Спасибо за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем вам использовать более новую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В то же время, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы отображаем сайт без стилей или JavaScript.
Фунгициды часто используются во время цветения плодовых деревьев и могут представлять угрозу для насекомых-опылителей. Однако мало что известно о том, как опылители, не являющиеся пчелами (например, одиночные пчелы, Osmia cornifrons), реагируют на контактные и системные фунгициды, обычно используемые на яблоках во время цветения. Этот пробел в знаниях ограничивает нормативные решения, определяющие безопасные концентрации и время распыления фунгицидов. Мы оценили воздействие двух контактных фунгицидов (каптан и манкоцеб) и четырех межслойных/фитосистемных фунгицидов (ципроциклин, миклобутанил, пиростробин и трифлоксистробин). Воздействие на прирост веса личинок, выживаемость, соотношение полов и разнообразие бактерий. Оценка проводилась с использованием хронического перорального биоанализа, в котором пыльцу обрабатывали тремя дозами на основе рекомендуемой в настоящее время дозы для полевого использования (1X), половинной дозы (0,5X) и низкой дозы (0,1X). Все дозы манкоцеба и пиритизолина значительно снижали массу тела и выживаемость личинок. Затем мы секвенировали ген 16S, чтобы охарактеризовать личиночный бактериом манкоцеба, фунгицида, ответственного за самую высокую смертность. Мы обнаружили, что бактериальное разнообразие и численность были значительно снижены у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом. Наши лабораторные результаты показывают, что распыление некоторых из этих фунгицидов во время цветения особенно вредно для здоровья O. cornifrons. Эта информация важна для будущих управленческих решений относительно устойчивого использования средств защиты плодовых деревьев и служит основой для нормативных процессов, направленных на защиту опылителей.
Одиночная пчела-каменщик Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) была завезена в Соединенные Штаты из Японии в конце 1970-х и начале 1980-х годов, и с тех пор этот вид играет важную роль опылителя в управляемых экосистемах. Натурализованные популяции этой пчелы являются частью примерно 50 видов диких пчел, которые дополняют пчел, опыляющих миндальные и яблоневые сады в Соединенных Штатах2,3. Пчелы-каменщики сталкиваются со многими проблемами, включая фрагментацию среды обитания, патогены и пестициды3,4. Среди инсектицидов фунгициды снижают прирост энергии, поиск пищи5 и физическую подготовку6,7. Хотя недавние исследования показывают, что на здоровье пчел-каменщиков напрямую влияют комменсальные и эктобактериальные микроорганизмы8,9, поскольку бактерии и грибки могут влиять на питание и иммунные реакции, влияние воздействия фунгицидов на микробное разнообразие пчел-каменщиков только начинает изучаться.
Фунгициды различного действия (контактного и системного) распыляются в садах до и во время цветения для лечения таких заболеваний, как парша яблони, горькая гниль, бурая гниль и мучнистая роса10,11. Фунгициды считаются безвредными для опылителей, поэтому они рекомендуются садоводам в период цветения; Воздействие и проглатывание этих фунгицидов пчелами относительно хорошо известно, поскольку это часть процесса регистрации пестицидов Агентством по охране окружающей среды США и многими другими национальными регулирующими органами12,13,14. Однако воздействие фунгицидов на непчел менее известно, поскольку они не требуются в соответствии с соглашениями о выдаче разрешений на продажу в Соединенных Штатах15. Кроме того, как правило, отсутствуют стандартизированные протоколы для тестирования отдельных пчел16,17, а содержание колоний, которые предоставляют пчел для тестирования, является сложной задачей18. В Европе и США все чаще проводятся испытания различных видов пчел для изучения воздействия пестицидов на диких пчел, а недавно были разработаны стандартизированные протоколы для O. cornifrons19.
