Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb eredmény elérése érdekében javasoljuk, hogy a böngésző újabb verzióját használja (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében a webhelyet stílus és JavaScript nélkül jelenítjük meg.
A gombaölő szereket gyakran használják a fák virágzása során, és veszélyeztethetik a rovarbeporzókat. Kevés ismeret áll rendelkezésre arról, hogy a nem méhbeporzók (pl. magányos méhek, Osmia cornifrons) hogyan reagálnak a virágzás során az almákon általában használt kontakt és szisztémás gombaölő szerekre. Ez a tudásbeli hiányosság korlátozza a szabályozási döntéseket a gombaölő szerek permetezésének biztonságos koncentrációinak és időzítésének meghatározásáról. Két kontakt gombaölő szer (kaptán és mankozeb) és négy rétegközi/fitoszisztéma gombaölő szer (ciprociklin, miklobutanil, pirosztrobin és trifloxistrobin) hatását vizsgáltuk. A lárvák súlygyarapodására, túlélésére, nemi arányára és baktériumok diverzitására gyakorolt hatások. Az értékelést krónikus orális bioassay-vel végeztük, amelyben a pollent három dózisban kezelték a jelenleg ajánlott szántóföldi használatra szánt dózis (1X), fél dózis (0,5X) és alacsony dózis (0,1X) alapján. A mankozeb és a piritizolin összes dózisa jelentősen csökkentette a testtömeget és a lárvák túlélését. Ezután szekvenáltuk a 16S gént, hogy jellemezzük a mankozeb, a legmagasabb mortalitásért felelős gombaölő szer lárvabakteriómáját. Azt tapasztaltuk, hogy a mankozebbel kezelt pollennel etetett lárvákban jelentősen csökkent a baktériumok sokfélesége és mennyisége. Laboratóriumi eredményeink azt mutatják, hogy ezen gombaölő szerek némelyikének virágzás alatti permetezése különösen káros az O. cornifrons egészségére. Ez az információ releváns a gyümölcsfavédő szerek fenntartható használatával kapcsolatos jövőbeli kezelési döntések szempontjából, és alapul szolgál a beporzók védelmét célzó szabályozási folyamatokhoz.
A magányos kőműves méh, az Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) Japánból került be az Egyesült Államokba az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején, és a faj azóta is fontos beporzó szerepet játszik a kezelt ökoszisztémákban. E méh honosított populációi körülbelül 50 vadméhfaj részét képezik, amelyek kiegészítik az Egyesült Államok mandula- és almáskertjeit beporzó méheket2,3. A kőműves méhek számos kihívással néznek szembe, beleértve az élőhelyek feldarabolódását, a kórokozókat és a növényvédő szereket3,4. A rovarirtó szerek közül a gombaölő szerek csökkentik az energianyereséget, a táplálékkeresést5 és a test kondicionálását6,7. Bár a legújabb kutatások arra utalnak, hogy a kőműves méhek egészségét közvetlenül befolyásolják a kommenzális és ektobaktikus mikroorganizmusok8,9, mivel a baktériumok és gombák befolyásolhatják a táplálkozást és az immunválaszokat, a gombaölő szereknek a kőműves méhek mikrobiális sokféleségére gyakorolt hatását csak most kezdik tanulmányozni.
Különböző hatású (kontakt és szisztémás) gombaölő szereket permeteznek a gyümölcsösökben virágzás előtt és alatt olyan betegségek kezelésére, mint az almafa varasodása, a keserűrothadás, a barna rothadás és a lisztharmat10,11. A gombaölő szereket ártalmatlannak tekintik a beporzókra, ezért a virágzási időszakban a kertészeknek ajánlják őket; Ezen gombaölő szerek méhek általi expozíciója és lenyelése viszonylag jól ismert, mivel ez része az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége és számos más nemzeti szabályozó ügynökség növényvédőszer-engedélyezési folyamatának12,13,14. A gombaölő szerek nem méhekre gyakorolt hatása azonban kevésbé ismert, mivel az Egyesült Államokban a forgalomba hozatali engedélyezési megállapodások nem írják elő őket15. Ezenkívül általában nincsenek szabványosított protokollok az egyes méhek vizsgálatára16,17, és a vizsgálatokhoz méheket biztosító kolóniák fenntartása kihívást jelent18. Európában és az Egyesült Államokban egyre inkább kísérleteket végeznek különböző méhállományokkal a növényvédő szerek vadon élő méhekre gyakorolt hatásának tanulmányozására, és a közelmúltban szabványosított protokollokat dolgoztak ki az O. cornifrons19 számára is.
