Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at opnå de bedste resultater anbefaler vi, at du bruger en nyere version af din browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden viser vi webstedet uden styling eller JavaScript for at sikre løbende support.
Fungicider anvendes ofte under blomstring af træfrugter og kan true insektbestøvere. Der vides dog kun lidt om, hvordan ikke-bibestøvere (f.eks. solitære bier, Osmia cornifrons) reagerer på kontakt- og systemiske fungicider, der almindeligvis anvendes på æbler under blomstring. Denne videnskløft begrænser de regulatoriske beslutninger, der bestemmer sikre koncentrationer og timing af fungicidsprøjtning. Vi vurderede virkningerne af to kontaktfungicider (captan og mancozeb) og fire mellemlags-/fytosystemfungicider (ciprocyclin, myclobutanil, pyrostrobin og trifloxystrobin). Virkninger på larvevægtøgning, overlevelse, kønsforhold og bakteriel diversitet. Evalueringen blev udført ved hjælp af et kronisk oralt bioassay, hvor pollen blev behandlet i tre doser baseret på den aktuelt anbefalede dosis til feltbrug (1X), halv dosis (0,5X) og lav dosis (0,1X). Alle doser af mancozeb og pyritisolin reducerede signifikant kropsvægt og larveoverlevelse. Vi sekventerede derefter 16S-genet for at karakterisere larvebakteriomet af mancozeb, det fungicid, der er ansvarlig for den højeste dødelighed. Vi fandt, at bakteriel diversitet og forekomst var signifikant reduceret i larver fodret med mancozeb-behandlet pollen. Vores laboratorieresultater indikerer, at sprøjtning af nogle af disse fungicider under blomstring er særligt skadeligt for O. cornifrons' helbred. Disse oplysninger er relevante for fremtidige forvaltningsbeslutninger vedrørende bæredygtig brug af beskyttelsesprodukter til frugttræer og tjener som grundlag for reguleringsprocesser, der sigter mod at beskytte bestøvere.
Den solitære murerbi Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) blev introduceret til USA fra Japan i slutningen af 1970'erne og begyndelsen af 1980'erne, og arten har siden spillet en vigtig rolle som bestøver i forvaltede økosystemer. Naturaliserede populationer af denne bi er en del af cirka 50 arter af vilde bier, der supplerer de bier, der bestøver mandel- og æbleplantager i USA2,3. Murerbier står over for mange udfordringer, herunder fragmentering af levesteder, patogener og pesticider3,4. Blandt insekticider reducerer fungicider energioptagelse, fouragering5 og kropskonditionering6,7. Selvom nyere forskning tyder på, at murerbiers helbred er direkte påvirket af kommensale og ektobaktiske mikroorganismer8,9 fordi bakterier og svampe kan påvirke ernæring og immunresponser, er virkningerne af fungicideksponering på murerbiers mikrobielle diversitet først lige begyndt at blive undersøgt.
Svampemidler med forskellige virkninger (kontakt og systemisk) sprøjtes i frugtplantager før og under blomstring for at behandle sygdomme som æbleskurv, bitterråd, brunråd og meldug10,11. Svampemidler betragtes som harmløse for bestøvere, så de anbefales til haveejere i blomstringsperioden. Biers eksponering og indtagelse af disse svampemidler er relativt velkendt, da det er en del af pesticidregistreringsprocessen hos det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur (Environmental Protection Agency) og mange andre nationale regulerende myndigheder12,13,14. Virkningerne af svampemidler på ikke-bier er dog mindre kendte, fordi de ikke er påkrævet i henhold til markedsføringstilladelsesaftaler i USA15. Derudover er der generelt ingen standardiserede protokoller til testning af enkeltbier16,17, og det er udfordrende at opretholde kolonier, der leverer bier til testning18. Forsøg med forskellige forvaltede bier udføres i stigende grad i Europa og USA for at undersøge virkningerne af pesticider på vilde bier, og der er for nylig blevet udviklet standardiserede protokoller for O. cornifrons19.
