Благодарим вас за посещение Nature.com. Используемая вами версия браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для достижения наилучших результатов рекомендуем использовать более новую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В настоящее время, для обеспечения постоянной поддержки, мы отображаем сайт без стилей и 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 для обработки яблонь во время цветения. Этот пробел в знаниях ограничивает нормативные решения, определяющие безопасные концентрации и сроки опрыскивания фунгицидами. Мы оценили влияние двух контактных фунгицидов (каптана и манкоцеба) и четырех межслойных/фитосистемных фунгицидов (ципроциклина, миклобутанила, пиростробина и трифлоксистробина). Влияние на прирост веса личинок, выживаемость, соотношение полов и разнообразие бактерий. Оценка проводилась с использованием хронического перорального биоанализа, в котором пыльца обрабатывалась тремя дозами, основанными на в настоящее время рекомендуемой дозе для полевого использования (1X), половинной дозе (0,5X) и низкой дозе (0,1X). Все дозы манкоцеба и пиритизолина значительно снижали вес тела и выживаемость личинок. Затем мы секвенировали ген 16S, чтобы охарактеризовать личиночный бактериом манкоцеба, фунгицида, ответственного за самую высокую смертность. Мы обнаружили, что разнообразие и численность бактерий значительно снизились у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом. Результаты наших лабораторных исследований показывают, что опрыскивание некоторыми из этих фунгицидов во время цветения особенно вредно для здоровья O. cornifrons. Эта информация важна для принятия будущих решений по устойчивому использованию средств защиты плодовых деревьев и служит основой для нормативно-правового регулирования, направленного на защиту опылителей.
Одиночная пчела-мейсон 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-мейсон 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-мейсон напрямую влияют комменсальные и эктобактериальные микроорганизмы8,9, поскольку бактерии и грибы могут влиять на питание и иммунные реакции, влияние воздействия фунгицидов на микробное разнообразие пчел-мейсон только начинает изучаться.
Фунгициды различного действия (контактного и системного) распыляются в садах до и во время цветения для борьбы с такими заболеваниями, как парша яблони, горькая гниль, бурая гниль и настоящая мучнистая роса10,11. Фунгициды считаются безвредными для опылителей, поэтому они рекомендуются садоводам в период цветения; воздействие и проглатывание этих фунгицидов пчелами сравнительно хорошо изучено, 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 изучено, 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, предоставляющих пчел для тестирования, является сложной задачей18. В Европе и США все чаще проводятся испытания различных видов пчел для изучения воздействия пестицидов на диких пчел, и недавно были разработаны стандартизированные протоколы для O. cornifrons19.
Рогатые пчелы являются моноцитами и коммерчески используются в карповых культурах в качестве дополнения или замены медоносных пчел. Эти пчелы появляются в период с марта по апрель, причем ранние 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 стенку, прежде чем подготовить следующую ячейку. 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 взрослое состояние в той же расплодной камере, обычно в конце лета20,23. Взрослые особи появляются следующей весной. Выживание взрослых особей связано с чистым приростом энергии (приростом веса) в зависимости от потребления пищи. Таким образом, питательная 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 растений в различной степени: от трансламинарного (например, способны перемещаться с верхней поверхности листьев на нижнюю, как некоторые фунгициды)25 до истинно 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, моделирующие 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 цветы во время цветения, могут загрязнять пыльцу, собранную взрослыми особями для развития личинок, последствия чего еще предстоит изучить30.
Всё большее признание получает тот факт, что развитие личинок зависит от пыльцы и микробных сообществ пищеварительной системы. Микробиом медоносной пчелы влияет на такие параметры, как масса тела31, метаболические изменения22 и восприимчивость к патогенам32. В предыдущих исследованиях изучалось влияние стадии развития, питательных веществ и окружающей среды на микробиом одиночных пчёл. Эти исследования выявили сходство в структуре и численности микробиомов личинок и пыльцы33, а также наиболее распространённых родов бактерий Pseudomonas и Delftia среди одиночных видов пчёл. Однако, хотя фунгициды и были связаны со стратегиями защиты здоровья пчёл, их влияние на микробиоту личинок при прямом пероральном воздействии остаётся неизученным.
