Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme používat novější verzi prohlížeče (nebo v aplikaci Internet Explorer vypnout režim kompatibility). Pro zajištění trvalé podpory mezitím zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Fungicidy se často používají během kvetení ovocných stromů a mohou ohrozit hmyzí opylovače. Nicméně je málo známo o tom, jak ne-včelí opylovači (např. samotářské včely, Osmia cornifrons) reagují na kontaktní a systémové fungicidy běžně používané na jabloních během kvetení. Tato mezera ve znalostech omezuje regulační rozhodnutí určující bezpečné koncentrace a načasování postřiku fungicidy. Hodnotili jsme účinky dvou kontaktních fungicidů (kaptan a mankozeb) a čtyř mezivrstvých/fytosystémových fungicidů (ciprocyklin, myklobutanil, pyrostrobin a trifloxystrobin). Vlivy na přírůstek hmotnosti larev, přežití, poměr pohlaví a bakteriální diverzitu. Hodnocení bylo provedeno pomocí chronického orálního biotestu, ve kterém byl pyl ošetřen ve třech dávkách na základě aktuálně doporučené dávky pro polní použití (1X), poloviční dávky (0,5X) a nízké dávky (0,1X). Všechny dávky mankozebu a pyritisolinu významně snížily tělesnou hmotnost a přežití larev. Poté jsme sekvenovali gen 16S, abychom charakterizovali larvální bakteriom mankozebu, fungicidu zodpovědného za nejvyšší úmrtnost. Zjistili jsme, že u larev krmených pylem ošetřeným mankozebem byla významně snížena bakteriální rozmanitost a početnost. Naše laboratorní výsledky naznačují, že postřik některými z těchto fungicidů během kvetení je obzvláště škodlivý pro zdraví O. cornifrons. Tato informace je relevantní pro budoucí rozhodnutí v oblasti hospodaření s udržitelným používáním přípravků na ochranu ovocných stromů a slouží jako základ pro regulační procesy zaměřené na ochranu opylovačů.
Samotná včela zednice Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) byla do Spojených států introdukována z Japonska na konci 70. a začátku 80. let 20. století a od té doby hraje tento druh důležitou roli opylovače v řízených ekosystémech. Naturalizované populace této včely jsou součástí přibližně 50 druhů divokých včel, které doplňují včely opylující mandloně a jabloně ve Spojených státech2,3. Včely zednice čelí mnoha výzvám, včetně fragmentace stanovišť, patogenů a pesticidů3,4. Z insekticidů fungicidy snižují energetický zisk, shánění potravy5 a tělesnou kondici6,7. Ačkoli nedávný výzkum naznačuje, že zdraví včel zednic je přímo ovlivněno komenzálními a ektobaktickými mikroorganismy,8,9 protože bakterie a houby mohou ovlivňovat výživu a imunitní reakce, účinky expozice fungicidů na mikrobiální rozmanitost včel zednic se teprve začínají studovat.
Fungicidy s různým účinkem (kontaktní a systémové) se postřikují v sadech před a během květu k léčbě chorob, jako je strupovitost jabloňová, hořká hniloba, hnědá hniloba a padlí10,11. Fungicidy jsou považovány za neškodné pro opylovače, proto se zahradníkům doporučují během období květu; Expozice a požití těchto fungicidů včelami je relativně dobře známo, protože je součástí procesu registrace pesticidů Agenturou pro ochranu životního prostředí USA a mnoha dalšími národními regulačními agenturami12,13,14. Účinky fungicidů na ne-včely jsou však méně známé, protože nejsou vyžadovány v rámci dohod o registraci ve Spojených státech15. Kromě toho obecně neexistují žádné standardizované protokoly pro testování jednotlivých včel16,17 a udržování kolonií, které poskytují včely k testování, je náročné18. V Evropě a USA se stále častěji provádějí pokusy s různými druhy chovaných včel, aby se studovaly účinky pesticidů na divoké včely, a nedávno byly vyvinuty standardizované protokoly pro O. cornifrons19.