Hornbier er monocytter og anvendes kommercielt i karpeafgrøder som et supplement eller erstatning for honningbier. Disse bier kommer frem mellem marts og april, hvor de tidligtvoksende hanner kommer frem tre til fire dage før hunnerne. Efter parring indsamler hunnen aktivt pollen og nektar for at danne en række yngelceller i det rørformede redehulrum (naturligt eller kunstigt)1,20. Æggene lægges på pollen inde i cellerne; hunnen bygger derefter en lervæg, før den forbereder den næste celle. Larverne i første stadie er indesluttet i chorion og lever af embryonale væsker. Fra andet til femte stadie (præpuppe) lever larverne af pollen22. Når pollenforsyningen er fuldstændig opbrugt, danner larverne kokoner, forpupper sig og kommer frem som voksne i det samme yngelkammer, normalt i sensommeren20,23. Voksne kommer frem det følgende forår. Voksnes overlevelse er forbundet med nettoenergitilvækst (vægtøgning) baseret på fødeindtag. Således er pollens ernæringsmæssige kvalitet, såvel som andre faktorer såsom vejr eller eksponering for pesticider, afgørende for overlevelse og sundhed24.
Insekticider og fungicider, der påføres før blomstring, kan bevæge sig inden for plantens kar i varierende grad, fra translaminære (f.eks. i stand til at bevæge sig fra bladenes øvre overflade til den nedre overflade, ligesom nogle fungicider) 25 til virkelig systemiske effekter. , som kan trænge ind i kronen fra rødderne, kan trænge ind i æbleblomsters nektar 26, hvor de kan dræbe voksne O. cornifrons 27. Nogle pesticider siver også ind i pollen, hvilket påvirker udviklingen af majslarver og forårsager deres død 19. Andre undersøgelser har vist, at nogle fungicider kan ændre redeadfærden hos den beslægtede art O. lignaria 28 betydeligt. Derudover har laboratorie- og feltundersøgelser, der simulerer eksponeringsscenarier for pesticider (herunder fungicider), vist, at pesticider negativt påvirker fysiologien 22, morfologien 29 og overlevelsen af honningbier og nogle solitære bier. Forskellige svampedræbende sprays, der påføres direkte på åbne blomster under blomstring, kan forurene pollen indsamlet af voksne til larveudvikling, hvis virkninger stadig skal undersøges 30.
Det er i stigende grad anerkendt, at larveudvikling påvirkes af pollen og mikrobielle samfund i fordøjelsessystemet. Honningbiens mikrobioom påvirker parametre som kropsmasse31, metaboliske ændringer22 og modtagelighed for patogener32. Tidligere undersøgelser har undersøgt indflydelsen af udviklingsstadium, næringsstoffer og miljø på mikrobiomet hos solitære bier. Disse undersøgelser afslørede ligheder i strukturen og forekomsten af larve- og pollenmikrobiomer33, såvel som de mest almindelige bakterieslægter Pseudomonas og Delftia, blandt solitære biarter. Selvom fungicider har været forbundet med strategier til at beskytte biers sundhed, forbliver virkningerne af fungicider på larvemikrobiota gennem direkte oral eksponering uudforskede.
Denne undersøgelse testede virkningerne af faktiske doser af seks almindeligt anvendte fungicider, der er registreret til brug på træfrugter i USA, herunder kontakt- og systemiske fungicider administreret oralt til majshornormmøllarver fra forurenede fødevarer. Vi fandt, at kontakt- og systemiske fungicider reducerede biernes vægtøgning og øgede dødeligheden, med de mest alvorlige virkninger forbundet med mancozeb og pyrithiopid. Vi sammenlignede derefter den mikrobielle diversitet af larver fodret med den mancozeb-behandlede pollendiæt med dem fodret med kontroldiæten. Vi diskuterer potentielle mekanismer bag dødeligheden og implikationer for integrerede skadedyrs- og bestøverbekæmpelsesprogrammer (IPPM)36.
