Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käyttämäsi selainversiolla on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan tuloksen saavuttamiseksi suosittelemme, että käytät selaimesi uudempaa versiota (tai poistat Internet Explorerin yhteensopivuustilan käytöstä).Sillä välin, jotta voimme varmistaa jatkuvan tuen, näytämme sivuston ilman tyyliä tai JavaScriptiä.
Fungisidejä käytetään usein puiden hedelmien kukinnan aikana, ja ne voivat uhata hyönteispölyttäjiä.Kuitenkin vain vähän tiedetään, kuinka muut kuin mehiläispölyttäjät (esim. yksinäiset mehiläiset, Osmia cornifrons) reagoivat omenoissa kukinnan aikana yleisesti käytettyihin kosketus- ja systeemisiin fungisideihin.Tämä tietovaje rajoittaa viranomaispäätöksiä, jotka määrittävät sienitautien torjunta-aineiden turvalliset pitoisuudet ja ajoituksen.Arvioimme kahden kosketusfugisidin (kaptaani ja mankotsebi) ja neljän välikerros-/fytosysteemifungisidin (siprosykliini, myklobutaniili, pyrostrobiini ja trifloksistrobiini) vaikutuksia.Vaikutukset toukkien painonnousuun, eloonjäämiseen, sukupuolisuhteeseen ja bakteerien monimuotoisuuteen.Arviointi suoritettiin käyttämällä kroonista oraalista biotestiä, jossa siitepölyä käsiteltiin kolmessa annoksessa perustuen tällä hetkellä suositeltuun annokseen kenttäkäyttöön (1X), puoleen annokseen (0,5X) ja pieneen annokseen (0,1X).Kaikki mankotsebin ja pyritisoliinin annokset vähensivät merkittävästi ruumiinpainoa ja toukkien eloonjäämistä.Sitten sekvensoimme 16S-geenin luonnehtimaan mankotsebin toukkabakteeria, joka on suurin kuolleisuus aiheuttava fungisidi.Havaitsimme, että bakteerien monimuotoisuus ja runsaus väheni merkittävästi toukissa, joita ruokittiin mankotsebilla käsitellyllä siitepölyllä.Laboratoriotuloksemme osoittavat, että joidenkin näistä sienitautien torjunta-aineista ruiskuttaminen kukinnan aikana on erityisen haitallista O. cornifronsin terveydelle.Nämä tiedot ovat merkityksellisiä tulevia hoitopäätöksiä varten, jotka koskevat hedelmäpuiden suojeluaineiden kestävää käyttöä, ja ne toimivat perustana säätelyprosesseille, joilla pyritään suojelemaan pölyttäjiä.
Yksinäinen muurarimehiläinen Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) tuotiin Yhdysvaltoihin Japanista 1970-luvun lopulla ja 1980-luvun alussa, ja lajilla on siitä lähtien ollut tärkeä pölyttäjärooli hoidetuissa ekosysteemeissä.Tämän mehiläisen naturalisoidut populaatiot ovat osa noin 50:tä villimehiläislajia, jotka täydentävät mehiläisiä, jotka pölyttävät manteli- ja omenatarhoja Yhdysvalloissa2,3.Vapaamuurareilla on monia haasteita, kuten elinympäristön pirstoutuminen, taudinaiheuttajat ja torjunta-aineet3,4.Hyönteismyrkkyistä sienitautien torjunta-aineet vähentävät energian saantia, ravinnonhakua5 ja kehon kuntoa 6,7.Vaikka viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että kommensaaliset ja ektobaktiset mikro-organismit vaikuttavat suoraan Mason-mehiläisten terveyteen, 8,9 koska bakteerit ja sienet voivat vaikuttaa ravitsemukseen ja immuunivasteisiin, fungisideille altistumisen vaikutukset mason-mehiläisten mikrobien monimuotoisuuteen ovat vasta alkamassa. opiskellut.
Erivaikutteisia (kosketus- ja systeemisiä) sienitautien torjunta-aineita ruiskutetaan hedelmätarhoissa ennen kukintaa ja kukinnan aikana sairauksien, kuten omenarupin, katkeran mädan, ruskeamädan ja härmän hoitoon10,11.Fungisidejä pidetään vaarattomina pölyttäjille, joten niitä suositellaan puutarhureille kukinnan aikana;Mehiläisten altistuminen ja nieleminen näille fungisideille tunnetaan suhteellisen hyvin, koska se on osa Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston ja monien muiden kansallisten sääntelyvirastojen torjunta-aineiden rekisteröintiprosessia12,13,14.Sienimyrkkyjen vaikutukset muihin kuin mehiläisiin tunnetaan kuitenkin vähemmän, koska niitä ei edellytetä myyntilupasopimuksissa Yhdysvalloissa15.Lisäksi yksittäisten mehiläisten testaamiseen ei yleensä ole standardoituja protokollia16,17, ja mehiläisten testaamiseen tarjoavien yhdyskuntien ylläpitäminen on haastavaa18.Euroopassa ja Yhdysvalloissa tehdään yhä enemmän kokeita erilaisilla hoidetuilla mehiläisillä tutkiakseen torjunta-aineiden vaikutuksia luonnonvaraisiin mehiläisiin, ja O. cornifronsille on hiljattain kehitetty standardoituja protokollia19.
