Täname teid Nature.com-i külastamise eest. Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi. Parima tulemuse saavutamiseks soovitame teil kasutada brauseri uuemat versiooni (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiimi). Seni kuvame saiti jätkuva toe tagamiseks ilma stiili ja JavaScriptita.
Fungitsiide kasutatakse sageli puuviljade õitsemise ajal ja need võivad ohustada putuktolmeldajaid. Siiski on vähe teada, kuidas mittemesilased tolmeldajad (nt üksikmesilased, Osmia cornifrons) reageerivad kontakt- ja süsteemsetele fungitsiididele, mida tavaliselt kasutatakse õunte õitsemise ajal. See teadmiste lünk piirab regulatiivseid otsuseid fungitsiidide pritsimise ohutute kontsentratsioonide ja ajastuse määramiseks. Hinnasime kahe kontaktfungitsiidi (kaptaan ja mankotseeb) ja nelja vahekihi/fütosüsteemi fungitsiidi (tsiprotsükliin, müklobutaniil, pürostrobiin ja trifloksüstrobiin) mõju. Mõju vastsete kaalutõusule, ellujäämisele, sugude suhtele ja bakterite mitmekesisusele. Hindamine viidi läbi kroonilise suukaudse biotesti abil, milles õietolmu töödeldi kolmes annuses, mis põhinesid praegu välitingimustes soovitataval annusel (1X), poolel annusel (0,5X) ja väikesel annusel (0,1X). Kõik mankotsebi ja püritisoliini annused vähendasid oluliselt kehakaalu ja vastsete ellujäämist. Seejärel sekveneerisime 16S geeni, et iseloomustada mankotsebi, suurima suremuse eest vastutava fungitsiidi, vastsete bakterioomi. Leidsime, et mankotseebiga töödeldud õietolmuga toitunud vastsete bakterite mitmekesisus ja arvukus vähenesid märkimisväärselt. Meie laboritulemused näitavad, et mõnede nende fungitsiidide pritsimine õitsemise ajal on eriti kahjulik O. cornifronsi tervisele. See teave on oluline edaspidiste majandamisotsuste tegemiseks viljapuude kaitsevahendite säästva kasutamise osas ning on aluseks tolmeldajate kaitsmisele suunatud regulatiivsetele protsessidele.
Üksik müürsepamesilane Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) toodi Ameerika Ühendriikidesse Jaapanist 1970. aastate lõpus ja 1980. aastate alguses ning liik on sellest ajast alates mänginud olulist tolmeldaja rolli hallatud ökosüsteemides. Selle mesilase naturaliseerunud populatsioonid kuuluvad umbes 50 metsmesilasliigi hulka, mis täiendavad Ameerika Ühendriikides mandli- ja õunaaedu tolmeldavaid mesilasi2,3. Müürsepamesilased seisavad silmitsi paljude väljakutsetega, sealhulgas elupaikade killustumine, patogeenid ja pestitsiidid3,4. Insektitsiidide hulgas vähendavad fungitsiidid energia saamist, toidu otsimist5 ja keha seisundi parandamist6,7. Kuigi hiljutised uuringud näitavad, et müürsepamesilaste tervist mõjutavad otseselt kommensaalsed ja ektobaktilised mikroorganismid8,9, kuna bakterid ja seened võivad mõjutada toitumist ja immuunvastuseid, on fungitsiididega kokkupuute mõju müürsepamesilaste mikroobsele mitmekesisusele alles uurimise alguses.
Erineva toimega (kontakt- ja süsteemsete) fungitsiide pihustatakse viljapuuaedades enne õitsemist ja õitsemise ajal selliste haiguste raviks nagu õunakärn, kibemädanik, pruunmädanik ja jahukaste10,11. Fungitsiide peetakse tolmeldajatele ohutuks, seega soovitatakse neid aednikele õitsemisperioodil; mesilaste kokkupuude nende fungitsiididega ja nende allaneelamine on suhteliselt hästi teada, kuna see on osa USA Keskkonnakaitseagentuuri ja paljude teiste riiklike regulatiivasutuste pestitsiidide registreerimisprotsessist12,13,14. Fungitsiidide mõju mittemesilastele on aga vähem teada, kuna need ei ole Ameerika Ühendriikides müügiloa lepingute kohaselt kohustuslikud15. Lisaks puuduvad üldiselt standardiseeritud protokollid üksikute mesilaste testimiseks16,17 ja mesilasi testimiseks pakkuvate mesilaste kolooniate säilitamine on keeruline18. Euroopas ja USAs viiakse üha enam läbi erinevate majandatavate mesilaste katseid, et uurida pestitsiidide mõju metsmesilastele, ja hiljuti on välja töötatud standardiseeritud protokollid O. cornifronsi19 jaoks.
