Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращих результатів рекомендуємо використовувати новішу версію браузера (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображаємо сайт без стилізації та JavaScript.
Фунгіциди часто використовуються під час цвітіння плодових дерев і можуть загрожувати комахам-запилювачам. Однак мало що відомо про те, як небджолині запилювачі (наприклад, одинокі бджоли, Osmia cornifrons) реагують на контактні та системні фунгіциди, які зазвичай використовуються на яблунях під час цвітіння. Ця прогалина в знаннях обмежує прийняття регуляторних рішень щодо визначення безпечних концентрацій та часу обприскування фунгіцидами. Ми оцінили вплив двох контактних фунгіцидів (каптан та манкоцеб) та чотирьох міжшарових/фітосистемних фунгіцидів (ципроциклін, міклобутаніл, піростробін та трифлоксистробін). Вплив на приріст ваги личинок, виживання, співвідношення статей та бактеріальне різноманіття. Оцінку проводили за допомогою хронічного перорального біологічного аналізу, в якому пилок обробляли трьома дозами на основі рекомендованої наразі дози для польового використання (1X), половинної дози (0,5X) та низької дози (0,1X). Усі дози манкоцебу та піритизоліну значно знижували масу тіла та виживання личинок. Потім ми секвенували ген 16S, щоб охарактеризувати личинковий бактеріом манкоцебу, фунгіциду, що відповідає за найвищу смертність. Ми виявили, що різноманітність та чисельність бактерій значно знизилися у личинок, які харчувалися пилком, обробленим манкоцебом. Наші лабораторні результати показують, що обприскування деякими з цих фунгіцидів під час цвітіння особливо шкідливе для здоров'я O. cornifrons. Ця інформація є актуальною для майбутніх управлінських рішень щодо сталого використання засобів захисту плодових дерев та служить основою для регуляторних процесів, спрямованих на захист запилювачів.
Одинока бджола-мулярка Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) була завезена до Сполучених Штатів з Японії наприкінці 1970-х та на початку 1980-х років, і з того часу цей вид відіграє важливу роль запилювача в керованих екосистемах. Натуралізовані популяції цієї бджоли є частиною приблизно 50 видів диких бджіл, які доповнюють бджіл, що запилюють мигдалеві та яблуневі сади в Сполучених Штатах2,3. Бджоли-мулярки стикаються з багатьма проблемами, включаючи фрагментацію середовища існування, патогени та пестициди3,4. Серед інсектицидів фунгіциди зменшують приріст енергії, пошук їжі5 та покращення стану організму6,7. Хоча останні дослідження показують, що на здоров'я бджіл-мулярок безпосередньо впливають коменсальні та ектобактичні мікроорганізми,8,9 оскільки бактерії та грибки можуть впливати на харчування та імунні реакції, вплив фунгіцидів на мікробне різноманіття бджіл-мулярок тільки починається.
Фунгіциди різної дії (контактні та системні) розпилюють у садах до та під час цвітіння для лікування таких хвороб, як парша яблук, гірка гниль, бура гниль та борошниста роса10,11. Фунгіциди вважаються нешкідливими для запилювачів, тому їх рекомендують садівникам у період цвітіння; Вплив та потрапляння цих фунгіцидів бджолами є відносно добре відомим, оскільки це є частиною процесу реєстрації пестицидів Агентством з охорони навколишнього середовища США та багатьма іншими національними регуляторними органами12,13,14. Однак вплив фунгіцидів на небджіл менш відомий, оскільки вони не вимагаються згідно з угодами про дозвіл на маркетинг у Сполучених Штатах15. Крім того, зазвичай немає стандартизованих протоколів для тестування окремих бджіл16,17, а утримання колоній, які надають бджіл для тестування, є складним завданням18. У Європі та США все частіше проводяться випробування різних видів бджіл для вивчення впливу пестицидів на диких бджіл, і нещодавно були розроблені стандартизовані протоколи для O. cornifrons19.
