Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.De browserversie die u gebruikt, heeft beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste resultaten raden wij u aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, geven we de site in de tussentijd weer zonder stijl of JavaScript.
Fungiciden worden vaak gebruikt tijdens de bloei van boomfruit en kunnen insectenbestuivers bedreigen.Er is echter weinig bekend over hoe niet-bijenbestuivers (bijvoorbeeld solitaire bijen, Osmia cornifrons) reageren op contact en systemische fungiciden die gewoonlijk op appels worden gebruikt tijdens de bloei.Deze kenniskloof beperkt de regelgevingsbeslissingen die veilige concentraties en timing van het spuiten van fungiciden bepalen.We hebben de effecten van twee contactfungiciden (captan en mancozeb) en vier tussenlaag-/fytosysteemfungiciden (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin en trifloxystrobin) beoordeeld.Effecten op de gewichtstoename van de larven, overleving, geslachtsverhouding en bacteriële diversiteit.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 gebruik in het veld (1X), de halve dosis (0,5X) en de lage dosis (0,1X).Alle doses mancozeb en pyritisoline verminderden het lichaamsgewicht en de overleving van de larven aanzienlijk.Vervolgens hebben we het 16S-gen gesequenced om het larvale bacterioom van mancozeb te karakteriseren, het fungicide dat verantwoordelijk is voor de hoogste sterfte.We ontdekten dat de bacteriële diversiteit en overvloed aanzienlijk waren verminderd in larven die werden gevoed met met mancozeb behandeld stuifmeel.Uit onze laboratoriumresultaten blijkt dat het sproeien van sommige van deze fungiciden tijdens de bloei bijzonder schadelijk is voor de gezondheid van O. cornifrons.Deze informatie is relevant voor toekomstige managementbeslissingen met betrekking tot het duurzame gebruik van fruitboombeschermingsproducten en dient als basis voor regelgevingsprocessen gericht op de bescherming van bestuivers.
De solitaire metselaarbij Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) werd eind jaren zeventig en begin jaren tachtig vanuit Japan in de Verenigde Staten geïntroduceerd en de soort heeft sindsdien een belangrijke rol als bestuiver gespeeld 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 fragmentatie van habitats, ziekteverwekkers en pesticiden3,4.Van de insecticiden verminderen fungiciden de energiewinst, het foerageren5 en de lichaamsconditionering6,7.Hoewel recent onderzoek suggereert dat de gezondheid van Mason-bijen rechtstreeks wordt beïnvloed door commensale en ectobactische micro-organismen, 8,9 omdat bacteriën en schimmels de voeding en immuunreacties kunnen beïnvloeden, beginnen de effecten van blootstelling aan fungiciden op de microbiële diversiteit van Mason-bijen nog maar net zichtbaar te worden. bestudeerd.
Fungiciden met verschillende effecten (contact en systemisch) worden vóór en tijdens de bloei in boomgaarden gespoten om ziekten zoals appelschurft, bitterrot, bruinrot en echte meeldauw te behandelen10,11.Fungiciden worden als onschadelijk voor bestuivers beschouwd, daarom worden ze tijdens de bloeiperiode aan tuinders aanbevolen;De blootstelling aan en inname van deze fungiciden door bijen is relatief goed bekend, omdat het deel uitmaakt van het pesticideregistratieproces 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 op grond van handelsvergunningsovereenkomsten in de Verenigde Staten15.Bovendien zijn er over het algemeen geen gestandaardiseerde protocollen voor het testen van afzonderlijke bijen16,17, en het onderhouden van kolonies die bijen leveren voor testen is een uitdaging18.In Europa en de VS worden steeds vaker proeven met verschillende beheerde bijen uitgevoerd om de effecten van pesticiden op wilde bijen te bestuderen, en onlangs zijn er gestandaardiseerde protocollen ontwikkeld voor O. cornifrons19.
