Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru cele mai bune rezultate, vă recomandăm să utilizați o versiune mai nouă a browserului dvs. (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, afișăm site-ul fără stilizare sau JavaScript.
Fungicidele sunt adesea utilizate în timpul înfloririi fructelor pomilor și pot amenința polenizatorii insecte. Cu toate acestea, se cunosc puține lucruri despre modul în care polenizatorii non-albine (de exemplu, albinele solitare, Osmia cornifrons) răspund la fungicidele de contact și sistemice utilizate în mod obișnuit la meri în timpul înfloririi. Această lacună în cunoștințe limitează deciziile de reglementare care determină concentrațiile sigure și momentul pulverizării fungicidelor. Am evaluat efectele a două fungicide de contact (captan și mancozeb) și a patru fungicide interstrat/fitosistem (ciprociclină, miclobutanil, pirostrobină și trifloxistrobină). Efecte asupra creșterii în greutate a larvelor, supraviețuirii, raportului de sexe și diversității bacteriene. Evaluarea a fost efectuată utilizând un biotest oral cronic în care polenul a fost tratat în trei doze pe baza dozei recomandate în prezent pentru utilizare pe câmp (1X), jumătate de doză (0,5X) și doză mică (0,1X). Toate dozele de mancozeb și piritisolină au redus semnificativ greutatea corporală și supraviețuirea larvelor. Apoi am secvențiat gena 16S pentru a caracteriza bacteriomul larvar al mancozebului, fungicidul responsabil pentru cea mai mare mortalitate. Am constatat că diversitatea și abundența bacteriană au fost semnificativ reduse la larvele hrănite cu polen tratat cu mancozeb. Rezultatele noastre de laborator indică faptul că pulverizarea unora dintre aceste fungicide în timpul înfloririi este deosebit de dăunătoare sănătății O. cornifrons. Aceste informații sunt relevante pentru deciziile viitoare de gestionare privind utilizarea durabilă a produselor de protecție a pomilor fructiferi și servesc drept bază pentru procesele de reglementare care vizează protejarea polenizatorilor.
Albina zidar solitară Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) a fost introdusă în Statele Unite din Japonia la sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, iar specia a jucat un rol important de polenizare în ecosistemele gestionate de atunci. Populațiile naturalizate ale acestei albine fac parte din aproximativ 50 de specii de albine sălbatice care completează albinele care polenizează livezile de migdali și meri din Statele Unite2,3. Albinele zidar se confruntă cu numeroase provocări, inclusiv fragmentarea habitatului, agenții patogeni și pesticidele3,4. Printre insecticide, fungicidele reduc câștigul de energie, căutarea de hrană5 și condiționarea corporală6,7. Deși cercetări recente sugerează că sănătatea albinelor zidar este influențată direct de microorganismele comensale și ectobacterice8,9, deoarece bacteriile și fungii pot influența nutriția și răspunsurile imune, efectele expunerii la fungicide asupra diversității microbiene a albinelor zidar abia încep să fie studiate.
Fungicidele cu diverse efecte (de contact și sistemice) sunt pulverizate în livezi înainte și în timpul înfloririi pentru a trata boli precum scabia mărului, putregaiul amar, putregaiul brun și făinarea praf10,11. Fungicidele sunt considerate inofensive pentru polenizatori, așa că sunt recomandate grădinarilor în perioada de înflorire; Expunerea și ingerarea acestor fungicide de către albine sunt relativ bine cunoscute, deoarece fac parte din procesul de înregistrare a pesticidelor de către Agenția pentru Protecția Mediului din SUA și multe alte agenții naționale de reglementare12,13,14. Cu toate acestea, efectele fungicidelor asupra non-albinelor sunt mai puțin cunoscute, deoarece nu sunt necesare în temeiul acordurilor de autorizare de comercializare din Statele Unite15. În plus, în general nu există protocoale standardizate pentru testarea albinelor individuale16,17, iar menținerea coloniilor care furnizează albine pentru testare este o provocare18. Studiile pe diferite albine gestionate sunt efectuate din ce în ce mai mult în Europa și SUA pentru a studia efectele pesticidelor asupra albinelor sălbatice, iar recent au fost dezvoltate protocoale standardizate pentru O. cornifrons19.
