Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamahusay na mga resulta, inirerekomenda namin na gumamit ka ng mas bagong bersyon ng iyong browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang styling o JavaScript.
Ang mga fungicide ay kadalasang ginagamit sa panahon ng pamumulaklak ng mga prutas ng puno at maaaring magbanta sa mga pollinator ng insekto.Gayunpaman, kakaunti ang nalalaman tungkol sa kung paano tumutugon ang mga non-bee pollinator (hal., solitary bees, Osmia cornifrons) sa contact at systemic fungicides na karaniwang ginagamit sa mga mansanas sa panahon ng pamumulaklak.Nililimitahan ng agwat ng kaalaman na ito ang mga desisyon sa regulasyon sa pagtukoy ng mga ligtas na konsentrasyon at timing ng pag-spray ng fungicide.Sinuri namin ang mga epekto ng dalawang contact fungicides (captan at mancozeb) at apat na interlayer/phytosystem fungicides (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin at trifloxystrobin).Mga epekto sa larval weight gain, survival, sex ratio at bacterial diversity.Ang pagsusuri ay isinagawa gamit ang isang talamak na oral bioassay kung saan ang pollen ay ginagamot sa tatlong dosis batay sa kasalukuyang inirerekomendang dosis para sa paggamit ng field (1X), kalahating dosis (0.5X) at mababang dosis (0.1X).Ang lahat ng dosis ng mancozeb at pyritisoline ay makabuluhang nabawasan ang timbang ng katawan at kaligtasan ng larval.Pagkatapos ay inayos namin ang 16S gene upang makilala ang larval bacteriome ng mancozeb, ang fungicide na responsable para sa pinakamataas na dami ng namamatay.Natagpuan namin na ang pagkakaiba-iba at kasaganaan ng bakterya ay makabuluhang nabawasan sa larvae na pinakain sa pollen na ginagamot ng mancozeb.Isinasaad ng aming mga resulta sa laboratoryo na ang pag-spray ng ilan sa mga fungicide na ito sa panahon ng pamumulaklak ay partikular na nakakapinsala sa kalusugan ng O. cornifrons.May kaugnayan ang impormasyong ito para sa mga desisyon sa pamamahala sa hinaharap tungkol sa napapanatiling paggamit ng mga produkto ng proteksyon 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 United States mula sa Japan noong huling bahagi ng 1970s at unang bahagi ng 1980s, at ang mga species ay gumanap ng isang mahalagang pollinator role sa pinamamahalaang ecosystem mula noon.Ang mga naturalized na populasyon ng bubuyog na ito ay bahagi ng humigit-kumulang 50 species ng mga ligaw na bubuyog na umakma sa mga bubuyog na nagpo-pollinate ng mga halamanan ng almond at mansanas sa Estados Unidos2,3.Ang mga mason bees ay nahaharap sa maraming hamon, kabilang ang pagkapira-piraso ng tirahan, mga pathogen, at mga pestisidyo3,4.Sa mga insecticides, ang fungicide ay nakakabawas ng energy gain, foraging5 at body conditioning6,7.Bagaman ang kamakailang pananaliksik ay nagpapahiwatig na ang kalusugan ng Mason bees ay direktang naiimpluwensyahan ng commensal at ectobactic microorganisms, 8,9 dahil ang bakterya at fungi ay maaaring makaimpluwensya sa nutrisyon at immune response, ang mga epekto ng fungicide exposure sa microbial diversity ng Mason bees ay nagsisimula pa lamang na maging pinag-aralan.
Ang mga fungicide na may iba't ibang epekto (contact at systemic) ay ini-spray sa mga halamanan 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 sila 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 ahensya ng regulasyon12,13,14.Gayunpaman, ang mga epekto ng fungicide sa mga hindi bubuyog ay hindi gaanong nalalaman dahil hindi ito kinakailangan sa ilalim ng mga kasunduan sa awtorisasyon sa marketing sa United States15.Bilang karagdagan, sa pangkalahatan ay walang mga standardized na protocol para sa pagsubok ng mga solong bubuyog16,17, at ang pagpapanatili ng mga kolonya na nagbibigay ng mga bubuyog para sa pagsubok ay mahirap18.Ang mga pagsubok sa iba't ibang pinamamahalaang mga bubuyog ay patuloy na 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 binuo kamakailan para sa O. cornifrons19.
