Спасибо за посещение сайта Nature.com. Версия используемого вами браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем использовать более новую версию вашего браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В настоящее время, для обеспечения дальнейшей 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 непчеловоды (например, одиночные пчелы, Osmia cornifrons) реагируют на контактные и системные фунгициды, обычно используемые на яблонях во время цветения. Этот пробел в знаниях ограничивает принятие нормативных решений относительно безопасных концентраций и сроков опрыскивания фунгицидами. Мы оценили воздействие двух контактных фунгицидов (каптана и манкозеба) и четырех межслойных/фитосистемных фунгицидов (ципроциклина, миклобутанила, пиростробина и трифлоксистробина). Оценивалось влияние на увеличение массы тела личинок, выживаемость, соотношение полов и бактериальное разнообразие. Оценка проводилась с использованием хронического перорального биотеста, в котором пыльца обрабатывалась тремя дозами, основанными на рекомендуемой в настоящее время дозе для полевого использования (1X), половинной дозе (0,5X) и низкой дозе (0,1X). Все дозы манкозеба и пиритизолина значительно снижали массу тела и выживаемость личинок. Затем мы секвенировали ген 16S, чтобы охарактеризовать бактериом личинок, подвергшихся воздействию манкозеба — фунгицида, вызывающего самую высокую смертность. Мы обнаружили, что разнообразие и численность бактерий значительно снизились у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкозебом. 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 управлению, касающихся устойчивого использования средств защиты плодовых деревьев, и служит основой для нормативных процессов, направленных на защиту опылителей.
Одиночная пчела-каменщица 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-каменщицы сталкиваются со многими проблемами, включая фрагментацию среды обитания, патогены и пестициды3,4. Среди инсектицидов фунгициды снижают получение энергии, сбор нектара5 и физическую форму6,7. Хотя недавние исследования показывают, что здоровье пчел-каменщиц напрямую зависит от комменсальных и эктобактических микроорганизмов8,9, поскольку бактерии и грибы могут влиять на питание и иммунный ответ, влияние воздействия фунгицидов на микробное разнообразие пчел-каменщиц 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 мучнистая роса10,11. Фунгициды считаются безвредными для опылителей, поэтому их рекомендуют садоводам в период цветения; воздействие этих фунгицидов на пчел и их попадание в организм пчел относительно хорошо изучены, поскольку это является частью процесса регистрации пестицидов Агентством по охране окружающей среды США и многими другими национальными регулирующими органами12,13,14. Однако воздействие фунгицидов на не-пчел изучено меньше, поскольку их применение не требуется в соответствии с соглашениями о разрешении на продажу в Соединенных Штатах15. Кроме того, как правило, отсутствуют стандартизированные протоколы для тестирования отдельных пчел16,17, а поддержание колоний, предоставляющих пчел для тестирования, представляет собой сложную задачу18. В Европе и США все чаще проводятся испытания различных видов пчел, используемых в питомниках, для изучения воздействия пестицидов на диких пчел, и 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 медоносных пчел. Эти пчелы появляются в период с марта по апрель, при этом преждевременные самцы появляются на три-четыре дня раньше самок. После спаривания самка активно собирает пыльцу и нектар, чтобы обеспечить ряд ячеек для расплода внутри 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 эмбриональной жидкостью. Со второй по пятую стадию (предкуколка) личинки питаются пыльцой22. Как только запас пыльцы полностью истощается, личинки образуют коконы, окукливаются и выходят во взрослую особь в той же камере для расплода, обычно в конце лета20,23. Взрослые особи появляются следующей весной. Выживаемость взрослых особей связана 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 внутри сосудистой системы растения в различной степени, от трансламинарного (например, перемещаясь с верхней поверхности листьев на нижнюю, как некоторые фунгициды) 25 до истинно системного воздействия. , которые могут проникать в корневую шейку, могут попадать в нектар цветков яблони26, где они могут убивать взрослых особей O. cornifrons27. Некоторые пестициды также просачиваются в пыльцу, влияя на развитие личинок кукурузы и вызывая их гибель19. Другие исследования показали, что некоторые фунгициды могут значительно изменять гнездовое поведение родственного вида O. lignaria28. Кроме того, лабораторные и полевые исследования, имитирующие сценарии воздействия пестицидов (включая фунгициды), показали, что пестициды негативно влияют на физиологию 22, морфологию 29 и выживаемость медоносных пчел и некоторых одиночных пчел. Различные фунгицидные спреи, применяемые непосредственно к раскрытым цветкам во время цветения, могут загрязнять пыльцу, собранную взрослыми особями для развития личинок, последствия чего еще предстоит изучить30.