Sarviset mehiläiset ovat monosyyttejä ja niitä käytetään kaupallisesti karppikasveissa mehiläisten lisäravinteena tai korvikkeena.Nämä mehiläiset ilmestyvät maalis-huhtikuussa, ja varhaiskypsät urokset ilmestyvät kolmesta neljään päivää ennen naaraat.Pariutumisen jälkeen naaras kerää aktiivisesti siitepölyä ja nektaria tarjotakseen sarjan pesäsoluja putkimaiseen pesänonteloon (luonnolliseen tai keinotekoiseen)1,20.Munat munivat siitepölylle solujen sisällä;naaras rakentaa sitten saviseinän ennen seuraavan solun valmistamista.Ensimmäisen vaiheen toukat suljetaan korionissa ja syövät alkionesteitä.Toisesta viidenteen kasvuvaiheeseen (prepupa) toukat ruokkivat siitepölyä22.Kun siitepölyn tarjonta on loppunut kokonaan, toukat muodostavat koteloita, nukkuvat ja ilmestyvät aikuisina samassa pesäkammiossa, yleensä loppukesällä20,23.Aikuiset ilmestyvät seuraavana keväänä.Aikuisen eloonjäämiseen liittyy nettoenergian nousu (painonnousu) ravinnon saannin perusteella.Siitepölyn ravitsemuksellinen laatu sekä muut tekijät, kuten sää tai altistuminen torjunta-aineille, määräävät siis selviytymisen ja terveyden24.
Ennen kukintaa levitetyt hyönteismyrkyt ja sienitautien torjunta-aineet pystyvät liikkumaan kasvin verisuonistoon vaihtelevasti translaminaarisista (esim. pystyvät liikkumaan lehtien yläpinnalta alapinnalle, kuten jotkut sienitautien torjunta-aineet) 25 todella systeemisiin vaikutuksiin., jotka voivat tunkeutua latvukseen juurista, voivat päästä omenakukkien nektariin26, missä ne voivat tappaa aikuiset O. cornifrons27.Jotkut torjunta-aineet huuhtoutuvat myös siitepölyyn, mikä vaikuttaa maissin toukkien kehitykseen ja aiheuttaa niiden kuoleman19.Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että jotkin sienitautien torjunta-aineet voivat merkittävästi muuttaa sukulaislajin O. lignaria28 pesimäkäyttäytymistä.Lisäksi laboratorio- ja kenttätutkimukset, jotka simuloivat torjunta-ainealtistusskenaarioita (mukaan lukien sienitautien torjunta-aineet), ovat osoittaneet, että torjunta-aineet vaikuttavat kielteisesti mehiläisten ja joidenkin yksinäisten mehiläisten fysiologiaan 22 morfologiaan 29 ja eloonjäämiseen.Erilaiset sienimyrkkysuihkeet, joita levitetään suoraan avoimiin kukkiin kukinnan aikana, voivat saastuttaa aikuisten toukkien kehitystä varten keräämän siitepölyn, jonka vaikutuksia on vielä tutkittava30.
Yhä enemmän tunnustetaan, että siitepöly ja ruuansulatusjärjestelmän mikrobiyhteisöt vaikuttavat toukkien kehitykseen.Mehiläisen mikrobiomi vaikuttaa sellaisiin parametreihin kuin kehon massa31, aineenvaihduntamuutokset22 ja herkkyys taudinaiheuttajille32.Aiemmissa tutkimuksissa on tutkittu kehitysvaiheen, ravinteiden ja ympäristön vaikutusta yksinäisten mehiläisten mikrobiomiin.Nämä tutkimukset paljastivat samankaltaisuuksia toukka- ja siitepölymikrobiomien rakenteessa ja runsaudessa33 sekä yleisimmissä bakteerisuvuissa Pseudomonas ja Delftia yksinäisten mehiläislajien joukossa.Vaikka fungisidit on liitetty mehiläisten terveyden suojelemisstrategioihin, sienitautien vaikutukset toukkien mikrobiotaan suoran oraalisen altistuksen kautta jäävät tutkimatta.
Tässä tutkimuksessa testattiin kuuden yleisesti käytetyn sienitautien torjunta-aineen todellisten annosten vaikutuksia puiden hedelmiin Yhdysvalloissa, mukaan lukien kontakti- ja systeemiset sienitautien torjunta-aineet, jotka annettiin suun kautta saastuneesta ruoasta peräisin oleville maissisarvimadon toukille.Havaitsimme, että kontakti- ja systeemiset fungisidit vähensivät mehiläisten painonnousua ja lisäsivät kuolleisuutta, ja vakavimmat vaikutukset liittyvät mankotsebiin ja pyritiopidiin.Tämän jälkeen vertailimme mankotsebilla käsitellyllä siitepölyruokavaliolla ruokittujen toukkien mikrobien monimuotoisuutta kontrolliruokavaliolla ruokittujen toukkien kanssa.Keskustelemme mahdollisista kuolleisuuden taustalla olevista mekanismeista ja vaikutuksista integroituun tuholaisten ja pölyttäjien hallintaan (IPPM)36.
