Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamahusay na resulta, inirerekomenda namin na gumamit ka ng mas bagong bersyon ng iyong browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang styling o JavaScript.
Ang mga fungicide ay kadalasang ginagamit habang namumulaklak ang mga puno at maaaring magbanta sa mga pollinator ng insekto. Gayunpaman, kakaunti ang nalalaman tungkol sa kung paano tumutugon ang mga non-bee pollinator (hal., mga nag-iisang bubuyog, Osmia cornifron) sa mga contact at systemic fungicide na karaniwang ginagamit sa mga mansanas habang namumulaklak. Ang kakulangan sa kaalamang ito ay naglilimita sa mga desisyon sa regulasyon na tumutukoy sa ligtas na konsentrasyon at tiyempo ng pag-spray ng fungicide. Sinuri namin ang mga epekto ng dalawang contact fungicide (captan at mancozeb) at apat na interlayer/phytosystem fungicide (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin at trifloxystrobin). Mga epekto sa pagtaas ng timbang ng larva, kaligtasan ng buhay, sex ratio at bacterial diversity. Ang pagsusuri ay isinagawa gamit ang isang chronic oral bioassay kung saan ang pollen ay ginamot sa tatlong dosis batay sa kasalukuyang inirerekomendang dosis para sa paggamit sa bukid (1X), kalahating dosis (0.5X) at mababang dosis (0.1X). Ang lahat ng dosis ng mancozeb at pyritisoline ay makabuluhang nagbawas ng timbang ng katawan at kaligtasan ng larva. Pagkatapos ay sinundan namin ang sequence ng 16S gene upang makilala ang larval bacteriome ng mancozeb, ang fungicide na responsable para sa pinakamataas na mortalidad. Natuklasan namin na ang pagkakaiba-iba at kasaganaan ng bakterya ay lubhang nabawasan sa mga larvae na pinakain ng polen na ginamot gamit ang mancozeb. Ipinapahiwatig ng aming mga resulta sa laboratoryo na ang pag-spray ng ilan sa mga fungicide na ito habang namumulaklak ay partikular na nakakapinsala sa kalusugan ng O. cornifrons. Ang impormasyong ito ay mahalaga para sa mga desisyon sa pamamahala sa hinaharap tungkol sa napapanatiling paggamit ng mga produktong pangkaligtasan ng puno ng prutas at nagsisilbing batayan para sa mga proseso ng regulasyon na naglalayong protektahan ang mga pollinator.
Ang nag-iisang mason bee na Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) ay ipinakilala sa Estados Unidos mula sa Japan noong huling bahagi ng dekada 1970 at unang bahagi ng dekada 1980, at ang species na ito ay gumanap ng mahalagang papel bilang pollinator sa mga pinamamahalaang ecosystem mula noon. Ang mga naturalisadong populasyon ng bubuyog na ito ay bahagi ng humigit-kumulang 50 species ng mga ligaw na bubuyog na umaakma sa mga bubuyog na nagpo-pollinate ng mga taniman ng almendras at mansanas sa Estados Unidos2,3. Ang mga bubuyog na Mason ay nahaharap sa maraming hamon, kabilang ang pagkapira-piraso ng tirahan, mga pathogen, at mga pestisidyo3,4. Sa mga insecticide, binabawasan ng mga fungicide ang pagkakaroon ng enerhiya, paghahanap ng pagkain5 at pagkondisyon ng katawan6,7. Bagama't iminumungkahi ng mga kamakailang pananaliksik na ang kalusugan ng mga bubuyog na Mason ay direktang naiimpluwensyahan ng mga commensal at ectobactic na mikroorganismo, 8,9 dahil ang bacteria at fungi ay maaaring makaimpluwensya sa nutrisyon at mga tugon ng immune system, ang mga epekto ng pagkakalantad sa fungicide sa microbial diversity ng mga bubuyog na Mason ay nagsisimula pa lamang pag-aralan.
Ang mga fungicide na may iba't ibang epekto (contact at systemic) ay ini-spray sa mga taniman ng prutas bago at habang namumulaklak upang gamutin ang mga sakit tulad ng apple scab, bitter rot, brown rot at powdery mildew10,11. Ang mga fungicide ay itinuturing na hindi nakakapinsala sa mga pollinator, kaya inirerekomenda ang mga ito sa mga hardinero sa panahon ng pamumulaklak; Ang pagkakalantad at paglunok ng mga fungicide na ito ng mga bubuyog ay medyo kilala, dahil ito ay bahagi ng proseso ng pagpaparehistro ng pestisidyo ng US Environmental Protection Agency at marami pang ibang pambansang regulatory agencies12,13,14. Gayunpaman, ang mga epekto ng mga fungicide sa mga hindi bubuyog ay hindi gaanong kilala dahil hindi ito kinakailangan sa ilalim ng mga kasunduan sa awtorisasyon sa marketing sa Estados Unidos15. Bilang karagdagan, sa pangkalahatan ay walang mga standardized na protocol para sa pagsubok ng mga single bee16,17, at ang pagpapanatili ng mga kolonya na nagbibigay ng mga bubuyog para sa pagsubok ay mahirap18. Ang mga pagsubok sa iba't ibang pinamamahalaang bubuyog ay lalong isinasagawa sa Europa at USA upang pag-aralan ang mga epekto ng mga pestisidyo sa mga ligaw na bubuyog, at ang mga standardized na protocol ay kamakailan lamang binuo para sa O. cornifrons19.
