Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk hasil terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan versi pelayar anda yang lebih baharu (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, bagi memastikan sokongan berterusan, kami memaparkan laman web ini tanpa penggayaan atau JavaScript.
Fungisida sering digunakan semasa pembungaan buah pokok dan boleh mengancam pendebunga serangga. Walau bagaimanapun, sedikit yang diketahui tentang bagaimana pendebunga bukan lebah (contohnya, lebah bersendirian, Osmia cornifrons) bertindak balas terhadap fungisida sentuhan dan sistemik yang biasa digunakan pada epal semasa pembungaan. Jurang pengetahuan ini mengehadkan keputusan kawal selia yang menentukan kepekatan selamat dan masa penyemburan fungisida. Kami menilai kesan dua fungisida sentuhan (captan dan mancozeb) dan empat fungisida antara lapisan/fitosistem (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin dan trifloxystrobin). Kesan terhadap pertambahan berat larva, kemandirian, nisbah jantina dan kepelbagaian bakteria. Penilaian dijalankan menggunakan bioassay oral kronik di mana debunga dirawat dalam tiga dos berdasarkan dos yang disyorkan semasa untuk kegunaan lapangan (1X), separuh dos (0.5X) dan dos rendah (0.1X). Semua dos mancozeb dan pyritisoline mengurangkan berat badan dan kemandirian larva dengan ketara. Kami kemudian menjujukan gen 16S untuk mencirikan bakteriom larva mancozeb, fungisida yang bertanggungjawab untuk kematian tertinggi. Kami mendapati bahawa kepelbagaian dan kelimpahan bakteria berkurangan dengan ketara dalam larva yang diberi makan debunga yang dirawat mancozeb. Keputusan makmal kami menunjukkan bahawa menyembur beberapa racun kulat ini semasa berbunga amat berbahaya kepada kesihatan O. cornifrons. Maklumat ini relevan untuk keputusan pengurusan masa depan mengenai penggunaan produk perlindungan pokok buah-buahan yang mampan dan berfungsi sebagai asas untuk proses pengawalseliaan yang bertujuan untuk melindungi pendebunga.
Lebah mason bersendirian Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) telah diperkenalkan ke Amerika Syarikat dari Jepun pada akhir 1970-an dan awal 1980-an, dan spesies ini telah memainkan peranan pendebunga yang penting dalam ekosistem yang diurus sejak itu. Populasi lebah naturalisasi ini adalah sebahagian daripada kira-kira 50 spesies lebah liar yang melengkapi lebah yang melakukan pendebungaan di kebun badam dan epal di Amerika Syarikat2,3. Lebah Mason menghadapi banyak cabaran, termasuk pemecahan habitat, patogen, dan racun perosak3,4. Antara racun serangga, racun kulat mengurangkan perolehan tenaga, pencarian makanan5 dan pengkondisian badan6,7. Walaupun kajian terbaru menunjukkan bahawa kesihatan lebah Mason dipengaruhi secara langsung oleh mikroorganisma komensal dan ektobaktik, 8,9 kerana bakteria dan kulat boleh mempengaruhi pemakanan dan tindak balas imun, kesan pendedahan racun kulat terhadap kepelbagaian mikrob lebah Mason baru mula dikaji.
Fungisida dengan pelbagai kesan (sentuhan dan sistemik) disembur di dusun sebelum dan semasa berbunga untuk merawat penyakit seperti kudis epal, reput pahit, reput coklat dan cendawan serbuk10,11. Fungisida dianggap tidak berbahaya kepada pendebunga, jadi ia disyorkan kepada tukang kebun semasa tempoh berbunga; Pendedahan dan pengambilan fungisida ini oleh lebah agak diketahui umum, kerana ia merupakan sebahagian daripada proses pendaftaran racun perosak oleh Agensi Perlindungan Alam Sekitar AS dan banyak agensi kawal selia kebangsaan lain12,13,14. Walau bagaimanapun, kesan fungisida pada bukan lebah kurang diketahui kerana ia tidak diperlukan di bawah perjanjian kebenaran pemasaran di Amerika Syarikat15. Di samping itu, secara amnya tiada protokol piawai untuk menguji lebah tunggal16,17, dan mengekalkan koloni yang menyediakan lebah untuk ujian adalah mencabar18. Percubaan lebah terurus yang berbeza semakin banyak dijalankan di Eropah dan Amerika Syarikat untuk mengkaji kesan racun perosak pada lebah liar, dan protokol piawai baru-baru ini telah dibangunkan untuk O. cornifrons19.