Rohaté včely jsou monocyty a komerčně se používají v chovech kaprů jako doplněk nebo náhrada za včely medonosné. Tyto včely se vylíhnou mezi březnem a dubnem, přičemž předčasně zralí samci se vylíhnou tři až čtyři dny před samicemi. Po páření samice aktivně sbírá pyl a nektar, aby vytvořila řadu plodových buněk v trubicovité dutině hnízda (přirozené nebo umělé)1,20. Vajíčka jsou kladena na pyl uvnitř buněk; samice poté postaví hliněnou stěnu, než připraví další buňku. Larvy v prvním instaru jsou uzavřeny v chorionu a živí se embryonálními tekutinami. Od druhého do pátého instaru (předkukly) se larvy živí pylem22. Jakmile je zásoba pylu zcela vyčerpána, larvy vytvoří kokony, zakuklí se a vylíhnou jako dospělci ve stejné plodové komoře, obvykle koncem léta20,23. Dospělci se vylíhnou následující jaro. Přežití dospělých jedinců je spojeno s čistým energetickým přírůstkem (přírůstkem hmotnosti) na základě příjmu potravy. Nutriční kvalita pylu, stejně jako další faktory, jako je počasí nebo vystavení pesticidům, jsou tedy určujícími faktory pro přežití a zdraví24.
Insekticidy a fungicidy aplikované před květem se mohou v různé míře pohybovat v rostlinné vaskulatuře, od translaminárních (např. schopných pohybu z horního povrchu listů na spodní povrch, jako některé fungicidy) 25 až po skutečně systémové účinky. , které mohou pronikat korunou z kořenů, mohou vstoupit do nektaru květů jabloně26, kde mohou zabíjet dospělé jedince O. cornifrons27. Některé pesticidy se také vyluhují do pylu, což ovlivňuje vývoj larev kukuřice a způsobuje jejich smrt19. Jiné studie ukázaly, že některé fungicidy mohou významně změnit hnízdní chování příbuzného druhu O. lignaria28. Kromě toho laboratorní a terénní studie simulující scénáře expozice pesticidům (včetně fungicidů) ukázaly, že pesticidy negativně ovlivňují fyziologii 22 morfologii 29 a přežití včel medonosných a některých samotářských včel. Různé fungicidní postřiky aplikované přímo na otevřené květy během květu mohou kontaminovat pyl sbíraný dospělci pro vývoj larev, jejichž účinky je třeba teprve prostudovat30.
Stále více se uznává, že vývoj larev je ovlivněn pylem a mikrobiálními společenstvy trávicího systému. Mikrobiom včely medonosné ovlivňuje parametry, jako je tělesná hmotnost31, metabolické změny22 a náchylnost k patogenům32. Předchozí studie zkoumaly vliv vývojového stádia, živin a prostředí na mikrobiom samotářských včel. Tyto studie odhalily podobnosti ve struktuře a početnosti larválního a pylového mikrobiomu33, stejně jako nejběžnější bakteriální rody Pseudomonas a Delftia u druhů samotářských včel. Přestože jsou fungicidy spojovány se strategiemi na ochranu zdraví včel, účinky fungicidů na larvální mikrobiotu prostřednictvím přímé orální expozice zůstávají neprozkoumané.
Tato studie testovala účinky reálných dávek šesti běžně používaných fungicidů registrovaných pro použití na ovocných stromech ve Spojených státech, včetně kontaktních a systémových fungicidů podávaných perorálně larvám můry kukuřičné z kontaminovaných potravin. Zjistili jsme, že kontaktní a systémové fungicidy snižují přírůstek tělesné hmotnosti včel a zvyšují úmrtnost, přičemž nejzávažnější účinky jsou spojeny s mankozebem a pyrithiopidem. Poté jsme porovnali mikrobiální rozmanitost larev krmených pylem ošetřeným mankozebem s těmi, které byly krmeny kontrolní dietou. Diskutujeme potenciální mechanismy úmrtnosti a důsledky pro programy integrované ochrany proti škůdcům a opylovačům (IPPM)36.