Рогаті бджоли – це моноцити, яких комерційно використовують у коропових культурах як доповнення або заміну медоносних бджіл. Ці бджоли з'являються між березнем і квітнем, причому скоростиглі самці з'являються на три-чотири дні раніше за самиць. Після спарювання самка активно збирає пилок і нектар, щоб забезпечити серію розплідних комірок у трубчастій порожнині гнізда (природній або штучній)1,20. Яйця відкладаються на пилок всередині комірок; потім самка будує глиняну стінку, перш ніж підготувати наступну комірку. Личинки першого віку укладені в хоріон і харчуються ембріональною рідиною. З другого по п'ятий вік (передлялечка) личинки харчуються пилком22. Після повного виснаження запасів пилку личинки утворюють кокони, заляльковуються та виходять дорослими особинами в одній розплідній камері, зазвичай наприкінці літа20,23. Дорослі особини з'являються наступної весни. Виживання дорослих особин пов'язане з чистим приростом енергії (приростом ваги) залежно від споживання їжі. Таким чином, харчова якість пилку, а також інші фактори, такі як погода або вплив пестицидів, є визначальними факторами виживання та здоров'я24.
Інсектициди та фунгіциди, що застосовуються до цвітіння, здатні переміщатися всередині судин рослини в різному ступені, від трансламінарного (наприклад, здатні переміщатися з верхньої поверхні листя на нижню, як деякі фунгіциди) 25 до справді системного впливу. , які можуть проникати в крону від коренів, можуть потрапляти в нектар квітів яблуні 26, де вони можуть вбивати дорослих особин O. cornifrons 27. Деякі пестициди також вимиваються в пилок, впливаючи на розвиток личинок кукурудзи та спричиняючи їхню загибель 19. Інші дослідження показали, що деякі фунгіциди можуть суттєво змінювати гніздову поведінку споріднених видів O. lignaria 28. Крім того, лабораторні та польові дослідження, що імітують сценарії впливу пестицидів (включаючи фунгіциди), показали, що пестициди негативно впливають на фізіологію 22 морфологію 29 та виживання медоносних бджіл і деяких одиноких бджіл. Різні фунгіцидні спреї, що застосовуються безпосередньо на відкриті квіти під час цвітіння, можуть забруднювати пилок, зібраний дорослими особинами для розвитку личинок, вплив яких ще належить вивчити 30.
Все частіше визнається, що на розвиток личинок впливають пилок та мікробні спільноти травної системи. Мікробіом медоносної бджоли впливає на такі параметри, як маса тіла31, метаболічні зміни22 та сприйнятливість до патогенів32. Попередні дослідження вивчали вплив стадії розвитку, поживних речовин та навколишнього середовища на мікробіом одиноких бджіл. Ці дослідження виявили подібність у структурі та чисельності личинкового та пилкового мікробіомів33, а також найпоширеніших бактеріальних родів Pseudomonas та Delftia серед видів одиноких бджіл. Однак, хоча фунгіциди пов'язують зі стратегіями захисту здоров'я бджіл, вплив фунгіцидів на личинкову мікробіоту через прямий пероральний вплив залишається невивченим.
У цьому дослідженні перевіряли вплив реальних доз шести поширених фунгіцидів, зареєстрованих для використання на плодових деревах у Сполучених Штатах, включаючи контактні та системні фунгіциди, що вводяться перорально личинкам кукурудзяної молі з забрудненої їжі. Ми виявили, що контактні та системні фунгіциди зменшують приріст маси тіла бджіл та збільшують смертність, причому найсерйозніші наслідки пов'язані з манкоцебом та піритіопідом. Потім ми порівняли мікробне різноманіття личинок, яких годували пилковим раціоном, обробленим манкоцебом, з тими, яких годували контрольним раціоном. Ми обговорюємо потенційні механізми, що лежать в основі смертності, та наслідки для програм інтегрованої боротьби зі шкідниками та запилювачами (IPPM)36.