Sarvmesilased on monotsüüdid ja neid kasutatakse karpkalakasvatuses meemesilaste täiendusena või asendajana. Need mesilased ilmuvad märtsi ja aprilli vahel, kusjuures enneaegsed isased ilmuvad kolm kuni neli päeva enne emasloomi. Pärast paaritumist kogub emasloom aktiivselt õietolmu ja nektarit, et tagada torukujulises pesaõõnsuses (looduslikus või kunstlikus) haudmerakkude seeria1,20. Munad munevad rakkude sees olevale õietolmule; seejärel ehitab emasloom enne järgmise raku ettevalmistamist saviseina. Esimese staadiumi vastsed on suletud koorioni ja toituvad embrüovedelikest. Teisest viienda staadiumini (eelnukk) toituvad vastsed õietolmust22. Kui õietolmuvaru on täielikult ammendunud, moodustavad vastsed kookonid, nukkuvad ja ilmuvad täiskasvanutena samas haudmekambris, tavaliselt suve lõpus20,23. Täiskasvanud ilmuvad järgmisel kevadel. Täiskasvanute ellujäämine on seotud netoenergia juurdekasvuga (kaalutõus), mis põhineb toidu tarbimisel. Seega on õietolmu toiteväärtus, aga ka muud tegurid, nagu ilm või kokkupuude pestitsiididega, ellujäämise ja tervise määrajad24.
Enne õitsemist manustatavad insektitsiidid ja fungitsiidid suudavad taime soonestiku sees liikuda erineval määral, alates translaminaarsest (nt võimelised liikuma lehtede ülemiselt pinnalt alumisele pinnale, nagu mõned fungitsiidid)25 kuni tõeliselt süsteemse toimeni. , mis võivad juurtest võrasse tungida, võivad sattuda õunaõite nektarisse26, kus nad võivad tappa täiskasvanud O. cornifrons27. Mõned pestitsiidid leostuvad ka õietolmu, mõjutades maisivastsete arengut ja põhjustades nende surma19. Teised uuringud on näidanud, et mõned fungitsiidid võivad oluliselt muuta seotud liigi O. lignaria pesitsuskäitumist28. Lisaks on pestitsiididega (sh fungitsiididega) kokkupuutestsenaariume simuleerivad labori- ja väliuuringud näidanud, et pestitsiidid mõjutavad negatiivselt meemesilaste ja mõnede üksikmesilaste füsioloogiat22, morfoloogiat29 ja ellujäämist. Erinevad fungitsiidsed pihustid, mida õitsemise ajal otse avatud õitele manustatakse, võivad saastata täiskasvanud isendite poolt vastsete arenguks kogutud õietolmu, mille mõjusid tuleb veel uurida30.
Üha enam tunnistatakse, et vastsete arengut mõjutavad seedesüsteemi õietolm ja mikroobikooslused. Mesilaste mikrobioom mõjutab selliseid parameetreid nagu kehamass31, ainevahetuslikud muutused22 ja vastuvõtlikkus patogeenidele32. Varasemad uuringud on uurinud arenguetapi, toitainete ja keskkonna mõju üksikmesilaste mikrobioomile. Need uuringud näitasid sarnasusi vastsete ja õietolmu mikrobioomide struktuuris ja arvukuses33, samuti üksikmesilaste liikide seas kõige levinumate bakteriperekondade Pseudomonas ja Delftia osas. Kuigi fungitsiide on seostatud mesilaste tervise kaitsmise strateegiatega, on fungitsiidide mõju vastsete mikrobiootale otsese suukaudse kokkupuute kaudu endiselt uurimata.
Selles uuringus testiti kuue Ameerika Ühendriikides puuvilju tõrjeks registreeritud tavaliselt kasutatava fungitsiidi reaalsete annuste mõju, sealhulgas saastunud toidust suu kaudu maisiöölase vastsetele manustatud kontakt- ja süsteemseid fungitsiide. Leidsime, et kontakt- ja süsteemsed fungitsiidid vähendasid mesilaste kehakaalu juurdekasvu ja suurendasid suremust, kusjuures kõige tõsisemad mõjud olid seotud mankotseebi ja püritiopiidiga. Seejärel võrdlesime mankotseebiga töödeldud õietolmudieedil söödetud vastsete mikroobide mitmekesisust kontrolldieedil söödetud vastsete mikroobide mitmekesisust. Arutame suremuse võimalikke mehhanisme ja nende mõju integreeritud kahjuritõrje (IPPM)36 programmidele.
