Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste resultaten raden we u aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te waarborgen, tonen we de site in de tussentijd zonder styling of JavaScript.
Fungiciden worden vaak gebruikt tijdens de bloei van fruitbomen en kunnen een bedreiging vormen voor insectenbestuivers. Er is echter weinig bekend over hoe niet-bijenbestuivers (bijv. solitaire bijen, Osmia cornifrons) reageren op contact- en systemische fungiciden die vaak worden gebruikt op appels tijdens de bloei. Deze kennislacune beperkt de regelgeving om veilige concentraties en timing van fungicidebespuitingen te bepalen. We hebben de effecten beoordeeld van twee contactfungiciden (captan en mancozeb) en vier tussenlaag-/fytosysteemfungiciden (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobine en trifloxystrobine). Effecten op gewichtstoename, overleving, geslachtsverhouding en bacteriële diversiteit van larven. De evaluatie werd uitgevoerd met behulp van een chronische orale bioassay waarbij stuifmeel werd behandeld in drie doses op basis van de momenteel aanbevolen dosis voor veldgebruik (1X), halve dosis (0,5X) en lage dosis (0,1X). Alle doses mancozeb en pyritisoline verminderden het lichaamsgewicht en de overleving van larven aanzienlijk. Vervolgens hebben we het 16S-gen gesequenced om het larvebacterium van mancozeb te karakteriseren, het fungicide dat verantwoordelijk is voor de hoogste sterfte. We ontdekten dat de bacteriële diversiteit en overvloed significant verminderd waren in larven die gevoed werden met met mancozeb behandeld stuifmeel. Onze laboratoriumresultaten wijzen erop dat het spuiten van sommige van deze fungiciden tijdens de bloei bijzonder schadelijk is voor de gezondheid van O. cornifrons. Deze informatie is relevant voor toekomstige beheerbeslissingen met betrekking tot het duurzame gebruik van fruitboombeschermingsmiddelen en dient als basis voor regelgeving gericht op de bescherming van bestuivers.
De solitaire metselbij Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) werd eind jaren 70 en begin jaren 80 vanuit Japan in de Verenigde Staten geïntroduceerd en speelt sindsdien een belangrijke rol als bestuiver in beheerde ecosystemen. Genaturaliseerde populaties van deze bij maken deel uit van ongeveer 50 soorten wilde bijen die een aanvulling vormen op de bijen die amandel- en appelboomgaarden in de Verenigde Staten bestuiven2,3. Metselbijen worden geconfronteerd met vele uitdagingen, waaronder habitatfragmentatie, ziekteverwekkers en pesticiden3,4. Van de insecticiden verminderen fungiciden de energiewinst, het foerageren5 en de lichaamsconditie6,7. Hoewel recent onderzoek suggereert dat de gezondheid van metselbijen direct wordt beïnvloed door commensale en ectobactische micro-organismen8,9 omdat bacteriën en schimmels de voeding en immuunreacties kunnen beïnvloeden, begint men de effecten van blootstelling aan fungiciden op de microbiële diversiteit van metselbijen pas net te bestuderen.
Fungiciden met verschillende effecten (contact en systemisch) worden in boomgaarden gespoten voor en tijdens de bloei om ziekten zoals appelschurft, bitterrot, bruinrot en echte meeldauw te behandelen10,11. Fungiciden worden als onschadelijk beschouwd voor bestuivers en worden daarom aanbevolen aan tuinders tijdens de bloeiperiode; de blootstelling aan en inname van deze fungiciden door bijen is relatief goed bekend, aangezien dit deel uitmaakt van het registratieproces voor pesticiden door de Amerikaanse Environmental Protection Agency en vele andere nationale regelgevende instanties12,13,14. De effecten van fungiciden op niet-bijen zijn echter minder bekend, omdat ze niet vereist zijn onder handelsvergunningsovereenkomsten in de Verenigde Staten15. Bovendien zijn er over het algemeen geen gestandaardiseerde protocollen voor het testen van individuele bijen16,17, en het onderhouden van kolonies die bijen leveren voor tests is een uitdaging18. Er worden in Europa en de VS steeds vaker proeven met verschillende gedomesticeerde bijen uitgevoerd om de effecten van pesticiden op wilde bijen te bestuderen, en er zijn recentelijk gestandaardiseerde protocollen ontwikkeld voor O. cornifrons19.
