Благодарим вас за посещение Nature.com.Используемая вами версия браузера имеет ограниченную поддержку CSS.Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем вам использовать более новую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer).Тем временем, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы показываем сайт без стилей и JavaScript.
Фунгициды часто используются во время цветения плодов деревьев и могут угрожать насекомым-опылителям.Однако мало что известно о том, как непчелиные опылители (например, одиночные пчелы, Osmia cornifrons) реагируют на контактные и системные фунгициды, обычно используемые для обработки яблок во время цветения.Этот пробел в знаниях ограничивает нормативные решения, определяющие безопасные концентрации и время опрыскивания фунгицидами.Мы оценили действие двух контактных фунгицидов (каптан и манкоцеб) и четырех межслойных/фитосистемных фунгицидов (ципроциклин, миклобутанил, пиростробин и трифлоксистробин).Влияние на прибавку веса личинок, выживаемость, соотношение полов и бактериальное разнообразие.Оценка проводилась с использованием хронического перорального биоанализа, в котором пыльцу обрабатывали тремя дозами, исходя из рекомендованной 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.Результаты наших лабораторных исследований показывают, что опрыскивание некоторыми из этих фунгицидов во время цветения особенно вредно для здоровья O. cornifrons.Эта информация актуальна для будущих управленческих решений относительно устойчивого использования средств защиты плодовых деревьев и служит основой для регуляторных процессов, направленных на защиту опылителей.
Одиночная пчела-каменщик Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) была завезена в Соединенные Штаты из Японии в конце 1970-х - начале 1980-х годов, и с тех пор этот вид играет важную роль опылителя в управляемых экосистемах.Натурализованные популяции этой пчелы входят примерно в 50 видов диких пчел, которые дополняют пчел, опыляющих миндальные и яблоневые сады в США2,3.Пчелы-масоны сталкиваются со многими проблемами, включая фрагментацию среды обитания, патогены и пестициды3,4.Среди инсектицидов фунгициды снижают получение энергии, поиск пищи5 и кондиционирование тела6,7.Хотя недавние исследования показывают, что на здоровье пчел Мейсон напрямую влияют комменсальные и эктобактические микроорганизмы, 8,9 поскольку бактерии и грибы могут влиять на питание и иммунные реакции, влияние воздействия фунгицидов на микробное разнообразие пчел Мейсон только начинает проявляться. изучал.
Фунгициды различного действия (контактного и системного) опрыскивают 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 их рекомендуют садоводам в период цветения;Воздействие и попадание этих фунгицидов в организм пчел относительно хорошо известно, поскольку это является частью процесса регистрации пестицидов Агентством по охране окружающей среды США и многими другими национальными регулирующими органами12,13,14.Однако влияние фунгицидов на непчёл менее известно, поскольку они не требуются в соответствии с соглашениями о выдаче регистрационных удостоверений в США15.Кроме того, как правило, не существует стандартизированных протоколов тестирования одиночных пчел16,17, а содержание семей, предоставляющих пчел для тестирования, является сложной задачей18.В Европе и США все чаще проводятся испытания различных управляемых пчел с целью изучения воздействия пестицидов на диких пчел, а недавно были разработаны стандартизированные протоколы для O. cornifrons19.
Рогатые пчелы представляют собой моноциты и коммерчески используются при выращивании карпа в качестве дополнения или замены медоносных пчел.Эти пчелы появляются в период с марта по апрель, причем не по годам развитые самцы появляются на три-четыре дня раньше самок.После спаривания самка активно собирает пыльцу и нектар, чтобы обеспечить ряд расплодных клеток внутри трубчатой полости гнезда (естественной или искусственной)1,20.Яйца откладываются на пыльце внутри клеток;Затем самка строит глиняную стену, прежде чем готовить следующую ячейку.Личинки первого возраста заключены в хорионе и питаются эмбриональными жидкостями.Со второго по пятый возраст (предкуколка) личинки питаются пыльцой22.Как только запасы пыльцы полностью истощаются, личинки образуют коконы, окукливаются и появляются взрослыми особями в одной и той же выводковой камере, обычно в конце лета20,23.Взрослые особи появляются следующей весной.Выживаемость взрослых связана с чистым приростом энергии (приростом веса) в зависимости от потребления пищи.Таким образом, питательные качества 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 сети растения в разной степени: от трансламинарного (например, способны перемещаться с верхней поверхности листьев на нижнюю поверхность, как некоторые фунгициды) 25 до действительно системного действия., которые могут проникать в крону от корней, могут попадать в нектар цветков яблони26, где они могут убить взрослые особи O. cornifrons27.Некоторые пестициды также попадают в пыльцу, влияя на развитие личинок кукурузы и вызывая их гибель19.Другие исследования показали, что некоторые фунгициды могут существенно изменить гнездовое поведение родственных видов O. lignaria28.Кроме того, лабораторные и полевые исследования, моделирующие сценарии воздействия пестицидов (включая фунгициды), показали, что пестициды отрицательно влияют на физиологию 22 морфологию 29 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 этого еще предстоит изучить30.