Gehoornde bijen zijn monocyten en worden commercieel gebruikt in karpergewassen als aanvulling of vervanging voor honingbijen.Deze bijen verschijnen tussen maart en april, waarbij de vroegrijpe mannetjes drie tot vier dagen eerder verschijnen dan de vrouwtjes.Na de paring verzamelt het vrouwtje actief stuifmeel en nectar om een reeks broedcellen te verschaffen in de buisvormige nestholte (natuurlijk of kunstmatig)1,20.De eieren worden op stuifmeel in de cellen gelegd;het vrouwtje bouwt vervolgens een muur van klei voordat ze de volgende cel voorbereidt.De larven van het eerste stadium zijn ingesloten in het chorion en voeden zich met embryonale vloeistoffen.Vanaf het tweede tot het vijfde stadium (prepop) voeden de larven zich met stuifmeel22.Zodra de stuifmeelvoorraad volledig is uitgeput, vormen de larven cocons, verpoppen zich en komen als volwassenen tevoorschijn in dezelfde broedkamer, meestal in de late zomer .Volwassenen verschijnen de volgende lente.De overleving van volwassenen wordt geassocieerd met de netto energietoename (gewichtstoename) op basis van de voedselinname.De voedingskwaliteit van stuifmeel, evenals andere factoren zoals het weer of blootstelling aan pesticiden, zijn dus bepalende factoren voor overleving en gezondheid24.
Insecticiden en fungiciden die vóór de bloei worden aangebracht, kunnen zich in verschillende mate binnen het vaatstelsel van de plant verplaatsen, van translaminair (bijvoorbeeld van het bovenste oppervlak van de bladeren naar het onderste oppervlak, zoals sommige fungiciden) 25 tot werkelijk systemische effecten., die vanaf de wortels de kroon kunnen binnendringen, kunnen de nectar van appelbloemen binnendringen26, waar ze volwassen O. cornifrons27 kunnen doden.Sommige pesticiden lekken ook uit in het stuifmeel, wat de ontwikkeling van maïslarven beïnvloedt en hun dood veroorzaakt19.Andere onderzoeken hebben aangetoond dat sommige fungiciden het nestgedrag van de verwante soort O. lignaria aanzienlijk kunnen veranderen28.Bovendien hebben laboratorium- en veldstudies waarin scenario's voor blootstelling aan pesticiden (waaronder fungiciden) worden gesimuleerd, aangetoond dat pesticiden een negatieve invloed hebben op de fysiologie 22 morfologie 29 en de overleving van honingbijen en sommige solitaire bijen.Verschillende fungicide sprays die tijdens de bloei rechtstreeks op open bloemen worden aangebracht, kunnen stuifmeel besmetten dat door volwassenen is verzameld voor de ontwikkeling van larven, waarvan de effecten nog moeten worden bestudeerd30.
Het wordt steeds meer erkend dat de ontwikkeling van larven wordt beïnvloed door stuifmeel- en microbiële gemeenschappen in het spijsverteringsstelsel.Het microbioom van de honingbij beïnvloedt parameters zoals lichaamsmassa31, metabolische veranderingen22 en gevoeligheid voor ziekteverwekkers32.Eerdere studies hebben de invloed van het ontwikkelingsstadium, voedingsstoffen en de omgeving op het microbioom van solitaire bijen onderzocht.Deze onderzoeken brachten overeenkomsten aan het licht in de structuur en de overvloed van de microbiomen van larven en pollen33, evenals van de meest voorkomende bacteriële geslachten 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 microbiota van larven door directe orale blootstelling onontgonnen.
Deze studie testte de effecten van praktijkdoses van zes veelgebruikte fungiciden die geregistreerd zijn voor gebruik op boomfruit in de Verenigde Staten, waaronder contact- en systemische fungiciden die oraal worden toegediend aan larven van maïshoornwormmotten uit besmet voedsel.We ontdekten dat contact- en systemische fungiciden de gewichtstoename van de bijen verminderden en de sterfte verhoogden, waarbij de ernstigste effecten geassocieerd waren met mancozeb en pyrithiopide.Vervolgens vergeleken we de microbiële diversiteit van larven gevoed met het met mancozeb behandelde stuifmeeldieet met die van het controledieet.We bespreken mogelijke mechanismen die ten grondslag liggen aan sterfte en implicaties voor geïntegreerde plaag- en bestuiversbeheerprogramma's (IPPM)36.
