Tack för att du besöker Nature.com. Den webbläsarversion du använder har begränsat CSS-stöd. För bästa resultat rekommenderar vi att du använder en nyare version av din webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, visar vi webbplatsen utan styling eller JavaScript.
Svampmedel används ofta under trädfrukters blomning och kan hota insektspollinatörer. Det är dock lite känt om hur icke-binpollinatörer (t.ex. solitära bin, Osmia cornifrons) reagerar på kontakt- och systemiska svampmedel som vanligtvis används på äpplen under blomning. Denna kunskapslucka begränsar myndighetsbeslut som fastställer säkra koncentrationer och tidpunkt för svampbesprutning. Vi utvärderade effekterna av två kontaktfungicider (kaptan och mankozeb) och fyra mellanskikts-/fytosystemfungicider (ciprocyklin, myklobutanil, pyrostrobin och trifloxystrobin). Effekter på larvernas viktökning, överlevnad, könsförhållande och bakteriell mångfald. Utvärderingen genomfördes med hjälp av en kronisk oral bioanalys där pollen behandlades i tre doser baserat på den för närvarande rekommenderade dosen för fältanvändning (1X), halv dos (0,5X) och låg dos (0,1X). Alla doser av mankozeb och pyritisolin minskade signifikant kroppsvikt och larvernas överlevnad. Vi sekvenserade sedan 16S-genen för att karakterisera larvbakteriomet hos mankozeb, den svampmedel som är ansvarig för den högsta dödligheten. Vi fann att bakteriell mångfald och förekomst minskade signifikant hos larver som utfodrades med mankozebbehandlat pollen. Våra laboratorieresultat indikerar att besprutning av vissa av dessa fungicider under blomningen är särskilt skadligt för hälsan hos O. cornifrons. Denna information är relevant för framtida förvaltningsbeslut gällande hållbar användning av skyddsprodukter för fruktträd och fungerar som grund för regleringsprocesser som syftar till att skydda pollinatörer.
Det solitära murbiet Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) introducerades till USA från Japan i slutet av 1970-talet och början av 1980-talet, och arten har spelat en viktig roll som pollinatör i förvaltade ekosystem sedan dess. Naturaliserade populationer av detta bi är en del av cirka 50 arter av vilda bin som kompletterar de bin som pollinerar mandel- och äppelodlingar i USA2,3. Murbin står inför många utmaningar, inklusive fragmentering av livsmiljöer, patogener och bekämpningsmedel3,4. Bland insekticider minskar fungicider energitillväxt, födosök5 och kroppskonditionering6,7. Även om ny forskning tyder på att murbins hälsa direkt påverkas av kommensala och ektobaktiska mikroorganismer,8,9 eftersom bakterier och svampar kan påverka näring och immunsvar, har effekterna av exponering för fungicider på murbins mikrobiella mångfald precis börjat studeras.
Svampmedel med olika effekter (kontakt och systemiska) sprutas i fruktträdgårdar före och under blomningen för att behandla sjukdomar som äppelskorv, bitterröta, brunröta och mjöldagg10,11. Svampmedel anses vara ofarliga för pollinatörer, så de rekommenderas till trädgårdsmästare under blomningsperioden. Exponering och intag av dessa svampmedel av bin är relativt välkänt, eftersom det är en del av bekämpningsmedelsregistreringsprocessen av US Environmental Protection Agency och många andra nationella tillsynsmyndigheter12,13,14. Effekterna av svampmedel på icke-bin är dock mindre kända eftersom de inte krävs enligt avtal om marknadsföringstillstånd i USA15. Dessutom finns det i allmänhet inga standardiserade protokoll för att testa enskilda bin16,17, och det är utmanande att upprätthålla kolonier som tillhandahåller bin för testning18. Försök med olika förvaltade bin genomförs i allt högre grad i Europa och USA för att studera effekterna av bekämpningsmedel på vilda bin, och standardiserade protokoll har nyligen utvecklats för O. cornifrons19.