Albinele cu coarne sunt monocite și sunt utilizate comercial în culturile de crap ca supliment sau înlocuitor pentru albinele melifere. Aceste albine ies la suprafață între martie și aprilie, masculii precoci ieșind la suprafață cu trei până la patru zile înaintea femelelor. După împerechere, femela colectează activ polen și nectar pentru a furniza o serie de celule de puiet în cavitatea tubulară a cuibului (naturală sau artificială)1,20. Ouăle sunt depuse pe polenul din interiorul celulelor; femela construiește apoi un zid de lut înainte de a pregăti următoarea celulă. Larvele din primul stadiu sunt închise în corion și se hrănesc cu fluide embrionare. Din al doilea până în al cincilea stadiu (prepupă), larvele se hrănesc cu polen22. Odată ce rezerva de polen este complet epuizată, larvele formează coconi, se transformă în pupe și ies la suprafață ca adulți în aceeași cameră de puiet, de obicei la sfârșitul verii20,23. Adulții ies la suprafață în primăvara următoare. Supraviețuirea adulților este asociată cu un câștig net de energie (creștere în greutate) bazat pe aportul de alimente. Astfel, calitatea nutrițională a polenului, precum și alți factori precum vremea sau expunerea la pesticide, sunt factori determinanți ai supraviețuirii și sănătății24.
Insecticidele și fungicidele aplicate înainte de înflorire se pot mișca în vascularizația plantei în grade diferite, de la translaminare (de exemplu, se pot deplasa de la suprafața superioară a frunzelor la suprafața inferioară, ca unele fungicide)25 până la efecte cu adevărat sistemice. Insecticidele, care pot penetra coroana de la rădăcini, pot intra în nectarul florilor de măr26, unde pot ucide O. cornifrons adulte27. Unele pesticide se infiltrează și în polen, afectând dezvoltarea larvelor de porumb și provocând moartea acestora19. Alte studii au arătat că unele fungicide pot modifica semnificativ comportamentul de cuibărit al speciei înrudite O. lignaria28. În plus, studiile de laborator și de teren care simulează scenarii de expunere la pesticide (inclusiv fungicide) au arătat că pesticidele afectează negativ fiziologia22, morfologia29 și supraviețuirea albinelor melifere și a unor albine solitare. Diverse spray-uri fungicide aplicate direct pe florile deschise în timpul înfloririi pot contamina polenul colectat de adulți pentru dezvoltarea larvelor, ale căror efecte rămân de studiat30.
Este din ce în ce mai recunoscut faptul că dezvoltarea larvară este influențată de polen și comunitățile microbiene ale sistemului digestiv. Microbiomul albinei influențează parametri precum masa corporală31, modificările metabolice22 și susceptibilitatea la agenți patogeni32. Studiile anterioare au examinat influența stadiului de dezvoltare, a nutrienților și a mediului asupra microbiomului albinelor solitare. Aceste studii au relevat similarități în structura și abundența microbiomului larvar și al polenului33, precum și a celor mai comune genuri bacteriene Pseudomonas și Delftia, în rândul speciilor de albine solitare. Cu toate acestea, deși fungicidele au fost asociate cu strategii de protejare a sănătății albinelor, efectele fungicidelor asupra microbiotei larvare prin expunere orală directă rămân neexplorate.
Acest studiu a testat efectele dozelor practice din șase fungicide utilizate în mod obișnuit, înregistrate pentru utilizare pe pomi fructiferi în Statele Unite, inclusiv fungicide de contact și sistemice administrate oral larvelor de molii de porumb din alimente contaminate. Am constatat că fungicidele de contact și sistemice au redus creșterea în greutate a albinelor și au crescut mortalitatea, cele mai severe efecte fiind asociate cu mancozeb și piritiopidă. Apoi, am comparat diversitatea microbiană a larvelor hrănite cu dieta cu polen tratată cu mancozeb cu cele ale larvelor hrănite cu dieta de control. Discutăm mecanismele potențiale care stau la baza mortalității și implicațiile pentru programele de gestionare integrată a dăunătorilor și polenizatorilor (IPPM)36.