Ang mga sungay na bubuyog ay mga monocyte at ginagamit sa komersyo sa mga pananim ng pamumula bilang pandagdag o kapalit ng pulot-pukyutan.Ang mga bubuyog na ito ay lumilitaw sa pagitan ng Marso at Abril, kasama ang mga maagang lalaki na umuusbong tatlo hanggang apat na araw bago ang mga babae.Pagkatapos mag-asawa, ang babae ay aktibong nangongolekta ng pollen at nektar upang magbigay ng isang serye ng mga brood cell sa loob ng tubular nest cavity (natural o artipisyal)1,20.Ang mga itlog ay inilalagay sa pollen sa loob ng mga selula;ang babae ay gagawa ng isang pader na luwad bago ihanda ang susunod na selda.Ang unang instar larvae ay nakapaloob sa chorion at kumakain ng mga embryonic fluid.Mula sa pangalawa hanggang sa ikalimang instar (prepupa), ang larvae ay kumakain ng pollen22.Kapag ang supply ng pollen ay ganap na naubos, ang larvae ay bumubuo ng mga cocoon, pupate at lalabas bilang mga nasa hustong gulang sa parehong brood chamber, kadalasan sa huling bahagi ng tag-araw20,23.Lumalabas ang mga matatanda sa susunod na tagsibol.Ang kaligtasan ng mga nasa hustong gulang ay nauugnay sa pagkakaroon ng netong enerhiya (pagdagdag ng timbang) batay sa paggamit ng pagkain.Kaya, ang kalidad ng nutrisyon ng pollen, pati na rin ang iba pang mga kadahilanan tulad ng panahon o pagkakalantad sa mga pestisidyo, ay mga determinant ng kaligtasan at kalusugan24.
Ang mga insecticides at fungicide na inilapat bago ang pamumulaklak ay nakakagalaw sa loob ng vasculature ng halaman sa iba't ibang antas, mula sa translaminar (hal., nakakagalaw mula sa itaas na ibabaw ng mga dahon hanggang sa ibabang ibabaw, tulad ng ilang mga 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 mansanas26, kung saan maaari nilang patayin ang mga may sapat na gulang na O. cornifrons27.Ang ilang mga pestisidyo ay tumutulo din sa pollen, na nakakaapekto sa pagbuo ng mais larvae at nagiging sanhi ng kanilang pagkamatay19.Ipinakita ng iba pang mga pag-aaral na ang ilang mga fungicide ay maaaring makabuluhang baguhin ang pag-uugali ng nesting ng mga kaugnay na species na O. lignaria28.Bilang karagdagan, ang mga pag-aaral sa laboratoryo at field na ginagaya ang mga sitwasyon 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 honey bees at ilang nag-iisa na mga bubuyog.Ang iba't ibang fungicidal spray na direktang inilapat sa mga bukas na bulaklak sa panahon ng pamumulaklak ay maaaring mahawahan ang pollen na kinokolekta ng mga nasa hustong gulang para sa pag-unlad ng larval, ang mga epekto nito ay nananatiling pag-aaralan30.
Ito ay lalong kinikilala na ang pag-unlad ng larval ay naiimpluwensyahan ng pollen at microbial na komunidad ng digestive system.Ang honeybee microbiome ay nakakaimpluwensya sa mga parameter gaya ng body mass31, metabolic changes22 at pagkamaramdamin sa pathogens32.Sinuri ng mga nakaraang pag-aaral ang impluwensya ng yugto ng pag-unlad, sustansya, at kapaligiran sa microbiome ng mga nag-iisa na bubuyog.Ang mga pag-aaral na ito ay nagsiwalat ng pagkakatulad sa istraktura at kasaganaan ng larval at pollen microbiomes33, pati na rin ang pinakakaraniwang bacterial genera na Pseudomonas at Delftia, sa mga nag-iisang species ng pukyutan.Gayunpaman, kahit na ang mga fungicide ay nauugnay sa mga estratehiya upang maprotektahan ang kalusugan ng pukyutan, ang mga epekto ng fungicide sa larval microbiota sa pamamagitan ng direktang oral exposure ay nananatiling hindi ginalugad.
Sinubukan ng pag-aaral na ito ang mga epekto ng real-world na dosis ng anim na karaniwang ginagamit na fungicide na nakarehistro para gamitin sa prutas ng puno sa United States, kabilang ang contact at systemic fungicides na ibinibigay nang pasalita sa corn hornworm moth larvae mula sa kontaminadong pagkain.Nalaman namin na ang contact at systemic fungicides ay nagbawas ng pagtaas ng timbang sa katawan ng bubuyog at nadagdagan ang dami ng namamatay, na may pinakamatinding epekto na nauugnay sa mancozeb at pyrithiopide.Pagkatapos ay inihambing namin ang pagkakaiba-iba ng microbial ng larvae na pinakain sa mancozeb-treated pollen diet sa mga pinakain sa control diet.Tinatalakay namin ang mga potensyal na mekanismo na pinagbabatayan ng dami ng namamatay at mga implikasyon para sa mga programang integrated pest and pollinator management (IPPM)36.