В данном исследовании изучалось влияние реальных доз шести широко используемых фунгицидов, зарегистрированных для использования на плодовых деревьях в США, 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, при этом наиболее выраженные эффекты были связаны с манкоцебом и пиритиопидом. Затем мы сравнили микробное разнообразие личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом, с личинками, питавшимися контрольной пищей. Мы обсуждаем потенциальные механизмы, лежащие в основе смертности, и их значение для программ комплексной борьбы с вредителями и опылителями (IPPM)36.
Взрослые особи O. cornifrons, зимующие в коконах, были получены из Центра исследований фруктов в Биглервилле, 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, диаметр 5 см × длина 15 см), а внутрь стаканчиков помещали салфетки, чтобы способствовать открытию и предоставить жевательный субстрат, снижая стресс для каменных пчел37. Поместите два пластиковых стаканчика с коконами в садок для насекомых (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) с кормушками объемом 10 мл, содержащими 50% раствор сахарозы, и оставьте на четыре дня, чтобы обеспечить закрытие и спаривание. 23°C, относительная влажность 60%, фотопериод 10 л (низкая интенсивность): 14 дней. Каждое утро в течение шести дней выпускали по 100 спаренных самок и самцов (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 венечнолистной (Malus coronaria) и многочисленными сортами яблонь (Malus coronaria, Malus), домашней яблоней 'Co-op 30′ Enterprise™, яблоней 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бегонией 'Freedom', бегонией 'Golden Delicious', бегонией 'Nova Spy'). Каждый синий пластиковый скворечник устанавливается 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 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 размещены на поверхности почвы рядом с почвенными ящиками гнездового ящика. Гнездовой ящик (Дополнительный рисунок 1a). Яйца кукурузного мотылька собирали ежедневно, собирая 30 трубок из гнезд и доставляя 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, прежде чем использовать в наших экспериментах (Дополнительный рисунок 1b-d).
В лабораторных условиях мы оценили пероральную 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). Два контактных фунгицида (Таблица S1: манкоцеб 2696,14 ppm и каптан 2875,88 ppm) и четыре системных фунгицида (Таблица S1: пиритиостробин 250,14 ppm; трифлоксистробин 110,06 ppm; миклобутанил азол 75,12 ppm; ципродинил 280,845 ppm) токсичны для фруктов, овощей и декоративных культур. Мы гомогенизировали пыльцу с помощью измельчителя, переносили 0,20 г в лунку (24-луночный планшет Falcon Plate), добавляли и перемешивали 1 мкл раствора фунгицида для формирования пирамидальной пыльцы с лунками глубиной 1 мм, в которые помещали яйца. Размещали с помощью мини-шпателя (Дополнительный рисунок 1c, d). Планшеты Falcon хранили при комнатной температуре (25 °C) и относительной влажности 70%. Мы сравнивали их с контрольными личинками, которых кормили однородной пыльцевой диетой с добавлением чистой воды. Мы регистрировали смертность и измеряли вес личинок через день, пока личинки не достигали предкуколочного возраста, используя аналитические весы (Fisher Scientific, точность = 0,0001 г). Наконец, соотношение полов оценивали путем вскрытия кокона через 2,5 месяца.
ДНК была выделена из целых личинок O. cornifrons (n = 3 на каждый вариант обработки, пыльца, обработанная манкоцебом и необработанная), и мы провели анализ микробного разнообразия этих образцов, особенно потому, что при манкоцебе самая высокая смертность наблюдалась у личинок, получавших MnZn. ДНК была амплифицирована, очищена с помощью набора DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) и секвенирована (600 циклов) на Illumina® MiSeq™ с использованием набора v3. Целевое секвенирование генов бактериальной 16S рибосомной РНК было проведено с помощью 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.
Импорт и обработка парных прочтений39 с помощью конвейера QIIME2 (v2022.11.1). Эти прочтения были обрезаны и объединены, а химерные последовательности удалены с помощью плагина DADA2 в QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Классы 16S и 18S были назначены с помощью плагина классификатора объектов Classify-sklearn и предобученного артефакта silva-138-99-nb-classifier.