Kookoneissa talvehtineet aikuiset O. cornifronit saatiin Fruit Research Centeristä, Biglerville, PA, ja niitä säilytettiin -3 - 2 °C:ssa (±0,3 °C).Ennen koetta (yhteensä 600 koteloa).Toukokuussa 2022 100 O. cornifronsin koteloa siirrettiin päivittäin muovikuppeihin (50 koteloa kuppia kohden, DI 5 cm × 15 cm pitkä) ja kuppien sisään asetettiin pyyhkeet avautumisen edistämiseksi ja pureskeltavan alustan aikaansaamiseksi, mikä vähentää kiveen kohdistuvaa stressiä. mehiläiset37.Aseta kaksi koteloa sisältävää muovikuppia hyönteishäkkiin (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan), jossa on 10 ml:n syöttölaitteet, jotka sisältävät 50 % sakkaroosiliuosta, ja säilytä neljä päivää sulkemisen ja parittelun varmistamiseksi.23°C, suhteellinen kosteus 60%, valojakso 10 l (matala intensiteetti): 14 päivää.100 pariutettua naarasta ja urosta vapautettiin joka aamu kuuden päivän ajan (100 päivässä) kahteen tekopesään omenan huippukukinnan aikana (ansapesä: leveys 33,66 × korkeus 30,48 × pituus 46,99 cm; täydentävä kuva 1).Sijoitettu Pennsylvanian osavaltion arboretumiin, lähellä kirsikkaa (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), persikkaa (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®, päärynää (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus) perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki', coronaria omenapuu (Malus coronaria) ja lukuisat omenapuulajikkeet (Malus coronaria, Malus), kotimainen omenapuu 'Co-op 30' Enterprise™, Malus omenapuu 'Co- Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy').Jokainen sininen muovinen lintumaja sopii kahden puulaatikon päälle.Jokainen pesälaatikko sisälsi 800 tyhjää voimapaperiputkea (kierre auki, halkaisija 0,8 cm × 15 cm leveys) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan), jotka oli asetettu läpinäkymättömiin sellofaaniputkiin (0,7 OD, katso muovitulpat (T-1X-tulpat) tarjoavat pesimäpaikkoja .
Molemmat pesälaatikot olivat itään päin ja ne peitettiin vihreällä muovisella puutarha-aidalla (Everbilt malli #889250EB12, aukon koko 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) jyrsijöiden ja lintujen pääsyn estämiseksi ja asetettiin maan pinnalle pesälaatikon maan viereen. laatikot.Pesälaatikko (lisäkuva 1a).Maissikärjen munat kerättiin päivittäin keräämällä 30 putkea pestä ja kuljettamalla ne laboratorioon.Leikkaa saksilla putken päähän ja pura sitten kierreputki paljastaaksesi siitossolut.Yksittäiset munat ja niiden siitepöly poistettiin käyttämällä kaarevaa lastaa (Microslide-työkalusarja, BioQuip Products Inc., Kalifornia).Munaa inkuboitiin kostealla suodatinpaperilla ja asetettiin petrimaljaan 2 tunniksi ennen käyttöä kokeissamme (lisäkuva 1b-d).
Laboratoriossa arvioimme kuuden fungisidin suun myrkyllisyyden ennen omenan kukintaa ja sen aikana kolmella pitoisuudella (0,1X, 0,5X ja 1X, missä 1X on käytetty merkki per 100 gallonaa vettä/acre. Suuri kenttäannos = pitoisuus kentällä)., Pöytä 1).Kukin konsentraatio toistettiin 16 kertaa (n = 16).Kaksi kosketusfugisidiä (taulukko S1: mankotsebi 2696,14 ppm ja kaptaani 2875,88 ppm) ja neljä systeemistä fungisidiä (taulukko S1: pyritiostrobiini 250,14 ppm; trifloksistrobiini 110,06 ppm; myklosytrobiini 2,07-ppm; m) myrkyllisyys hedelmille, vihanneksille ja koristekasveille .Homogenisoimme siitepölyn myllyllä, siirsimme 0,20 g kuoppaan (24-kuoppainen Falcon Plate) ja lisäsimme ja sekoitimme 1 µl fungisidiliuosta muodostaen pyramidin muotoista siitepölyä, jossa oli 1 mm syviä kuoppia, joihin munat laitettiin.Aseta pienellä lastalla (lisäkuva 1c, d).Falcon-levyjä säilytettiin huoneenlämpötilassa (25 °C) ja 70 %:n suhteellisessa kosteudessa.Vertailimme niitä kontrollitoukisiin, joita ruokittiin homogeenisella siitepölyruokavaliolla, joka oli käsitelty puhtaalla vedellä.Rekisteröimme kuolleisuuden ja mittasimme toukkien painon joka toinen päivä, kunnes toukat saavuttivat prepupal-iän käyttämällä analyyttistä vaakaa (Fisher Scientific, tarkkuus = 0,0001 g).Lopuksi sukupuolisuhde arvioitiin avaamalla kotelo 2,5 kuukauden kuluttua.
