Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best resultat anbefaler vi at du bruker en nyere versjon av nettleseren din (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten styling eller JavaScript.
Soppdrepende midler brukes ofte under blomstring av trefrukter og kan true insektpollinatorer. Imidlertid er det lite kunnskap om hvordan ikke-biepollinatorer (f.eks. solitære bier, Osmia cornifrons) reagerer på kontakt- og systemiske soppdrepende midler som vanligvis brukes på epler under blomstring. Dette kunnskapsgapet begrenser regulatoriske beslutninger som bestemmer trygge konsentrasjoner og tidspunkt for soppdrepende sprøyting. Vi vurderte effektene av to kontaktsoppdrepende midler (captan og mancozeb) og fire mellomlags-/fytosystemsoppdrepende midler (ciprocyklin, myklobutanil, pyrostrobin og trifloksystrobin). Effekter på larvevektøkning, overlevelse, kjønnsforhold og bakteriell mangfold. Evalueringen ble utført ved hjelp av en kronisk oral bioassay der pollen ble behandlet i tre doser basert på den anbefalte dosen for feltbruk (1X), halv dose (0,5X) og lav dose (0,1X). Alle doser av mancozeb og pyritisolin reduserte kroppsvekt og larveoverlevelse betydelig. Vi sekvenserte deretter 16S-genet for å karakterisere larvebakteriomet til mancozeb, soppdrepende midlet som er ansvarlig for den høyeste dødeligheten. Vi fant at bakteriell mangfold og forekomst var betydelig redusert hos larver fôret med mankozebbehandlet pollen. Våre laboratorieresultater indikerer at sprøyting av noen av disse soppmidlene under blomstring er spesielt skadelig for helsen til O. cornifrons. Denne informasjonen er relevant for fremtidige forvaltningsbeslutninger angående bærekraftig bruk av frukttrebeskyttelsesprodukter og fungerer som grunnlag for regulatoriske prosesser som tar sikte på å beskytte pollinatorer.
Den ensomme murbien Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) ble introdusert til USA fra Japan på slutten av 1970-tallet og begynnelsen av 1980-tallet, og arten har spilt en viktig rolle som pollinator i forvaltede økosystemer siden den gang. Naturaliserte populasjoner av denne bien er en del av omtrent 50 arter av ville bier som utfyller biene som pollinerer mandel- og eplehager i USA2,3. Murbier står overfor mange utfordringer, inkludert fragmentering av habitat, patogener og plantevernmidler3,4. Blant insektmidler reduserer soppdrepende midler energiøkning, fôring5 og kroppskondisjonering6,7. Selv om nyere forskning tyder på at helsen til murbier er direkte påvirket av kommensale og ektobaktiske mikroorganismer,8,9 fordi bakterier og sopp kan påvirke ernæring og immunresponser, er effektene av soppdrepende eksponering på det mikrobielle mangfoldet til murbier så vidt i begynt å bli studert.
Soppmidler med ulike effekter (kontakt og systemiske) sprøytes i frukthager før og under blomstring for å behandle sykdommer som epleskurv, bitter råte, brunråte og meldugg10,11. Soppmidler anses som ufarlige for pollinatorer, så de anbefales til gartnere i blomstringsperioden. Eksponering og inntak av disse soppmidlene av bier er relativt godt kjent, da det er en del av registreringsprosessen for plantevernmidler av US Environmental Protection Agency og mange andre nasjonale reguleringsorganer12,13,14. Effektene av soppmidler på ikke-bier er imidlertid mindre kjent fordi de ikke er påkrevd i henhold til markedsføringstillatelsesavtaler i USA15. I tillegg finnes det generelt ingen standardiserte protokoller for testing av enkeltbier16,17, og det er utfordrende å opprettholde kolonier som gir bier til testing18. Forsøk med forskjellige forvaltede bier blir i økende grad utført i Europa og USA for å studere effekten av plantevernmidler på ville bier, og standardiserte protokoller har nylig blitt utviklet for O. cornifrons19.
