък интензитет): 14 дни. 100 чифтосани женски и мъжки екземпляри бяха пускани всяка сутрин в продължение на шест дни (по 100 на ден) в две изкуствени гнезда по време на пиковия цъфтеж на ябълките (гнездо-капан: ширина 33,66 × височина 30,48 × дължина 46,99 см; Допълнителна фигура 1). Разположено в Държавния дендрариум на Пенсилвания, близо до череша (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), праскова (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), круша (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), ябълково дърво коронария (Malus coronaria) и множество сортове ябълкови дървета (Malus coronaria, Malus), домашна ябълка 'Co-op 30′ Enterprise™, ябълково дърво 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бегония 'Freedom', бегония 'Golden Delicious', бегония 'Nova Spy'). Всяка синя пластмасова къщичка за птици се побира върху две дървени кутии. Всяка кутия за гнездене съдържаше 800 празни тръбички от крафт хартия (спирално отворени, 0,8 см вътрешен диаметър × 15 см дължина) (Jonesville Paper Tube Co., Мичиган), поставени в непрозрачни целофанови тръбички (0,7 външ. диаметър вижте Пластмасови тапи (тапи T-1X) осигуряват места за гнездене.
И двете кутии за гнездене бяха обърнати на изток и бяха покрити със зелена пластмасова градинска ограда (Everbilt модел #889250EB12, размер на отвора 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м), за да се предотврати достъпът на гризачи и птици, и бяха поставени върху повърхността на почвата до кутиите с почва на кутиите за гнездене. Кутия за гнездене (Допълнителна фигура 1а). Яйцата на царевичния пробивач се събираха ежедневно, като се събираха 30 епруветки от гнездата и се транспортираха до лабораторията. С помощта на ножица се направи разрез в края на епруветката, след което спиралната епруветка се разглоби, за да се разкрият клетките на пилото. Отделните яйца и техният прашец бяха отстранени с помощта на извита шпатула (комплект инструменти Microslide, BioQuip Products Inc., Калифорния). Яйцата бяха инкубирани върху влажна филтърна хартия и поставени в петриева паничка за 2 часа, преди да бъдат използвани в нашите експерименти (Допълнителна фигура 1b-d).
В лабораторията оценихме оралната токсичност на шест фунгицида, приложени преди и по време на цъфтежа на ябълката, в три концентрации (0,1X, 0,5X и 1X, където 1X е приложената доза на 100 галона вода/акър. Висока полева доза = концентрация в полето). , Таблица 1). Всяка концентрация беше повторена 16 пъти (n = 16). Два контактни фунгицида (Таблица S1: манкозеб 2696,14 ppm и каптан 2875,88 ppm) и четири системни фунгицида (Таблица S1: пиритиостробин 250,14 ppm; трифлоксистробин 110,06 ppm; миклобутанил азол 75,12 ppm; ципродинил 280,845 ppm) показаха токсичност върху плодове, зеленчуци и декоративни култури. Хомогенизирахме полена с помощта на мелница, прехвърлихме 0,20 g в ямка (24-ямкова Falcon плака) и добавихме и смесихме 1 μL разтвор на фунгицид, за да образуваме пирамидален полен с ямки с дълбочина 1 mm, в които бяха поставени яйцата. Поставихме ги с помощта на мини шпатула (Допълнителна фигура 1c,d). Falcon плаките се съхраняваха при стайна температура (25°C) и 70% относителна влажност. Сравнихме ги с контролни ларви, хранени с хомогенна поленова диета, третирана с чиста вода. Записвахме смъртността и измервахме теглото на ларвите през ден, докато ларвите достигнат предкакавидна възраст, използвайки аналитичен баланс (Fisher Scientific, точност = 0,0001 g). Накрая, съотношението между половете беше оценено чрез отваряне на пашкула след 2,5 месеца.