DNA uutettiin kokonaisista O. cornifrons -toukista (n = 3 hoitotilaa kohden, mankotsebilla käsitelty ja käsittelemätön siitepöly) ja näille näytteille suoritimme mikrobien monimuotoisuusanalyysit, erityisesti koska mankotsebissa havaittiin suurin kuolleisuus toukissa.vastaanottava MnZn.DNA monistettiin, puhdistettiin käyttämällä DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA -pakkausta (Zymo Research, Irvine, CA) ja sekvensoitiin (600 sykliä) Illumina® MiSeq™:llä käyttämällä v3-sarjaa.Bakteerien 16S ribosomaalisten RNA-geenien kohdennettu sekvensointi suoritettiin käyttämällä Quick-16S™ NGS Library Prep Kit -pakkausta (Zymo Research, Irvine, CA) käyttämällä alukkeita, jotka kohdistuivat 16S rRNA -geenin V3-V4-alueeseen.Lisäksi 18S-sekvensointi suoritettiin käyttämällä 10 % PhiX-inkluusiota, ja monistus suoritettiin käyttämällä alukeparia 18S001 ja NS4.
Tuo ja käsittele parilliset lukutiedot39 QIIME2-liukuhihnalla (v2022.11.1).Nämä lukemat leikattiin ja yhdistettiin, ja kimeeriset sekvenssit poistettiin käyttämällä DADA2-laajennusta QIIME2:ssa (qiime dada2 noise pairing)40.16S- ja 18S-luokkien tehtävät suoritettiin käyttämällä Classify-sklearn-objektiluokitinlaajennusta ja esikoulutettua artefaktia silva-138-99-nb-luokittajaa.
Kaikista kokeellisista tiedoista tarkistettiin normaalisuus (Shapiro-Wilks) ja varianssien homogeenisuus (Levenen testi).Koska tietojoukko ei vastannut parametrisen analyysin oletuksia ja muunnos ei standardoinut jäännöksiä, suoritimme ei-parametrisen kaksisuuntaisen ANOVA:n (Kruskal-Wallis) kahdella tekijällä [aika (kolmivaiheinen 2, 5 ja 8 päivää) aikapisteet) ja fungisidi] arvioidakseen hoidon vaikutusta toukkien tuorepainoon, sitten suoritettiin post hoc ei-parametriset parivertailut käyttämällä Wilcoxon-testiä.Käytimme yleistettyä lineaarista mallia (GLM) Poisson-jakaumalla vertaillaksemme fungisidien vaikutuksia eloonjäämiseen kolmen fungisidipitoisuuden välillä41,42.Differentiaalisen runsauden analyysiä varten amplikonisekvenssivarianttien (ASV:t) lukumäärä romattiin suvun tasolla.Ryhmien 16S:n (suvun taso) ja 18S:n suhteellista runsautta käyttävien ryhmien välisten erojen runsauden vertailut suoritettiin käyttämällä yleistettyä sijainnin, mittakaavan ja muodon additiivinen malli (GAMLSS) ja beeta-nolla-inflated (BEZI) -perhejakaumia, jotka mallinnettiin makrolla. .Microbiome R43:ssa (v1.1).1).Poista mitokondrio- ja kloroplastilajit ennen differentiaalianalyysiä.18S:n eri taksonomisten tasojen vuoksi differentiaalisiin analyyseihin käytettiin vain kunkin taksonin alinta tasoa.Kaikki tilastolliset analyysit suoritettiin R:llä (v. 3.4.3., CRAN-projekti) (Tiimi 2013).
Mankotsebille, pyritiostrobiinille ja trifloksistrobiinille altistuminen vähensi merkittävästi kehon painonnousua O. cornifronsissa (kuva 1).Näitä vaikutuksia havaittiin johdonmukaisesti kaikilla kolmella arvioidulla annoksella (kuvat 1a–c).Syklostrobiini ja myklobutaniili eivät merkittävästi vähentäneet toukkien painoa.
Varren porsaan toukkien keskimääräinen tuorepaino mitattuna kolmella aikapisteellä neljällä ravintokäsittelyllä (homogeeninen siitepölyn rehu + fungisidi: kontrolli, 0,1X, 0,5X ja 1X annokset).(a) Pieni annos (0,1X): ensimmäinen aikapiste (päivä 1): χ2: 30,99, DF = 6;P < 0,0001, toinen aikapiste (päivä 5): 22,83, DF = 0,0009;kolmas kerta;piste (8. päivä): χ2: 28,39, DF = 6;(b) puolikas annos (0,5X): ensimmäinen aikapiste (päivä 1): χ2: 35,67, DF = 6;P < 0,0001, toinen aikapiste (päivä yksi).): χ2: 15,98, DF = 6;P = 0,0090;kolmas aikapiste (päivä 8) χ2: 16,47, DF = 6;(c) Paikka tai täysi annos (1X): ensimmäinen aikapiste (päivä 1) χ2: 20,64, P = 6;P = 0,0326, toinen aikapiste (päivä 5): χ2: 22,83, DF = 6;P = 0,0009;kolmas aikapiste (päivä 8): χ2: 28,39, DF = 6;ei-parametrinen varianssianalyysi.Pylväät edustavat parivertailujen keskiarvoa ± SE (a = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P < 0,0001.