Hornbier er monocytter og brukes kommersielt i karpeavlinger som et supplement eller erstatning for honningbier. Disse biene dukker opp mellom mars og april, og de tidligvoksne hannene dukker opp tre til fire dager før hunnene. Etter paring samler hunnen aktivt pollen og nektar for å danne en serie yngelceller i det rørformede reirhulrommet (naturlig eller kunstig)1,20. Eggene legges på pollen inne i cellene; hunnen bygger deretter en leirvegg før hun forbereder den neste cellen. Larvene i første stadium er innesluttet i chorion og lever av embryonale væsker. Fra andre til femte stadium (prepuppe) lever larvene av pollen22. Når pollenforsyningen er fullstendig oppbrukt, danner larvene kokonger, forpupper seg og dukker opp som voksne i samme yngelkammer, vanligvis på sensommeren20,23. Voksne dukker opp våren etter. Overlevelse av voksne er assosiert med netto energiøkning (vektøkning) basert på matinntak. Dermed er næringskvaliteten til pollen, så vel som andre faktorer som vær eller eksponering for plantevernmidler, bestemmende faktorer for overlevelse og helse24.
Insektmidler og soppmidler som påføres før blomstring kan bevege seg innenfor plantens vaskulatur i varierende grad, fra translaminære (f.eks. i stand til å bevege seg fra den øvre overflaten av blader til den nedre overflaten, som noen soppmidler) 25 til virkelig systemiske effekter. , som kan trenge inn i kronen fra røttene, kan trenge inn i nektaren til epleblomster 26, hvor de kan drepe voksne O. cornifrons 27. Noen plantevernmidler lekker også ut i pollen, noe som påvirker utviklingen av maislarver og forårsaker deres død 19. Andre studier har vist at noen soppmidler kan endre hekkeatferden til den beslektede arten O. lignaria 28 betydelig. I tillegg har laboratorie- og feltstudier som simulerer eksponeringsscenarier for plantevernmidler (inkludert soppmidler) vist at plantevernmidler negativt påvirker fysiologien 22, morfologien 29 og overlevelsen til honningbier og noen enslige bier. Ulike soppdrepende sprayer som påføres direkte på åpne blomster under blomstring kan forurense pollen samlet av voksne for larveutvikling, hvis effekter gjenstår å studere 30.
Det er i økende grad anerkjent at larveutvikling påvirkes av pollen og mikrobielle samfunn i fordøyelsessystemet. Honningbiens mikrobiome påvirker parametere som kroppsmasse31, metabolske endringer22 og mottakelighet for patogener32. Tidligere studier har undersøkt påvirkningen av utviklingsstadium, næringsstoffer og miljø på mikrobiomet til solitære bier. Disse studiene avdekket likheter i strukturen og forekomsten av larve- og pollenmikrobiomene33, samt de vanligste bakterieslektene Pseudomonas og Delftia, blant solitære biearter. Selv om soppdrepende midler har blitt assosiert med strategier for å beskytte biehelsen, er effektene av soppdrepende midler på larvemikrobiota gjennom direkte oral eksponering fortsatt uutforsket.
Denne studien testet effektene av reelle doser av seks vanlige soppdrepende midler registrert for bruk på trefrukt i USA, inkludert kontakt- og systemiske soppdrepende midler administrert oralt til larver av maishornmøll fra forurenset mat. Vi fant at kontakt- og systemiske soppdrepende midler reduserte bienes vektøkning og økte dødeligheten, med de mest alvorlige effektene assosiert med mancozeb og pyrithiopid. Vi sammenlignet deretter det mikrobielle mangfoldet til larver fôret med mancozebbehandlet pollendietten med de som fikk kontrolldietten. Vi diskuterer potensielle mekanismer som ligger til grunn for dødeligheten og implikasjoner for integrerte skadedyr- og pollinatorhåndteringsprogrammer (IPPM)36.
