Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для дасягнення найлепшых вынікаў рэкамендуем выкарыстоўваць больш новую версію браўзера (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы адлюстроўваем сайт без стыляў і JavaScript.
Фунгіцыды часта выкарыстоўваюцца падчас красавання пладовых дрэў і могуць пагражаць насякомым-апыляльнікам. Аднак мала што вядома пра тое, як апыляльнікі, якія не з'яўляюцца пчоламі (напрыклад, адзіночныя пчолы, Osmia cornifrons), рэагуюць на кантактныя і сістэмныя фунгіцыды, якія звычайна выкарыстоўваюцца на яблынях падчас красавання. Гэты прабел у ведах абмяжоўвае прыняцце рэгулятарных рашэнняў, якія вызначаюць бяспечныя канцэнтрацыі і час апырсквання фунгіцыдамі. Мы ацанілі ўздзеянне двух кантактных фунгіцыдаў (каптан і манкозеб) і чатырох міжслаёвых/фітасістэмных фунгіцыдаў (цыпрацыклін, міклабутаніл, пірастрабін і трыфлаксістрабін). Уплыў на прырост вагі лічынак, выжывальнасць, суадносіны палоў і бактэрыяльную разнастайнасць. Ацэнка праводзілася з выкарыстаннем хранічнага перорального біялагічнага аналізу, у якім пылок апрацоўваўся трыма дозамі на аснове рэкамендаванай у цяперашні час дозы для палявога выкарыстання (1X), паловай дозы (0,5X) і нізкай дозы (0,1X). Усе дозы манкозебу і пірытызоліну значна зніжалі масу цела і выжывальнасць лічынак. Затым мы секвенавалі ген 16S, каб ахарактарызаваць бактэрыём лічынак манкозебу, фунгіцыду, які адказвае за найвышэйшую смяротнасць. Мы выявілі, што бактэрыяльная разнастайнасць і колькасць значна знізіліся ў лічынак, якія сілкаваліся пылком, апрацаваным манкозебам. Нашы лабараторныя вынікі паказваюць, што апырскванне некаторымі з гэтых фунгіцыдаў падчас цвіцення асабліва шкоднае для здароўя O. cornifrons. Гэтая інфармацыя актуальная для будучых рашэнняў па кіраванні ўстойлівым выкарыстаннем сродкаў абароны пладовых дрэў і служыць асновай для рэгулятарных працэсаў, накіраваных на абарону апыляльнікаў.
Адзіночная пчала-каменярыца Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) была завезена ў Злучаныя Штаты з Японіі ў канцы 1970-х і пачатку 1980-х гадоў, і з таго часу гэты від адыгрывае важную ролю апыляльніка ў кіраваных экасістэмах. Натуралізаваныя папуляцыі гэтай пчалы з'яўляюцца часткай прыблізна 50 відаў дзікіх пчол, якія дапаўняюць пчол, што апыляюць міндальныя і яблыневыя сады ў Злучаных Штатах2,3. Пчолы-каменяры сутыкаюцца з многімі праблемамі, у тым ліку з фрагментацыяй асяроддзя пражывання, патагенамі і пестыцыдамі3,4. Сярод інсектыцыдаў фунгіцыды зніжаюць прыбытак энергіі, пошук ежы5 і кандыцыянаванне арганізма6,7. Нягледзячы на тое, што нядаўнія даследаванні паказваюць, што на здароўе пчол-каменярыц непасрэдна ўплываюць каменсальныя і эктабактычныя мікраарганізмы8,9, паколькі бактэрыі і грыбы могуць уплываць на харчаванне і імунныя рэакцыі, уплыў уздзеяння фунгіцыдаў на мікробную разнастайнасць пчол-каменярыц толькі пачынае вывучацца.
Фунгіцыды рознага дзеяння (кантактныя і сістэмныя) апырскваюць садаводчымі садамі да і падчас красавання для лячэння такіх хвароб, як шолудзі яблынь, горкая гніль, бурая гніль і сопкая раса10,11. Фунгіцыды лічацца бясшкоднымі для апыляльнікаў, таму яны рэкамендуюцца садоўнікам у перыяд красавання; уздзеянне і праглынанне гэтых фунгіцыдаў пчоламі адносна добра вядома, бо гэта з'яўляецца часткай працэсу рэгістрацыі пестыцыдаў Агенцтвам па ахове навакольнага асяроддзя ЗША і многімі іншымі нацыянальнымі рэгулюючымі органамі12,13,14. Аднак уздзеянне фунгіцыдаў на непчол менш вядома, бо яны не патрабуюцца ў адпаведнасці з пагадненнямі аб рэгістрацыі ў Злучаных Штатах15. Акрамя таго, звычайна не існуе стандартызаваных пратаколаў для тэставання адзіночных пчол16,17, і падтрыманне калоній, якія забяспечваюць пчол для тэставання, з'яўляецца складанай задачай18. У Еўропе і ЗША ўсё часцей праводзяцца выпрабаванні розных кіраваных пчол для вывучэння ўздзеяння пестыцыдаў на дзікіх пчол, і нядаўна былі распрацаваны стандартызаваныя пратаколы для O. cornifrons19.