Pienimmällä annoksella (0,1X) toukkien ruumiinpaino väheni 60 % trifloksistrobiinilla, 49 % mankotsebilla, 48 % myklobutaniililla ja 46 % pyritistrobiinilla (kuvio la).Kun mankotsebin toukkien ruumiinpaino oli alttiina puoleen kenttäannoksesta (0,5X), sen paino laski 86 %, pyritiostrobiini 52 % ja trifloksistrobiini 50 % (kuvio 1b).Mankotsebin täysi kenttäannos (1X) vähensi toukkien painoa 82 %, pyritiostrobiinia 70 % ja trifloksistrobiinia, myklobutaniilia ja sangardia noin 30 % (kuva 1c).
Kuolleisuus oli korkein mankotseebilla käsitellyllä siitepölyllä ruokittujen toukkien joukossa, jota seurasivat pyritiostrobiini ja trifloksistrobiini.Kuolleisuus lisääntyi mankotsebin ja pyritisoliinin annosten kasvaessa (kuvio 2; taulukko 2).Maissiporakuolleisuus kasvoi kuitenkin vain hieman trifloksistrobiinipitoisuuksien noustessa;syprodiniili ja kaptaani eivät merkittävästi lisänneet kuolleisuutta kontrollihoitoihin verrattuna.
Kärpäsen toukkien kuolleisuutta verrattiin kuudella eri fungisidilla käsitellyn siitepölyn nauttimisen jälkeen.Mankotsebi ja pentopyramidi olivat herkempiä maissin toukille (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (viiva, kaltevuus = 0,29, P < 0,001; kaltevuus = 0,24, P <0,00)).
Keskimäärin kaikista hoidoista 39,05 % potilaista oli naisia ja 60,95 % miehiä.Kontrollihoidoista naisten osuus oli 40 % sekä pienen annoksen (0,1X) että puoliannoksen (0,5X) tutkimuksissa ja 30% kenttäannostutkimuksissa (1X).0,1-kertaisella annoksella mankotsebilla ja myklobutaniililla hoidetuista siitepölystä ruokituista toukista 33,33 % oli naaraspuolisia, 22 % aikuisista oli naaraspuolisia, 44 % aikuisista toukista oli naaraspuolisia ja 44 % aikuisista toukista oli naisia.naaras, 41 % aikuisista toukista oli naaraita, ja kontrollit olivat 31 % (kuvio 3a).0,5-kertaisella annoksella mankotsebi- ja pyritiostrobiiniryhmän aikuisista matoista 33 % oli naaraita, 36 % trifloksistrobiiniryhmässä, 41 % myklobutaniiliryhmässä ja 46 % syprostrobiiniryhmässä.Tämä luku oli 53 prosenttia ryhmässä.kaptaaniryhmässä ja 38 % kontrolliryhmässä (kuvio 3b).1X annoksella mankotsebiryhmästä 30 % oli naisia, 36 % pyritiostrobiiniryhmästä, 44 % trifloksistrobiiniryhmästä, 38 % myklobutaniiliryhmästä, 50 % kontrolliryhmästä oli naisia – 38,5 % (kuva 3c) .
Naaras- ja urosporosten prosenttiosuus toukkavaiheen fungisidille altistumisen jälkeen.(a) Pieni annos (0,1X).(b) Puoli annos (0,5X).(c) Kenttäannos tai täysi annos (1X).
16S-sekvenssianalyysi osoitti, että bakteeriryhmä erosi mankotseebilla käsitellyllä siitepölyllä ruokittujen ja käsittelemättömällä siitepölyllä ruokittujen toukkien välillä (kuva 4a).Siitepölyllä ruokittujen käsittelemättömien toukkien mikrobiindeksi oli korkeampi kuin mankotseebilla käsitellyllä siitepölyllä ruokittujen toukkien (kuvio 4b).Vaikka havaittu ero rikkauksien välillä ryhmien välillä ei ollut tilastollisesti merkitsevä, se oli merkitsevästi pienempi kuin toukkien, jotka ruokkivat käsittelemätöntä siitepölyä (kuvio 4c).Suhteellinen runsaus osoitti, että kontrollisiitepölyllä ruokittujen toukkien mikrobisto oli monimuotoisempi kuin mankotsebilla käsitellyillä toukilla ruokittujen toukkien mikrobisto (kuva 5a).Kuvaava analyysi paljasti 28 suvun läsnäolon kontrolli- ja mankotsebilla käsitellyissä näytteissä (kuvio 5b).c 18S-sekvensointia käyttävä analyysi ei paljastanut merkittäviä eroja (lisäkuva 2).