Voksne O. cornifrons-kokonger som overvintret i kokonger ble innhentet fra Fruit Research Center, Biglerville, PA, og lagret ved −3 til 2 °C (± 0,3 °C). Før eksperimentet (totalt 600 kokonger). I mai 2022 ble 100 O. cornifrons-kokonger daglig overført til plastkopper (50 kokonger per kopp, DI 5 cm × 15 cm lange), og våtservietter ble plassert inni koppene for å fremme åpning og gi et tyggebart substrat, noe som reduserte stresset på steinbiene37. Plasser to plastkopper som inneholder kokonger i et insektbur (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) med 10 ml foringsskåler som inneholder 50 % sukroseløsning, og oppbevar i fire dager for å sikre lukking og paring. 23 °C, relativ fuktighet 60 %, fotoperiode 10 l (lav intensitet): 14 dager. 100 parede hunner og hanner ble sluppet løs hver morgen i seks dager (100 per dag) i to kunstige reir under epleblomstringen på sitt beste (fellereir: bredde 33,66 × høyde 30,48 × lengde 46,99 cm; tilleggsfigur 1). Plassert ved Pennsylvania State Arboretum, nær kirsebær (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), fersken (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pære (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), coronaria-epletre (Malus coronaria) og en rekke varianter av epletrær (Malus coronaria, Malus), tammepletre 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus-epletre 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', begonia 'Golden Delicious', begonia 'Nova Spy'). Hvert blått fuglehus av plast passer oppå to trekasser. Hvert reirkasse inneholdt 800 tomme kraftpapirrør (spiralåpne, 0,8 cm ID × 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) satt inn i ugjennomsiktige cellofanrør (0,7 ytterdiameter se plastplugger (T-1X-plugger) gir reirplasser.
Begge reirkassene vendte mot øst og var dekket med grønt plastgjerde for hagen (Everbilt modell #889250EB12, åpningsstørrelse 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) for å hindre tilgang fra gnagere og fugler, og de ble plassert på jordoverflaten ved siden av reirkassenes jordkasser. Reirkasse (tilleggsfigur 1a). Maisboreegg ble samlet inn daglig ved å samle 30 rør fra reir og transportere dem til laboratoriet. Bruk en saks til å lage et snitt i enden av røret, og demonter deretter spiralrøret for å eksponere yngelcellene. Individuelle egg og pollenet deres ble fjernet med en buet spatel (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., California). Eggene ble inkubert på fuktig filterpapir og plassert i en petriskål i 2 timer før de ble brukt i våre eksperimenter (tilleggsfigur 1b-d).
I laboratoriet evaluerte vi den orale toksisiteten til seks soppdrepende midler brukt før og under epleblomstring i tre konsentrasjoner (0,1X, 0,5X og 1X, hvor 1X er merket som brukes per 100 gallon vann/acre. Høy feltdose = konsentrasjon i felten). , Tabell 1). Hver konsentrasjon ble gjentatt 16 ganger (n = 16). To kontaktsoppdrepende midler (tabell S1: mankozeb 2696,14 ppm og kaptan 2875,88 ppm) og fire systemiske soppdrepende midler (tabell S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloksystrobin 110,06 ppm; myklobutanilazol 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) hadde toksisitet på frukt, grønnsaker og prydvekster. Vi homogeniserte pollenet ved hjelp av en kvern, overførte 0,20 g til en brønn (24-brønns Falcon-plate), og tilsatte og blandet 1 μl soppdrepende løsning for å danne pyramideformet pollen med 1 mm dype brønner hvor eggene ble plassert. Plasser med en minispade (tilleggsfigur 1c, d). Falcon-platene ble oppbevart ved romtemperatur (25 °C) og 70 % relativ fuktighet. Vi sammenlignet dem med kontrolllarver fôret med en homogen pollendiett behandlet med rent vann. Vi registrerte dødeligheten og målte larvevekten annenhver dag inntil larvene nådde prepupal alder ved hjelp av en analytisk vekt (Fisher Scientific, nøyaktighet = 0,0001 g). Til slutt ble kjønnsforholdet vurdert ved å åpne kokongen etter 2,5 måneder.