Дорослі особини O. cornifrons, що зимували в коконах, були отримані з Центру дослідження фруктів, Біглервілл, Пенсильванія, та зберігалися при температурі від -3 до 2°C (±0,3°C). Перед експериментом (загалом 600 коконів). У травні 2022 року 100 коконів O. cornifrons щодня пересаджували у пластикові чашки (50 коконів на чашку, DI 5 см × 15 см завдовжки), а всередину чашок клали серветки, щоб сприяти відкриттю та забезпечити жувальний субстрат, зменшуючи стрес для кам'янистих бджіл37. Помістіть дві пластикові чашки з коконами в клітку для комах (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) з годівницями об'ємом 10 мл, що містять 50% розчин сахарози, та зберігайте протягом чотирьох днів, щоб забезпечити закриття та спарювання. Температура 23°C, відносна вологість 60%, фотоперіод 10 л (низька інтенсивність): 14 днів. 100 спарених самок і самців випускали щоранку протягом шести днів (по 100 на день) у два штучні гнізда під час піку цвітіння яблуні (гніздо-пастка: ширина 33,66 × висота 30,48 × довжина 46,99 см; Додатковий рисунок 1). Розміщено в дендрарії штату Пенсильванія, поруч з вишнею (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), персиком (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), грушею (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), яблунею коронарією (Malus coronaria) та численними сортами яблунь (Malus coronaria, Malus), домашньою яблунею 'Co-op 30′ Enterprise™, яблунею 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бегонією 'Freedom', бегонією 'Golden Delicious', бегонією 'Nova Spy'). Кожна синя пластикова шпаківня встановлюється на двох дерев'яних ящиках. Кожна гніздова коробка містила 800 порожніх крафт-паперових трубочок (спірально відкриті, 0,8 см внутрішній діаметр × 15 см довжина) (Jonesville Paper Tube Co., Мічиган), вставлених у непрозорі целофанові трубочки (0,7 зовнішній діаметр див. Пластикові заглушки (заглушки T-1X) забезпечують місця для гніздування.
Обидві гніздові коробки були спрямовані на схід і були накриті зеленим пластиковим садовим парканом (модель Everbilt №889250EB12, розмір отвору 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м), щоб запобігти доступу гризунів та птахів, і розміщені на поверхні ґрунту поруч із ґрунтовими коробками гнізд. Гніздова коробка (Додатковий рисунок 1a). Яйця кукурудзяного метелика збирали щодня, збираючи 30 трубочок з гнізд та транспортуючи їх до лабораторії. За допомогою ножиць зробіть надріз на кінці трубки, потім розберіть спіральну трубку, щоб оголити комірки з розплодом. Окремі яйця та їхній пилок видаляли за допомогою вигнутого шпателя (набір інструментів Microslide, BioQuip Products Inc., Каліфорнія). Яйця інкубували на вологому фільтрувальному папері та поміщали в чашку Петрі на 2 години перед використанням у наших експериментах (Додаткові рисунки 1b-d).
У лабораторії ми оцінили пероральну токсичність шести фунгіцидів, застосованих до та під час цвітіння яблуні, у трьох концентраціях (0,1X, 0,5X та 1X, де 1X – це позначка, що застосовується на 100 галонів води/акр. Висока польова доза = концентрація в полі). (Таблиця 1). Кожну концентрацію повторювали 16 разів (n = 16). Два контактні фунгіциди (Таблиця S1: манкоцеб 2696,14 ppm та каптан 2875,88 ppm) та чотири системні фунгіциди (Таблиця S1: піритіостробін 250,14 ppm; трифлоксистробін 110,06 ppm; міклобутанілазол 75,12 ppm; ципродиніл 280,845 ppm) виявили токсичність для фруктів, овочів та декоративних культур. Ми гомогенізували пилок за допомогою подрібнювача, перенесли 0,20 г у лунку (24-лункова пластина Falcon) та додали та перемішали 1 мкл розчину фунгіциду для утворення пірамідального пилку з лунками глибиною 1 мм, в які поміщали яйця. Помістили за допомогою міні-лопатки (Додатковий рисунок 1c,d). Пластини Falcon зберігали при кімнатній температурі (25°C) та відносній вологості 70%. Ми порівняли їх з контрольними личинками, яких годували гомогенним пилковим раціоном, обробленим чистою водою. Ми реєстрували смертність та вимірювали вагу личинок через день, доки личинки не досягли передлялечкового віку, використовуючи аналітичні ваги (Fisher Scientific, точність = 0,0001 г). Нарешті, співвідношення статей оцінювали, відкриваючи кокон через 2,5 місяці.