Lebah bertanduk merupakan monosit dan digunakan secara komersial dalam tanaman kap sebagai makanan tambahan atau pengganti lebah madu. Lebah ini muncul antara bulan Mac dan April, dengan lebah jantan yang matang muncul tiga hingga empat hari sebelum lebah betina. Selepas mengawan, lebah betina secara aktif mengumpul debunga dan nektar untuk menyediakan satu siri sel induk dalam rongga sarang berbentuk tiub (semula jadi atau buatan)1,20. Telur diletakkan di atas debunga di dalam sel; lebah betina kemudian membina dinding tanah liat sebelum menyediakan sel seterusnya. Larva instar pertama dikelilingi oleh korion dan memakan cecair embrio. Dari instar kedua hingga kelima (prapupa), larva memakan debunga22. Setelah bekalan debunga habis sepenuhnya, larva membentuk kepompong, menjadi pupa dan muncul sebagai dewasa dalam ruang induk yang sama, biasanya pada akhir musim panas20,23. Lebah dewasa muncul pada musim bunga berikutnya. Kemandirian dewasa dikaitkan dengan peningkatan tenaga bersih (pertambahan berat badan) berdasarkan pengambilan makanan. Oleh itu, kualiti pemakanan debunga, serta faktor lain seperti cuaca atau pendedahan kepada racun perosak, adalah penentu kemandirian dan kesihatan24.
Insektisida dan racun kulat yang digunakan sebelum berbunga mampu bergerak dalam vaskulatur tumbuhan pada pelbagai peringkat, daripada translaminar (contohnya, mampu bergerak dari permukaan atas daun ke permukaan bawah, seperti sesetengah racun kulat) 25 kepada kesan sistemik yang sebenar. , yang boleh menembusi mahkota dari akar, boleh memasuki nektar bunga epal 26, di mana ia boleh membunuh O. cornifrons dewasa 27. Sesetengah racun perosak juga meresap ke dalam debunga, menjejaskan perkembangan larva jagung dan menyebabkan kematian mereka 19. Kajian lain telah menunjukkan bahawa sesetengah racun kulat boleh mengubah tingkah laku bersarang spesies berkaitan O. lignaria 28 dengan ketara. Di samping itu, kajian makmal dan lapangan yang mensimulasikan senario pendedahan racun perosak (termasuk racun kulat) telah menunjukkan bahawa racun perosak memberi kesan negatif kepada fisiologi 22 morfologi 29 dan kemandirian lebah madu dan sesetengah lebah bersendirian. Pelbagai semburan racun kulat yang digunakan terus pada bunga terbuka semasa berbunga boleh mencemari debunga yang dikumpul oleh lebah dewasa untuk perkembangan larva, yang kesannya masih perlu dikaji 30.
Semakin diakui bahawa perkembangan larva dipengaruhi oleh debunga dan komuniti mikrob sistem pencernaan. Mikrobiom lebah madu mempengaruhi parameter seperti jisim badan31, perubahan metabolik22 dan kerentanan terhadap patogen32. Kajian terdahulu telah mengkaji pengaruh peringkat perkembangan, nutrien dan persekitaran terhadap mikrobiom lebah bersendirian. Kajian ini mendedahkan persamaan dalam struktur dan kelimpahan mikrobiom larva dan debunga33, serta genera bakteria yang paling biasa Pseudomonas dan Delftia, antara spesies lebah bersendirian. Walau bagaimanapun, walaupun racun kulat telah dikaitkan dengan strategi untuk melindungi kesihatan lebah, kesan racun kulat terhadap mikrobiota larva melalui pendedahan oral langsung masih belum diterokai.
Kajian ini menguji kesan dos dunia sebenar enam racun kulat yang biasa digunakan yang didaftarkan untuk digunakan pada buah pokok di Amerika Syarikat, termasuk racun kulat sentuhan dan sistemik yang diberikan secara oral kepada larva rama-rama cacing tanduk jagung daripada makanan yang tercemar. Kami mendapati bahawa racun kulat sentuhan dan sistemik mengurangkan pertambahan berat badan lebah dan meningkatkan kematian, dengan kesan paling teruk yang berkaitan dengan mancozeb dan pyrithiopide. Kami kemudian membandingkan kepelbagaian mikrob larva yang diberi makan diet debunga yang dirawat mancozeb dengan larva yang diberi makan diet kawalan. Kami membincangkan mekanisme berpotensi yang mendasari kematian dan implikasi untuk program pengurusan perosak dan pendebunga bersepadu (IPPM)36.