DNA ble ekstrahert fra hele O. cornifrons-larver (n = 3 per behandlingsbetingelse, mancozeb-behandlet og ubehandlet pollen), og vi utførte mikrobielle mangfoldsanalyser på disse prøvene, spesielt fordi den høyeste dødeligheten ble observert hos larver som mottok MnZn i mancozeb. DNA ble amplifisert, renset ved bruk av DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-settet (Zymo Research, Irvine, CA) og sekvensert (600 sykluser) på en Illumina® MiSeq™ ved bruk av v3-settet. Målrettet sekvensering av bakterielle 16S ribosomale RNA-gener ble utført ved bruk av Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) ved bruk av primere rettet mot V3-V4-regionen til 16S rRNA-genet. I tillegg ble 18S-sekvensering utført ved bruk av 10 % PhiX-inklusjon, og amplifisering ble utført ved bruk av primerparet 18S001 og NS4.
Importer og behandle parede lesninger39 ved hjelp av QIIME2-pipelinen (v2022.11.1). Disse lesningene ble trimmet og slått sammen, og kimære sekvenser ble fjernet ved hjelp av DADA2-pluginen i QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Klassetildelingene 16S og 18S ble utført ved hjelp av objektklassifiseringspluginen Classify-sklearn og den forhåndstrente artefakten silva-138-99-nb-classifier.
Alle eksperimentelle data ble kontrollert for normalitet (Shapiro-Wilks) og varianshomogenitet (Levenes test). Fordi datasettet ikke oppfylte forutsetningene for parametrisk analyse, og transformasjonen ikke klarte å standardisere residualene, utførte vi en ikke-parametrisk toveis ANOVA (Kruskal-Wallis) med to faktorer [tid (trefase 2, 5 og 8 dagers tidspunkter) og soppdrepende middel] for å evaluere effekten av behandling på larvens ferskvekt, deretter ble post hoc ikke-parametriske parvise sammenligninger utført ved hjelp av Wilcoxon-testen. Vi brukte en generalisert lineær modell (GLM) med en Poisson-fordeling for å sammenligne effekten av soppdrepende midler på overlevelse på tvers av tre soppdrepende konsentrasjoner41,42. For differensiell forekomstanalyse ble antallet amplikonsekvensvarianter (ASV-er) redusert på slektsnivå. Sammenligninger av differensiell forekomst mellom grupper ved bruk av 16S (slektsnivå) og 18S relativ forekomst ble utført ved bruk av en generalisert additiv modell for posisjon, skala og form (GAMLSS) med beta null-oppblåste (BEZI) familiefordelinger, som ble modellert på en makro ... i mikrobiom R43 (v1.1). 1). Fjern mitokondrielle og kloroplastarter før differensialanalyse. På grunn av de forskjellige taksonomiske nivåene av 18S ble bare det laveste nivået av hvert takson brukt til differensialanalyser. Alle statistiske analyser ble utført ved bruk av R (v. 3.4.3., CRAN-prosjektet) (Team 2013).
Eksponering for mancozeb, pyrithiostrobin og trifloksystrobin reduserte vektøkningen hos O. cornifrons betydelig (fig. 1). Disse effektene ble observert konsekvent for alle tre dosene som ble vurdert (fig. 1a–c). Syklostrobin og myklobutanil reduserte ikke vekten av larvene signifikant.