Kookonites talvituvad täiskasvanud O. cornifronid saadi Fruit Research Centerist Biglerville'is, Pennsylvanias, ja neid säilitati temperatuuril −3 kuni 2 °C (±0,3 °C). Enne katset (kokku 600 kookonit). 2022. aasta mais kanti iga päev 100 O. cornifronsi kookonit plasttopsidesse (50 kookonit tassi kohta, DI 5 cm × 15 cm pikkused) ja tasside sisse pandi salvrätikud, et soodustada avanemist ja pakkuda näritavat substraati, vähendades stressi kivimesilastele37. Asetage kaks kookonitega plasttopsi putukapuuri (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) koos 10 ml söötjatega, mis sisaldavad 50% sahharoosilahust, ja hoidke neli päeva, et tagada sulgumine ja paaritumine. 23 °C, suhteline õhuniiskus 60%, fotoperiood 10 l (madal intensiivsus): 14 päeva. Õunapuude õitsemise tippajal lasti igal hommikul kuue päeva jooksul (100 päevas) lahti 100 paaritatud emast ja isast kahte tehispessa (lõkspesa: laius 33, 66 × kõrgus 30, 48 × pikkus 46, 99 cm; lisajoonis 1). Paigaldatud Pennsylvania osariigi arboreetumisse kirsi (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), virsiku (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pirni (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), aedõunapuu (Malus coronaria) ja arvukate õunapuusortide (Malus coronaria, Malus), kodumaise õunapuu 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus apple tree 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begoonia 'Freedom', begoonia 'Golden Delicious', begoonia 'Nova Spy' lähedale. Iga sinine plastmassist linnumaja mahub kahe puitkasti peale. Igas pesakastis oli 800 tühja jõupaberist toru (spiraalselt avatud, sisediameeter 0,8 cm × pikkus 15 cm) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan), mis olid sisestatud läbipaistmatutesse tsellofaantorudesse (välisdiameeter 0,7 cm, vt. Pesitsuskohtade tagamiseks mõeldud plastkorgid (T-1X korgid).
Mõlemad pesakastid olid suunatud ida poole ja kaetud rohelise plastist aiapiirdega (Everbilt mudel #889250EB12, ava suurus 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m), et vältida näriliste ja lindude juurdepääsu, ning asetati mullapinnale pesakasti mullakastide kõrvale. Pesakast (lisajoonis 1a). Maisisöölase mune koguti iga päev, kogudes pesadest 30 tuubi ja transportides need laborisse. Kääridega tehti toru otsa lõige ja seejärel võeti spiraaltoru lahti, et paljastada haudmerakud. Üksikud munad ja nende õietolm eemaldati kõvera spaatliga (Microslide tööriistakomplekt, BioQuip Products Inc., California). Mune inkubeeriti niiskel filterpaberil ja asetati enne meie katsetes kasutamist 2 tunniks Petri tassi (lisajoonis 1b-d).
Laboris hindasime kuue fungitsiidi suukaudset toksilisust. Neid fungitsiidi manustati enne õunapuude õitsemist ja õitsemise ajal kolmes kontsentratsioonis (0,1X, 0,5X ja 1X, kus 1X on 100 galloni vee/aakri kohta peale kantud märgis. Suur põlluannus = kontsentratsioon põllul). , tabel 1). Iga kontsentratsiooni korrati 16 korda (n = 16). Kaks kontaktfungitsiidi (tabel S1: mankotseeb 2696,14 ppm ja kaptaan 2875,88 ppm) ja neli süsteemset fungitsiidi (tabel S1: püritiostrobiin 250,14 ppm; trifloksüstrobiin 110,06 ppm; müklobutaniil-asool 75,12 ppm; tsüprodiniil 280,845 ppm) näitasid toksilisust puu- ja köögiviljadele ning ilukultuuridele. Homogeniseerisime õietolmu veski abil, kanti 0,20 g süvendisse (24-süvendiline Falcon plaat) ja lisasime ning segasime 1 μL fungitsiidilahust, et moodustada püramiidja õietolmu 1 mm sügavuste süvenditega, kuhu munad paigutati. Asetage minispaatliga (lisajoonis 1c, d). Falcon plaate hoiti toatemperatuuril (25 °C) ja 70% suhtelise õhuniiskuse juures. Võrdlesime neid kontrollvastsetega, keda toideti puhta veega töödeldud homogeense õietolmudieediga. Registreerisime suremust ja mõõtsime vastsete kaalu ülepäeviti, kuni vastsed jõudsid nukueelsesse ikka, kasutades analüütilist kaalu (Fisher Scientific, täpsus = 0,0001 g). Lõpuks hinnati sugude suhet kookoni avamisega 2,5 kuu pärast.