Ang mga bubuyog na may sungay ay mga monocytes at ginagamit sa komersyo sa mga pananim na karpa bilang suplemento o pamalit sa mga bubuyog na may pulot. Ang mga bubuyog na ito ay lumalabas sa pagitan ng Marso at Abril, kung saan ang mga lalaking maaga pa lamang ay lumalabas tatlo hanggang apat na araw bago ang mga babae. Pagkatapos mag-asawa, ang babae ay aktibong nangongolekta ng polen at nektar upang magbigay ng serye ng mga selula ng pag-aanak sa loob ng tubular nest cavity (natural o artipisyal)1,20. Ang mga itlog ay inilalagay sa polen sa loob ng mga selula; ang babae ay pagkatapos ay bumubuo ng clay wall bago ihanda ang susunod na selula. Ang unang instar larvae ay nakapaloob sa chorion at kumakain ng mga embryonic fluid. Mula sa pangalawa hanggang ikalimang instar (prepupa), ang larvae ay kumakain ng polen22. Kapag ang suplay ng polen ay ganap na naubos, ang larvae ay bumubuo ng mga cocoon, nagiging pupate at lumalabas bilang mga nasa hustong gulang sa parehong brood chamber, kadalasan sa huling bahagi ng tag-araw20,23. Ang mga nasa hustong gulang ay lumalabas sa susunod na tagsibol. Ang kaligtasan ng nasa hustong gulang ay nauugnay sa netong pagtaas ng enerhiya (pagtaas ng timbang) batay sa pagkain na kinakain. Kaya, ang kalidad ng nutrisyon ng polen, pati na rin ang iba pang mga salik tulad ng panahon o pagkakalantad sa mga pestisidyo, ay mga determinant ng kaligtasan at kalusugan24.
Ang mga insecticide at fungicide na inilapat bago ang pamumulaklak ay kayang gumalaw sa loob ng vasculature ng halaman sa iba't ibang antas, mula sa translaminar (hal., kayang gumalaw mula sa itaas na bahagi ng mga dahon patungo sa ibabang bahagi, tulad ng ilang fungicide) 25 hanggang sa tunay na sistematikong epekto. , na maaaring tumagos sa korona mula sa mga ugat, ay maaaring makapasok sa nektar ng mga bulaklak ng mansanas 26, kung saan maaari nilang patayin ang nasa hustong gulang na O. cornifrons 27. Ang ilang pestisidyo ay tumutulo rin sa polen, na nakakaapekto sa pag-unlad ng larva ng mais at nagiging sanhi ng kanilang pagkamatay 19. Ipinakita ng ibang mga pag-aaral na ang ilang mga fungicide ay maaaring makabuluhang baguhin ang pag-uugali ng pugad ng kaugnay na species na O. lignaria 28. Bilang karagdagan, ang mga pag-aaral sa laboratoryo at larangan na ginagaya ang mga senaryo ng pagkakalantad sa pestisidyo (kabilang ang mga fungicide) ay nagpakita na ang mga pestisidyo ay negatibong nakakaapekto sa pisyolohiya 22 morpolohiya 29 at kaligtasan ng mga bubuyog at ilang nag-iisang bubuyog. Iba't ibang fungicidal spray na direktang inilapat sa mga bukas na bulaklak habang namumulaklak ay maaaring mahawahan ang polen na nakolekta ng mga nasa hustong gulang para sa pag-unlad ng larva, na ang mga epekto ay kailangan pang pag-aralan 30.
Parami nang parami ang nakakakilala na ang pag-unlad ng larva ay naiimpluwensyahan ng mga komunidad ng polen at microbial sa sistema ng pagtunaw. Ang microbiome ng bubuyog ay nakakaimpluwensya sa mga parametro tulad ng bigat ng katawan31, mga pagbabago sa metabolismo22 at pagkamaramdamin sa mga pathogen32. Sinuri ng mga nakaraang pag-aaral ang impluwensya ng yugto ng pag-unlad, mga sustansya, at kapaligiran sa microbiome ng mga nag-iisang bubuyog. Ang mga pag-aaral na ito ay nagsiwalat ng mga pagkakatulad sa istraktura at kasaganaan ng mga microbiome ng larva at polen33, pati na rin ang pinakakaraniwang bacterial genera na Pseudomonas at Delftia, sa mga nag-iisang uri ng bubuyog. Gayunpaman, bagama't ang mga fungicide ay naiugnay sa mga estratehiya upang protektahan ang kalusugan ng bubuyog, ang mga epekto ng mga fungicide sa larval microbiota sa pamamagitan ng direktang pagkakalantad sa bibig ay nananatiling hindi pa nasusuri.