Gjennomsnittlig ferskvekt av stilkborlarver målt ved tre tidspunkter under fire fôrbehandlinger (homogen pollenfôr + soppdrepende middel: kontroll, 0,1X, 0,5X og 1X doser). (a) Lav dose (0,1X): første tidspunkt (dag 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, andre tidspunkt (dag 5): 22,83, DF = 0,0009; tredje gang; tidspunkt (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) halv dose (0,5X): første tidspunkt (dag 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, andre tidspunkt (dag én). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; tredje tidspunkt (dag 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Sted eller full dose (1X): første tidspunkt (dag 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, andre tidspunkt (dag 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; tredje tidspunkt (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; ikke-parametrisk variansanalyse. Stolpene representerer gjennomsnitt ± SE av parvise sammenligninger (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Ved den laveste dosen (0,1X) ble larvenes kroppsvekt redusert med 60 % med trifloksystrobin, 49 % med mankozeb, 48 % med myklobutanil og 46 % med pyritistrobin (fig. 1a). Ved eksponering for halv feltdose (0,5X) ble kroppsvekten til mankozeblarvene redusert med 86 %, pyrithiostrobin med 52 % og trifloksystrobin med 50 % (fig. 1b). En full feltdose (1X) av mankozeb reduserte larvenes vekt med 82 %, pyrithiostrobin med 70 % og trifloksystrobin, myklobutanil og sangard med omtrent 30 % (fig. 1c).
Dødeligheten var høyest blant larver fôret med mankozebbehandlet pollen, etterfulgt av pyrithiostrobin og trifloksystrobin. Dødeligheten økte med økende doser av mankozeb og pyritisolin (fig. 2; tabell 2). Dødeligheten hos maisborere økte imidlertid bare litt etter hvert som trifloksystrobinkonsentrasjonene økte; cyprodinil og captan økte ikke dødeligheten signifikant sammenlignet med kontrollbehandlinger.
Dødeligheten til borefluelarver ble sammenlignet etter inntak av pollen behandlet individuelt med seks forskjellige soppdrepende midler. Mancozeb og pentopyramid var mer følsomme for oral eksponering for maislarver (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linje, stigning = 0,29, P < 0,001; stigning = 0,24, P < 0,00)).
I gjennomsnitt, på tvers av alle behandlinger, var 39,05 % av pasientene kvinner og 60,95 % menn. Blant kontrollbehandlingene var andelen kvinner 40 % i både lavdose- (0,1X) og halvdose-studiene (0,5X), og 30 % i feltdose-studiene (1X). Ved 0,1X dose, blant pollenforede larver behandlet med mankozeb og myklobutanil, var 33,33 % av voksne hunner, 22 % av voksne var hunner, 44 % av voksne larver var hunner, 44 % av voksne larver var hunner. 41 % av voksne larver var hunner, og kontrollgruppen var 31 % (fig. 3a). Ved 0,5 ganger dosen var 33 % av de voksne ormene i mancozeb- og pyrithiostrobin-gruppen hunner, 36 % i trifloksystrobin-gruppen, 41 % i myklobutanil-gruppen og 46 % i cyprostrobin-gruppen. Dette tallet var 53 % i gruppen i kaptan-gruppen og 38 % i kontrollgruppen (fig. 3b). Ved 1X dose var 30 % av mancozeb-gruppen kvinner, 36 % av pyrithiostrobin-gruppen, 44 % av trifloksystrobin-gruppen, 38 % av myklobutanil-gruppen og 50 % av kontrollgruppen kvinner – 38,5 % (fig. 3c).
Prosentandel av hunn- og hannborere etter eksponering for soppdrepende midler i larvestadiet. (a) Lav dose (0,1X). (b) Halv dose (0,5X). (c) Feltdose eller full dose (1X).
16S-sekvensanalyse viste at bakteriegruppen var forskjellig mellom larver fôret med mankozebbehandlet pollen og larver fôret med ubehandlet pollen (fig. 4a). Den mikrobielle indeksen for ubehandlede larver fôret med pollen var høyere enn for larver fôret med mankozebbehandlet pollen (fig. 4b). Selv om den observerte forskjellen i rikdom mellom gruppene ikke var statistisk signifikant, var den betydelig lavere enn den som ble observert for larver som spiste ubehandlet pollen (fig. 4c). Relativ forekomst viste at mikrobiotaen til larver fôret med kontrollpollen var mer mangfoldig enn for larver fôret med mankozebbehandlede larver (fig. 5a). Deskriptiv analyse avdekket tilstedeværelsen av 28 slekter i kontroll- og mankozebbehandlede prøver (fig. 5b). c Analyse ved bruk av 18S-sekvensering avdekket ingen signifikante forskjeller (tilleggsfigur 2).