Coconii adulți de O. cornifrons care iernează în coconi au fost obținuți de la Centrul de Cercetare a Fructelor, Biglerville, PA, și depozitați la -3 până la 2°C (±0,3°C). Înainte de experiment (600 de coconi în total). În mai 2022, 100 de coconi de O. cornifrons au fost transferați zilnic în pahare de plastic (50 de coconi per pahar, DI 5 cm × 15 cm lungime) și s-au plasat șervețele umede în interiorul paharelor pentru a facilita deschiderea și a oferi un substrat masticabil, reducând stresul asupra albinelor pietroase37. Se așează două pahare de plastic conținând coconi într-o cușcă de insecte (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) cu hrănitoare de 10 ml conținând soluție de zaharoză 50% și se depozitează timp de patru zile pentru a asigura închiderea și împerecherea. 23°C, umiditate relativă 60%, fotoperioadă 10 l (intensitate scăzută): 14 zile. 100 de femele și masculi împerecheați au fost eliberați în fiecare dimineață, timp de șase zile (100 pe zi) în două cuiburi artificiale în timpul perioadei de vârf de înflorire a mărului (cuib capcană: lățime 33,66 × înălțime 30,48 × lungime 46,99 cm; Figura suplimentară 1). Plasați la Arboretumul Statului Pennsylvania, lângă cireș (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), piersic (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), păr (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), măr coronaria (Malus coronaria) și numeroase soiuri de meri (Malus coronaria, Malus), măr domestic 'Co-op 30′ Enterprise™, măr Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonie 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy'). Fiecare căsuță de păsări din plastic albastru se potrivește deasupra a două cutii de lemn. Fiecare cutie cuib conținea 800 de tuburi goale de hârtie kraft (deschise în spirală, 0,8 cm ID × 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) introduse în tuburi opace de celofan (0,7 OD, vezi Dopurile de plastic (dopuri T-1X) oferă locuri de cuibărit.
Ambele cuiburi erau orientate spre est și erau acoperite cu garduri de grădină din plastic verde (model Everbilt #889250EB12, dimensiunea deschiderii 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) pentru a preveni accesul rozătoarelor și păsărilor și au fost așezate la suprafața solului lângă cuiburile de pământ. Cuib (Figura suplimentară 1a). Ouăle de sfredelitor de porumb au fost colectate zilnic prin colectarea a 30 de tuburi din cuiburi și transportarea lor la laborator. Folosind o foarfecă, se face o tăietură la capătul tubului, apoi se dezasambla tubul spiralat pentru a expune celulele de puiet. Ouăle individuale și polenul lor au fost îndepărtate folosind o spatulă curbată (kit de instrumente Microslide, BioQuip Products Inc., California). Ouăle au fost incubate pe hârtie de filtru umedă și plasate într-o placă Petri timp de 2 ore înainte de a fi utilizate în experimentele noastre (Figura suplimentară 1b-d).
În laborator, am evaluat toxicitatea orală a șase fungicide aplicate înainte și în timpul înfloririi mărului la trei concentrații (0,1X, 0,5X și 1X, unde 1X este valoarea aplicată la 100 de galoane de apă/acru. Doza mare pe câmp = concentrația în câmp). , Tabelul 1). Fiecare concentrație a fost repetată de 16 ori (n = 16). Două fungicide de contact (Tabelul S1: mancozeb 2696,14 ppm și captan 2875,88 ppm) și patru fungicide sistemice (Tabelul S1: piritiostrobină 250,14 ppm; trifloxistrobină 110,06 ppm; miclobutanil azol 75,12 ppm; ciprodinil 280,845 ppm) au demonstrat toxicitatea asupra fructelor, legumelor și culturilor ornamentale. Am omogenizat polenul folosind o mașină de tocat, am transferat 0,20 g într-un godeu (placă Falcon cu 24 de godeuri) și am adăugat și amestecat 1 μL de soluție fungicidă pentru a forma polen piramidal cu godeuri adânci de 1 mm în care au fost plasate ouăle. Plasarea a avut loc folosind o mini-spatulă (Figura suplimentară 1c,d). Plăcile Falcon au fost depozitate la temperatura camerei (25°C) și 70% umiditate relativă. Le-am comparat cu larvele de control hrănite cu o dietă omogenă cu polen tratată cu apă pură. Am înregistrat mortalitatea și am măsurat greutatea larvară o dată la două zile, până când larvele au atins vârsta prepupală, folosind o balanță analitică (Fisher Scientific, precizie = 0,0001 g). În final, raportul de sexe a fost evaluat prin deschiderea coconului după 2,5 luni.