Ang mga adult O. cornifron na nag-overwintering sa mga cocoon ay nakuha mula sa Fruit Research Center, Biglerville, PA, at nakaimbak sa −3 hanggang 2°C (±0.3°C).Bago ang eksperimento (600 cocoons sa kabuuan).Noong Mayo 2022, 100 O. cornifrons cocoons ang inililipat araw-araw sa mga plastik na tasa (50 cocoons bawat tasa, DI 5 cm × 15 cm ang haba) at mga wipe ay inilagay sa loob ng mga tasa upang itaguyod ang pagbukas at magbigay ng chewable substrate, na binabawasan ang stress sa mabato. mga bubuyog37 .Maglagay ng dalawang plastic cup na naglalaman ng mga cocoon sa hawla ng insekto (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) na may 10 ml feeder na naglalaman ng 50% sucrose solution at mag-imbak ng apat na araw upang matiyak ang pagsasara at pagsasama .23°C, relative humidity 60%, photoperiod 10 l (low intensity): 14 na araw.100 pinag-asawang babae at lalaki ang pinakawalan tuwing umaga sa loob ng anim na araw (100 bawat araw) sa dalawang artipisyal na pugad sa panahon ng peak na pamumulaklak ng mansanas (trap nest: 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'), coronaria apple tree (Malus coronaria) at maraming uri ng mga puno ng mansanas (Malus coronaria, Malus), domestic apple tree 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus apple tree 'Co- Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy').Ang bawat asul na plastic birdhouse ay magkasya sa ibabaw ng dalawang kahoy na kahon.Ang bawat nest box ay naglalaman ng 800 walang laman na kraft paper tubes (spiral open, 0.8 cm ID × 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) na ipinasok sa opaque cellophane tubes (0.7 OD tingnan ang mga plastic plugs (T-1X plugs) na nagbibigay ng mga nesting site .
Ang parehong mga nest box ay nakaharap sa silangan at natatakpan ng berdeng plastic na bakod sa hardin (Everbilt model #889250EB12, laki ng pagbubukas na 5 × 5 cm, 0.95 m × 100 m) upang maiwasan ang pagpasok ng daga at ibon at inilagay sa ibabaw ng lupa sa tabi ng nest box soil mga kahon.Nest box (Karagdagang Larawan 1a).Ang mga corn borer egg ay kinokolekta araw-araw sa pamamagitan ng pagkolekta ng 30 tubes mula sa mga pugad at pagdadala sa mga ito sa laboratoryo.Gamit ang gunting, gupitin ang dulo ng tubo, pagkatapos ay i-disassemble ang spiral tube upang malantad ang mga brood cell.Ang mga indibidwal na itlog at ang kanilang pollen ay inalis gamit ang isang curved spatula (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., California).Ang mga itlog ay incubated sa mamasa-masa na filter na papel 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 sa panahon ng pamumulaklak ng mansanas sa tatlong konsentrasyon (0.1X, 0.5X, at 1X, kung saan ang 1X ay ang markang inilapat sa bawat 100 galon ng tubig/acre. Mataas na field dose = konsentrasyon sa bukid)., Talahanayan 1).Ang bawat konsentrasyon ay inulit ng 16 na beses (n = 16).Dalawang contact fungicides (Talahanayan S1: mancozeb 2696.14 ppm at captan 2875.88 ppm) at apat na systemic fungicides (Talahanayan S1: pyrithiostrobin 250.14 ppm; trifloxystrobin 110.06 ppm; myclobutanil azole 75.2 ppm.80.2 ppm , mga gulay at mga pananim na ornamental .Namin homogenize ang pollen gamit ang isang gilingan, inilipat ang 0.20 g sa isang balon (24-well Falcon Plate), at idinagdag at pinaghalo ang 1 μL ng fungicide solution upang bumuo ng pyramidal pollen na may 1 mm malalim na mga balon kung saan inilagay ang mga itlog.Ilagay gamit ang isang mini spatula (Karagdagang Larawan 1c, d).Ang mga plato ng Falcon ay nakaimbak sa temperatura ng silid (25°C) at 70% na kamag-anak na kahalumigmigan.Inihambing namin ang mga ito sa control larvae na nagpapakain ng homogenous pollen diet na ginagamot ng purong tubig.Naitala namin ang dami ng namamatay at sinusukat ang timbang ng larva bawat ibang araw hanggang sa umabot ang larvae ng prepupal age gamit ang analytical balance (Fisher Scientific, accuracy = 0.0001 g).Sa wakas, ang ratio ng kasarian ay nasuri sa pamamagitan ng pagbubukas ng cocoon pagkatapos ng 2.5 buwan.