ДНК беше екстрахирана от цели ларви на O. cornifrons (n = 3 за всяко третиране, третиран с манкоцеб и нетретиран полен) и ние извършихме анализи на микробното разнообразие на тези проби, особено защото при манкоцеб най-високата смъртност беше наблюдавана при ларвите, получаващи MnZn. ДНК беше амплифицирана, пречистена с помощта на DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kit (Zymo Research, Irvine, CA) и секвенирана (600 цикъла) на Illumina® MiSeq™, използвайки v3 kit. Целенасоченото секвениране на бактериални 16S рибозомни РНК гени беше извършено с помощта на Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA), използвайки праймери, насочени към V3-V4 региона на 16S rRNA гена. Освен това, 18S секвениране беше извършено с помощта на 10% PhiX включване, а амплификацията беше извършена с помощта на двойката праймери 18S001 и NS4.
Импортирайте и обработете сдвоени четения39, използвайки QIIME2 конвейера (v2022.11.1). Тези четения бяха отрязани и обединени, а химерните последователности бяха премахнати, използвайки DADA2 плъгина в QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Присвояването на класове 16S и 18S беше извършено, използвайки плъгина за класификатор на обекти Classify-sklearn и предварително обучения артефакт silva-138-99-nb-classifier.
Всички експериментални данни бяха проверени за нормалност (Shapiro-Wilks) и хомогенност на дисперсиите (тест на Levene). Тъй като наборът от данни не отговаряше на предположенията на параметричния анализ и трансформацията не успя да стандартизира остатъците, извършихме непараметричен двуфакторен ANOVA (Kruskal-Wallis) с два фактора [време (трифазни времеви точки 2, 5 и 8 дни) и фунгицид], за да оценим ефекта от третирането върху прясното тегло на ларвите, след което бяха извършени post hoc непараметрични двойни сравнения, използвайки теста на Wilcoxon. Използвахме обобщен линеен модел (GLM) с разпределение на Поасон, за да сравним ефектите на фунгицидите върху оцеляването при три концентрации на фунгициди41,42. За диференциален анализ на изобилието, броят на вариантите на ампликонната последователност (ASV) беше свит на ниво род. Сравненията на диференциалното изобилие между групите, използващи 16S (ниво на род) и 18S относително изобилие, бяха извършени с помощта на обобщен адитивен модел за позиция, мащаб и форма (GAMLSS) с бета нулево-завишени (BEZI) семейни разпределения, които бяха моделирани върху макро. в Microbiome R43 (v1.1). 1). Премахнете митохондриалните и хлоропластните видове преди диференциалния анализ. Поради различните таксономични нива на 18S, за диференциалния анализ беше използвано само най-ниското ниво на всеки таксон. Всички статистически анализи бяха извършени с помощта на R (v. 3.4.3., проект CRAN) (Team 2013).
Излагането на манкозеб, пиритиостробин и трифлоксистробин значително намалява наддаването на телесно тегло при O. cornifrons (фиг. 1). Тези ефекти са наблюдавани последователно и при трите оценени дози (фиг. 1a–c). Циклостробин и миклобутанил не намаляват значително теглото на ларвите.
Средно прясно тегло на ларвите на стъбления пробивач, измерено в три времеви точки при четири хранителни третирания (хомогенно цветно поленово подхранване + фунгицид: контрола, дози 0.1X, 0.5X и 1X). (a) Ниска доза (0.1X): първа времева точка (ден 1): χ2: 30.99, DF = 6; P < 0.0001, втора времева точка (ден 5): 22.83, DF = 0.0009; трета времева точка; точка (ден 8): χ2: 28.39, DF = 6; (b) половин доза (0.5X): първа времева точка (ден 1): χ2: 35.67, DF = 6; P < 0.0001, втора времева точка (ден първи): χ2: 15.98, DF = 6; P = 0.0090; трета времева точка (ден 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Място или пълна доза (1X): първа времева точка (ден 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, втора времева точка (ден 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; трета времева точка (ден 8): χ2: 28,39, DF = 6; непараметричен дисперсионен анализ. Стълбовете представляват средна стойност ± SE на двойни сравнения (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
При най-ниската доза (0,1X), телесното тегло на ларвите е намалено с 60% при трифлоксистробин, с 49% при манкозеб, с 48% при миклобутанил и с 46% при пиритистробин (фиг. 1а). При експозиция на половината от полевата доза (0,5X), телесното тегло на ларвите на манкоцеб е намалено с 86%, на пиритиостробин с 52% и на трифлоксистробин с 50% (фиг. 1б). Пълна полева доза (1X) манкоцеб намалява теглото на ларвите с 82%, на пиритиостробин със 70%, а на трифлоксистробин, миклобутанил и сангард с приблизително 30% (фиг. 1в).