ДНК екстрагували з цілих личинок O. cornifrons (n = 3 на умови обробки, пилок, оброблений та необроблений манкоцебом), і ми провели аналіз мікробного різноманіття цих зразків, особливо тому, що найвища смертність у манкоцебі спостерігалася у личинок, які отримували MnZn. ДНК ампліфікували, очищали за допомогою набору DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Ірвайн, Каліфорнія) та секвенували (600 циклів) на Illumina® MiSeq™ з використанням набору v3. Цільове секвенування генів бактеріальної 16S рибосомної РНК проводили за допомогою набору Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Ірвайн, Каліфорнія) з використанням праймерів, спрямованих на область V3-V4 гена 16S рРНК. Крім того, 18S секвенування проводили з використанням 10% включення PhiX, а ампліфікацію проводили з використанням пари праймерів 18S001 та NS4.
Імпортуйте та обробіть парні зчитування39 за допомогою конвеєра QIIME2 (v2022.11.1). Ці зчитування були обрізані та об'єднані, а химерні послідовності видалені за допомогою плагіна DADA2 у QIIME2 (шумове спарювання qiime dada2)40. Призначення класів 16S та 18S було виконано за допомогою плагіна класифікатора об'єктів Classify-sklearn та попередньо навченого артефакту silva-138-99-nb-classifier.
Всі експериментальні дані були перевірені на нормальність (тест Шапіро-Вілкса) та однорідність дисперсій (тест Левена). Оскільки набір даних не відповідав припущенням параметричного аналізу, а трансформація не стандартизувала залишки, ми виконали непараметричний двофакторний дисперсійний аналіз (Краскала-Уолліса) з двома факторами [час (трифазні 2, 5 та 8-денні часові точки) та фунгіцид], щоб оцінити вплив обробки на свіжу масу личинок, потім були проведені постфактумні непараметричні попарні порівняння за допомогою тесту Вілкоксона. Ми використовували узагальнену лінійну модель (GLM) з розподілом Пуассона для порівняння впливу фунгіцидів на виживання при трьох концентраціях фунгіцидів41,42. Для диференціального аналізу чисельності кількість варіантів послідовності ампліконів (ASV) була зведена до рівня роду. Порівняння диференціальної чисельності між групами з використанням 16S (рівень роду) та відносної чисельності 18S було проведено з використанням узагальненої адитивної моделі для положення, масштабу та форми (GAMLSS) з розподілом сімейств з бета-нульовим завищеним значенням (BEZI), які були змодельовані на макроскопії в Microbiome R43 (v1.1). 1). Видаліть мітохондріальні та хлоропластні види перед диференціальним аналізом. Через різні таксономічні рівні 18S, для диференціального аналізу використовувався лише найнижчий рівень кожного таксона. Всі статистичні аналізи були виконані за допомогою R (v. 3.4.3., проект CRAN) (Team 2013).
Вплив манкоцебу, піритіостробіну та трифлоксистробіну значно зменшив приріст маси тіла у O. cornifrons (рис. 1). Ці ефекти спостерігалися послідовно для всіх трьох оцінених доз (рис. 1a–c). Циклостробін та міклобутаніл суттєво не зменшили вагу личинок.
Середня свіжа маса личинок стеблового мотиля, виміряна у трьох часових точках за чотирьох варіантів харчування (однорідне пилкове живлення + фунгіцид: контроль, дози 0,1X, 0,5X та 1X). (a) Низька доза (0,1X): перша часова точка (день 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, друга часова точка (день 5): 22,83, DF = 0,0009; третя часова точка (день 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) половинна доза (0,5X): перша часова точка (день 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, друга часова точка (перший день): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; третя точка часу (день 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Місце або повна доза (1X): перша точка часу (день 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, друга точка часу (день 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; третя точка часу (день 8): χ2: 28,39, DF = 6; непараметричний дисперсійний аналіз. Стовпчики представляють середнє значення ± стандартна помилка (SE) попарних порівнянь (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
При найнижчій дозі (0,1X) маса тіла личинок зменшилася на 60% при застосуванні трифлоксистробіну, на 49% при застосуванні манкоцебу, на 48% при застосуванні міклобутанілу та на 46% при застосуванні піритистробіну (рис. 1a). При впливі половини польової дози (0,5X) маса тіла личинок манкоцебу зменшилася на 86%, піритіостробіну – на 52%, а трифлоксистробіну – на 50% (рис. 1b). Повна польова доза (1X) манкоцебу знизила масу личинок на 82%, піритіостробіну – на 70%, а трифлоксистробіну, міклобутанілу та сангарду – приблизно на 30% (рис. 1c).