ADN-ul a fost extras din larve întregi de O. cornifrons (n = 3 per condiție de tratament, polen tratat cu mancozeb și netratat) și am efectuat analize de diversitate microbiană pe aceste probe, în special pentru că la mancozeb cea mai mare mortalitate a fost observată la larvele care au primit MnZn. ADN-ul a fost amplificat, purificat folosind kitul DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) și secvențiat (600 de cicluri) pe un Illumina® MiSeq™ folosind kitul v3. Secvențierea țintită a genelor ARN ribozomal bacteriene 16S a fost efectuată folosind kitul Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) folosind primeri care vizează regiunea V3-V4 a genei ARNr 16S. În plus, secvențierea 18S a fost efectuată folosind incluziunea PhiX de 10%, iar amplificarea a fost realizată folosind perechea de primeri 18S001 și NS4.
Importați și procesați citirile pereche39 folosind canalul QIIME2 (v2022.11.1). Aceste citiri au fost decupate și îmbinate, iar secvențele himerice au fost eliminate folosind pluginul DADA2 din QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Atribuirile claselor 16S și 18S au fost efectuate folosind pluginul clasificatorului de obiecte Classify-sklearn și artefactul pre-antrenat silva-138-99-nb-classifier.
Toate datele experimentale au fost verificate pentru normalitate (Shapiro-Wilks) și omogenitate a varianțelor (testul Levene). Deoarece setul de date nu a îndeplinit ipotezele analizei parametrice și transformarea nu a reușit să standardizeze reziduurile, am efectuat o analiză ANOVA bidirecțională nonparametrică (Kruskal-Wallis) cu doi factori [timp (puncte de timp trifazice de 2, 5 și 8 zile) și fungicid] pentru a evalua efectul tratamentului asupra greutății proaspete a larvelor, apoi s-au efectuat comparații post-hoc nonparametrice pe perechi utilizând testul Wilcoxon. Am utilizat un model liniar generalizat (GLM) cu o distribuție Poisson pentru a compara efectele fungicidelor asupra supraviețuirii în trei concentrații de fungicid41,42. Pentru analiza abundenței diferențiale, numărul de variante de secvență de amplicon (ASV) a fost restrâns la nivel de gen. Comparațiile abundenței diferențiale între grupuri utilizând 16S (nivel de gen) și abundența relativă a 18S au fost efectuate utilizând un model aditiv generalizat pentru poziție, scară și formă (GAMLSS) cu distribuții familiale beta zero-inflatate (BEZI), care au fost modelate pe o macrocomandă . în Microbiomul R43 (v1.1). 1). Îndepărtați speciile mitocondriale și cloroplastice înainte de analiza diferențială. Din cauza nivelurilor taxonomice diferite ale 18S, doar cel mai scăzut nivel al fiecărui taxon a fost utilizat pentru analizele diferențiale. Toate analizele statistice au fost efectuate utilizând R (v. 3.4.3., proiectul CRAN) (Echipa 2013).
Expunerea la mancozeb, piritiostrobin și trifloxistrobin a redus semnificativ creșterea în greutate corporală la O. cornifrons (Fig. 1). Aceste efecte au fost observate în mod constant pentru toate cele trei doze evaluate (Fig. 1a-c). Ciclostrobina și miclobutanilul nu au redus semnificativ greutatea larvelor.
