Дякуємо, що відвідали Nature.com.Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS.Для досягнення найкращих результатів ми рекомендуємо вам використовувати новішу версію вашого браузера (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer).Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми показуємо сайт без стилів або JavaScript.
Фунгіциди часто використовуються під час цвітіння деревних плодів і можуть загрожувати комахам-запилювачам.Однак мало відомо про те, як небджолині запилювачі (наприклад, одиночні бджоли, осмія) реагують на контактні та системні фунгіциди, які зазвичай застосовують для яблук під час цвітіння.Ця прогалина в знаннях обмежує регуляторні рішення щодо визначення безпечних концентрацій і часу обприскування фунгіцидами.Ми оцінили дію двох контактних фунгіцидів (каптан і манкоцеб) і чотирьох міжшарових/фітосистемних фунгіцидів (ципроциклін, міклобутаніл, піростробін і трифлоксистробін).Вплив на збільшення маси личинок, виживання, співвідношення статей і різноманітність бактерій.Оцінку проводили за допомогою хронічного перорального біоаналізу, в якому пилок обробляли трьома дозами на основі поточної рекомендованої дози для польового використання (1X), половинної дози (0,5X) і низької дози (0,1X).Усі дози манкоцебу та піритізоліну значно знижували масу тіла та виживаність личинок.Потім ми секвенували ген 16S, щоб охарактеризувати личинковий бактеріом манкоцебу, фунгіциду, відповідального за найвищу смертність.Ми виявили, що різноманітність і чисельність бактерій значно зменшилися у личинок, яких годували пилком, обробленим манкоцебом.Результати наших лабораторних досліджень 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 фруктових дерев і служить основою для регуляторних процесів, спрямованих на захист запилювачів.
Одиночна бджола-муляр Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) була завезена до Сполучених Штатів із Японії наприкінці 1970-х та на початку 1980-х років, і відтоді цей вид відіграє важливу роль запилювача в керованих екосистемах.Натуралізовані популяції цієї бджоли є частиною приблизно 50 видів диких бджіл, які доповнюють бджіл, які запилюють мигдальні та яблуневі сади в Сполучених Штатах2,3.Мейсонські бджоли стикаються з багатьма проблемами, включаючи фрагментацію середовища існування, патогени та пестициди3,4.Серед інсектицидів фунгіциди зменшують надходження енергії, пошук їжі5 та кондиціонування організму6,7.Незважаючи на те, що останні дослідження показують, що на здоров’я бджіл Мейсон безпосередньо впливають коменсальні та ектобактичні мікроорганізми, 8,9 оскільки бактерії та гриби можуть впливати на харчування та імунні реакції, вплив фунгіцидів на мікробне різноманіття бджіл Мейсон лише починає проявлятися. вивчав.
Для лікування таких захворювань, як парша яблуні, гірка гниль, бура гниль та борошниста роса, у садах до та під час цвітіння обприскують фунгіциди різної дії (контактної та системної дії)10,11.Фунгіциди вважаються нешкідливими для запилювачів, тому їх рекомендують садівникам в період цвітіння;Вплив і споживання цих фунгіцидів бджолами відносно добре відомі, оскільки це є частиною процесу реєстрації пестицидів Агентством з охорони навколишнього середовища США та багатьма іншими національними регуляторними органами12,13,14.Проте вплив фунгіцидів на небджіл менш відомий, оскільки вони не вимагаються згідно з угодами про дозвіл на продаж у Сполучених Штатах15.Крім того, загалом не існує стандартизованих протоколів для тестування окремих бджіл16,17, а утримання колоній, які забезпечують бджіл для тестування, є складним завданням18.У Європі та США все частіше проводяться випробування різних керованих бджіл для вивчення впливу пестицидів на диких бджіл, і нещодавно для O. cornifrons були розроблені стандартизовані протоколи19.