Все чаще признается, что развитие личинок зависит от пыльцы и микробных сообществ пищеварительной системы. Микробиом медоносных пчел 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 сходства в структуре и численности личиночного и пыльцевого микробиомов33, а также наиболее распространенных родов бактерий Pseudomonas и Delftia среди видов одиночных пчел. Однако, несмотря на то, что фунгициды связывают со стратегиями защиты здоровья пчел, влияние фунгицидов на микробиоту личинок при прямом пероральном воздействии остается неизученным.
В этом исследовании изучалось воздействие реальных доз шести широко используемых фунгицидов, зарегистрированных для применения на плодовых деревьях в Соединенных Штатах, включая контактные и системные фунгициды, вводимые перорально личинкам кукурузной совки из зараженной пищи. Мы обнаружили, что контактные и системные фунгициды снижают прирост массы тела пчел и повышают смертность, причем наиболее серьезные последствия были связаны с манкозебом и пиритиопидом. Затем мы сравнили микробное разнообразие личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкозебом, с личинками, питавшимися контрольной диетой. Мы обсуждаем потенциальные механизмы, лежащие в основе смертности, и последствия для программ интегрированной защиты вредителей и опылителей (IPPM)36.
Взрослые особи O. cornifrons, зимующие в коконах, были получены из Центра исследований фруктов, Биглервилл, 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 в стаканчике, диаметр 5 см × длина 15 см), а внутрь стаканчиков помещали салфетки, чтобы способствовать раскрытию и обеспечить субстрат для жевания, снижая стресс для каменистых пчел37. Два пластиковых стаканчика с коконами помещали в клетку для насекомых (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) с кормушками объемом 10 мл, содержащими 50% раствор сахарозы, и хранили в течение четырех дней для обеспечения закрытия коконов и спаривания. 23°C, относительная влажность 60%, фотопериод 10 л (низкая интенсивность): 14 дней. Каждое утро в течение шести дней (по 100 особей в день) в два искусственных гнезда в период пика цветения яблони выпускали по 100 спарившихся самок и самцов в два искусственных гнезда (гнездо-ловушка: ширина 33,66 × высота 30,48 × длина 46,99 см; Дополнительный рисунок 1). Размещенные в Пенсильванском государственном дендрарии, рядом с вишнями (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), персиками (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), грушами (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), яблоней коронарной (Malus coronaria) и многочисленными сортами яблонь (Malus coronaria, Malus), яблоней обыкновенной 'Co-op 30′ Enterprise™, яблоней яблони Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бегонией 'Freedom', бегонией 'Golden Delicious', бегонией 'Nova Spy'). Каждый синий пластиковый скворечник устанавливается на две деревянные коробки. В каждом гнездовом ящике находилось 800 пустых картонных трубок из крафт-бумаги (спирально открытых, 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 скворечника были обращены на восток и накрыты зеленым пластиковым садовым забором (модель Everbilt #889250EB12, размер отверстия 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м), чтобы предотвратить доступ грызунов и птиц, и размещены на поверхности почвы рядом со скворечниками. Скворечник (дополнительный рисунок 1a). Яйца кукурузного мотыля собирали ежедневно, отбирая 30 трубок из гнезд и транспортируя их в лабораторию. С помощью ножниц делали надрез на конце трубки, затем разбирали спиральную трубку, чтобы обнажить ячейки с расплодом. Отдельные яйца и их пыльцу удаляли 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 лаборатории мы оценили пероральную токсичность шести фунгицидов, применяемых до и во время цветения яблони в трех концентрациях (0,1X, 0,5X и 1X, где 1X — это концентрация, применяемая на 100 галлонов воды/акр. Высокая полевая доза = концентрация в поле). (Таблица 1). Каждая концентрация была повторена 16 раз (n = 16). Была определена токсичность двух контактных фунгицидов (Таблица S1: манкозеб 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) и добавили и перемешали 1 мкл раствора фунгицида для образования пирамидальной пыльцы с лунками глубиной 1 мм, в которые помещали яйца. Размещение осуществлялось с помощью мини-шпателя (дополнительный рисунок 1c,d). Планшеты Falcon хранились при комнатной температуре (25°C) и относительной влажности 70%. Мы сравнивали их с контрольными личинками, питавшимися однородной пыльцевой диетой, обработанной чистой водой. Мы регистрировали смертность и измеряли вес личинок каждые два дня до достижения ими предкуколочного возраста с помощью аналитических весов (Fisher Scientific, точность = 0,0001 г). Наконец, соотношение полов оценивали, раскрывая кокон через 2,5 месяца.