Sinubukan ng pag-aaral na ito ang mga epekto ng mga totoong dosis ng anim na karaniwang ginagamit na fungicide na nakarehistro para sa paggamit sa mga prutas ng puno sa Estados Unidos, kabilang ang mga contact at systemic fungicide na ibinibigay nang pasalita sa larvae ng corn hornworm moth mula sa kontaminadong pagkain. Natuklasan namin na ang mga contact at systemic fungicide ay nagbawas sa pagtaas ng timbang ng katawan ng bubuyog at nagpataas ng mortalidad, na may pinakamatinding epekto na nauugnay sa mancozeb at pyrithiopide. Pagkatapos ay inihambing namin ang microbial diversity ng mga larvae na pinakain sa mancozeb-treated pollen diet sa mga pinakain sa control diet. Tatalakayin namin ang mga potensyal na mekanismo na pinagbabatayan ng mortalidad at mga implikasyon para sa mga programa ng integrated pest and pollinator management (IPPM)36.
Ang mga nasa hustong gulang na O. cornifron na nanatili sa mga cocoon habang taglamig ay nakuha mula sa Fruit Research Center, Biglerville, PA, at iniimbak sa −3 hanggang 2°C (±0.3°C). Bago ang eksperimento (600 cocoon sa kabuuan). Noong Mayo 2022, 100 cocoon ng O. cornifron ang inililipat araw-araw sa mga plastik na tasa (50 cocoon bawat tasa, DI 5 cm × 15 cm ang haba) at ang mga pamunas ay inilagay sa loob ng mga tasa upang mapabilis ang pagbuka at magbigay ng nginunguyang substrate, na binabawasan ang stress sa mga mabatong bubuyog37. Maglagay ng dalawang plastik na tasa na naglalaman ng mga cocoon sa isang hawla ng insekto (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) na may 10 ml na lalagyan na naglalaman ng 50% sucrose solution at iimbak sa loob ng apat na araw upang matiyak ang pagsasara at pagsasama. 23°C, relatibong humidity 60%, photoperiod 10 l (mababang intensity): 14 na araw. 100 babaeng at lalaking itinanim ang pinakawalan tuwing umaga sa loob ng anim na araw (100 bawat araw) sa dalawang artipisyal na pugad noong panahon ng kasagsagan ng pamumulaklak ng mansanas (pugad ng bitag: lapad 33.66 × taas 30.48 × haba 46.99 cm; Karagdagang Larawan 1). Inilagay sa Pennsylvania State Arboretum, malapit sa cherry (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), peach (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), peras (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), puno ng mansanas na coronaria (Malus coronaria) at maraming uri ng puno ng mansanas (Malus coronaria, Malus), puno ng mansanas na 'Co-op 30′ Enterprise™, puno ng mansanas na Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy'). Ang bawat asul na plastik na kulungan ng ibon ay kasya sa ibabaw ng dalawang kahon na gawa sa kahoy. Ang bawat kahon ng pugad ay naglalaman ng 800 walang laman na tubo ng kraft paper (spiral open, 0.8 cm ID × 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) na ipinasok sa mga opaque cellophane tube (0.7 OD tingnan ang Mga plastik na plug (T-1X plug) ay nagbibigay ng mga lugar ng pugad.
Ang parehong mga kahon ng pugad ay nakaharap sa silangan at natatakpan ng berdeng plastik na bakod sa hardin (Everbilt model #889250EB12, laki ng bukana na 5 × 5 cm, 0.95 m × 100 m) upang maiwasan ang pag-access ng mga daga at ibon at inilagay sa ibabaw ng lupa sa tabi ng mga kahon ng lupa ng kahon ng pugad. Kahon ng pugad (Karagdagang Larawan 1a). Ang mga itlog ng corn borer ay kinokolekta araw-araw sa pamamagitan ng pagkolekta ng 30 tubo mula sa mga pugad at pagdadala ng mga ito sa laboratoryo. Gamit ang gunting, gumawa ng hiwa sa dulo ng tubo, pagkatapos ay kalasin ang spiral tube upang ilantad ang mga selula ng brood. Ang mga indibidwal na itlog at ang kanilang polen ay tinanggal gamit ang isang kurbadong spatula (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., California). Ang mga itlog ay in-incubate sa basang filter paper at inilagay sa isang Petri dish sa loob ng 2 oras bago gamitin sa aming mga eksperimento (Karagdagang Larawan 1b-d).
Sa laboratoryo, sinuri namin ang oral toxicity ng anim na fungicide na inilapat bago at habang namumulaklak ang mansanas sa tatlong konsentrasyon (0.1X, 0.5X, at 1X, kung saan ang 1X ay ang markang inilapat bawat 100 galon ng tubig/acre. Mataas na dosis sa bukid = konsentrasyon sa bukid). , Talahanayan 1). Ang bawat konsentrasyon ay inulit nang 16 na beses (n = 16). Dalawang contact fungicide (Talahanayan S1: mancozeb 2696.14 ppm at captan 2875.88 ppm) at apat na systemic fungicide (Talahanayan S1: pyrithiostrobin 250.14 ppm; trifloxystrobin 110.06 ppm; myclobutanil azole 75 .12 ppm; cyprodinil 280.845 ppm) na may toxicity sa mga prutas, gulay, at mga ornamental na pananim. Hinimogenisa namin ang polen gamit ang isang gilingan, inilipat ang 0.20 g sa isang balon (24-well Falcon Plate), at idinagdag at hinalo ang 1 μL ng solusyon ng fungicide upang bumuo ng pyramidal pollen na may 1 mm na lalim na balon kung saan inilagay ang mga itlog. Ilagay gamit ang isang mini spatula (Karagdagang Larawan 1c,d). Ang mga falcon plate ay itinago sa temperatura ng silid (25°C) at 70% relative humidity. Inihambing namin ang mga ito sa mga control larvae na pinakain ng homogenous na pollen diet na nilagyan ng purong tubig. Itinala namin ang mortalidad at sinukat ang bigat ng larva bawat dalawang araw hanggang sa umabot ang larva sa edad bago maging pupa gamit ang isang analytical balance (Fisher Scientific, accuracy = 0.0001 g). Panghuli, tinasa ang sex ratio sa pamamagitan ng pagbubukas ng cocoon pagkatapos ng 2.5 buwan.