Dospělí jedinci O. cornifrons přezimující v kokonech byli získáni z Centra pro výzkum ovoce v Biglerville v Pensylvánii a skladováni při teplotě -3 až 2 °C (±0,3 °C). Před experimentem (celkem 600 kokonů). V květnu 2022 bylo 100 kokonů O. cornifrons denně přemístěno do plastových kelímků (50 kokonů na kelímek, DI 5 cm × 15 cm dlouhé) a dovnitř kelímků byly umístěny ubrousky, které usnadnily otevírání a poskytly žvýkací substrát, čímž se snížil stres kamenných včel37. Dva plastové kelímky obsahující kokony byly umístěny do hmyzí klece (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tchaj-wan) s 10ml krmítky obsahujícími 50% roztok sacharózy a uloženy po dobu čtyř dnů, aby se zajistilo uzavření a páření. 23 °C, relativní vlhkost 60 %, fotoperioda 10 l (nízká intenzita): 14 dní. Během vrcholného kvetení jabloní bylo každé ráno po dobu šesti dnů (100 denně) vypouštěno 100 spářených samic a samců do dvou umělých hnízd (hnízdo-pasti: šířka 33,66 × výška 30,48 × délka 46,99 cm; doplňkový obrázek 1). Umístěno v Pensylvánském státním arboretu, poblíž třešně (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), broskve (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®, hrušně (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), jabloně korunkaté (Malus coronaria) a mnoha odrůd jabloní (Malus coronaria, Malus), jabloně domácí 'Co-op 30′ Enterprise™, jabloně Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begónie 'Freedom', begónie 'Golden Delicious' a begónie 'Nova Spy'). Každá modrá plastová ptačí budka se vejde na dvě dřevěné krabice. Každá hnízdní budka obsahovala 800 prázdných kraftových papírových trubiček (spirálovitě otevřených, vnitřní průměr 0,8 cm × délka 15 cm) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) vložených do neprůhledných celofánových trubiček (vnější průměr 0,7 cm, viz Plastové zátky (zátky T-1X) poskytují hnízdní místa.
Obě hnízdní budky směřovaly na východ a byly zakryty zeleným plastovým zahradním plotem (model Everbilt č. 889250EB12, velikost otvoru 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m), aby se zabránilo přístupu hlodavců a ptáků, a byly umístěny na povrchu půdy vedle půdních trubiček z hnízdní budky. Hnízdní budka (doplňkový obrázek 1a). Vajíčka zavíječe kukuřičného byla denně sbírána tak, že se z hnízd odebralo 30 trubiček a přepravilo se do laboratoře. Na konci trubičky se provedl řez nůžkami a poté se spirálová trubička rozebrala, aby se odhalily plodové buňky. Jednotlivá vajíčka a jejich pyl byly odstraněny pomocí zakřivené špachtle (sada nástrojů Microslide, BioQuip Products Inc., Kalifornie). Vajíčka byla inkubována na vlhkém filtračním papíru a před použitím v našich experimentech byla na 2 hodiny umístěna do Petriho misky (doplňkový obrázek 1b-d).
V laboratoři jsme vyhodnotili orální toxicitu šesti fungicidů aplikovaných před a během květu jabloně ve třech koncentracích (0,1X, 0,5X a 1X, kde 1X je aplikovaná značka na 100 galonů vody/akru. Vysoká polní dávka = koncentrace na poli). (Tabulka 1). Každá koncentrace byla opakována 16krát (n = 16). Dva kontaktní fungicidy (tabulka S1: mankozeb 2696,14 ppm a kaptan 2875,88 ppm) a čtyři systémové fungicidy (tabulka S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myklobutanil azol 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) vykazovaly toxicitu pro ovoce, zeleninu a okrasné plodiny. Pyl jsme homogenizovali pomocí mlýnku, 0,20 g přenesli do jamky (24jamková destička Falcon) a přidali a smíchali 1 μl roztoku fungicidu za vzniku pyramidálního pylu s jamkami o hloubce 1 mm, do kterých jsme umístili vajíčka. Umístění prováděli pomocí mini špachtle (doplňkový obrázek 1c,d). Destičky Falcon byly skladovány při pokojové teplotě (25 °C) a 70% relativní vlhkosti. Porovnali jsme je s kontrolními larvami krmenými homogenní pylovou dietou ošetřenou čistou vodou. Zaznamenávali jsme úmrtnost a měřili hmotnost larev obden, dokud larvy nedosáhly předkuklího věku, pomocí analytických vah (Fisher Scientific, přesnost = 0,0001 g). Nakonec byl poměr pohlaví vyhodnocen otevřením kokonu po 2,5 měsících.