O. cornifron dewasa yang menghabiskan musim sejuk di dalam kepompong telah diperoleh dari Pusat Penyelidikan Buah, Biglerville, PA, dan disimpan pada suhu −3 hingga 2°C (±0.3°C). Sebelum eksperimen (600 kepompong secara keseluruhan). Pada Mei 2022, 100 kepompong O. cornifron dipindahkan setiap hari ke dalam cawan plastik (50 kepompong setiap cawan, DI 5 cm × 15 cm panjang) dan tisu basah diletakkan di dalam cawan untuk menggalakkan pembukaan dan menyediakan substrat yang boleh dikunyah, sekali gus mengurangkan tekanan pada lebah berbatu37. Letakkan dua cawan plastik yang mengandungi kepompong di dalam sangkar serangga (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) dengan 10 ml pengumpan yang mengandungi 50% larutan sukrosa dan simpan selama empat hari untuk memastikan penutupan dan mengawan. 23°C, kelembapan relatif 60%, fotokala 10 l (keamatan rendah): 14 hari. 100 ekor betina dan jantan yang telah dikawinkan telah dilepaskan setiap pagi selama enam hari (100 ekor sehari) ke dalam dua sarang tiruan semasa puncak pembungaan epal (sarang perangkap: lebar 33.66 × tinggi 30.48 × panjang 46.99 cm; Rajah Tambahan 1). Diletakkan di Arboretum Negeri Pennsylvania, berhampiran ceri (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), pic (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pir (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), pokok epal coronaria (Malus coronaria) dan pelbagai jenis pokok epal (Malus coronaria, Malus), pokok epal domestik 'Co-op 30′ Enterprise™, pokok epal Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy'). Setiap sarang burung plastik biru muat di atas dua kotak kayu. Setiap kotak sarang mengandungi 800 tiub kertas kraft kosong (lingkaran terbuka, 0.8 cm ID × 15 cm P) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) yang dimasukkan ke dalam tiub selofan legap (0.7 OD lihat Palam plastik (palam T-1X) menyediakan tapak bersarang.
Kedua-dua kotak sarang menghadap ke timur dan ditutup dengan pagar taman plastik hijau (Everbilt model #889250EB12, saiz bukaan 5 × 5 cm, 0.95 m × 100 m) untuk menghalang akses tikus dan burung dan diletakkan di atas permukaan tanah di sebelah kotak sarang. Kotak sarang (Rajah Tambahan 1a). Telur pengorek jagung dikumpulkan setiap hari dengan mengumpul 30 tiub dari sarang dan mengangkutnya ke makmal. Menggunakan gunting, buat potongan di hujung tiub, kemudian buka tiub lingkaran untuk mendedahkan sel induk. Telur individu dan debunganya dikeluarkan menggunakan spatula melengkung (kit alat Microslide, BioQuip Products Inc., California). Telur-telur tersebut dieramkan di atas kertas penapis lembap dan diletakkan di dalam piring Petri selama 2 jam sebelum digunakan dalam eksperimen kami (Rajah Tambahan 1b-d).
Di makmal, kami menilai ketoksikan oral enam racun kulat yang digunakan sebelum dan semasa berbunga epal pada tiga kepekatan (0.1X, 0.5X, dan 1X, di mana 1X ialah tanda yang digunakan setiap 100 gelen air/ekar. Dos lapangan tinggi = kepekatan di lapangan). , Jadual 1). Setiap kepekatan diulang sebanyak 16 kali (n = 16). Dua racun kulat sentuh (Jadual S1: mancozeb 2696.14 ppm dan captan 2875.88 ppm) dan empat racun kulat sistemik (Jadual S1: pyrithiostrobin 250.14 ppm; trifloxystrobin 110.06 ppm; myclobutanil azole 75.12 ppm; cyprodinil 280.845 ppm) ketoksikan kepada buah-buahan, sayur-sayuran dan tanaman hiasan. Kami menghomogenkan debunga menggunakan pengisar, memindahkan 0.20 g ke dalam perigi (Plat Falcon 24-perigi), dan menambah serta mencampurkan 1 μL larutan racun kulat untuk membentuk debunga piramid dengan perigi sedalam 1 mm di mana telur diletakkan. Letakkan menggunakan spatula mini (Rajah Tambahan 1c,d). Plat Falcon disimpan pada suhu bilik (25°C) dan kelembapan relatif 70%. Kami membandingkannya dengan larva kawalan yang diberi diet debunga homogen yang dirawat dengan air tulen. Kami merekodkan kematian dan mengukur berat larva setiap selang hari sehingga larva mencapai usia prapupa menggunakan neraca analitik (Fisher Scientific, ketepatan = 0.0001 g). Akhir sekali, nisbah jantina dinilai dengan membuka kepompong selepas 2.5 bulan.