Voksne O. cornifrons-kokoner, der overvintrede i kokoner, blev indhentet fra Fruit Research Center, Biglerville, PA, og opbevaret ved -3 til 2 °C (± 0,3 °C). Før eksperimentet (i alt 600 kokoner). I maj 2022 blev 100 O. cornifrons-kokoner dagligt overført til plastikkop (50 kokoner pr. kop, DI 5 cm × 15 cm lange), og der blev placeret vådservietter i kopperne for at fremme åbning og give et tyggeligt substrat, hvilket reducerede stress på stenbierne37. Placer to plastikkop med kokoner i et insektbur (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) med 10 ml foderautomater indeholdende 50 % sukroseopløsning, og opbevar i fire dage for at sikre lukning og parring. 23 °C, relativ luftfugtighed 60 %, fotoperiode 10 l (lav intensitet): 14 dage. 100 parrede hunner og hanner blev sluppet løs hver morgen i seks dage (100 pr. dag) i to kunstige reder under æbleblomstringens højdepunkt (fælderede: bredde 33,66 × højde 30,48 × længde 46,99 cm; Supplerende figur 1). Placeret i 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-æbletræ (Malus coronaria) og adskillige sorter af æbletræer (Malus coronaria, Malus), tamæbletræ 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus-æbletræ 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', begonia 'Golden Delicious', begonia 'Nova Spy'). Hvert blåt plastikfuglehus passer oven på to trækasser. Hver redekasse indeholdt 800 tomme kraftpapirrør (spiralåbne, 0,8 cm indvendig diameter × 15 cm lang) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) indsat i uigennemsigtige cellofanrør (0,7 ydre diameter, se plastikpropper (T-1X-propper) giver redepladser.
Begge redekasser vendte mod øst og var dækket med et grønt plastikhegn (Everbilt model #889250EB12, åbningsstørrelse 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) for at forhindre gnavere og fugle i at få adgang, og de var placeret på jordoverfladen ved siden af redekassens jordkasser. Redekasse (Supplerende figur 1a). Majsboreræg blev indsamlet dagligt ved at indsamle 30 rør fra reder og transportere dem til laboratoriet. Med en saks laves et snit i enden af røret, og derefter adskilles spiralrøret for at blotlægge yngelcellerne. Individuelle æg og deres pollen blev fjernet med en buet spatel (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., Californien). Æggene blev inkuberet på fugtigt filterpapir og placeret i en petriskål i 2 timer, før de blev brugt i vores eksperimenter (Supplerende figur 1b-d).
I laboratoriet evaluerede vi den orale toksicitet af seks fungicider anvendt før og under æbleblomstring i tre koncentrationer (0,1X, 0,5X og 1X, hvor 1X er den anvendte mængde pr. 100 gallon vand/acre. Høj feltdosis = koncentration i marken). , Tabel 1). Hver koncentration blev gentaget 16 gange (n = 16). To kontaktfungicider (Tabel S1: mancozeb 2696,14 ppm og captan 2875,88 ppm) og fire systemiske fungicider (Tabel S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myclobutanilazol 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) havde en toksicitet på frugt, grøntsager og prydafgrøder. Vi homogeniserede pollenet ved hjælp af en kværn, overførte 0,20 g til en brønd (Falcon-plade med 24 brønde) og tilsatte og blandede 1 μL fungicidopløsning for at danne pyramideformet pollen med 1 mm dybe brønde, hvori æggene blev placeret. Placeringen fandt sted med en mini-spatel (supplerende figur 1c,d). Falcon-pladerne blev opbevaret ved stuetemperatur (25 °C) og 70 % relativ luftfugtighed. Vi sammenlignede dem med kontrollarver fodret med en homogen pollendiæt behandlet med rent vand. Vi registrerede dødeligheden og målte larvevægten hver anden dag, indtil larverne nåede præpuppealderen, ved hjælp af en analytisk vægt (Fisher Scientific, nøjagtighed = 0,0001 g). Endelig blev kønsforholdet vurderet ved at åbne kokonen efter 2,5 måneder.