Смъртността е била най-висока сред ларвите, хранени с прашец, третиран с манкоцеб, следвана от пиритиостробин и трифлоксистробин. Смъртността се е увеличила с увеличаване на дозите на манкоцеб и пиритизолин (фиг. 2; таблица 2). Смъртността от царевичен стъблен червей обаче се е увеличила само леко с увеличаване на концентрациите на трифлоксистробин; ципродинил и каптан не са увеличили значително смъртността в сравнение с контролните третирания.
Смъртността на ларвите на мухата боравец е сравнена след поглъщане на цветен прашец, третиран поотделно с шест различни фунгицида. Манкоцеб и пентопирамид са по-чувствителни към орално излагане на царевични личинки (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (линия, наклон = 0,29, P < 0,001; наклон = 0,24, P <0,00)).
Средно, при всички лечения, 39,05% от пациентите са били жени, а 60,95% са били мъже. Сред контролните лечения, делът на жените е бил 40% както в проучванията с ниска доза (0,1X), така и с половин доза (0,5X), и 30% в проучванията с полева доза (1X). При доза 0,1X, сред ларви, хранени с цветен прашец, третирани с манкоцеб и миклобутанил, 33,33% от възрастните са били женски, 22% от възрастните са били женски, 44% от възрастните ларви са били женски, 44% от възрастните ларви са били женски, 41% от възрастните ларви са били женски, а контролната група е била 31% (фиг. 3а). При 0,5 пъти дозата, 33% от възрастните червеи в групата на манкоцеб и пиритиостробин са били женски, 36% в групата на трифлоксистробин, 41% в групата на миклобутанил и 46% в групата на ципростробин. Тази цифра е била 53% в групата на каптан и 38% в контролната група (фиг. 3б). При 1X доза, 30% от групата на манкоцеб са били жени, 36% от групата на пиритиостробин, 44% от групата на трифлоксистробин, 38% от групата на миклобутанил и 50% от контролната група са били жени – 38,5% (фиг. 3в).
Процент на женски и мъжки пробивачки след експозиция на фунгицид в ларвен стадий. (а) Ниска доза (0.1X). (б) Половин доза (0.5X). (в) Полева доза или пълна доза (1X).
Анализът на 16S секвенцията показа, че бактериалната група се различава между ларвите, хранени с третиран с манкоцеб прашец, и ларвите, хранени с нетретиран прашец (фиг. 4а). Микробният индекс на нетретираните ларви, хранени с прашец, е по-висок от този на ларвите, хранени с третиран с манкоцеб прашец (фиг. 4б). Въпреки че наблюдаваната разлика в богатството между групите не е статистически значима, тя е значително по-ниска от наблюдаваната при ларвите, хранещи се с нетретиран прашец (фиг. 4в). Относителното изобилие показва, че микробиотата на ларвите, хранени с контролен прашец, е по-разнообразна от тази на ларвите, хранени с третирани с манкоцеб ларви (фиг. 5а). Описателният анализ разкрива наличието на 28 рода в контролните и третираните с манкоцеб проби (фиг. 5б). c Анализът с помощта на 18S секвениране не разкрива значителни разлики (допълнителна фигура 2).