DNA diekstrak daripada keseluruhan larva O. cornifrons (n = 3 setiap keadaan rawatan, debunga yang dirawat dan tidak dirawat mancozeb) dan kami menjalankan analisis kepelbagaian mikrob pada sampel ini, terutamanya kerana dalam mancozeb, kematian tertinggi diperhatikan dalam larva yang menerima MnZn. DNA dikuatkan, ditulenkan menggunakan kit DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead (Zymo Research, Irvine, CA), dan dijujukan (600 kitaran) pada Illumina® MiSeq™ menggunakan kit v3. Penjujukan gen RNA ribosom 16S bakteria yang disasarkan dilakukan menggunakan Kit Persediaan Perpustakaan NGS Quick-16S™ (Zymo Research, Irvine, CA) menggunakan primer yang menyasarkan kawasan V3-V4 bagi gen rRNA 16S. Di samping itu, penjujukan 18S dilakukan menggunakan rangkuman PhiX 10%, dan amplifikasi dilakukan menggunakan pasangan primer 18S001 dan NS4.
Import dan proses bacaan berpasangan39 menggunakan saluran paip QIIME2 (v2022.11.1). Bacaan ini telah dipangkas dan digabungkan, dan jujukan kimerik telah dialih keluar menggunakan plugin DADA2 dalam QIIME2 (penjodohan hingar qiime dada2)40. Tugasan kelas 16S dan 18S telah dilakukan menggunakan plugin pengelas objek Classify-sklearn dan artifak silva-138-99-nb-classifier yang telah dilatih terlebih dahulu.
Semua data eksperimen telah diperiksa untuk kenormalan (Shapiro-Wilks) dan homogeniti varians (ujian Levene). Oleh kerana set data tidak memenuhi andaian analisis parametrik dan transformasi gagal menyeragamkan baki, kami menjalankan ANOVA dua hala bukan parametrik (Kruskal-Wallis) dengan dua faktor [masa (titik masa tiga fasa 2, 5, dan 8 hari) dan racun kulat] untuk menilai kesan rawatan terhadap berat segar larva, kemudian perbandingan berpasangan bukan parametrik pasca hoc telah dilakukan menggunakan ujian Wilcoxon. Kami menggunakan model linear umum (GLM) dengan taburan Poisson untuk membandingkan kesan racun kulat terhadap kemandirian merentasi tiga kepekatan racun kulat41,42. Untuk analisis kelimpahan pembezaan, bilangan varian jujukan amplikon (ASV) telah dikira pada peringkat genus. Perbandingan kelimpahan perbezaan antara kumpulan menggunakan 16S (peringkat genus) dan kelimpahan relatif 18S telah dilakukan menggunakan model aditif umum untuk kedudukan, skala dan bentuk (GAMLSS) dengan taburan keluarga beta sifar-inflasi (BEZI), yang dimodelkan pada makro . dalam Mikrobiom R43 (v1.1). 1). Mengeluarkan spesies mitokondria dan kloroplas sebelum analisis pembezaan. Disebabkan oleh tahap taksonomi 18S yang berbeza, hanya tahap terendah setiap takson digunakan untuk analisis pembezaan. Semua analisis statistik telah dilakukan menggunakan R (v. 3.4.3., projek CRAN) (Pasukan 2013).
Pendedahan kepada mancozeb, pyrithiostrobin dan trifloxystrobin mengurangkan pertambahan berat badan dengan ketara dalam O. cornifrons (Rajah 1). Kesan ini diperhatikan secara konsisten untuk ketiga-tiga dos yang dinilai (Rajah 1a–c). Siklostrobin dan miklobutanil tidak mengurangkan berat larva dengan ketara.