Ang DNA ay nakuha mula sa buong O. cornifrons larvae (n = 3 bawat kondisyon ng paggamot, mancozeb-treated at untreated pollen) at nagsagawa kami ng microbial diversity analysis sa mga sample na ito, lalo na dahil sa mancozeb ang pinakamataas na dami ng namamatay sa larvae.tumatanggap ng MnZn.Ang DNA ay pinalaki, na-purify gamit ang DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kit (Zymo Research, Irvine, CA), at na-sequence (600 cycle) sa isang Illumina® MiSeq™ gamit ang v3 kit.Ang naka-target na 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 nagta-target sa V3-V4 na rehiyon ng 16S rRNA gene.Bilang karagdagan, isinagawa ang pagkakasunud-sunod ng 18S gamit ang 10% na pagsasama ng PhiX, at isinagawa ang amplification gamit ang pares ng primer na 18S001 at NS4.
Mag-import at magproseso ng mga ipinares na reads39 gamit ang QIIME2 pipeline (v2022.11.1).Ang mga nabasang ito ay pinutol at pinagsama, at inalis ang mga chimeric sequence gamit ang DADA2 plugin sa QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40.Ang 16S at 18S class assignment ay isinagawa gamit ang object classifier plugin Classify-sklearn at ang pre-trained artifact silva-138-99-nb-classifier.
Lahat ng pang-eksperimentong data ay sinuri para sa normalidad (Shapiro-Wilks) at homogeneity ng mga pagkakaiba-iba (Levene's test).Dahil hindi natugunan ng set ng data ang mga pagpapalagay ng parametric analysis at nabigo ang pagbabagong i-standardize ang mga nalalabi, nagsagawa kami ng nonparametric two-way ANOVA (Kruskal-Wallis) na may dalawang salik [oras (three-phase 2, 5, at 8 day). time points) at fungicide] upang suriin ang epekto ng paggamot sa larval fresh weight, pagkatapos ay isinagawa ang post hoc nonparametric pairwise na paghahambing gamit ang Wilcoxon test.Gumamit kami ng isang pangkalahatang linear na modelo (GLM) na may pamamahagi ng Poisson upang ihambing ang mga epekto ng fungicide sa kaligtasan ng buhay sa tatlong konsentrasyon ng fungicide41, 42.Para sa pagsusuri sa pagkakaiba-iba ng kasaganaan, ang bilang ng mga variant ng pagkakasunud-sunod ng amplicon (ASV) ay na-collapse sa antas ng genus.Ang mga paghahambing ng differential abundance sa pagitan ng mga pangkat na gumagamit ng 16S (genus level) at 18S relative abundance ay isinagawa gamit ang generalized additive model para sa position, scale, and shape (GAMLSS) na may beta zero-inflated (BEZI) na mga pamamahagi ng pamilya, na na-modelo sa isang macro .sa Microbiome R43 (v1.1).1).Alisin ang mitochondrial at chloroplast species bago ang differential analysis.Dahil sa iba't ibang antas ng taxonomic ng 18S, tanging ang pinakamababang antas ng bawat taxon ang ginamit para sa differential analysis.Ang lahat ng istatistikal na pagsusuri ay isinagawa gamit ang R (v. 3.4.3., CRAN project) (Team 2013).
Ang pagkakalantad sa mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin ay makabuluhang nabawasan ang pagtaas ng timbang ng katawan sa O. cornifrons (Fig. 1).Ang mga epektong ito ay patuloy na sinusunod para sa lahat ng tatlong dosis na nasuri (Larawan 1a–c).Ang cyclostrobin at myclobutanil ay hindi makabuluhang nabawasan ang bigat ng larvae.