Volwassen O. cornifrons die in cocons overwinterden, werden verkregen van het Fruit Research Center, Biglerville, PA, en bewaard bij -3 tot 2 °C (±0,3 °C).Vóór het experiment (in totaal 600 cocons).In mei 2022 werden dagelijks 100 O. cornifrons-cocons overgebracht naar plastic bekers (50 cocons per beker, DI 5 cm x 15 cm lang) en er werden doekjes in de bekers geplaatst om het openen te bevorderen en een kauwbaar substraat te bieden, waardoor de druk op de steenachtige ondergrond werd verminderd. bijen37 .Plaats twee plastic bekers met cocons in een insectenkooi (30 x 30 x 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) met 10 ml feeders met 50% sucrose-oplossing en bewaar deze gedurende vier dagen om sluiting en paring te garanderen.23°C, relatieve vochtigheid 60%, fotoperiode 10 l (lage intensiteit): 14 dagen.100 gepaarde vrouwtjes en mannetjes werden gedurende zes dagen (100 per dag) elke ochtend vrijgelaten in twee kunstmatige nesten tijdens de piekbloei van de appel (valnest: breedte 33,66 x hoogte 30,48 x lengte 46,99 cm; aanvullende figuur 1).Geplaatst in het Pennsylvania State Arboretum, nabij kers (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), perzik (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), peer (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), coronaria-appelboom (Malus coronaria) en talrijke soorten appelbomen (Malus coronaria, Malus), binnenlandse appelboom 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus-appelboom 'Co- Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy').Elk blauw plastic vogelhuisje past op twee houten kisten.Elke nestkast bevatte 800 lege kraftpapierbuizen (spiraal open, 0,8 cm ID x 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) ingebracht in ondoorzichtige cellofaanbuizen (0,7 OD zie Plastic pluggen (T-1X pluggen) bieden nestplaatsen .
Beide nestkasten waren naar het oosten gericht en waren afgedekt met groen plastic tuinhekwerk (Everbilt model #889250EB12, openingsmaat 5 x 5 cm, 0,95 m x 100 m) om toegang van knaagdieren en vogels te voorkomen en op het grondoppervlak naast de nestkastgrond geplaatst. dozen.Nestkast (aanvullende figuur 1a).Maïsboordereieren werden dagelijks verzameld door 30 buizen uit nesten te verzamelen en deze naar het laboratorium te transporteren.Maak met een schaar een snede in het uiteinde van de buis en demonteer vervolgens de spiraalbuis om de broedcellen bloot te leggen.Individuele eieren en hun stuifmeel werden verwijderd met behulp van een gebogen spatel (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., Californië).De eieren werden op vochtig filtreerpapier geïncubeerd en gedurende 2 uur in een petrischaal geplaatst voordat ze in onze experimenten werden gebruikt (aanvullende figuur 1b-d).
In het laboratorium hebben we de orale toxiciteit geëvalueerd van zes fungiciden die vóór en tijdens de appelbloesem werden aangebracht in drie concentraties (0,1X, 0,5X en 1X, waarbij 1X het cijfer is dat wordt toegepast per 100 gallon water/acre. Hoge velddosis = concentratie in het veld)., Tafel 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: Pyrithiodtrobin 250.14 ppm; trifloxystrobin 110.06 ppm; MycloButanil Azole 75 .12 PPM; Cyprodinil 280.845 PPM) TOOPHOUD, VIDES, VIDES, VIDES, VIDES. ables en siergewassen .We homogeniseerden het stuifmeel met behulp van een molen, brachten 0,20 g over naar een putje (Falcon Plate met 24 putjes) en voegden 1 μl fungicidenoplossing toe en mengden dit om piramidevormig stuifmeel te vormen met putjes van 1 mm diep waarin de eieren werden geplaatst.Plaats met behulp van een minispatel (aanvullende figuur 1c, d).Falcon-platen werden bewaard bij kamertemperatuur (25°C) en een relatieve vochtigheid van 70%.We vergeleken ze met controlelarven die een homogeen stuifmeeldieet kregen en behandeld waren met zuiver water.We registreerden de sterfte en maten om de dag het gewicht van de larven totdat de larven de prepupleeftijd bereikten met behulp van een analytische balans (Fisher Scientific, nauwkeurigheid = 0,0001 g).Ten slotte werd de geslachtsverhouding beoordeeld door de cocon na 2,5 maand te openen.