Рогаті бджоли є моноцитами і комерційно використовуються для вирощування коропа як доповнення або заміна медоносних бджіл.Ці бджоли з’являються між березнем і квітнем, причому передчасні самці з’являються на три-чотири дні раніше самок.Після спарювання самка активно збирає пилок і нектар, щоб забезпечити ряд клітин розплоду в порожнині трубчастого гнізда (природного чи штучного)1,20.Яйця відкладаються на пилку всередині клітин;потім самка будує глиняну стіну перед підготовкою наступної клітини.Личинки першого віку укладені в хоріон і харчуються ембріональними рідинами.З другої по п’яту стадії (передлялечка) личинки живляться пилком22.Коли запаси пилку повністю вичерпуються, личинки утворюють кокони, заляльковуються і з’являються дорослими особинами в тій самій виводковій камері, зазвичай наприкінці літа20,23.Імаго з'являються наступної весни.Виживання дорослої особини пов’язане з чистим приростом енергії (збільшенням ваги) на основі споживання їжі.Таким чином, поживна якість пилку, а також інші фактори, такі як погода чи вплив пестицидів, є визначальними факторами виживання та здоров’я24.
Інсектициди та фунгіциди, застосовані перед цвітінням, здатні переміщатися в судинній системі рослини в різному ступені, від трансламінарного (наприклад, здатного переміщатися з верхньої поверхні листя на нижню поверхню, як деякі фунгіциди) 25 до справді системного впливу., які можуть проникати в крону з коренів, можуть потрапити в нектар квітів яблуні26, де вони можуть вбити дорослу O. cornifrons27.Деякі пестициди також проникають у пилок, впливаючи на розвиток личинок кукурудзи та спричиняючи їх загибель19.Інші дослідження показали, що деякі фунгіциди можуть значно змінити гніздову поведінку споріднених видів O. lignaria28.Крім того, лабораторні та польові дослідження, що моделюють сценарії впливу пестицидів (включаючи фунгіциди), показали, що пестициди негативно впливають на фізіологію 22 морфологію 29 і виживання медоносних бджіл і деяких одиночних бджіл.Різні фунгіцидні спреї, що застосовуються безпосередньо до відкритих квітів під час цвітіння, можуть забруднити пилок, зібраний дорослими особинами для розвитку личинок, наслідки яких ще потрібно вивчити30.
Все більше визнається, що на розвиток личинок впливає пилок і 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 і середовища на мікробіом одиноких бджіл.Ці дослідження виявили подібність у структурі та чисельності мікробіомів личинок і пилку33, а також найпоширеніших бактеріальних родів Pseudomonas і Delftia серед одиночних видів бджіл.Однак, незважаючи на те, що фунгіциди пов’язані зі стратегіями захисту здоров’я бджіл, вплив фунгіцидів на мікробіоту личинок через прямий оральний вплив залишається невивченим.
У цьому дослідженні перевіряли дію реальних доз шести широко використовуваних фунгіцидів, зареєстрованих для використання на плодах дерев у Сполучених Штатах, включаючи контактні та системні фунгіциди, що вводяться перорально до личинок кукурудзяної молі із зараженої їжі.Ми виявили, що контактні та системні фунгіциди зменшують набір маси тіла бджіл і збільшують смертність, причому найбільш важкі ефекти пов’язані з манкоцебом і піритіопідом.Потім ми порівняли мікробну різноманітність личинок, яких годували на дієті з пилком, обробленою манкоцебом, з тими, яких годували на контрольній дієті.Ми обговорюємо потенційні механізми, що лежать в основі смертності, і наслідки для програм інтегрованої боротьби зі шкідниками та запилювачами (IPPM)36.
Дорослі O. cornifrons, які зимували в коконах, були отримані з Fruit Research Center, Biglerville, PA, і зберігалися при температурі від -3 до 2°C (±0,3°C).До експерименту (всього 600 коконів).У травні 2022 року 100 коконів O. cornifrons щодня переносили в пластикові чашки (50 коконів на чашку, DI 5 см × 15 см завдовжки) і серветки поміщали всередину чашок, щоб сприяти відкриттю та створювати жувальний субстрат, зменшуючи навантаження на камені. бджоли37 .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, і зберігайте протягом чотирьох днів, щоб забезпечити закриття та спарювання.23°C, відносна вологість 60%, фотоперіод 10 л (низька інтенсивність): 14 днів.100 спарених самок і самців випускали щоранку протягом шести днів (100 на день) у два штучних гнізда під час піку цвітіння яблуні (гніздо-пастка: ширина 33,66 × висота 30,48 × довжина 46,99 см; додатковий малюнок 1).Розміщено в Дендропарку штату Пенсільванія, поруч із 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'), яблуня коронарія (Malus coronaria) і численні сорти яблунь (Malus coronaria, Malus), яблуня домашня 'Co-op 30' Enterprise™, яблуня Malus 'Co- Op 31′ Winecrisp™, бегонія «Freedom», бегонія «Golden Delicious», бегонія «Nova Spy»).Кожен блакитний пластиковий шпаківню поміщається на дві дерев'яні коробки.Кожен гніздовий ящик містив 800 порожніх трубок з крафт-паперу (розкрита спіраль, внутрішній діаметр 0,8 см × 15 см L) (Jonesville Paper Tube Co., Мічіган), вставлених у непрозорі целофанові трубки (0,7 OD див. Пластикові заглушки (заглушки T-1X) забезпечують місця гніздування .