Все больше признается, 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 численности микробиомов личинок и пыльцы33, а также наиболее распространенных родов бактерий Pseudomonas и Delftia среди одиночных видов пчел.Однако, хотя фунгициды были связаны со стратегиями защиты здоровья пчел, влияние фунгицидов на личиночную микробиоту при прямом пероральном воздействии остается неизученным.
В этом исследовании проверялось влияние реальных доз шести широко используемых фунгицидов, зарегистрированных для использования на плодах деревьев в Соединенных Штатах, включая контактные и системные фунгициды, вводимые перорально против личинок кукурузной совки из загрязненной пищи.Мы обнаружили, что контактные и системные фунгициды снижают прибавку массы тела пчел и повышают смертность, при этом наиболее серьезные последствия связаны с манкоцебом и пиритиопидом.Затем мы сравнили микробное разнообразие личинок, которых кормили на диете с пыльцой, обработанной манкоцебом, и личинок, которых кормили на контрольной диете.Мы обсуждаем потенциальные механизмы, лежащие в основе смертности, и последствия для программ комплексной борьбы с вредителями и опылителями (IPPM)36.
Взрослые особи O. cornifron, зимующие в коконах, были получены из Fruit Research Center, Биглервилль, Пенсильвания, и хранились при температуре от -3 до 2°C (±0,3°C).До эксперимента (всего 600 коконов).В мае 2022 года 100 коконов O. cornifrons ежедневно переносили в пластиковые чашки (50 коконов на чашку, размер DI 5 см × 15 см в длину), а внутрь чашек помещали салфетки, чтобы облегчить открытие и создать жевательный субстрат, снижая нагрузку на каменистую структуру. пчелы37 .Поместите два пластиковых стаканчика, содержащих коконы, в клетку для насекомых (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) с кормушками емкостью 10 мл, содержащими 50% раствор сахарозы, и храните в течение четырех дней, чтобы обеспечить закрытие и спаривание.23°С, относительная влажность 60%, фотопериод 10 л (низкая интенсивность): 14 дней.100 спаренных самок и самцов выпускали каждое утро в течение шести дней (100 в день) в два искусственных гнезда во время пика цветения яблони (гнездо-ловушка: ширина 33,66 × высота 30,48 × длина 46,99 см; дополнительный рисунок 1).Размещен 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'), яблоня коронария (Malus coronaria) и многочисленные сорта яблонь (Malus coronaria, Malus), яблоня домашняя 'Кооп 30' Энтерпрайз™, яблоня яблоня 'Ко- Op 31’ Winecrisp™, бегония Freedom, бегония Golden Delicious, бегония Nova Spy).Каждый синий пластиковый скворечник помещается на два деревянных ящика.В каждом гнездовом ящике содержалось 800 пустых трубок из крафт-бумаги (открытая спираль, внутренний диаметр 0,8 см × длина 15 см) (Jonesville Paper Tube Co., Мичиган), вставленных в непрозрачные целлофановые трубки (наружный диаметр 0,7 см. См. Пластиковые заглушки (заглушки T-1X) обеспечивают места 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 почвой гнездового ящика. коробки.Гнездовой ящик (дополнительный рисунок 1а).Яйца кукурузной мотыльки собирали ежедневно путем сбора 30 пробирок из гнезд и транспортировки их в лабораторию.Используя ножницы, сделайте надрез на конце трубки, затем разберите спиральную трубку, чтобы обнажить клетки расплода.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, прежде чем использовать их 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 отметка, применяемая на 100 галлонов воды/акр. Высокая полевая доза = концентрация). в поле)., Таблица 1).Каждую концентрацию повторяли 16 раз (n = 16).Два контактных фунгицида (Таблица S1: манкоцеб 2696,14 частей на миллион и каптан 2875,88 частей на миллион) и четыре системных фунгицида (Таблица S1: пиритиостробин 250,14 частей на миллион; трифлоксистробин 110,06 частей на миллион; миклобутанилазол 75,12 частей на миллион; ципродинил 280,845 частей на миллион) токсичность для фруктов, овощей и декоративные культуры .