Ang DNA ay kinuha mula sa buong larvae ng O. cornifrons (n = 3 bawat kondisyon ng paggamot, polen na ginamot at hindi ginamot ng mancozeb) at nagsagawa kami ng mga pagsusuri sa microbial diversity sa mga sample na ito, lalo na dahil sa mancozeb ang pinakamataas na mortalidad ay naobserbahan sa larvae na tumatanggap ng MnZn. Ang DNA ay pinalaki, pinadalisay gamit ang DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kit (Zymo Research, Irvine, CA), at sinundan ng sequence (600 cycle) sa isang Illumina® MiSeq™ gamit ang v3 kit. Ang targeted sequencing ng bacterial 16S ribosomal RNA genes ay isinagawa gamit ang Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) gamit ang mga primer na naka-target sa rehiyon ng V3-V4 ng 16S rRNA gene. Bukod pa rito, ang 18S sequencing ay isinagawa gamit ang 10% PhiX inclusion, at ang amplification ay isinagawa gamit ang pares ng primer na 18S001 at NS4.
I-import at iproseso ang mga nakapares na read39 gamit ang QIIME2 pipeline (v2022.11.1). Ang mga read na ito ay pinutol at pinagsama, at ang mga chimeric sequence ay inalis gamit ang DADA2 plugin sa QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Ang mga pagtatalaga ng klase na 16S at 18S ay isinagawa gamit ang object classifier plugin na Classify-sklearn at ang pre-trained artifact silva-138-99-nb-classifier.
Sinuri ang lahat ng datos mula sa eksperimento para sa normalidad (Shapiro-Wilks) at homogeneity ng mga variance (Levene's test). Dahil hindi natugunan ng data set ang mga pagpapalagay ng parametric analysis at nabigo ang transformation na istandardisa ang mga residual, nagsagawa kami ng nonparametric two-way ANOVA (Kruskal-Wallis) na may dalawang salik [oras (three-phase 2, 5, at 8 araw na time points) at fungicide] upang suriin ang epekto ng paggamot sa sariwang timbang ng larva, pagkatapos ay isinagawa ang post hoc nonparametric pairwise comparisons gamit ang Wilcoxon test. Gumamit kami ng generalized linear model (GLM) na may Poisson distribution upang ihambing ang mga epekto ng mga fungicide sa survival sa tatlong konsentrasyon ng fungicide41,42. Para sa differential abundance analysis, ang bilang ng mga amplicon sequence variants (ASV) ay pinagsama-sama sa antas ng genus. Ang mga paghahambing ng differential abundance sa pagitan ng mga grupo gamit ang 16S (antas ng genus) at 18S relative abundance ay isinagawa gamit ang isang generalized additive model para sa posisyon, sukat, at hugis (GAMLSS) na may beta zero-inflated (BEZI) family distributions, na minodelo sa isang macro . sa Microbiome R43 (v1.1). 1). Alisin ang mga mitochondrial at chloroplast species bago ang differential analysis. Dahil sa magkakaibang taxonomic levels ng 18S, tanging ang pinakamababang antas ng bawat taxon ang ginamit para sa differential analyses. Lahat ng statistical analyses ay isinagawa gamit ang R (v. 3.4.3., CRAN project) (Team 2013).
Ang pagkakalantad sa mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin ay makabuluhang nagpababa sa pagtaas ng timbang ng katawan sa O. cornifrons (Larawan 1). Ang mga epektong ito ay palaging naobserbahan para sa lahat ng tatlong dosis na tinasa (Larawan 1a–c). Ang Cyclostrobin at myclobutanil ay hindi makabuluhang nagpababa sa bigat ng larvae.