Hornbin är monocyter och används kommersiellt i karpfångst som ett komplement eller ersättning för honungsbin. Dessa bin dyker upp mellan mars och april, med de för tidiga hanarna tre till fyra dagar före honorna. Efter parning samlar honan aktivt pollen och nektar för att tillhandahålla en serie yngelceller i den rörformiga bohålan (naturlig eller artificiell)1,20. Äggen läggs på pollen inuti cellerna; honan bygger sedan en lervägg innan hon förbereder nästa cell. Larverna i första stadiet är inneslutna i chorion och livnär sig på embryonala vätskor. Från andra till femte stadiet (prepuppa) livnär sig larverna på pollen22. När pollentillförseln är helt uttömd bildar larverna kokonger, förpuppas och kommer ut som vuxna i samma yngelkammare, vanligtvis på sensommaren20,23. Vuxna kommer ut följande vår. Vuxnas överlevnad är förknippad med nettoenergiökning (viktökning) baserat på födointag. Således är pollens näringskvalitet, liksom andra faktorer som väder eller exponering för bekämpningsmedel, avgörande faktorer för överlevnad och hälsa24.
Insekticider och fungicider som appliceras före blomning kan röra sig inom växtens kärlsystem i varierande grad, från translaminära (t.ex. kan röra sig från bladens övre yta till den undre ytan, som vissa fungicider) 25 till verkligt systemiska effekter. , som kan penetrera kronan från rötterna, kan komma in i nektarn hos äppelblommor 26, där de kan döda vuxna O. cornifrons 27. Vissa bekämpningsmedel läcker också ut i pollen, vilket påverkar utvecklingen av majslarver och orsakar deras död 19. Andra studier har visat att vissa fungicider kan förändra bobeteendet hos den besläktade arten O. lignaria 28 avsevärt. Dessutom har laboratorie- och fältstudier som simulerar exponeringsscenarier för bekämpningsmedel (inklusive fungicider) visat att bekämpningsmedel negativt påverkar fysiologin 22, morfologin 29 och överlevnaden hos honungsbin och vissa solitära bin. Olika svampdödande sprayer som appliceras direkt på öppna blommor under blomningen kan kontaminera pollen som samlas in av vuxna bin för larvutveckling, vars effekter återstår att studeras 30.
Det blir alltmer erkänt att larvutvecklingen påverkas av pollen och mikrobiella samhällen i matsmältningssystemet. Honungsbinas mikrobiom påverkar parametrar som kroppsmassa31, metaboliska förändringar22 och känslighet för patogener32. Tidigare studier har undersökt påverkan av utvecklingsstadium, näringsämnen och miljö på mikrobiomet hos solitära bin. Dessa studier avslöjade likheter i strukturen och förekomsten av larv- och pollenmikrobiom33, såväl som de vanligaste bakteriesläktena Pseudomonas och Delftia, bland solitära bin. Även om fungicider har associerats med strategier för att skydda binas hälsa, förblir effekterna av fungicider på larvmikrobiotan genom direkt oral exponering outforskade.
Denna studie testade effekterna av verkliga doser av sex vanligt förekommande fungicider registrerade för användning på trädfrukter i USA, inklusive kontakt- och systemiska fungicider administrerade oralt till majshornmasklarver från förorenad mat. Vi fann att kontakt- och systemiska fungicider minskade binas viktökning och ökade dödligheten, med de allvarligaste effekterna förknippade med mankozeb och pyrithiopid. Vi jämförde sedan den mikrobiella mångfalden hos larver som utfodrades med den mankozebbehandlade pollendieten med de som utfodrades med kontrolldieten. Vi diskuterar potentiella mekanismer som ligger bakom dödligheten och implikationer för integrerade skadedjurs- och pollinatörshanteringsprogram (IPPM)36.
Vuxna O. cornifrons som övervintrar i kokonger erhölls från Fruit Research Center, Biglerville, PA, och förvarades vid −3 till 2 °C (± 0,3 °C). Före experimentet (totalt 600 kokonger). I maj 2022 överfördes 100 O. cornifrons-kokonger dagligen till plastkoppar (50 kokonger per kopp, DI 5 cm × 15 cm långa) och våtservetter placerades inuti kopparna för att underlätta öppning och ge ett tuggbart substrat, vilket minskade stressen på stenbina37. Placera två plastkoppar innehållande kokonger i en insektsbur (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) med 10 ml matarbägare innehållande 50 % sackaroslösning och förvara i fyra dagar för att säkerställa tillslutning och parning. 23 °C, relativ luftfuktighet 60 %, fotoperiod 10 l (låg intensitet): 14 dagar. 100 parade honor och hanar släpptes ut varje morgon i sex dagar (100 per dag) i två konstgjorda bon under äppelblomningens högsta nivå (fällbo: bredd 33,66 × höjd 30,48 × längd 46,99 cm; kompletterande figur 1). Placerade vid Pennsylvania State Arboretum, nära körsbär (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), persika (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), päron (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), coronariaäppelträd (Malus coronaria) och ett flertal sorter av äppelträd (Malus coronaria, Malus), inhemskt äppelträd 'Co-op 30′ Enterprise™, Malusäppelträd 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', begonia 'Golden Delicious', begonia 'Nova Spy'). Varje blå fågelholk av plast får plats ovanpå två trälådor. Varje holk innehöll 800 tomma kraftpappersrör (spiralformade, 0,8 cm innerdiameter × 15 cm längd) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) isatta i ogenomskinliga cellofanrör (0,7 ytterdiameter, se plastpluggar (T-1X-pluggar) ger boplatser.