DNA byla extrahována z celých larev O. cornifrons (n = 3 na podmínku ošetření, pyl ošetřený mankozebem a neošetřený pyl) a na těchto vzorcích jsme provedli analýzy mikrobiální diverzity, zejména proto, že u mankozebu byla nejvyšší úmrtnost pozorována u larev, které dostávaly MnZn. DNA byla amplifikována, purifikována pomocí soupravy DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) a sekvenována (600 cyklů) na přístroji Illumina® MiSeq™ s použitím soupravy v3. Cílené sekvenování bakteriálních genů 16S ribozomální RNA bylo provedeno pomocí soupravy Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) s použitím primerů cílících na oblast V3-V4 genu 16S rRNA. Dále bylo provedeno sekvenování 18S s použitím 10% inkluze PhiX a amplifikace byla provedena s použitím páru primerů 18S001 a NS4.
Importujte a zpracujte párové čtení39 pomocí kanálu QIIME2 (v2022.11.1). Tato čtení byla oříznuta a sloučena a chimérické sekvence byly odstraněny pomocí pluginu DADA2 v QIIME2 (párování šumu qiime dada2)40. Přiřazení tříd 16S a 18S bylo provedeno pomocí pluginu pro klasifikaci objektů Classify-sklearn a předtrénovaného artefaktu silva-138-99-nb-classifier.
Všechna experimentální data byla ověřena na normalitu (Shapiro-Wilksův test) a homogenitu rozptylů (Leveneův test). Protože datová sada nesplňovala předpoklady parametrické analýzy a transformace nedokázala standardizovat rezidua, provedli jsme neparametrickou dvoucestnou ANOVA (Kruskal-Wallisova test) se dvěma faktory [čas (třífázový 2, 5 a 8denní časový bod) a fungicid] k vyhodnocení vlivu ošetření na čerstvou hmotnost larev, poté byla provedena post hoc neparametrická párová srovnání pomocí Wilcoxonova testu. Pro porovnání účinků fungicidů na přežití při třech koncentracích fungicidů jsme použili zobecněný lineární model (GLM) s Poissonovým rozdělením41,42. Pro analýzu diferenciální abundance byl počet variant amplikonové sekvence (ASV) shrnut na úrovni rodu. Porovnání diferenciální abundance mezi skupinami s použitím 16S (úroveň rodu) a relativní abundance 18S bylo provedeno s použitím zobecněného aditivního modelu pro polohu, měřítko a tvar (GAMLSS) s beta zero-inflatovaným (BEZI) rozdělením čeledí, které bylo modelováno na makro. v Microbiome R43 (v1.1). 1). Před diferenciální analýzou odstraňte mitochondriální a chloroplastové druhy. Vzhledem k různým taxonomickým úrovním 18S byla pro diferenciální analýzy použita pouze nejnižší úroveň každého taxonu. Všechny statistické analýzy byly provedeny pomocí R (v. 3.4.3., projekt CRAN) (Team 2013).
Expozice mankozebu, pyrithiostrobinu a trifloxystrobinu významně snížila přírůstek tělesné hmotnosti u druhu O. cornifrons (obr. 1). Tyto účinky byly konzistentně pozorovány u všech tří hodnocených dávek (obr. 1a–c). Cyklostrobin a myklobutanil významně nesnížily hmotnost larev.