SAV-profiler basert på 16S-sekvenser ble sammenlignet med Shannon-rikdom og observert rikdom på rekkenivå. (a) Prinsipalkoordinatanalyse (PCoA) basert på den generelle mikrobielle samfunnsstrukturen i ubehandlede pollenforede eller kontroll- (blå) og mankozebforede larver (oransje). Hvert datapunkt representerer en separat prøve. PCoA ble beregnet ved hjelp av Bray-Curtis-avstanden til den multivariate t-fordelingen. Ovaler representerer 80 % konfidensnivå. (b) Boksplott, rådata for Shannon-rikdom (punkter) og c. Observerbar rikdom. Boksplott viser bokser for medianlinje, interkvartilavstand (IQR) og 1,5 × IQR (n = 3).
Sammensetning av mikrobielle samfunn av larver som har spist mankozebbehandlet og ubehandlet pollen. (a) Relativ forekomst av mikrobielle slekter i larver. (b) Varmekart over identifiserte mikrobielle samfunn. Delftia (oddsratio (OR) = 0,67, P = 0,0030) og Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Varmekartrader er gruppert ved hjelp av korrelasjonsavstand og gjennomsnittlig konnektivitet.
Resultatene våre viser at oral eksponering for kontakt- (mancozeb) og systemiske (pyrostrobin og trifloksystrobin) soppdrepende midler, mye brukt under blomstring, reduserte vektøkning og økte dødeligheten hos maislarver betydelig. I tillegg reduserte mancozeb mangfoldet og rikdommen i mikrobiomet betydelig i prepuppestadiet. Myklobutanil, et annet systemisk soppdrepende middel, reduserte larvenes kroppsvektøkning betydelig ved alle tre dosene. Denne effekten var tydelig ved andre (dag 5) og tredje (dag 8) tidspunkt. I motsetning til dette reduserte ikke cyprodinil og kaptan vektøkning eller overlevelse signifikant sammenlignet med kontrollgruppen. Så vidt vi vet, er dette arbeidet det første som bestemmer effektene av feltrater med forskjellige soppdrepende midler som brukes for å beskytte maisavlinger gjennom direkte polleneksponering.
Alle soppdrepende behandlinger reduserte kroppsvektsøkningen betydelig sammenlignet med kontrollbehandlinger. Mancozeb hadde størst effekt på larvenes kroppsvektsøkning med en gjennomsnittlig reduksjon på 51 %, etterfulgt av pyrithiostrobin. Imidlertid har andre studier ikke rapportert negative effekter av feltdoser med soppdrepende midler på larvestadier44. Selv om ditiokarbamatbiocider har vist seg å ha lav akutt toksisitet45, kan etylenbisditiokarbamater (EBDCS) som mancozeb brytes ned til urea etylensulfid. Gitt dets mutagene effekter hos andre dyr, kan dette nedbrytningsproduktet være ansvarlig for de observerte effektene46,47. Tidligere studier har vist at dannelsen av etylentiourea påvirkes av faktorer som forhøyet temperatur48, fuktighetsnivåer49 og lagringstid på produktet50. Riktige lagringsforhold for biocider kan redusere disse bivirkningene. I tillegg har Den europeiske myndighet for mattrygghet uttrykt bekymring for toksisiteten til pyrithiopid, som har vist seg å være kreftfremkallende for fordøyelsessystemene til andre dyr51.