Смертність була найвищою серед личинок, яких годували пилком, обробленим манкоцебом, далі йшли піритіостробін та трифлоксистробін. Смертність зростала зі збільшенням доз манкоцебу та піритизоліну (рис. 2; таблиця 2). Однак смертність кукурудзяного метелика зростала лише незначно зі збільшенням концентрації трифлоксистробіну; ципродиніл та каптан суттєво не збільшували смертність порівняно з контрольними методами.
Смертність личинок мухи-дрозофіли порівнювали після потрапляння пилку в організм, окремо обробленого шістьма різними фунгіцидами. Манкоцеб та пентопірамід були чутливішими до перорального впливу личинок кукурудзи (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (лінія, нахил = 0,29, P < 0,001; нахил = 0,24, P < 0,00)).
У середньому, серед усіх видів лікування, 39,05% пацієнтів були жінками, а 60,95% – чоловіками. Серед контрольної групи частка жінок становила 40% як у дослідженнях з низькою дозою (0,1X), так і з половинною дозою (0,5X), та 30% у дослідженнях з польовою дозою (1X). При дозі 0,1X серед личинок, що харчувалися пилком та оброблених манкоцебом та міклобутанілом, 33,33% дорослих особин були жінками, 22% дорослих – самицями, 44% дорослих личинок – самицями, 44% дорослих личинок – самицями, 41% дорослих личинок – самицями, а в контрольній групі частка жінок становила 31% (рис. 3a). При дозі, що перевищувала 0,5, 33% дорослих гельмінтів у групі манкоцебу та піритіостробіну становили самки, 36% у групі трифлоксистробіну, 41% у групі міклобутанілу та 46% у групі ципростробіну. Цей показник становив 53% у групі каптану та 38% у контрольній групі (рис. 3b). При дозі 1X жінки становили 30% у групі манкоцебу, 36% у групі піритіостробіну, 44% у групі трифлоксистробіну, 38% у групі міклобутанілу та 50% у контрольній групі – 38,5% (рис. 3c).
Відсоток самок та самців бурих червців після впливу фунгіциду на личинковій стадії. (a) Низька доза (0,1X). (b) Половина доза (0,5X). (c) Польова доза або повна доза (1X).
Аналіз 16S-секвенування показав, що бактеріальна група відрізнялася між личинками, яких годували пилком, обробленим манкоцебом, та личинками, яких годували необробленим пилком (рис. 4a). Мікробний індекс необроблених личинок, яких годували пилком, був вищим, ніж у личинок, яких годували пилком, обробленим манкоцебом (рис. 4b). Хоча спостережувана різниця в багатстві між групами не була статистично значущою, вона була значно нижчою, ніж та, що спостерігалася у личинок, які харчувалися необробленим пилком (рис. 4c). Відносна чисельність показала, що мікробіота личинок, яких годували контрольним пилком, була більш різноманітною, ніж у личинок, яких годували личинками, обробленими манкоцебом (рис. 5a). Описовий аналіз показав наявність 28 родів у контрольних та оброблених манкоцебом зразках (рис. 5b). c Аналіз з використанням 18S-секвенування не виявив суттєвих відмінностей (додатковий рисунок 2).