DNA blev ekstraheret fra hele O. cornifrons-larver (n = 3 pr. behandlingsbetingelse, mancozeb-behandlet og ubehandlet pollen), og vi udførte mikrobielle diversitetsanalyser på disse prøver, især fordi den højeste dødelighed blev observeret hos larver, der modtog MnZn i mancozeb. DNA blev amplificeret, oprenset ved hjælp af DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-kittet (Zymo Research, Irvine, CA) og sekventeret (600 cyklusser) på et Illumina® MiSeq™ ved hjælp af v3-kittet. Målrettet sekventering af bakterielle 16S ribosomale RNA-gener blev udført ved hjælp af Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) ved hjælp af primere rettet mod V3-V4-regionen af 16S rRNA-genet. Derudover blev 18S-sekventering udført ved hjælp af 10% PhiX-inklusion, og amplifikation blev udført ved hjælp af primerparret 18S001 og NS4.
Importer og behandl parrede læsninger39 ved hjælp af QIIME2-pipelinen (v2022.11.1). Disse læsninger blev trimmet og flettet sammen, og kimære sekvenser blev fjernet ved hjælp af DADA2-plugin'et i QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. 16S- og 18S-klassetildelingerne blev udført ved hjælp af objektklassifikator-plugin'et Classify-sklearn og den prætrænede artefakt silva-138-99-nb-classifier.
Alle eksperimentelle data blev kontrolleret for normalitet (Shapiro-Wilks) og homogenitet af varianser (Levenes test). Da datasættet ikke opfyldte antagelserne for parametrisk analyse, og transformationen ikke standardiserede residualerne, udførte vi en ikke-parametrisk tovejs ANOVA (Kruskal-Wallis) med to faktorer [tid (trefase 2, 5 og 8 dages tidspunkter) og fungicid] for at evaluere effekten af behandling på larvernes friske vægt, hvorefter post hoc ikke-parametriske parvise sammenligninger blev udført ved hjælp af Wilcoxon-testen. Vi brugte en generaliseret lineær model (GLM) med en Poisson-fordeling til at sammenligne virkningerne af fungicider på overlevelse på tværs af tre fungicidkoncentrationer41,42. Til differentiel abundansanalyse blev antallet af amplikonsekvensvarianter (ASV'er) reduceret på slægtsniveau. Sammenligninger af differentiel abundans mellem grupper ved hjælp af 16S (slægtsniveau) og 18S relativ abundans blev udført ved hjælp af en generaliseret additiv model for position, skala og form (GAMLSS) med beta-nul-oppustede (BEZI) familiefordelinger, som blev modelleret på en makro . i Microbiome R43 (v1.1). 1). Fjern mitokondrielle og kloroplastarter før differentiel analyse. På grund af de forskellige taksonomiske niveauer af 18S blev kun det laveste niveau af hver taxon brugt til differentiel analyser. Alle statistiske analyser blev udført ved hjælp af R (v. 3.4.3., CRAN-projekt) (Team 2013).
Eksponering for mancozeb, pyrithiostrobin og trifloxystrobin reducerede signifikant vægtøgningen hos O. cornifrons (fig. 1). Disse effekter blev observeret konsekvent for alle tre vurderede doser (fig. 1a-c). Cyclostrobin og myclobutanil reducerede ikke larvernes vægt signifikant.