Průměrná čerstvá hmotnost larev zavíječe stonkového měřená ve třech časových bodech za čtyř podmínek podávání (homogenní pylové krmivo + fungicid: kontrola, dávky 0,1X, 0,5X a 1X). (a) Nízká dávka (0,1X): první časový bod (den 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, druhý časový bod (den 5): 22,83, DF = 0,0009; třetí časový bod (den 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) poloviční dávka (0,5X): první časový bod (den 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, druhý časový bod (den jedna): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; třetí časový bod (den 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Místo nebo plná dávka (1X): první časový bod (den 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, druhý časový bod (den 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; třetí časový bod (den 8): χ2: 28,39, DF = 6; neparametrická analýza rozptylu. Sloupce představují průměr ± SE párových srovnání (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Při nejnižší dávce (0,1X) se tělesná hmotnost larev snížila o 60 % u trifloxystrobinu, o 49 % u mankozebu, o 48 % u myklobutanilu a o 46 % u pyrithistrobinu (obr. 1a). Při expozici polovině polní dávky (0,5X) se tělesná hmotnost larev mankozebu snížila o 86 %, pyrithiostrobinu o 52 % a trifloxystrobinu o 50 % (obr. 1b). Plná polní dávka (1X) mankozebu snížila hmotnost larev o 82 %, pyrithiostrobinu o 70 % a trifloxystrobinu, myklobutanilu a sangardu přibližně o 30 % (obr. 1c).
Úmrtnost byla nejvyšší u larev krmených pylem ošetřeným mankozebem, následovaných pyrithiostrobinem a trifloxystrobinem. Úmrtnost se zvyšovala se zvyšujícími se dávkami mankozebu a pyritisolinu (obr. 2; tabulka 2). Úmrtnost zavíječe kukuřičného se však s rostoucími koncentracemi trifloxystrobinu zvyšovala jen mírně; cyprodinil a kaptan významně nezvýšily úmrtnost ve srovnání s kontrolními ošetřeními.
Úmrtnost larev zavíječe kukuřičného byla porovnána po požití pylu jednotlivě ošetřeného šesti různými fungicidy. Mankozeb a pentopyramid byly citlivější na orální expozici kukuřičným larvám (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (přímka, sklon = 0,29, P < 0,001; sklon = 0,24, P < 0,00)).
V průměru bylo ve všech léčebných postupech 39,05 % pacientů žen a 60,95 % mužů. V kontrolní skupině byl podíl žen 40 % ve studiích s nízkou dávkou (0,1X) i poloviční dávkou (0,5X) a 30 % ve studiích s polní dávkou (1X). Při dávce 0,1X bylo mezi larvami krmenými pylem a léčenými mankozebem a myklobutanilem 33,33 % dospělých samic, 22 % dospělých samic, 44 % dospělých larev samic, 44 % dospělých larev samic a 31 % v kontrolní skupině (obr. 3a). Při 0,5násobné dávce tvořily ženy 33 % dospělých červů ve skupině s mankozebem a pyrithiostrobinem, 36 % ve skupině s trifloxystrobinem, 41 % ve skupině s myklobutanilem a 46 % ve skupině s cyprostrobinem. Toto číslo bylo 53 % ve skupině s kaptanem a 38 % v kontrolní skupině (obr. 3b). Při jednonásobné dávce tvořily ženy 30 % ve skupině s mankozebem, 36 % ve skupině s pyrithiostrobinem, 44 % ve skupině s trifloxystrobinem, 38 % ve skupině s myklobutanilem a 50 % v kontrolní skupině – 38,5 % (obr. 3c).
Procento samic a samců zavíječů po expozici fungicidu v larválním stádiu. (a) Nízká dávka (0,1X). (b) Poloviční dávka (0,5X). (c) Polní dávka nebo plná dávka (1X).