Gehoornde bijen zijn monocyten en worden commercieel gebruikt in karpergewassen als aanvulling op of vervanging van honingbijen. Deze bijen verschijnen tussen maart en april, waarbij de vroegrijpe mannetjes drie tot vier dagen voor de vrouwtjes verschijnen. Na de paring verzamelt het vrouwtje actief stuifmeel en nectar om een reeks broedcellen in de buisvormige nestholte (natuurlijk of kunstmatig) te voorzien1,20. De eieren worden gelegd op stuifmeel in de cellen; het vrouwtje bouwt vervolgens een kleiwand voordat ze de volgende cel voorbereidt. De larven van het eerste stadium zijn ingesloten in het chorion en voeden zich met embryonale vloeistoffen. Van het tweede tot het vijfde stadium (prepop) voeden de larven zich met stuifmeel22. Zodra de stuifmeelvoorraad volledig is uitgeput, vormen de larven cocons, verpoppen ze en komen ze als volwassen exemplaren tevoorschijn in dezelfde broedkamer, meestal in de nazomer20,23. Volwassen exemplaren verschijnen het volgende voorjaar. Het overleven van volwassen exemplaren hangt af van de netto energietoename (gewichtstoename) op basis van voedselinname. Daarom zijn de voedingskwaliteit van stuifmeel, maar ook andere factoren zoals het weer of blootstelling aan pesticiden, bepalend voor de overleving en gezondheid van vogels24.
Insecticiden en fungiciden die vóór de bloei worden toegepast, kunnen zich in verschillende mate binnen de bloedvaten van de plant verplaatsen, van translaminair (bijvoorbeeld van de bovenkant van de bladeren naar de onderkant, zoals sommige fungiciden) 25 tot echt systemische effecten. , die de kroon vanuit de wortels kunnen binnendringen, kunnen de nectar van appelbloemen binnendringen26, waar ze volwassen O. cornifrons kunnen doden27. Sommige pesticiden lekken ook uit in stuifmeel, wat de ontwikkeling van maïslarven beïnvloedt en hun dood veroorzaakt19. Andere studies hebben aangetoond dat sommige fungiciden het nestelgedrag van de verwante soort O. lignaria28 aanzienlijk kunnen veranderen. Daarnaast hebben laboratorium- en veldstudies die blootstelling aan pesticiden simuleerden (inclusief fungiciden) aangetoond dat pesticiden de fysiologie 22, morfologie 29 en overleving van honingbijen en sommige solitaire bijen negatief beïnvloeden. Verschillende fungicide sprays die direct op de geopende bloemen worden gespoten tijdens de bloei, kunnen het stuifmeel besmetten dat door volwassen insecten is verzameld voor de ontwikkeling van de larven. De effecten hiervan moeten nog worden onderzocht30.
Het wordt steeds meer erkend dat de ontwikkeling van larven wordt beïnvloed door stuifmeel en microbiële gemeenschappen in het spijsverteringsstelsel. Het microbioom van honingbijen beïnvloedt parameters zoals lichaamsgewicht31, metabolische veranderingen22 en gevoeligheid voor pathogenen32. Eerdere studies hebben de invloed van ontwikkelingsstadium, voedingsstoffen en omgeving op het microbioom van solitaire bijen onderzocht. Deze studies lieten overeenkomsten zien in de structuur en abundantie van het larven- en stuifmeelmicrobioom33, evenals de meest voorkomende bacteriegeslachten Pseudomonas en Delftia, onder solitaire bijensoorten. Hoewel fungiciden in verband zijn gebracht met strategieën om de gezondheid van bijen te beschermen, blijven de effecten van fungiciden op de larvenmicrobiota door directe orale blootstelling onontgonnen.
Deze studie testte de effecten van praktijkdoseringen van zes veelgebruikte fungiciden die in de Verenigde Staten geregistreerd zijn voor gebruik op boomfruit, waaronder contact- en systemische fungiciden die oraal werden toegediend aan larven van de maïshoornmot uit besmet voedsel. We ontdekten dat contact- en systemische fungiciden de gewichtstoename van bijen verminderden en de sterfte verhoogden, waarbij de ernstigste effecten verband hielden met mancozeb en pyrithiopide. Vervolgens vergeleken we de microbiële diversiteit van larven die werden gevoed met het met mancozeb behandelde pollendieet met die van larven die werden gevoed met het controledieet. We bespreken mogelijke mechanismen die ten grondslag liggen aan sterfte en de implicaties voor geïntegreerde plaag- en bestuivingsprogramma's (IPPM)36.