Обидва гніздових ящики були спрямовані на схід і були накриті зеленою пластиковою садовою огорожею (модель Everbilt № 889250EB12, розмір отвору 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м), щоб запобігти доступу гризунів і птахів, і розміщені на поверхні ґрунту поруч із землею гніздового ящика. ящики.Гніздовий ящик (додатковий малюнок 1а).Яйця кукурудзяного метелика збирали щодня шляхом збору 30 пробірок із гнізд і транспортування їх до лабораторії.За допомогою ножиць зробіть надріз на кінці трубки, потім розберіть спіральну трубку, щоб відкрити клітини розплоду.Окремі яйця та їх 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 (додатковий малюнок 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 — позначка, що наноситься на 100 галонів води/акр. Висока польова доза = концентрація в польових умовах)., таблиця 1).Кожну концентрацію повторювали 16 разів (n = 16).Два контактних фунгіциду (таблиця S1: манкоцеб 2696,14 ppm і каптан 2875,88 ppm) і чотири системні фунгіциди (таблиця S1: піритіостробін 250,14 ppm; трифлоксистробін 110,06 ppm; міклобутаніл азол 75 .12 ppm; ципродиніл 280,845 ppm) токсичність для фруктів, овочів і декоративних культур .Ми гомогенізували пилок за допомогою подрібнювача, перенесли 0,20 г у лунку (24-лунковий планшет Falcon), додали та змішали 1 мкл розчину фунгіциду, щоб утворити пірамідальний пилок із лунками глибиною 1 мм, у які поміщали яйця.Розмістіть за допомогою міні-шпателя (додатковий малюнок 1c,d).Пластини Falcon зберігали при кімнатній температурі (25°C) і відносній вологості 70%.Ми порівняли їх з контрольними личинками, яких годували гомогенною пилковою дієтою, обробленою чистою водою.Ми реєстрували смертність і вимірювали вагу личинок через день, поки личинки не досягли передлялечного віку, використовуючи аналітичні ваги (Fisher Scientific, точність = 0,0001 г).Нарешті, співвідношення статей оцінювали, відкриваючи кокон через 2,5 місяці.
ДНК було виділено з цілих личинок O. cornifrons (n = 3 на умову обробки, оброблений манкоцебом і необроблений пилок), і ми провели аналіз мікробного різноманіття цих зразків, особливо тому, що в манкоцебі спостерігалася найвища смертність у личинок.отримання MnZn.ДНК ампліфікували, очищали за допомогою набору DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) і секвенували (600 циклів) на Illumina® MiSeq™ за допомогою набору v3.Цілеспрямоване секвенування бактеріальних генів 16S рибосомальної РНК проводили за допомогою Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) з використанням праймерів, націлених на область V3-V4 гена 16S рРНК.Крім того, секвенування 18S проводили з використанням 10% включення PhiX, а ампліфікацію проводили з використанням пари праймерів 18S001 і NS4.
Імпортуйте та обробляйте парні читання39 за допомогою конвеєра QIIME2 (v2022.11.1).Ці зчитування були обрізані та об’єднані, а химерні послідовності були видалені за допомогою плагіна DADA2 у QIIME2 (з’єднання шуму qiime dada2)40.Призначення класів 16S і 18S було виконано за допомогою плагіна класифікатора об’єктів Classify-sklearn і попередньо навченого артефакту silva-138-99-nb-classifier.