Ang average na sariwang timbang ng stem borer larvae na sinusukat sa tatlong time point sa ilalim ng apat na dietary treatment (homogeneous pollen feed + fungicide: control, 0.1X, 0.5X at 1X na dosis).(a) Mababang dosis (0.1X): first time point (day 1): χ2: 30.99, DF = 6;P <0.0001, second time point (day 5): 22.83, DF = 0.0009;pangatlong beses;punto (day 8): χ2: 28.39, DF = 6;(b) kalahating dosis (0.5X): first time point (day 1): χ2: 35.67, DF = 6;P <0.0001, pangalawang beses na punto (unang araw).): χ2: 15.98, DF = 6;P = 0.0090;pangatlong beses na punto (day 8) χ2: 16.47, DF = 6;(c) Site o buong dosis (1X): first time point (day 1) χ2: 20.64, P = 6;P = 0.0326, second time point (day 5): χ2: 22.83, DF = 6;P = 0.0009;pangatlong beses na punto (araw 8): χ2: 28.39, DF = 6;nonparametric analysis ng variance.Ang mga bar ay kumakatawan sa mean ± SE ng magkapares na paghahambing (α = 0.05) (n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
Sa pinakamababang dosis (0.1X), nabawasan ng 60% ang bigat ng katawan ng larval sa trifloxystrobin, 49% sa mancozeb, 48% sa myclobutanil, at 46% sa pyrithistrobin (Fig. 1a).Kapag nalantad sa kalahati ng field dose (0.5X), ang bigat ng katawan ng mancozeb larvae ay nabawasan ng 86%, pyrithiostrobin ng 52% at trifloxystrobin ng 50% (Fig. 1b).Ang buong field dose (1X) ng mancozeb ay nagbawas ng larval weight ng 82%, pyrithiostrobin ng 70%, at trifloxystrobin, myclobutanil at sangard ng humigit-kumulang 30% (Fig. 1c).
Pinakamataas ang namamatay sa mga larvae na pinapakain ng mancozeb-treated pollen, na sinusundan ng pyrithiostrobin at trifloxystrobin.Tumaas ang dami ng namamatay sa pagtaas ng dosis ng mancozeb at pyritisoline (Larawan 2; Talahanayan 2).Gayunpaman, bahagyang tumaas ang dami ng namamatay sa corn borer habang tumaas ang mga konsentrasyon ng trifloxystrobin;Ang cyprodinil at captan ay hindi makabuluhang nagpapataas ng mortalidad kumpara sa mga control treatment.
Ang dami ng namamatay ng borer fly larvae ay inihambing pagkatapos ng paglunok ng pollen na indibidwal na ginagamot sa anim na magkakaibang fungicide.Ang Mancozeb at pentopyramide ay mas sensitibo sa oral exposure sa corn maggots (GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (linya, 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.Kabilang sa mga control treatment, ang proporsyon ng kababaihan ay 40% sa parehong low-dose (0.1X) at kalahating dosis (0.5X) na pag-aaral, at 30% sa field-dose (1X) na pag-aaral.Sa 0.1X na dosis, sa mga pollen-fed larvae na ginagamot ng mancozeb at myclobutanil, 33.33% ng mga matatanda ay babae, 22% ng mga matatanda ay babae, 44% ng mga adult larvae ay babae, 44% ng mga adult larvae ay babae.babae, 41% ng adult larvae ay babae, at ang mga kontrol ay 31% (Fig. 3a).Sa 0.5 beses na dosis, 33% ng mga adult worm sa mancozeb at pyrithiostrobin group ay babae, 36% sa trifloxystrobin group, 41% sa myclobutanil group, at 46% sa cyprostrobin group.Ang bilang na ito ay 53% sa grupo.sa captan group at 38% sa control group (Larawan 3b).Sa 1X na dosis, 30% ng mancozeb group ay mga babae, 36% ng pyrithiostrobin group, 44% ng trifloxystrobin group, 38% ng myclobutanil group, 50% ng control group ay mga babae - 38.5% (Fig. 3c) .
Porsiyento ng mga babae at lalaki na borers pagkatapos ng larval stage fungicide exposure.(a) Mababang dosis (0.1X).(b) Kalahating dosis (0.5X).(c) Dosis sa field o buong dosis (1X).
Ang 16S sequence analysis ay nagpakita na ang bacterial group ay naiiba sa pagitan ng larvae na pinapakain ng mancozeb-treated pollen at larvae na pinapakain ng untreated pollen (Fig. 4a).Ang microbial index ng untreated larvae fed sa pollen ay mas mataas kaysa sa larvae fed sa mancozeb-treated pollen (Fig. 4b).Kahit na ang naobserbahang pagkakaiba sa kayamanan sa pagitan ng mga grupo ay hindi makabuluhan sa istatistika, ito ay makabuluhang mas mababa kaysa sa naobserbahan para sa larvae na nagpapakain sa hindi ginagamot na pollen (Larawan 4c).Relative abundance ay nagpakita na ang microbiota ng larvae fed sa control pollen ay mas magkakaibang kaysa sa larvae fed sa mancozeb-treated larvae (Fig. 5a).Inihayag ng mapaglarawang pagsusuri ang pagkakaroon ng 28 genera na may kontrol at mga sample na ginagamot ng mancozeb (Larawan 5b).c Pagsusuri gamit ang 18S sequencing ay nagsiwalat ng walang makabuluhang pagkakaiba (Karagdagang Larawan 2).