16S-sekvensseihin perustuvia SAV-profiileja verrattiin Shannonin rikkauteen ja havaittuun rikkauteen syrjätasolla.(a) Pääkoordinaattianalyysi (PCoA), joka perustuu mikrobiyhteisön yleisrakenteeseen käsittelemättömissä siitepölyllä ruokitussa tai kontrollissa (sininen) ja mankotsebilla ruokitussa toukissa (oranssi).Jokainen datapiste edustaa erillistä näytettä.PCoA laskettiin käyttämällä monimuuttujan t-jakauman Bray-Curtis-etäisyyttä.Ovaalit edustavat 80 %:n luottamustasoa.(b) Boxplot, Shannonin raakavaratiedot (pisteet) ja c.Havaittavissa oleva rikkaus.Laatikkokaaviot näyttävät ruudut mediaaniviivalle, kvartiilivälille (IQR) ja 1,5 × IQR:lle (n = 3).
Mankotsebilla käsitellyllä ja käsittelemättömällä siitepölyllä ruokittujen toukkien mikrobiyhteisöjen koostumus.(a) Mikrobisukujen suhteellinen määrä toukissa.(b) Lämpökartta tunnistetuista mikrobiyhteisöistä.Delftia (todennäköisyyssuhde (OR) = 0,67, P = 0,0030) ja Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060);Lämpökartan rivit klusteroidaan käyttämällä korrelaatioetäisyyttä ja keskimääräistä liitettävyyttä.
Tuloksemme osoittavat, että oraalinen altistuminen kontakti- (mankotsebi) ja systeemisille (pyrostrobiini ja trifloksistrobiini) fungisideille, joita käytetään laajasti kukinnan aikana, vähensi merkittävästi painonnousua ja lisäsi maissin toukkien kuolleisuutta.Lisäksi mankotsebi vähensi merkittävästi mikrobiomin monimuotoisuutta ja rikkautta esipuppivaiheessa.Myklobutaniili, toinen systeeminen fungisidi, vähensi merkittävästi toukkien painonnousua kaikilla kolmella annoksella.Tämä vaikutus oli ilmeinen toisessa (päivä 5) ja kolmannessa (päivä 8) ajankohdassa.Sitä vastoin syprodiniili ja kaptaani eivät merkittävästi vähentäneet painonnousua tai eloonjäämistä verrattuna kontrolliryhmään.Tietojemme mukaan tämä työ on ensimmäinen, jossa määritetään erilaisten fungisidien peltomäärien vaikutukset, joita käytetään maissisadon suojelemiseen suoran siitepölyaltistuksen kautta.
Kaikki sienitautien torjunta-aineet vähensivät painonnousua merkittävästi verrattuna kontrollihoitoihin.Mankotsebilla oli suurin vaikutus toukkien painon nousuun, sillä se laski keskimäärin 51 %, jota seurasi pyritiostrobiini.Muissa tutkimuksissa ei kuitenkaan ole raportoitu sienitautien kenttäannosten haitallisia vaikutuksia toukkavaiheisiin44.Vaikka ditiokarbamaattibiosidien on osoitettu olevan alhainen akuutti myrkyllisyys45, eteeni-bisditiokarbamaatit (EBDCS), kuten mankotsebi, voivat hajota urea-etyleenisulfidiksi.Kun otetaan huomioon sen mutageeniset vaikutukset muihin eläimiin, tämä hajoamistuote saattaa olla vastuussa havaituista vaikutuksista46,47.Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että eteenitiourean muodostumiseen vaikuttavat sellaiset tekijät kuin kohonnut lämpötila48, kosteustasot49 ja tuotteen varastoinnin pituus50.Biosidien asianmukaiset säilytysolosuhteet voivat lieventää näitä sivuvaikutuksia.Lisäksi Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen on ilmaissut huolensa pyritiopidin myrkyllisyydestä, sillä sen on osoitettu olevan syöpää aiheuttava muiden eläinten ruoansulatusjärjestelmälle51.
Mankotsebin, pyritiostrobiinin ja trifloksistrobiinin oraalinen antaminen lisää maissinporatoukkien kuolleisuutta.Sitä vastoin myklobutaniililla, siprosykliinillä ja kaptaanilla ei ollut vaikutusta kuolleisuuteen.Nämä tulokset eroavat Ladurnerin et al.52:n tuloksista, jotka osoittivat, että kaptaani vähensi merkittävästi aikuisen O. lignarian ja Apis mellifera L.:n (Hymenoptera, Apisidae) eloonjäämistä.Lisäksi sienitautien, kuten kaptaanin ja boskalidin, on havaittu aiheuttavan toukkien kuolleisuutta52,53,54 tai muuttavan ruokintakäyttäytymistä55.Nämä muutokset puolestaan voivat vaikuttaa siitepölyn ravitsemukselliseen laatuun ja viime kädessä toukkavaiheen energian saantiin.Kontrolliryhmässä havaittu kuolleisuus oli yhdenmukainen muiden tutkimusten kanssa 56,57.