Ang karaniwang sariwang bigat ng larvae ng stem borer ay sinukat sa tatlong punto ng panahon sa ilalim ng apat na dietary treatment (homogeneous pollen feed + fungicide: control, 0.1X, 0.5X at 1X doses). (a) Mababang dosis (0.1X): unang punto ng pagkakataon (araw 1): χ2: 30.99, DF = 6; P < 0.0001, pangalawang punto ng pagkakataon (araw 5): 22.83, DF = 0.0009; ikatlong beses; punto (araw 8): χ2: 28.39, DF = 6; (b) kalahating dosis (0.5X): unang punto ng pagkakataon (araw 1): χ2: 35.67, DF = 6; P < 0.0001, pangalawang punto ng pagkakataon (araw unang). ): χ2: 15.98, DF = 6; P = 0.0090; ikatlong punto ng paggamit (ika-8 araw) χ2: 16.47, DF = 6; (c) Lugar o buong dosis (1X): unang punto ng paggamit (ika-1 araw) χ2: 20.64, P = 6; P = 0.0326, pangalawang punto ng paggamit (ika-5 araw): χ2: 22.83, DF = 6; P = 0.0009; ikatlong punto ng paggamit (ika-8 araw): χ2: 28.39, DF = 6; nonparametric analysis of variance. Ang mga bar ay kumakatawan sa mean ± SE ng pairwise comparisons (α = 0.05) (n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
Sa pinakamababang dosis (0.1X), ang bigat ng katawan ng larva ay nabawasan ng 60% gamit ang trifloxystrobin, 49% gamit ang mancozeb, 48% gamit ang myclobutanil, at 46% gamit ang pyrithistrobin (Larawan 1a). Nang malantad sa kalahati ng dosis sa field (0.5X), ang bigat ng katawan ng larvae ng mancozeb ay nabawasan ng 86%, pyrithiostrobin ng 52% at trifloxystrobin ng 50% (Larawan 1b). Ang isang buong dosis sa field (1X) ng mancozeb ay nagbawas sa bigat ng larva ng 82%, pyrithiostrobin ng 70%, at trifloxystrobin, myclobutanil at sangard ng humigit-kumulang 30% (Larawan 1c).
Pinakamataas ang mortalidad sa mga larvae na pinakain ng polen na ginamot gamit ang mancozeb, na sinundan ng pyrithiostrobin at trifloxystrobin. Tumaas ang mortalidad kasabay ng pagtaas ng dosis ng mancozeb at pyritisoline (Larawan 2; Talahanayan 2). Gayunpaman, bahagyang tumaas lamang ang mortalidad ng corn borer habang tumataas ang konsentrasyon ng trifloxystrobin; ang cyprodinil at captan ay hindi makabuluhang nagpataas ng mortalidad kumpara sa mga control treatment.
Ang mortalidad ng mga larvae ng borer fly ay inihambing pagkatapos ng paglunok ng polen na isa-isang ginamot gamit ang anim na magkakaibang fungicide. Ang Mancozeb at pentopyramide ay mas sensitibo sa oral exposure sa mga uod ng mais (GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (line, slope = 0.29, P < 0.001; slope = 0.24, P <0.00)).
Sa karaniwan, sa lahat ng paggamot, 39.05% ng mga pasyente ay babae at 60.95% ay lalaki. Sa mga kontrol na paggamot, ang proporsyon ng mga kababaihan ay 40% sa parehong pag-aaral na mababa ang dosis (0.1X) at kalahating dosis (0.5X), at 30% sa mga pag-aaral na nasa field-dose (1X). Sa dosis na 0.1X, sa mga larvae na pinakain ng polen na ginamot ng mancozeb at myclobutanil, 33.33% ng mga nasa hustong gulang ay babae, 22% ng mga nasa hustong gulang ay babae, 44% ng mga nasa hustong gulang na larvae ay babae, 44% ng mga nasa hustong gulang na larvae ay babae. babae, 41% ng mga nasa hustong gulang na larvae ay babae, at ang mga kontrol ay 31% (Fig. 3a). Sa 0.5 beses na dosis, 33% ng mga adult worm sa grupong mancozeb at pyrithiostrobin ay babae, 36% sa grupong trifloxystrobin, 41% sa grupong myclobutanil, at 46% sa grupong cyprostrobin. Ang bilang na ito ay 53% sa grupong captan at 38% sa control group (Fig. 3b). Sa 1X na dosis, 30% ng grupong mancozeb ay babae, 36% ng grupong pyrithiostrobin, 44% ng grupong trifloxystrobin, 38% ng grupong myclobutanil, 50% ng control group ay babae – 38.5% (Fig. 3c).
Porsyento ng mga babae at lalaking borer pagkatapos ng pagkakalantad sa fungicide sa yugto ng larva. (a) Mababang dosis (0.1X). (b) Kalahating dosis (0.5X). (c) Dosis sa bukid o buong dosis (1X).
Ipinakita ng 16S sequence analysis na ang bacterial group ay may pagkakaiba sa pagitan ng larvae na pinakain ng mancozeb-treated pollen at larvae na pinakain ng untreated pollen (Fig. 4a). Ang microbial index ng untreated larvae na pinakain ng pollen ay mas mataas kaysa sa larvae na pinakain ng mancozeb-treated pollen (Fig. 4b). Bagama't ang naobserbahang pagkakaiba sa richness sa pagitan ng mga grupo ay hindi statistically significant, ito ay mas mababa nang malaki kaysa sa naobserbahan para sa larvae na kumakain ng untreated pollen (Fig. 4c). Ipinakita ng relatibong kasaganaan na ang microbiota ng larvae na pinakain ng control pollen ay mas magkakaiba kaysa sa larvae na pinakain ng mancozeb-treated larvae (Fig. 5a). Ipinakita ng descriptive analysis ang presensya ng 28 genera sa control at mancozeb-treated samples (Fig. 5b). Ang c analysis gamit ang 18S sequencing ay walang ipinakitang makabuluhang pagkakaiba (Karagdagang Larawan 2).