Volwassen O. cornifrons die overwinteren in cocons werden verkregen van het Fruit Research Center, Biglerville, PA, en opgeslagen bij -3 tot 2 °C (± 0,3 °C). Vóór het experiment (600 cocons in totaal). In mei 2022 werden 100 O. cornifrons cocons dagelijks overgebracht in plastic bekers (50 cocons per beker, DI 5 cm × 15 cm lang) en werden er doekjes in de bekers geplaatst om het openen te bevorderen en een kauwbaar substraat te bieden, waardoor de stress op de steenbijen werd verminderd37. Plaats twee plastic bekers met cocons in een insectenkooi (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) met 10 ml feeders die 50% sucrose-oplossing bevatten en bewaar gedurende vier dagen om sluiting en paring te garanderen. 23 °C, relatieve vochtigheid 60%, fotoperiode 10 l (lage intensiteit): 14 dagen. Gedurende zes dagen werden elke ochtend 100 gepaarde vrouwtjes en mannetjes (100 per dag) vrijgelaten in twee kunstmatige nesten tijdens de piek van de appelbloesem (valnest: breedte 33,66 × hoogte 30,48 × lengte 46,99 cm; Aanvullende afbeelding 1). Geplaatst in het Pennsylvania State Arboretum, naast kersenbomen (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), perzikbomen (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), perenbomen (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), appelboom met coronaria (Malus coronaria) en talrijke appelsoorten (Malus coronaria, Malus), de binnenlandse appelboom 'Co-op 30′ Enterprise™, de appelboom met malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, de begonia 'Freedom', de Begonia 'Golden Delicious' en de Begonia 'Nova Spy'). Elk blauw plastic vogelhuisje past op twee houten dozen. Elk nestkastje bevatte 800 lege kraftpapieren buisjes (open spiraal, 0,8 cm binnendiameter × 15 cm lengte) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan), die in ondoorzichtige cellofaanbuisjes waren gestoken (0,7 buitendiameter zie figuur). Kunststof stoppen (T-1X-pluggen) zorgen voor nestgelegenheid.
Beide nestkasten waren naar het oosten gericht en waren bedekt met groene plastic tuinafscheidingen (Everbilt model #889250EB12, openingsgrootte 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) om toegang door knaagdieren en vogels te voorkomen. De nestkasten waren op het grondoppervlak naast de nestkasten geplaatst. Nestkast (Aanvullende afbeelding 1a). Eieren van de maïsboorder werden dagelijks verzameld door 30 buisjes uit de nesten te halen en naar het laboratorium te vervoeren. Maak met een schaar een knipje aan het uiteinde van het buisje en demonteer vervolgens het spiraalvormige buisje om de broedcellen bloot te leggen. Individuele eitjes en hun stuifmeel werden verwijderd met een gebogen spatel (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., Californië). De eitjes werden geïncubeerd op vochtig filterpapier en 2 uur in een petrischaal geplaatst voordat ze in onze experimenten werden gebruikt (Aanvullende afbeelding 1b-d).
In het laboratorium evalueerden we de orale toxiciteit van zes fungiciden die vóór en tijdens de appelbloesem werden toegepast in drie concentraties (0,1X, 0,5X en 1X, waarbij 1X het cijfer is dat per 100 gallons water/acre werd toegepast. Hoge velddosis = concentratie in het veld). , Tabel 1). Elke concentratie werd 16 keer herhaald (n = 16). Twee contactfungiciden (Tabel S1: mancozeb 2696,14 ppm en captan 2875,88 ppm) en vier systemische fungiciden (Tabel S1: pyrithiostrobine 250,14 ppm; trifloxystrobine 110,06 ppm; myclobutanil azole 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) bleken giftig voor fruit, groenten en siergewassen. We homogeniseerden het stuifmeel met een grinder, brachten 0,20 g over in een putje (Falcon Plate met 24 putjes) en voegden 1 μl fungicide-oplossing toe en mengden dit tot piramidaal stuifmeel met 1 mm diepe putjes, waarin de eitjes werden geplaatst. Plaats de eitjes met een minispatel (aanvullende figuur 1c,d). De Falcon Plates werden bewaard bij kamertemperatuur (25 °C) en een relatieve luchtvochtigheid van 70%. We vergeleken ze met controlelarven die een homogeen stuifmeeldieet kregen, behandeld met zuiver water. We registreerden de sterfte en maten het gewicht van de larven om de dag totdat de larven de prepopleeftijd bereikten met behulp van een analytische balans (Fisher Scientific, nauwkeurigheid = 0,0001 g). Tot slot werd de geslachtsverhouding bepaald door de cocon na 2,5 maand te openen.