A szarvasméhek monociták, és kereskedelmi forgalomban pontytermesztésben használják őket a mézelő méhek kiegészítéseként vagy helyettesítőjeként. Ezek a méhek március és április között kelnek ki, a koraérett hímek három-négy nappal a nőstények előtt kelnek ki. A párzás után a nőstény aktívan gyűjti a virágport és a nektárt, hogy a csőszerű fészeküregben (természetes vagy mesterséges) fészkelősejtekből álló sorozatot hozzon létre1,20. A petéket a sejtekben lévő pollenre rakják; a nőstény ezután agyagfalat épít, mielőtt előkészíti a következő sejtet. Az első lárvaállapotú lárvák a chorionba záródnak, és embrionális folyadékokkal táplálkoznak. A másodiktól az ötödik lárvaállapotig (prepupa) a lárvák pollennel táplálkoznak22. Miután a pollenkészlet teljesen kimerül, a lárvák bábokat képeznek, bebábozódnak, és kifejlett egyedként kelnek ki ugyanabban a költőkamrában, általában nyár végén20,23. A kifejlett egyedek a következő tavasszal kelnek ki. A kifejlett egyedek túlélése a táplálékbevitelen alapuló nettó energiagyarapodással (súlygyarapodással) jár össze. Így a pollen tápértéke, valamint más tényezők, mint például az időjárás vagy a növényvédő szereknek való kitettség, meghatározói a túlélésnek és az egészségnek24.
A virágzás előtt alkalmazott rovarölő és gombaölő szerek különböző mértékben képesek mozogni a növény érrendszerében, a transzlamináristól (pl. képesek a levelek felső felületéről az alsó felületre jutni, mint egyes gombaölő szerek)25 a valóban szisztémás hatásokig. , amelyek a gyökerekből behatolhatnak a koronába, bejuthatnak az almavirágok nektárjába26, ahol elpusztíthatják a kifejlett O. cornifrons-okat27. Egyes növényvédő szerek a pollenbe is kioldódnak, befolyásolva a kukoricalárvák fejlődését és pusztulásukat okozva19. Más tanulmányok kimutatták, hogy egyes gombaölő szerek jelentősen megváltoztathatják a rokon faj, az O. lignaria fészkelési viselkedését28. Ezenkívül a növényvédőszer-expozíciós forgatókönyveket szimuláló laboratóriumi és terepi vizsgálatok (beleértve a gombaölő szereket is) kimutatták, hogy a növényvédő szerek negatívan befolyásolják a mézelő méhek és egyes magányos méhek fiziológiáját22, morfológiáját29 és túlélését. A virágzás során közvetlenül a kinyílt virágokra alkalmazott különféle gombaölő permetek szennyezhetik a kifejlett méhek által a lárvák fejlődése céljából gyűjtött virágport, amelynek hatásait még tanulmányozni kell30.
Egyre inkább felismerik, hogy a lárvák fejlődését az emésztőrendszer pollen- és mikrobiális közösségei befolyásolják. A méh mikrobiomja olyan paramétereket befolyásol, mint a testtömeg,31, az anyagcsere-változások22 és a kórokozókkal szembeni fogékonyság32. Korábbi tanulmányok vizsgálták a fejlődési szakasz, a tápanyagok és a környezet hatását a magányos méhek mikrobiomjára. Ezek a tanulmányok hasonlóságokat tártak fel a lárva- és pollenmikrobiomák szerkezetében és bőségében,33 valamint a leggyakoribb baktériumnemzetségekben, a Pseudomonasban és a Delftiaban a magányos méhfajok között. Azonban, bár a gombaölő szereket összefüggésbe hozták a méhek egészségének védelmét célzó stratégiákkal, a gombaölő szerek közvetlen orális expozíció révén a lárvamikrobiotára gyakorolt hatásai továbbra sem feltártak.
Ez a tanulmány hat, az Egyesült Államokban fán történő alkalmazásra engedélyezett, gyakran használt gombaölő szer valós dózisainak hatásait tesztelte, beleértve a szennyezett élelmiszerekből származó kukoricakeményítő-lepke lárváinak szájon át adott kontakt és szisztémás gombaölő szereket. Megállapítottuk, hogy a kontakt és a szisztémás gombaölő szerek csökkentették a méhek testtömeg-gyarapodását és növelték a mortalitást, a legsúlyosabb hatásokat a mankozeb és a piritiopid okozta. Ezután összehasonlítottuk a mankozebbel kezelt pollen diétán etetett lárvák mikrobiális sokféleségét a kontroll diverzitással etetett lárvák mikrobiális sokféleségével. Megvitatjuk a mortalitás mögött meghúzódó lehetséges mechanizmusokat és az integrált kártevő- és beporzóirtási (IPPM)36 programokra gyakorolt hatásokat.
