Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi sonuçlar için, tarayıcınızın daha yeni bir sürümünü kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteği sağlamak için siteyi stil veya JavaScript olmadan görüntülüyoruz.
Fungisitler genellikle meyve ağaçlarının çiçek açması sırasında kullanılır ve böcek polinatörlerini tehdit edebilir. Ancak, arı olmayan polinatörlerin (örneğin, yalnız arılar, Osmia cornifrons) çiçeklenme sırasında elmalarda yaygın olarak kullanılan temas ve sistemik fungisitlere nasıl tepki verdiği hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu bilgi boşluğu, güvenli konsantrasyonları ve fungisit püskürtme zamanlamasını belirleyen düzenleyici kararları sınırlar. İki temas fungisidinin (kaptan ve mankozeb) ve dört katman arası/bitki sistemi fungisitinin (siprosiklin, miklobutanil, pirostrobin ve trifloksistrobin) etkilerini değerlendirdik. Larval ağırlık artışı, sağkalım, cinsiyet oranı ve bakteri çeşitliliği üzerindeki etkiler. Değerlendirme, polenin şu anda önerilen saha kullanımı dozuna (1X), yarım doza (0,5X) ve düşük doza (0,1X) dayalı olarak üç dozda işlendiği kronik bir oral biyolojik deney kullanılarak yürütülmüştür. Mankozeb ve piritisolinin tüm dozları vücut ağırlığını ve larva sağkalımını önemli ölçüde azaltmıştır. Daha sonra en yüksek ölüm oranından sorumlu fungisit olan mancozeb'in larva bakteriomunu karakterize etmek için 16S genini diziledik. Mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalarda bakteri çeşitliliğinin ve bolluğunun önemli ölçüde azaldığını bulduk. Laboratuvar sonuçlarımız, çiçeklenme sırasında bu fungisitlerden bazılarının püskürtülmesinin O. cornifrons'un sağlığı için özellikle zararlı olduğunu göstermektedir. Bu bilgi, meyve ağacı koruma ürünlerinin sürdürülebilir kullanımıyla ilgili gelecekteki yönetim kararları için önemlidir ve polinatörleri korumayı amaçlayan düzenleyici süreçlerin temelini oluşturur.
Yalnız duvarcı arısı Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) 1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında Japonya'dan Amerika Birleşik Devletleri'ne getirildi ve tür o zamandan beri yönetilen ekosistemlerde önemli bir polinatör rolü oynadı. Bu arının doğal popülasyonları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki badem ve elma bahçelerini polinasyon eden arıları tamamlayan yaklaşık 50 yabani arı türünün bir parçasıdır2,3. Duvarcı arıları, habitat parçalanması, patojenler ve pestisitler3,4 dahil olmak üzere birçok zorlukla karşı karşıyadır. Böcek öldürücüler arasında mantar öldürücüler enerji kazanımını, yiyecek aramayı5 ve vücut kondisyonunu6,7 azaltır. Son araştırmalar, Mason arılarının sağlığının doğrudan komensal ve ektobatik mikroorganizmalardan etkilendiğini öne sürse de,8,9 çünkü bakteriler ve mantarlar beslenmeyi ve bağışıklık tepkilerini etkileyebilir, ancak mantar öldürücülere maruz kalmanın Mason arılarının mikrobiyal çeşitliliği üzerindeki etkileri yeni yeni incelenmeye başlanıyor.
Çeşitli etkilere sahip (temas ve sistemik) fungisitler, elma uyuz hastalığı, acı çürüklük, kahverengi çürüklük ve külleme gibi hastalıkları tedavi etmek için çiçeklenmeden önce ve çiçeklenme sırasında meyve bahçelerine püskürtülür10,11. Fungisitler polinatörler için zararsız kabul edilir, bu nedenle çiçeklenme döneminde bahçıvanlara önerilir; Bu fungisitlerin arılar tarafından maruz kalması ve yutulması nispeten iyi bilinmektedir, çünkü ABD Çevre Koruma Ajansı ve diğer birçok ulusal düzenleyici ajans tarafından pestisit kayıt sürecinin bir parçasıdır12,13,14. Ancak, fungisitlerin arı olmayanlar üzerindeki etkileri daha az bilinmektedir, çünkü bunlar Amerika Birleşik Devletleri'ndeki pazarlama yetkilendirme anlaşmaları kapsamında gerekli değildir15. Ayrıca, genellikle tek arıları test etmek için standartlaştırılmış protokoller yoktur16,17 ve test için arı sağlayan kolonileri sürdürmek zordur18. Yabani arılar üzerindeki pestisitlerin etkilerini incelemek için Avrupa ve ABD'de giderek daha fazla farklı yönetilen arı denemeleri yürütülmektedir ve son zamanlarda O. cornifrons için standartlaştırılmış protokoller geliştirilmiştir19.