Рогатые пчелы являются моноцитами и используются в коммерческих целях в карповых культурах в качестве дополнения или замены медоносным пчелам. Эти пчелы появляются в период с марта по апрель, причем самцы появляются на три-четыре дня раньше самок. После спаривания самка активно собирает пыльцу и нектар, чтобы обеспечить ряд ячеек расплода в трубчатой полости гнезда (естественной или искусственной)1,20. Яйца откладываются на пыльцу внутри ячеек; затем самка строит глиняную стену перед подготовкой следующей ячейки. Личинки первой стадии заключены в хорион и питаются эмбриональными жидкостями. Со второй по пятую стадию (предкуколка) личинки питаются пыльцой22. После того, как запас пыльцы полностью истощается, личинки образуют коконы, окукливаются и выходят во взрослую форму в той же камере расплода, как правило, в конце лета20,23. Взрослые особи появляются следующей весной. Выживание взрослых особей связано с чистым приростом энергии (приростом веса) на основе потребления пищи. Таким образом, пищевая ценность пыльцы, а также другие факторы, такие как погода или воздействие пестицидов, являются определяющими факторами выживания и здоровья24.
Инсектициды и фунгициды, применяемые до цветения, способны перемещаться по сосудистой системе растения в различной степени, от трансламинарного (например, способного перемещаться с верхней поверхности листьев на нижнюю поверхность, как некоторые фунгициды)25 до действительно системного воздействия. , которые могут проникать в крону из корней, могут попадать в нектар цветков яблони26, где они могут убивать взрослых особей O. cornifrons27. Некоторые пестициды также проникают в пыльцу, влияя на развитие личинок кукурузы и вызывая их гибель19. Другие исследования показали, что некоторые фунгициды могут существенно изменять гнездовое поведение родственного вида O. lignaria28. Кроме того, лабораторные и полевые исследования, имитирующие сценарии воздействия пестицидов (включая фунгициды), показали, что пестициды отрицательно влияют на физиологию22 морфологию29 и выживаемость медоносных пчел и некоторых одиночных пчел. Различные фунгицидные спреи, наносимые непосредственно на раскрытые цветки во время цветения, могут загрязнять пыльцу, собранную взрослыми особями для развития личинок, последствия чего еще предстоит изучить30.
Все больше осознается, что на развитие личинок влияют пыльца и микробные сообщества пищеварительной системы. Микробиом медоносной пчелы влияет на такие параметры, как масса тела31, метаболические изменения22 и восприимчивость к патогенам32. Предыдущие исследования изучали влияние стадии развития, питательных веществ и окружающей среды на микробиом одиночных пчел. Эти исследования выявили сходство в структуре и распространенности личиночного и пыльцевого микробиомов33, а также наиболее распространенных родов бактерий Pseudomonas и Delftia среди видов одиночных пчел. Однако, хотя фунгициды были связаны со стратегиями защиты здоровья пчел, воздействие фунгицидов на личиночную микробиоту посредством прямого перорального воздействия остается неизученным.
В этом исследовании проверялись эффекты реальных доз шести широко используемых фунгицидов, зарегистрированных для использования на древесных плодах в Соединенных Штатах, включая контактные и системные фунгициды, вводимые перорально личинкам кукурузной моли из загрязненной пищи. Мы обнаружили, что контактные и системные фунгициды снижали прирост массы тела пчел и увеличивали смертность, причем наиболее серьезные эффекты были связаны с манкоцебом и пиритиопидом. Затем мы сравнили микробное разнообразие личинок, питавшихся обработанной манкоцебом пыльцевой диетой, с личинками, питавшимися контрольной диетой. Мы обсуждаем потенциальные механизмы, лежащие в основе смертности, и последствия для программ комплексного управления вредителями и опылителями (IPPM)36.