Båda holkarna vette mot öster och var täckta med gröna plaststängsel i trädgården (Everbilt modell #889250EB12, öppningsstorlek 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) för att förhindra att gnagare och fåglar kom åt dem, och placerades på jordytan bredvid holkens jordlådor. Holken (kompletterande figur 1a). Majsborrarägg samlades in dagligen genom att 30 rör samlades in från bon och transporterades till laboratoriet. Gör ett snitt i änden av röret med en sax och demontera sedan spiralröret för att exponera yngelcellerna. Enskilda ägg och deras pollen avlägsnades med en böjd spatel (Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., Kalifornien). Äggen inkuberades på fuktigt filterpapper och placerades i en petriskål i 2 timmar innan de användes i våra experiment (kompletterande figur 1b-d).
I laboratoriet utvärderade vi den orala toxiciteten hos sex fungicider som applicerades före och under äppelblomning vid tre koncentrationer (0,1X, 0,5X och 1X, där 1X är den applicerade mängden per 100 gallon vatten/hektar. Hög fältdos = koncentration i fält). , Tabell 1). Varje koncentration upprepades 16 gånger (n = 16). Två kontaktfungicider (tabell S1: mankozeb 2696,14 ppm och kaptan 2875,88 ppm) och fyra systemiska fungicider (tabell S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myklobutanilazol 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) hade en toxicitet på frukt, grönsaker och prydnadsväxter. Vi homogeniserade pollenet med hjälp av en kvarn, överförde 0,20 g till en brunn (Falcon-platta med 24 brunnar) och tillsatte och blandade 1 μl fungicidlösning för att bilda pyramidformat pollen med 1 mm djupa brunnar i vilka äggen placerades. Placeringen gjordes med en minispatel (kompletterande figur 1c, d). Falcon-plattorna förvarades vid rumstemperatur (25 °C) och 70 % relativ luftfuktighet. Vi jämförde dem med kontrolllarver som utfodrades med en homogen pollendiet behandlad med rent vatten. Vi registrerade dödligheten och mätte larvvikten varannan dag tills larverna nådde prepuppålder med hjälp av en analytisk våg (Fisher Scientific, noggrannhet = 0,0001 g). Slutligen bedömdes könsfördelningen genom att öppna kokongen efter 2,5 månader.
DNA extraherades från hela O. cornifrons-larver (n = 3 per behandlingsvillkor, mankozebbehandlat och obehandlat pollen) och vi utförde mikrobiell diversitetsanalyser på dessa prover, särskilt eftersom den högsta mortalitetsnivån observerades hos larver som fick MnZn hos mankozeb. DNA amplifierades, renades med DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-kit (Zymo Research, Irvine, CA) och sekvenserades (600 cykler) på en Illumina® MiSeq™ med v3-kit. Riktad sekvensering av bakteriella 16S ribosomala RNA-gener utfördes med Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) med primers riktade mot V3-V4-regionen av 16S rRNA-genen. Dessutom utfördes 18S-sekvensering med 10 % PhiX-inklusion, och amplifiering utfördes med primerparet 18S001 och NS4.
Importera och bearbeta parade läsningar39 med hjälp av QIIME2-pipelinen (v2022.11.1). Dessa läsningar trimmades och sammanfogades, och chimära sekvenser togs bort med hjälp av DADA2-pluginet i QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Klasstilldelningarna 16S och 18S utfördes med hjälp av objektklassificeringspluginet Classify-sklearn och den förtränade artefakten silva-138-99-nb-classifier.