Boynuzlu arılar monosittir ve ticari olarak sazan bitkilerinde bal arılarının takviyesi veya yerine kullanılır. Bu arılar Mart ve Nisan ayları arasında ortaya çıkar ve erken gelişmiş erkekler dişilerden üç ila dört gün önce ortaya çıkar. Çiftleşmeden sonra dişi, tüp şeklindeki yuva boşluğunda (doğal veya yapay) bir dizi yavru hücresi sağlamak için aktif olarak polen ve nektar toplar1,20. Yumurtalar hücrelerin içindeki polenlerin üzerine bırakılır; dişi daha sonra bir sonraki hücreyi hazırlamadan önce bir kil duvar inşa eder. Birinci instar larvaları koryon içinde tutulur ve embriyonik sıvılarla beslenir. İkinci ila beşinci instar (prepupa) arasında larvalar polenle beslenir22. Polen tedariki tamamen tükendiğinde larvalar koza oluşturur, pupa olur ve genellikle yaz sonlarında aynı yavru odasında yetişkin olarak ortaya çıkar20,23. Yetişkinler ertesi ilkbaharda ortaya çıkar. Yetişkinlerin hayatta kalması, yiyecek alımına dayalı net enerji kazanımı (kilo alımı) ile ilişkilidir. Dolayısıyla polenin besin kalitesi, hava koşulları veya pestisitlere maruz kalma gibi diğer faktörler hayatta kalma ve sağlık açısından belirleyici olmaktadır24.
Çiçeklenmeden önce uygulanan insektisitler ve fungisitler bitki damar sisteminde translaminar (örneğin, bazı fungisitler gibi yaprakların üst yüzeyinden alt yüzeyine hareket edebilir) 25'ten gerçek anlamda sistemik etkilere kadar değişen derecelerde hareket edebilir. Köklerden taç kısmına nüfuz edebilen bu ilaçlar elma çiçeklerinin nektarına girebilir26 ve burada yetişkin O. cornifrons'u öldürebilirler27. Bazı pestisitler polene de sızarak mısır larvalarının gelişimini etkileyerek ölümlerine neden olur19. Diğer çalışmalar bazı fungisitlerin ilgili tür O. lignaria'nın yuvalama davranışını önemli ölçüde değiştirebileceğini göstermiştir28. Ek olarak, pestisit maruziyeti senaryolarını (fungisitler dahil) simüle eden laboratuvar ve saha çalışmaları pestisitlerin bal arılarının ve bazı yalnız arıların fizyolojisini 22 morfolojisini 29 ve hayatta kalmasını olumsuz etkilediğini göstermiştir. Çiçeklenme döneminde doğrudan açık çiçeklere uygulanan çeşitli fungisit spreyler, larva gelişimi için yetişkinler tarafından toplanan polenleri kirletebilir, bunun etkileri henüz araştırılmamıştır30.
Larval gelişimin polen ve sindirim sisteminin mikrobiyal toplulukları tarafından etkilendiği giderek daha fazla kabul görmektedir. Bal arısı mikrobiyomu vücut kütlesi31, metabolik değişiklikler22 ve patojenlere duyarlılık32 gibi parametreleri etkiler. Önceki çalışmalar, gelişim aşamasının, besinlerin ve çevrenin yalnız arıların mikrobiyomu üzerindeki etkisini incelemiştir. Bu çalışmalar, yalnız arı türleri arasında larval ve polen mikrobiyomlarının33 ve en yaygın bakteri cinsleri olan Pseudomonas ve Delftia'nın yapısı ve bolluğunda benzerlikler ortaya koymuştur. Bununla birlikte, fungisitler arı sağlığını koruma stratejileriyle ilişkilendirilmiş olsa da, fungisitlerin doğrudan oral maruziyet yoluyla larval mikrobiyota üzerindeki etkileri henüz keşfedilmemiştir.