Рагатыя пчолы — гэта манацыты, якія камерцыйна выкарыстоўваюцца ў карпавых культурах у якасці дапаўнення або замены меданосных пчол. Гэтыя пчолы з'яўляюцца паміж сакавіком і красавіком, прычым самцы з'яўляюцца на тры-чатыры дні раней за самак. Пасля спарвання самка актыўна збірае пылок і нектар, каб забяспечыць серыю расплодных ячэек у трубчастай поласці гнязда (натуральнай або штучнай)1,20. Яйкі адкладаюць на пылок унутры ячэек; затым самка будуе гліняную сценку, перш чым падрыхтаваць наступную ячэйку. Лічынкі першага ўзросту знаходзяцца ў хорыёне і сілкуюцца эмбрыянальнымі вадкасцямі. З другога па пяты ўзрост (перадкукалкі) лічынкі сілкуюцца пылком22. Пасля таго, як запас пылка цалкам вычарпаны, лічынкі ўтвараюць коканы, акукляюцца і выходзяць дарослымі ў той жа расплоднай камеры, звычайна ў канцы лета20,23. Дарослыя асобіны з'яўляюцца наступнай вясной. Выжыванне дарослых звязана з чыстым прыростам энергіі (прыростам вагі) у залежнасці ад спажывання ежы. Такім чынам, пажыўная якасць пылка, а таксама іншыя фактары, такія як надвор'е або ўздзеянне пестыцыдаў, з'яўляюцца вызначальнікамі выжывання і здароўя24.
Інсектыцыды і фунгіцыды, якія ўжываюцца перад красаваннем, здольныя перамяшчацца ўнутры сасудаў расліны ў рознай ступені, ад трансламінарнага (напрыклад, здольныя перамяшчацца з верхняй паверхні лісця на ніжнюю, як некаторыя фунгіцыды) 25 да сапраўды сістэмнага ўздзеяння. , якія могуць пранікаць у крону ад каранёў, могуць трапляць у нектар кветак яблыні 26, дзе яны могуць забіваць дарослых O. cornifrons 27. Некаторыя пестыцыды таксама вымываюцца ў пылок, уплываючы на развіццё лічынак кукурузы і выклікаючы іх гібель 19. Іншыя даследаванні паказалі, што некаторыя фунгіцыды могуць значна змяніць паводзіны роднасных відаў O. lignaria падчас гнездавання 28. Акрамя таго, лабараторныя і палявыя даследаванні, якія мадэлююць сцэнарыі ўздзеяння пестыцыдаў (у тым ліку фунгіцыдаў), паказалі, што пестыцыды негатыўна ўплываюць на фізіялогію 22 марфалогію 29 і выжыванне меданосных пчол і некаторых адзіночных пчол. Розныя фунгіцыдныя спрэі, якія ўжываюцца непасрэдна на адкрытыя кветкі падчас красавання, могуць забруджваць пылок, сабраны дарослымі асобінамі для развіцця лічынак, наступствы чаго яшчэ трэба вывучыць 30.
Усё часцей прызнаецца, што на развіццё лічынак уплывае пылок і мікробныя супольнасці стрававальнай сістэмы. Мікрабіём меданоснай пчолы ўплывае на такія параметры, як маса цела31, метабалічныя змены22 і ўспрымальнасць да патагенаў32. Папярэднія даследаванні вывучалі ўплыў стадыі развіцця, пажыўных рэчываў і навакольнага асяроддзя на мікрабіём адзіночных пчол. Гэтыя даследаванні выявілі падабенства ў структуры і колькасці лічынкавага і пылковага мікрабіёмаў33, а таксама найбольш распаўсюджаных бактэрыяльных родаў Pseudomonas і Delftia сярод адзіночных відаў пчол. Аднак, хоць фунгіцыды асацыююцца са стратэгіямі абароны здароўя пчол, уздзеянне фунгіцыдаў на мікрабіёту лічынак праз прамое аральнае ўздзеянне застаецца невывучаным.
У гэтым даследаванні правераны ўплыў рэальных доз шасці распаўсюджаных фунгіцыдаў, зарэгістраваных для выкарыстання на пладовых дрэвах у Злучаных Штатах, у тым ліку кантактных і сістэмных фунгіцыдаў, якія ўводзяцца перорально лічынкам кукурузнай рагавой молі з забруджанай ежы. Мы выявілі, што кантактныя і сістэмныя фунгіцыды зніжаюць прырост масы цела пчол і павялічваюць смяротнасць, прычым найбольш сур'ёзныя наступствы звязаны з манкозебам і пірытыапідам. Затым мы параўналі мікробную разнастайнасць лічынак, якія харчаваліся пылковым рацыёнам, апрацаваным манкозебам, з тымі, якія харчаваліся кантрольным рацыёнам. Мы абмяркоўваем патэнцыйныя механізмы, якія ляжаць у аснове смяротнасці, і наступствы для праграм інтэграванай барацьбы са шкоднікамі і апыляльнікамі (IPPM)36.