Analýza sekvence 16S ukázala, že se bakteriální skupina lišila mezi larvami krmenými pylem ošetřeným mankozebem a larvami krmenými neošetřeným pylem (obr. 4a). Mikrobiální index neošetřených larev krmených pylem byl vyšší než u larev krmených pylem ošetřeným mankozebem (obr. 4b). Ačkoli pozorovaný rozdíl v hojnosti mezi skupinami nebyl statisticky významný, byl významně nižší než u larev krmených neošetřeným pylem (obr. 4c). Relativní abundance ukázala, že mikrobiota larev krmených kontrolním pylem byla rozmanitější než u larev krmených larev ošetřenými mankozebem (obr. 5a). Deskriptivní analýza odhalila přítomnost 28 rodů v kontrolních a mankozebem ošetřených vzorcích (obr. 5b). c Analýza pomocí sekvenování 18S neodhalila žádné významné rozdíly (doplňkový obrázek 2).
Profily SAV založené na 16S sekvencích byly porovnány se Shannonovou diverzitou a pozorovanou diverzitou na úrovni kmene. (a) Analýza hlavních souřadnic (PCoA) založená na celkové struktuře mikrobiálního společenstva u larev krmených neošetřeným pylem nebo kontrolní skupiny (modrá) a skupiny krmených mankozebem (oranžová). Každý datový bod představuje samostatný vzorek. PCoA byla vypočtena pomocí Bray-Curtisovy vzdálenosti vícerozměrného t-distribučního rozdělení. Ovály představují 80% hladinu spolehlivosti. (b) Krabicový graf, nezpracovaná data o diverzitě podle Shannona (body) a c. Pozorovatelná diverzita. Krabicové grafy zobrazují rámečky pro střední linii, interkvartilní rozpětí (IQR) a 1,5 × IQR (n = 3).
Složení mikrobiálních společenstev larev krmených pylem ošetřeným a neošetřeným mankozebem. (a) Relativní početnost mikrobiálních rodů u larev. (b) Tepelná mapa identifikovaných mikrobiálních společenstev. Delftia (poměr šancí (OR) = 0,67, P = 0,0030) a Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Řádky tepelné mapy jsou seskupeny pomocí korelační vzdálenosti a průměrné konektivity.
Naše výsledky ukazují, že orální expozice kontaktním (mankozeb) a systémovým (pyrostrobin a trifloxystrobin) fungicidům, široce aplikovaným během kvetení, významně snížila přírůstek hmotnosti a zvýšila úmrtnost larev kukuřice. Kromě toho mankozeb významně snížil rozmanitost a bohatost mikrobiomu během předkuklové fáze. Myklobutanil, další systémový fungicid, významně snížil přírůstek tělesné hmotnosti larev ve všech třech dávkách. Tento účinek byl patrný ve druhém (5. den) a třetím (8. den) časovém bodě. Naproti tomu cyprodinil a kaptan významně nesnížily přírůstek hmotnosti ani přežití ve srovnání s kontrolní skupinou. Pokud je nám známo, tato práce je první, která určuje účinky polních dávek různých fungicidů používaných k ochraně kukuřičných plodin přímou expozicí pylu.
Všechny fungicidní ošetření významně snížila přírůstek tělesné hmotnosti ve srovnání s kontrolními ošetřeními. Mankozeb měl největší vliv na přírůstek tělesné hmotnosti larev s průměrným snížením o 51 %, následovaný pyrithiostrobinem. Jiné studie však nezaznamenaly nežádoucí účinky polních dávek fungicidů na larvální stádia44. Ačkoli bylo prokázáno, že dithiokarbamátové biocidy mají nízkou akutní toxicitu45, ethylenbisdithiokarbamáty (EBDCS), jako je mankozeb, se mohou rozkládat na močovinu (ethylensulfid). Vzhledem k jeho mutagenním účinkům u jiných zvířat může být tento produkt rozkladu zodpovědný za pozorované účinky46,47. Předchozí studie ukázaly, že tvorba ethylenthiomočoviny je ovlivněna faktory, jako je zvýšená teplota48, vlhkost49 a délka skladování produktu50. Správné skladovací podmínky pro biocidy mohou tyto vedlejší účinky zmírnit. Evropský úřad pro bezpečnost potravin navíc vyjádřil obavy ohledně toxicity pyrithiopidu, u kterého se ukázalo, že je karcinogenní pro trávicí systém jiných zvířat51.