Взрослые особи O. cornifrons, зимующие в коконах, были получены из Центра исследований фруктов, Биглервилл, штат Пенсильвания, и хранились при температуре от −3 до 2 °C (±0,3 °C). Перед экспериментом (всего 600 коконов). В мае 2022 года 100 коконов O. cornifrons ежедневно переносили в пластиковые стаканчики (50 коконов на стаканчик, DI 5 см × 15 см в длину), а внутрь стаканчиков помещали салфетки, чтобы способствовать открытию и обеспечить жевательный субстрат, снижающий стресс для каменных пчел37. Поместите два пластиковых стаканчика с коконами в клетку для насекомых (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) с кормушками объемом 10 мл, содержащими 50% раствор сахарозы, и храните в течение четырех дней, чтобы обеспечить закрытие и спаривание. 23°C, относительная влажность 60%, фотопериод 10 л (низкая интенсивность): 14 дней. 100 спаренных самок и самцов выпускали каждое утро в течение шести дней (по 100 в день) в два искусственных гнезда во время пика цветения яблонь (гнездо-ловушка: ширина 33,66 × высота 30,48 × длина 46,99 см; дополнительный рисунок 1). Расположен в Дендрарии штата Пенсильвания рядом с вишней (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), персиком (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), грушей (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia ' Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), яблоней венечная (Malus coronaria) и многочисленными сортами яблонь (Malus coronaria, Malus), домашней яблоней 'Co-op 30′ Enterprise™, яблоней яблони 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бегонией 'Freedom', бегонией 'Golden Delicious', бегонией 'Nova Spy'). Каждый синий пластиковый скворечник помещается на два деревянных ящика. В каждом гнездовом ящике находилось 800 пустых трубок из крафт-бумаги (спирально открытые, внутренний диаметр 0,8 см, длина 15 см) (Jonesville Paper Tube Co., Мичиган), вставленных в непрозрачные целлофановые трубки (внешний диаметр 0,7 см). Пластиковые заглушки (заглушки T-1X) служат местами для гнездования.
Оба гнездовых ящика были обращены на восток и были покрыты зеленым пластиковым садовым ограждением (модель Everbilt № 889250EB12, размер отверстия 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м) для предотвращения доступа грызунов и птиц и помещены на поверхность почвы рядом с почвенными ящиками гнездового ящика. Гнездовой ящик (дополнительный рисунок 1a). Яйца кукурузного мотылька собирали ежедневно, собирая 30 трубок из гнезд и транспортируя их в лабораторию. Используя ножницы, сделайте надрез на конце трубки, затем разберите спиральную трубку, чтобы обнажить ячейки расплода. Отдельные яйца и их пыльцу извлекали с помощью изогнутого шпателя (набор инструментов Microslide, BioQuip Products Inc., Калифорния). Яйца инкубировали на влажной фильтровальной бумаге и помещали в чашку Петри на 2 часа перед использованием в наших экспериментах (дополнительный рисунок 1b-d).
В лабораторных условиях мы оценили оральную токсичность шести фунгицидов, применяемых до и во время цветения яблонь в трех концентрациях (0,1X, 0,5X и 1X, где 1X — это отметка, применяемая на 100 галлонов воды/акр. Высокая полевая доза = концентрация в поле). , Таблица 1). Каждая концентрация была повторена 16 раз (n = 16). Токсичность двух контактных фунгицидов (Таблица S1: манкоцеб 2696,14 ppm и каптан 2875,88 ppm) и четырех системных фунгицидов (Таблица S1: пиритиостробин 250,14 ppm; трифлоксистробин 110,06 ppm; миклобутанил азол 75,12 ppm; ципродинил 280,845 ppm) для фруктов, овощей и декоративных культур. Мы гомогенизировали пыльцу с помощью измельчителя, перенесли 0,20 г в лунку (24-луночный планшет Falcon Plate), добавили и перемешали 1 мкл раствора фунгицида, чтобы сформировать пирамидальную пыльцу с лунками глубиной 1 мм, в которые были помещены яйца. Поместите с помощью мини-шпателя (дополнительный рисунок 1c,d). Планшеты Falcon хранились при комнатной температуре (25°C) и относительной влажности 70%. Мы сравнили их с контрольными личинками, которых кормили однородной пыльцевой диетой, обработанной чистой водой. Мы регистрировали смертность и измеряли вес личинок через день, пока личинки не достигли предкуколочного возраста, используя аналитические весы (Fisher Scientific, точность = 0,0001 г). Наконец, соотношение полов оценивали, открывая кокон через 2,5 месяца.