Мы гомогенизировали пыльцу с помощью измельчителя, перенесли 0,20 г в лунку (24-луночный планшет Falcon Plate), добавили и смешали 1 мкл раствора фунгицида для формирования пирамидальной пыльцы с лунками глубиной 1 мм, в которые помещали яйца.Поместите с помощью мини-шпателя (дополнительный рисунок 1c, d).Пластины Falcon хранили при комнатной температуре (25°C) и относительной влажности 70%.Мы сравнили их с контрольными личинками, получавшими гомогенную пыльцевую диету, обработанную чистой водой.Мы регистрировали смертность и измеряли вес личинок через день до тех пор, пока личинки не достигли предкуколочного возраста, используя аналитические весы (Fisher Scientific, точность = 0,0001 г).Наконец, соотношение полов оценивали путем вскрытия кокона через 2,5 месяца.
ДНК была экстрагирована из целых личинок O. cornifrons (n = 3 на условие обработки, обработанная манкоцебом и необработанная пыльца), и мы провели анализ микробного разнообразия этих образцов, особенно потому, что у манкоцеба самая высокая смертность наблюдалась у личинок.получение MnZn.ДНК амплифицировали, очищали с использованием набора ДНК DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead (Zymo Research, Ирвин, Калифорния) и секвенировали (600 циклов) на Illumina® MiSeq™ с использованием набора v3.Направленное секвенирование генов бактериальной 16S рибосомальной РНК проводили с использованием набора Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Ирвин, Калифорния) с использованием праймеров, нацеленных на область V3-V4 гена 16S рРНК.Кроме того, секвенирование 18S проводили с использованием 10% включения PhiX, а амплификацию проводили с использованием пары праймеров 18S001 и NS4.
Импортируйте и обрабатывайте парные чтения39 с помощью конвейера QIIME2 (v2022.11.1).Эти чтения были обрезаны и объединены, а химерные последовательности удалены с помощью плагина DADA2 в QIIME2 (шумовое сопряжение qiime dada2)40.Присвоение классов 16S и 18S выполнялось с использованием плагина классификатора объектов Classify-sklearn и предварительно обученного артефакта silva-138-99-nb-classifier.
Все экспериментальные данные проверялись на нормальность (Шапиро-Уилкса) и однородность дисперсий (критерий Левена).Поскольку набор данных не соответствовал предположениям параметрического анализа, а преобразование не смогло стандартизировать остатки, мы выполнили непараметрический двухфакторный дисперсионный анализ (Краскал-Уоллис) с двумя факторами [время (трехфазный 2-, 5- и 8-дневный анализ). моменты времени) и фунгицид] для оценки влияния обработки на сырую массу личинок, затем проводили апостериорные непараметрические попарные сравнения с использованием критерия Вилкоксона.Мы использовали обобщенную линейную модель (GLM) с распределением Пуассона, чтобы сравнить влияние фунгицидов на выживаемость при трех концентрациях фунгицидов41,42.Для дифференциального анализа численности количество вариантов последовательностей ампликонов (ASV) было свернуто на уровне рода.Сравнение дифференциальной численности между группами, использующими относительную численность 16S (уровень рода) и 18S, было выполнено с использованием обобщенной аддитивной модели положения, масштаба и формы (GAMLSS) с семейными распределениями с завышенным бета-нулем (BEZI), которые были смоделированы на макро .в Микробиоме R43 (v1.1).1).Перед дифференциальным анализом удалите виды митохондрий и хлоропластов.Из-за разных таксономических уровней 18S для дифференциального анализа использовался только самый низкий уровень каждого таксона.Весь статистический анализ проводился с использованием R (v. 3.4.3., проект CRAN) (Team 2013).
Воздействие манкоцеба, пиритиостробина и трифлоксистробина значительно снижало прибавку массы тела у O. cornifrons (рис. 1).Эти эффекты последовательно наблюдались для всех трех оцененных доз (рис. 1a–c).Циклостробин и миклобутанил существенно не снижали массу личинок.