Perorální podávání mankozebu, pyrithiostrobinu a trifloxystrobinu zvyšuje úmrtnost larev zavíječe kukuřičného. Naproti tomu myklobutanil, ciprocyklin a kaptan neměly na úmrtnost žádný vliv. Tyto výsledky se liší od výsledků Ladurnera a kol.52, kteří prokázali, že kaptan významně snižuje přežití dospělých jedinců O. lignaria a Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Kromě toho bylo zjištěno, že fungicidy, jako je kaptan a boskalid, způsobují úmrtnost larev52,53,54 nebo mění krmné chování55. Tyto změny mohou následně ovlivnit nutriční kvalitu pylu a v konečném důsledku energetický zisk larválního stádia. Úmrtnost pozorovaná v kontrolní skupině byla v souladu s jinými studiemi 56,57.
Poměr pohlaví upřednostňující samce, pozorovaný v naší práci, lze vysvětlit faktory, jako je nedostatečné páření a špatné povětrnostní podmínky během kvetení, jak dříve u O. cornuta navrhli Vicens a Bosch. Ačkoli samice i samci v naší studii měli na páření čtyři dny (období obecně považované za dostatečné pro úspěšné páření), záměrně jsme snížili intenzitu světla, abychom minimalizovali stres. Tato úprava však může neúmyslně narušit proces páření61. Kromě toho včely zažívají několik dní nepříznivého počasí, včetně deště a nízkých teplot (<5 °C), což může také negativně ovlivnit úspěšnost páření4,23.
Přestože se naše studie zaměřila na celý larvální mikrobiom, naše výsledky poskytují vhled do potenciálních vztahů mezi bakteriálními společenstvy, které mohou být klíčové pro výživu včel a expozici fungicidům. Například larvy krmené pylem ošetřeným mankozebem měly významně sníženou strukturu a početnost mikrobiálního společenstva ve srovnání s larvami krmenými neošetřeným pylem. U larev konzumujících neošetřený pyl byly dominantní bakteriální skupiny Proteobacteria a Actinobacteria, které byly převážně aerobní nebo fakultativně aerobní. Je známo, že bakterie Delft, obvykle spojené s druhy samotářských včel, mají antibiotickou aktivitu, což naznačuje potenciální ochrannou roli proti patogenům. Další bakteriální druh, Pseudomonas, byl hojný u larev krmených neošetřeným pylem, ale u larev ošetřených mankozebem byl významně snížen. Naše výsledky podporují předchozí studie, které identifikovaly Pseudomonas jako jeden z nejhojnějších rodů u O. bicornis35 a dalších samotářských vos34. Ačkoli experimentální důkazy o roli Pseudomonas ve zdraví O. cornifrons nebyly studovány, bylo prokázáno, že tato bakterie podporuje syntézu ochranných toxinů u brouka Paederus fuscipes a podporuje metabolismus argininu in vitro 35, 65. Tato pozorování naznačují potenciální roli v virové a bakteriální obraně během vývoje larev O. cornifrons. Microbacterium je další rod identifikovaný v naší studii, u kterého je hlášena vysoká přítomnost v larev černých vojínů za hladovění66. U larev O. cornifrons mohou mikrobakterie přispívat k rovnováze a odolnosti střevního mikrobiomu za stresových podmínek. Rhodococcus se navíc nachází v larev O. cornifrons a je známý svými detoxikačními schopnostmi67. Tento rod se také nachází ve střevě A. florea, ale ve velmi nízkém množství68. Naše výsledky ukazují na přítomnost mnoha genetických variací napříč řadou mikrobiálních taxonů, které mohou měnit metabolické procesy u larev. Je však zapotřebí lepšího pochopení funkční rozmanitosti O. cornifrons.