Ang mga profile ng SAV batay sa mga pagkakasunud-sunod ng 16S ay inihambing sa kayamanan ni Shannon at naobserbahan ang kayamanan sa antas ng phylum.(a) Principal coordinate analysis (PCoA) batay sa pangkalahatang microbial community structure sa hindi ginagamot na pollen-fed o control (asul) at mancozeb-fed larvae (orange).Ang bawat data point ay kumakatawan sa isang hiwalay na sample.Ang PCoA ay kinakalkula gamit ang Bray-Curtis na distansya ng multivariate t distribution.Ang mga oval ay kumakatawan sa 80% na antas ng kumpiyansa.(b) Boxplot, raw Shannon wealth data (puntos) at c.Mapapansing kayamanan.Ang mga boxplot ay nagpapakita ng mga kahon para sa median line, interquartile range (IQR), at 1.5 × IQR (n = 3).
Komposisyon ng mga microbial na komunidad ng larvae na pinapakain ng mancozeb-treated at untreated pollen.(a) Relatibong kasaganaan ng microbial genera na nababasa sa larvae.(b) Heat map ng mga natukoy na microbial na komunidad.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 row ng heat map ay pinagsama-sama gamit ang distansya ng ugnayan at average na pagkakakonekta.
Ang aming mga resulta ay nagpapakita na ang oral exposure sa contact (mancozeb) at systemic (pyrostrobin at trifloxystrobin) fungicides, malawakang inilapat sa panahon ng pamumulaklak, makabuluhang nabawasan ang pagtaas ng timbang at pagtaas ng dami ng namamatay ng mais larvae.Bilang karagdagan, ang mancozeb ay makabuluhang nabawasan ang pagkakaiba-iba at kayamanan ng microbiome sa panahon ng prepupal stage.Ang Myclobutanil, isa pang systemic fungicide, ay makabuluhang nabawasan ang pagtaas ng timbang ng larval body sa lahat ng tatlong dosis.Ang epekto na ito ay maliwanag sa pangalawa (araw 5) at pangatlo (araw 8) mga punto ng oras.Sa kaibahan, ang cyprodinil at captan ay hindi makabuluhang nabawasan ang pagtaas ng timbang o kaligtasan kumpara sa control group.Sa aming kaalaman, ang gawaing ito ang unang tumukoy sa mga epekto ng mga rate ng field ng iba't ibang fungicide na ginagamit upang protektahan ang mga pananim ng mais sa pamamagitan ng direktang pagkakalantad ng pollen.
Ang lahat ng paggamot sa fungicide ay makabuluhang nakabawas sa pagtaas ng timbang ng katawan kumpara sa mga kontrol na paggamot.Ang Mancozeb ay may pinakamalaking epekto sa pagtaas ng timbang ng larval body na may average na pagbawas ng 51%, na sinusundan ng pyrithiostrobin.Gayunpaman, ang ibang mga pag-aaral ay hindi nag-ulat ng masamang epekto ng mga dosis ng field ng fungicide sa mga yugto ng larval44.Kahit na ang dithiocarbamate biocides ay ipinakita na may mababang talamak na toxicity45, ang ethylene bisdithiocarbamates (EBDCS) tulad ng mancozeb ay maaaring mag-degrade sa urea ethylene sulfide.Dahil sa mutagenic effect nito sa ibang mga hayop, ang degradation product na ito ay maaaring maging 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 halumigmig49 at haba ng imbakan ng produkto50.Ang wastong kondisyon ng pag-iimbak para sa mga biocides ay maaaring mabawasan ang 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 digestive system ng ibang mga hayop51.
Ang oral administration ng mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin ay nagpapataas ng mortalidad ng corn borer larvae.Sa kaibahan, ang myclobutanil, ciprocycline at captan ay walang epekto sa dami ng namamatay.Ang mga resultang ito ay naiiba sa mga resulta ng Ladurner et al.52, na nagpakita na ang captan ay makabuluhang nabawasan ang kaligtasan ng pang-adultong O. lignaria at Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).Bilang karagdagan, ang mga fungicide tulad ng captan at boscalid ay napag-alaman na nagdudulot ng larval mortality52,53,54 o binabago ang pag-uugali sa pagpapakain55.Ang mga pagbabagong ito, sa turn, ay maaaring makaapekto sa nutritional na kalidad ng pollen at sa huli ay ang energy gain ng larval stage.Ang mortalidad na naobserbahan sa control group ay pare-pareho 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 kadahilanan tulad ng hindi sapat na pagsasama at hindi magandang kondisyon ng panahon sa panahon ng pamumulaklak, tulad ng iminungkahing dati para sa O. cornuta ni Vicens at Bosch.Bagama't ang mga babae at lalaki sa aming pag-aaral ay may apat na araw upang mag-asawa (isang panahon na karaniwang itinuturing na sapat para sa matagumpay na pagsasama), sadyang binawasan namin ang intensity ng liwanag upang mabawasan ang stress.Gayunpaman, ang pagbabagong ito ay maaaring hindi sinasadyang makagambala sa proseso ng pagsasama61.Bilang karagdagan, ang mga bubuyog ay nakakaranas ng ilang araw ng masamang panahon, kabilang ang pag-ulan at mababang temperatura (<5°C), na maaari ring negatibong makaapekto sa tagumpay ng pagsasama4,23.