DNA werd geëxtraheerd uit hele O. cornifrons-larven (n = 3 per behandelingsconditie, met en zonder mancozeb behandeld stuifmeel) en we voerden microbiële diversiteitsanalyses uit op deze monsters, vooral omdat bij mancozeb de hoogste mortaliteit werd waargenomen bij larven die MnZn kregen. DNA werd geamplificeerd, gezuiverd met de DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-kit (Zymo Research, Irvine, CA) en gesequenced (600 cycli) op een Illumina® MiSeq™ met behulp van de v3-kit. Gerichte sequencing van bacteriële 16S ribosomale RNA-genen werd uitgevoerd met behulp van de Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) met behulp van primers gericht op de V3-V4-regio van het 16S rRNA-gen. Daarnaast werd 18S-sequencing uitgevoerd met 10% PhiX-inclusie en werd amplificatie uitgevoerd met behulp van het primerpaar 18S001 en NS4.
Importeer en verwerk gepaarde reads39 met behulp van de QIIME2-pipeline (v2022.11.1). Deze reads werden getrimd en samengevoegd, en chimere sequenties werden verwijderd met behulp van de DADA2-plug-in in QIIME2 (qiime dada2-ruiskoppeling)40. De 16S- en 18S-klassetoewijzingen werden uitgevoerd met behulp van de objectclassificatieplug-in Classify-sklearn en de vooraf getrainde artefact silva-138-99-nb-classifier.
Alle experimentele gegevens werden gecontroleerd op normaliteit (Shapiro-Wilks) en homogeniteit van variantie (Levene's test). Omdat de dataset niet voldeed aan de aannames van parametrische analyse en de transformatie de residuen niet kon standaardiseren, voerden we een niet-parametrische tweeweg-ANOVA (Kruskal-Wallis) uit met twee factoren [tijd (drie fase-tijdspunten van 2, 5 en 8 dagen) en fungicide] om het effect van de behandeling op het verse gewicht van de larven te evalueren. Vervolgens werden post-hoc niet-parametrische paarsgewijze vergelijkingen uitgevoerd met behulp van de Wilcoxon-test. We gebruikten een gegeneraliseerd lineair model (GLM) met een Poisson-verdeling om de effecten van fungiciden op overleving te vergelijken over drie fungicideconcentraties41,42. Voor differentiële abundantieanalyse werd het aantal ampliconsequentievarianten (ASV's) op genusniveau samengevouwen. Vergelijkingen van de differentiële abundantie tussen groepen met behulp van de relatieve abundantie van 16S (geslachtsniveau) en 18S werden uitgevoerd met behulp van een gegeneraliseerd additief model voor positie, schaal en vorm (GAMLSS) met bèta-nul-inflatie (BEZI) familieverdelingen, die werden gemodelleerd op een macro in Microbiome R43 (v1.1). 1). Verwijder mitochondriale en chloroplastsoorten vóór de differentiële analyse. Vanwege de verschillende taxonomische niveaus van 18S werd alleen het laagste niveau van elk taxon gebruikt voor differentiële analyses. Alle statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van R (v. 3.4.3., CRAN-project) (Team 2013).
Blootstelling aan mancozeb, pyrithisostrobine en trifloxystrobine verminderde de gewichtstoename van O. cornifrons significant (Fig. 1). Deze effecten werden consistent waargenomen bij alle drie de beoordeelde doses (Fig. 1a-c). Cyclostrobine en myclobutanil verminderden het gewicht van de larven niet significant.