Профілі SAV, засновані на послідовностях 16S, порівнювали з багатством Шеннона та спостережуваним багатством на рівні типу. (a) Аналіз головних координат (PCoA) на основі загальної структури мікробної спільноти у личинках, що отримували необроблений пилок або контроль (синій) та личинках, що отримували манкоцеб (помаранчевий). Кожна точка даних представляє окремий зразок. PCoA розраховували за допомогою відстані Брея-Кертіса багатовимірного t-розподілу. Овали представляють 80% рівень довіри. (b) Коробчаста діаграма, необроблені дані про багатство Шеннона (точки) та c. Спостережуване багатство. Коробчасті діаграми показують прямокутники для медіанної лінії, міжквартильного діапазону (IQR) та 1,5 × IQR (n = 3).
Склад мікробних угруповань личинок, що харчувалися пилком, обробленим та необробленим манкоцебом. (a) Відносна чисельність мікробних родів у личинках. (b) Теплова карта ідентифікованих мікробних угруповань. Delftia (коефіцієнт шансів (OR) = 0,67, P = 0,0030) та Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Рядки теплової карти кластеризовані за допомогою кореляційної відстані та середньої зв'язності.
Наші результати показують, що пероральний вплив контактних (манкоцеб) та системних (піростробін та трифлоксистробін) фунгіцидів, широко застосовуваних під час цвітіння, значно зменшив приріст ваги та збільшив смертність личинок кукурудзи. Крім того, манкоцеб значно зменшив різноманітність та багатство мікробіому на стадії передлялечки. Міклобутаніл, інший системний фунгіцид, значно зменшив приріст ваги личинок при всіх трьох дозах. Цей ефект був очевидним на другому (5-й день) та третьому (8-й день) етапах часу. Навпаки, ципродиніл та каптан суттєво не знизили приріст ваги або виживання порівняно з контрольною групою. Наскільки нам відомо, ця робота є першою, яка визначає вплив польових доз різних фунгіцидів, що використовуються для захисту посівів кукурудзи шляхом прямого впливу пилку.
Усі обробки фунгіцидами значно знизили приріст маси тіла порівняно з контрольними обробками. Манкоцеб мав найбільший вплив на приріст маси тіла личинок із середнім зниженням на 51%, за ним ішов піритіостробін. Однак інші дослідження не повідомляли про несприятливий вплив польових доз фунгіцидів на личинкові стадії44. Хоча було показано, що дитіокарбаматні біоциди мають низьку гостру токсичність45, етиленбісдитіокарбамати (EBDCS), такі як манкоцеб, можуть розкладатися до сечовини етиленсульфіду. Враховуючи його мутагенну дію на інших тварин, цей продукт розкладу може бути відповідальним за спостережувані ефекти46,47. Попередні дослідження показали, що на утворення етилентіосечовини впливають такі фактори, як підвищена температура48, рівень вологості49 та тривалість зберігання продукту50. Належні умови зберігання біоцидів можуть пом'якшити ці побічні ефекти. Крім того, Європейське агентство з безпеки харчових продуктів висловило стурбованість щодо токсичності піритіопіду, який, як було показано, є канцерогенним для травної системи інших тварин51.
Пероральне введення манкоцебу, піритіостробіну та трифлоксистробіну збільшує смертність личинок кукурудзяного метелика. Натомість, міклобутаніл, ципроциклін та каптан не впливали на смертність. Ці результати відрізняються від результатів Ладурнера та ін.52, які показали, що каптан значно знижує виживання дорослих O. lignaria та Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Крім того, було виявлено, що фунгіциди, такі як каптан та боскалід, викликають смертність личинок52,53,54 або змінюють харчову поведінку55. Ці зміни, у свою чергу, можуть впливати на поживну якість пилку та, зрештою, на приріст енергії личинкової стадії. Смертність, що спостерігалася в контрольній групі, відповідала іншим дослідженням 56,57.
Співвідношення статей, яке спостерігається в нашій роботі, де перевагу віддають самцям, можна пояснити такими факторами, як недостатнє спарювання та несприятливі погодні умови під час цвітіння, як раніше припускали Вісенс та Бош для O. cornuta. Хоча самки та самці в нашому дослідженні мали чотири дні для спарювання (період, який зазвичай вважається достатнім для успішного спарювання), ми навмисно зменшили інтенсивність світла, щоб мінімізувати стрес. Однак ця модифікація може ненавмисно перешкоджати процесу спарювання61. Крім того, бджоли переживають кілька днів несприятливої погоди, включаючи дощ та низькі температури (<5°C), що також може негативно вплинути на успіх спарювання4,23.