DNA ekstraheeriti tervetest O. cornifronsi vastsetest (n = 3 iga töötlustingimuse kohta, mankotseebiga töödeldud ja töötlemata õietolm) ja me viisime nende proovidega läbi mikroobide mitmekesisuse analüüsid, eriti kuna mankotseebi puhul täheldati kõrgeimat suremust MnZn-i saanud vastsete seas. DNA amplifitseeriti, puhastati DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA komplektiga (Zymo Research, Irvine, CA) ja sekveneeriti (600 tsüklit) Illumina® MiSeq™ abil, kasutades v3 komplekti. Bakteriaalsete 16S ribosomaalsete RNA geenide sihipärane sekveneerimine viidi läbi, kasutades Quick-16S™ NGS Library Prep komplekti (Zymo Research, Irvine, CA), kasutades praimereid, mis olid suunatud 16S rRNA geeni V3-V4 piirkonnale. Lisaks viidi läbi 18S sekveneerimine, kasutades 10% PhiX kaasamist, ja amplifikatsioon viidi läbi, kasutades praimeripaari 18S001 ja NS4.
Importige ja töödelge paarislugemisi39, kasutades QIIME2 konveierit (v2022.11.1). Need lugemised kärbiti ja ühendati ning kimäärsed järjestused eemaldati QIIME2 DADA2 plugina abil (qiime dada2 müra sidumine)40. 16S ja 18S klasside määramised tehti objektiklassifikaatori plugina Classify-sklearn ja eeltreenitud artefakti silva-138-99-nb-klassifikaatori abil.
Kõiki eksperimentaalseid andmeid kontrolliti normaalsuse (Shapiro-Wilksi test) ja dispersioonide homogeensuse (Levene'i test) osas. Kuna andmestik ei vastanud parameetrilise analüüsi eeldustele ja teisendus ei suutnud jääke standardiseerida, viisime läbi mitteparameetrilise kahesuunalise ANOVA (Kruskal-Wallis) kahe teguriga [aeg (kolmefaasiline 2, 5 ja 8 päeva ajapunktid) ja fungitsiid], et hinnata ravi mõju vastsete värskele kaalule, seejärel teostasime post hoc mitteparameetrilised paarikaupa võrdlused Wilcoxoni testi abil. Fungitsiidide mõju ellujäämisele kolme fungitsiidi kontsentratsiooni korral võrdlesime üldistatud lineaarset mudelit (GLM) Poissoni jaotusega. Diferentsiaalse arvukuse analüüsi jaoks koondati amplikonjärjestuse variantide (ASV-de) arv perekonna tasandil. Rühmadevahelise arvukuse erinevuse võrdlused, kasutades 16S (perekonna tasand) ja 18S suhtelist arvukust, viidi läbi üldistatud aditiivse mudeli abil positsiooni, skaala ja kuju jaoks (GAMLSS) koos beeta-null-inflateeritud (BEZI) perekondlike jaotustega, mis modelleeriti makro abil Microbiome R43-s (v1.1). 1). Eemaldage enne diferentsiaalanalüüsi mitokondriaalsed ja kloroplasti liigid. Kuna 18S-il on erinevad taksonoomilised tasemed, kasutati diferentsiaalanalüüsideks ainult iga taksoni madalaimat taset. Kõik statistilised analüüsid viidi läbi R-iga (v. 3.4.3., CRAN projekt) (meeskond 2013).
Mankotseebi, püritiostrobiini ja trifloksüstrobiini manustamine vähendas oluliselt O. cornifronsi kehakaalu juurdekasvu (joonis 1). Neid toimeid täheldati järjepidevalt kõigi kolme hinnatud doosi puhul (joonis 1a–c). Tsüklostrobiin ja müklobutaniil ei vähendanud vastsete kaalu oluliselt.