ДНК была извлечена из целых личинок O. cornifrons (n = 3 на условие обработки, обработанная манкоцебом и необработанная пыльца), и мы провели анализ микробного разнообразия на этих образцах, особенно потому, что при манкоцебе самая высокая смертность наблюдалась у личинок. получавших MnZn. ДНК была амплифицирована, очищена с использованием набора DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) и секвенирована (600 циклов) на Illumina® MiSeq™ с использованием набора v3. Целевое секвенирование генов бактериальной рибосомальной РНК 16S было выполнено с использованием набора Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) с использованием праймеров, нацеленных на область V3-V4 гена 16S рРНК. Кроме того, секвенирование 18S проводилось с использованием 10% включения PhiX, а амплификация проводилась с использованием пары праймеров 18S001 и NS4.
Импортируйте и обработайте парные чтения39 с помощью конвейера QIIME2 (v2022.11.1). Эти чтения были обрезаны и объединены, а химерные последовательности были удалены с помощью плагина DADA2 в QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Назначения классов 16S и 18S были выполнены с помощью плагина классификатора объектов Classify-sklearn и предварительно обученного артефакта silva-138-99-nb-classifier.
Все экспериментальные данные были проверены на нормальность (тест Шапиро-Уилкса) и однородность дисперсий (тест Левена). Поскольку набор данных не соответствовал предположениям параметрического анализа, а преобразование не смогло стандартизировать остатки, мы провели непараметрический двухфакторный дисперсионный анализ (Kruskal-Wallis) с двумя факторами [время (трехфазные временные точки 2, 5 и 8 дней) и фунгицид] для оценки влияния обработки на сырой вес личинок, затем были выполнены непараметрические попарные сравнения post hoc с использованием теста Вилкоксона. Мы использовали обобщенную линейную модель (GLM) с распределением Пуассона для сравнения влияния фунгицидов на выживаемость в трех концентрациях фунгицидов41,42. Для дифференциального анализа численности число вариантов последовательности ампликона (ASV) было свернуто на уровне рода. Сравнения дифференциального обилия между группами, использующими 16S (уровень рода) и относительное обилие 18S, были выполнены с использованием обобщенной аддитивной модели для положения, масштаба и формы (GAMLSS) с бета-нуле-завышенными (BEZI) распределениями семейств, которые были смоделированы на макросе . в Microbiome R43 (v1.1). 1). Удалить митохондриальные и хлоропластные виды перед дифференциальным анализом. Из-за различных таксономических уровней 18S для дифференциального анализа использовался только самый низкий уровень каждого таксона. Все статистические анализы были выполнены с использованием R (v. 3.4.3., проект CRAN) (Team 2013).
Воздействие манкоцеба, пиритиостробина и трифлоксистробина значительно снизило прирост массы тела у O. cornifrons (рис. 1). Эти эффекты последовательно наблюдались для всех трех оцененных доз (рис. 1a–c). Циклостробин и миклобутанил не привели к значительному снижению массы личинок.