SAV профилите, базирани на 16S последователности, бяха сравнени с богатството на Шанън и наблюдаваното богатство на ниво тип. (a) Анализ на главните координати (PCoA), базиран на общата структура на микробната общност при нетретирани ларви, хранени с цветен прашец или контролна група (синьо) и ларви, хранени с манкоцеб (оранжево). Всяка точка от данните представлява отделна проба. PCoA беше изчислено с помощта на разстоянието на Брей-Къртис на многовариантното t-разпределение. Овалите представляват 80% ниво на доверие. (b) Boxplot, сурови данни за богатството на Шанън (точки) и c. Наблюдавано богатство. Boxplots показват кутии за медианна линия, интерквартилен диапазон (IQR) и 1.5 × IQR (n = 3).
Състав на микробните съобщества на ларви, хранени с третиран с манкоцеб и нетретиран прашец. (а) Относително изобилие на микробни родове, отчетени в ларвите. (б) Топлинна карта на идентифицираните микробни съобщества. Delftia (коефициент на вероятност (OR) = 0,67, P = 0,0030) и Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Редовете на топлинната карта са клъстерирани, използвайки корелационно разстояние и средна свързаност.
Нашите резултати показват, че оралното излагане на контактни (манкозеб) и системни (пиростробин и трифлоксистробин) фунгициди, широко прилагани по време на цъфтежа, значително намалява наддаването на тегло и увеличава смъртността на ларвите на царевицата. Освен това, манкозеб значително намалява разнообразието и богатството на микробиома по време на предкакавидния етап. Миклобутанил, друг системен фунгицид, значително намалява наддаването на телесно тегло на ларвите и при трите дози. Този ефект е очевиден във втората (ден 5) и третата (ден 8) времеви точки. За разлика от това, ципродинил и каптан не намаляват значително наддаването на тегло или оцеляването в сравнение с контролната група. Доколкото ни е известно, тази работа е първата, която определя ефектите от полевите дози на различни фунгициди, използвани за защита на царевичните култури чрез директно излагане на полени.
Всички третирания с фунгициди значително намалиха наддаването на телесно тегло в сравнение с контролните третирания. Манкозеб имаше най-голям ефект върху наддаването на телесно тегло на ларвите със средно намаление от 51%, следван от пиритиостробин. Други проучвания обаче не съобщават за неблагоприятни ефекти на полевите дози фунгициди върху ларвните стадии44. Въпреки че е доказано, че дитиокарбаматните биоциди имат ниска остра токсичност45, етилен бисдитиокарбаматите (EBDCS) като манкозеб могат да се разградят до урея етилен сулфид. Като се имат предвид мутагенните му ефекти при други животни, този продукт от разграждането може да е причина за наблюдаваните ефекти46,47. Предишни проучвания показват, че образуването на етилен тиоурея се влияе от фактори като повишена температура48, нива на влажност49 и продължителност на съхранение на продукта50. Правилните условия на съхранение на биоциди могат да смекчат тези странични ефекти. Освен това Европейският орган за безопасност на храните изрази загриженост относно токсичността на пиритиопида, за който е доказано, че е канцерогенен за храносмилателните системи на други животни51.
Пероралното приложение на манкозеб, пиритиостробин и трифлоксистробин увеличава смъртността на ларвите на царевичния пробивач. За разлика от това, миклобутанил, ципроциклин и каптан не са оказали влияние върху смъртността. Тези резултати се различават от тези на Ladurner et al.52, които показват, че каптанът значително намалява оцеляването на възрастните O. lignaria и Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Освен това е установено, че фунгициди като каптан и боскалид причиняват смъртност на ларвите52,53,54 или променят хранителното поведение55. Тези промени, от своя страна, могат да повлияят на хранителното качество на полена и в крайна сметка на енергийния прираст на ларвния стадий. Наблюдаваната смъртност в контролната група е в съответствие с други проучвания 56,57.