Хоча наше дослідження зосереджувалося на всьому личинковому мікробіомі, наші результати дають уявлення про потенційні взаємозв'язки між бактеріальними спільнотами, які можуть бути критично важливими для харчування бджіл та впливу фунгіцидів. Наприклад, личинки, яких годували пилком, обробленим манкоцебом, мали значно знижену структуру та чисельність мікробної спільноти порівняно з личинками, які годували необробленим пилком. У личинок, які споживали необроблений пилок, бактеріальні групи Proteobacteria та Actinobacteria були домінуючими та були переважно аеробними або факультативно аеробними. Відомо, що бактерії Delft, які зазвичай пов'язані з одиночними видами бджіл, мають антибіотичну активність, що вказує на потенційну захисну роль проти патогенів. Інший вид бактерій, Pseudomonas, був поширений у личинках, яких годували необробленим пилком, але значно зменшився у личинках, оброблених манкоцебом. Наші результати підтверджують попередні дослідження, які визначили Pseudomonas як один з найпоширеніших родів у O. bicornis35 та інших одиночних ос34. Хоча експериментальні докази ролі Pseudomonas у здоров'ї O. cornifrons не вивчалися, було показано, що ця бактерія сприяє синтезу захисних токсинів у жука Paederus fuscipes та сприяє метаболізму аргініну in vitro 35, 65. Ці спостереження свідчать про потенційну роль у вірусному та бактеріальному захисті під час розвитку личинок O. cornifrons. Microbacterium - це ще один рід, ідентифікований у нашому дослідженні, який, як повідомляється, присутній у великій кількості у личинок чорної мухи-солдатика в умовах голодування 66. У личинок O. cornifrons мікробактерії можуть сприяти балансу та стійкості кишкового мікробіому в умовах стресу. Крім того, Rhodococcus виявлений у личинках O. cornifrons і відомий своїми детоксикаційними здібностями 67. Цей рід також зустрічається в кишечнику A. florea, але в дуже низькій кількості 68. Наші результати демонструють наявність численних генетичних варіацій у численних мікробних таксонах, які можуть змінювати метаболічні процеси у личинок. Однак необхідне краще розуміння функціонального різноманіття O. cornifrons.
Підсумовуючи, результати показують, що манкоцеб, піритіостробін та трифлоксистробін зменшили приріст маси тіла та збільшили смертність личинок кукурудзяного метелика. Хоча зростає занепокоєння щодо впливу фунгіцидів на запилювачів, існує потреба краще зрозуміти вплив залишкових метаболітів цих сполук. Ці результати можуть бути включені до рекомендацій щодо комплексних програм управління запилювачами, які допомагають фермерам уникати використання певних фунгіцидів до та під час цвітіння плодових дерев шляхом вибору фунгіцидів та зміни термінів їх застосування або шляхом заохочення використання менш шкідливих альтернатив 36. Ця інформація важлива для розробки рекомендацій щодо використання пестицидів, таких як коригування існуючих програм обприскування та зміна термінів обприскування при виборі фунгіцидів або заохочення використання менш небезпечних альтернатив. Необхідні подальші дослідження негативного впливу фунгіцидів на співвідношення статей, харчову поведінку, кишковий мікробіом та молекулярні механізми, що лежать в основі втрати ваги та смертності кукурудзяного метелика.
Вихідні дані 1, 2 та 3 на рисунках 1 та 2 були депоновані в репозиторії даних figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 та https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Послідовності, проаналізовані в цьому дослідженні (рис. 4, 5), доступні в репозиторії NCBI SRA під номером доступу PRJNA1023565.
Bosch, J. та Kemp, WP. Розвиток та утвердження видів медоносних бджіл як запилювачів сільськогосподарських культур: приклад роду Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) та фруктових дерев. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Паркер, М. Г. та ін. Практика запилення та сприйняття альтернативних запилювачів серед виробників яблук у Нью-Йорку та Пенсільванії. оновлення. Сільське господарство. Продовольчі системи. 35, 1–14 (2020).