Bagama't ang aming pag-aaral ay nakatuon sa buong larval microbiome, ang aming mga resulta ay nagbibigay ng pananaw sa mga potensyal na relasyon sa mga bacterial na komunidad na maaaring kritikal sa nutrisyon ng pukyutan at pagkakalantad ng fungicide.Halimbawa, ang larvae na pinapakain ng mancozeb-treated pollen ay makabuluhang nabawasan ang istruktura at kasaganaan ng microbial community kumpara sa larvae na pinapakain ng hindi ginagamot na pollen.Sa larvae na kumakain ng hindi ginagamot na pollen, ang mga bacterial group na Proteobacteria at Actinobacteria ay nangingibabaw at nakararami ang aerobic o facultatively aerobic.Ang mga delft bacteria, kadalasang nauugnay sa nag-iisa na mga species ng pukyutan, ay kilala na may aktibidad na antibiotic, na nagpapahiwatig ng potensyal na proteksiyon na papel laban sa mga pathogen.Ang isa pang bacterial species, Pseudomonas, ay sagana sa larvae na pinapakain ng hindi ginagamot na pollen, ngunit makabuluhang nabawasan sa mancozeb-treated larvae.Sinusuportahan ng aming mga resulta ang mga nakaraang pag-aaral na kinikilala ang Pseudomonas bilang isa sa pinakamaraming genera sa O. bicornis35 at iba pang nag-iisang wasps34.Kahit na ang eksperimentong ebidensya para sa papel ng Pseudomonas sa kalusugan ng O. cornifrons ay hindi pa napag-aralan, ang bacterium na ito ay ipinakita upang itaguyod ang synthesis ng mga proteksiyon na toxin sa beetle Paederus fuscipes at itaguyod ang arginine metabolism sa vitro 35, 65. Iminumungkahi ng mga obserbasyong ito. isang potensyal na papel sa viral at bacterial defense sa panahon ng pag-unlad ng O. cornifrons larvae.Ang Microbacterium ay isa pang genus na natukoy sa aming pag-aaral na iniulat na naroroon sa mataas na bilang sa mga black soldier fly larvae sa ilalim ng mga kondisyon ng gutom66.Sa O. cornifrons larvae, 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 O. cornifrons larvae at kilala sa mga kakayahan nitong detoxification67.Ang genus na ito ay matatagpuan din sa bituka ng A. florea, ngunit sa napakababang kasaganaan68.Ang aming mga resulta ay nagpapakita ng pagkakaroon ng maraming mga pagkakaiba-iba ng genetic sa maraming microbial taxa na maaaring magbago ng mga metabolic na proseso sa larvae.Gayunpaman, ang isang mas mahusay na pag-unawa sa functional diversity ng O. cornifrons ay kailangan.
Sa buod, ang mga resulta ay nagpapahiwatig na ang mancozeb, pyrithiostrobin, at trifloxystrobin ay nagpababa ng pagtaas ng timbang sa katawan at nadagdagan ang dami ng namamatay ng corn borer larvae.Bagama't lumalaki ang pag-aalala tungkol sa mga epekto ng mga fungicide sa mga pollinator, may pangangailangan na 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 pinagsama-samang mga programa sa pamamahala ng pollinator na tumutulong sa mga magsasaka na maiwasan ang paggamit ng ilang mga fungicide bago at sa panahon ng pamumulaklak ng mga puno ng prutas sa pamamagitan ng pagpili ng mga fungicide at pag-iiba-iba ng oras ng aplikasyon, o sa pamamagitan ng paghikayat sa paggamit ng hindi gaanong nakakapinsalang mga alternatibo 36. Ang impormasyong ito ay mahalaga para sa pagbuo ng mga rekomendasyon.sa paggamit ng pestisidyo, tulad ng pagsasaayos ng mga kasalukuyang programa ng pag-spray at pagbabago ng timing ng pag-spray kapag pumipili ng mga fungicide o nagpo-promote ng paggamit ng mga alternatibong hindi gaanong mapanganib.Ang karagdagang pananaliksik ay kinakailangan sa mga masamang epekto ng fungicide sa ratio ng kasarian, pag-uugali sa pagpapakain, gut microbiome, at ang mga mekanismo ng molekular na pinagbabatayan ng pagbaba ng timbang at pagkamatay ng corn borer.