Наблюдаваното в нашата работа съотношение между половете, предпочитано от мъжките, може да се обясни с фактори като недостатъчно чифтосване и лоши метеорологични условия по време на цъфтежа, както беше предложено по-рано за O. cornuta от Виченс и Бош. Въпреки че женските и мъжките в нашето проучване имаха четири дни за чифтосване (период, който обикновено се счита за достатъчен за успешно чифтосване), ние умишлено намалихме интензитета на светлината, за да сведем до минимум стреса. Тази модификация обаче може неволно да попречи на процеса на чифтосване61. Освен това пчелите преживяват няколко дни неблагоприятно време, включително дъжд и ниски температури (<5°C), което също може да повлияе негативно на успеха на чифтосване4,23.
Въпреки че нашето проучване се фокусира върху целия ларвен микробиом, нашите резултати предоставят представа за потенциалните взаимовръзки между бактериалните съобщества, които могат да бъдат от решаващо значение за храненето на пчелите и експозицията на фунгициди. Например, ларвите, хранени с третиран с манкоцеб прашец, са имали значително намалена структура и численост на микробната съобщество в сравнение с ларвите, хранени с нетретиран прашец. При ларвите, консумиращи нетретиран прашец, бактериалните групи Proteobacteria и Actinobacteria са били доминиращи и са били предимно аеробни или факултативно аеробни. Известно е, че бактериите от вида Delft, обикновено свързани с единични видове пчели, имат антибиотична активност, което показва потенциална защитна роля срещу патогени. Друг бактериален вид, Pseudomonas, е бил в изобилие в ларвите, хранени с нетретиран прашец, но е бил значително намален в ларвите, третирани с манкоцеб. Нашите резултати подкрепят предишни проучвания, идентифициращи Pseudomonas като един от най-разпространените родове в O. bicornis35 и други единични оси34. Въпреки че експериментални доказателства за ролята на Pseudomonas за здравето на O. cornifrons не са проучени, е доказано, че тази бактерия насърчава синтеза на защитни токсини в бръмбара Paederus fuscipes и насърчава метаболизма на аргинин in vitro 35, 65. Тези наблюдения предполагат потенциална роля в вирусната и бактериалната защита по време на развитието на ларвите на O. cornifrons. Microbacterium е друг род, идентифициран в нашето проучване, за който се съобщава, че присъства във висок брой в ларвите на черната муха войнишка при условия на гладуване 66. В ларвите на O. cornifrons, микробактериите могат да допринесат за баланса и устойчивостта на чревния микробиом при стресови условия. Освен това, Rhodococcus се открива в ларвите на O. cornifrons и е известен със своите детоксикационни способности 67. Този род се среща и в червата на A. florea, но в много ниско количество 68. Нашите резултати показват наличието на множество генетични вариации в множество микробни таксони, които могат да променят метаболитните процеси в ларвите. Необходимо е обаче по-добро разбиране на функционалното разнообразие на O. cornifrons.
В обобщение, резултатите показват, че манкоцеб, пиритиостробин и трифлоксистробин намаляват наддаването на телесно тегло и увеличават смъртността на ларвите на царевичния стъблен червей. Въпреки че нараства загрижеността относно ефектите на фунгицидите върху опрашителите, е необходимо по-добро разбиране на ефектите на остатъчните метаболити на тези съединения. Тези резултати могат да бъдат включени в препоръки за интегрирани програми за управление на опрашителите, които помагат на земеделските производители да избягват употребата на определени фунгициди преди и по време на цъфтежа на овощните дървета чрез избор на фунгициди и промяна на времето на прилагане или чрез насърчаване на използването на по-малко вредни алтернативи 36. Тази информация е важна за разработването на препоръки относно употребата на пестициди, като например коригиране на съществуващите програми за пръскане и промяна на времето на пръскане при избора на фунгициди или насърчаване на използването на по-малко опасни алтернативи. Необходими са допълнителни изследвания на неблагоприятните ефекти на фунгицидите върху съотношението между половете, хранителното поведение, чревния микробиом и молекулярните механизми, лежащи в основата на загубата на тегло и смъртността на царевичния стъблен червей.