Дарослыя асобіны O. cornifrons, якія зімуюць у коканах, былі атрыманы з Цэнтра даследаванняў садавіны ў Біглервіле, штат Пенсільванія, і захоўваліся пры тэмпературы ад -3 да 2°C (±0,3°C). Перад эксперыментам (усяго 600 коканаў). У маі 2022 года 100 коканаў O. cornifrons штодня перасаджвалі ў пластыкавыя кубкі (50 коканаў на кубак, DI 5 см × 15 см даўжынёй), а ўнутр кубкаў клалі сурвэткі, каб спрыяць адкрыццю і забяспечваць жавальны субстрат, зніжаючы стрэс для каменістых пчол37. Змясціце два пластыкавыя кубкі з коканамі ў клетку для насякомых (30 × 30 × 30 см, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Тайвань) з кармушкамі аб'ёмам 10 мл, якія змяшчаюць 50% раствор цукрозы, і захоўвайце чатыры дні, каб забяспечыць закрыццё і спарванне. Тэмпература 23°C, адносная вільготнасць 60%, фотаперыяд 10 л (нізкая інтэнсіўнасць): 14 дзён. 100 спарваных самак і самцоў выпускалі кожную раніцу на працягу шасці дзён (па 100 у дзень) у два штучныя гнёзды падчас пікавага цвіцення яблынь (гняздо-пастка: шырыня 33,66 × вышыня 30,48 × даўжыня 46,99 см; дадатковы малюнак 1). Размешчаны ў Пенсільванскім дзяржаўным арбарэтуме, побач з вішняй (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), персікам (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), грушай (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), яблыняй венцарыя (Malus coronaria) і шматлікімі гатункамі яблынь (Malus coronaria, Malus), хатняй яблыняй 'Co-op 30′ Enterprise™, яблыняй 'Co-Op 31′ Winecrisp™, бягоніяй 'Freedom', бягоніяй 'Golden Delicious', бягоніяй 'Nova Spy'). Кожны сіні пластыкавы шпакоўня змяшчаецца на дзве драўляныя скрыні. Кожная скрынка для гнёздаў змяшчала 800 пустых крафт-папяровых трубачак (спіральна адкрытых, 0,8 см унутры × 15 см у даўжыню) (Jonesville Paper Tube Co., Мічыган), устаўленых у непразрыстыя цэлафанавыя трубачкі (0,7 см з вонкавага дыяметра гл. ніжэй). Пластыкавыя заглушкі (заглушкі T-1X) забяспечваюць месцы для гнёздаў.
Абедзве гнездавыя скрыні былі накіраваны на ўсход і былі накрытыя зялёнай пластыкавай агароджай для сада (мадэль Everbilt № 889250EB12, памер адтуліны 5 × 5 см, 0,95 м × 100 м), каб прадухіліць доступ грызуноў і птушак, і размешчаны на паверхні глебы побач з глебавымі скрынямі для гнездавых скрынь. Гняздовая скрыня (Дадатковы малюнак 1a). Яйкі кукурузнага матылька збіралі штодня, збіраючы 30 трубачак з гнёздаў і пераводзячы іх у лабараторыю. Выкарыстоўваючы нажніцы, зрабіце надрэз на канцы трубкі, затым разбярыце спіральную трубку, каб адкрыць ячэйкі з расплодам. Асобныя яйкі і іх пылок выдалялі з дапамогай выгнутай лапаткі (набор інструментаў Microslide, BioQuip Products Inc., Каліфорнія). Яйкі інкубавалі на вільготнай фільтравальнай паперы і змяшчалі ў чашку Петры на 2 гадзіны перад выкарыстаннем у нашых эксперыментах (Дадатковыя малюнкі 1b-d).
У лабараторыі мы ацанілі пероральную таксічнасць шасці фунгіцыдаў, якія ўжываліся да і падчас цвіцення яблыні, у трох канцэнтрацыях (0,1X, 0,5X і 1X, дзе 1X - гэта доза, якая ўжываецца на 100 галонаў вады/акр. Высокая палявая доза = канцэнтрацыя ў полі). (Табліца 1). Кожная канцэнтрацыя паўтаралася 16 разоў (n = 16). Два кантактныя фунгіцыды (Табліца S1: манкозеб 2696,14 ppm і каптан 2875,88 ppm) і чатыры сістэмныя фунгіцыды (Табліца S1: пірытыастрабін 250,14 ppm; трыфлаксістрабін 110,06 ppm; міклабутанілазол 75,12 ppm; цыпрадыніл 280,845 ppm) аказалі таксічнасць для садавіны, гародніны і дэкаратыўных культур. Мы гамагенізавалі пылок з дапамогай млынка, перанеслі 0,20 г у лунку (24-лункавая пласціна Falcon) і дадалі і змяшалі 1 мкл раствора фунгіцыду для атрымання пірамідальнай пылка з лункамі глыбінёй 1 мм, у якія змяшчалі яйкі. Змяшчалі з дапамогай міні-лапаткі (Дадатковы малюнак 1c,d). Пласціны Falcon захоўвалі пры пакаёвай тэмпературы (25°C) і адноснай вільготнасці 70%. Мы параўналі іх з кантрольнымі лічынкамі, якія атрымлівалі аднастайную пылковую дыету, апрацаваную чыстай вадой. Мы фіксавалі смяротнасць і вымяралі вагу лічынак праз дзень, пакуль лічынкі не дасягнулі перадкукалковага ўзросту, выкарыстоўваючы аналітычныя вагі (Fisher Scientific, дакладнасць = 0,0001 г). Нарэшце, суадносіны палоў ацэньвалі шляхам адкрыцця кокана праз 2,5 месяца.