A gubókban telelő kifejlett O. cornifrons rovarokat a Biglerville-i (Pennsylvania) Fruit Research Centerből szereztük be, és -3 és 2°C (±0,3°C) között tároltuk. A kísérlet előtt (összesen 600 gubó). 2022 májusában naponta 100 O. cornifrons gubót helyeztünk műanyag poharakba (50 gubó csészénként, DI 5 cm × 15 cm hosszú), és törlőkendőket helyeztünk a poharak belsejébe, hogy elősegítsük a nyílást és rágható szubsztrátot biztosítsunk, csökkentve a kőméhek stresszét37. Helyezzünk két gubót tartalmazó műanyag poharat egy rovarketrecbe (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tajvan) 10 ml-es, 50%-os szacharózoldatot tartalmazó etetőkkel, és tároljuk négy napig a záródás és a párzás biztosítása érdekében. 23°C, 60% relatív páratartalom, 10 l fotoperiódus (alacsony intenzitás): 14 nap. 100 párzott nőstényt és hímet engedtek szabadon minden reggel hat napon keresztül (naponta 100-at) két mesterséges fészekbe az almavirágzás csúcsidőszakában (csapdafészek: szélesség 33,66 × magasság 30,48 × hosszúság 46,99 cm; 1. kiegészítő ábra). A Pennsylvaniai Állami Arborétumban helyezték el, cseresznye (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), őszibarack (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), körte (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), korona almafa (Malus coronaria) és számos almafafajta (Malus coronaria, Malus), házi almafa 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus almafa 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begónia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy' közelében. Minden kék műanyag madárház két faládára illeszkedik. Minden odú 800 üres kraftpapír csövet (spirálisan nyitott, 0,8 cm belső átmérőjű × 15 cm hosszú) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) tartalmazott, amelyeket átlátszatlan celofán csövekbe (0,7 külső átmérőjű, lásd a 12. ábrát) helyeztünk. A műanyag dugók (T-1X dugók) fészkelőhelyeket biztosítottak.
Mindkét odú keletre nézett, és zöld műanyag kerti kerítéssel (Everbilt modell #889250EB12, nyílásméret 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) fedték le őket, hogy megakadályozzák a rágcsálók és madarak hozzáférését, majd a talajfelszínen helyezték el az odú talajládái mellett. Oda (1a. kiegészítő ábra). A kukoricamoly petéit naponta gyűjtöttük úgy, hogy 30 csövet gyűjtöttünk a fészkekből, és a laboratóriumba szállítottuk. Ollóval vágjuk be a cső végét, majd szereljük szét a spirális csövet, hogy a fiasítási sejtek láthatóvá váljanak. Az egyes petéket és a virágport görbe spatulával (Microslide szerszámkészlet, BioQuip Products Inc., Kalifornia) távolítottuk el. A petéket nedves szűrőpapíron inkubáltuk, majd 2 órára Petri-csészébe helyeztük, mielőtt kísérleteinkben felhasználtuk volna őket (1b-d. kiegészítő ábra).
Laboratóriumban hat gombaölő szer orális toxicitását értékeltük, amelyeket almavirágzás előtt és alatt alkalmaztunk három koncentrációban (0,1X, 0,5X és 1X, ahol 1X a 100 gallon vízre/acre-re alkalmazott jel. Magas terepi dózis = a terepi koncentráció). , 1. táblázat). Minden koncentrációt 16-szor megismételtünk (n = 16). Két kontakt gombaölő szer (S1. táblázat: mankozeb 2696,14 ppm és kaptán 2875,88 ppm) és négy szisztémás gombaölő szer (S1. táblázat: piritiosztrobin 250,14 ppm; trifloxistrobin 110,06 ppm; miklobutanil-azol 75,12 ppm; ciprodinil 280,845 ppm) toxicitását vizsgáltuk gyümölcsökre, zöldségekre és dísznövényekre. A pollent darálóval homogenizáltuk, 0,20 g-ot átvittünk egy kútba (24-kútú Falcon Plate), majd 1 μL fungicid oldatot adtunk hozzá és kevertünk össze, így piramis alakú pollent kaptunk 1 mm mély kútokkal, amelyekbe a petéket helyeztük. Helyezzük el egy mini spatulával (1c., d. kiegészítő ábra). A Falcon lemezeket szobahőmérsékleten (25°C) és 70% relatív páratartalom mellett tároltuk. Összehasonlítottuk őket a tiszta vízzel kezelt homogén pollentáppal etetett kontroll lárvákkal. Analitikai mérleg (Fisher Scientific, pontosság = 0,0001 g) segítségével minden második nap feljegyeztük a mortalitást és mértük a lárvatömeget, amíg a lárvák el nem érték a báb előtti kort. Végül a nemi arányt a gubó 2,5 hónap elteltével történő kinyitásával értékeltük.