Средний сырой вес личинок стеблевого сверла, измеренный в трех временных точках при четырех диетических обработках (гомогенный корм из пыльцы + фунгицид: контроль, 0,1X, 0,5X и 1X дозы).(а) Низкая доза (0,1X): первый момент времени (день 1): χ2: 30,99, DF = 6;P <0,0001, второй момент времени (день 5): 22,83, DF = 0,0009;третий раз;точка (8-й день): χ2: 28,39, DF = 6;(b) половинная доза (0,5X): первый момент времени (день 1): χ2: 35,67, DF = 6;P <0,0001, второй момент времени (первый день).): χ2: 15,98, DF = 6;Р = 0,0090;третий момент времени (день 8) χ2: 16,47, DF = 6;(c) Местная или полная доза (1X): первый момент времени (день 1) χ2: 20,64, P = 6;P = 0,0326, второй момент времени (день 5): χ2: 22,83, DF = 6;Р = 0,0009;третий момент времени (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 самой низкой дозе (0,1X) масса тела личинок снижалась на 60% при использовании трифлоксистробина, на 49% при использовании манкоцеба, на 48% при использовании миклобутанила и на 46% при использовании пиритистробина (рис. 1а).При воздействии половины полевой дозы (0,5Х) масса тела личинок манкоцеба снижалась на 86%, пиритиостробина на 52% и трифлоксистробина на 50% (рис. 1б).Полная полевая доза (1X) манкоцеба снижала массу личинок на 82%, пиритиостробина на 70%, а трифлоксистробина, миклобутанила и сангарда примерно на 30% (рис. 1в).
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 увеличилась лишь незначительно по мере увеличения концентрации трифлоксистробина;ципродинил и каптан не приводили к значительному увеличению смертности по сравнению с контрольной терапией.
Смертность личинок мух-точильщиков сравнивали после проглатывания пыльцы, индивидуально обработанной шестью различными фунгицидами.Манкоцеб и пентопирамид были более чувствительны к пероральному воздействию 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 составляли женщины и 60,95% — мужчины.Среди контрольных курсов доля женщин составляла 40% как в исследованиях с низкими дозами (0,1Х), так и в исследованиях с половинными дозами (0,5Х), а также 30% в исследованиях с полевыми дозами (1Х).При дозе 0,1X среди личинок, питавшихся пыльцой и обработанных манкоцебом и миклобутанилом, 33,33% взрослых особей были самками, 22% взрослых особей были самками, 44% взрослых личинок были самками, 44% взрослых личинок были самками.самка, 41% взрослых личинок составляли самки, контрольная - 31% (рис. 3а).При дозе, в 0,5 раза превышающей дозу, 33% взрослых червей в группе манкоцеба и пиритиостробина были самками, 36% в группе трифлоксистробина, 41% в группе миклобутанила и 46% в группе ципростробина.В группе этот показатель составил 53%.в группе каптана и 38% в контрольной группе (рис. 3б).При 1Х дозе 30% группы манкоцеба составляли женщины, 36% группы пиритиостробина, 44% группы трифлоксистробина, 38% группы миклобутанила, 50% контрольной группы составляли женщины - 38,5% (рис. 3в). .
Процент самок и самцов бурильщиков после воздействия фунгицида на личиночной стадии.(а) Низкая доза (0,1Х).(б) Половинная доза (0,5Х).(c) Полевая доза или полная доза (1X).
Анализ последовательности 16S показал, что бактериальная группа различалась между личинками, которых кормили пыльцой, обработанной манкоцебом, и личинками, которых кормили 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 у личинок, питающихся необработанной пыльцой (рис. 4в).Относительная численность показала, что микробиота личинок, питавшихся контрольной пыльцой, была более разнообразной, чем микробиота 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 типа.(а) Анализ основных координат (PCoA), основанный на общей структуре микробного сообщества у необработанных личинок, получавших пыльцу или контрольных (синий) и получавших манкоцеб (оранжевый).Каждая точка данных представляет собой отдельный образец.PCoA рассчитывали с использованием расстояния Брея-Кертиса многомерного t-распределения.Овалы представляют уровень достоверности 80%.(b) Boxplot, необработанные данные о богатстве Шеннона (баллы) и c.Наблюдаемое богатство.На коробчатых диаграммах показаны прямоугольники для медианной линии, межквартильного размаха (IQR) и 1,5 × IQR (n = 3).