Кох І., Лонсдорф Е.В., Арц Д.Р., Піттс-Сінгер Т.Л. та Рікеттс Т.Х. Екологія та економіка запилення мигдалю за допомогою місцевих бджіл. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Лі, Е., Хе, Ю. та Парк, Ю.-Л. Вплив зміни клімату на фенологію трагопана: значення для управління популяціями. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Арц, Д.Р. та Піттс-Сінгер, Т.Л. Вплив фунгіцидних та ад'ювантних спреїв на гніздову поведінку двох контрольованих одиноких бджіл (Osmia lignaria та Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Бове, С. та ін. Низькотоксичний фунгіцид для сільськогосподарських культур (фенбуконазол) перешкоджає сигналам репродуктивної якості самців, що призводить до зниження успішності спарювання у диких одиноких бджіл. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. та ін. Неонікотиноїдні інсектициди та біосинтез ергостеролу пригнічують синергетичну фунгіцидну смертність у трьох видів бджіл. Контроль шкідників. Наука. 73, 1236–1243 (2017).
Кунеман Дж. Г., Гіллунг Дж., Ван Дейк М. Т., Фордайс Р. Ф. та Денфорт Б. Н. Личинки ос, що населяють одиноких особин, змінюють бактеріальне різноманіття, що постачається пилком бджолам, що гніздяться на стеблах. Osmia cornifrons (Megachilidae). фронт. мікроорганізм. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Данфорт Б.Н. та Стеффан С.А. Ектосимбіотичні мікроорганізми у ферментованому пилку так само важливі для розвитку одиноких бджіл, як і сам пилок. Екологія. Еволюція. 12. e8788 (2022).
Кельдерер М., Манічі Л.М., Капуто Ф. та Тальхаймер М. Міжрядне садіння в яблуневих садах для контролю хвороб, що викликають пересівання: практичне дослідження ефективності на основі мікробних індикаторів. Ґрунт рослин 357, 381–393 (2012).
Мартін П.Л., Кравчик Т., Ходададі Ф., Ачімович С.Г. та Пітер К.А. Гірка гниль яблук у середньоатлантичній частині Сполучених Штатів: оцінка видів-збудників та вплив регіональних погодних умов і сприйнятливості сорту. Фітопатологія 111, 966–981 (2021).
Каллен М.Г., Томпсон Л.Дж., Керолан Дж.К., Стаут Дж.К. та Стенлі Д.А. Фунгіциди, гербіциди та бджоли: систематичний огляд існуючих досліджень та методів. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Піллінг, Е.Д. та Джепсон, П.К. Синергетичний вплив фунгіцидів EBI та піретроїдних інсектицидів на медоносних бджіл (Apis mellifera). Шкідники: наука. 39, 293–297 (1993).
Муссен, Е.К., Лопес, Дж.Є. та Пенг, К.Ю. Вплив вибраних фунгіцидів на ріст та розвиток личинок медоносних бджіл Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Середа. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Маллен, Е., Вікстед, Д. та МакАрт, С. Керівництво з прийняття рішень щодо використання пестицидів для захисту запилювачів у садах (Корнельський університет, 2018).
Івасакі, Дж. М. та Хогендорн, К. Вплив непестицидів на бджіл: огляд методів та опублікованих результатів. Сільське господарство. Екосистема. Середа. 314, 107423 (2021).
Копіт А.М., Клінгер Е., Кокс-Фостер Д.Л., Рамірес Р.А. та Піттс-Сінгер Т.Л. Вплив типу постачання та впливу пестицидів на розвиток личинок Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Середа. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Копіт А.М. та Піттс-Сінгер Т.Л. Шляхи впливу пестицидів на одиноких бджіл, що тримають порожні гнізда. Середа. Нтоморе. 47, 499–510 (2018).
Пан, Н.Т. та ін. Новий протокол біоаналізу проковтування для оцінки токсичності пестицидів у дорослих японських садових бджіл (Osmia cornifrons). Наука. Звіти 10, 9517 (2020).
Час публікації: 14 травня 2024 р.