Gennemsnitlig friskvægt af stængelborerlarver målt på tre tidspunkter under fire diætbehandlinger (homogen pollenfoder + fungicid: kontrol, 0,1X, 0,5X og 1X doser). (a) Lav dosis (0,1X): første tidspunkt (dag 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, andet tidspunkt (dag 5): 22,83, DF = 0,0009; tredje gang; tidspunkt (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) halv dosis (0,5X): første tidspunkt (dag 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, andet tidspunkt (dag et). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; Tredje tidspunkt (dag 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Sted eller fuld dosis (1X): første tidspunkt (dag 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, andet tidspunkt (dag 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; tredje tidspunkt (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; ikke-parametrisk variansanalyse. Søjlerne repræsenterer middelværdi ± SE af parvise sammenligninger (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Ved den laveste dosis (0,1X) blev larvernes kropsvægt reduceret med 60% med trifloxystrobin, 49% med mancozeb, 48% med myclobutanil og 46% med pyrithistrobin (fig. 1a). Ved eksponering for halv feltdosis (0,5X) blev mancozeb-larvernes kropsvægt reduceret med 86%, pyrithiostrobin med 52% og trifloxystrobin med 50% (fig. 1b). En fuld feltdosis (1X) af mancozeb reducerede larvernes vægt med 82%, pyrithiostrobin med 70% og trifloxystrobin, myclobutanil og sangard med ca. 30% (fig. 1c).
Dødeligheden var højest blandt larver fodret med mancozeb-behandlet pollen, efterfulgt af pyrithiostrobin og trifloxystrobin. Dødeligheden steg med stigende doser af mancozeb og pyritisolin (fig. 2; tabel 2). Dødeligheden af majsborer steg dog kun en smule, da trifloxystrobinkoncentrationerne steg; cyprodinil og captan øgede ikke dødeligheden signifikant sammenlignet med kontrolbehandlinger.
Dødeligheden af borefluelarver blev sammenlignet efter indtagelse af pollen behandlet individuelt med seks forskellige fungicider. Mancozeb og pentopyramid var mere følsomme over for oral eksponering for majsmagger (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linje, hældning = 0,29, P < 0,001; hældning = 0,24, P < 0,00)).
I gennemsnit var 39,05 % af patienterne kvinder og 60,95 % mænd på tværs af alle behandlinger. Blandt kontrolbehandlingerne var andelen af kvinder 40 % i både lavdosisstudierne (0,1X) og halvdosisstudierne (0,5X) og 30 % i feltdosisstudierne (1X). Ved en 0,1X dosis var 33,33 % af de voksne hunner, 22 % af de voksne hunner, 44 % af de voksne larver hunner, 44 % af de voksne larver hunner, og 31 % af kontrolgruppen blandt pollenfodrede larver behandlet med mancozeb og myclobutanil (fig. 3a). Ved 0,5 gange dosis var 33 % af de voksne orme i mancozeb- og pyrithiostrobin-gruppen hunner, 36 % i trifloxystrobin-gruppen, 41 % i myclobutanil-gruppen og 46 % i cyprostrobin-gruppen. Dette tal var 53 % i captan-gruppen og 38 % i kontrolgruppen (fig. 3b). Ved 1X dosis var 30 % af mancozeb-gruppen kvinder, 36 % af pyrithiostrobin-gruppen, 44 % af trifloxystrobin-gruppen, 38 % af myclobutanil-gruppen og 50 % af kontrolgruppen kvinder – 38,5 % (fig. 3c).
Procentdel af hun- og hanborere efter eksponering for fungicid i larvestadiet. (a) Lav dosis (0,1X). (b) Halv dosis (0,5X). (c) Feltdosis eller fuld dosis (1X).
16S-sekvensanalyse viste, at bakteriegruppen var forskellig mellem larver fodret med mancozeb-behandlet pollen og larver fodret med ubehandlet pollen (fig. 4a). Det mikrobielle indeks for ubehandlede larver fodret med pollen var højere end for larver fodret med mancozeb-behandlet pollen (fig. 4b). Selvom den observerede forskel i rigdom mellem grupperne ikke var statistisk signifikant, var den signifikant lavere end den, der observeredes for larver fodret med ubehandlet pollen (fig. 4c). Relativ forekomst viste, at mikrobiotaen hos larver fodret med kontrolpollen var mere forskelligartet end hos larver fodret med mancozeb-behandlede larver (fig. 5a). Deskriptiv analyse afslørede tilstedeværelsen af 28 slægter i kontrol- og mancozeb-behandlede prøver (fig. 5b). c Analyse ved hjælp af 18S-sekventering afslørede ingen signifikante forskelle (supplerende figur 2).