ДНК была выдзелена з цэлых лічынак O. cornifrons (n = 3 на ўмовы апрацоўкі, пылок, апрацаваны і неапрацаваны манкоцэбам), і мы правялі аналіз мікробнай разнастайнасці гэтых узораў, асабліва таму, што ў манкоцэба найбольшая смяротнасць назіралася ў лічынак, якія атрымлівалі MnZn. ДНК была ампліфікавана, ачышчана з выкарыстаннем набору DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kit (Zymo Research, Ірвайн, Каліфорнія) і секвенавана (600 цыклаў) на Illumina® MiSeq™ з выкарыстаннем набору v3. Мэтавае секвенаванне генаў бактэрыяльнай рыбасомнай РНК 16S было выканана з выкарыстаннем набору Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Ірвайн, Каліфорнія) з выкарыстаннем праймераў, накіраваных на вобласць V3-V4 гена 16S рРНК. Акрамя таго, 18S секвенаванне было выканана з выкарыстаннем 10% уключэння PhiX, і ампліфікацыя была выканана з выкарыстаннем пары праймераў 18S001 і NS4.
Імпартаваць і апрацаваць парныя счытванні39 з выкарыстаннем канвеера QIIME2 (v2022.11.1). Гэтыя счытванні былі абрэзаны і аб'яднаны, а хімерныя паслядоўнасці былі выдалены з дапамогай плагіна DADA2 у QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Прызначэнне класаў 16S і 18S было выканана з выкарыстаннем плагіна класіфікатара аб'ектаў Classify-sklearn і папярэдне навучанага артэфакта silva-138-99-nb-classifier.
Усе эксперыментальныя дадзеныя былі правераны на нармальнасць (тэст Шапіра-Уілкса) і аднастайнасць дысперсій (крытэрый Левена). Паколькі набор дадзеных не адпавядаў умовам параметрнага аналізу, і пераўтварэнне не змагло стандартызаваць рэшткі, мы правялі непараметрычны двухфактарны ANOVA (Крускала-Уоліса) з двума фактарамі [час (трохфазныя 2, 5 і 8-дзённыя кропкі часу) і фунгіцыд], каб ацаніць уплыў апрацоўкі на свежую вагу лічынак, а затым былі праведзены post hoc непараметрычныя парныя параўнанні з выкарыстаннем крытэрыя Уілксана. Мы выкарысталі абагульненую лінейную мадэль (GLM) з размеркаваннем Пуасона, каб параўнаць уплыў фунгіцыдаў на выжывальнасць пры трох канцэнтрацыях фунгіцыдаў41,42. Для аналізу дыферэнцыяльнай колькасці колькасць варыянтаў паслядоўнасці ампліконаў (ASV) была зведзена да ўзроўню роду. Параўнанні дыферэнцыяльнай колькасці паміж групамі з выкарыстаннем 16S (узровень роду) і адноснай колькасці 18S былі праведзены з выкарыстаннем абагульненай адытыўнай мадэлі для становішча, маштабу і формы (GAMLSS) з размеркаваннем сямействаў з бэта-нулём завышаным узроўнем (BEZI), якія былі мадэляваны на макра. у мікрабіёме R43 (v1.1). 1). Выдаліце мітахондрыяльныя і хларапластныя віды перад дыферэнцыяльным аналізам. З-за розных таксанамічных узроўняў 18S для дыферэнцыяльнага аналізу выкарыстоўваўся толькі самы нізкі ўзровень кожнага таксона. Усе статыстычныя аналізы былі выкананы з выкарыстаннем R (v. 3.4.3., праект CRAN) (Каманда 2013).
Уздзеянне манкозебу, пірытыястрабіну і трыфлаксістрабіну значна знізіла прырост масы цела ў O. cornifrons (мал. 1). Гэтыя эфекты паслядоўна назіраліся для ўсіх трох ацэненых доз (мал. 1a–c). Цыкластрабін і міклабутаніл не прывялі да істотнага зніжэння масы лічынак.