Alla experimentella data kontrollerades med avseende på normalitet (Shapiro-Wilks) och varianshomogenitet (Levenes test). Eftersom datamängden inte uppfyllde antagandena för parametrisk analys och transformationen misslyckades med att standardisera residualerna, utförde vi en icke-parametrisk tvåvägs ANOVA (Kruskal-Wallis) med två faktorer [tid (trefas 2, 5 och 8 dagars tidpunkter) och fungicid] för att utvärdera effekten av behandlingen på larvernas färskvikt, sedan utfördes post hoc icke-parametriska parvisa jämförelser med Wilcoxon-testet. Vi använde en generaliserad linjär modell (GLM) med en Poisson-fördelning för att jämföra effekterna av fungicider på överlevnad över tre fungicidkoncentrationer41,42. För differentiell abundansanalys minskades antalet amplikonsekvensvarianter (ASV) på genusnivå. Jämförelser av differentiell förekomst mellan grupper med 16S (släktenivå) och 18S relativ förekomst utfördes med hjälp av en generaliserad additiv modell för position, skala och form (GAMLSS) med beta-nolluppblåsta (BEZI) familjefördelningar, vilka modellerades på en makro ... i mikrobiom R43 (v1.1). 1). Ta bort mitokondriella arter och kloroplaster före differentialanalys. På grund av de olika taxonomiska nivåerna av 18S användes endast den lägsta nivån av varje taxon för differentialanalyser. Alla statistiska analyser utfördes med R (v. 3.4.3., CRAN-projektet) (Team 2013).
Exponering för mancozeb, pyrithiostrobin och trifloxystrobin minskade signifikant viktökningen hos O. cornifrons (Fig. 1). Dessa effekter observerades konsekvent för alla tre bedömda doser (Fig. 1a–c). Cyklostrobin och myklobutanil minskade inte larvernas vikt signifikant.
Genomsnittlig färskvikt av stamborrarlarver mätt vid tre tidpunkter under fyra dietbehandlingar (homogen pollenfoder + fungicid: kontroll, 0,1X, 0,5X och 1X doser). (a) Låg dos (0,1X): första tidpunkten (dag 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, andra tidpunkten (dag 5): 22,83, DF = 0,0009; tredje gången; tidpunkt (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) halv dos (0,5X): första tidpunkten (dag 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, andra tidpunkten (dag ett). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; tredje tidpunkten (dag 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Läkeplats eller full dos (1X): första tidpunkten (dag 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, andra tidpunkten (dag 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; tredje tidpunkten (dag 8): χ2: 28,39, DF = 6; icke-parametrisk variansanalys. Staplarna representerar medelvärde ± standardavvikelse för parvisa jämförelser (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Vid den lägsta dosen (0,1X) minskade larvernas kroppsvikt med 60 % med trifloxystrobin, 49 % med mancozeb, 48 % med myklobutanil och 46 % med pyritistrobin (Fig. 1a). Vid exponering för halva fältdosen (0,5X) minskade mancozeblarvernas kroppsvikt med 86 %, pyrithiostrobin med 52 % och trifloxystrobin med 50 % (Fig. 1b). En full fältdos (1X) av mancozeb minskade larvvikten med 82 %, pyrithiostrobin med 70 % och trifloxystrobin, myklobutanil och sangard med cirka 30 % (Fig. 1c).
Dödligheten var högst bland larver som utfodrats med mankozebbehandlat pollen, följt av pyrithiostrobin och trifloxystrobin. Dödligheten ökade med ökande doser av mankozeb och pyritisolin (Fig. 2; Tabell 2). Dödligheten hos majsborrare ökade dock endast något när trifloxystrobinkoncentrationerna ökade; cyprodinil och kaptan ökade inte signifikant dödligheten jämfört med kontrollbehandlingar.
Dödligheten hos borrflugelarver jämfördes efter intag av pollen som behandlats individuellt med sex olika fungicider. Mankozeb och pentopyramid var mer känsliga för oral exponering för majslarver (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linje, lutning = 0,29, P < 0,001; lutning = 0,24, P < 0,00)).