Työssämme havaittu uroksia suosiva sukupuolisuhde voidaan selittää sellaisilla tekijöillä kuin riittämätön parittelu ja huonot sääolosuhteet kukinnan aikana, kuten Vicens ja Bosch ovat aiemmin ehdottaneet O. cornutalle.Vaikka tutkimuksessamme olevilla naarailla ja miehillä oli neljä päivää aikaa paritella (jakso, jota yleensä pidettiin riittävänä onnistuneeseen paritteluun), vähennimme tarkoituksella valon intensiteettiä stressin minimoimiseksi.Tämä muutos voi kuitenkin tahattomasti häiritä paritteluprosessia61.Lisäksi mehiläiset kokevat useita päiviä epäsuotuisaa säätä, mukaan lukien sadetta ja alhaisia lämpötiloja (<5 °C), mikä voi myös vaikuttaa negatiivisesti parittelun onnistumiseen4,23.
Vaikka tutkimuksemme keskittyi koko toukkien mikrobiomiin, tuloksemme antavat käsityksen mahdollisista bakteeriyhteisöjen välisistä suhteista, jotka voivat olla kriittisiä mehiläisten ravinnon ja fungisideille altistumisen kannalta.Esimerkiksi mankotseebilla käsitellyllä siitepölyllä ruokittujen toukkien mikrobiyhteisön rakenne ja runsaus oli merkittävästi heikentynyt verrattuna käsittelemättömään siitepölyyn ruokittuihin toukeihin.Käsittelemätöntä siitepölyä syövissä toukissa bakteeriryhmät Proteobacteria ja Actinobacteria olivat hallitsevia ja olivat pääosin aerobisia tai fakultatiivisesti aerobisia.Delft-bakteereilla, jotka liittyvät tavallisesti yksinäisiin mehiläislajeihin, tiedetään olevan antibioottista aktiivisuutta, mikä viittaa mahdolliseen suojaavaan rooliin taudinaiheuttajia vastaan.Toinen bakteerilaji, Pseudomonas, oli runsaasti toukissa, joita ruokittiin käsittelemättömällä siitepölyllä, mutta vähentyi merkittävästi mankotsebilla käsitellyissä toukissa.Tuloksemme tukevat aiempia tutkimuksia, joissa Pseudomonas tunnistettiin yhdeksi O. bicorniksen35 ja muiden yksinäisten ampiaisten34 yleisimmistä suvuista.Vaikka kokeellisia todisteita Pseudomonasin roolista O. cornifronsin terveyteen ei ole tutkittu, tämän bakteerin on osoitettu edistävän suojaavien toksiinien synteesiä Paederus fuscipes -kuoriaisessa ja edistävän arginiinin aineenvaihduntaa in vitro 35, 65. Nämä havainnot viittaavat siihen, että potentiaalinen rooli virus- ja bakteeripuolustuksessa O. cornifrons -toukkien kehitysaikana.Microbacterium on toinen tutkimuksessamme tunnistettu suku, jonka on raportoitu esiintyvän suuria määriä mustissa sotilaskärpäsen toukissa nälkäolosuhteissa66.O. cornifronsin toukissa mikrobakteerit voivat edistää suoliston mikrobiomin tasapainoa ja kimmoisuutta stressiolosuhteissa.Lisäksi Rhodococcus löytyy O. cornifronsin toukista, ja se tunnetaan vieroituskyvystään67.Tätä sukua esiintyy myös A. florean suolistossa, mutta erittäin vähän68.Tuloksemme osoittavat, että useissa mikrobitaksoneissa on useita geneettisiä muunnelmia, jotka voivat muuttaa toukkien aineenvaihduntaprosesseja.O. cornifronsin toiminnallinen monimuotoisuus on kuitenkin ymmärrettävä paremmin.
Yhteenvetona tulokset osoittavat, että mankotsebi, pyritiostrobiini ja trifloksistrobiini vähensivät painonnousua ja lisäsivät maissinporatoukkien kuolleisuutta.Vaikka on olemassa kasvava huoli sienitautien vaikutuksista pölyttäjiin, on tarve ymmärtää paremmin näiden yhdisteiden jäännösmetaboliittien vaikutukset.Nämä tulokset voidaan sisällyttää suosituksiin integroiduista pölyttäjien hallintaohjelmista, jotka auttavat viljelijöitä välttämään tiettyjen sienitautien käyttöä ennen hedelmäpuiden kukintaa ja sen aikana valitsemalla sienitautien torjunta-aineita ja vaihtelemalla levitysajankohtaa tai rohkaisemalla käyttämään vähemmän haitallisia vaihtoehtoja 36. Nämä tiedot on tärkeää suositusten laatimisessa.torjunta-aineiden käyttöön, kuten olemassa olevien ruiskutusohjelmien mukauttaminen ja ruiskutusajoituksen muuttaminen sienitautien torjunta-aineita valittaessa tai vähemmän vaarallisten vaihtoehtojen käytön edistäminen.Lisätutkimusta tarvitaan sienitautien haitallisista vaikutuksista sukupuolisuhteeseen, ruokintakäyttäytymiseen, suoliston mikrobiomiin ja molekyylimekanismeihin, jotka ovat taustalla maissiporin painonlaskua ja kuolleisuutta.