A DNS-t teljes O. cornifrons lárvákból vontuk ki (n = 3 kezelési körülményenként, mankozebbel kezelt és kezeletlen pollen), és mikrobiális diverzitási elemzéseket végeztünk ezeken a mintákon, különösen azért, mert a mankozeb esetében a legmagasabb mortalitást a MnZn-t kapó lárvákban figyeltük meg. A DNS-t amplifikáltuk, DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNS kit (Zymo Research, Irvine, Kalifornia) segítségével tisztítottuk, és szekvenáltuk (600 ciklus) Illumina® MiSeq™ készüléken v3 kit segítségével. A bakteriális 16S riboszomális RNS gének célzott szekvenálását a Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, Kalifornia) segítségével végeztük, a 16S rRNA gén V3-V4 régióját célzó primereket használva. Ezenkívül 18S szekvenálást végeztünk 10%-os PhiX inklúzióval, az amplifikációt pedig a 18S001 és NS4 primerpárral végeztük.
Párosított leolvasások importálása és feldolgozása39 a QIIME2 folyamattal (v2022.11.1). Ezeket a leolvasásokat a QIIME2 DADA2 bővítményével vágtuk és egyesítettük, a kiméra szekvenciákat pedig eltávolítottuk (qiime dada2 zajpárosítás)40. A 16S és 18S osztályhozzárendeléseket a Classify-sklearn objektumosztályozó bővítménnyel és az előre betanított silva-138-99-nb-classifier artefaktummal végeztük.
Minden kísérleti adatot ellenőriztünk a normalitás (Shapiro-Wilks-teszt) és a varianciák homogenitásának (Levene-teszt) szempontjából. Mivel az adathalmaz nem felelt meg a parametrikus analízis feltételezéseinek, és a transzformáció nem standardizálta a reziduumokat, nemparametrikus kétutas ANOVA-t (Kruskal-Wallis) végeztünk két faktorral [idő (háromfázisú 2, 5 és 8 napos időpontok) és fungicid] a kezelés lárvák friss tömegére gyakorolt hatásának értékelésére, majd post hoc nemparametrikus páros összehasonlításokat végeztünk Wilcoxon-teszttel. Általánosított lineáris modellt (GLM) Poisson-eloszlással használtunk a fungicidek túlélésre gyakorolt hatásának összehasonlítására három fungicidkoncentráció mellett41,42. A differenciális abundanciaanalízishez az amplikon szekvencia variánsok (ASV-k) számát nemzetség szinten összevontuk. A csoportok közötti differenciális abuncia összehasonlítását 16S (nemzetség szintű) és 18S relatív abuncia alapján általánosított additív modellel végeztük a pozíció, a skála és az alak (GAMLSS) és a béta nulla felfújt (BEZI) családeloszlások felhasználásával, amelyeket egy makrón modelleztek a Microbiome R43 (v1.1) programban. 1). A mitokondriális és kloroplaszt fajokat távolítsuk el a differenciálanalízis előtt. A 18S eltérő taxonómiai szintjei miatt az egyes taxonok csak a legalacsonyabb szintjét használtuk a differenciálanalízisekhez. Minden statisztikai elemzést R (v. 3.4.3., CRAN projekt) segítségével végeztünk (Team 2013).
A mankozeb, piritiosztrobin és trifloxistrobin expozíció jelentősen csökkentette a testtömeg-gyarapodást az O. cornifrons-ban (1. ábra). Ezeket a hatásokat mindhárom vizsgált dózis esetében következetesen megfigyelték (1a–c. ábra). A ciklostrobin és a miklobutanil nem csökkentette szignifikánsan a lárvák súlyát.