Oral administrering av mancozeb, pyrithiostrobin og trifloksystrobin øker dødeligheten hos maisborerlarver. Myklobutanil, ciprocyklin og kaptan hadde derimot ingen effekt på dødeligheten. Disse resultatene skiller seg fra resultatene til Ladurner et al.52, som viste at kaptan reduserte overlevelsen til voksne O. lignaria og Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) betydelig. I tillegg har det vist seg at soppdrepende midler som kaptan og boscalid forårsaker larvedødelighet52,53,54 eller endrer spiseatferd55. Disse endringene kan igjen påvirke pollens næringskvalitet og til slutt energitilførselen til larvestadiet. Dødeligheten observert i kontrollgruppen var i samsvar med andre studier56,57.
Det hannfavoriserende kjønnsforholdet som ble observert i vårt arbeid, kan forklares med faktorer som utilstrekkelig paring og dårlige værforhold under blomstring, slik Vicens og Bosch tidligere har foreslått for O. cornuta. Selv om hunner og hanner i vår studie hadde fire dager på seg til å pare seg (en periode som generelt anses som tilstrekkelig for vellykket paring), reduserte vi bevisst lysintensiteten for å minimere stress. Denne modifikasjonen kan imidlertid utilsiktet forstyrre paringsprosessen61. I tillegg opplever bier flere dager med dårlig vær, inkludert regn og lave temperaturer (<5 °C), noe som også kan påvirke paringssuksessen negativt4,23.
Selv om studien vår fokuserte på hele larvemikrobiomet, gir resultatene våre innsikt i potensielle sammenhenger mellom bakteriesamfunn som kan være kritiske for biers ernæring og eksponering for soppmidler. For eksempel hadde larver fôret med mankozebbehandlet pollen betydelig redusert mikrobiell samfunnsstruktur og forekomst sammenlignet med larver fôret med ubehandlet pollen. Hos larver som konsumerte ubehandlet pollen, var bakteriegruppene Proteobacteria og Actinobacteria dominerende og var overveiende aerobe eller fakultativt aerobe. Delft-bakterier, vanligvis assosiert med solitære biearter, er kjent for å ha antibiotisk aktivitet, noe som indikerer en potensiell beskyttende rolle mot patogener. En annen bakterieart, Pseudomonas, var rikelig i larver fôret med ubehandlet pollen, men var betydelig redusert i mankozebbehandlede larver. Resultatene våre støtter tidligere studier som identifiserte Pseudomonas som en av de mest tallrike slektene i O. bicornis35 og andre solitære veps34. Selv om eksperimentelle bevis for Pseudomonas' rolle i helsen til O. cornifrons ikke er studert, har denne bakterien vist seg å fremme syntesen av beskyttende giftstoffer i billen Paederus fuscipes og fremme argininmetabolisme in vitro 35, 65. Disse observasjonene antyder en potensiell rolle i virus- og bakterieforsvaret under utviklingstiden til O. cornifrons-larver. Microbacterium er en annen slekt identifisert i vår studie som rapporteres å være tilstede i høye antall i svarte soldatfluelarver under sultforhold 66. I O. cornifrons-larver kan mikrobakterier bidra til balansen og robustheten til tarmmikrobiomet under stressforhold. I tillegg finnes Rhodococcus i O. cornifrons-larver og er kjent for sine avgiftningsevner 67. Denne slekten finnes også i tarmen til A. florea, men i svært lav forekomst 68. Våre resultater viser tilstedeværelsen av flere genetiske variasjoner på tvers av en rekke mikrobielle taxa som kan endre metabolske prosesser i larver. Imidlertid er det behov for en bedre forståelse av det funksjonelle mangfoldet til O. cornifrons.