Varrepuuri vastsete keskmine värske kaal, mõõdetuna kolmel ajahetkel nelja söötmisrežiimi ajal (homogeenne õietolmu sööt + fungitsiid: kontroll, 0,1X, 0,5X ja 1X annused). (a) Madal annus (0,1X): esimene ajahetk (1. päev): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, teine ajahetk (5. päev): 22,83, DF = 0,0009; kolmas kord; punkt (8. päev): χ2: 28,39, DF = 6; (b) pool annust (0,5X): esimene ajahetk (1. päev): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, teine ajahetk (esimene päev). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; kolmas ajapunkt (8. päev) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Süstekoht või täisdoos (1X): esimene ajapunkt (1. päev) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, teine ajapunkt (5. päev): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; kolmas ajapunkt (8. päev): χ2: 28,39, DF = 6; mitteparameetriline dispersioonanalüüs. Tulbad tähistavad paarikaupa võrdluste keskmist ± SE (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Madalaima annuse (0,1X) korral vähenes vastse kehakaal trifloksüstrobiini puhul 60%, mankotseebi puhul 49%, müklobutaniili puhul 48% ja püritistrobiini puhul 46% (joonis 1a). Poole väliannuse (0,5X) manustamisel vähenes mankotseebi vastsete kehakaal 86%, püritiostrobiini puhul 52% ja trifloksüstrobiini puhul 50% (joonis 1b). Mankotseebi täisannus (1X) vähendas vastse kaalu 82%, püritiostrobiini puhul 70% ning trifloksüstrobiini, müklobutaniili ja sangardi puhul ligikaudu 30% (joonis 1c).
Suremus oli kõrgeim mankotseebiga töödeldud õietolmuga söödetud vastsete seas, millele järgnesid püritiostrobiin ja trifloksüstrobiin. Suremus suurenes mankotseebi ja püritisoliini annuste suurenemisega (joonis 2; tabel 2). Maisisööja suremus suurenes aga trifloksüstrobiini kontsentratsiooni suurenedes vaid veidi; tsüprodiniil ja kaptaan ei suurendanud suremust kontrollgrupiga võrreldes oluliselt.
Kärbsevastsete suremust võrreldi pärast õietolmu allaneelamist, mida töödeldi individuaalselt kuue erineva fungitsiidiga. Mankotseeb ja pentopüramiid olid suukaudse kokkupuute suhtes maisivaststega tundlikumad (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (joon, kalle = 0,29, P < 0,001; kalle = 0,24, P < 0,00)).
Kõigi ravikuuride lõikes oli keskmiselt 39,05% patsientidest naised ja 60,95% mehed. Kontrollgrupi seas oli naiste osakaal nii väikese annuse (0,1X) kui ka poole annuse (0,5X) uuringutes 40% ja väliuuringutes (1X) 30%. 0,1-kordse annuse korral oli mankotseebi ja müklobutaniiliga töödeldud õietolmuga toitunud vastsete seas 33,33% emased, 22% täiskasvanud vastsetest emased, 44% täiskasvanud vastsetest emased, 44% täiskasvanud vastsetest emased. 41% täiskasvanud vastsetest olid emased ja kontrollgrupis 31% (joonis 3a). 0,5-kordse annuse korral oli mankotseebi ja püritiostrobiini rühmas 33% täiskasvanud ussidest emased, trifloksüstrobiini rühmas 36%, müklobutaniili rühmas 41% ja tsüprostrobiini rühmas 46%. See näitaja oli kaptaani rühmas 53% ja kontrollrühmas 38% (joonis 3b). 1-kordse annuse korral oli mankotseebi rühmas 30% naisi, püritiostrobiini rühmas 36%, trifloksüstrobiini rühmas 44%, müklobutaniili rühmas 38% ja kontrollrühmas 50% – kokku 38,5% (joonis 3c).
Emas- ja isasloomade osakaal pärast kokkupuudet vastsestaadiumi fungitsiidiga. (a) Madal doos (0,1X). (b) Pool doosist (0,5X). c) Välidoos või täisdoos (1X).
16S-järjestuse analüüs näitas, et bakterirühm erines mankotseebiga töödeldud õietolmuga söödetud vastsete ja töötlemata õietolmuga söödetud vastsete vahel (joonis 4a). Õietolmuga söödetud töötlemata vastsete mikroobide indeks oli kõrgem kui mankotseebiga töödeldud õietolmuga söödetud vastsete oma (joonis 4b). Kuigi täheldatud rikkuse erinevus rühmade vahel ei olnud statistiliselt oluline, oli see oluliselt madalam kui töötlemata õietolmuga söödetud vastsete puhul (joonis 4c). Suhteline arvukus näitas, et kontrollõietolmuga söödetud vastsete mikrobioota oli mitmekesisem kui mankotseebiga töödeldud vastsetega söödetud vastsete oma (joonis 5a). Kirjeldav analüüs näitas 28 perekonna olemasolu kontroll- ja mankotseebiga töödeldud proovides (joonis 5b). c 18S-järjestuse abil tehtud analüüs ei näidanud olulisi erinevusi (lisajoonis 2).