Усі експериментальні дані перевіряли на нормальність (Шапіро-Вілкс) та однорідність дисперсій (критерій Левена).Оскільки набір даних не відповідав припущенням параметричного аналізу, а перетворення не змогло стандартизувати залишки, ми виконали непараметричний двосторонній дисперсійний аналіз (Краскела-Уолліса) з двома факторами [час (три фази 2, 5 і 8 днів). часові точки) і фунгіцид], щоб оцінити вплив обробки на свіжу масу личинок, потім були проведені непараметричні попарні порівняння за допомогою тесту Вілкоксона.Ми використали узагальнену лінійну модель (GLM) із розподілом Пуассона, щоб порівняти вплив фунгіцидів на виживання в трьох концентраціях фунгіцидів41,42.Для диференціального аналізу кількості кількість варіантів послідовності ампліконів (ASV) було згорнуто на рівні роду.Порівняння диференціальної чисельності між групами з використанням 16S (рівень роду) і відносної чисельності 18S проводили з використанням узагальненої адитивної моделі для положення, масштабу та форми (GAMLSS) з бета-розширенням (BEZI) сімейних розподілів, які були змодельовані на основі макросу .у Microbiome R43 (v1.1).1).Видалити мітохондріальні та хлоропластні види перед диференціальним аналізом.Через різні таксономічні рівні 18S для диференціального аналізу використовувався лише найнижчий рівень кожного таксону.Усі статистичні аналізи проводились за допомогою R (версія 3.4.3., проект CRAN) (Команда 2013).
Вплив манкоцебу, піритіостробіну та трифлоксистробіну значно знижував приріст маси тіла у O. cornifrons (рис. 1).Ці ефекти постійно спостерігалися для всіх трьох оцінених доз (рис. 1a–c).Циклостробін і міклобутаніл істотно не знижували масу личинок.
Середня свіжа вага личинок стовбура, виміряна в три моменти часу за чотирьох дієтичних обробок (гомогенний корм з пилком + фунгіцид: контроль, дози 0,1X, 0,5X і 1X).(a) Низька доза (0,1X): перша точка часу (день 1): χ2: 30,99, DF = 6;P < 0,0001, друга часова точка (день 5): 22,83, DF = 0,0009;третій раз;точка (день 8): χ2: 28,39, DF = 6;(b) половинна доза (0,5X): перша точка часу (день 1): χ2: 35,67, DF = 6;P <0,0001, друга точка часу (день перший).): χ2: 15,98, DF = 6;P = 0,0090;третій часовий момент (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 часова точка (день 5): χ2: 22,83, DF = 6;P = 0,0009;третя часова точка (день 8): χ2: 28,39, DF = 6;непараметричний дисперсійний аналіз.Стовпчики представляють середнє значення ± 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 була знижена на 60% з трифлоксистробіном, на 49% з манкоцебом, на 48% з міклобутанілом і на 46% з піритистробіном (рис. 1а).При впливі половини польової дози (0,5X) маса тіла личинок манкоцебу зменшувалася на 86%, піритіостробіну на 52% і трифлоксистробіну на 50% (рис. 1b).Повна польова доза (1X) манкоцебу зменшила 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, за яким йшли піритіостробін і трифлоксистробін.Смертність зростала зі збільшенням доз манкоцебу та піритізоліну (рис. 2; табл. 2).Однак смертність від кукурудзяного метелика зросла лише незначно, оскільки концентрація трифлоксистробіну зросла;ципродиніл і каптан суттєво не підвищували смертність порівняно з контрольними методами лікування.
Смертність личинок бурильної мухи порівнювали після прийому пилку, окремо обробленого шістьма різними фунгіцидами.Манкоцеб і пентопірамід були більш чутливими до перорального впливу кукурудзяних личинок (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (лінія, нахил = 0,29, P <0,001; нахил = 0,24, P <0,00)).