Výsledky souhrnně naznačují, že mankozeb, pyrithiostrobin a trifloxystrobin snížily přírůstek tělesné hmotnosti a zvýšily úmrtnost larev zavíječe kukuřičného. Přestože rostou obavy ohledně účinků fungicidů na opylovače, je třeba lépe porozumět účinkům zbytkových metabolitů těchto sloučenin. Tyto výsledky lze začlenit do doporučení pro integrované programy managementu opylovačů, které pomohou zemědělcům vyhnout se používání určitých fungicidů před a během kvetení ovocných stromů výběrem fungicidů a změnou načasování aplikace nebo podporou používání méně škodlivých alternativ 36. Tyto informace jsou důležité pro vypracování doporučení ohledně používání pesticidů, jako je úprava stávajících postřikových programů a změna načasování postřiku při výběru fungicidů nebo podpora používání méně nebezpečných alternativ. Je zapotřebí dalšího výzkumu nepříznivých účinků fungicidů na poměr pohlaví, krmné chování, střevní mikrobiom a molekulárních mechanismů, které jsou základem úbytku hmotnosti a úmrtnosti zavíječe kukuřičného.
Zdrojová data 1, 2 a 3 na obrázcích 1 a 2 byla uložena v datovém repozitáři figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 a https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Sekvence analyzované v aktuální studii (obr. 4, 5) jsou dostupné v repozitáři NCBI SRA pod evidenčním číslem PRJNA1023565.
Bosch, J. a Kemp, WP Vývoj a etablování druhů včel medonosných jako opylovačů zemědělských plodin: příklad rodu Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) a ovocných stromů. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG a kol. Opylovací praktiky a vnímání alternativních opylovačů mezi pěstiteli jablek v New Yorku a Pensylvánii. aktualizace. Zemědělství. potravinové systémy. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL a Ricketts TH Ekologie a ekonomika opylování mandloní s využitím původních včel. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. a Park, Y.-L. Dopady změny klimatu na fenologii tragopanů: důsledky pro řízení populace. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR a Pitts-Singer, TL. Vliv fungicidních a adjuvantních postřiků na hnízdní chování dvou chovaných samotářských včel (Osmia lignaria a Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. a kol. Nízko toxický fungicid pro plodiny (fenbukonazol) narušuje signály reprodukční kvality samců, což vede ke snížené úspěšnosti páření u divokých samotářských včel. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. a kol. Neonikotinoidní insekticidy a biosyntéza ergosterolu potlačují synergickou fungicidní úmrtnost u tří druhů včel. Pest Control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. a Danforth BN. Solitérní larvy vos mění bakteriální diverzitu dodávanou pylem včelám hnízdícím na stoncích. Osmia cornifrons (Megachilidae). přední strana. mikroorganismus. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN a Steffan SA Ektosymbiotické mikroorganismy ve fermentovaném pylu jsou pro vývoj samotářských včel stejně důležité jako samotný pyl. ekologie. evoluce. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F a Thalheimer M. Meziřádková výsadba v jabloňových sadech za účelem kontroly chorob způsobených přesevem: praktická studie účinnosti založená na mikrobiálních indikátorech. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG a Peter KA Hořká hniloba jablek ve střední části Spojených států: hodnocení kauzativních druhů a vliv regionálních povětrnostních podmínek a náchylnosti kultivarů. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK a Stanley DA Fungicidy, herbicidy a včely: systematický přehled stávajícího výzkumu a metod. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED a Jepson, PC Synergické účinky fungicidů EBI a pyrethroidních insekticidů na včely medonosné (Apis mellifera). Pests the Science. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE a Peng, CY Vliv vybraných fungicidů na růst a vývoj larev včely medonosné Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Středa. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. a McArt, S. Průvodce rozhodováním o používání pesticidů k ochraně opylovačů v sadech (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM a Hogendoorn, K. Vystavení včel nepesticidním přípravkům: přehled metod a publikovaných výsledků. Zemědělství. ekosystém. Středa. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA a Pitts-Singer TL. Vliv typu zdroje a expozice pesticidům na vývoj larev Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Středa. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM a Pitts-Singer TL Dráhy expozice pesticidům u samotářských včel s prázdnými hnízdy. Středa. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT a kol. Nový protokol biologického testu požití pro posouzení toxicity pesticidů u dospělých japonských zahradních včel (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Čas zveřejnění: 14. května 2024