A szárfúró lárvák átlagos friss tömege, három időpontban mérve, négy diétás kezelés alatt (homogén pollentáp + fungicid: kontroll, 0,1X, 0,5X és 1X dózisok). (a) Alacsony dózis (0,1X): első időpont (1. nap): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, második időpont (5. nap): 22,83, DF = 0,0009; harmadik időpont; időpont (8. nap): χ2: 28,39, DF = 6; (b) fél dózis (0,5X): első időpont (1. nap): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, második időpont (első nap). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; harmadik időpont (8. nap) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Helyszín vagy teljes dózis (1X): első időpont (1. nap) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, második időpont (5. nap): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; harmadik időpont (8. nap): χ2: 28,39, DF = 6; nemparametrikus varianciaanalízis. Az oszlopok a páros összehasonlítások átlagát ± SE-t jelentik (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
A legalacsonyabb dózisnál (0,1-szeres) a lárvák testtömege 60%-kal csökkent a trifloxistrobin, 49%-kal a mankozeb, 48%-kal a miklobutanil és 46%-kal a piritistrobin esetében (1a. ábra). A terepi dózis felének (0,5-szeres) kitéve a mankozeb lárvák testtömege 86%-kal, a piritiosztrobin esetében 52%-kal, a trifloxistrobin esetében pedig 50%-kal csökkent (1b. ábra). A mankozeb teljes terepi dózisa (1X) a lárvák tömegét 82%-kal, a piritiosztrobin esetében 70%-kal, a trifloxistrobin, a miklobutanil és a szangard együttes alkalmazása pedig körülbelül 30%-kal csökkentette (1c. ábra).
A halálozási arány a mankozebbel kezelt pollennel etetett lárvák körében volt a legmagasabb, ezt követte a piritiosztrobin és a trifloxistrobin. A halálozási arány a mankozeb és a piritizolin dózisának növekedésével nőtt (2. ábra; 2. táblázat). A kukoricamoly halálozási aránya azonban csak kis mértékben nőtt a trifloxistrobin koncentrációjának növekedésével; a ciprodinil és a kaptán nem növelte szignifikánsan a halálozási arányt a kontrollkezelésekhez képest.
A fúrólégy lárvák mortalitását hat különböző gombaölő szerrel kezelt pollen elfogyasztása után hasonlították össze. A mankozeb és a pentopiramid érzékenyebbnek bizonyult a kukoricalák orális expozíciójára (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (vonal, meredekség = 0,29, P < 0,001; meredekség = 0,24, P < 0,00)).
Átlagosan, az összes kezelést tekintve a betegek 39,05%-a nő és 60,95%-a férfi volt. A kontrollcsoportban a nők aránya mind az alacsony dózisú (0,1-szeres), mind a fél dózisú (0,5-szeres) vizsgálatokban 40%, a terepi dózisú (1-szeres) vizsgálatokban pedig 30% volt. 0,1-szeres dózisnál a mankozebbel és miklobutanillal kezelt, pollennel táplált lárvák között a felnőttek 33,33%-a volt nőstény, a felnőttek 22%-a nőstény, a felnőtt lárvák 44%-a nőstény, a felnőtt lárvák 44%-a nőstény, a kontrollcsoport 31%-a volt nőstény (3a. ábra). A dózis 0,5-szörösénél a mankozeb és piritiosztrobin csoportban a kifejlett férgek 33%-a, a trifloxistrobin csoportban 36%-a, a miklobutanil csoportban 41%-a és a ciprostrobin csoportban 46%-a volt nőstény. Ez az arány a kaptán csoportban 53%, a kontrollcsoportban pedig 38% volt (3b. ábra). Az egyszeres dózisnál a mankozeb csoport 30%-a, a piritiosztrobin csoport 36%-a, a trifloxistrobin csoport 44%-a, a miklobutanil csoport 38%-a, a kontrollcsoport 50%-a – 38,5% – volt nő (3c. ábra).
A nőstény és hím fúrók százalékos aránya lárvaállapotú gombaölő szerrel való érintkezés után. (a) Alacsony dózis (0,1X). (b) Fél dózis (0,5X). c) Szabadföldi dózis vagy teljes dózis (1X).
A 16S szekvenciaanalízis kimutatta, hogy a baktériumcsoport különbözött a mankozebbel kezelt pollennel etetett lárvák és a kezeletlen pollennel etetett lárvák között (4a. ábra). A pollennel etetett kezeletlen lárvák mikrobiális indexe magasabb volt, mint a mankozebbel kezelt pollennel etetett lárváké (4b. ábra). Bár a csoportok közötti megfigyelt gazdagságbeli különbség nem volt statisztikailag szignifikáns, szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kezeletlen pollennel etetett lárvák esetében megfigyelt különbség (4c. ábra). A relatív abundancia azt mutatta, hogy a kontroll pollennel etetett lárvák mikrobiotája változatosabb volt, mint a mankozebbel kezelt lárvákkal etetett lárváké (5a. ábra). A leíró elemzés 28 nemzetség jelenlétét mutatta ki a kontroll és a mankozebbel kezelt mintákban (5b. ábra). c A 18S szekvenálással végzett elemzés nem mutatott ki szignifikáns különbségeket (2. kiegészítő ábra).