Состав микробных сообществ личинок, питавшихся обработанной и необработанной пыльцой манкоцеба.(а) Относительная численность родов микробов у личинок.(б) Тепловая карта выявленных микробных сообществ.Делфтия (отношение шансов (ОШ) = 0,67, Р = 0,0030) и Pseudomonas (ОШ = 0,3, Р = 0,0074), Микробактерия (ОШ = 0,75, Р = 0,0617) (ОШ = 1,5, Р = 0,0060);Строки тепловой карты кластеризуются с использованием корреляционного расстояния и средней связности.
Наши результаты показывают, что пероральное воздействие контактных (манкоцеб) и системных (пиростробин и трифлоксистробин) фунгицидов, широко применяемых во время цветения, значительно снижает прирост веса и увеличивает смертность личинок кукурузы.Кроме того, манкоцеб значительно снизил разнообразие и богатство микробиома на предкуколочной стадии.Миклобутанил, еще один системный фунгицид, значительно снижал прирост массы тела личинок при всех трех дозах.Этот эффект был очевиден во второй (5-й день) и третьем (8-й день) временных точках.Напротив, ципродинил и каптан существенно не снижали прибавку веса или выживаемость по сравнению с контрольной группой.Насколько нам известно, эта работа является первой, в которой определяется влияние полевых доз различных фунгицидов, используемых для защиты посевов кукурузы от прямого воздействия пыльцы.
Все обработки фунгицидами значительно снижали прибавку массы тела по сравнению с контрольными обработками.Манкоцеб оказал наибольшее влияние на прирост массы тела личинок со средним снижением на 51%, за ним следовал пиритиостробин.Однако в других исследованиях не сообщалось о неблагоприятном влиянии полевых доз фунгицидов на личиночные стадии44.Хотя было показано, что дитиокарбаматные биоциды обладают низкой острой токсичностью45, этилен-бисдитиокарбаматы (EBDCS), такие как манкоцеб, могут разлагаться до этиленсульфида мочевины.Учитывая его мутагенное воздействие на других животных, этот продукт разложения может быть ответственным за наблюдаемые эффекты46,47.Предыдущие исследования показали, что на образование этилентиомочевины влияют такие факторы, как повышенная температура48, уровень влажности49 и продолжительность 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 доказано, канцерогенен для пищеварительной системы других животных51.
Пероральный прием 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 снижает выживаемость взрослых особей O. lignaria и Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).Кроме того, было обнаружено, что фунгициды, такие как каптан и боскалид, вызывают гибель личинок52,53,54 или изменяют пищевое поведение55.Эти изменения, в свою очередь, могут повлиять на питательные качества пыльцы и, в конечном итоге, на прирост энергии на личиночной стадии.Смертность, наблюдаемая в контрольной группе, соответствовала данным других исследований 56,57.
Наблюдаемое в нашей работе соотношение полов в пользу самцов 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 у самок и самцов в нашем исследовании было 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 неблагоприятной погоды, включая дождь и низкие температуры (<5°C), что также может негативно повлиять на успех спаривания4,23.
Хотя наше исследование было сосредоточено на всем личиночном микробиоме, наши результаты дают представление о потенциальных отношениях между бактериальными сообществами, которые могут иметь решающее значение для питания пчел и воздействия фунгицидов.Например, личинки, которых кормили пыльцой, обработанной манкоцебом, значительно снижали структуру и численность микробного сообщества по сравнению с личинками, которых кормили необработанной пыльцой.У личинок, потребляющих необработанную пыльцу, доминировали группы бактерий Proteobacteria и Actinobacteria, которые были преимущественно аэробными или факультативно аэробными.Известно, что делфтские бактерии, обычно связанные 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, которых кормили необработанной пыльцой, но его количество было значительно снижено у личинок, обработанных манкоцебом.Наши результаты подтверждают предыдущие исследования, идентифицировавшие Pseudomonas как один из наиболее распространенных родов у O. bicornis35 и других одиночных ос34.Хотя экспериментальные доказательства роли Pseudomonas в здоровье O. cornifrons не изучались, было показано, что эта бактерия способствует синтезу защитных токсинов у жуков Paederus fuscipes и способствует метаболизму аргинина in vitro 35, 65. Эти наблюдения позволяют предположить, что потенциальная роль в вирусной и бактериальной защите во время развития личинок O. cornifrons.Microbacterium – это еще один род, выявленный в нашем исследовании, который, как сообщается, присутствует в больших количествах в личинках черной львинки в условиях голодания66.У личинок O. cornifrons микробактерии могут способствовать балансу и устойчивости микробиома кишечника в условиях стресса.Кроме того, Rhodococcus обнаружен в личинках O. cornifrons и известен своими детоксикационными способностями67.Этот род также встречается в кишечнике A. florea, но в очень низкой численности68.Наши результаты демонстрируют наличие множества генетических вариаций среди многочисленных микробных таксонов, которые могут изменять метаболические процессы у личинок.Однако необходимо лучшее понимание функционального разнообразия O. cornifrons.