16S-järjestustel põhinevaid SAV-profiile võrreldi Shannoni rikkuse ja hõimkonna tasandil täheldatud rikkusega. (a) Põhikoordinaatanalüüs (PCoA), mis põhines töötlemata õietolmuga toidetud või kontroll- (sinine) ja mankotseebiga toidetud vastsete (oranž) üldisel mikroobikoosluse struktuuril. Iga andmepunkt esindab eraldi valimit. PCoA arvutati mitmemõõtmelise t-jaotuse Bray-Curtise kauguse abil. Ovaalid esindavad 80% usaldusnivood. (b) Kastidiagramm, töötlemata Shannoni rikkuse andmed (punktid) ja c. Vaatlusalune rikkus. Kastidiagrammid näitavad mediaanjoone, kvartiilidevahelise vahemiku (IQR) ja 1,5 × IQR (n = 3) kaste.
Mankotseebiga töödeldud ja töötlemata õietolmuga toitunud vastsete mikroobikoosluste koostis. (a) Mikroobiperekondade suhteline arvukus vastsetes. (b) Tuvastatud mikroobikoosluste soojuskaart. Delftia (riskisuhe (OR) = 0,67, P = 0,0030) ja Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Soojuskaardi read on rühmitatud korrelatsioonikauguse ja keskmise ühenduvuse abil.
Meie tulemused näitavad, et õitsemise ajal laialdaselt manustatud kontaktfungitsiidide (mankotseeb) ja süsteemsete fungitsiidide (pürostrobiin ja trifloksüstrobiin) suukaudne kokkupuude vähendas oluliselt maisivastsete kaalutõusu ja suurendas suremust. Lisaks vähendas mankotseeb oluliselt mikrobioomi mitmekesisust ja rikkust nukustaadiumis. Müklobutaniil, teine süsteemne fungitsiid, vähendas oluliselt vastsete kehakaalu juurdekasvu kõigi kolme annuse korral. See efekt oli ilmne teisel (5. päev) ja kolmandal (8. päev) ajahetkel. Seevastu tsüprodiniil ja kaptaan ei vähendanud oluliselt kaalutõusu ega ellujäämist võrreldes kontrollrühmaga. Meie teada on see töö esimene, mis määrab kindlaks erinevate fungitsiidide põllul manustamiskoguste mõju, mida kasutatakse maisikultuuride kaitsmiseks otsese õietolmuga kokkupuute kaudu.
Kõik fungitsiididega töötlemised vähendasid kehakaalu tõusu võrreldes kontrollrühmaga oluliselt. Mankotseebil oli vastsete kehakaalu tõusule suurim mõju, vähenedes keskmiselt 51%, millele järgnes püritiostrobiin. Teised uuringud ei ole aga teatanud fungitsiidide välidooside kahjulikust mõjust vastsete staadiumitele44. Kuigi ditiokarbamaatbiotsiididel on näidatud olevat madal äge toksilisus45, võivad etüleenbisditiokarbamaadid (EBDCS), näiteks mankotseeb, laguneda karbamiidetüleensulfiidiks. Arvestades selle mutageenset toimet teistele loomadele, võib see lagunemisprodukt olla vastutav täheldatud mõjude eest46,47. Varasemad uuringud on näidanud, et etüleentiouurea moodustumist mõjutavad sellised tegurid nagu kõrge temperatuur48, niiskustase49 ja toote ladustamise kestus50. Biotsiidide nõuetekohased ladustamistingimused võivad neid kõrvaltoimeid leevendada. Lisaks on Euroopa Toiduohutusamet väljendanud muret püritiopiidi toksilisuse pärast, mis on osutunud kantserogeenseks teiste loomade seedesüsteemile51.
Mankotseebi, püritiostrobiini ja trifloksüstrobiini suukaudne manustamine suurendab maisisöödiku vastsete suremust. Seevastu müklobutaniilil, tsiprotsükliinil ja kaptaanil suremusele mingit mõju ei olnud. Need tulemused erinevad Ladurneri jt tulemustest52, kes näitasid, et kaptaan vähendas oluliselt täiskasvanud O. lignaria ja Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) ellujäämist. Lisaks on leitud, et fungitsiidid nagu kaptaan ja boskaliid põhjustavad vastsete suremust52,53,54 või muudavad toitumiskäitumist55. Need muutused võivad omakorda mõjutada õietolmu toiteväärtust ja lõppkokkuvõttes vastsestaadiumi energiatootmist. Kontrollrühmas täheldatud suremus oli kooskõlas teiste uuringutega56,57.