Purata berat segar larva pengorek batang diukur pada tiga titik masa di bawah empat rawatan diet (makanan debunga homogen + racun kulat: kawalan, dos 0.1X, 0.5X dan 1X). (a) Dos rendah (0.1X): titik masa pertama (hari 1): χ2: 30.99, DF = 6; P < 0.0001, titik masa kedua (hari 5): 22.83, DF = 0.0009; kali ketiga; titik (hari 8): χ2: 28.39, DF = 6; (b) separuh dos (0.5X): titik masa pertama (hari 1): χ2: 35.67, DF = 6; P < 0.0001, titik masa kedua (hari pertama). ): χ2: 15.98, DF = 6; P = 0.0090; Titik masa ketiga (hari ke-8) χ2: 16.47, DF = 6; (c) Tapak atau dos penuh (1X): titik masa pertama (hari ke-1) χ2: 20.64, P = 6; P = 0.0326, titik masa kedua (hari ke-5): χ2: 22.83, DF = 6; P = 0.0009; titik masa ketiga (hari ke-8): χ2: 28.39, DF = 6; analisis varians bukan parametrik. Bar mewakili min ± SE bagi perbandingan berpasangan (α = 0.05) (n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
Pada dos terendah (0.1X), berat badan larva berkurangan sebanyak 60% dengan trifloxystrobin, 49% dengan mancozeb, 48% dengan myclobutanil, dan 46% dengan pyrithistrobin (Rajah 1a). Apabila terdedah kepada separuh dos lapangan (0.5X), berat badan larva mancozeb berkurangan sebanyak 86%, pyrithiostrobin sebanyak 52% dan trifloxystrobin sebanyak 50% (Rajah 1b). Dos lapangan penuh (1X) mancozeb mengurangkan berat larva sebanyak 82%, pyrithiostrobin sebanyak 70%, dan trifloxystrobin, myclobutanil dan sangard sebanyak kira-kira 30% (Rajah 1c).
Kematian adalah tertinggi dalam kalangan larva yang diberi makan debunga yang dirawat dengan mancozeb, diikuti oleh pyrithiostrobin dan trifloxystrobin. Kematian meningkat dengan peningkatan dos mancozeb dan pyritisoline (Rajah 2; Jadual 2). Walau bagaimanapun, kematian pengorek jagung hanya meningkat sedikit apabila kepekatan trifloxystrobin meningkat; cyprodinil dan captan tidak meningkatkan kematian dengan ketara berbanding rawatan kawalan.
Kematian larva lalat pengorek telah dibandingkan selepas pengambilan debunga yang dirawat secara individu dengan enam racun kulat yang berbeza. Mankozeb dan pentopiramid lebih sensitif terhadap pendedahan oral kepada ulat jagung (GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (garis, cerun = 0.29, P < 0.001; cerun = 0.24, P <0.00)).
Secara purata, bagi semua rawatan, 39.05% pesakit adalah wanita dan 60.95% adalah lelaki. Antara rawatan kawalan, perkadaran wanita adalah 40% dalam kedua-dua kajian dos rendah (0.1X) dan separuh dos (0.5X), dan 30% dalam kajian dos lapangan (1X). Pada dos 0.1X, antara larva yang diberi makan debunga yang dirawat dengan mancozeb dan myclobutanil, 33.33% orang dewasa adalah wanita, 22% orang dewasa adalah wanita, 44% larva dewasa adalah wanita, 44% larva dewasa adalah wanita. betina, 41% larva dewasa adalah wanita, dan kawalan adalah 31% (Rajah 3a). Pada dos 0.5 kali ganda, 33% cacing dewasa dalam kumpulan mancozeb dan pyrithiostrobin adalah betina, 36% dalam kumpulan trifloxystrobin, 41% dalam kumpulan miklobutanil, dan 46% dalam kumpulan siprostrobin. Angka ini adalah 53% dalam kumpulan dalam kumpulan kaptan dan 38% dalam kumpulan kawalan (Rajah 3b). Pada dos 1X, 30% daripada kumpulan mancozeb adalah wanita, 36% daripada kumpulan pirithiostrobin, 44% daripada kumpulan trifloxystrobin, 38% daripada kumpulan miklobutanil, 50% daripada kumpulan kawalan adalah wanita – 38.5% (Rajah 3c).
Peratusan pengorek betina dan jantan selepas pendedahan racun kulat peringkat larva. (a) Dos rendah (0.1X). (b) Separuh dos (0.5X). (c) Dos lapangan atau dos penuh (1X).
Analisis jujukan 16S menunjukkan bahawa kumpulan bakteria berbeza antara larva yang diberi makan debunga yang dirawat mancozeb dan larva yang diberi makan debunga yang tidak dirawat (Rajah 4a). Indeks mikrob larva yang tidak dirawat yang diberi makan debunga adalah lebih tinggi daripada larva yang diberi makan debunga yang dirawat mancozeb (Rajah 4b). Walaupun perbezaan kekayaan yang diperhatikan antara kumpulan tidak signifikan secara statistik, ia jauh lebih rendah daripada yang diperhatikan untuk larva yang makan debunga yang tidak dirawat (Rajah 4c). Kelimpahan relatif menunjukkan bahawa mikrobiota larva yang diberi makan debunga kawalan adalah lebih pelbagai daripada larva yang diberi makan larva yang dirawat mancozeb (Rajah 5a). Analisis deskriptif mendedahkan kehadiran 28 genera dalam sampel kawalan dan yang dirawat mancozeb (Rajah 5b). c Analisis menggunakan penjujukan 18S tidak mendedahkan perbezaan yang ketara (Rajah Tambahan 2).