Сярэдняя свежая маса лічынак сцябловага матылька, вымераная ў тры моманты часу пры чатырох варыянтах дыеты (аднароднае пылковае харчаванне + фунгіцыд: кантроль, дозы 0,1X, 0,5X і 1X). (a) Нізкая доза (0,1X): першы момант часу (1-ы дзень): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, другі момант часу (5-ы дзень): 22,83, DF = 0,0009; трэці момант часу; пункт (8-ы дзень): χ2: 28,39, DF = 6; (b) палова доза (0,5X): першы момант часу (1-ы дзень): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, другі момант часу (першы дзень): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; трэці момант часу (8-ы дзень) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Месца ўвядзення або поўная доза (1X): першы момант часу (1-ы дзень) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, другі момант часу (5-ы дзень): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; трэці момант часу (8-ы дзень): χ2: 28,39, DF = 6; непараметрычны дысперсійны аналіз. Слупкі прадстаўляюць сярэдняе ± стандартная памылка парных параўнанняў (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Пры найменшай дозе (0,1X) маса цела лічынак знізілася на 60% пры ўжыванні трыфлаксістрабіну, на 49% пры ўжыванні манкозебу, на 48% пры ўжыванні міклабутанілу і на 46% пры ўжыванні пірытыстрабіну (мал. 1a). Пры ўздзеянні паловы палявой дозы (0,5X) маса цела лічынак манкозебу знізілася на 86%, пірытыястрабіну — на 52%, а трыфлаксістрабіну — на 50% (мал. 1b). Поўная палявая доза (1X) манкозебу знізіла масу лічынак на 82%, пірытыястрабіну — на 70%, а трыфлаксістрабіну, міклабутанілу і сангарду — прыблізна на 30% (мал. 1c).
Найвышэйшая смяротнасць была сярод лічынак, якія атрымлівалі пылок, апрацаваны манкозебам, за імі ішлі пірытыястрабін і трыфлаксістрабін. Смяротнасць павялічвалася са павелічэннем доз манкозеба і пірытызаліну (мал. 2; табліца 2). Аднак смяротнасць кукурузнага матылька павялічвалася толькі нязначна па меры павелічэння канцэнтрацыі трыфлаксістрабіну; цыпрадыніл і каптан не павялічвалі смяротнасць істотна ў параўнанні з кантрольнымі прэпаратамі.
Смяротнасць лічынак чысцільца параўноўвалі пасля праглынання пылка, апрацаванага асобна шасцю рознымі фунгіцыдамі. Манкоцэб і пентапірамід былі больш адчувальныя да пероральнага ўздзеяння лічынак кукурузы (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (лінія, нахіл = 0,29, P < 0,001; нахіл = 0,24, P < 0,00)).
У сярэднім, ва ўсіх групах лячэння 39,05% пацыентаў складалі жанчыны, а 60,95% — мужчыны. Сярод кантрольнай групы доля жанчын складала 40% як у даследаваннях з нізкай дозай (0,1X), так і ў паловай дозе (0,5X), і 30% у даследаваннях з палявой дозай (1X). Пры дозе 0,1X сярод лічынак, якія сілкаваліся пылком і атрымлівалі манкозеб і міклабутаніл, 33,33% дарослых асобін складалі самкі, 22% дарослых — самкі, 44% дарослых лічынак — самкі, 44% дарослых лічынак — самкі, 41% дарослых лічынак — самкі, а ў кантрольнай групе — 31% (мал. 3a). Пры дозе, у 0,5 раза большай, 33% дарослых чарвякоў у групе манкозебу і пірытыястрабіну складалі самкі, 36% у групе трыфлаксістрабіну, 41% у групе міклабутанілу і 46% у групе цыпрастрабіну. Гэты паказчык склаў 53% у групе каптану і 38% у кантрольнай групе (мал. 3b). Пры дозе 1X жанчыны складалі 30% у групе манкозебу, 36% у групе пірытыястрабіну, 44% у групе трыфлаксістрабіну, 38% у групе міклабутанілу і 50% у кантрольнай групе — 38,5% (мал. 3c).
Працэнт самак і самцоў шрыфтоў пасля ўздзеяння фунгіцыдаў на лічынкавай стадыі. (a) Нізкая доза (0,1X). (b) Палова доза (0,5X). (c) Палявая доза або поўная доза (1X).
Аналіз 16S-секвенавання паказаў, што бактэрыяльная група адрознівалася паміж лічынкамі, якія карміліся пылком, апрацаваным манкоцэбам, і лічынкамі, якія карміліся неапрацаваным пылком (мал. 4a). Мікробны індэкс неапрацаваных лічынак, якія карміліся пылком, быў вышэйшы, чым у лічынак, якія карміліся пылком, апрацаваным манкоцэбам (мал. 4b). Нягледзячы на тое, што назіраная розніца ў багацці паміж групамі не была статыстычна значнай, яна была значна ніжэйшай, чым назіралася ў лічынак, якія карміліся неапрацаваным пылком (мал. 4c). Адносная колькасць паказала, што мікрабіёта лічынак, якія карміліся кантрольным пылком, была больш разнастайнай, чым у лічынак, якія карміліся лічынкамі, апрацаванымі манкоцэбам (мал. 5a). Апісальны аналіз паказаў наяўнасць 28 родаў у кантрольных і апрацаваных манкоцэбам узорах (мал. 5b). c Аналіз з выкарыстаннем 18S-секвенавання не выявіў істотных адрозненняў (дадатковы малюнак 2).