SAV-profiler baseret på 16S-sekvenser blev sammenlignet med Shannon-rigdom og observeret rigdom på rækkeniveau. (a) Principal coordinate analysis (PCoA) baseret på den samlede mikrobielle samfundsstruktur i ubehandlede pollenfodrede eller kontrol- (blå) og mancozeb-fodrede larver (orange). Hvert datapunkt repræsenterer en separat prøve. PCoA blev beregnet ved hjælp af Bray-Curtis-afstanden for den multivariate t-fordeling. Ovaler repræsenterer 80% konfidensniveauet. (b) Boksplot, rå Shannon-rigdomsdata (punkter) og c. Observerbar rigdom. Boksplottene viser bokse for medianlinje, interkvartilinterval (IQR) og 1,5 × IQR (n = 3).
Sammensætning af mikrobielle larvesamfund fodret med mancozeb-behandlet og ubehandlet pollen. (a) Relativ forekomst af mikrobielle slægter i larver. (b) Varmekort over identificerede mikrobielle samfund. Delftia (odds ratio (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); Varmekortrækker er grupperet ved hjælp af korrelationsafstand og gennemsnitlig konnektivitet.
Vores resultater viser, at oral eksponering for kontakt- (mancozeb) og systemiske (pyrostrobin og trifloxystrobin) fungicider, der blev anvendt i vid udstrækning under blomstring, reducerede vægtøgningen og øgede dødeligheden hos majslarver signifikant. Derudover reducerede mancozeb mikrobiomets diversitet og rigdom signifikant i præpuppestadiet. Myclobutanil, et andet systemisk fungicid, reducerede larvernes vægtøgning signifikant ved alle tre doser. Denne effekt var tydelig på andet (dag 5) og tredje (dag 8) tidspunkt. I modsætning hertil reducerede cyprodinil og captan ikke signifikant vægtøgningen eller overlevelsen sammenlignet med kontrolgruppen. Så vidt vi ved, er dette arbejde det første til at bestemme virkningerne af markrater af forskellige fungicider, der anvendes til at beskytte majsafgrøder gennem direkte polleneksponering.
Alle fungicidbehandlinger reducerede kropsvægtøgningen signifikant sammenlignet med kontrolbehandlinger. Mancozeb havde den største effekt på larvernes kropsvægtøgning med en gennemsnitlig reduktion på 51%, efterfulgt af pyrithiostrobin. Andre undersøgelser har dog ikke rapporteret negative virkninger af feltdoser af fungicider på larvestadier44. Selvom dithiocarbamatbiocider har vist sig at have lav akut toksicitet45, kan ethylenbisdithiocarbamater (EBDCS) såsom mancozeb nedbrydes til urinstofethylensulfid. I betragtning af dets mutagene virkninger hos andre dyr kan dette nedbrydningsprodukt være ansvarligt for de observerede virkninger46,47. Tidligere undersøgelser har vist, at dannelsen af ethylenthiourea påvirkes af faktorer som forhøjet temperatur48, fugtighedsniveauer49 og produktets opbevaringstid50. Korrekte opbevaringsforhold for biocider kan afbøde disse bivirkninger. Derudover har Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritet udtrykt bekymring over toksiciteten af pyrithiopid, som har vist sig at være kræftfremkaldende for andre dyrs fordøjelsessystem51.