Profil SAV berdasarkan jujukan 16S telah dibandingkan dengan kekayaan Shannon dan kekayaan yang diperhatikan pada peringkat filum. (a) Analisis koordinat utama (PCoA) berdasarkan struktur komuniti mikrob keseluruhan dalam larva yang diberi makan debunga atau kawalan (biru) dan larva yang diberi makan mancozeb (jingga) yang tidak dirawat. Setiap titik data mewakili sampel yang berasingan. PCoA dikira menggunakan jarak Bray-Curtis bagi taburan t multivariat. Bujur mewakili tahap keyakinan 80%. (b) Plot kotak, data kekayaan Shannon mentah (titik) dan c. Kekayaan yang boleh diperhatikan. Plot kotak menunjukkan kotak untuk garis median, julat antara kuartil (IQR), dan 1.5 × IQR (n = 3).
Komposisi komuniti mikrob larva yang diberi makan debunga yang dirawat dan tidak dirawat mancozeb. (a) Kelimpahan relatif bacaan genera mikrob dalam larva. (b) Peta haba komuniti mikrob yang dikenal pasti. Delftia (nisbah odds (OR) = 0.67, P = 0.0030) dan Pseudomonas (OR = 0.3, P = 0.0074), Microbacterium (OR = 0.75, P = 0.0617) (OR = 1.5, P = 0.0060); Baris peta haba dikelompokkan menggunakan jarak korelasi dan purata ketersambungan.
Keputusan kami menunjukkan bahawa pendedahan oral kepada racun kulat sentuhan (mancozeb) dan sistemik (pyrostrobin dan trifloxystrobin), yang digunakan secara meluas semasa pembungaan, mengurangkan pertambahan berat badan dan meningkatkan kematian larva jagung dengan ketara. Di samping itu, mancozeb mengurangkan kepelbagaian dan kekayaan mikrobiom dengan ketara semasa peringkat prapupa. Myclobutanil, satu lagi racun kulat sistemik, mengurangkan pertambahan berat badan larva dengan ketara pada ketiga-tiga dos. Kesan ini jelas pada titik masa kedua (hari ke-5) dan ketiga (hari ke-8). Sebaliknya, cyprodinil dan captan tidak mengurangkan pertambahan berat badan atau kelangsungan hidup dengan ketara berbanding kumpulan kawalan. Setahu kami, kajian ini adalah yang pertama untuk menentukan kesan kadar ladang pelbagai racun kulat yang digunakan untuk melindungi tanaman jagung melalui pendedahan debunga langsung.
Semua rawatan racun kulat mengurangkan pertambahan berat badan dengan ketara berbanding rawatan kawalan. Mancozeb mempunyai kesan terbesar terhadap pertambahan berat badan larva dengan purata pengurangan sebanyak 51%, diikuti oleh piritiostrobin. Walau bagaimanapun, kajian lain tidak melaporkan kesan buruk dos medan racun kulat pada peringkat larva44. Walaupun biosida ditiokarbamat telah terbukti mempunyai ketoksikan akut yang rendah45, etilena bisditiokarbamat (EBDCS) seperti mancozeb boleh terdegradasi kepada urea etilena sulfida. Memandangkan kesan mutageniknya pada haiwan lain, produk degradasi ini mungkin bertanggungjawab terhadap kesan yang diperhatikan46,47. Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa pembentukan etilena tiourea dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu tinggi48, tahap kelembapan49 dan tempoh penyimpanan produk50. Keadaan penyimpanan yang betul untuk biosida boleh mengurangkan kesan sampingan ini. Di samping itu, Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah telah menyatakan kebimbangan tentang ketoksikan piritiopida, yang telah terbukti karsinogenik kepada sistem pencernaan haiwan lain51.
Pemberian mancozeb, pyrithiostrobin, dan trifloxystrobin secara oral meningkatkan kematian larva pengorek jagung. Sebaliknya, miklobutanil, siprosiklin dan kaptan tidak memberi kesan terhadap kematian. Keputusan ini berbeza daripada keputusan Ladurner et al.52, yang menunjukkan bahawa kaptan mengurangkan kemandirian O. lignaria dewasa dan Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) dengan ketara. Di samping itu, racun kulat seperti kaptan dan boskalid didapati menyebabkan kematian larva52,53,54 atau mengubah tingkah laku pemakanan55. Perubahan ini, seterusnya, boleh menjejaskan kualiti pemakanan debunga dan akhirnya perolehan tenaga peringkat larva. Kematian yang diperhatikan dalam kumpulan kawalan adalah konsisten dengan kajian lain 56,57.