I genomsnitt var 39,05 % av patienterna kvinnor och 60,95 % män, för alla behandlingar. Bland kontrollbehandlingarna var andelen kvinnor 40 % i både lågdosstudierna (0,1X) och halvdosstudierna (0,5X), och 30 % i fältdosstudierna (1X). Vid 0,1X dosen var 33,33 % av de vuxna larverna som fick pollen och behandlades med mankozeb och myklobutanil honor, 22 % av de vuxna larverna var honor, 44 % av de vuxna larverna var honor, 41 % av de vuxna larverna var honor och 31 % av kontrollerna (Fig. 3a). Vid 0,5 gånger dosen var 33 % av de vuxna maskarna i mancozeb- och pyrithiostrobin-gruppen honor, 36 % i trifloxystrobin-gruppen, 41 % i myklobutanil-gruppen och 46 % i cyprostrobin-gruppen. Denna siffra var 53 % i gruppen som fick kaptan och 38 % i kontrollgruppen (Fig. 3b). Vid 1X dos var 30 % i mancozeb-gruppen kvinnor, 36 % i pyrithiostrobin-gruppen, 44 % i trifloxystrobin-gruppen, 38 % i myklobutanil-gruppen och 50 % i kontrollgruppen kvinnor – 38,5 % (Fig. 3c).
Procentandel av hon- och hanborrar efter exponering för fungicid i larvstadiet. (a) Låg dos (0,1X). (b) Halv dos (0,5X). (c) Fältdos eller full dos (1X).
16S-sekvensanalys visade att bakteriegruppen skilde sig mellan larver som utfodrades med mankozebbehandlat pollen och larver som utfodrades med obehandlat pollen (Fig. 4a). Det mikrobiella indexet för obehandlade larver som utfodrades med pollen var högre än för larver som utfodrades med mankozebbehandlat pollen (Fig. 4b). Även om den observerade skillnaden i bakteriehalt mellan grupperna inte var statistiskt signifikant, var den signifikant lägre än den som observerades för larver som utfodrades med obehandlat pollen (Fig. 4c). Relativ förekomst visade att mikrobiotan hos larver som utfodrades med kontrollpollen var mer mångsidig än hos larver som utfodrades med mankozebbehandlade larver (Fig. 5a). Deskriptiv analys avslöjade närvaron av 28 släkten i kontroll- och mankozebbehandlade prover (Fig. 5b). c Analys med 18S-sekvensering avslöjade inga signifikanta skillnader (Kompletterande figur 2).
SAV-profiler baserade på 16S-sekvenser jämfördes med Shannon-rikedom och observerad rikedom på fylumnivå. (a) Principalkoordinatanalys (PCoA) baserad på den övergripande mikrobiella samhällsstrukturen i obehandlade pollenmatade eller kontroll- (blå) och mankozebmatade larver (orange). Varje datapunkt representerar ett separat prov. PCoA beräknades med hjälp av Bray-Curtis-avståndet för den multivariata t-fördelningen. Ovaler representerar 80 % konfidensnivå. (b) Boxplot, rådata för Shannon-rikedom (punkter) och c. Observerbar rikedom. Boxplottar visar rutor för medianlinje, interkvartilintervall (IQR) och 1,5 × IQR (n = 3).
Sammansättning av mikrobiella samhällen av larver som livnär sig på mankozebbehandlat och obehandlat pollen. (a) Relativ förekomst av mikrobiella släkten i larver. (b) Värmekarta över identifierade mikrobiella samhällen. Delftia (oddskvot (OR) = 0,67, P = 0,0030) och Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Värmekartornas rader är klustrade med hjälp av korrelationsavstånd och genomsnittlig konnektivitet.
Våra resultat visar att oral exponering för kontaktfungicider (mancozeb) och systemiska (pyrostrobin och trifloxystrobin) som applicerades i stor utsträckning under blomningen, signifikant minskade viktökning och ökade dödligheten hos majslarver. Dessutom minskade mancozeb signifikant mikrobiomets mångfald och rikedom under prepuppstadiet. Myklobutanil, en annan systemisk fungicid, minskade larvernas kroppsviktsökning signifikant vid alla tre doser. Denna effekt var tydlig vid andra (dag 5) och tredje (dag 8) tidpunkten. Däremot minskade inte cyprodinil och kaptan signifikant viktökning eller överlevnad jämfört med kontrollgruppen. Så vitt vi vet är detta arbete det första som fastställer effekterna av fältmängder av olika fungicider som används för att skydda majsgrödor genom direkt pollenexponering.