Oral administration af mancozeb, pyrithiostrobin og trifloxystrobin øger dødeligheden af majsborerlarver. I modsætning hertil havde myclobutanil, ciprocyclin og captan ingen effekt på dødeligheden. Disse resultater adskiller sig fra Ladurner et al.52, som viste, at captan signifikant reducerede overlevelsen af voksne O. lignaria og Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Derudover har fungicider som captan og boscalid vist sig at forårsage larvedødelighed52,53,54 eller ændre fødeadfærd55. Disse ændringer kan igen påvirke pollens ernæringsmæssige kvalitet og i sidste ende larvestadiets energitilførsel. Den observerede dødelighed i kontrolgruppen var i overensstemmelse med andre undersøgelser56,57.
Det hanne-favoriserende kønsforhold, der observeres i vores arbejde, kan forklares med faktorer som utilstrækkelig parring og dårlige vejrforhold under blomstringen, som tidligere foreslået for O. cornuta af Vicens og Bosch. Selvom hunner og hanner i vores undersøgelse havde fire dage til at parre sig (en periode, der generelt anses for tilstrækkelig til vellykket parring), reducerede vi bevidst lysintensiteten for at minimere stress. Denne ændring kan dog utilsigtet forstyrre parringsprocessen61. Derudover oplever bier flere dage med dårligt vejr, herunder regn og lave temperaturer (<5 °C), hvilket også kan have en negativ indflydelse på parringssuccesen4,23.
Selvom vores undersøgelse fokuserede på hele larvemikrobiomet, giver vores resultater indsigt i potentielle sammenhænge mellem bakteriesamfund, der kan være kritiske for biers ernæring og eksponering for fungicider. For eksempel havde larver fodret med mancozeb-behandlet pollen en signifikant reduceret mikrobiel samfundsstruktur og -tæthed sammenlignet med larver fodret med ubehandlet pollen. Hos larver, der indtog ubehandlet pollen, var bakteriegrupperne Proteobacteria og Actinobacteria dominerende og overvejende aerobe eller fakultativt aerobe. Delft-bakterier, der normalt er forbundet med solitære biarter, er kendt for at have antibiotisk aktivitet, hvilket indikerer en potentiel beskyttende rolle mod patogener. En anden bakterieart, Pseudomonas, var rigelig i larver fodret med ubehandlet pollen, men var signifikant reduceret i mancozeb-behandlede larver. Vores resultater understøtter tidligere undersøgelser, der identificerede Pseudomonas som en af de mest udbredte slægter i O. bicornis35 og andre solitære hvepse34. Selvom eksperimentelle beviser for Pseudomonas' rolle i O. cornifrons' helbred ikke er blevet undersøgt, har denne bakterie vist sig at fremme syntesen af beskyttende toksiner i billen Paederus fuscipes og fremme argininmetabolisme in vitro 35, 65. Disse observationer antyder en potentiel rolle i viralt og bakterielt forsvar under udviklingsperioden for O. cornifrons-larver. Microbacterium er en anden slægt identificeret i vores undersøgelse, der rapporteres at være til stede i stort antal i sorte soldatfluelarver under sultforhold 66. I O. cornifrons-larver kan mikrobakterier bidrage til balancen og modstandsdygtigheden af tarmmikrobiomet under stressforhold. Derudover findes Rhodococcus i O. cornifrons-larver og er kendt for sine afgiftningsevner 67. Denne slægt findes også i tarmen hos A. florea, men i meget lav forekomst 68. Vores resultater viser tilstedeværelsen af flere genetiske variationer på tværs af adskillige mikrobielle taxa, der kan ændre metaboliske processer i larver. Der er dog behov for en bedre forståelse af den funktionelle diversitet af O. cornifrons.