Bu çalışma, ABD'de ağaç meyvelerinde kullanılmak üzere kayıtlı altı yaygın kullanılan fungisitin gerçek dünya dozlarının etkilerini test etti. Bunlara, kontamine gıdalardan mısır boynuz kurdu larvalarına oral yoldan uygulanan temas ve sistemik fungisitler de dahildir. Temas ve sistemik fungisitlerin arı vücut ağırlığı kazanımını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını, en şiddetli etkilerin mancozeb ve piritiopid ile ilişkili olduğunu bulduk. Daha sonra mancozeb ile tedavi edilen polen diyetiyle beslenen larvaların mikrobiyal çeşitliliğini kontrol diyetiyle beslenen larvalarla karşılaştırdık. Ölüm oranının altında yatan olası mekanizmaları ve entegre zararlı ve polinatör yönetimi (IPPM)36 programları için çıkarımları tartışıyoruz.
Koza içinde kışlayan yetişkin O. cornifrons, Biglerville, PA'daki Meyve Araştırma Merkezi'nden temin edildi ve -3 ila 2 °C'de (±0,3 °C) saklandı. Deneyden önce (toplamda 600 koza). Mayıs 2022'de, 100 O. cornifrons kozası günlük olarak plastik kaplara aktarıldı (kap başına 50 koza, DI 5 cm × 15 cm uzunluğunda) ve açılmayı teşvik etmek ve çiğnenebilir bir substrat sağlamak için kapların içine ıslak mendiller yerleştirildi, bu da taş arılar üzerindeki stresi azalttı37. Koza içeren iki plastik kabı %50 sakaroz çözeltisi içeren 10 ml'lik besleyicilerle bir böcek kafesine (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tayvan) yerleştirin ve kapanmayı ve çiftleşmeyi sağlamak için dört gün saklayın. 23°C, bağıl nem %60, fotoperiyot 10 l (düşük yoğunluk): 14 gün. 100 çiftleşmiş dişi ve erkek, altı gün boyunca her sabah (günde 100) elma çiçeklenme döneminin zirvesinde iki yapay yuvaya bırakıldı (tuzak yuva: genişlik 33,66 × yükseklik 30,48 × uzunluk 46,99 cm; Ek Şekil 1). Pennsylvania Eyalet Arboretumu'na kiraz (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), şeftali (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), armut (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), coronaria elma ağacı (Malus coronaria) ve çok sayıda elma ağacı çeşidi (Malus coronaria, Malus), yerel elma ağacı 'Co-op 30' Enterprise™, Malus elma ağacı 'Co-Op 31' Winecrisp™, begonya 'Freedom', Begonya 'Golden Delicious', Begonya 'Nova Spy') yakınına yerleştirildi. Her mavi plastik kuş evi iki ahşap kutunun üstüne sığar. Her yuva kutusu, opak selofan tüplere (0,7 OD bkz. Plastik tıpalar (T-1X tıpalar) yuvalama alanları sağlar) yerleştirilmiş 800 adet boş kraft kağıt tüpü (spiral açık, 0,8 cm iç çap × 15 cm uzunluk) (Jonesville Kağıt Tüp Şirketi, Michigan) içeriyordu.
Her iki yuva kutusu da doğuya bakıyordu ve kemirgen ve kuşların erişimini engellemek için yeşil plastik bahçe çitiyle (Everbilt model #889250EB12, açıklık boyutu 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) örtülmüştü ve yuva kutusu toprak kutularının yanındaki toprak yüzeye yerleştirilmişti. Yuva kutusu (Ek Şekil 1a). Mısır kurdu yumurtaları, yuvalardan 30 tüp toplanarak ve laboratuvara taşınarak günlük olarak toplandı. Makas kullanarak tüpün ucunda bir kesim yapın, ardından yavru hücrelerini ortaya çıkarmak için spiral tüpü sökün. Tek tek yumurtalar ve polenleri kavisli bir spatula (Microslide araç seti, BioQuip Products Inc., California) kullanılarak çıkarıldı. Yumurtalar nemli filtre kağıdında inkübe edildi ve deneylerimizde kullanılmadan önce 2 saat boyunca bir Petri kabına yerleştirildi (Ek Şekil 1b-d).