Oppsummert indikerer resultatene at mancozeb, pyrithiostrobin og trifloksystrobin reduserte kroppsvektsøkning og økte dødeligheten hos maisborerlarver. Selv om det er økende bekymring for effekten av soppdrepende midler på pollinatorer, er det behov for å bedre forstå effekten av gjenværende metabolitter av disse forbindelsene. Disse resultatene kan innlemmes i anbefalinger for integrerte pollinatorhåndteringsprogrammer som hjelper bønder med å unngå bruk av visse soppdrepende midler før og under blomstring av frukttrær ved å velge soppdrepende midler og variere tidspunktet for påføring, eller ved å oppmuntre til bruk av mindre skadelige alternativer 36. Denne informasjonen er viktig for å utvikle anbefalinger om bruk av plantevernmidler, for eksempel å justere eksisterende sprøyteprogrammer og endre sprøytetidspunktet når man velger soppdrepende midler eller fremme bruken av mindre farlige alternativer. Ytterligere forskning er nødvendig på de negative effektene av soppdrepende midler på kjønnsforhold, spiseatferd, tarmmikrobiom og de molekylære mekanismene som ligger til grunn for vekttap og dødelighet hos maisborer.
Kildedataene 1, 2 og 3 i figur 1 og 2 er lagret i figshares dataarkiv DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 og https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Sekvensene som ble analysert i den aktuelle studien (figur 4, 5) er tilgjengelige i NCBI SRA-arkivet under tiltredelsesnummer PRJNA1023565.
Bosch, J. og Kemp, WP Utvikling og etablering av honningbiearter som pollinatorer av landbruksavlinger: eksemplet med slekten Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) og frukttrær. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Pollineringspraksis og oppfatninger av alternative pollinatorer blant epledyrkere i New York og Pennsylvania. oppdatering. Jordbruk. matsystemer. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL og Ricketts TH Økologi og økonomi ved mandelpollinering ved bruk av stedegne bier. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., og Park, Y.-L. Effekter av klimaendringer på tragopanfenologi: implikasjoner for populasjonsforvaltning. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR og Pitts-Singer, TL Effekt av soppdrepende og adjuvante sprayer på hekkeatferden til to regulerte solitære bier (Osmia lignaria og Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Et lavt giftig soppmiddel mot avlinger (fenbukonazol) forstyrrer signaler om hannlig reproduksjonskvalitet, noe som resulterer i redusert paringssuksess hos ville ensomme bier. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Neonikotinoidinsekticider og ergosterolbiosyntese undertrykker synergistisk soppdrepende dødelighet hos tre biearter. Skadedyrbekjempelse. Vitenskapen. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. og Danforth BN Solitære vepselarver endrer det bakterielle mangfoldet som pollen gir til stilkhekkende bier Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN og Steffan SA De ektosymbiotiske mikroorganismene i fermentert pollen er like viktige for utviklingen av solitære bier som selve pollenet. økologi. evolusjon. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F og Thalheimer M. Planting mellom rader i eplehager for å kontrollere sykdommer ved omsåing: en praktisk effektivitetsstudie basert på mikrobielle indikatorer. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG og Peter KA Bitter råte hos epler i det midtatlantiske USA: vurdering av forårsakende arter og påvirkning av regionale værforhold og kultivarmottakelighet. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. og Stanley DA. Soppdrepende midler, herbicider og bier: en systematisk gjennomgang av eksisterende forskning og metoder. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED og Jepson, PC Synergistiske effekter av EBI-soppdrepende midler og pyretroidinsekticider på honningbier (Apis mellifera). skader vitenskapen. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE og Peng, CY Effekt av utvalgte soppdrepende midler på vekst og utvikling av honningbielarver Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151–1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., og McArt, S. Beslutningsveiledning for bruk av plantevernmidler for å beskytte pollinatorer i trehager (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM og Hogendoorn, K. Biers eksponering for ikke-plantevernmidler: en gjennomgang av metoder og rapporterte resultater. Jordbruk. økosystem. Onsdag. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. og Pitts-Singer TL Effekt av tilførselstype og eksponering for plantevernmidler på larveutvikling av Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM og Pitts-Singer TL Veier for plantevernmiddeleksponering til enslige bier med tomt reir. Wednesday. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. En ny protokoll for inntaksbioanalyse for å vurdere plantevernmiddeltoksisitet hos voksne japanske hagebier (Osmia cornifrons). vitenskapen. Rapporter 10, 9517 (2020).
Publiseringstid: 14. mai 2024