ДНК была выделена из целых личинок O. cornifrons (n = 3 для каждого варианта обработки, пыльца, обработанная манкозебом, и необработанная пыльца), и мы провели анализ микробного разнообразия этих образцов, особенно потому, что при обработке манкозебом самая высокая смертность наблюдалась у личинок, получавших MnZn. ДНК была амплифицирована, очищена с использованием набора DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kit (Zymo Research, Ирвайн, Калифорния) и секвенирована (600 циклов) на Illumina® MiSeq™ с использованием набора v3. Целенаправленное секвенирование генов бактериальной 16S рибосомальной РНК было выполнено с использованием набора Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Ирвайн, Калифорния) с использованием праймеров, нацеленных на область V3-V4 гена 16S рРНК. Кроме того, секвенирование 18S проводилось с использованием 10% включения PhiX, а амплификация выполнялась с помощью пары праймеров 18S001 и NS4.
Импорт и обработка парных ридов39 с использованием конвейера QIIME2 (v2022.11.1). Эти риды были обрезаны и объединены, а химерные последовательности удалены с помощью плагина DADA2 в QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Присвоение классов 16S и 18S было выполнено с использованием плагина объектного классификатора Classify-sklearn и предварительно обученного артефакта silva-138-99-nb-classifier.
Все экспериментальные данные были проверены на нормальность распределения (критерий Шапиро-Уилкса) и однородность дисперсий (критерий Левена). Поскольку набор данных не соответствовал предположениям параметрического анализа, а преобразование не обеспечило стандартизацию остатков, мы провели непараметрический двухфакторный дисперсионный анализ (критерий Крускала-Уоллиса) с двумя факторами [время (три фазы: 2, 5 и 8 дней) и фунгицид] для оценки влияния обработки на свежую массу личинок, после чего были проведены апостериорные непараметрические попарные сравнения с использованием критерия Вилкоксона. Мы использовали обобщенную линейную модель (GLM) с распределением Пуассона для сравнения влияния фунгицидов на выживаемость при трех концентрациях фунгицида41,42. Для анализа дифференциальной численности количество вариантов ампликонных последовательностей (ASV) было сведено к уровню рода. Сравнение различий в численности между группами с использованием относительной численности 16S (на уровне рода) и 18S проводилось с помощью обобщенной аддитивной модели для положения, масштаба и формы (GAMLSS) с бета-нулевым инфляционным (BEZI) распределением семейств, которое было смоделировано на макросе в Microbiome R43 (v1.1). 1). Перед дифференциальным анализом удалите митохондриальные и хлоропластные виды. Из-за разных таксономических уровней 18S для дифференциального анализа использовался только самый низкий уровень каждого таксона. Все статистические анализы проводились с использованием R (v. 3.4.3., проект CRAN) (Team 2013).
Воздействие манкозеба, пиритиостробина и трифлоксистробина значительно снизило увеличение массы тела у O. cornifrons (рис. 1). Эти эффекты последовательно наблюдались при всех трех исследованных дозах (рис. 1a–c). Циклостробин и миклобутанил не оказали существенного влияния на снижение массы личинок.
Средняя масса личинок стеблевого бурильщика, измеренная в трех временных точках при четырех вариантах диетического питания (однородная пыльцевая подкормка + 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; (c) Место или полная доза (1X): первое время (день 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, второе время (день 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; третье время (день 8): χ2: 28,39, DF = 6; непараметрический дисперсионный анализ. Столбики представляют среднее значение ± стандартная ошибка попарных сравнений (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
При самой низкой дозе (0,1X) масса тела личинок уменьшилась на 60% при применении трифлоксистробина, на 49% при применении манкозеба, на 48% при применении миклобутанила и на 46% при применении пиритистробина (рис. 1а). При воздействии половины полевой дозы (0,5X) масса тела личинок, обработанных манкозебом, уменьшилась на 86%, пиритиостробином — на 52%, а трифлоксистробином — на 50% (рис. 1б). Полная полевая доза (1X) манкозеба уменьшила массу тела личинок на 82%, пиритиостробина — на 70%, а трифлоксистробина, миклобутанила и сангарда — примерно на 30% (рис. 1с).