Laboratuvarda, elma çiçeğinden önce ve çiçek açma döneminde üç konsantrasyonda (0,1X, 0,5X ve 1X, burada 1X 100 galon su/akre başına uygulanan işarettir. Yüksek tarla dozu = tarladaki konsantrasyon) uygulanan altı fungisitin oral toksisitesini değerlendirdik. , Tablo 1). Her konsantrasyon 16 kez tekrarlandı (n = 16). İki kontakt fungisitin (Tablo S1: mancozeb 2696,14 ppm ve captan 2875,88 ppm) ve dört sistemik fungisitin (Tablo S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myclobutanil azol 75,12 ppm; siprodinil 280,845 ppm) meyve, sebze ve süs bitkilerine toksisitesi. Polenleri bir öğütücü kullanarak homojenleştirdik, 0,20 g'ını bir kuyuya (24-kuyucuklu Falcon Plakası) aktardık ve yumurtaların yerleştirildiği 1 mm derinliğindeki kuyularla piramitsel polen oluşturmak için 1 μL fungisit çözeltisi ekledik ve karıştırdık. Mini bir spatula kullanarak yerleştirin (Ek Şekil 1c, d). Falcon plakaları oda sıcaklığında (25 °C) ve %70 bağıl nemde saklandı. Bunları saf suyla muamele edilmiş homojen polen diyetiyle beslenen kontrol larvalarıyla karşılaştırdık. Ölüm oranını kaydettik ve larvalar prepupal yaşa ulaşana kadar her iki günde bir larva ağırlığını analitik bir terazi kullanarak ölçtük (Fisher Scientific, doğruluk = 0,0001 g). Son olarak, cinsiyet oranı 2,5 ay sonra koza açılarak değerlendirildi.
DNA tüm O. cornifrons larvalarından (tedavi koşulu başına n = 3, mankozeb ile muamele edilmiş ve muamele edilmemiş polen) çıkarıldı ve özellikle mankozebde en yüksek ölüm oranının MnZn alan larvalarda gözlemlenmesi nedeniyle bu örneklerde mikrobiyal çeşitlilik analizleri gerçekleştirdik. DNA çoğaltıldı, DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kiti (Zymo Research, Irvine, CA) kullanılarak saflaştırıldı ve v3 kiti kullanılarak bir Illumina® MiSeq™ üzerinde dizilendi (600 döngü). Bakteriyel 16S ribozomal RNA genlerinin hedeflenen dizilenmesi, 16S rRNA geninin V3-V4 bölgesini hedefleyen primerler kullanılarak Quick-16S™ NGS Kütüphane Hazırlık Kiti (Zymo Research, Irvine, CA) kullanılarak gerçekleştirildi. Ayrıca, %10 PhiX inklüzyonu kullanılarak 18S dizilemesi yapıldı ve amplifikasyon 18S001 ve NS4 primer çifti kullanılarak gerçekleştirildi.
QIIME2 boru hattını (v2022.11.1) kullanarak eşleştirilmiş okumaları39 içe aktarın ve işleyin. Bu okumalar kırpıldı ve birleştirildi ve QIIME2'deki DADA2 eklentisi kullanılarak kimerik diziler kaldırıldı (qiime dada2 gürültü eşleştirmesi)40. 16S ve 18S sınıf atamaları nesne sınıflandırıcı eklentisi Classify-sklearn ve önceden eğitilmiş eser silva-138-99-nb-sınıflandırıcı kullanılarak gerçekleştirildi.
Tüm deneysel veriler normallik (Shapiro-Wilks) ve varyansların homojenliği (Levene testi) açısından kontrol edildi. Veri seti parametrik analizin varsayımlarını karşılamadığı ve dönüşüm artıkları standardize edemediği için, larval taze ağırlık üzerindeki tedavi etkisini değerlendirmek için iki faktörlü [zaman (üç fazlı 2, 5 ve 8 günlük zaman noktaları) ve fungisit] parametrik olmayan iki yönlü ANOVA (Kruskal-Wallis) gerçekleştirdik, ardından Wilcoxon testi kullanılarak post hoc parametrik olmayan çiftler halinde karşılaştırmalar yapıldı. Fungisitlerin üç fungisit konsantrasyonunda hayatta kalma üzerindeki etkilerini karşılaştırmak için Poisson dağılımına sahip genelleştirilmiş doğrusal bir model (GLM) kullandık41,42. Farklı bolluk analizi için, amplikon dizisi varyantlarının (ASV'ler) sayısı cins düzeyinde daraltıldı. 16S (cins düzeyi) ve 18S göreli bolluğunu kullanarak gruplar arasındaki diferansiyel bolluğun karşılaştırmaları, makro . Mikrobiyom R43'te (v1.1) modellenen beta sıfır şişirilmiş (BEZI) aile dağılımlarıyla pozisyon, ölçek ve şekil için genelleştirilmiş katkısal model (GAMLSS) kullanılarak gerçekleştirildi. 1). Diferansiyel analizden önce mitokondriyal ve kloroplast türlerini çıkarın. 18S'nin farklı taksonomik seviyeleri nedeniyle, diferansiyel analizler için her taksonun yalnızca en düşük seviyesi kullanıldı. Tüm istatistiksel analizler R (v. 3.4.3., CRAN projesi) (Team 2013) kullanılarak gerçekleştirildi.