Sammenfattende indikerer resultaterne, at mancozeb, pyrithiostrobin og trifloxystrobin reducerede vægtøgningen og øgede dødeligheden hos majsborerlarver. Selvom der er voksende bekymring over virkningerne af fungicider på bestøvere, er der behov for bedre at forstå virkningerne af resterende metabolitter af disse forbindelser. Disse resultater kan indarbejdes i anbefalinger til integrerede bestøverhåndteringsprogrammer, der hjælper landmænd med at undgå brugen af visse fungicider før og under frugttræernes blomstring ved at vælge fungicider og variere tidspunktet for anvendelse eller ved at tilskynde til brugen af mindre skadelige alternativer 36. Denne information er vigtig for at udvikle anbefalinger om pesticidbrug, såsom at justere eksisterende sprøjteprogrammer og ændre sprøjtetidspunktet ved valg af fungicider eller fremme brugen af mindre farlige alternativer. Yderligere forskning er nødvendig i de negative virkninger af fungicider på kønsforhold, fødeadfærd, tarmmikrobiom og de molekylære mekanismer, der ligger til grund for vægttab og dødelighed hos majsborer.
Kildedata 1, 2 og 3 i figur 1 og 2 er blevet deponeret i figshare-dataarkivet DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 og https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. De sekvenser, der er analyseret i den aktuelle undersøgelse (fig. 4, 5), er tilgængelige i NCBI SRA-arkivet under accessionsnummer PRJNA1023565.
Bosch, J. og Kemp, WP Udvikling og etablering af honningbiarter som bestøvere af landbrugsafgrøder: eksemplet med slægten Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) og frugttræer. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Bestøvningspraksis og opfattelser af alternative bestøvere blandt æbleavlere i New York og Pennsylvania. Opdatering. Landbrug. Fødevaresystemer. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL og Ricketts TH. Økologi og økonomi ved mandelbestøvning ved hjælp af hjemmehørende bier. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., og Park, Y.-L. Klimaændringers virkninger på tragopanernes fænologi: implikationer for populationsforvaltning. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR og Pitts-Singer, TL Effekt af fungicid- og adjuvanssprøjtninger på redeadfærden hos to forvaltede solitære bier (Osmia lignaria og Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Et lavttoksisk afgrødefungicid (fenbuconazol) forstyrrer signaler om reproduktionskvalitet hos hanner, hvilket resulterer i reduceret parringssucces hos vilde solitære bier. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Neonicotinoidinsekticider og ergosterolbiosyntese undertrykker synergistisk fungiciddødelighed hos tre biarter. Skadedyrsbekæmpelse. Videnskaben. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. og Danforth BN Solitære hvepselarver ændrer den bakterielle diversitet, som pollen leverer til stængelbyggende bier Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN og Steffan SA De ektosymbiotiske mikroorganismer i fermenteret pollen er lige så vigtige for udviklingen af solitære bier som selve pollenet. økologi. evolution. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F og Thalheimer M. Rækkeplantning i æbleplantager for at bekæmpe gensåningssygdomme: en praktisk effektivitetsundersøgelse baseret på mikrobielle indikatorer. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG og Peter KA Bitter råd hos æbler i det midtatlantiske USA: vurdering af forårsagende arter og indflydelsen af regionale vejrforhold og kultivarmodtagelighed. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. og Stanley DA. Svampemidler, herbicider og bier: en systematisk gennemgang af eksisterende forskning og metoder. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED og Jepson, PC Synergistiske effekter af EBI-fungicider og pyrethroidinsekticider på honningbier (Apis mellifera). skader videnskaben. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE og Peng, CY Effekt af udvalgte fungicider på vækst og udvikling af honningbi-larver Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., og McArt, S. Beslutningsvejledning til brug af pesticider til beskyttelse af bestøvere i frugtplantager (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM og Hogendoorn, K. Biers eksponering for ikke-pesticider: en gennemgang af metoder og rapporterede resultater. Landbrug. økosystem. Onsdag. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. og Pitts-Singer TL Effekt af forsyningstype og pesticideksponering på larveudvikling af Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM og Pitts-Singer TL. Eksponeringsveje for pesticider hos solitære bier med tom rede. Wednesday. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. En ny indtagelsesbioassayprotokol til vurdering af pesticidtoksicitet hos voksne japanske havebier (Osmia cornifrons). the science. Reports 10, 9517 (2020).
Udsendelsestidspunkt: 14. maj 2024