Gemiddeld versgewicht van stengelboorderlarven gemeten op drie tijdstippen onder vier dieetbehandelingen (homogene pollenvoeding + fungicide: controle, doses van 0,1X, 0,5X en 1X). (a) Lage dosis (0,1X): eerste tijdstip (dag 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, tweede tijdstip (dag 5): 22,83, DF = 0,0009; derde tijdstip (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) halve dosis (0,5X): eerste tijdstip (dag 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, tweede tijdstip (dag één). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; derde tijdstip (dag 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Plaats of volledige dosis (1X): eerste tijdstip (dag 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, tweede tijdstip (dag 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; derde tijdstip (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; niet-parametrische variantieanalyse. Staven geven het gemiddelde ± SE van paarsgewijze vergelijkingen weer (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Bij de laagste dosis (0,1x) nam het lichaamsgewicht van de larven met 60% af met trifloxystrobine, met 49% met mancozeb, met 48% met myclobutanil en met 46% met pyrithistrobine (fig. 1a). Bij blootstelling aan de helft van de velddosis (0,5x) nam het lichaamsgewicht van de mancozeblarven met 86% af, dat van pyrithiostrobine met 52% en dat van trifloxystrobine met 50% (fig. 1b). Een volledige velddosis (1x) mancozeb verminderde het gewicht van de larven met 82%, dat van pyrithiostrobine met 70% en dat van trifloxystrobine, myclobutanil en sangard met ongeveer 30% (fig. 1c).
De sterfte was het hoogst onder larven die stuifmeel kregen dat met mancozeb was behandeld, gevolgd door pyrithiostrobine en trifloxystrobine. De sterfte nam toe met toenemende doses mancozeb en pyritisoline (fig. 2; tabel 2). De sterfte van de maïsboorder nam echter slechts licht toe naarmate de concentratie trifloxystrobine toenam; cyprodinil en captan verhoogden de sterfte niet significant vergeleken met de controlebehandelingen.
De mortaliteit van larven van de boordervlieg werd vergeleken na inname van stuifmeel dat individueel behandeld was met zes verschillende fungiciden. Mancozeb en pentopyramide waren gevoeliger voor orale blootstelling aan maïsmaden (GLM: χ = 29,45, DF = 20, p = 0,0059) (lijn, helling = 0,29, p < 0,001; helling = 0,24, p < 0,00)).
Gemiddeld over alle behandelingen was 39,05% van de patiënten vrouw en 60,95% man. Bij de controlebehandelingen was het percentage vrouwen 40% in zowel de lage dosis (0,1x) als de halve dosis (0,5x) studies, en 30% in de velddosis (1x) studies. Bij een dosis van 0,1x was 33,33% van de volwassen larven die met stuifmeel werden gevoed en behandeld met mancozeb en myclobutanil vrouwelijk, 22% van de volwassen larven, 44% van de volwassen larven, 44% van de volwassen larven, 41% van de volwassen larven en 31% van de controlegroep (Fig. 3a). Bij een dosis van 0,5 keer de dosis was 33% van de volwassen wormen in de mancozeb- en pyrithiostrobinegroep vrouwelijk, 36% in de trifloxystrobinegroep, 41% in de myclobutanilgroep en 46% in de cyprostrobinegroep. Dit percentage was 53% in de captangroep en 38% in de controlegroep (Fig. 3b). Bij een dosis van 1x was 30% van de mancozebgroep vrouw, 36% van de pyrithiostrobinegroep, 44% van de trifloxystrobinegroep, 38% van de myclobutanilgroep en 50% van de controlegroep vrouw – 38,5% (Fig. 3c).
Percentage vrouwelijke en mannelijke boorders na blootstelling aan fungicide in het larvale stadium. (a) Lage dosis (0,1X). (b) Halve dosis (0,5X). (c) Velddosis of volledige dosis (1X).
Uit 16S-sequentieanalyse bleek dat de bacteriegroep verschilde tussen larven die gevoed werden met met mancozeb behandeld stuifmeel en larven die gevoed werden met onbehandeld stuifmeel (Fig. 4a). De microbiële index van onbehandelde larven die gevoed werden met stuifmeel was hoger dan die van larven die gevoed werden met met mancozeb behandeld stuifmeel (Fig. 4b). Hoewel het waargenomen verschil in rijkdom tussen de groepen niet statistisch significant was, was het significant lager dan dat waargenomen bij larven die gevoed werden met onbehandeld stuifmeel (Fig. 4c). De relatieve abundantie toonde aan dat de microbiota van larven die gevoed werden met controlepollen diverser was dan die van larven die gevoed werden met met mancozeb behandelde larven (Fig. 5a). Beschrijvende analyse toonde de aanwezigheid van 28 geslachten aan in controle- en met mancozeb behandelde monsters (Fig. 5b). c Analyse met 18S-sequentieanalyse bracht geen significante verschillen aan het licht (Aanvullende figuur 2).