A 16S szekvenciákon alapuló SAV-profilokat összehasonlították a Shannon-féle gazdagsággal és a törzsszinten megfigyelt gazdagsággal. (a) Főkoordináta-analízis (PCoA) a kezeletlen, pollennel táplált vagy kontroll (kék) és a mankozebbel táplált lárvák (narancssárga) teljes mikrobiális közösségstruktúrája alapján. Minden adatpont egy különálló mintát jelent. A PCoA-t a többváltozós t-eloszlás Bray-Curtis távolságával számítottuk ki. Az oválisok a 80%-os konfidenciaszintet jelölik. (b) Dobozdiagram, nyers Shannon-féle vagyonadatok (pontok) és c. Megfigyelhető vagyon. A dobozdiagramok a medián vonal, az interkvartilis tartomány (IQR) és az 1,5 × IQR (n = 3) mezőit mutatják.
Mankozebbel kezelt és kezeletlen pollennel etetett lárvák mikrobiális közösségeinek összetétele. (a) A mikrobiális nemzetségek relatív abundanciája a lárvákban. (b) Az azonosított mikrobiális közösségek hőtérképe. Delftia (esélyhányados (OR) = 0,67, P = 0,0030) és Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); A hőtérkép sorait korrelációs távolság és átlagos összekapcsolhatóság alapján csoportosítottuk.
Eredményeink azt mutatják, hogy a virágzás során széles körben alkalmazott kontakt (mankozeb) és szisztémás (pirosztrobin és trifloxistrobin) gombaölő szerek orális expozíciója jelentősen csökkentette a kukoricalárvák súlygyarapodását és növelte a mortalitást. Ezenkívül a mankozeb jelentősen csökkentette a mikrobiom diverzitását és gazdagságát a bábozás előtti szakaszban. A miklobutanil, egy másik szisztémás gombaölő szer, mindhárom dózisban szignifikánsan csökkentette a lárvák testtömeg-gyarapodását. Ez a hatás a második (5. nap) és a harmadik (8. nap) időpontban is megfigyelhető volt. Ezzel szemben a ciprodinil és a kaptán nem csökkentette szignifikánsan a súlygyarapodást vagy a túlélést a kontrollcsoporthoz képest. Tudomásunk szerint ez a munka az első, amely a kukorica növények közvetlen pollennek való kitettség útján történő védelmére használt különböző gombaölő szerek szántóföldi dózisainak hatásait vizsgálta.
Minden gombaölő szeres kezelés jelentősen csökkentette a testtömeg-gyarapodást a kontrollkezelésekhez képest. A mankozebnek volt a legnagyobb hatása a lárvák testtömeg-gyarapodására, átlagosan 51%-os csökkenéssel, ezt követte a piritiosztrobin. Más tanulmányok azonban nem számoltak be a gombaölő szerek terepi dózisainak a lárvaállapotokra gyakorolt káros hatásairól44. Bár a ditiokarbamát biocidek alacsony akut toxicitást mutattak45, az etilén-biszditiokarbamátok (EBDCS), mint például a mankozeb, karbamid-etilén-szulfiddá bomlhatnak le. Tekintettel más állatokra gyakorolt mutagén hatásaira, ez a bomlástermék lehet a felelős a megfigyelt hatásokért46,47. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az etilén-tiourea képződését olyan tényezők befolyásolják, mint a magas hőmérséklet48, a páratartalom49 és a termék tárolásának hossza50. A biocidok megfelelő tárolási körülményei enyhíthetik ezeket a mellékhatásokat. Ezenkívül az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság aggodalmát fejezte ki a piritiopid toxicitása miatt, amelyről kimutatták, hogy rákkeltő más állatok emésztőrendszerére51.
A mankozeb, a piritiosztrobin és a trifloxistrobin orális adagolása növeli a kukoricafúró lárváinak mortalitását. Ezzel szemben a miklobutanil, a ciprociklin és a kaptán nem befolyásolta a mortalitást. Ezek az eredmények eltérnek Ladurner és munkatársai52 eredményeitől, akik kimutatták, hogy a kaptán jelentősen csökkentette a kifejlett O. lignaria és az Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) túlélését. Ezenkívül kimutatták, hogy a fungicidek, mint például a kaptán és a boszkalid, lárvák mortalitását okozzák52,53,54 vagy megváltoztatják a táplálkozási viselkedést55. Ezek a változások viszont befolyásolhatják a pollen tápértékét és végső soron a lárvaállapot energianyereségét. A kontrollcsoportban megfigyelt mortalitás összhangban volt más vizsgálatokkal56,57.