Nisbah jantina yang disukai lelaki yang diperhatikan dalam kajian kami mungkin dijelaskan oleh faktor-faktor seperti mengawan yang tidak mencukupi dan keadaan cuaca yang buruk semasa berbunga, seperti yang dicadangkan sebelum ini untuk O. cornuta oleh Vicens dan Bosch. Walaupun betina dan jantan dalam kajian kami mempunyai empat hari untuk mengawan (tempoh yang biasanya dianggap mencukupi untuk mengawan yang berjaya), kami sengaja mengurangkan keamatan cahaya untuk meminimumkan tekanan. Walau bagaimanapun, pengubahsuaian ini mungkin secara tidak sengaja mengganggu proses mengawan61. Di samping itu, lebah mengalami cuaca buruk selama beberapa hari, termasuk hujan dan suhu rendah (<5°C), yang juga boleh memberi kesan negatif kepada kejayaan mengawan4,23.
Walaupun kajian kami tertumpu pada keseluruhan mikrobiom larva, hasil kami memberikan gambaran tentang potensi hubungan antara komuniti bakteria yang mungkin penting untuk pemakanan lebah dan pendedahan racun kulat. Contohnya, larva yang diberi debunga yang dirawat mancozeb mempunyai struktur dan kelimpahan komuniti mikrob yang berkurangan dengan ketara berbanding larva yang diberi debunga yang tidak dirawat. Dalam larva yang memakan debunga yang tidak dirawat, kumpulan bakteria Proteobacteria dan Actinobacteria adalah dominan dan kebanyakannya aerobik atau aerobik fakultatif. Bakteria Delft, biasanya dikaitkan dengan spesies lebah bersendirian, diketahui mempunyai aktiviti antibiotik, menunjukkan potensi peranan perlindungan terhadap patogen. Satu lagi spesies bakteria, Pseudomonas, banyak terdapat dalam larva yang diberi debunga yang tidak dirawat, tetapi berkurangan dengan ketara dalam larva yang dirawat mancozeb. Hasil kami menyokong kajian terdahulu yang mengenal pasti Pseudomonas sebagai salah satu genera yang paling banyak terdapat dalam O. bicornis35 dan tebuan bersendirian yang lain34. Walaupun bukti eksperimen untuk peranan Pseudomonas dalam kesihatan O. cornifrons belum dikaji, bakteria ini telah terbukti dapat menggalakkan sintesis toksin pelindung dalam kumbang Paederus fuscipes dan menggalakkan metabolisme arginin secara in vitro 35, 65. Pemerhatian ini menunjukkan peranan yang berpotensi dalam pertahanan virus dan bakteria semasa masa perkembangan larva O. cornifrons. Microbacterium adalah genus lain yang dikenal pasti dalam kajian kami yang dilaporkan terdapat dalam jumlah yang tinggi dalam larva lalat askar hitam di bawah keadaan kebuluran66. Dalam larva O. cornifrons, mikrobakteria boleh menyumbang kepada keseimbangan dan daya tahan mikrobiom usus di bawah keadaan tekanan. Selain itu, Rhodococcus terdapat dalam larva O. cornifrons dan dikenali kerana kebolehan detoksifikasinya67. Genus ini juga terdapat dalam usus A. florea, tetapi dalam kelimpahan yang sangat rendah68. Keputusan kami menunjukkan kehadiran pelbagai variasi genetik merentasi pelbagai taksa mikrob yang boleh mengubah proses metabolik dalam larva. Walau bagaimanapun, pemahaman yang lebih baik tentang kepelbagaian fungsi O. cornifrons diperlukan.