SAV-profielen op basis van 16S-sequenties werden vergeleken met Shannon-rijkdom en waargenomen rijkdom op phylumniveau. (a) Principal coordinate analysis (PCoA) gebaseerd op de algehele structuur van de microbiële gemeenschap in onbehandelde pollen-gevoede of controlelarven (blauw) en met mancozeb gevoede larven (oranje). Elk datapunt vertegenwoordigt een afzonderlijk monster. PCoA werd berekend met behulp van de Bray-Curtis-afstand van de multivariate t-verdeling. Ovalen vertegenwoordigen het 80%-betrouwbaarheidsniveau. (b) Boxplot, ruwe Shannon-rijkdomgegevens (punten) en c. Waarneembare rijkdom. Boxplots tonen vakken voor mediaanlijn, interkwartielafstand (IQR) en 1,5 × IQR (n = 3).
Samenstelling van microbiële gemeenschappen van larven gevoed met met mancozeb behandeld en onbehandeld stuifmeel. (a) Relatieve abundantie van microbiële geslachten in larven. (b) Heatmap van geïdentificeerde microbiële gemeenschappen. Delftia (odds ratio (OR) = 0,67, P = 0,0030) en Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); De rijen in de heatmap zijn geclusterd op basis van correlatie-afstand en gemiddelde connectiviteit.
Onze resultaten tonen aan dat orale blootstelling aan contactfungiciden (mancozeb) en systemische fungiciden (pyrostrobine en trifloxystrobine), die op grote schaal tijdens de bloei worden toegepast, de gewichtstoename en de mortaliteit van maïslarven aanzienlijk verminderde. Bovendien verminderde mancozeb de diversiteit en rijkdom van het microbioom tijdens het prepupale stadium aanzienlijk. Myclobutanil, een ander systemisch fungicide, verminderde de gewichtstoename van de larven significant bij alle drie de doses. Dit effect was duidelijk zichtbaar op het tweede (dag 5) en derde (dag 8) tijdstip. Cyprodinil en captan daarentegen verminderden de gewichtstoename of overleving niet significant in vergelijking met de controlegroep. Voor zover wij weten is dit het eerste onderzoek dat de effecten van velddoseringen van verschillende fungiciden bepaalt die worden gebruikt om maïsgewassen te beschermen door middel van directe blootstelling aan pollen.
Alle fungicidebehandelingen verminderden de lichaamsgewichtstoename significant in vergelijking met controlebehandelingen. Mancozeb had het grootste effect op de gewichtstoename van larven met een gemiddelde reductie van 51%, gevolgd door pyrithiostrobine. Andere studies hebben echter geen nadelige effecten gemeld van velddoses fungiciden op larvenstadia44. Hoewel is aangetoond dat dithiocarbamaatbiociden een lage acute toxiciteit45 hebben, kunnen ethyleenbisdithiocarbamaten (EBDCS) zoals mancozeb afbreken tot ureum-ethyleensulfide. Gezien de mutagene effecten bij andere dieren, kan dit afbraakproduct verantwoordelijk zijn voor de waargenomen effecten46,47. Eerdere studies hebben aangetoond dat de vorming van ethyleenthioureum wordt beïnvloed door factoren zoals verhoogde temperatuur48, vochtigheidsgraad49 en de duur van de productopslag50. Juiste opslagomstandigheden voor biociden kunnen deze bijwerkingen verminderen. Bovendien heeft de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid haar bezorgdheid geuit over de toxiciteit van pyrithiopide, waarvan is aangetoond dat het kankerverwekkend is voor het spijsverteringsstelsel van andere dieren51.