Изходните данни 1, 2 и 3 на Фигури 1 и 2 са депозирани в хранилището за данни figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 и https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Анализираните в настоящото изследване секвенции (Фиг. 4, 5) са достъпни в хранилището на NCBI SRA под номер за достъп PRJNA1023565.
Bosch, J. и Kemp, WP Развитие и утвърждаване на видове медоносни пчели като опрашители на селскостопански култури: примерът с рода Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) и овощните дървета. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Паркър, М. Г. и др. Практики за опрашване и възприятия за алтернативни опрашители сред производителите на ябълки в Ню Йорк и Пенсилвания. актуализация. Земеделие. хранителни системи. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL и Ricketts TH Екология и икономика на опрашването на бадеми с помощта на местни пчели. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., и Park, Y.-L. Ефекти от изменението на климата върху фенологията на трагопана: последици за управлението на популацията. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR и Pitts-Singer, TL. Ефект на фунгицидни и адювантни спрейове върху гнездовото поведение на две отглеждани самотни пчели (Osmia lignaria и Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Нискотоксичен фунгицид за култури (фенбуконазол) пречи на сигналите за мъжка репродуктивна способност, което води до намален успех на чифтосване при дивите самотни пчели. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Неоникотиноидните инсектициди и биосинтезата на ергостерол потискат синергичната смъртност от фунгициди при три вида пчели. Контрол на вредителите. Науката. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. и Danforth BN Самотни ларви на оси променят бактериалното разнообразие, доставяно от цветен прашец на пчелите, гнездящи по стъблата Osmia cornifrons (Megachilidae). преден микроорганизъм. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Данфорт Б.Н. и Стефан С.А. Ектосимбиотичните микроорганизми във ферментиралия цветен прашец са също толкова важни за развитието на самотните пчели, колкото и самият цветен прашец. ecology. evolution. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F и Thalheimer M. Междуредово засаждане в ябълкови овощни градини за контрол на болестите от презасяване: практическо проучване за ефективност, базирано на микробни индикатори. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Мартин П.Л., Кравчик Т., Ходадади Ф., Ачимович С.Г. и Питър К.А. Горчиво гниене на ябълките в средноатлантическите Съединени щати: оценка на причинителите и влиянието на регионалните метеорологични условия и чувствителността на сортовете. Фитопатология 111, 966–981 (2021).
Кълън М. Г., Томпсън Л. Дж., Каролан Дж. К., Стаут Дж. К. и Стенли Д. А. Фунгициди, хербициди и пчели: систематичен преглед на съществуващите изследвания и методи. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED и Jepson, PC Синергични ефекти на EBI фунгициди и пиретроидни инсектициди върху медоносните пчели (Apis mellifera). Вредители в науката. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE и Peng, CY. Влияние на избрани фунгициди върху растежа и развитието на ларвите на медоносните пчели Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Сряда. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Мълън, Е., Уикстед, Д. и МакАрт, С. Ръководство за вземане на решения за употреба на пестициди за защита на опрашителите в овощни градини (Университет Корнел, 2018 г.).
Iwasaki, JM и Hogendoorn, K. Излагане на пчелите на непестициди: преглед на методите и докладваните резултати. Земеделие. екосистема. Сряда. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. и Pitts-Singer TL. Влияние на вида на снабдяване и експозицията на пестициди върху развитието на ларвите на Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Сряда. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Копит А.М. и Питс-Сингър Т.Л. Пътища на излагане на пестициди на самотни пчели с празни гнезда. Сряда. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Пан, НТ и др. Нов протокол за биологичен анализ чрез поглъщане за оценка на токсичността на пестициди при възрастни японски градински пчели (Osmia cornifrons). Науката. Доклади 10, 9517 (2020).
Време на публикуване: 14 май 2024 г.