Ang mga SAV profile batay sa 16S sequences ay inihambing sa Shannon richness at observed richness sa antas ng phylum. (a) Principal coordinate analysis (PCoA) batay sa pangkalahatang istruktura ng microbial community sa mga larvae na pinakain o pinapakain ng pollen (asul) at pinapakain ng mancozeb (kahel). Ang bawat data point ay kumakatawan sa isang hiwalay na sample. Ang PCoA ay kinalkula gamit ang Bray-Curtis distance ng multivariate t distribution. Ang mga oval ay kumakatawan sa 80% confidence level. (b) Boxplot, raw Shannon wealth data (mga puntos) at c. Observable wealth. Ipinapakita ng mga boxplot ang mga kahon para sa median line, interquartile range (IQR), at 1.5 × IQR (n = 3).
Komposisyon ng mga komunidad ng mikrobyo ng larvae na pinakain ng polen na ginamot at hindi ginamot ng mancozeb. (a) Relatibong kasaganaan ng mga nababasang genera ng mikrobyo sa larvae. (b) Heat map ng mga natukoy na komunidad ng mikrobyo. Delftia (odds ratio (OR) = 0.67, P = 0.0030) at Pseudomonas (OR = 0.3, P = 0.0074), Microbacterium (OR = 0.75, P = 0.0617) (OR = 1.5, P = 0.0060); Ang mga hanay ng heat map ay nakakumpol gamit ang distansya ng korelasyon at average na pagkakakonekta.
Ipinapakita ng aming mga resulta na ang oral exposure sa contact (mancozeb) at systemic (pyrostrobin at trifloxystrobin) fungicides, na malawakang inilapat habang namumulaklak, ay makabuluhang nagbawas ng pagtaas ng timbang at pagtaas ng mortalidad ng larvae ng mais. Bukod pa rito, ang mancozeb ay makabuluhang nagbawas ng pagkakaiba-iba at kayamanan ng microbiome sa yugto ng prepupal. Ang Myclobutanil, isa pang systemic fungicide, ay makabuluhang nagbawas ng pagtaas ng timbang ng larval body sa lahat ng tatlong dosis. Ang epektong ito ay kitang-kita sa pangalawa (araw 5) at pangatlo (araw 8) na mga punto ng oras. Sa kabaligtaran, ang cyprodinil at captan ay hindi makabuluhang nagbawas ng pagtaas ng timbang o survival kumpara sa control group. Sa aming kaalaman, ang pag-aaral na ito ang una upang matukoy ang mga epekto ng mga rate ng bukid ng iba't ibang fungicide na ginagamit upang protektahan ang mga pananim na mais sa pamamagitan ng direktang pagkakalantad sa polen.
Ang lahat ng paggamot gamit ang fungicide ay makabuluhang nakapagpababa ng pagtaas ng timbang ng katawan kumpara sa mga paggamot gamit ang control. Ang Mancozeb ang may pinakamalaking epekto sa pagtaas ng timbang ng larva na may average na pagbaba na 51%, na sinundan ng pyrithiostrobin. Gayunpaman, ang ibang mga pag-aaral ay walang naiulat na masamang epekto ng mga dosis ng fungicide sa mga yugto ng larva44. Bagama't ipinakita na ang mga dithiocarbamate biocides ay may mababang acute toxicity45, ang ethylene bisdithiocarbamates (EBDCS) tulad ng mancozeb ay maaaring maging urea ethylene sulfide. Dahil sa mga mutagenic effect nito sa ibang mga hayop, ang degradation product na ito ay maaaring responsable para sa mga naobserbahang epekto46,47. Ipinakita ng mga nakaraang pag-aaral na ang pagbuo ng ethylene thiourea ay naiimpluwensyahan ng mga salik tulad ng mataas na temperatura48, antas ng humidity49 at haba ng pag-iimbak ng produkto50. Ang mga wastong kondisyon ng pag-iimbak para sa mga biocides ay maaaring makapagpagaan sa mga side effect na ito. Bilang karagdagan, ang European Food Safety Authority ay nagpahayag ng pag-aalala tungkol sa toxicity ng pyrithiopide, na ipinakita na carcinogenic sa mga sistema ng pagtunaw ng ibang mga hayop51.
Ang pagbibigay ng mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin sa pamamagitan ng bibig ay nagpapataas ng mortalidad ng larvae ng corn borer. Sa kabaligtaran, ang myclobutanil, ciprocycline at captan ay walang epekto sa mortalidad. Ang mga resultang ito ay naiiba sa mga resulta nina Ladurner et al.52, na nagpakita na ang captan ay makabuluhang nagbawas sa kaligtasan ng nasa hustong gulang na O. lignaria at Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Bukod pa rito, ang mga fungicide tulad ng captan at boscalid ay natuklasang nagdudulot ng mortalidad ng larva52,53,54 o nagpapabago sa gawi sa pagkain55. Ang mga pagbabagong ito, naman, ay maaaring makaapekto sa kalidad ng nutrisyon ng polen at sa huli, sa pagtaas ng enerhiya ng yugto ng larva. Ang mortalidad na naobserbahan sa control group ay naaayon sa iba pang mga pag-aaral 56,57.