Greutatea medie proaspătă a larvelor de gărgăriță a tulpinilor, măsurată la trei momente în cadrul a patru tratamente alimentare (hrană omogenă cu polen + fungicid: control, doze 0,1X, 0,5X și 1X). (a) Doză mică (0,1X): primul moment (ziua 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, al doilea moment (ziua 5): 22,83, DF = 0,0009; al treilea moment (ziua 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) jumătate de doză (0,5X): primul moment (ziua 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, al doilea moment (ziua unu): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; Al treilea moment (ziua 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Loc de administrare sau doză completă (1X): primul moment (ziua 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, al doilea moment (ziua 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; al treilea moment (ziua 8): χ2: 28,39, DF = 6; analiză neparametrică a varianței. Barele reprezintă media ± SE a comparațiilor perechi (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
La cea mai mică doză (0,1X), greutatea corporală a larvelor a fost redusă cu 60% cu trifloxistrobin, 49% cu mancozeb, 48% cu miclobutanil și 46% cu piritistrobin (Fig. 1a). Când au fost expuse la jumătate din doza de teren (0,5X), greutatea corporală a larvelor de mancozeb a fost redusă cu 86%, piritiostrobinul cu 52% și trifloxistrobinul cu 50% (Fig. 1b). O doză completă de teren (1X) de mancozeb a redus greutatea larvelor cu 82%, piritiostrobinul cu 70% și trifloxistrobinul, miclobutanilul și sangardul cu aproximativ 30% (Fig. 1c).
Mortalitatea a fost cea mai mare în rândul larvelor hrănite cu polen tratat cu mancozeb, urmate de piritiostrobină și trifloxistrobină. Mortalitatea a crescut odată cu creșterea dozelor de mancozeb și piritisolină (Fig. 2; Tabelul 2). Cu toate acestea, mortalitatea la gărgărița porumbului a crescut doar ușor pe măsură ce concentrațiile de trifloxistrobină au crescut; ciprodinilul și captanul nu au crescut semnificativ mortalitatea în comparație cu tratamentele de control.
Mortalitatea larvelor de musculiță gărgăriță a fost comparată după ingerarea de polen tratat individual cu șase fungicide diferite. Mancozebul și pentopiramida au fost mai sensibile la expunerea orală la viermii de porumb (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linie, pantă = 0,29, P < 0,001; pantă = 0,24, P <0,00)).
În medie, în toate tratamentele, 39,05% dintre pacienți au fost femei și 60,95% au fost bărbați. Printre tratamentele de control, proporția femeilor a fost de 40% atât în studiile cu doză mică (0,1X), cât și în cele cu jumătate de doză (0,5X), și de 30% în studiile cu doză pe teren (1X). La o doză de 0,1X, printre larvele hrănite cu polen tratate cu mancozeb și miclobutanil, 33,33% dintre adulți au fost femei, 22% dintre adulți au fost femei, 44% dintre larvele adulte au fost femele, 44% dintre larvele adulte au fost femele. 41% dintre larvele adulte au fost femele, iar 31% din grupul de control (Fig. 3a). La o doză de 0,5 ori mai mare, 33% dintre viermii adulți din grupul tratat cu mancozeb și piritiostrobină au fost femele, 36% în grupul tratat cu trifloxistrobină, 41% în grupul tratat cu miclobutanil și 46% în grupul tratat cu ciprostrobină. Această cifră a fost de 53% în grupul tratat cu captan și 38% în grupul de control (Fig. 3b). La o doză de 1X, 30% din grupul tratat cu mancozeb au fost femei, 36% din grupul tratat cu piritiostrobină, 44% din grupul tratat cu trifloxistrobină, 38% din grupul tratat cu miclobutanil și 50% din grupul de control au fost femei – 38,5% (Fig. 3c).
Procentul de femele și masculi de gărgăriță după expunerea la fungicid în stadiu larvar. (a) Doză mică (0,1X). (b) Jumătate din doză (0,5X). (c) Doză pe teren sau doză completă (1X).
Analiza secvenței 16S a arătat că grupul bacterian diferă între larvele hrănite cu polen tratat cu mancozeb și larvele hrănite cu polen netratat (Fig. 4a). Indicele microbian al larvelor netratate hrănite cu polen a fost mai mare decât cel al larvelor hrănite cu polen tratat cu mancozeb (Fig. 4b). Deși diferența observată în ceea ce privește bogăția între grupuri nu a fost semnificativă statistic, aceasta a fost semnificativ mai mică decât cea observată pentru larvele hrănite cu polen netratat (Fig. 4c). Abundența relativă a arătat că microbiota larvelor hrănite cu polen de control a fost mai diversă decât cea a larvelor hrănite cu larve tratate cu mancozeb (Fig. 5a). Analiza descriptivă a relevat prezența a 28 de genuri în probele de control și în cele tratate cu mancozeb (Fig. 5b). c Analiza utilizând secvențierea 18S nu a relevat diferențe semnificative (Figura suplimentară 2).