Meie töös täheldatud isasloomade eelistatud sugude suhet võib seletada selliste teguritega nagu ebapiisav paaritumine ja halvad ilmastikutingimused õitsemise ajal, nagu Vicens ja Bosch on varem O. cornuta puhul pakkunud. Kuigi meie uuringus oli emas- ja isasloomadel paaritumiseks neli päeva (periood, mida üldiselt peetakse edukaks paaritumiseks piisavaks), vähendasime stressi minimeerimiseks teadlikult valguse intensiivsust. See muudatus võib aga tahtmatult paaritumisprotsessi segada61. Lisaks kogevad mesilased mitu päeva ebasoodsat ilma, sealhulgas vihma ja madalat temperatuuri (<5 °C), mis võib samuti paaritumisedukust negatiivselt mõjutada4,23.
Kuigi meie uuring keskendus kogu vastse mikrobioomile, annavad meie tulemused ülevaate bakteriaalsete koosluste võimalikest seostest, mis võivad olla kriitilise tähtsusega mesilaste toitumise ja fungitsiididega kokkupuute seisukohast. Näiteks oli mankotseebiga töödeldud õietolmuga söödetud vastsete mikroobikoosluse struktuur ja arvukus oluliselt vähenenud võrreldes töötlemata õietolmuga söödetud vastsetega. Töötlemata õietolmu tarbivate vastsete seas olid domineerivad bakterirühmad Proteobacteria ja Actinobacteria ning need olid valdavalt aeroobsed või fakultatiivselt aeroobsed. Delfti bakterid, mis on tavaliselt seotud üksikmesilaste liikidega, on teadaolevalt antibiootilise toimega, mis näitab potentsiaalset kaitsvat rolli patogeenide vastu. Teist bakteriliiki, Pseudomonas, oli töötlemata õietolmuga söödetud vastsetes arvukalt, kuid mankotseebiga töödeldud vastsetes oli see oluliselt vähenenud. Meie tulemused toetavad varasemaid uuringuid, mis on identifitseerinud Pseudomonase kui ühe arvukama perekonna O. bicornis35 ja teiste üksikherilaste34 seas. Kuigi eksperimentaalseid tõendeid Pseudomonas'e rolli kohta O. cornifronsi tervises ei ole uuritud, on näidatud, et see bakter soodustab kaitsvate toksiinide sünteesi mardikas Paederus fuscipes ja soodustab arginiini metabolismi in vitro 35, 65. Need tähelepanekud viitavad potentsiaalsele rollile viirus- ja bakteriaalses kaitses O. cornifronsi vastsete arenguperioodil. Microbacterium on veel üks meie uuringus tuvastatud perekond, mida on teatatud suurest arvukusest musta sõdurkärbse vastsetes näljahäda tingimustes66. O. cornifronsi vastsetes võivad mikrobakterid aidata kaasa soolemikrobioomi tasakaalule ja vastupidavusele stressitingimustes. Lisaks leidub O. cornifronsi vastsetes Rhodococcus't, mis on tuntud oma detoksifitseerimisvõime poolest67. Seda perekonda leidub ka A. florea soolestikus, kuid väga väikese arvukusega68. Meie tulemused näitavad mitmete geneetiliste variatsioonide esinemist arvukates mikroobsetes taksonites, mis võivad muuta vastsete ainevahetusprotsesse. Siiski on vaja paremini mõista O. cornifronsi funktsionaalset mitmekesisust.
Kokkuvõttes näitavad tulemused, et mankotseeb, püritiostrobiin ja trifloksüstrobiin vähendasid maisisööja vastsete kehakaalu juurdekasvu ja suurendasid suremust. Kuigi fungitsiidide mõju tolmeldajatele tekitab üha suuremat muret, on vaja paremini mõista nende ühendite jääkmetaboliitide mõju. Neid tulemusi saab lisada integreeritud tolmeldajate tõrje programmide soovitustesse, mis aitavad põllumeestel vältida teatud fungitsiidide kasutamist enne viljapuude õitsemist ja selle ajal, valides fungitsiide ja varieerides nende kasutamise ajastust või soodustades vähem kahjulike alternatiivide kasutamist36. See teave on oluline pestitsiidide kasutamise soovituste väljatöötamiseks, näiteks olemasolevate pritsimisprogrammide kohandamine ja pritsimisaja muutmine fungitsiidide valimisel või vähem ohtlike alternatiivide kasutamise edendamine. Täiendavaid uuringuid on vaja fungitsiidide kahjuliku mõju kohta sugude suhtele, toitumiskäitumisele, soolestiku mikrobioomile ja maisisööja kaalulanguse ja suremuse aluseks olevatele molekulaarsetele mehhanismidele.