Средний свежий вес личинок стеблевого сверлильщика, измеренный в трех временных точках при четырех вариантах диетической обработки (гомогенный корм с пыльцой + фунгицид: контроль, дозы 0,1X, 0,5X и 1X). (a) Низкая доза (0,1X): первая временная точка (день 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, вторая временная точка (день 5): 22,83, DF = 0,0009; третья временная точка (день 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) половинная доза (0,5X): первая временная точка (день 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, вторая временная точка (день 1). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; третья временная точка (день 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Место или полная доза (1X): первая временная точка (день 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, вторая временная точка (день 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; третья временная точка (день 8): χ2: 28,39, DF = 6; непараметрический дисперсионный анализ. Полоски представляют среднее значение ± SE парных сравнений (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
При самой низкой дозе (0,1X) масса тела личинок была снижена на 60% с трифлоксистробином, на 49% с манкоцебом, на 48% с миклобутанилом и на 46% с пиритистробином (рис. 1a). При воздействии половины полевой дозы (0,5X) масса тела личинок манкоцеба была снижена на 86%, пиритиостробина на 52% и трифлоксистробина на 50% (рис. 1b). Полная полевая доза (1X) манкоцеба снизила массу личинок на 82%, пиритиостробина на 70%, а трифлоксистробина, миклобутанила и сангарда примерно на 30% (рис. 1c).
Смертность была самой высокой среди личинок, которых кормили пыльцой, обработанной манкоцебом, за ней следовали пиритиостробин и трифлоксистробин. Смертность увеличивалась с увеличением доз манкоцеба и пиритизолина (рис. 2; таблица 2). Однако смертность кукурузного мотылька увеличивалась лишь незначительно по мере увеличения концентрации трифлоксистробина; ципродинил и каптан не увеличивали смертность значительно по сравнению с контрольными обработками.
Смертность личинок мухи-точильщицы сравнивалась после приема пыльцы, индивидуально обработанной шестью различными фунгицидами. Манкоцеб и пентопирамид были более чувствительны к оральному воздействию на кукурузных личинок (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (линия, наклон = 0,29, P < 0,001; наклон = 0,24, P < 0,00)).
В среднем, во всех случаях лечения 39,05% пациентов были женщинами, а 60,95% — мужчинами. Среди контрольных случаев лечения доля женщин составляла 40% как в исследованиях с низкой дозой (0,1X), так и в исследованиях с половинной дозой (0,5X), и 30% в исследованиях с полевой дозой (1X). При дозе 0,1X среди личинок, питавшихся пыльцой и леченных манкоцебом и миклобутанилом, 33,33% взрослых особей были самками, 22% взрослых особей были самками, 44% взрослых личинок были самками, 44% взрослых личинок были самками. самок, 41% взрослых личинок были самками, а контрольные группы составляли 31% (рис. 3a). При 0,5-кратной дозе 33% взрослых червей в группе манкоцеба и пиритиостробина были самками, 36% в группе трифлоксистробина, 41% в группе миклобутанила и 46% в группе ципростробина. Этот показатель составил 53% в группе. в группе каптана и 38% в контрольной группе (рис. 3b). При 1X дозе 30% группы манкоцеба были женщинами, 36% группы пиритиостробина, 44% группы трифлоксистробина, 38% группы миклобутанила, 50% контрольной группы были женщинами - 38,5% (рис. 3c).
Процент самок и самцов жуков-сверлильщиков после воздействия фунгицида на личиночной стадии. (a) Низкая доза (0,1X). (b) Половинная доза (0,5X). (c) Полевая доза или полная доза (1X).
Анализ последовательности 16S показал, что бактериальная группа различалась между личинками, питавшимися пыльцой, обработанной манкоцебом, и личинками, питавшимися необработанной пыльцой (рис. 4а). Микробный индекс необработанных личинок, питавшихся пыльцой, был выше, чем у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом (рис. 4б). Хотя наблюдаемая разница в богатстве между группами не была статистически значимой, она была значительно ниже, чем наблюдаемая у личинок, питавшихся необработанной пыльцой (рис. 4в). Относительное обилие показало, что микробиота личинок, питавшихся контрольной пыльцой, была более разнообразной, чем у личинок, питавшихся личинками, обработанными манкоцебом (рис. 5а). Описательный анализ выявил наличие 28 родов в контрольных и обработанных манкоцебом образцах (рис. 5б). c Анализ с использованием секвенирования 18S не выявил существенных различий (Дополнительный рисунок 2).