Ang ratio ng kasarian na pinapaboran ng lalaki na naobserbahan sa aming trabaho ay maaaring ipaliwanag ng mga salik tulad ng hindi sapat na pagsasama at masamang kondisyon ng panahon habang namumulaklak, gaya ng naunang iminungkahi para sa O. cornuta nina Vicens at Bosch. Bagama't ang mga babae at lalaki sa aming pag-aaral ay may apat na araw para mag-asawa (isang panahon na karaniwang itinuturing na sapat para sa matagumpay na pagsasama), sinasadya naming binawasan ang intensidad ng liwanag upang mabawasan ang stress. Gayunpaman, ang pagbabagong ito ay maaaring hindi sinasadyang makagambala sa proseso ng pagsasama61. Bukod pa rito, ang mga bubuyog ay nakakaranas ng ilang araw ng masamang panahon, kabilang ang ulan at mababang temperatura (<5°C), na maaari ring negatibong makaapekto sa tagumpay ng pagsasama4,23.
Bagama't nakatuon ang aming pag-aaral sa buong larval microbiome, ang aming mga resulta ay nagbibigay ng pananaw sa mga potensyal na ugnayan sa mga komunidad ng bacteria na maaaring mahalaga sa nutrisyon ng bubuyog at pagkakalantad sa fungicide. Halimbawa, ang mga larvae na pinakain ng pollen na ginamot ng mancozeb ay may makabuluhang nabawasang istruktura at kasaganaan ng microbial community kumpara sa mga larvae na pinakain ng hindi ginamot na pollen. Sa mga larvae na kumakain ng hindi ginamot na pollen, ang mga grupo ng bacteria na Proteobacteria at Actinobacteria ay nangingibabaw at pangunahing aerobic o facultatively aerobic. Ang mga Delft bacteria, na karaniwang nauugnay sa mga nag-iisang uri ng bubuyog, ay kilalang may aktibidad na antibiotic, na nagpapahiwatig ng isang potensyal na papel na proteksiyon laban sa mga pathogen. Ang isa pang uri ng bacteria, ang Pseudomonas, ay sagana sa mga larvae na pinakain ng hindi ginamot na pollen, ngunit makabuluhang nabawasan sa mga larvae na ginamot ng mancozeb. Sinusuportahan ng aming mga resulta ang mga nakaraang pag-aaral na kinilala ang Pseudomonas bilang isa sa pinakamaraming genera sa O. bicornis35 at iba pang nag-iisang putakti34. Bagama't hindi pa napag-aaralan ang mga ebidensyang eksperimental para sa papel ng Pseudomonas sa kalusugan ng O. cornifrons, naipakita na ang bacterium na ito ay nagtataguyod ng synthesis ng mga proteksiyon na lason sa beetle na Paederus fuscipes at nagtataguyod ng metabolismo ng arginine in vitro 35, 65. Ang mga obserbasyong ito ay nagmumungkahi ng isang potensyal na papel sa depensa laban sa virus at bacteria sa panahon ng pag-unlad ng larvae ng O. cornifrons. Ang Microbacterium ay isa pang genus na natukoy sa aming pag-aaral na naiulat na naroroon sa mataas na bilang sa larvae ng black soldier fly sa ilalim ng mga kondisyon ng gutom66. Sa larvae ng O. cornifrons, ang microbacteria ay maaaring mag-ambag sa balanse at katatagan ng gut microbiome sa ilalim ng mga kondisyon ng stress. Bukod pa rito, ang Rhodococcus ay matatagpuan sa larvae ng O. cornifrons at kilala sa mga kakayahan nitong mag-detox67. Ang genus na ito ay matatagpuan din sa bituka ng A. florea, ngunit sa napakababang kasaganaan68. Ipinapakita ng aming mga resulta ang pagkakaroon ng maraming genetic variations sa maraming microbial taxa na maaaring magpabago sa mga proseso ng metabolismo sa larvae. Gayunpaman, kinakailangan ang mas mahusay na pag-unawa sa functional diversity ng O. cornifrons.
Sa buod, ipinapahiwatig ng mga resulta na ang mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin ay nagbawas sa pagtaas ng timbang ng katawan at pagtaas ng mortalidad ng mga larvae ng corn borer. Bagama't may lumalaking pag-aalala tungkol sa mga epekto ng mga fungicide sa mga pollinator, may pangangailangang mas maunawaan ang mga epekto ng mga natitirang metabolite ng mga compound na ito. Ang mga resultang ito ay maaaring isama sa mga rekomendasyon para sa mga pinagsamang programa sa pamamahala ng pollinator na tumutulong sa mga magsasaka na maiwasan ang paggamit ng ilang partikular na fungicide bago at habang namumulaklak ang mga puno ng prutas sa pamamagitan ng pagpili ng mga fungicide at pag-iiba-iba ng tiyempo ng aplikasyon, o sa pamamagitan ng paghikayat sa paggamit ng mga hindi gaanong mapanganib na alternatibo 36. Mahalaga ang impormasyong ito para sa pagbuo ng mga rekomendasyon. sa paggamit ng pestisidyo, tulad ng pagsasaayos ng mga umiiral na programa ng pag-spray at pagbabago ng tiyempo ng pag-spray kapag pumipili ng mga fungicide o pagtataguyod ng paggamit ng mga hindi gaanong mapanganib na alternatibo. Kinakailangan ang karagdagang pananaliksik sa mga masamang epekto ng mga fungicide sa sex ratio, gawi sa pagpapakain, gut microbiome, at ang mga mekanismong molekular na pinagbabatayan ng pagbaba ng timbang at mortalidad ng corn borer.