Наибольшая смертность наблюдалась среди личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкозебом, за которой следовали пиритиостробин и трифлоксистробин. Смертность увеличивалась с увеличением дозы манкозеба и пиритизолина (рис. 2; таблица 2). Однако смертность кукурузного мотылька увеличивалась лишь незначительно с повышением концентрации трифлоксистробина; ципродинил и каптан не оказывали существенного влияния на увеличение смертности по сравнению с контрольными обработками.
Смертность личинок мухи-древоточца сравнивали после проглатывания пыльцы, обработанной шестью различными фунгицидами. Манкозеб и пентопирамид оказались более чувствительными к пероральному воздействию личинок кукурузной мухи (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (линия, наклон = 0,29, P < 0,001; наклон = 0,24, P < 0,00)).
В среднем, по всем вариантам лечения, 39,05% пациентов были женщинами и 60,95% — мужчинами. Среди контрольных групп доля женщин составляла 40% как в исследованиях с низкой дозой (0,1X), так и с половинной дозой (0,5X), и 30% в исследованиях с полевой дозой (1X). При дозе 0,1X среди личинок, питавшихся пыльцой и обработанных манкозебом и миклобутанилом, 33,33% взрослых особей были самками, 22% взрослых особей были самками, 44% взрослых личинок были самками, 44% взрослых личинок были самками, 41% взрослых личинок были самками, а в контрольной группе — 31% (рис. 3а). При дозе 0,5 от рекомендуемой, 33% взрослых червей в группе манкозеба и пиритиостробина были самками, в группе трифлоксистробина — 36%, в группе миклобутанила — 41%, а в группе ципростробина — 46%. В группе каптана этот показатель составил 53%, а в контрольной группе — 38% (рис. 3б). При дозе 1X 30% в группе манкозеба были женщинами, в группе пиритиостробина — 36%, в группе трифлоксистробина — 44%, в группе миклобутанила — 38%, а в контрольной группе — 50% женщин (рис. 3с).
Процентное содержание самок и самцов сверлильщиков после воздействия фунгицида на личиночную стадию. (а) Низкая доза (0,1X). (б) Половинная доза (0,5X). (в) Полевая доза или полная доза (1X).
Анализ последовательности 16S показал, что бактериальная группа различалась между личинками, питавшимися пыльцой, обработанной манкозебом, и личинками, питавшимися необработанной пыльцой (рис. 4a). Микробный индекс необработанных личинок, питавшихся пыльцой, был выше, чем у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкозебом (рис. 4b). Хотя наблюдаемая разница в видовом богатстве между группами не была статистически значимой, она была значительно ниже, чем у личинок, питавшихся необработанной пыльцой (рис. 4c). Относительная численность показала, что микробиота личинок, питавшихся контрольной пыльцой, была более разнообразной, чем микробиота личинок, питавшихся обработанной манкозебом пыльцой (рис. 5a). Описательный анализ выявил наличие 28 родов в контрольных и обработанных манкозебом образцах (рис. 5b). 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 у личинок, питавшихся необработанной пыльцой или контрольной группой (синий) и манкозебом (оранжевый). Каждая точка данных представляет собой отдельный образец. PCoA рассчитывался с использованием расстояния Брея-Кертиса многомерного t-распределения. Овалы представляют 80%-ный уровень доверия. (b) Диаграмма размаха, исходные данные о богатстве Шеннона (точки) и (c) наблюдаемое богатство. Диаграммы размаха показывают прямоугольники для медианной линии, межквартильного размаха (IQR) и 1,5 × IQR (n = 3).
Состав микробных сообществ личинок, питавшихся пыльцой, обработанной и необработанной манкозебом. (а) Относительная численность микробных родов в личинках. (б) Тепловая карта идентифицированных микробных сообществ. Delftia (отношение шансов (ОШ) = 0,67, P = 0,0030) и Pseudomonas (ОШ = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (ОШ = 0,75, P = 0,0617) (ОШ = 1,5, P = 0,0060); строки тепловой карты сгруппированы с использованием корреляционного расстояния и средней связности.