Профілі SAV, заснаваныя на паслядоўнасцях 16S, параўноўваліся з багаццем Шэнана і назіраным багаццем на ўзроўні тыпу. (a) Аналіз галоўных каардынат (PCoA) на аснове агульнай структуры мікробнай супольнасці ў лічынак, якія атрымлівалі неапрацаваную пылок або кантрольную групу (сіні колер), і лічынак, якія атрымлівалі манкоцэб (аранжавы колер). Кожная кропка дадзеных прадстаўляе асобны ўзор. PCoA быў разлічаны з выкарыстаннем адлегласці Брэя-Керціса шматмернага t-размеркавання. Авалы прадстаўляюць 80% узровень даверу. (b) Блокавая дыяграма, неапрацаваныя дадзеныя аб багацці Шэнана (кропкі) і c. Назіранае багацце. Блокавыя дыяграмы паказваюць блокі для медыяны, міжквартыльнага дыяпазону (IQR) і 1,5 × IQR (n = 3).
Склад мікробных супольнасцей лічынак, якія сілкаваліся пылком, апрацаваным і неапрацаваным манкоцэбам. (а) Адносная колькасць мікробных родаў у лічынак. (б) Цеплавая карта выяўленых мікробных супольнасцей. Delftia (каэфіцыент шанцаў (OR) = 0,67, P = 0,0030) і Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Радкі цеплавой карты кластарызаваны з выкарыстаннем карэляцыйнай адлегласці і сярэдняй звязнасці.
Нашы вынікі паказваюць, што пероральное ўздзеянне кантактных (манкозеб) і сістэмных (пірастрабін і трыфлаксістрабін) фунгіцыдаў, якія шырока ўжываліся падчас красавання, значна знізіла прырост вагі і павялічыла смяротнасць лічынак кукурузы. Акрамя таго, манкозеб значна знізіў разнастайнасць і багацце мікрабіёма падчас перадкукалкі. Міклабутаніл, яшчэ адзін сістэмны фунгіцыд, значна знізіў прырост вагі цела лічынак пры ўсіх трох дозах. Гэты эфект быў відавочны на другім (5-ы дзень) і трэцім (8-ы дзень) этапах часу. Наадварот, цыпрадыніл і каптан не знізілі істотна прырост вагі або выжывальнасць у параўнанні з кантрольнай групай. Наколькі нам вядома, гэтая праца з'яўляецца першай, якая вызначае ўплыў палявых доз розных фунгіцыдаў, якія выкарыстоўваюцца для абароны пасеваў кукурузы шляхам непасрэднага ўздзеяння пылка.
Усе апрацоўкі фунгіцыдамі значна знізілі прырост масы цела ў параўнанні з кантрольнымі апрацоўкамі. Манкозеб аказаў найбольшы ўплыў на прырост масы цела лічынак са сярэднім зніжэннем на 51%, за ім ішоў пірытыастрабін. Аднак іншыя даследаванні не паведамлялі пра неспрыяльныя эфекты палявых доз фунгіцыдаў на лічынкавыя стадыі44. Нягледзячы на тое, што біяцыды дытыакарбамату, як было паказана, маюць нізкую вострую таксічнасць45, этыленбісдытыакарбаматы (EBDCS), такія як манкозеб, могуць раскладацца да мачавіны этыленсульфіду. Улічваючы яго мутагенныя эфекты ў іншых жывёл, гэты прадукт раскладання можа быць адказным за назіраныя эфекты46,47. Папярэднія даследаванні паказалі, што на ўтварэнне этылентыамачавіны ўплываюць такія фактары, як падвышаная тэмпература48, узровень вільготнасці49 і працягласць захоўвання прадукту50. Правільныя ўмовы захоўвання біяцыдаў могуць паменшыць гэтыя пабочныя эфекты. Акрамя таго, Еўрапейскае агенцтва па бяспецы харчовых прадуктаў выказала занепакоенасць з нагоды таксічнасці пірытыапіду, які, як было паказана, з'яўляецца канцэрагенным для стрававальнай сістэмы іншых жывёл51.
Пероральнае ўвядзенне манкозебу, пірытыастрабіну і трыфлаксістрабіну павялічвае смяротнасць лічынак кукурузнага матылька. Наадварот, міклабутаніл, цыпрацыклін і каптан не паўплывалі на смяротнасць. Гэтыя вынікі адрозніваюцца ад вынікаў Ладурнера і інш.52, якія паказалі, што каптан значна зніжае выжывальнасць дарослых O. lignaria і Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Акрамя таго, было выяўлена, што фунгіцыды, такія як каптан і боскалід, выклікаюць смяротнасць лічынак52,53,54 або змяняюць харчовыя паводзіны55. Гэтыя змены, у сваю чаргу, могуць паўплываць на пажыўную якасць пылка і, у канчатковым выніку, на прырост энергіі лічынкавай стадыі. Смяротнасць, якая назіралася ў кантрольнай групе, адпавядала іншым даследаванням 56,57.
Суадносіны палоў, якія аддаюць перавагу самцам і якія назіраюцца ў нашай працы, можна растлумачыць такімі фактарамі, як недастатковае спарванне і дрэнныя ўмовы надвор'я падчас цвіцення, як раней меркавалі Вісенс і Бош для O. cornuta. Нягледзячы на тое, што ў самак і самцоў у нашым даследаванні было чатыры дні для спарвання (перыяд, які звычайна лічыцца дастатковым для паспяховага спарвання), мы наўмысна знізілі інтэнсіўнасць святла, каб мінімізаваць стрэс. Аднак гэтая мадыфікацыя можа ненаўмысна перашкодзіць працэсу спарвання61. Акрамя таго, пчолы некалькі дзён сутыкаюцца з неспрыяльнымі ўмовамі надвор'я, у тым ліку дажджом і нізкімі тэмпературамі (<5°C), што таксама можа негатыўна паўплываць на поспех спарвання4,23.