Profilurile SAV bazate pe secvențe 16S au fost comparate cu bogăția Shannon și bogăția observată la nivel de încrengătură. (a) Analiza coordonatelor principale (PCoA) bazată pe structura generală a comunității microbiene la larvele hrănite cu polen netratat sau de control (albastru) și larvele hrănite cu mancozeb (portocaliu). Fiecare punct de date reprezintă o probă separată. PCoA a fost calculat folosind distanța Bray-Curtis a distribuției t multivariate. Ovalele reprezintă nivelul de încredere de 80%. (b) Boxplot, date brute despre bogăția Shannon (puncte) și c. Bogăție observabilă. Boxploturile prezintă casete pentru linia mediană, intervalul intercuartil (IQR) și 1,5 × IQR (n = 3).
Compoziția comunităților microbiene ale larvelor hrănite cu polen tratat și netratat cu mancozeb. (a) Abundența relativă a genurilor microbiene citite la larve. (b) Harta termică a comunităților microbiene identificate. Delftia (rata probabilității (OR) = 0,67, P = 0,0030) și Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Rândurile hărții termice sunt grupate folosind distanța de corelație și conectivitatea medie.
Rezultatele noastre arată că expunerea orală la fungicide de contact (mancozeb) și sistemice (pirostrobin și trifloxistrobin), aplicate pe scară largă în timpul înfloririi, a redus semnificativ creșterea în greutate și a crescut mortalitatea larvelor de porumb. În plus, mancozebul a redus semnificativ diversitatea și bogăția microbiomului în timpul stadiului prepupal. Miclobutanilul, un alt fungicid sistemic, a redus semnificativ creșterea în greutate corporală a larvelor la toate cele trei doze. Acest efect a fost evident la al doilea (ziua 5) și al treilea (ziua 8) momente. În schimb, ciprodinilul și captanul nu au redus semnificativ creșterea în greutate sau supraviețuirea în comparație cu grupul de control. Din câte știm, această lucrare este prima care determină efectele dozelor de câmp ale diferitelor fungicide utilizate pentru a proteja culturile de porumb prin expunerea directă la polen.
Toate tratamentele cu fungicide au redus semnificativ creșterea în greutate corporală în comparație cu tratamentele de control. Mancozeb a avut cel mai mare efect asupra creșterii în greutate corporală a larvelor, cu o reducere medie de 51%, urmat de piritiostrobină. Cu toate acestea, alte studii nu au raportat efecte adverse ale dozelor de fungicide administrate în teren asupra stadiilor larvare44. Deși s-a demonstrat că biocidele pe bază de ditiocarbamați au o toxicitate acută scăzută45, etilen bisditiocarbamați (EBDCS), cum ar fi mancozebul, se pot degrada în sulfură de etilenă-uree. Având în vedere efectele sale mutagene la alte animale, acest produs de degradare poate fi responsabil pentru efectele observate46,47. Studiile anterioare au arătat că formarea etilen tioureei este influențată de factori precum temperatura ridicată48, nivelurile de umiditate49 și durata de depozitare a produsului50. Condițiile adecvate de depozitare a biocidelor pot atenua aceste efecte secundare. În plus, Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară și-a exprimat îngrijorarea cu privire la toxicitatea piritiopidei, care s-a dovedit a fi cancerigenă pentru sistemul digestiv al altor animale51.