A munkánk során megfigyelt, hímeknek kedvező ivararány olyan tényezőkkel magyarázható, mint az elégtelen párzás és a virágzás alatti rossz időjárási viszonyok, ahogyan azt korábban Vicens és Bosch is javasolta az O. cornuta esetében. Bár a nőstényeknek és a hímeknek tanulmányunkban négy napjuk volt a párzásra (ez az időszak általában elegendőnek tekinthető a sikeres párzáshoz), szándékosan csökkentettük a fényintenzitást a stressz minimalizálása érdekében. Ez a módosítás azonban akaratlanul is zavarhatja a párzási folyamatot61. Ezenkívül a méhek több napon át kedvezőtlen időjárást tapasztalnak, beleértve az esőt és az alacsony hőmérsékletet (<5°C), ami szintén negatívan befolyásolhatja a párzási sikert4,23.
Bár tanulmányunk a teljes lárvamikrobiomra összpontosított, eredményeink betekintést nyújtanak a baktériumközösségek közötti potenciális kapcsolatokba, amelyek kritikusak lehetnek a méhek táplálkozása és a gombaölő szereknek való kitettség szempontjából. Például a mankozebbel kezelt pollennel etetett lárvák mikrobiális közösségének szerkezete és mennyisége szignifikánsan csökkent a kezeletlen pollennel etetett lárvákhoz képest. A kezeletlen pollent fogyasztó lárvákban a Proteobacteria és az Actinobacteria baktériumcsoportok voltak dominánsak, és túlnyomórészt aerob vagy fakultatívan aerob módon éltek. A Delft baktériumokról, amelyek általában a magányos méhfajokkal társulnak, ismert, hogy antibiotikus aktivitással rendelkeznek, ami a kórokozókkal szembeni potenciális védőszerepet jelzi. Egy másik baktériumfaj, a Pseudomonas, bőségesen volt jelen a kezeletlen pollennel etetett lárvákban, de szignifikánsan csökkent a mankozebbel kezelt lárvákban. Eredményeink alátámasztják azokat a korábbi tanulmányokat, amelyek a Pseudomonas-t az O. bicornis35 és más magányos darazsak34 egyik leggyakoribb nemzetségeként azonosították. Bár a Pseudomonas O. cornifrons egészségében betöltött szerepére vonatkozó kísérleti bizonyítékokat még nem vizsgálták, kimutatták, hogy ez a baktérium elősegíti a védő toxinok szintézisét a Paederus fuscipes bogárban, és in vitro elősegíti az arginin-anyagcserét 35, 65. Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy potenciális szerepet játszhat a vírusos és bakteriális védekezésben az O. cornifrons lárvák fejlődési ideje alatt. A Microbacterium egy másik, a tanulmányunkban azonosított nemzetség, amelyről kimutatták, hogy nagy számban van jelen a fekete katonalegy lárváiban éhezési körülmények között66. Az O. cornifrons lárváiban a mikrobaktériumok hozzájárulhatnak a bélmikrobiom egyensúlyához és rugalmasságához stressz körülmények között. Ezenkívül a Rhodococcus megtalálható az O. cornifrons lárváiban, és méregtelenítő képességéről ismert67. Ez a nemzetség az A. florea bélrendszerében is megtalálható, de nagyon alacsony mennyiségben68. Eredményeink számos mikrobiális taxonban több genetikai variáció jelenlétét mutatják, amelyek megváltoztathatják a lárvák anyagcsere-folyamatait. Azonban az O. cornifrons funkcionális sokféleségének jobb megértésére van szükség.