Alla fungicidbehandlingar minskade signifikant kroppsviktsökningen jämfört med kontrollbehandlingar. Mancozeb hade störst effekt på larvernas kroppsviktsökning med en genomsnittlig minskning på 51 %, följt av pyrithiostrobin. Andra studier har dock inte rapporterat några negativa effekter av fältdoser av fungicider på larvstadier44. Även om ditiokarbamatbiocider har visat sig ha låg akut toxicitet45, kan etylenbisditiokarbamater (EBDCS) såsom mancozeb brytas ner till urea etylensulfid. Med tanke på dess mutagena effekter hos andra djur kan denna nedbrytningsprodukt vara ansvarig för de observerade effekterna46,47. Tidigare studier har visat att bildandet av etylentiourea påverkas av faktorer som förhöjd temperatur48, fuktighetsnivåer49 och produktlagringslängd50. Korrekta lagringsförhållanden för biocider kan mildra dessa biverkningar. Dessutom har Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet uttryckt oro över toxiciteten hos pyrithiopid, som har visat sig vara cancerframkallande för matsmältningssystemen hos andra djur51.
Oral administrering av mancozeb, pyrithiostrobin och trifloxystrobin ökar dödligheten hos majsborrarlarver. Däremot hade myklobutanil, ciprocyklin och kaptan ingen effekt på dödligheten. Dessa resultat skiljer sig från Ladurner et al.52, som visade att kaptan signifikant minskade överlevnaden hos vuxna O. lignaria och Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Dessutom har fungicider som kaptan och boscalid visat sig orsaka larvdödlighet52,53,54 eller förändra ätbeteendet55. Dessa förändringar kan i sin tur påverka pollens näringskvalitet och i slutändan energitillväxten i larvstadiet. Dödligheten som observerades i kontrollgruppen överensstämde med andra studier56,57.
Det hanargynnande könsförhållandet som observerats i vårt arbete kan förklaras av faktorer som otillräcklig parning och dåliga väderförhållanden under blomningen, vilket tidigare föreslagits för O. cornuta av Vicens och Bosch. Även om honor och hanar i vår studie hade fyra dagar på sig att para sig (en period som generellt anses tillräcklig för lyckad parning), minskade vi medvetet ljusintensiteten för att minimera stress. Denna modifiering kan dock oavsiktligt störa parningsprocessen61. Dessutom upplever bin flera dagar av ogynnsamt väder, inklusive regn och låga temperaturer (<5 °C), vilket också kan påverka parningsframgången negativt4,23.
Även om vår studie fokuserade på hela larvernas mikrobiom, ger våra resultat insikt i potentiella samband mellan bakteriesamhällen som kan vara avgörande för binas näringstillförsel och exponering för svampmedel. Till exempel hade larver som utfodrades med mankozebbehandlat pollen signifikant minskad mikrobiell samhällsstruktur och förekomst jämfört med larver som utfodrades med obehandlat pollen. Hos larver som konsumerade obehandlat pollen var bakteriegrupperna Proteobacteria och Actinobacteria dominanta och var övervägande aeroba eller fakultativt aeroba. Delftbakterier, vanligtvis associerade med solitära biarter, är kända för att ha antibiotisk aktivitet, vilket indikerar en potentiell skyddande roll mot patogener. En annan bakterieart, Pseudomonas, var riklig i larver som utfodrades med obehandlat pollen, men var signifikant reducerad i mankozebbehandlade larver. Våra resultat stöder tidigare studier som identifierat Pseudomonas som ett av de vanligaste släktena i O. bicornis35 och andra solitära getingar34. Även om experimentella bevis för Pseudomonas roll i O. cornifrons hälsa inte har studerats, har denna bakterie visat sig främja syntesen av skyddande toxiner i skalbaggen Paederus fuscipes och främja argininmetabolism in vitro 35, 65. Dessa observationer tyder på en potentiell roll i virus- och bakterieförsvaret under utvecklingstiden för O. cornifrons-larver. Microbacterium är ett annat släkte som identifierats i vår studie och som rapporteras förekomma i högt antal i svarta soldatflugelarver under svältförhållanden 66. I O. cornifrons-larver kan mikrobakterier bidra till balansen och motståndskraften i tarmmikrobiomet under stressförhållanden. Dessutom finns Rhodococcus i O. cornifrons-larver och är känt för sina avgiftningsförmågor 67. Detta släkte finns också i tarmen hos A. florea, men i mycket låg förekomst 68. Våra resultat visar förekomsten av flera genetiska variationer över ett flertal mikrobiella taxa som kan förändra metaboliska processer hos larver. Emellertid behövs en bättre förståelse av den funktionella mångfalden hos O. cornifrons.