Mancozeb, pyrithiostrobin ve trifloxystrobin'e maruz kalma, O. cornifrons'ta vücut ağırlığı kazanımını önemli ölçüde azalttı (Şekil 1). Bu etkiler, değerlendirilen üç dozun hepsinde tutarlı bir şekilde gözlendi (Şekil 1a–c). Siklostrobin ve miklobutanil, larvaların ağırlığını önemli ölçüde azaltmadı.
Dört diyet uygulaması (homojen polen yemi + fungisit: kontrol, 0,1X, 0,5X ve 1X dozlar) altında üç zaman noktasında ölçülen sap kurdu larvalarının ortalama taze ağırlığı. (a) Düşük doz (0,1X): ilk zaman noktası (1. gün): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, ikinci zaman noktası (5. gün): 22,83, DF = 0,0009; üçüncü zaman; nokta (8. gün): χ2: 28,39, DF = 6; (b) yarım doz (0,5X): ilk zaman noktası (1. gün): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, ikinci zaman noktası (birinci gün). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; üçüncü zaman noktası (8. gün) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Bölge veya tam doz (1X): ilk zaman noktası (1. gün) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, ikinci zaman noktası (5. gün): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; üçüncü zaman noktası (8. gün): χ2: 28,39, DF = 6; parametrik olmayan varyans analizi. Çubuklar, çiftler arası karşılaştırmaların ortalamasını ± SE'yi temsil eder (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
En düşük dozda (0.1X), larval vücut ağırlığı trifloksistrobin ile %60, mankozeb ile %49, miklobutanil ile %48 ve pritistrobin ile %46 oranında azaldı (Şekil 1a). Saha dozunun yarısına (0.5X) maruz bırakıldığında, mankozeb larvalarının vücut ağırlığı %86, piritiostrobin %52 ve trifloksistrobin %50 oranında azaldı (Şekil 1b). Mankozeb'in tam saha dozu (1X) larval ağırlığı %82, piritiostrobin %70 ve trifloksistrobin, miklobutanil ve sangard'ı yaklaşık %30 oranında azalttı (Şekil 1c).
Ölüm oranı mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalarda en yüksekti, bunu piritiostrobin ve trifloksistrobin takip etti. Ölüm oranı mancozeb ve piritisolin dozlarının artmasıyla arttı (Şekil 2; Tablo 2). Ancak mısır kurdu ölüm oranı trifloksistrobin konsantrasyonları arttıkça sadece hafifçe arttı; siprodinil ve kaptan kontrol uygulamalarıyla karşılaştırıldığında ölüm oranını önemli ölçüde artırmadı.
Polenlerin ayrı ayrı altı farklı fungisit ile muamele edilmesinden sonra, böcek sineği larvalarının ölüm oranı karşılaştırıldı. Mancozeb ve pentopiramid mısır kurtçuklarına oral maruziyete karşı daha hassastı (GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (çizgi, eğim = 0.29, P < 0.001; eğim = 0.24, P < 0.00)).