Összefoglalva, az eredmények azt mutatják, hogy a mankozeb, a piritiosztrobin és a trifloxistrobin csökkentette a kukoricamoly lárvák testsúlynövekedését és növelte a mortalitását. Bár egyre nagyobb aggodalomra ad okot a gombaölő szerek beporzókra gyakorolt hatása, jobban meg kell érteni ezen vegyületek reziduális metabolitjainak hatásait. Ezek az eredmények beépíthetők az integrált beporzó-kezelési programokra vonatkozó ajánlásokba, amelyek segítenek a gazdálkodóknak elkerülni bizonyos gombaölő szerek használatát a gyümölcsfák virágzása előtt és alatt a gombaölő szerek kiválasztásával és a kijuttatás időzítésének változtatásával, vagy a kevésbé káros alternatívák használatának ösztönzésével36. Ez az információ fontos a növényvédőszer-használattal kapcsolatos ajánlások kidolgozásához, például a meglévő permetezési programok módosításával és a permetezés időzítésének megváltoztatásával a gombaölő szerek kiválasztásakor, vagy a kevésbé veszélyes alternatívák használatának előmozdításával. További kutatásokra van szükség a gombaölő szerek nemi arányra, táplálkozási viselkedésre, bélmikrobiomra, valamint a kukoricamoly súlyvesztésének és mortalitásának mögött meghúzódó molekuláris mechanizmusokra gyakorolt káros hatásaival kapcsolatban.
Az 1. és 2. ábrán látható 1., 2. és 3. forrásadatok a figshare adattárban kerültek elhelyezésre a DOI címen: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 és https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. A jelenlegi vizsgálatban elemzett szekvenciák (4., 5. ábra) az NCBI SRA adattárban érhetők el a PRJNA1023565 hozzáférési szám alatt.
Bosch, J. és Kemp, WP A mézelő méhfajok fejlődése és megtelepedése a mezőgazdasági növények beporzóiként: az Osmia nemzetség (Hymenoptera: Megachilidae) és a gyümölcsfák példája. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Beporzási gyakorlatok és az alternatív beporzókkal kapcsolatos vélemények az almatermesztők körében New Yorkban és Pennsylvaniában. Frissítés. Mezőgazdaság. Élelmiszerrendszerek. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL és Ricketts TH: A mandula beporzásának ökológiája és közgazdaságtana őshonos méhek segítségével. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., és Park, Y.-L. A klímaváltozás hatásai a tragopán fenológiájára: következmények a populációkezelés szempontjából. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR és Pitts-Singer, TL: Gombaölő és adjuváns permetezés hatása két magányos méh (Osmia lignaria és Megachile rotundata) fészkelési viselkedésére. PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. és munkatársai. Egy alacsony toxicitású növényi gombaölő szer (fenbukonazol) zavarja a hímek reprodukciós minőségi jelzéseit, ami a vadon élő magányos méhek párzási sikerének csökkenéséhez vezet. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. és munkatársai. A neonikotinoid rovarirtó szerek és az ergoszterin bioszintézis három méhfajnál szinergikus gombaölő szerek okozta halálozást gátolnak. Pest control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. és Danforth BN A magányos darázslárvák megváltoztatják a pollen által a száron fészkelő méheknek, az Osmia cornifronsnak (Megachilidae) biztosított bakteriális sokféleséget. front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN és Steffan SA Az erjesztett virágporban található ektoszimbiotikus mikroorganizmusok ugyanolyan fontosak a magányos méhek fejlődéséhez, mint maga a virágpor. ökológia. evolúció. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F és Thalheimer M. Sorközművelés almáskertekben az újravetési betegségek elleni védekezésben: gyakorlati hatékonysági vizsgálat mikrobiális indikátorok alapján. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG és Peter KA Az alma keserűrothadása az Egyesült Államok közép-atlanti régiójában: a kórokozó fajok, valamint a regionális időjárási viszonyok és a fajták fogékonyságának hatása. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK és Stanley DA: Fungicidek, herbicidek és méhek: a meglévő kutatások és módszerek szisztematikus áttekintése. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED és Jepson, PC Az EBI gombaölő szerek és piretroid rovarirtó szerek szinergikus hatásai a mézelő méhekre (Apis mellifera). Pests the Science. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE és Peng, CY: Kiválasztott gombaölő szerek hatása a háziméh lárváinak (Apis mellifera L.) növekedésére és fejlődésére (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. és McArt, S. Döntési útmutató a beporzók védelmére szolgáló növényvédő szerek használatához fás gyümölcsösökben (Cornell Egyetem, 2018).
Iwasaki, JM és Hogendoorn, K. A méhek nem növényvédő szereknek való kitettsége: módszerek és a közölt eredmények áttekintése. Mezőgazdaság. Ökoszisztéma. Szerda. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA és Pitts-Singer TL: A beszerzési típus és a növényvédőszer-expozíció hatása az Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae) lárvafejlődésére. Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM és Pitts-Singer TL: A növényvédőszer-expozíció útjai magányos üres fészkű méheknél. Szerda. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT és munkatársai. Új bioassay protokoll a növényvédőszer-toxicitás felmérésére felnőtt japánkerti méheknél (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Közzététel ideje: 2024. május 14.