Профили SAV, основанные на последовательностях 16S, сравнивались с богатством Шеннона и наблюдаемым богатством на уровне филума. (a) Анализ главных координат (PCoA), основанный на общей структуре микробного сообщества в необработанных личинках, питавшихся пыльцой или контрольных (синий) и питавшихся манкоцебом (оранжевый). Каждая точка данных представляет собой отдельный образец. PCoA рассчитывался с использованием расстояния Брея-Кертиса многомерного t-распределения. Овалы представляют собой 80%-ный уровень достоверности. (b) Диаграмма ящиков, необработанные данные о богатстве Шеннона (точки) и c. Наблюдаемое богатство. Диаграммы ящиков показывают блоки для медианной линии, межквартильного размаха (IQR) и 1,5 × IQR (n = 3).
Состав микробных сообществ личинок, питавшихся пыльцой, обработанной и необработанной манкоцебом. (a) Относительное обилие микробных родов у личинок. (b) Тепловая карта идентифицированных микробных сообществ. Delftia (коэффициент шансов (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); Строки тепловой карты сгруппированы с использованием расстояния корреляции и средней связности.
Наши результаты показывают, что пероральное воздействие контактных (манкоцеб) и системных (пиростробин и трифлоксистробин) фунгицидов, широко применяемых во время цветения, значительно снизило прирост веса и увеличило смертность личинок кукурузы. Кроме того, манкоцеб значительно снизил разнообразие и богатство микробиома на стадии предкуколки. Миклобутанил, другой системный фунгицид, значительно снизил прирост веса тела личинок при всех трех дозах. Этот эффект был очевиден во второй (5-й день) и третьей (8-й день) временных точках. Напротив, ципродинил и каптан не оказали значительного снижения прироста веса или выживаемости по сравнению с контрольной группой. Насколько нам известно, эта работа является первой, в которой определены эффекты полевых норм различных фунгицидов, используемых для защиты кукурузных культур путем прямого воздействия пыльцы.
Все обработки фунгицидами значительно снизили прирост массы тела по сравнению с контрольными обработками. Манкоцеб оказал наибольшее влияние на прирост массы тела личинок со средним снижением на 51%, за ним следует пиритиостробин. Однако другие исследования не сообщали о неблагоприятных эффектах полевых доз фунгицидов на личиночных стадиях44. Хотя было показано, что дитиокарбаматные биоциды имеют низкую острую токсичность45, этиленбисдитиокарбаматы (EBDCS), такие как манкоцеб, могут распадаться до мочевины этиленсульфида. Учитывая его мутагенные эффекты у других животных, этот продукт распада может быть ответственным за наблюдаемые эффекты46,47. Предыдущие исследования показали, что на образование этилентиомочевины влияют такие факторы, как повышенная температура48, уровень влажности49 и длительность хранения продукта50. Правильные условия хранения биоцидов могут смягчить эти побочные эффекты. Кроме того, Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов выразило обеспокоенность токсичностью пиритиопида, который, как было доказано, является канцерогенным для пищеварительной системы других животных51.
Пероральное введение манкоцеба, пиритиостробина и трифлоксистробина увеличивает смертность личинок кукурузного мотылька. Напротив, миклобутанил, ципроциклин и каптан не оказали влияния на смертность. Эти результаты отличаются от результатов Ладурнера и др.52, которые показали, что каптан значительно снизил выживаемость взрослых особей O. lignaria и Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Кроме того, было обнаружено, что фунгициды, такие как каптан и боскалид, вызывают смертность личинок52,53,54 или изменяют пищевое поведение55. Эти изменения, в свою очередь, могут влиять на питательные качества пыльцы и, в конечном итоге, на прирост энергии на стадии личинки. Смертность, наблюдаемая в контрольной группе, соответствовала другим исследованиям56,57.