У середньому за всіма методами лікування 39,05% пацієнтів були жінками та 60,95% чоловіками.Серед контрольних груп лікування частка жінок становила 40% як у дослідженнях низьких доз (0,1X), так і половинних доз (0,5X), і 30 % у дослідженнях польових доз (1X).При дозі 0,1Х серед личинок, які харчувалися пилком і отримували манкоцеб і міклобутаніл, 33,33% дорослих особин були самками, 22% дорослих особин були самками, 44% дорослих личинок були самками, 44% дорослих личинок були самками.самки, 41% дорослих личинок були самками, а контролі становили 31% (рис. 3а).При 0,5-кратній дозі 33% дорослих черв’яків у групі манкоцебу та піритіостробіну були самками, 36% у групі трифлоксистробіну, 41% у групі міклобутанілу та 46% у групі ципростробіну.У групі цей показник склав 53%.у групі каптану та 38% у контрольній групі (рис. 3б).При дозі 1Х 30% групи манкоцебу становили жінки, 36% групи піритіостробіну, 44% групи трифлоксистробіну, 38% групи міклобутанілу, 50% контрольної групи були жінки – 38,5% (рис. 3c) .
Відсоток самок і самців бурильників після впливу фунгіцидів на стадію личинок.(a) Низька доза (0,1X).(b) Половина дози (0,5X).(c) Польова доза або повна доза (1X).
Аналіз послідовності 16S показав, що група бактерій відрізнялася між личинками, яких годували пилком, обробленим манкоцебом, і личинками, яких годували необробленим пилком (рис. 4а).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 у личинок, які харчувалися необробленим пилком (рис. 4c).Відносна чисельність показала, що мікробіота личинок, яких годували контрольним пилком, була більш різноманітною, ніж мікробіота личинок, яких годували личинками, обробленими манкоцебом (рис. 5а).Описовий аналіз виявив наявність 28 родів у контрольних і оброблених манкоцебом зразках (рис. 5b).c Аналіз із застосуванням секвенування 18S не виявив істотних відмінностей (додатковий малюнок 2).
Профілі SAV на основі послідовностей 16S порівнювали з багатством Шеннона та спостережуваним багатством на рівні типу.(a) Аналіз основних координат (PCoA), заснований на загальній структурі мікробного співтовариства в необроблених личинках, яких годували пилком, або контрольних (синій) і личинках, яких годували манкоцебом (помаранчевий).Кожна точка даних представляє окрему вибірку.PCoA розраховували з використанням відстані Брея-Кертіса багатовимірного розподілу t.Овали представляють 80% рівень надійності.(b) Boxplot, необроблені дані про багатство Шеннона (бали) та c.Помітне багатство.Коробкові діаграми показують прямокутники для медіанної лінії, інтерквартильного діапазону (IQR) і 1,5 × IQR (n = 3).
Склад мікробних угруповань личинок, що харчуються обробленим і необробленим манкоцебом пилком.(a) Відносна кількість мікробних родів читається в личинках.(b) Теплова карта ідентифікованих мікробних спільнот.Delftia (відношення шансів (OR) = 0,67, P = 0,0030) і Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060);Рядки теплової карти групуються за допомогою кореляційної відстані та середньої зв’язності.
Наші результати показують, що пероральний вплив контактних (манкоцеб) і системних (піростробін і трифлоксистробін) фунгіцидів, широко застосовуваних під час цвітіння, значно зменшив приріст ваги та збільшив смертність личинок кукурудзи.Крім того, манкоцеб значно зменшив різноманітність і насиченість мікробіому під час передлялечкової стадії.Міклобутаніл, ще один системний фунгіцид, значно зменшив збільшення маси тіла личинок при всіх трьох дозах.Цей ефект був очевидним у другий (день 5) і третій (день 8) моменти часу.Навпаки, ципродиніл і каптан не призвели до значного зниження збільшення ваги або виживання порівняно з контрольною групою.Наскільки нам відомо, ця робота є першою, у якій визначено вплив польових доз різних фунгіцидів, які використовуються для захисту посівів кукурудзи через прямий вплив пилку.
Усі обробки фунгіцидами значно зменшили приріст живої маси порівняно з контрольною обробкою.Манкоцеб мав найбільший вплив на збільшення маси тіла личинок із середнім зниженням на 51%, за яким слідував 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 етиленсульфіду сечовини.Враховуючи його мутагенну дію на інших тварин, цей продукт розпаду 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 занепокоєння щодо токсичності піритіопіду, який, як було показано, є канцерогенним для травної системи інших тварин51.