Ortalama olarak, tüm tedaviler arasında hastaların %39,05'i kadın ve %60,95'i erkekti. Kontrol tedavileri arasında, düşük doz (0,1X) ve yarım doz (0,5X) çalışmalarında kadınların oranı %40 ve saha dozu (1X) çalışmalarında %30 idi. 0,1X dozda, mankozeb ve miklobutanil ile tedavi edilen polenle beslenen larvalar arasında yetişkinlerin %33,33'ü dişi, yetişkinlerin %22'si dişi, yetişkin larvaların %44'ü dişi, yetişkin larvaların %44'ü dişi, yetişkin larvaların %41'i dişi ve kontroller %31 idi (Şekil 3a). Dozun 0,5 katında, mancozeb ve pyrithiostrobin grubundaki yetişkin kurtların %33'ü dişi, trifloxystrobin grubunda %36, miklobutanil grubunda %41 ve siprostrobin grubunda %46 idi. Bu rakam captan grubunda %53 ve kontrol grubunda %38 idi (Şekil 3b). 1X dozda, mancozeb grubunun %30'u kadındı, pyrithiostrobin grubunun %36'sı, trifloxystrobin grubunun %44'ü, miklobutanil grubunun %38'i, kontrol grubunun %50'si kadındı - %38,5 (Şekil 3c).
Larval evre fungisit maruziyetinden sonra dişi ve erkek böcek yüzdesi. (a) Düşük doz (0,1X). (b) Yarım doz (0,5X). (c) Saha dozu veya tam doz (1X).
16S dizi analizi, mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalar ile muamele edilmemiş polenle beslenen larvalar arasında bakteri grubunun farklı olduğunu gösterdi (Şekil 4a). Polenle beslenen muamele edilmemiş larvaların mikrobiyal indeksi, mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalarınkinden daha yüksekti (Şekil 4b). Gruplar arasında gözlenen zenginlik farkı istatistiksel olarak anlamlı olmasa da, muamele edilmemiş polenle beslenen larvalarda gözlenen farktan önemli ölçüde düşüktü (Şekil 4c). Göreceli bolluk, kontrol poleniyle beslenen larvaların mikrobiyotasının mancozeb ile muamele edilmiş larvalarla beslenen larvalarınkinden daha çeşitli olduğunu gösterdi (Şekil 5a). Tanımlayıcı analiz, kontrol ve mancozeb ile muamele edilmiş örneklerde 28 cinsin varlığını ortaya koydu (Şekil 5b). c 18S dizilemesi kullanılarak yapılan analiz, önemli bir fark ortaya koymadı (Ek Şekil 2).
16S dizilerine dayalı SAV profilleri Shannon zenginliği ve şube düzeyinde gözlenen zenginlikle karşılaştırıldı. (a) İşlenmemiş polenle beslenen veya kontrol (mavi) ve mankozeble beslenen larvalardaki (turuncu) genel mikrobiyal topluluk yapısına dayalı temel koordinat analizi (PCoA). Her veri noktası ayrı bir örneği temsil eder. PCoA, çok değişkenli t dağılımının Bray-Curtis mesafesi kullanılarak hesaplandı. Ovaller %80 güven düzeyini temsil eder. (b) Kutu grafiği, ham Shannon zenginliği verileri (noktalar) ve c. Gözlemlenebilir zenginlik. Kutu grafikleri medyan çizgisi, çeyreklik aralık (IQR) ve 1,5 × IQR (n = 3) için kutuları gösterir.
Mankozeb ile muamele edilmiş ve muamele edilmemiş polenle beslenen larvaların mikrobiyal topluluklarının bileşimi. (a) Larvalarda mikrobiyal cinslerin göreli bolluğu. (b) Tanımlanan mikrobiyal toplulukların ısı haritası. Delftia (olasılık oranı (OR) = 0,67, P = 0,0030) ve Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Isı haritası satırları korelasyon mesafesi ve ortalama bağlantı kullanılarak kümelenmiştir.
Bulgularımız, çiçeklenme döneminde yaygın olarak uygulanan temas (mankozeb) ve sistemik (pirostrobin ve trifloksistrobin) fungisitlere oral maruziyetin, mısır larvalarının ağırlık kazanımını önemli ölçüde azalttığını ve ölüm oranını artırdığını göstermektedir. Ek olarak, mankozeb, prepupal aşamada mikrobiyomun çeşitliliğini ve zenginliğini önemli ölçüde azaltmıştır. Başka bir sistemik fungisit olan miklobutanil, her üç dozda da larval vücut ağırlığı kazanımını önemli ölçüde azaltmıştır. Bu etki, ikinci (5. gün) ve üçüncü (8. gün) zaman noktalarında belirgindi. Buna karşılık, siprodinil ve kaptan, kontrol grubuyla karşılaştırıldığında ağırlık kazanımını veya sağkalımı önemli ölçüde azaltmamıştır. Bilgimize göre, bu çalışma, mısır mahsullerini doğrudan polen maruziyeti yoluyla korumak için kullanılan farklı fungisitlerin tarla oranlarının etkilerini belirleyen ilk çalışmadır.