DNA werd geëxtraheerd uit volledige O. cornifrons-larven (n = 3 per behandelingsconditie, met mancozeb behandeld en onbehandeld stuifmeel) en we voerden microbiële diversiteitsanalyses uit op deze monsters, vooral omdat in mancozeb de hoogste sterfte werd waargenomen bij larven.MnZn ontvangen.DNA werd geamplificeerd, gezuiverd met behulp van de DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-kit (Zymo Research, Irvine, CA) en de sequentie ervan bepaald (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 het V3-V4-gebied van het 16S rRNA-gen.Bovendien werd 18S-sequencing uitgevoerd met behulp van 10% PhiX-insluiting, en werd amplificatie uitgevoerd met behulp van het primerpaar 18S001 en NS4.
Importeer en verwerk gepaarde reads39 met behulp van de QIIME2-pijplijn (v2022.11.1).Deze metingen werden bijgesneden en samengevoegd, en chimere sequenties werden verwijderd met behulp van de DADA2-plug-in in QIIME2 (qiime dada2 noise pairing) .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 varianties (Levene's test).Omdat de dataset niet voldeed aan de aannames van parametrische analyse en de transformatie er niet in slaagde de residuen te standaardiseren, hebben we een niet-parametrische tweewegs-ANOVA (Kruskal-Wallis) uitgevoerd met twee factoren [tijd (driefasige 2, 5 en 8 dagen). tijdstippen) en fungicide] om het effect van de behandeling op het verse gewicht van de larven te evalueren, waarna post-hoc niet-parametrische paarsgewijze vergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van de Wilcoxon-test.We gebruikten een gegeneraliseerd lineair model (GLM) met een Poisson-verdeling om de effecten van fungiciden op de overleving te vergelijken over drie fungicidenconcentraties41,42.Voor analyse van differentiële overvloed werd het aantal ampliconsequentievarianten (ASV's) op geslachtsniveau ingeklapt.Vergelijkingen van differentiële overvloed tussen groepen die 16S (geslachtsniveau) en 18S relatieve overvloed gebruikten, werden uitgevoerd met behulp van een gegeneraliseerd additief model voor positie, schaal en vorm (GAMLSS) met bèta nul-opgeblazen (BEZI) familieverdelingen, die werden gemodelleerd op een macro .in Microbioom R43 (v1.1).1).Verwijder mitochondriale en chloroplastsoorten vóór 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, pyrithiostrobin en trifloxystrobin verminderde de toename van het lichaamsgewicht bij O. cornifrons aanzienlijk (Fig. 1).Deze effecten werden consistent waargenomen voor alle drie de beoordeelde doses (Fig. 1a – c).Cyclostrobine en myclobutanil verminderden het gewicht van de larven niet significant.
Gemiddeld vers gewicht van larven van stengelboorders gemeten op drie tijdstippen onder vier dieetbehandelingen (homogene pollenvoeding + fungicide: controle, 0,1X, 0,5X en 1X doses).(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 keer;punt (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 vertegenwoordigen het gemiddelde ± SE van paarsgewijze vergelijkingen (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Bij de laagste dosis (0,1x) werd het lichaamsgewicht van de larven met 60% verminderd met trifloxystrobin, 49% met mancozeb, 48% met myclobutanil en 46% met pyrithistrobine (figuur la).Bij blootstelling aan de helft van de velddosis (0,5x) werd het lichaamsgewicht van mancozeb-larven verminderd met 86%, pyrithiostrobine met 52% en trifloxystrobine met 50% (figuur 1b).Een volledige velddosis (1X) mancozeb verminderde het gewicht van de larven met 82%, pyrithiostrobin met 70% en trifloxystrobin, myclobutanil en sangard met ongeveer 30% (figuur 1c).
De sterfte was het hoogst onder larven die met mancozeb-behandeld stuifmeel werden gevoed, gevolgd door pyrithiostrobine en trifloxystrobine.De sterfte nam toe met toenemende doses mancozeb en pyritisoline (Fig. 2; Tabel 2).De sterfte onder maïsboorders nam echter slechts licht toe naarmate de trifloxystrobinconcentraties toenamen;cyprodinil en captan verhoogden de mortaliteit niet significant vergeleken met controlebehandelingen.