Нягледзячы на тое, што наша даследаванне было сканцэнтравана на ўсім мікрабіёме лічынак, нашы вынікі даюць уяўленне аб патэнцыйных узаемасувязях паміж бактэрыяльнымі супольнасцямі, якія могуць мець вырашальнае значэнне для харчавання пчол і ўздзеяння фунгіцыдаў. Напрыклад, у лічынак, якія карміліся пылком, апрацаваным манкоцэбам, структура і колькасць мікробнай супольнасці былі значна меншымі ў параўнанні з лічынкамі, якія карміліся неапрацаванай пылком. У лічынак, якія спажывалі неапрацаваны пылок, дамінавалі бактэрыяльныя групы Proteobacteria і Actynobacteria, якія былі пераважна аэробнымі або факультатыўна аэробнымі. Вядома, што бактэрыі Delft, якія звычайна асацыююцца з адзінкавымі відамі пчол, валодаюць антыбіётычнай актыўнасцю, што сведчыць аб патэнцыйнай ахоўнай ролі супраць патагенаў. Іншы від бактэрый, Pseudomonas, быў багаты ў лічынак, якія карміліся неапрацаванай пылком, але значна меншы ў лічынак, апрацаваных манкоцэбам. Нашы вынікі пацвярджаюць папярэднія даследаванні, якія вызначылі Pseudomonas як адзін з найбольш распаўсюджаных родаў у O. bicornis35 і іншых адзіночных вос34. Нягледзячы на тое, што эксперыментальныя доказы ролі Pseudomonas у здароўі O. cornifrons не вывучаліся, было паказана, што гэтая бактэрыя спрыяе сінтэзу ахоўных таксінаў у жука Paederus fuscipes і спрыяе метабалізму аргініну in vitro 35, 65. Гэтыя назіранні сведчаць аб патэнцыйнай ролі ў віруснай і бактэрыяльнай абароне падчас развіцця лічынак O. cornifrons. Microbacterium - гэта яшчэ адзін род, ідэнтыфікаваны ў нашым даследаванні, які, як паведамляецца, прысутнічае ў вялікай колькасці ў лічынках чорнай мухі-салдаціка ва ўмовах галадання 66. У лічынак O. cornifrons мікрабактэрыі могуць спрыяць балансу і ўстойлівасці кішачнага мікрабіёма ва ўмовах стрэсу. Акрамя таго, Rhodococcus сустракаецца ў лічынках O. cornifrons і вядомы сваімі здольнасцямі да дэтоксікацыі 67. Гэты род таксама сустракаецца ў кішачніку A. florea, але ў вельмі нізкай колькасці 68. Нашы вынікі дэманструюць наяўнасць некалькіх генетычных варыяцый у шматлікіх мікробных таксонах, якія могуць змяняць метабалічныя працэсы ў лічынак. Аднак неабходна лепшае разуменне функцыянальнай разнастайнасці O. cornifrons.
Карацей кажучы, вынікі паказваюць, што манкозеб, пірытыастрабін і трыфлаксістрабін зніжаюць прырост масы цела і павялічваюць смяротнасць лічынак кукурузнага матылька. Нягледзячы на ўсё большую заклапочанасць з нагоды ўздзеяння фунгіцыдаў на апыляльнікаў, існуе неабходнасць лепшага разумення ўздзеяння рэшткавых метабалітаў гэтых злучэнняў. Гэтыя вынікі могуць быць уключаны ў рэкамендацыі па інтэграваных праграмах кіравання апыляльнікамі, якія дапамагаюць фермерам пазбягаць выкарыстання пэўных фунгіцыдаў да і падчас цвіцення пладовых дрэў шляхам выбару фунгіцыдаў і змены часу іх унясення або шляхам заахвочвання выкарыстання менш шкодных альтэрнатыў 36. Гэтая інфармацыя важная для распрацоўкі рэкамендацый па выкарыстанні пестыцыдаў, такіх як карэкціроўка існуючых праграм апырсквання і змена часу апырсквання пры выбары фунгіцыдаў або заахвочванне выкарыстання менш небяспечных альтэрнатыў. Неабходныя далейшыя даследаванні неспрыяльнага ўздзеяння фунгіцыдаў на суадносіны палоў, харчовыя паводзіны, мікрабіём кішачніка і малекулярныя механізмы, якія ляжаць у аснове страты вагі і смяротнасці кукурузнага матылька.
Зыходныя дадзеныя 1, 2 і 3 на малюнках 1 і 2 былі размешчаны ў рэпазітарыі дадзеных figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 і https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Паслядоўнасці, прааналізаваныя ў бягучым даследаванні (мал. 4, 5), даступныя ў рэпазітарыі NCBI SRA пад нумарам доступу PRJNA1023565.