Orale toediening van mancozeb, pyrithiostrobine en trifloxystrobine verhoogt de mortaliteit van maïsboorderlarven. Myclobutanil, ciprocycline en captan hadden daarentegen geen effect op de mortaliteit. Deze resultaten verschillen van die van Ladurner et al.52, die aantoonden dat captan de overleving van volwassen O. lignaria en Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) significant verminderde. Bovendien is gebleken dat fungiciden zoals captan en boscalid larvensterfte veroorzaken52,53,54 of het eetgedrag veranderen55. Deze veranderingen kunnen op hun beurt de voedingskwaliteit van het stuifmeel en uiteindelijk de energiewinst van het larvale stadium beïnvloeden. De mortaliteit die in de controlegroep werd waargenomen, kwam overeen met die van andere studies56,57.
De in ons onderzoek waargenomen voorkeursgeslachtsverhouding ten gunste van mannen kan mogelijk worden verklaard door factoren zoals onvoldoende paring en slechte weersomstandigheden tijdens de bloei, zoals eerder werd gesuggereerd voor O. cornuta door Vicens en Bosch. Hoewel vrouwtjes en mannetjes in ons onderzoek vier dagen de tijd hadden om te paren (een periode die over het algemeen als voldoende wordt beschouwd voor een succesvolle paring), hebben we de lichtintensiteit bewust verlaagd om stress te minimaliseren. Deze aanpassing kan echter onbedoeld het paringsproces verstoren61. Bovendien ervaren bijen meerdere dagen ongunstig weer, waaronder regen en lage temperaturen (<5°C), wat ook een negatieve invloed kan hebben op het paringsproces4,23.
Hoewel onze studie zich richtte op het volledige larvale microbioom, bieden onze resultaten inzicht in mogelijke relaties tussen bacteriële gemeenschappen die cruciaal kunnen zijn voor de voeding van bijen en de blootstelling aan fungiciden. Larven die met mancozeb behandeld stuifmeel kregen, vertoonden bijvoorbeeld een significant verminderde structuur en abundantie van de microbiële gemeenschap in vergelijking met larven die onbehandeld stuifmeel kregen. In larven die onbehandeld stuifmeel consumeerden, waren de bacteriegroepen Proteobacteria en Actinobacteria dominant en waren ze overwegend aeroob of facultatief aeroob. Van Delft-bacteriën, die doorgaans worden geassocieerd met solitaire bijensoorten, is bekend dat ze een antibiotische werking hebben, wat wijst op een mogelijke beschermende rol tegen pathogenen. Een andere bacteriesoort, Pseudomonas, was overvloedig aanwezig in larven die onbehandeld stuifmeel kregen, maar significant verminderd in larven die met mancozeb behandeld waren. Onze resultaten ondersteunen eerdere studies die Pseudomonas identificeerden als een van de meest voorkomende geslachten in O. bicornis35 en andere solitaire wespen34. Hoewel experimenteel bewijs voor de rol van Pseudomonas in de gezondheid van O. cornifrons niet is onderzocht, is aangetoond dat deze bacterie de synthese van beschermende toxines in de kever Paederus fuscipes bevordert en het argininemetabolisme in vitro bevordert 35, 65. Deze observaties suggereren een mogelijke rol in virale en bacteriële verdediging tijdens de ontwikkelingstijd van O. cornifrons-larven. Microbacterium is een ander geslacht dat in onze studie is geïdentificeerd en waarvan wordt gemeld dat het in hoge aantallen aanwezig is in larven van de zwarte soldatenvlieg onder verhongeringsomstandigheden66. In O. cornifrons-larven kunnen microbacteriën bijdragen aan de balans en veerkracht van het darmmicrobioom onder stressomstandigheden. Daarnaast wordt Rhodococcus gevonden in O. cornifrons-larven en staat bekend om zijn ontgiftingsvermogen67. Dit geslacht wordt ook gevonden in de darmen van A. florea, maar in zeer lage abundantie68. Onze resultaten tonen de aanwezigheid aan van meerdere genetische variaties in talrijke microbiële taxa die metabolische processen in larven kunnen veranderen. Er is echter een beter begrip nodig van de functionele diversiteit van O. cornifrons.