Administrarea orală de mancozeb, piritiostrobin și trifloxistrobin crește mortalitatea larvelor de gărgăriță. În schimb, miclobutanilul, ciprociclina și captanul nu au avut niciun efect asupra mortalității. Aceste rezultate diferă de cele ale lui Ladurner și colab.52, care au arătat că captanul a redus semnificativ supraviețuirea speciilor adulte de O. lignaria și Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). În plus, s-a constatat că fungicidele precum captanul și boscalidul provoacă mortalitatea larvară52,53,54 sau modifică comportamentul alimentar55. Aceste modificări, la rândul lor, pot afecta calitatea nutrițională a polenului și, în cele din urmă, câștigul energetic al stadiului larvar. Mortalitatea observată în grupul de control a fost în concordanță cu alte studii56,57.
Raportul de sexe favorabil masculilor observat în studiul nostru poate fi explicat prin factori precum împerecherea insuficientă și condițiile meteorologice nefavorabile în timpul înfloririi, așa cum s-a sugerat anterior pentru O. cornuta de către Vicens și Bosch. Deși femelele și masculii din studiul nostru au avut la dispoziție patru zile pentru a se împerechea (o perioadă considerată în general suficientă pentru o împerechere reușită), am redus în mod deliberat intensitatea luminii pentru a minimiza stresul. Cu toate acestea, această modificare poate interfera neintenționat cu procesul de împerechere61. În plus, albinele se confruntă cu mai multe zile de vreme nefavorabilă, inclusiv ploaie și temperaturi scăzute (<5°C), care pot avea, de asemenea, un impact negativ asupra succesului împerecherii4,23.
Deși studiul nostru s-a concentrat asupra întregului microbiom larvar, rezultatele noastre oferă o perspectivă asupra potențialelor relații dintre comunitățile bacteriene, care pot fi critice pentru nutriția albinelor și expunerea la fungicide. De exemplu, larvele hrănite cu polen tratat cu mancozeb au prezentat o structură și o abundență a comunității microbiene semnificativ reduse în comparație cu larvele hrănite cu polen netratat. La larvele care consumă polen netratat, grupurile bacteriene Proteobacteria și Actinobacteria au fost dominante și au fost predominant aerobe sau facultativ aerobe. Bacteriile Delft, de obicei asociate cu speciile de albine solitare, sunt cunoscute pentru activitatea antibiotică, indicând un potențial rol protector împotriva agenților patogeni. O altă specie bacteriană, Pseudomonas, a fost abundentă la larvele hrănite cu polen netratat, dar a fost semnificativ redusă la larvele tratate cu mancozeb. Rezultatele noastre susțin studiile anterioare care identifică Pseudomonas ca fiind unul dintre cele mai abundente genuri la O. bicornis35 și alte viespi solitare34. Deși nu au fost studiate dovezi experimentale privind rolul Pseudomonas în sănătatea O. cornifrons, s-a demonstrat că această bacterie promovează sinteza toxinelor protectoare la gândacul Paederus fuscipes și promovează metabolismul argininei in vitro 35, 65. Aceste observații sugerează un rol potențial în apărarea virală și bacteriană în timpul perioadei de dezvoltare a larvelor de O. cornifrons. Microbacterium este un alt gen identificat în studiul nostru, despre care se raportează că este prezent în număr mare la larvele de muscă soldat neagră în condiții de înfometare66. La larvele de O. cornifrons, microbacteriile pot contribui la echilibrul și rezistența microbiomului intestinal în condiții de stres. În plus, Rhodococcus se găsește în larvele de O. cornifrons și este cunoscut pentru capacitățile sale de detoxifiere67. Acest gen se găsește și în intestinul de A. florea, dar în abundență foarte scăzută68. Rezultatele noastre demonstrează prezența unor variații genetice multiple în numeroase taxone microbiene care pot altera procesele metabolice la larve. Cu toate acestea, este necesară o mai bună înțelegere a diversității funcționale a O. cornifrons.