Наши результаты показывают, что пероральное воздействие контактных (манкозеб) и системных (пиростробин и трифлоксистробин) фунгицидов, широко применяемых во время цветения, значительно снижало прирост массы тела и повышало смертность личинок кукурузы. Кроме того, манкозеб 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 третьей (8-й день) временных точках. В отличие от этого, ципродинил и каптан не оказывали значительного влияния на прирост массы тела или выживаемость по сравнению с контрольной группой. Насколько нам известно, эта работа является первой, в которой определены эффекты полевых доз различных фунгицидов, используемых для защиты кукурузных культур от прямого воздействия пыльцы.
Все обработки фунгицидами значительно снижали прирост массы тела по сравнению с контрольными обработками. Манкозеб оказал наибольшее влияние на прирост массы тела личинок, вызвав в среднем снижение на 51%, за ним следует пиритиостробин. Однако в других исследованиях не сообщалось о неблагоприятном воздействии полевых доз фунгицидов на личиночные стадии44. Хотя было показано, что дитиокарбаматные биоциды обладают низкой острой токсичностью45, этиленбисдитиокарбаматы (EBDCS), такие как манкозеб, могут разлагаться до мочевины этиленсульфида. Учитывая его мутагенное действие на других животных, этот продукт разложения может быть причиной наблюдаемых эффектов46,47. 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 по поводу токсичности пиритиопида, который, как было показано, обладает канцерогенным действием на пищеварительную систему других животных51.
Пероральное введение манкозеба, пиритиостробина и трифлоксистробина увеличивает смертность личинок кукурузного мотылька. В отличие от них, миклобутанил, ципроциклин и каптан не оказывали влияния на смертность. Эти результаты отличаются от результатов Ладурнера и др.52, которые показали, что каптан значительно снижает 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 повлиять на питательную ценность пыльцы и, в конечном итоге, на энергетический запас личиночной стадии. Смертность, наблюдаемая в контрольной группе, соответствовала результатам других исследований56,57.
Наблюдаемое в нашей работе преобладание самцов в соотношении полов может быть объяснено такими факторами, как недостаточное количество спариваний и плохие 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 для спаривания (период, который обычно считается достаточным для успешного спаривания), мы намеренно снизили интенсивность света, чтобы минимизировать стресс. Однако это изменение может непреднамеренно помешать процессу спаривания61. Кроме того, пчелы переживают несколько дней неблагоприятной погоды, включая дождь и низкие температуры (<5°C), что также может негативно повлиять на успех спаривания4,23.
Хотя наше исследование было сосредоточено на всей микробиоте личинок, наши результаты позволяют понять потенциальные взаимосвязи между бактериальными сообществами, которые могут иметь решающее значение для питания пчел и воздействия фунгицидов. Например, у личинок, питавшихся пыльцой, обработанной манкозебом, наблюдалось значительное снижение структуры и численности микробного сообщества по сравнению с личинками, питавшимися необработанной пыльцой. У личинок, потреблявших необработанную пыльцу, доминировали бактериальные группы Proteobacteria и Actinobacteria, которые были преимущественно аэробными или факультативно аэробными. Известно, что дельфтские бактерии, обычно ассоциирующиеся с одиночными видами пчел, обладают антибиотической активностью, что указывает на потенциальную защитную роль против патогенов. Другой вид бактерий, Pseudomonas, был многочисленен у личинок, питавшихся необработанной пыльцой, но его численность значительно снизилась у личинок, обработанных манкозебом. Наши результаты подтверждают предыдущие исследования, идентифицирующие Pseudomonas как один из наиболее распространенных родов у O. bicornis35 и других одиночных ос34. Хотя экспериментальные данные о роли Pseudomonas в здоровье O. cornifrons не изучались, 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, выявленный в нашем исследовании, который, как сообщается, присутствует в большом количестве у личинок черной львинки в условиях голодания66. У личинок O. cornifrons микробактерии могут способствовать балансу и устойчивости кишечного микробиома в стрессовых условиях. Кроме того, Rhodococcus обнаруживается у личинок O. cornifrons и известен своими детоксикационными способностями67. Этот род также обнаруживается в кишечнике A. florea, но в очень малом количестве68. Наши результаты демонстрируют наличие множественных генетических вариаций у многочисленных микробных таксонов, которые могут изменять метаболические процессы у личинок. Однако необходимо лучшее понимание функционального разнообразия O. cornifrons.