Secara ringkasnya, keputusan menunjukkan bahawa mancozeb, pyrithiostrobin, dan trifloxystrobin mengurangkan pertambahan berat badan dan peningkatan kematian larva pengorek jagung. Walaupun terdapat kebimbangan yang semakin meningkat tentang kesan racun kulat terhadap pendebunga, terdapat keperluan untuk lebih memahami kesan metabolit sisa sebatian ini. Keputusan ini boleh digabungkan ke dalam cadangan untuk program pengurusan pendebunga bersepadu yang membantu petani mengelakkan penggunaan racun kulat tertentu sebelum dan semasa pembungaan pokok buah-buahan dengan memilih racun kulat dan mengubah masa penggunaan, atau dengan menggalakkan penggunaan alternatif yang kurang berbahaya 36. Maklumat ini penting untuk membangunkan cadangan mengenai penggunaan racun perosak, seperti melaraskan program semburan sedia ada dan mengubah masa semburan semasa memilih racun kulat atau mempromosikan penggunaan alternatif yang kurang berbahaya. Kajian lanjut diperlukan tentang kesan buruk racun kulat terhadap nisbah jantina, tingkah laku pemakanan, mikrobiom usus, dan mekanisme molekul yang mendasari penurunan berat badan dan kematian pengorek jagung.
Data sumber 1, 2 dan 3 dalam Rajah 1 dan 2 telah disimpan dalam repositori data figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 dan https://doi.org/10.6084/m9. figshare.24996233. Urutan yang dianalisis dalam kajian semasa (Rajah 4, 5) tersedia dalam repositori NCBI SRA di bawah nombor aksesi PRJNA1023565.
Bosch, J. dan Kemp, WP Pembangunan dan pembentukan spesies lebah madu sebagai pendebunga tanaman pertanian: contoh genus Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) dan pokok buah-buahan. bull. Ntomore. sumber. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG dkk. Amalan pendebungaan dan persepsi pendebunga alternatif dalam kalangan penanam epal di New York dan Pennsylvania. kemas kini. Pertanian. sistem makanan. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL dan Ricketts TH Ekologi dan ekonomi pendebungaan badam menggunakan lebah asli. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., dan Park, Y.-L. Kesan perubahan iklim terhadap fenologi tragopan: implikasi untuk pengurusan populasi. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR dan Pitts-Singer, TL Kesan semburan racun kulat dan adjuvan terhadap tingkah laku bersarang dua lebah bersendirian yang diurus (Osmia lignaria dan Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. dkk. Racun kulat tanaman bertoksik rendah (fenbuconazole) mengganggu isyarat kualiti pembiakan jantan yang mengakibatkan kejayaan mengawan yang berkurangan dalam lebah liar yang bersendirian. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Racun serangga neonicotinoid dan biosintesis ergosterol menyekat kematian racun kulat sinergistik dalam tiga spesies lebah. Kawalan perosak. sains. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. dan Danforth BN Larva tebuan bersendirian mengubah kepelbagaian bakteria yang dibekalkan oleh debunga kepada lebah bersarang batang Osmia cornifrons (Megachilidae). hadapan. mikroorganisma. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN dan Steffan SA Mikroorganisma ektosimbiotik dalam debunga yang ditapai adalah sama pentingnya dengan perkembangan lebah bersendirian seperti debunga itu sendiri. ekologi. evolusi. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F dan Thalheimer M. Penanaman antara baris di dusun epal untuk mengawal penyakit pembenihan semula: kajian keberkesanan praktikal berdasarkan penunjuk mikrob. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG dan Peter KA Reput pahit epal di Atlantik Tengah Amerika Syarikat: penilaian spesies penyebab dan pengaruh keadaan cuaca serantau dan kerentanan kultivar. Fitopatologi 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. dan Stanley DA Racun kulat, racun herba dan lebah: kajian sistematik terhadap penyelidikan dan kaedah sedia ada. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED dan Jepson, PC Kesan sinergi racun kulat EBI dan racun serangga piretroid pada lebah madu (Apis mellifera). perosak sains. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE dan Peng, CY Kesan racun kulat terpilih terhadap pertumbuhan dan perkembangan larva lebah madu Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Rabu. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., dan McArt, S. Panduan Keputusan untuk Penggunaan Racun Perosak bagi Melindungi Pendebunga di Dusun Pokok (Universiti Cornell, 2018).
Iwasaki, JM dan Hogendoorn, K. Pendedahan lebah kepada bukan racun perosak: kajian semula kaedah dan keputusan yang dilaporkan. Pertanian. ekosistem. Rabu. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. dan Pitts-Singer TL Kesan jenis bekalan dan pendedahan racun perosak terhadap perkembangan larva Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Rabu. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM dan Pitts-Singer TL Laluan pendedahan racun perosak kepada lebah sarang kosong yang bersendirian. Rabu. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT dkk. Protokol bioassay pengambilan baharu untuk menilai ketoksikan racun perosak dalam lebah kebun Jepun dewasa (Osmia cornifrons). sains. Laporan 10, 9517 (2020).
Masa siaran: 14 Mei 2024