De sterfte van boorvlieglarven werd vergeleken na inname van stuifmeel dat individueel was behandeld 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 was over alle behandelingen heen 39,05% van de patiënten vrouw en 60,95% man.Onder de controlebehandelingen was het percentage vrouwen 40% in zowel de onderzoeken met lage dosis (0,1X) als met halve doses (0,5X), en 30% in de onderzoeken met velddoses (1X).Bij een dosis van 0,1x was van de met pollen gevoede larven behandeld met mancozeb en myclobutanil 33,33% van de volwassenen vrouw, 22% van de volwassenen vrouw, 44% van de volwassen larven vrouw en 44% van de volwassen larven vrouw.vrouwelijk, 41% van de volwassen larven waren vrouwtjes en de controles waren 31% (Fig. 3a).Bij een dosis van 0,5 maal was 33% van de volwassen wormen in de mancozeb- en pyrithiostrobingroep vrouwelijk, 36% in de trifloxystrobingroep, 41% in de myclobutanilgroep en 46% in de cyprostrobingroep.Dit cijfer was 53% in de groep.in de captangroep en 38% in de controlegroep (Fig. 3b).Bij een dosis van 1x was 30% van de mancozebgroep vrouw, 36% van de pyrithiostrobingroep, 44% van de trifloxystrobingroep, 38% van de myclobutanilgroep en 50% van de controlegroep vrouw – 38,5% (Fig. 3c) .
Percentage vrouwelijke en mannelijke boorders na blootstelling aan fungiciden in het larvale stadium.(a) Lage dosis (0,1X).(b) Halve dosis (0,5X).(c) Velddosis of volledige dosis (1X).
16S-sequentieanalyse toonde aan dat de bacteriegroep verschilde tussen larven gevoed met met mancozeb behandeld stuifmeel en larven gevoed met onbehandeld stuifmeel (Fig. 4a).De microbiële index van onbehandelde larven gevoed met stuifmeel was hoger dan die van larven gevoed met met mancozeb behandeld stuifmeel (Fig. 4b).Hoewel het waargenomen verschil in rijkdom tussen groepen niet statistisch significant was, was het significant lager dan dat waargenomen voor larven die zich voedden met onbehandeld stuifmeel (Fig. 4c).De relatieve overvloed toonde aan dat de microbiota van larven gevoed met controlepollen diverser was dan die van larven gevoed met met mancozeb behandelde larven (Fig. 5a).Beschrijvende analyse onthulde de aanwezigheid van 28 geslachten in controle- en met mancozeb behandelde monsters (Fig. 5b).c Analyse met behulp van 18S-sequencing bracht geen significante verschillen aan het licht (aanvullende figuur 2).
SAV-profielen op basis van 16S-sequenties werden vergeleken met de rijkdom van Shannon en de waargenomen rijkdom op fylumniveau.(a) Hoofdcoördinatenanalyse (PCoA) gebaseerd op de algehele microbiële gemeenschapsstructuur in onbehandelde met pollen gevoede of controle (blauw) en met mancozeb gevoede larven (oranje).Elk gegevenspunt vertegenwoordigt een afzonderlijk monster.PCoA werd berekend met behulp van de Bray-Curtis-afstand van de multivariate t-verdeling.Ovalen vertegenwoordigen het betrouwbaarheidsniveau van 80%.(b) Boxplot, ruwe Shannon-vermogensgegevens (punten) en c.Waarneembare rijkdom.Boxplots tonen vakken voor de mediaanlijn, het interkwartielbereik (IQR) en 1,5 x IQR (n = 3).
Samenstelling van microbiële gemeenschappen van larven gevoed met met mancozeb behandeld en onbehandeld stuifmeel.(a) Relatieve overvloed aan microbiële geslachten in larven.(b) Hittekaart 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);Heatmaprijen worden geclusterd op basis van correlatieafstand en gemiddelde connectiviteit.