Tüm fungisit uygulamaları, kontrol uygulamalarına kıyasla vücut ağırlığı kazanımını önemli ölçüde azalttı. Mancozeb, larva vücut ağırlığı kazanımında ortalama %51'lik bir azalma ile en büyük etkiye sahipti, bunu piritionstrobin izledi. Ancak, diğer çalışmalarda fungisitlerin saha dozlarının larval evreler üzerinde olumsuz etkileri bildirilmemiştir44. Ditiyokarbamat biyositlerinin düşük akut toksisiteye sahip olduğu gösterilmiş olsa da45, mancozeb gibi etilen bisditiyokarbamatlar (EBDCS) üre etilen sülfüre parçalanabilir. Diğer hayvanlardaki mutajenik etkileri göz önüne alındığında, bu bozunma ürünü gözlemlenen etkilerden sorumlu olabilir46,47. Önceki çalışmalar, etilen tiyoüre oluşumunun yüksek sıcaklık48, nem seviyeleri49 ve ürünün depolanma süresi50 gibi faktörlerden etkilendiğini göstermiştir. Biyositler için uygun depolama koşulları bu yan etkileri hafifletebilir. Ayrıca Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi, diğer hayvanların sindirim sistemleri için kanserojen olduğu gösterilen piritiopidin toksisitesi konusunda endişelerini dile getirmiştir51.
Mancozeb, pyrithiostrobin ve trifloxystrobin'in oral yoldan verilmesi mısır kurdu larvalarının ölüm oranını artırır. Buna karşılık, miklobutanil, siprosiklin ve captanın ölüm oranı üzerinde hiçbir etkisi olmamıştır. Bu sonuçlar, captanın yetişkin O. lignaria ve Apis mellifera L.'nin (Hymenoptera, Apisidae) hayatta kalma oranını önemli ölçüde azalttığını gösteren Ladurner ve ark.'nın52 sonuçlarından farklıdır. Ek olarak, captan ve boscalid gibi fungisitlerin larval ölüm oranına52,53,54 neden olduğu veya beslenme davranışını değiştirdiği bulunmuştur55. Bu değişiklikler, polenin besin kalitesini ve nihayetinde larval evredeki enerji kazanımını etkileyebilir. Kontrol grubunda gözlemlenen ölüm oranı diğer çalışmalarla tutarlıydı56,57.
Çalışmamızda gözlemlenen erkek lehine cinsiyet oranı, daha önce Vicens ve Bosch tarafından O. cornuta için önerildiği gibi, çiçeklenme sırasında yetersiz çiftleşme ve kötü hava koşulları gibi faktörlerle açıklanabilir. Çalışmamızdaki dişiler ve erkeklerin çiftleşmek için dört günü olmasına rağmen (genellikle başarılı çiftleşme için yeterli kabul edilen bir süre), stresi en aza indirmek için ışık yoğunluğunu kasıtlı olarak azalttık. Ancak, bu değişiklik çiftleşme sürecine istemeden müdahale edebilir61. Ayrıca, arılar yağmur ve düşük sıcaklıklar (<5°C) dahil olmak üzere birkaç gün olumsuz hava koşulları yaşarlar ve bu da çiftleşme başarısını olumsuz etkileyebilir4,23.