Все экспериментальные данные были проверены на нормальность (критерий Шапиро-Уилкса) и однородность дисперсий (критерий Левена). Поскольку набор данных не соответствовал предположениям параметрического анализа, а преобразование не смогло стандартизировать остатки, мы провели непараметрический двухфакторный дисперсионный анализ (критерий Краскела-Уоллиса) с двумя факторами [время (три фазы, временные точки 2, 5 и 8 дней) и фунгицид] для оценки влияния обработки на сырую массу личинок, затем были выполнены непараметрические попарные сравнения постфактум с использованием критерия Вилкоксона. Мы использовали обобщенную линейную модель (GLM) с распределением Пуассона для сравнения влияния фунгицидов на выживаемость при трех концентрациях фунгицидов41,42. Для дифференциального анализа численности количество вариантов последовательности ампликона (ASV) было свернуто на уровне рода. Сравнение дифференциальной численности между группами, использующими 16S (уровень рода) и относительную численность 18S, проводилось с использованием обобщенной аддитивной модели положения, масштаба и формы (GAMLSS) с распределением семейств с завышенным бета-нулем (BEZI), смоделированным на основе макроса . 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 O. cornifrons (рис. 1). Эти эффекты наблюдались стабильно при всех трёх исследованных дозах (рис. 1a–c). Циклостробин и миклобутанил не оказали существенного влияния на массу личинок.
Средний сырой вес личинок стеблевого сверлильщика, измеренный в трех временных точках при четырех вариантах диетической обработки (гомогенная пыльцевая подкормка + фунгицид: контроль, 0,1X, 0,5X и 1X дозы). (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) Локальная 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. Столбцы представляют среднее значение ± SE парных сравнений (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
При минимальной дозе (0,1X) масса тела личинок снижалась на 60% при применении трифлоксистробина, на 49% при применении манкоцеба, на 48% при применении миклобутанила и на 46% при применении пиритистробина (рис. 1a). При воздействии половины полевой дозы (0,5X) масса тела личинок манкоцеба снижалась на 86%, пиритиостробина – на 52%, а трифлоксистробина – на 50% (рис. 1b). Полная полевая доза (1X) манкоцеба снижала массу личинок на 82%, пиритиостробина – на 70%, а трифлоксистробина, миклобутанила и сангарда – примерно на 30% (рис. 1c).
Смертность была самой высокой среди личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом, за которыми следовали пиритиостробин и трифлоксистробин. Смертность увеличивалась с увеличением доз манкоцеба и пиритизолина (рис. 2; табл. 2). Однако смертность кукурузного мотылька увеличивалась лишь незначительно с увеличением концентрации трифлоксистробина; ципродинил и каптан не приводили к значительному увеличению смертности по сравнению с контрольными обработками.
Сравнивалась смертность личинок златок после приема пыльцы, обработанной шестью различными фунгицидами. Манкоцеб и пентопирамид были более чувствительны к пероральному воздействию на кукурузных личинок (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (прямая, наклон = 0,29, P < 0,001; наклон = 0,24, P < 0,00)).
В среднем, по всем группам лечения, 39,05% пациентов были женщинами, а 60,95% – мужчинами. В контрольной группе доля женщин составила 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, обработанных манкоцебом и миклобутанилом, 33,33% взрослых особей были самками, 22% взрослых особей были самками, 44% взрослых особей были самками, 44% взрослых особей были самками, 41% взрослых личинок были самками, а контрольная группа составила 31% (рис. 3а). При дозе 0,5 раза в группе манкоцеба и пиритиостробина 33% взрослых червей были самками, 36% в группе трифлоксистробина, 41% в группе миклобутанила и 46% в группе ципростробина. Этот показатель составил 53% в группе каптана и 38% в контрольной группе (рис. 3b). При дозе 1X в группе манкоцеба 30% были женщинами, 36% в группе пиритиостробина, 44% в группе трифлоксистробина, 38% в группе миклобутанила, 50% в контрольной группе были женщинами – 38,5% (рис. 3c).
Процент женских и мужских особей златок после обработки фунгицидом на личиночной стадии. (a) Низкая доза (0,1X). (b) Половина дозы (0,5X). (c) Доза в полевых условиях или полная доза (1X).