Onze resultaten laten zien dat orale blootstelling aan contact- (mancozeb) en systemische (pyrostrobine en trifloxystrobine) fungiciden, op grote schaal toegepast tijdens de bloei, de gewichtstoename en de sterfte van maïslarven aanzienlijk verminderde.Bovendien verminderde mancozeb de diversiteit en rijkdom van het microbioom tijdens het prepupstadium aanzienlijk.Myclobutanil, een ander systemisch fungicide, verminderde de toename van het lichaamsgewicht van de larven significant bij alle drie de doses.Dit effect was duidelijk op het tweede (dag 5) en derde (dag 8) tijdstip.Daarentegen verminderden cyprodinil en captan de gewichtstoename of de overleving niet significant in vergelijking met de controlegroep.Voor zover wij weten, is dit werk het eerste dat de effecten vaststelt van de velddosering van verschillende fungiciden die worden gebruikt om maïsgewassen te beschermen door directe blootstelling aan pollen.
Alle fungicidenbehandelingen verminderden de toename van het lichaamsgewicht aanzienlijk in vergelijking met controlebehandelingen.Mancozeb had het grootste effect op de toename van het lichaamsgewicht van de larven, met een gemiddelde vermindering van 51%, gevolgd door pyrithiostrobin.Andere onderzoeken hebben echter geen nadelige effecten van velddoses fungiciden op de larvale stadia gerapporteerd44.Hoewel is aangetoond dat biociden van dithiocarbamaat een lage acute toxiciteit hebben45, kunnen ethyleenbisdithiocarbamaten (EBDCS) zoals mancozeb worden afgebroken tot ureumethyleensulfide.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, vochtigheidsniveaus49 en de duur van productopslag50.Goede bewaaromstandigheden voor biociden kunnen deze bijwerkingen verzachten.Bovendien heeft de Europese Autoriteit voor voedselveiligheid haar bezorgdheid geuit over de toxiciteit van pyrithiopide, waarvan is aangetoond dat het kankerverwekkend is voor de spijsverteringssystemen van andere dieren51.
Orale toediening van mancozeb, pyrithiostrobin en trifloxystrobin 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) aanzienlijk verminderde.Bovendien is gebleken dat fungiciden zoals captan en boscalid larvale sterfte veroorzaken52,53,54 of het voedingsgedrag veranderen55.Deze veranderingen kunnen op hun beurt de voedingskwaliteit van het stuifmeel beïnvloeden en uiteindelijk de energiewinst van het larvale stadium.De waargenomen sterfte in de controlegroep kwam overeen met die uit andere onderzoeken 56,57.
De in ons werk waargenomen geslachtsverhouding die de voorkeur geeft aan mannen kan 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 de 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 opzettelijk de lichtintensiteit verlaagd om stress te minimaliseren.Deze wijziging kan echter onbedoeld het paringsproces verstoren61.Bovendien ervaren bijen meerdere dagen ongunstig weer, waaronder regen en lage temperaturen (<5°C), wat ook een negatief effect kan hebben op het paringssucces4,23.
Hoewel ons onderzoek zich richtte op het gehele microbioom van de larven, geven onze resultaten inzicht in potentiële relaties tussen bacteriële gemeenschappen die van cruciaal belang kunnen zijn voor de voeding van bijen en de blootstelling aan fungiciden.Larven die met mancozeb-behandeld stuifmeel werden gevoed, hadden bijvoorbeeld de structuur en de overvloed van de microbiële gemeenschap aanzienlijk verminderd in vergelijking met larven die met onbehandeld stuifmeel werden gevoed.Bij larven die onbehandeld stuifmeel consumeerden, waren de bacteriegroepen Proteobacteria en Actinobacteria dominant en waren ze overwegend aëroob of facultatief aëroob.Het is bekend dat Delftse bacteriën, meestal geassocieerd met solitaire bijensoorten, antibiotische activiteit hebben, wat wijst op een potentiële beschermende rol tegen ziekteverwekkers.Een andere bacteriesoort, Pseudomonas, was overvloedig aanwezig in larven die onbehandeld stuifmeel kregen, maar was aanzienlijk verminderd in met mancozeb behandelde larven.Onze resultaten ondersteunen eerdere onderzoeken waarin Pseudomonas werd geïdentificeerd 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 metabolisme van arginine in vitro bevordert 35, 65. Deze waarnemingen suggereren een potentiële rol in de virale en bacteriële afweer tijdens de ontwikkelingstijd van O. cornifrons-larven.Microbacterium is een ander geslacht dat in onze studie is geïdentificeerd en waarvan wordt gerapporteerd dat het in grote aantallen aanwezig is in larven van de zwarte soldaatvlieg onder hongeromstandigheden66.In O. cornifrons-larven kunnen microbacteriën bijdragen aan de balans en veerkracht van het darmmicrobioom onder stressomstandigheden.Bovendien wordt Rhodococcus aangetroffen in de larven van O. cornifrons en staat bekend om zijn ontgiftingsvermogen67.Dit geslacht wordt ook aangetroffen in de darmen van A. florea, maar in zeer lage hoeveelheden68.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 van de functionele diversiteit van O. cornifrons nodig.