Соотношение полов в пользу самцов, наблюдаемое в нашей работе, может быть объяснено такими факторами, как недостаточное спаривание и плохие погодные условия во время цветения, как ранее предполагали для O. cornuta Висенс и Бош. Хотя самки и самцы в нашем исследовании имели четыре дня на спаривание (период, который обычно считается достаточным для успешного спаривания), мы намеренно снизили интенсивность света, чтобы минимизировать стресс. Однако эта модификация может непреднамеренно помешать процессу спаривания61. Кроме того, пчелы переживают несколько дней неблагоприятных погодных условий, включая дождь и низкие температуры (<5°C), что также может негативно повлиять на успешность спаривания4,23.
Хотя наше исследование было сосредоточено на всем личиночном микробиоме, наши результаты дают представление о потенциальных связях между бактериальными сообществами, которые могут иметь решающее значение для питания пчел и воздействия фунгицидов. Например, личинки, которых кормили пыльцой, обработанной манкоцебом, имели значительно сниженную структуру микробного сообщества и численность по сравнению с личинками, которых кормили необработанной пыльцой. У личинок, потреблявших необработанную пыльцу, доминировали бактериальные группы Proteobacteria и Actinobacteria, которые были преимущественно аэробными или факультативно аэробными. Известно, что бактерии Delft, обычно связанные с одиночными видами пчел, обладают антибиотической активностью, что указывает на потенциальную защитную роль против патогенов. Другой вид бактерий, Pseudomonas, был в изобилии у личинок, которых кормили необработанной пыльцой, но был значительно снижен у личинок, обработанных манкоцебом. Наши результаты подтверждают предыдущие исследования, идентифицирующие Pseudomonas как один из самых распространенных родов у O. bicornis35 и других одиночных ос34. Хотя экспериментальные доказательства роли Pseudomonas в здоровье O. cornifrons не были изучены, было показано, что эта бактерия способствует синтезу защитных токсинов у жука Paederus fuscipes и стимулирует метаболизм аргинина in vitro 35, 65. Эти наблюдения предполагают потенциальную роль в защите от вирусов и бактерий во время развития личинок O. cornifrons. Microbacterium — еще один род, идентифицированный в нашем исследовании, который, как сообщается, присутствует в больших количествах у личинок черной львинки в условиях голодания66. У личинок O. cornifrons микробактерии могут способствовать балансу и устойчивости микробиома кишечника в условиях стресса. Кроме того, у личинок O. cornifrons обнаружен Rhodococcus, который известен своими способностями к детоксикации67. Этот род также обнаружен в кишечнике A. florea, но в очень низкой численности68. Наши результаты демонстрируют наличие множественных генетических вариаций в многочисленных микробных таксонах, которые могут изменять метаболические процессы у личинок. Однако необходимо лучшее понимание функционального разнообразия O. cornifrons.
Подводя итог, результаты показывают, что манкоцеб, пиритиостробин и трифлоксистробин снижают прирост массы тела и увеличивают смертность личинок кукурузного мотылька. Хотя растет обеспокоенность по поводу воздействия фунгицидов на опылителей, необходимо лучше понять воздействие остаточных метаболитов этих соединений. Эти результаты могут быть включены в рекомендации по комплексным программам управления опылителями, которые помогают фермерам избегать использования определенных фунгицидов до и во время цветения плодовых деревьев путем выбора фунгицидов и изменения сроков применения или путем поощрения использования менее вредных альтернатив36. Эта информация важна для разработки рекомендаций. по использованию пестицидов, таких как корректировка существующих программ опрыскивания и изменение сроков опрыскивания при выборе фунгицидов или поощрение использования менее вредных альтернатив. Необходимы дальнейшие исследования неблагоприятного воздействия фунгицидов на соотношение полов, пищевое поведение, микробиом кишечника и молекулярные механизмы, лежащие в основе потери веса и смертности кукурузного мотылька.
Исходные данные 1, 2 и 3 на рисунках 1 и 2 были размещены в репозитории данных figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 и https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Последовательности, проанализированные в текущем исследовании (рис. 4, 5), доступны в репозитории NCBI SRA под номером доступа PRJNA1023565.