Kuvien 1 ja 2 lähdetiedot 1, 2 ja 3 on tallennettu figshare-tietovarastoon DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 ja https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Tässä tutkimuksessa analysoidut sekvenssit (kuvat 4, 5) ovat saatavilla NCBI SRA -tietovarastosta tallennusnumerolla PRJNA1023565.
Bosch, J. ja Kemp, WP Mehiläislajien kehittäminen ja perustaminen maatalouskasvien pölyttäjiksi: Osmia-suvun esimerkki.(Hymenoptera: Megachilidae) ja hedelmäpuita.sonni.Ntoene.resurssi.92, 3–16 (2002).
Parker, MG et ai.Pölytyskäytännöt ja käsitykset vaihtoehtoisista pölyttäjistä omenanviljelijöiden keskuudessa New Yorkissa ja Pennsylvaniassa.päivittää.Maatalous.elintarvikejärjestelmät.35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL ja Ricketts TH Mantelipöllytyksen ekologia ja taloustiede käyttämällä alkuperäisiä mehiläisiä.J. Economics.Ntoene.111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. ja Park, Y.-L.Ilmastonmuutoksen vaikutukset tragopaanifenologiaan: vaikutukset väestönhallintaan.Kiivetä.Muutos 150, 305–317 (2018).
Artz, DR ja Pitts-Singer, TL Fungisidin ja adjuvanttisuihkeiden vaikutus kahden hoidetun yksinäisen mehiläisen (Osmia lignaria ja Megachile rotundata) pesimäkäyttäytymiseen.PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et ai.Vähämyrkyllinen viljelykasvien sienitautien torjunta-aine (fenbukonatsoli) häiritsee urospuolisten lisääntymislaatusignaaleja, mikä johtaa luonnonvaraisten yksinäisten mehiläisten parittelun heikkenemiseen.J. Apps.ekologia.59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et ai.Neonikotinoidiset hyönteismyrkyt ja ergosterolin biosynteesi estävät synergististen sienitautien kuolleisuutta kolmessa mehiläislajissa.Tuholaistorjunta.Tiede.73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.ja Danforth BN Solitary ampiaisen toukat muuttavat siitepölyn toimittamaa bakteerien monimuotoisuutta varressa pesiville mehiläisille Osmia cornifrons (Megachilidae).edessä.mikro-organismi.13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN ja Steffan SA Fermentoidun siitepölyn ektosymbioottiset mikro-organismit ovat yhtä tärkeitä yksinäisten mehiläisten kehitykselle kuin itse siitepöly.ekologia.evoluutio.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F ja Thalheimer M. Rivien väliset istutukset omenatarhoissa uudelleenkylvötautien torjumiseksi: käytännön tehokkuustutkimus, joka perustuu mikrobi-indikaattoreihin.Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG ja Peter KA Omenoiden katkera mätä Keski-Atlantilla Yhdysvalloissa: aiheuttavien lajien arviointi ja alueellisten sääolosuhteiden vaikutus ja lajikkeiden herkkyys.Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK.ja Stanley DA Fungisidit, rikkakasvien torjunta-aineet ja mehiläiset: järjestelmällinen katsaus olemassa oleviin tutkimuksiin ja menetelmiin.PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED ja Jepson, PC EBI-sienimyrkkyjen ja pyretroidisten hyönteismyrkkyjen synergistiset vaikutukset mehiläisiin (Apis mellifera).tuhoaa tieteen.39, 293-297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE ja Peng, CY Valittujen fungisidien vaikutus mehiläisen toukkien Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae) kasvuun ja kehitykseen.Keskiviikko.Ntoene.33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. ja McArt, S. Päätösopas torjunta-aineiden käyttöön pölyttäjien suojelemiseksi puutarhoissa (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM ja Hogendoorn, K. Mehiläisten altistuminen nonpesticidesille: menetelmien ja raportoitujen tulosten katsaus.Maatalous.ekosysteemi.Keskiviikko.314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA.ja Pitts-Singer TL Tarjonnan tyypin ja torjunta-ainealtistuksen vaikutus Osmia lignarian (Hymenoptera: Megachilidae) toukkien kehitykseen.Keskiviikko.Ntoene.51, 240–251 (2022).
Kopit AM ja Pitts-Singer TL Pathways altistuminen torjunta-aineille yksinäisille tyhjäpesäisille mehiläisille.Keskiviikko.Ntoene.47, 499–510 (2018).
Pan, NT et ai.Uusi nielemisen biotestiprotokolla torjunta-aineiden myrkyllisyyden arvioimiseksi aikuisilla japanilaisilla puutarhamehiläisillä (Osmia cornifrons).Tiede.Reports 10, 9517 (2020).
Postitusaika: 14.5.2024