Ang pinagmulang datos 1, 2 at 3 sa mga Larawan 1 at 2 ay idineposito sa figshare data repository DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 at https://doi.org/10.6084/m9. figshare.24996233. Ang mga sequence na sinuri sa kasalukuyang pag-aaral (Mga Larawan 4, 5) ay makukuha sa NCBI SRA repository sa ilalim ng accession number na PRJNA1023565.
Bosch, J. at Kemp, WP Pag-unlad at pagtatatag ng mga uri ng bubuyog bilang mga pollinator ng mga pananim na pang-agrikultura: ang halimbawa ng genus na Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) at mga puno ng prutas. bull. Ntomore. mapagkukunan. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Mga kasanayan sa polinasyon at pananaw sa mga alternatibong pollinator sa mga nagtatanim ng mansanas sa New York at Pennsylvania. update. Agrikultura. mga sistema ng pagkain. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL at Ricketts TH Ekolohiya at ekonomiya ng polinasyon ng almendras gamit ang mga katutubong bubuyog. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., at Park, Y.-L. Mga epekto ng pagbabago ng klima sa penolohiya ng tragopan: mga implikasyon para sa pamamahala ng populasyon. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR at Pitts-Singer, TL Epekto ng mga fungicide at adjuvant spray sa gawi ng pagpugad ng dalawang pinamamahalaang nag-iisang bubuyog (Osmia lignaria at Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Isang low-toxic crop fungicide (fenbuconazole) ang nakakasagabal sa mga signal ng kalidad ng reproduksyon ng lalaki na nagreresulta sa nabawasang tagumpay ng pag-aasawa sa mga ligaw na nag-iisang bubuyog. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Ang mga neonicotinoid insecticide at ergosterol biosynthesis ay pumipigil sa synergistic fungicide mortality sa tatlong uri ng bubuyog. Pagkontrol ng peste. ang agham. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. at Danforth BN Binabago ng nag-iisang larvae ng putakti ang pagkakaiba-iba ng bakterya na ibinibigay ng polen sa mga bubuyog na namumugad sa tangkay na Osmia cornifrons (Megachilidae). harap. mikroorganismo. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN at Steffan SA Ang mga ectosymbiotic microorganism sa fermented pollen ay kasinghalaga sa pag-unlad ng mga nag-iisang bubuyog tulad ng pollen mismo. ekolohiya. ebolusyon. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F at Thalheimer M. Pagtatanim sa pagitan ng mga hanay sa mga taniman ng mansanas upang makontrol ang mga sakit na muling nagtatanim: isang praktikal na pag-aaral ng bisa batay sa mga mikrobyong indikasyon. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG at Peter KA Mapait na pagkabulok ng mga mansanas sa kalagitnaan ng Atlantiko ng Estados Unidos: pagtatasa ng mga uri ng halaman na sanhi at ang impluwensya ng mga kondisyon ng panahon sa rehiyon at pagiging madaling kapitan ng mga uri. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. at Stanley DA Mga fungicide, herbicide at bubuyog: isang sistematikong pagsusuri ng mga umiiral na pananaliksik at pamamaraan. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED at Jepson, PC Mga synergistic na epekto ng mga EBI fungicide at pyrethroid insecticide sa mga bubuyog (Apis mellifera). mga peste sa agham. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE at Peng, CY Epekto ng mga piling fungicide sa paglaki at pag-unlad ng larvae ng bubuyog na Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Miyerkules. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., at McArt, S. Gabay sa Pagpapasya para sa Paggamit ng Pestisidyo upang Protektahan ang mga Pollinator sa mga Hardin ng Puno (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM at Hogendoorn, K. Pagkalantad ng mga bubuyog sa mga hindi pestisidyo: isang pagsusuri ng mga pamamaraan at naiulat na mga resulta. Agrikultura. ekosistema. Miyerkules. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. at Pitts-Singer TL Epekto ng uri ng suplay at pagkakalantad sa pestisidyo sa pag-unlad ng larva ng Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Miyerkules. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM at Pitts-Singer TL Mga Landas ng Pagkalantad sa Pestisidyo sa mga Nag-iisang Walang Pugad na Bubuyog. Miyerkules. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. Isang bagong protokol ng bioassay sa paglunok para sa pagtatasa ng toxicity ng pestisidyo sa mga adultong Japanese garden bees (Osmia cornifrons). ang agham. Mga Ulat 10, 9517 (2020).
Oras ng pag-post: Mayo-14-2024