Бош, Дж. и Кемп, В. П. Развитие и становление видов медоносных пчел как опылителей сельскохозяйственных культур: пример рода Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) и плодовых деревьев. Бюлл. Ntomore. Ресурс. 92, 3–16 (2002).
Паркер, МГ и др. Практики опыления и восприятие альтернативных опылителей среди производителей яблок в Нью-Йорке и Пенсильвании. обновление. Сельское хозяйство. продовольственные системы. 35, 1–14 (2020).
Кох И., Лонсдорф Э.В., Арц Д.Р., Питтс-Зингер Т.Л. и Рикеттс Т.Х. Экология и экономика опыления миндаля с использованием местных пчел. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Ли, Э., Хе, Й. и Парк, Й.-Л. Влияние изменения климата на фенологию трагопана: последствия для управления популяцией. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Артц, Д. Р. и Питтс-Зингер, Т. Л. Влияние фунгицидов и адъювантных распылений на гнездовое поведение двух управляемых одиночных пчел (Osmia lignaria и Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Бове, С. и др. Низкотоксичный фунгицид для сельскохозяйственных культур (фенбуконазол) влияет на сигналы репродуктивного качества самцов, что приводит к снижению успешности спаривания у диких одиночных пчел. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Неоникотиноидные инсектициды и биосинтез эргостерола подавляют синергическую смертность от фунгицидов у трех видов пчел. Борьба с вредителями. Наука. 73, 1236–1243 (2017).
Кунеман Дж. Г., Гиллунг Дж., Ван Дайк М. Т., Фордайс Р. Ф. и Дэнфорт Б. Н. Одиночные личинки ос изменяют бактериальное разнообразие, поставляемое пыльцой пчелам Osmia cornifrons (Megachilidae), гнездящимся на стеблях. фронт. микроорганизм. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал ПС, Дэнфорт БН и Стеффан СА Эктосимбиотические микроорганизмы в ферментированной пыльце так же важны для развития одиночных пчел, как и сама пыльца. экология. эволюция. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F и Thalheimer M. Междурядная посадка в яблоневых садах для контроля болезней повторного посева: практическое исследование эффективности на основе микробных показателей. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Мартин ПЛ, Кравчик Т., Ходадади Ф., Ачимович С.Г. и Питер КА Горькая гниль яблок в среднеатлантических штатах США: оценка видов-возбудителей и влияние региональных погодных условий и восприимчивости сортов. Фитопатология 111, 966–981 (2021).
Каллен MG, Томпсон LJ, Кэролан JK, Стаут JK и Стэнли DA Фунгициды, гербициды и пчелы: систематический обзор существующих исследований и методов. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Пиллинг, Э.Д. и Джепсон, П.С. Синергетическое действие фунгицидов EBI и пиретроидных инсектицидов на медоносных пчел (Apis mellifera). вредители науки. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE и Peng, CY Влияние выбранных фунгицидов на рост и развитие личинок медоносной пчелы Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Среда. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Маллен, Э., Уикстед, Д. и МакАрт, С. Руководство по принятию решений об использовании пестицидов для защиты опылителей в садах (Корнелльский университет, 2018).
Ивасаки, Дж. М. и Хогендорн, К. Воздействие на пчел непестицидов: обзор методов и сообщенных результатов. Сельское хозяйство. Экосистема. Среда. 314, 107423 (2021).
Копит AM, Клингер E, Кокс-Фостер DL, Рамирес RA. и Питтс-Сингер TL Влияние типа питания и воздействия пестицидов на развитие личинок Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Среда. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Копит А.М. и Питтс-Зингер Т.Л. Пути воздействия пестицидов на одиночных пчел пустых гнезд. Среда. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Пан, НТ и др. Новый протокол биоанализа при приеме внутрь для оценки токсичности пестицидов у взрослых японских садовых пчел (Osmia cornifrons). наука. Отчеты 10, 9517 (2020).
Время публикации: 14 мая 2024 г.