Пероральне застосування манкоцебу, піритіостробіну та трифлоксистробіну підвищує смертність личинок кукурудзяного метелика.Навпаки, міклобутаніл, ципроциклін і каптан не впливали на смертність.Ці результати відрізняються від результатів Ladurner et al.52, які показали, що каптан значно знижує виживання дорослих O. lignaria та Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).Крім того, виявлено, що такі фунгіциди, як каптан і боскалід, спричиняють загибель личинок52,53,54 або змінюють харчову поведінку55.Ці зміни, у свою чергу, можуть вплинути на поживну якість пилку і, зрештою, на приріст енергії личинкової стадії.Смертність, що спостерігається в контрольній групі, узгоджується з іншими дослідженнями 56,57.
Співвідношення статей на користь чоловіків, яке спостерігається в нашій роботі, можна пояснити такими факторами, як недостатнє спаровування та погані погодні умови під час цвітіння, як раніше припускали для O. cornuta Вісенс і Бош.Хоча у самок і самців у нашому дослідженні було чотири дні для спаровування (період, який зазвичай вважається достатнім для успішного спаровування), ми навмисно зменшили інтенсивність світла, щоб мінімізувати стрес.Однак ця модифікація може ненавмисно заважати процесу спарювання61.Крім того, бджоли відчувають кілька днів несприятливої погоди, включаючи дощ і низьку температуру (<5°C), що також може негативно вплинути на успіх спаровування4,23.
Хоча наше дослідження було зосереджено на всьому личинковому мікробіомі, наші результати дають уявлення про потенційні взаємозв’язки між бактеріальними спільнотами, які можуть мати вирішальне значення для харчування бджіл і впливу фунгіцидів.Наприклад, личинки, яких годували пилком, обробленим манкоцебом, значно зменшили структуру та чисельність мікробного співтовариства порівняно з личинками, яких годували необробленим пилком.У личинках, які споживали необроблений пилок, групи бактерій Proteobacteria та Actinobacteria були домінуючими та були переважно аеробними або факультативно аеробними.Відомо, що дельфтські бактерії, зазвичай асоційовані з одиночними видами бджіл, мають антибіотичну активність, що вказує на потенційну захисну роль проти патогенів.Інший вид бактерій, Pseudomonas, був у великій кількості в личинках, яких годували необробленим пилком, але значно зменшився в личинках, оброблених манкоцебом.Наші результати підтверджують попередні дослідження, які ідентифікували Pseudomonas як один із найпоширеніших родів O. bicornis35 та інших одиночних ос34.Хоча експериментальні докази ролі Pseudomonas у здоров’ї O. cornifrons не досліджувалися, було показано, що ця бактерія сприяє синтезу захисних токсинів у жука Paederus fuscipes і сприяє метаболізму аргініну in vitro 35, 65. Ці спостереження свідчать про потенційна роль у захисті від вірусів і бактерій під час розвитку личинок O. cornifrons.Microbacterium є ще одним родом, ідентифікованим у нашому дослідженні, який, як повідомляється, присутній у великій кількості в личинках чорної солдатської мухи в умовах голодування66.У личинках O. cornifrons мікробактерії можуть сприяти балансу та стійкості кишкового мікробіому в умовах стресу.Крім того, Rhodococcus міститься в личинках O. cornifrons і відомий своєю детоксикаційною здатністю67.Цей рід також зустрічається в кишечнику A. florea, але в дуже низькій кількості68.Наші результати демонструють наявність численних генетичних варіацій у багатьох мікробних таксонах, які можуть змінювати метаболічні процеси в личинках.Однак потрібне краще розуміння функціонального різноманіття O. cornifrons.
Підсумовуючи, результати показують, що манкоцеб, піритіостробін і трифлоксистробін знижують приріст маси тіла та підвищують 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 в рекомендації щодо інтегрованих програм боротьби з запилювачами, які допомагають фермерам уникати використання певних фунгіцидів до та під час цвітіння плодових дерев шляхом вибору фунгіцидів та зміни часу застосування або заохочення використання менш шкідливих альтернатив 36. Ця інформація важливий для розробки рекомендацій.на використання пестицидів, наприклад, коригування існуючих програм обприскування та зміна часу обприскування при виборі фунгіцидів або сприяння використанню менш небезпечних альтернатив.Потрібні подальші дослідження несприятливого впливу фунгіцидів на співвідношення статей, харчову поведінку, мікробіом кишечника та молекулярні механізми, що лежать в основі втрати ваги та смертності кукурудзяного метелика.