Joonistel 1 ja 2 olevad allikandmed 1, 2 ja 3 on deponeeritud figshare'i andmehoidlas DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 ja https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Käesolevas uuringus analüüsitud järjestused (joonised 4, 5) on saadaval NCBI SRA hoidlas registreerimisnumbri PRJNA1023565 all.
Bosch, J. ja Kemp, WP Mesilasliikide areng ja levik põllumajanduskultuuride tolmeldajatena: perekonna Osmia (Hymenoptera: Megachilidae) ja viljapuude näide. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG jt. Tolmeldamistavad ja alternatiivsete tolmeldajate tajumine õunakasvatajate seas New Yorgis ja Pennsylvanias. uuendus. Põllumajandus. Toidusüsteemid. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL ja Ricketts TH. Mandlite tolmlemise ökoloogia ja ökonoomika kohalike mesilaste abil. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. ja Park, Y.-L. Kliimamuutuste mõju tragopaani fenoloogiale: populatsiooni haldamisega seotud aspektid. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR ja Pitts-Singer, TL. Fungitsiidide ja adjuvantide pihustamise mõju kahe üksikmesilase (Osmia lignaria ja Megachile rotundata) pesitsuskäitumisele. PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. jt. Madala toksilisusega põllukultuuride fungitsiid (fenbukonasool) häirib isasloomade paljunemisvõime kvaliteedi signaale, mille tulemuseks on metsikute üksikmesilaste paaritumisedu vähenemine. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. jt. Neonikotinoidsed insektitsiidid ja ergosterooli biosüntees pärsivad sünergistlikku fungitsiidide suremust kolmel mesilasliigil. Kahjuritõrje. Teadus. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. ja Danforth BN. Üksikud herilasevastsed muudavad varrel pesitsevate mesilaste Osmia cornifrons (Megachilidae) õietolmu kaudu levivat bakterite mitmekesisust. front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN ja Steffan SA Kääritatud õietolmus leiduvad ektosümbiootilised mikroorganismid on üksikmesilaste arenguks sama olulised kui õietolm ise. ökoloogia. evolutsioon. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F ja Thalheimer M. Õunaaedades taimede reavahede istutamine ümberkülvihaiguste tõrjeks: praktiline efektiivsusuuring mikroobsete indikaatorite põhjal. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG ja Peter KA Õunte kibemädanik Ameerika Ühendriikide Atlandi ookeani keskosas: põhjuslike liikide hindamine ning piirkondlike ilmastikutingimuste ja kultivari vastuvõtlikkuse mõju. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK ja Stanley DA Fungitsiidid, herbitsiidid ja mesilased: olemasolevate uuringute ja meetodite süstemaatiline ülevaade. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED ja Jepson, PC. EBI fungitsiidide ja püretroidsete insektitsiidide sünergistlik toime mesilastele (Apis mellifera). Pests the Science. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE ja Peng, CY. Valitud fungitsiidide mõju mesilaste vastsete Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae) kasvule ja arengule. Kolmapäev. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. ja McArt, S. Otsustusjuhend pestitsiidide kasutamiseks tolmeldajate kaitsmiseks puuaias (Cornelli Ülikool, 2018).
Iwasaki, JM ja Hogendoorn, K. Mesilaste kokkupuude mittepestitsiididega: meetodite ja esitatud tulemuste ülevaade. Põllumajandus. Ökosüsteem. Kolmapäev. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA ja Pitts-Singer TL. Tarneviisi ja pestitsiididega kokkupuute mõju Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae) vastsete arengule. Kolmapäev. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM ja Pitts-Singer TL Pestitsiididega kokkupuute teed üksikute tühja pesaga mesilaste puhul. Kolmapäev. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT jt. Uus allaneelamise biotesti protokoll pestitsiidide toksilisuse hindamiseks täiskasvanud Jaapani aedmesilastel (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Postituse aeg: 14. mai 2024