Анализ последовательности 16S показал, что бактериальная группа различалась между личинками, питавшимися пыльцой, обработанной манкоцебом, и личинками, питавшимися необработанной пыльцой (рис. 4a). Микробный индекс необработанных личинок, питавшихся пыльцой, был выше, чем у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом (рис. 4b). Хотя наблюдаемая разница в богатстве между группами не была статистически значимой, она была значительно ниже, чем наблюдаемая у личинок, питавшихся необработанной пыльцой (рис. 4c). Относительное обилие показало, что микробиота личинок, питавшихся контрольной пыльцой, была более разнообразной, чем у личинок, питавшихся личинками, обработанными манкоцебом (рис. 5a). Описательный анализ выявил присутствие 28 родов в контрольных и обработанных манкоцебом образцах (рис. 5b). c Анализ с использованием секвенирования 18S не выявил значимых различий (Дополнительный рисунок 2).
Профили SAV, основанные на последовательностях 16S, сравнивали с богатством по Шеннону и наблюдаемым богатством на уровне типа. (a) Анализ главных координат (PCoA), основанный на общей структуре микробного сообщества в необработанных, питавшихся пыльцой или контрольных (синий) и питавшихся манкоцебом личинках (оранжевый). Каждая точка данных представляет собой отдельный образец. PCoA рассчитывали с использованием расстояния Брея-Кертиса многомерного t-распределения. Овалы представляют 80%-ный уровень достоверности. (b) Диаграмма ящиков, необработанные данные о богатстве по Шеннону (точки) и c. Наблюдаемое богатство. Диаграммы ящиков показывают ячейки 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 родов микроорганизмов, считываемых 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 снижало прирост массы тела и увеличивало смертность личинок кукурузы. Кроме того, манкоцеб значительно снижал разнообразие и богатство микробиома на стадии предкуколки. Миклобутанил, другой системный фунгицид, значительно снижал прирост массы тела личинок при всех трех дозах. Этот эффект был очевиден на второй (5-й день) и третий (8-й день) временные точки. Напротив, ципродинил и каптан не оказывали значительного снижения прироста массы тела или выживаемости по сравнению с контрольной группой. Насколько нам известно, эта работа является первой, в которой определяется влияние полевых норм различных фунгицидов, используемых для защиты посевов кукурузы путем прямого воздействия пыльцы.
Все обработки фунгицидами значительно снизили прирост массы тела по сравнению с контрольными обработками. Манкоцеб оказывал наибольшее влияние на прирост массы тела личинок со средним снижением на 51%, за ним следовал пиритиостробин. Однако в других исследованиях не сообщалось о неблагоприятных эффектах полевых доз фунгицидов на личиночные стадии44. Хотя было показано, что дитиокарбаматные биоциды обладают низкой острой токсичностью45, 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. Надлежащие условия хранения биоцидов могут смягчить эти побочные эффекты. Кроме того, Европейское управление 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 соавторов52, 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 энергетический потенциал личиночной стадии. 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 количество спаривания и неблагоприятные погодные условия во время цветения, как ранее предполагали Висенс и Бош для O. cornuta. Хотя у самок и самцов в нашем исследовании было четыре дня на спаривание (период, как правило, считается достаточным для успешного спаривания), мы намеренно снизили интенсивность освещения, чтобы минимизировать стресс. Однако это изменение может непреднамеренно повлиять на процесс спаривания61. Кроме того, пчёлы 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, у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкоцебом, структура микробного сообщества и численность были значительно снижены по сравнению с личинками, питавшимися необработанной пыльцой. У личинок, питавшихся необработанной пыльцой, доминировали бактериальные группы Proteobacteria и Actinobacteria, которые были преимущественно аэробными или факультативно аэробными. Известно, что бактерии Delft, обычно ассоциируемые с одиночными видами пчел, обладают антибиотической активностью, что указывает на их потенциальную защитную роль против патогенов. Другой вид бактерий, Pseudomonas, был в изобилии у личинок, питавшихся необработанной пыльцой, но его численность была значительно снижена у личинок, обработанных манкоцебом. Наши результаты подтверждают результаты предыдущих исследований, в которых Pseudomonas был идентифицирован 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 вирусной и бактериальной защите 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 родококк, известный 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 различных таксонах микроорганизмов, которые могут изменять метаболические процессы у личинок. Однако необходимо более глубокое понимание функционального разнообразия O. cornifrons.