În concluzie, rezultatele indică faptul că mancozebul, piritiostrobina și trifloxistrobina au redus creșterea în greutate corporală și au crescut mortalitatea larvelor de gărgărița porumbului. Deși există o îngrijorare tot mai mare cu privire la efectele fungicidelor asupra polenizatorilor, este nevoie de o mai bună înțelegere a efectelor metaboliților reziduali ai acestor compuși. Aceste rezultate pot fi încorporate în recomandări pentru programe integrate de gestionare a polenizatorilor care ajută fermierii să evite utilizarea anumitor fungicide înainte și în timpul înfloririi pomilor fructiferi prin selectarea fungicidelor și variația momentului de aplicare sau prin încurajarea utilizării unor alternative mai puțin dăunătoare 36. Aceste informații sunt importante pentru elaborarea de recomandări privind utilizarea pesticidelor, cum ar fi ajustarea programelor de pulverizare existente și modificarea momentului pulverizării la selectarea fungicidelor sau promovarea utilizării unor alternative mai puțin periculoase. Sunt necesare cercetări suplimentare privind efectele adverse ale fungicidelor asupra raportului de sexe, comportamentului alimentar, microbiomului intestinal și mecanismelor moleculare care stau la baza pierderii în greutate și mortalității la gărgărița porumbului.
Datele sursă 1, 2 și 3 din Figurile 1 și 2 au fost depuse în depozitul de date figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 și https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Secvențele analizate în studiul actual (Fig. 4, 5) sunt disponibile în depozitul NCBI SRA sub numărul de acces PRJNA1023565.
Bosch, J. și Kemp, WP Dezvoltarea și stabilirea speciilor de albine melifere ca polenizatori ai culturilor agricole: exemplul genului Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) și pomi fructiferi. Bull. Ntomore. Resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG și colab. Practici de polenizare și percepții asupra polenizatorilor alternativi în rândul cultivatorilor de mere din New York și Pennsylvania. actualizare. Agricultură. Sisteme alimentare. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL și Ricketts TH. Ecologie și economie a polenizării migdalurilor folosind albine native. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. și Park, Y.-L. Efectele schimbărilor climatice asupra fenologiei tragopanului: implicații pentru gestionarea populației. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR și Pitts-Singer, TL Efectul pulverizării cu fungicide și adjuvante asupra comportamentului de cuibărit a două albine solitare gestionate (Osmia lignaria și Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. și colab. Un fungicid pentru culturi cu toxicitate scăzută (fenbuconazol) interferează cu semnalele calității reproductive masculine, rezultând un succes redus al împerecherii la albinele solitare sălbatice. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. și colab. Insecticidele neonicotinoide și biosinteza ergosterolului suprimă mortalitatea sinergică a fungicidelor la trei specii de albine. Pest control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. și Danforth BN Larvele de viespe solitare modifică diversitatea bacteriană furnizată de polen albinelor cuibărite în tulpini (Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN și Steffan SA Microorganismele ectosimbiotice din polenul fermentat sunt la fel de importante pentru dezvoltarea albinelor solitare ca și polenul în sine. ecology. evolution. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F și Thalheimer M. Plantarea între rânduri în livezile de meri pentru controlul bolilor de reînsămânțare: un studiu practic al eficacității bazat pe indicatori microbieni. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG și Peter KA Putregaiul amar al merelor în zona central-atlantică a Statelor Unite: evaluarea speciilor cauzatoare și influența condițiilor meteorologice regionale și a susceptibilității cultivarurilor. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. și Stanley DA Fungicide, erbicide și albine: o analiză sistematică a cercetărilor și metodelor existente. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED și Jepson, PC Efecte sinergice ale fungicidelor EBI și insecticidelor piretroide asupra albinelor melifere (Apis mellifera). dăunătorii științei. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE și Peng, CY Efectul fungicidelor selectate asupra creșterii și dezvoltării larvelor de albine melifere Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. și McArt, S. Ghid decizional privind utilizarea pesticidelor pentru protejarea polenizatorilor în livezile de copaci (Universitatea Cornell, 2018).
Iwasaki, JM și Hogendoorn, K. Expunerea albinelor la substanțe non-pesticide: o trecere în revistă a metodelor și a rezultatelor raportate. Agricultură. Ecosistem. Miercuri. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA și Pitts-Singer TL. Efectul tipului de aprovizionare și al expunerii la pesticide asupra dezvoltării larvare de Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Miercuri. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM și Pitts-Singer TL Căile de expunere la pesticide ale albinelor solitare cu cuib gol. Miercuri. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT și colab. Un nou protocol de biotest pentru ingerare pentru evaluarea toxicității pesticidelor la albinele japoneze adulte de grădină (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Data publicării: 14 mai 2024