Таким образом, результаты показывают, что манкоцеб, пиритиостробин и трифлоксистробин снижают прирост массы тела и повышают смертность личинок кукурузного мотылька.Хотя растет беспокойство по поводу воздействия фунгицидов на опылителей, существует необходимость лучше понять влияние остаточных метаболитов этих соединений.Эти результаты могут быть включены в рекомендации по комплексным программам борьбы с опылителями, которые помогут фермерам избежать использования определенных фунгицидов до и во время цветения фруктовых деревьев, выбирая фунгициды и изменяя сроки их применения, или поощряя использование менее вредных альтернатив 36. Эта информация имеет важное значение для разработки рекомендаций.по использованию пестицидов, например, корректировка существующих программ опрыскивания и изменение времени опрыскивания при выборе фунгицидов или содействие использованию менее опасных альтернатив.Необходимы дальнейшие исследования неблагоприятного воздействия фунгицидов на соотношение полов, пищевое поведение, кишечный микробиом 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 DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 и https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Последовательности, проанализированные в настоящем 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: на примере рода Osmia.(Hymenoptera: Megachilidae) и фруктовые деревья.бык.Нтоморе.ресурс.92, 3–16 (2002).
Паркер, М.Г. и др.Практика опыления и восприятие альтернативных опылителей среди производителей яблок в Нью-Йорке и Пенсильвании.обновлять.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.Дж. Экономика.Нтоморе.111, 16–25 (2018).
Ли Э., Хе Ю. и Парк Ю.-Л.Влияние изменения климата на фенологию трагопанов: последствия для управления популяциями.Взбираться.Изменение 150, 305–317 (2018).
Арц, Д.Р. и Питтс-Зингер, Т.Л. Влияние спреев фунгицидов и адъювантов на гнездовое поведение двух управляемых одиночных пчел (Osmia lignaria и Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Бове, С. и др.Малотоксичный фунгицид сельскохозяйственных культур (фенбуконазол) мешает сигналам мужского репродуктивного качества, что приводит к снижению успеха спаривания у диких одиночных пчел.Дж. Аппс.экология.59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. и др.Неоникотиноидные инсектициды и биосинтез эргостерина 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, гнездящимся на стеблях, Osmia cornifrons (Megachilidae).передний.микроорганизм.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. е8788 (2022 г.).
Келдерер М., Маничи Л.М., Капуто Ф. и Тальхаймер М. Междурядная посадка в яблоневых садах для борьбы с болезнями при пересеве: практическое исследование эффективности, основанное на микробных индикаторах.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 районах 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, ПК. Синергическое воздействие фунгицидов EBI и пиретроидных инсектицидов на медоносных пчел (Apis mellifera).вредит науке.39, 293–297 (1993).
Муссен, EC, Лопес, JE и Пенг, CY Влияние выбранных фунгицидов на рост и развитие личинок медоносных пчел 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 по использованию пестицидов для защиты опылителей в садах деревьев (Корнеллский университет, 2018).
Ивасаки Дж. М. и Хогендорн К. Воздействие на пчел непестицидов: обзор методов и сообщаемые результаты.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 с пустыми гнездами.Среда.Нтоморе.47, 499–510 (2018).
Пан, NT и др.Новый протокол биоанализа при проглатывании для оценки токсичности пестицидов у взрослых японских садовых пчел (Osmia cornifrons).наука.Отчеты 10, 9517 (2020).
Время публикации: 14 мая 2024 г.