Ang source data 1, 2 at 3 sa Figures 1 at 2 ay na-deposito sa figshare data repository DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 at https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Ang mga pagkakasunud-sunod na nasuri sa kasalukuyang pag-aaral (Fig. 4, 5) ay makukuha sa repositoryo ng NCBI SRA sa ilalim ng numero ng pag-access PRJNA1023565.
Bosch, J. at Kemp, WP Pag-unlad at pagtatatag ng honey bee species bilang mga pollinator ng mga pananim na pang-agrikultura: ang halimbawa ng genus na Osmia.(Hymenoptera: Megachilidae) at mga puno ng prutas.toro.Ntomore.mapagkukunan.92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al.Mga kasanayan sa polinasyon at pananaw ng 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 Ecology at economics ng almond polination gamit ang mga katutubong bubuyog.J. Ekonomiks.Ntomore.111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., at Park, Y.-L.Mga epekto ng pagbabago ng klima sa tragopan phenology: mga implikasyon para sa pamamahala ng populasyon.Umakyat.Baguhin ang 150, 305–317 (2018).
Artz, DR at Pitts-Singer, TL Epekto ng fungicide at adjuvant spray sa nesting behavior ng dalawang pinamamahalaang solitary bees (Osmia lignaria at Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al.Ang isang low-toxic crop fungicide (fenbuconazole) ay nakakasagabal sa mga signal ng kalidad ng reproductive ng lalaki na nagreresulta sa pagbawas ng tagumpay sa pagsasama sa mga ligaw na nag-iisang bubuyog.J. Apps.ekolohiya.59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al.Pinipigilan ng neonicotinoid insecticides at ergosterol biosynthesis ang synergistic fungicide mortality sa tatlong species ng pukyutan.Pagkontrol ng peste.ang agham.73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.at Danforth BN Binabago ng solitary wasp larvae ang bacterial diversity na ibinibigay ng pollen sa stem-nesting bees Osmia cornifrons (Megachilidae).harap.mikroorganismo.13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN at Steffan SA Ang mga ectosymbiotic na microorganism sa fermented pollen ay kasinghalaga sa pagbuo ng mga nag-iisa na bubuyog gaya ng pollen mismo.ekolohiya.ebolusyon.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F at Thalheimer M. Inter-row planting sa mga taniman ng mansanas upang makontrol ang mga sakit sa muling pagtatanim: isang praktikal na pag-aaral ng pagiging epektibo batay sa mga microbial indicator.Lupa ng Halaman 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG at Peter KA Mapait na bulok ng mga mansanas sa kalagitnaan ng Atlantic United States: pagtatasa ng mga sanhi ng species at ang impluwensya ng rehiyonal na kondisyon ng panahon at pagkamaramdamin ng cultivar.Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK.at Stanley DA Fungicides, herbicides at bees: isang sistematikong pagsusuri ng umiiral na pananaliksik at pamamaraan.PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED at Jepson, PC Synergistic effect ng EBI fungicide at pyrethroid insecticides sa honey bees (Apis mellifera).peste ang agham.39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE at Peng, CY Epekto ng mga piling fungicide sa paglaki at pag-unlad ng honey bee larvae 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 Tree Orchards (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM at Hogendoorn, K. Pagkakalantad ng mga bubuyog sa mga nonpesticides: isang pagsusuri ng mga pamamaraan at iniulat na mga resulta.Agrikultura.ecosystem.Miyerkules.314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA.at Pitts-Singer TL Epekto ng uri ng supply at pagkakalantad ng pestisidyo sa pag-unlad ng larva ng Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae).Miyerkules.Ntomore.51, 240–251 (2022).
Kopit AM at Pitts-Singer TL Mga daanan ng pagkakalantad sa pestisidyo sa mga nag-iisang walang laman na pugad.Miyerkules.Ntomore.47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al.Isang bagong ingestion bioassay protocol para sa pagtatasa ng toxicity ng pestisidyo sa mga adult Japanese garden bees (Osmia cornifrons).ang agham.Mga Ulat 10, 9517 (2020).
Oras ng post: Mayo-14-2024