Вихідні дані 1, 2 і 3 на малюнках 1 і 2 були збережені в сховищі даних figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 і https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Послідовності, проаналізовані в поточному дослідженні (рис. 4, 5), доступні в репозиторії NCBI SRA під номером доступу PRJNA1023565.
Бош, Дж. і Кемп, В. П. Розвиток і встановлення видів медоносних бджіл як запилювачів сільськогосподарських культур: приклад роду Osmia.(Hymenoptera: Megachilidae) і фруктові дерева.бик.Ntomore.ресурс.92, 3–16 (2002).
Parker, MG та ін.Практики запилення та сприйняття альтернативних запилювачів серед виробників яблук у Нью-Йорку та Пенсільванії.оновлення.Сільське господарство.системи харчування.35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL і Ricketts TH Екологія та економіка запилення мигдалю за допомогою місцевих бджіл.Ж. Економіка.Ntomore.111, 16–25 (2018).
Лі Е., Хе Ю. та Парк Ю.-Л.Вплив зміни клімату на фенологію трагопана: наслідки для управління популяцією.Підйом.Зміна 150, 305–317 (2018).
Artz, DR та Pitts-Singer, TL. Вплив фунгіцидних та ад’ювантних спреїв на гніздову поведінку двох керованих одиноких бджіл (Osmia lignaria та Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. та ін.Низькотоксичний фунгіцид для сільськогосподарських культур (фенбуконазол) перешкоджає сигналам чоловічої репродуктивної якості, що призводить до зниження успіху спаровування диких поодиноких бджіл.J. Apps.екологія.59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. та ін.Неонікотиноїдні інсектициди та біосинтез ергостеролу пригнічують синергічну смертність фунгіцидів у трьох видів бджіл.Боротьба зі шкідниками.наука.73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.і Danforth BN. Личинки одиночної оси змінюють різноманітність бактерій, що постачаються пилком гніздовим бджолам Osmia cornifrons (Megachilidae).спереду.мікроорганізм.13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Данфорт Б.Н. і Стеффан С.А. Ектосимбіотичні мікроорганізми у ферментованому пилку такі ж важливі для розвитку одиночних бджіл, як і сам пилок.екологія.еволюція.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F і Thalheimer M. Міжрядна посадка в яблуневих садах для боротьби з хворобами повторного посіву: практичне дослідження ефективності на основі мікробних індикаторів.Рослинний ґрунт 357, 381–393 (2012).
Мартін П.Л., Кравчик Т., Ходададі Ф., Ачімович С.Г. і Пітер К.А. Гірка гниль яблук у середній Атлантиці Сполучених Штатів: оцінка збудників видів і вплив регіональних погодних умов і сприйнятливості сортів.Фітопатологія 111, 966–981 (2021).
Каллен М.Г., Томпсон Л.Ж., Керолан Дж.К., Стаут Дж.К.і Стенлі Д. А. Фунгіциди, гербіциди та бджоли: систематичний огляд існуючих досліджень і методів.PLoS One 14, e0225743 (2019).
Піллінг, Е. Д. та Джепсон, ПК. Синергічні ефекти фунгіцидів EBI та піретроїдних інсектицидів на медоносних бджіл (Apis mellifera).шкідники науки.39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE та Peng, CY Вплив вибраних фунгіцидів на ріст і розвиток личинок медоносних бджіл Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae).Середа.Ntomore.33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Маллен, Е., Вікстед, Д., і МакАрт, С. Посібник із прийняття рішень щодо використання пестицидів для захисту запилювачів у фруктових садах (Корнельський університет, 2018).
Iwasaki, JM і Hogendoorn, K. Вплив бджіл на непестициди: огляд методів і звітних результатів.Сільське господарство.екосистема.Середа.314, 107423 (2021).
Копіт А.М., Клінгер Е., Кокс-Фостер Д.Л., Рамірез Р.А.і 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-Зінгер Т. Л. Шляхи впливу пестицидів на одиноких бджіл із порожнім гніздом.Середа.Ntomore.47, 499–510 (2018).
Pan, NT та ін.Новий протокол біоаналізу прийому їжі для оцінки токсичності пестицидів у дорослих японських садових бджіл (Osmia cornifrons).наука.Доповіді 10, 9517 (2020).
Час публікації: 14 травня 2024 р