Samenvattend geven de resultaten aan dat mancozeb, pyrithiostrobine en trifloxystrobine de gewichtstoename en de sterfte van maïsboorderlarven verminderden. Hoewel er groeiende bezorgdheid is over de effecten van fungiciden op bestuivers, is er behoefte aan een beter begrip van de effecten van resterende metabolieten van deze verbindingen. Deze resultaten kunnen worden opgenomen in aanbevelingen voor geïntegreerde bestuivingsprogramma's die boeren helpen het gebruik van bepaalde fungiciden voor en tijdens de bloei van fruitbomen te vermijden door fungiciden te selecteren en het tijdstip van toepassing te variëren, of door het gebruik van minder schadelijke alternatieven aan te moedigen. Deze informatie is belangrijk voor het ontwikkelen van aanbevelingen over het gebruik van pesticiden, zoals het aanpassen van bestaande spuitprogramma's en het wijzigen van de spuittiming bij de selectie van fungiciden of het bevorderen van het gebruik van minder schadelijke alternatieven. Verder onderzoek is nodig naar de nadelige effecten van fungiciden op de geslachtsverhouding, het voedingsgedrag, het darmmicrobioom en de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan gewichtsverlies en sterfte bij maïsboorders.
Brongegevens 1, 2 en 3 in figuur 1 en 2 zijn gedeponeerd in de figshare-datarepository DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 en https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. De sequenties die in de huidige studie zijn geanalyseerd (figuur 4, 5) zijn beschikbaar in de NCBI SRA-repository onder toegangsnummer PRJNA1023565.
Bosch, J. en Kemp, WP Ontwikkeling en vestiging van honingbijensoorten als bestuivers van landbouwgewassen: het voorbeeld van het geslacht Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) en fruitbomen. bull. Ntomore. bron. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Bestuivingspraktijken en percepties van alternatieve bestuivers onder appeltelers in New York en Pennsylvania. Update. Landbouw. Voedselsystemen. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL en Ricketts TH Ecologie en economie van amandelbestuiving met inheemse bijen. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., en Park, Y.-L. Effecten van klimaatverandering op de fenologie van tragopanen: implicaties voor populatiebeheer. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR en Pitts-Singer, TL: Effect van fungicide en adjuvante sprays op het nestgedrag van twee gehouden solitaire bijen (Osmia lignaria en Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Een weinig giftige gewasfungicide (fenbuconazool) verstoort de signalen van mannelijke reproductiekwaliteit, wat resulteert in verminderd paarsucces bij wilde solitaire bijen. J. Apps. Ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Neonicotinoïde insecticiden en ergosterolbiosynthese onderdrukken synergetische fungicidesterfte bij drie bijensoorten. Ongediertebestrijding. De wetenschap. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. en Danforth BN Solitaire wespenlarven veranderen de bacteriële diversiteit die via stuifmeel aan stengelnestende bijen wordt geleverd Osmia cornifrons (Megachilidae). front. micro-organisme. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN en Steffan SA De ectosymbiotische micro-organismen in gefermenteerd stuifmeel zijn net zo belangrijk voor de ontwikkeling van solitaire bijen als het stuifmeel zelf. ecologie. evolutie. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F en Thalheimer M. Tussenrijen planten in appelboomgaarden ter bestrijding van herzaaiziekten: een praktische effectiviteitsstudie op basis van microbiële indicatoren. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG en Peter KA Bitterrot bij appels in de Mid-Atlantische Verenigde Staten: beoordeling van de veroorzakende soorten en de invloed van regionale weersomstandigheden en cultivargevoeligheid. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK en Stanley DA Fungiciden, herbiciden en bijen: een systematische review van bestaand onderzoek en methoden. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED en Jepson, PC Synergistische effecten van EBI-fungiciden en pyrethroïde insecticiden op honingbijen (Apis mellifera). Plagen de wetenschap. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE en Peng, CY Effect van geselecteerde fungiciden op de groei en ontwikkeling van honingbijlarven Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Woensdag. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., en McArt, S. Beslissingsgids voor het gebruik van pesticiden ter bescherming van bestuivers in boomgaarden (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM en Hogendoorn, K. Blootstelling van bijen aan niet-pesticiden: een overzicht van methoden en gerapporteerde resultaten. Landbouw. ecosysteem. Woensdag. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA en Pitts-Singer TL: Effect van het soort bestrijdingsmiddel en blootstelling aan pesticiden op de larvale ontwikkeling van Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Woensdag. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM en Pitts-Singer TL: Paden van blootstelling aan pesticiden aan solitaire bijen met een leeg nest. Woensdag. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. Een nieuw protocol voor inname-bioassay voor het beoordelen van de toxiciteit van pesticiden bij volwassen Japanse tuinbijen (Osmia cornifrons). the science. Reports 10, 9517 (2020).
Geplaatst op: 14 mei 2024