Bosch, J. і Kemp, WP. Развіццё і ўкараненне відаў меданосных пчол як апыляльнікаў сельскагаспадарчых культур: прыклад роду Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) і пладовых дрэў. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Паркер, М. Г. і інш. Практыка апылення і ўспрыманне альтэрнатыўных апыляльнікаў сярод вытворцаў яблыкаў у Нью-Ёрку і Пенсільваніі. абнаўленне. Сельская гаспадарка. Харчовыя сістэмы. 35, 1–14 (2020).
Кох І., Лонсдорф Э.В., Арц Д.Р., Пітс-Сінгер Т.Л. і Рыкетс Т.Х. Экалогія і эканоміка апылення міндаля з выкарыстаннем мясцовых пчол. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Лі, Э., Хе, Ю. і Парк, Ю.-Л. Уплыў змены клімату на феналогію трагапана: наступствы для кіравання папуляцыяй. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Арц, Д.Р. і Пітс-Сінгер, Т.Л. Уплыў фунгіцыдаў і ад'ювантаў на гнездавыя паводзіны дзвюх адзіночных пчол (Osmia lignaria і Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. і інш. Нізкатаксічны фунгіцыд для сельскагаспадарчых культур (фенбуканазол) перашкаджае сігналам рэпрадуктыўнай якасці самцоў, што прыводзіць да зніжэння паспяховасці спарвання ў дзікіх адзіночных пчол. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Сголастра Ф. і інш. Неонікатыноідныя інсектыцыды і біясінтэз эргастэролу падаўляе сінергічную смяротнасць фунгіцыдаў у трох відаў пчол. Барацьба з шкоднікамі. Навука. 73, 1236–1243 (2017).
Кунеман Дж. Г., Гілунг Дж., Ван Дэйк М. Т., Фордайс Р. Ф. і Дэнфарт Б. Н. Адзіночныя лічынкі вос змяняюць бактэрыяльную разнастайнасць, якая пастаўляецца пылком пчолам, якія гняздуюцца на сцябле. Osmia cornifrons (Megachilidae). пярэдні план. мікраарганізм. 13, 1057626 (2023).
Дхарампал П.С., Дэнфарт Б.Н. і Стэфан С.А. Эктасімбіятычныя мікраарганізмы ў ферментаванай пылку гэтак жа важныя для развіцця адзіночных пчол, як і сам пылок. экалогія. эвалюцыя. 12. e8788 (2022).
Кельдэрэр М., Манічы Л.М., Капута Ф. і Тальхаймер М. Міжрадная пасадка ў яблыневых садах для кантролю хвароб перасеву: практычнае даследаванне эфектыўнасці на аснове мікробных паказчыкаў. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Марцін П.Л., Краўчык Т., Хадададзі Ф., Ахімовіч С.Г. і Пітэр К.А. Горкая гніль яблыкаў у сярэднеатлантычнай частцы ЗША: ацэнка відаў-узбуджальнікаў і ўплыў рэгіянальных умоў надвор'я і ўспрымальнасці гатункаў. Фітапаталогія 111, 966–981 (2021).
Кален М. Г., Томпсан Л. Дж., Кэралан Дж. К., Стаўт Дж. К. і Стэнлі Д. А. Фунгіцыды, гербіцыды і пчолы: сістэматычны агляд існуючых даследаванняў і метадаў. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Пілінг, Э. Д. і Джэпсан, П. К. Сінергічны эфект фунгіцыдаў EBI і пірэтроідных інсектыцыдаў на меданосных пчол (Apis mellifera). Шкоднікі ў навуцы. 39, 293–297 (1993).
Мусэн, Э.К., Лопес, Дж.Э. і Пэн, К.Ю. Уплыў асобных фунгіцыдаў на рост і развіццё лічынак меданосных пчол Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Серада. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Ван Дайк, М., Мален, Э., Уікстэд, Д. і МакАрт, С. Кіраўніцтва па прыняцці рашэнняў па выкарыстанні пестыцыдаў для абароны апыляльнікаў у садаводчых культурах (Карнельскі ўніверсітэт, 2018).
Івасакі, Дж. М. і Хогендорн, К. Уздзеянне непестыцыдаў на пчол: агляд метадаў і апублікаваных вынікаў. Сельская гаспадарка. Экасістэма. Серада. 314, 107423 (2021).
Копіт А.М., Клінгер Э., Кокс-Фостэр Д.Л., Рамірэс Р.А. і Пітс-Сінгер Т.Л. Уплыў тыпу харчавання і ўздзеяння пестыцыдаў на развіццё лічынак Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Серада. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Копіт А.М. і Пітс-Сінгер Т.Л. Шляхі ўздзеяння пестыцыдаў на адзіночных пчол, якія жывуць у пустых гнёздах. Серада. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Пан, Н. Т. і інш. Новы пратакол біялагічнага аналізу пры праглынанні для ацэнкі таксічнасці пестыцыдаў у дарослых японскіх садовых пчол (Osmia cornifrons). навука. Справаздачы 10, 9517 (2020).
Час публікацыі: 14 мая 2024 г.