Вкратце, результаты показывают, что манкоцеб, пиритиостробин и трифлоксистробин снижали прирост массы тела и увеличивали смертность личинок кукурузного мотылька. Несмотря на растущую 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 помогут фермерам избегать использования определенных фунгицидов до и во время цветения плодовых деревьев путем выбора фунгицидов и изменения сроков внесения или путем поощрения использования менее вредных альтернатив 36. Эта информация важна для разработки рекомендаций по использованию пестицидов, таких как корректировка существующих программ опрыскивания и изменение сроков опрыскивания при выборе фунгицидов или поощрении использования менее вредных альтернатив. Необходимы дальнейшие исследования неблагоприятного воздействия фунгицидов на соотношение полов, пищевое поведение, микробиом кишечника и молекулярные механизмы, лежащие в основе потери массы тела и смертности кукурузного мотылька.
Исходные данные 1, 2 и 3 на рисунках 1 и 2 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 регистрационным номером PRJNA1023565.
Бош, Дж. и Кемп, В. П. Развитие и становление видов медоносных пчел как опылителей сельскохозяйственных культур: пример рода Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) и фруктовых деревьев. Бюлл. Ntomore. Ресурс. 92, 3–16 (2002).
Паркер, М.Г. и др. Методы 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 местными пчёлами. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Ли, Э., Хе, Ю. и Парк, Ю.-Л. Влияние изменения климата на фенологию трагопана: выводы для управления популяциями. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Арц, Д.Р. и Питтс-Сингер, Т.Л. Влияние фунгицидов и адъювантных опрыскиваний на гнездовое поведение двух видов одиночных пчёл (Osmia lignaria и Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Бове, С. и др. Малотоксичный фунгицид для сельскохозяйственных культур (фенбуконазол) влияет на сигналы репродуктивного качества самцов, что приводит к снижению успешности спаривания у диких одиночных пчёл. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. и др. Неоникотиноидные инсектициды и биосинтез эргостерола подавляют синергетический эффект фунгицидов у трёх видов пчёл. Борьба с вредителями. Наука. 73, 1236–1243 (2017).
Кунеман Дж. Г., Гиллунг Дж., Ван Дейк М. Т., Фордайс Р. Ф. и Дэнфорт Б. Н. Одиночные личинки ос изменяют бактериальное разнообразие, поставляемое пыльцой пчелам Osmia cornifrons (Megachilidae), гнездящимся на стеблевых муравьях. фронт. микроорганизм. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Дэнфорт Б.Н. и Стеффан С.А. Эктосимбиотические микроорганизмы в ферментированной пыльце так же важны для развития одиночных пчел, как и сама пыльца. Экология. Эволюция. 12. e8788 (2022).
Кельдерер М., Маничи Л.М., Капуто Ф. и Тальхаймер М. Междурядная посадка в яблоневых садах для борьбы с болезнями пересева: практическое исследование эффективности на основе микробных показателей. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Мартин П.Л., Кравчик Т., Ходадади Ф., Ахимович С.Г. и Питер К.А. Горькая гниль яблок в Среднеатлантических штатах США: оценка видов-возбудителей и влияние региональных погодных условий и восприимчивости сортов. Фитопатология 111, 966–981 (2021).
Каллен М.Г., Томпсон Л.Дж., Кэролан Дж.К., Стаут Дж.К. и Стэнли Д.А. Фунгициды, гербициды и пчёлы: систематический обзор существующих исследований и методов. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Пиллинг, Э.Д. и Джепсон, П.К. 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 по использованию пестицидов для защиты опылителей в садах (Корнелльский университет, 2018 г.).
Ивасаки, Дж. М. и Хогендорн, К. Воздействие непестицидов на пчёл: обзор методов и представленных результатов. Сельское хозяйство. Экосистема. Среда. 314, 107423 (2021).
Копит А.М., Клингер Э., Кокс-Фостер Д.Л., Рамирес Р.А. и Питтс-Сингер Т.Л. Влияние типа питания и воздействия пестицидов на развитие личинок Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Среда. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Копит А.М. и Питтс-Сингер Т.Л. Пути воздействия пестицидов на одиночных пчёл в пустых гнёздах. Среда. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Пан, Н.Т. и др. Новый протокол биоанализа перорального применения для оценки токсичности пестицидов у взрослых японских садовых пчёл (Osmia cornifrons). Наука. Отчёты 10, 9517 (2020).
Время публикации: 14 мая 2024 г.