Sammanfattningsvis indikerar resultaten att mancozeb, pyrithiostrobin och trifloxystrobin minskade kroppsviktsökningen och ökade dödligheten hos majsborrarlarver. Även om det finns en växande oro över effekterna av fungicider på pollinatörer, finns det ett behov av att bättre förstå effekterna av kvarvarande metaboliter av dessa föreningar. Dessa resultat kan införlivas i rekommendationer för integrerade pollinatörshanteringsprogram som hjälper jordbrukare att undvika användning av vissa fungicider före och under fruktträdens blomning genom att välja fungicider och variera tidpunkten för applicering, eller genom att uppmuntra användningen av mindre skadliga alternativ 36. Denna information är viktig för att utveckla rekommendationer om bekämpningsmedelsanvändning, såsom att justera befintliga sprutprogram och ändra spruttidpunkten vid val av fungicider eller främja användningen av mindre farliga alternativ. Ytterligare forskning behövs om de negativa effekterna av fungicider på könsfördelning, ätbeteende, tarmmikrobiom och de molekylära mekanismerna som ligger bakom viktminskning och dödlighet hos majsborrar.
Källdata 1, 2 och 3 i figur 1 och 2 har deponerats i figshares dataarkiv DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 och https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Sekvenserna som analyserades i den aktuella studien (fig. 4, 5) finns tillgängliga i NCBI SRA-arkivet under accessionsnummer PRJNA1023565.
Bosch, J. och Kemp, WP Utveckling och etablering av honungsbiarter som pollinatörer av jordbruksgrödor: exemplet med släktet Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) och fruktträd. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Pollineringsmetoder och uppfattningar om alternativa pollinatörer bland äppelodlare i New York och Pennsylvania. uppdatering. Jordbruk. Livsmedelssystem. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL och Ricketts TH Ekologi och ekonomi för mandelpollinering med hjälp av inhemska bin. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., och Park, Y.-L. Effekter av klimatförändringar på tragopanernas fenologi: konsekvenser för populationshantering. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR och Pitts-Singer, TL Effekt av fungicid- och adjuvantsprayer på bobeteendet hos två kontrollerade solitära bin (Osmia lignaria och Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Ett lågtoxiskt svampmedel för grödor (fenbukonazol) stör hanarnas reproduktionskvalitetssignaler vilket resulterar i minskad parningsframgång hos vilda solitära bin. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Neonikotinoidinsekticider och ergosterolbiosyntes hämmar synergistisk fungiciddödlighet hos tre biarter. Pest control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. och Danforth BN Ensamma getinglarver förändrar den bakteriella mångfalden som pollen tillför stamhäckande bin Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN och Steffan SA De ektosymbiotiska mikroorganismerna i fermenterat pollen är lika viktiga för utvecklingen av solitära bin som själva pollenet. ekologi. evolution. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F och Thalheimer M. Plantering mellan rader i äppelodlingar för att bekämpa omsåddssjukdomar: en praktisk effektivitetsstudie baserad på mikrobiella indikatorer. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG och Peter KA Bitterröta hos äpplen i mellersta Atlanten i USA: bedömning av orsakande arter och inverkan av regionala väderförhållanden och sorters mottaglighet. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK och Stanley DA. Svampmedel, herbicider och bin: en systematisk granskning av befintlig forskning och metoder. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED och Jepson, PC Synergistiska effekter av EBI-fungicider och pyretroidinsekticider på honungsbin (Apis mellifera). skadedjur vetenskapen. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE och Peng, CY Effekt av utvalda fungicider på tillväxt och utveckling av honungsbislarver Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., och McArt, S. Beslutsguide för bekämpningsmedelsanvändning för att skydda pollinatörer i trädodlingar (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM och Hogendoorn, K. Bins exponering för icke-bekämpningsmedel: en översikt över metoder och rapporterade resultat. Jordbruk. ekosystem. Onsdag. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. och Pitts-Singer TL Effekt av tillförseltyp och bekämpningsmedelsexponering på larvutvecklingen hos Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM och Pitts-Singer TL. Vägar för bekämpningsmedelsexponering hos ensamma bin med tomma bo. Wednesday. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. Ett nytt bioassayprotokoll vid intag för att bedöma bekämpningsmedelstoxicitet hos vuxna japanska trädgårdsbin (Osmia cornifrons). vetenskapen. Rapporter 10, 9517 (2020).
Publiceringstid: 14 maj 2024