В заключение, результаты показывают, что манкозеб, пиритиостробин и трифлоксистробин снижали увеличение массы тела и повышали смертность личинок кукурузного мотылька. Хотя растет обеспокоенность по поводу воздействия фунгицидов на опылителей, необходимо лучше понимать влияние остаточных метаболитов этих соединений. Эти результаты могут быть включены в рекомендации по программам комплексного управления опылителями, которые помогут 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 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 содействие использованию менее опасных 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 размещены в репозитории данных figshare по DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 и https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Последовательности, проанализированные в данном исследовании (рис. 4, 5), доступны в репозитории NCBI SRA под номером доступа PRJNA1023565.
Бош, Дж. и Кемп, В.П. Развитие и внедрение видов медоносных пчел в качестве опылителей сельскохозяйственных культур: пример рода Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) и плодовых деревьев. Bull. Ntomore. Resource. 92, 3–16 (2002).
Паркер, М.Г. и др. Практики опыления и представления об альтернативных опылителях 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-Сингер Т.Л. и Рикеттс Т.Х. Экология и экономика опыления миндаля с использованием местных пчел. Журнал экономики. Нтоморе. 111, 16–25 (2018).
Ли, Э., Хе, Ю., и Пак, Ю.-Л. Влияние изменения климата на фенологию трагопана: последствия для управления популяцией. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Артц, Д.Р. и Питтс-Сингер, Т.Л. Влияние фунгицидных и адъювантных опрыскиваний на гнездовое поведение двух видов разводимых одиночных пчел (Osmia lignaria и Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Бове, С. и др. Низкотоксичный фунгицид для сельскохозяйственных культур (фенбуконазол) нарушает сигналы качества репродуктивной функции самцов, что приводит к снижению успеха спаривания у диких одиночных пчел. Журнал прикладной экологии. 59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. и др. Неоникотиноидные инсектициды и биосинтез эргостерола подавляют синергическую смертность от фунгицидов у трех видов пчел. Борьба с вредителями. Наука. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. and Danforth BN. Личинки одиночных ос изменяют бактериальное разнообразие, поставляемое пыльцой пчелам Osmia cornifrons (Megachilidae), гнездящимся в стеблях. front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Данфорт 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).
Келдерер М., Маничи Л.М., Капуто Ф. и Тальхаймер М. Междурядная посадка в яблоневых садах для борьбы с болезнями, вызывающими самосев: практическое исследование эффективности на основе микробных индикаторов. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Мартин П.Л., Кравчик Т., Ходадади Ф., Ахимович С.Г. и Питер К.А. Горькая гниль яблок в среднеатлантическом регионе 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 пчелы: систематический обзор существующих исследований и методов. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Пиллинг, Э. Д. и Джепсон, П. К. Синергетическое воздействие фунгицидов EBI и пиретроидных инсектицидов на медоносных пчел (Apis mellifera). Вредители: наука. 39, 293–297 (1993).
Муссен, Э. К., Лопес, Дж. Э. и Пэн, С. Ю. Влияние некоторых фунгицидов на рост и развитие личинок медоносной пчелы Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Среда. Нтоморе. 33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Маллен, Э., Викстед, Д., и МакАрт, С. Руководство по принятию решений об использовании пестицидов для защиты опылителей в садах (Корнельский университет, 2018).
Ивасаки, Дж. М. и Хогендорн, К. Воздействие непестицидов на пчел: обзор методов и полученных 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 поставки и воздействия пестицидов на развитие личинок Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Среда. Нтоморе. 51, 240–251 (2022).
Копит А.М. и Питтс-Сингер Т.Л. Пути воздействия пестицидов на одиночных пчел, не имеющих собственного гнезда. Среда. Нтомор. 47, 499–510 (2018).
Пан, Н.Т. и др. Новый протокол биотестирования для оценки токсичности пестицидов у взрослых японских садовых пчел (Osmia cornifrons). Наука. Отчеты 10, 9517 (2020).
Дата публикации: 14 мая 2024 г.