Samenvattend geven de resultaten aan dat mancozeb, pyrithiostrobin en trifloxystrobin de toename van het lichaamsgewicht verminderden en de mortaliteit van maïsboorderlarven verhoogden.Hoewel er groeiende bezorgdheid bestaat over de effecten van fungiciden op bestuivers, bestaat er behoefte aan een beter inzicht in de effecten van resterende metabolieten van deze verbindingen.Deze resultaten kunnen worden opgenomen in aanbevelingen voor geïntegreerde programma's voor het beheer van bestuivers die boeren helpen het gebruik van bepaalde fungiciden vóór en tijdens de bloei van fruitbomen te vermijden door fungiciden te selecteren en de timing van de toepassing te variëren, of door het gebruik van minder schadelijke alternatieven aan te moedigen 36. Deze informatie is belangrijk voor het ontwikkelen van aanbevelingen.over het gebruik van pesticiden, zoals het aanpassen van bestaande spuitprogramma's en het veranderen van het spuitmoment bij de keuze van fungiciden of het bevorderen van het gebruik van minder gevaarlijke 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 het gewichtsverlies en de sterfte van maïsboorders.
Brongegevens 1, 2 en 3 in figuren 1 en 2 zijn gedeponeerd in de figshare data repository DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 en https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.De sequenties die in het huidige onderzoek zijn geanalyseerd (figuren 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.stier.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.voedsel systemen.35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL en Ricketts TH Ecologie en economie van amandelbestuiving met behulp van inheemse bijen.J. Economie.Ntomore.111, 16–25 (2018).
Lee, E., Hij, Y., en Park, Y.-L.Effecten van klimaatverandering op tragopanfenologie: implicaties voor populatiebeheer.Beklimmen.Wijziging 150, 305–317 (2018).
Artz, DR en Pitts-Singer, TL Effect van fungiciden en adjuvante sprays op het nestgedrag van twee beheerde solitaire bijen (Osmia lignaria en Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al.Een laag-toxisch fungicide voor gewassen (fenbuconazol) interfereert met mannelijke reproductieve kwaliteitssignalen, wat resulteert in verminderd paringssucces bij wilde solitaire bijen.J. Apps.ecologie.59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al.Neonicotinoïde insecticiden en ergosterolbiosynthese onderdrukken synergetische fungicidensterfte 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 door stuifmeel wordt geleverd aan de op de stengel nestelende bijen Osmia cornifrons (Megachilidae).voorkant.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. Planten tussen rijen in appelboomgaarden om doorzaaiziekten onder controle te houden: een praktisch effectiviteitsonderzoek op basis van microbiële indicatoren.Plantenbodem 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG en Peter KA Bittere rotting van appels in het midden van de Atlantische Oceaan: beoordeling van veroorzakende soorten en de invloed van regionale weersomstandigheden en cultivargevoeligheid.Fytopathologie 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 Synergetische effecten van EBI-fungiciden en pyrethroïde insecticiden op honingbijen (Apis mellifera).bederft 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 om bestuivers in boomgaarden te beschermen (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 aanbodtype en de 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 bij solitaire bijen met een leeg nest.Woensdag.Ntomore.47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al.Een nieuw innamebioassayprotocol voor het beoordelen van de toxiciteit van pesticiden bij volwassen Japanse tuinbijen (Osmia cornifrons).de wetenschap.Verslagen 10, 9517 (2020).
Posttijd: 14 mei 2024