Çalışmamız tüm larva mikrobiyomuna odaklanmış olsa da, sonuçlarımız arı beslenmesi ve fungisit maruziyeti için kritik olabilecek bakteri toplulukları arasındaki potansiyel ilişkiler hakkında fikir vermektedir. Örneğin, mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalar, muamele edilmemiş polenle beslenen larvalara kıyasla mikrobiyal topluluk yapısını ve bolluğunu önemli ölçüde azaltmıştır. Muamele edilmemiş polen tüketen larvalarda, Proteobacteria ve Actinobacteria bakteri grupları baskındı ve baskın olarak aerobik veya fakültatif aerobikti. Genellikle yalnız arı türleriyle ilişkili olan Delft bakterilerinin antibiyotik aktivitesi olduğu bilinmektedir ve bu da patojenlere karşı potansiyel bir koruyucu rol oynadığını göstermektedir. Başka bir bakteri türü olan Pseudomonas, muamele edilmemiş polenle beslenen larvalarda bol miktarda bulunurken, mancozeb ile muamele edilmiş larvalarda önemli ölçüde azalmıştır. Sonuçlarımız, Pseudomonas'ı O. bicornis35 ve diğer yalnız yaban arılarında34 en bol bulunan cinslerden biri olarak tanımlayan önceki çalışmaları desteklemektedir. Pseudomonas'ın O. cornifrons'un sağlığı üzerindeki rolüne dair deneysel kanıtlar incelenmemiş olsa da, bu bakterinin Paederus fuscipes böceğinde koruyucu toksinlerin sentezini desteklediği ve in vitro arginin metabolizmasını desteklediği gösterilmiştir 35, 65. Bu gözlemler, O. cornifrons larvalarının gelişim zamanı boyunca viral ve bakteriyel savunmada potansiyel bir rol oynadığını göstermektedir. Microbacterium, açlık koşulları altında kara asker sineği larvalarında yüksek sayılarda bulunduğu bildirilen çalışmamızda tanımlanan bir diğer cinstir66. O. cornifrons larvalarında, mikrobakteriler stres koşulları altında bağırsak mikrobiyomunun dengesine ve dayanıklılığına katkıda bulunabilir. Ek olarak, Rhodococcus, O. cornifrons larvalarında bulunur ve detoksifikasyon yetenekleriyle bilinir67. Bu cins, A. florea'nın bağırsağında da bulunur, ancak çok düşük miktarda bulunur68. Sonuçlarımız, larvalarda metabolik süreçleri değiştirebilen çok sayıda mikrobiyal taksonda çoklu genetik varyasyonların varlığını göstermektedir. Ancak O. cornifrons’un işlevsel çeşitliliğinin daha iyi anlaşılmasına ihtiyaç vardır.
Özetle, sonuçlar mankozeb, piritiyostrobin ve trifloksistrobinin mısır kurdu larvalarının vücut ağırlığı kazanımını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını göstermektedir. Fungisitlerin polinatörler üzerindeki etkileri konusunda artan bir endişe olmasına rağmen, bu bileşiklerin kalıntı metabolitlerinin etkilerinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir. Bu sonuçlar, çiftçilerin meyve ağacı çiçeklenmesinden önce ve çiçeklenme sırasında belirli fungisitleri kullanmaktan kaçınmalarına yardımcı olan entegre polinatör yönetim programlarına yönelik önerilere dahil edilebilir; fungisitleri seçerek ve uygulama zamanlamasını değiştirerek veya daha az zararlı alternatiflerin kullanımını teşvik ederek 36. Bu bilgi, pestisit kullanımıyla ilgili öneriler geliştirmek için önemlidir; örneğin, fungisitleri seçerken mevcut püskürtme programlarını ayarlamak ve püskürtme zamanlamasını değiştirmek veya daha az tehlikeli alternatiflerin kullanımını teşvik etmek gibi. Fungisitlerin cinsiyet oranı, beslenme davranışı, bağırsak mikrobiyomu ve mısır kurdu kilo kaybı ve ölüm oranının altında yatan moleküler mekanizmalar üzerindeki olumsuz etkileri hakkında daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Şekil 1 ve 2'deki kaynak veri 1, 2 ve 3, figshare veri deposuna DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 ve https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233 olarak kaydedilmiştir. Mevcut çalışmada analiz edilen diziler (Şekil 4, 5) NCBI SRA deposunda PRJNA1023565 erişim numarası altında mevcuttur.
Bosch, J. ve Kemp, WP Tarımsal ürünlerin polinatörleri olarak bal arısı türlerinin gelişimi ve yerleşmesi: Osmia cinsinin (Hymenoptera: Megachilidae) ve meyve ağaçlarının örneği. boğa. Ntomore. kaynak. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG ve diğerleri. New York ve Pensilvanya'daki elma yetiştiricileri arasında tozlaşma uygulamaları ve alternatif tozlayıcılara ilişkin algılar. güncelleme. Tarım. gıda sistemleri. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL ve Ricketts TH Yerli arılar kullanılarak badem tozlaşmasının ekolojisi ve ekonomisi. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. ve Park, Y.-L. İklim değişikliğinin tragopan fenolojisi üzerindeki etkileri: popülasyon yönetimi için çıkarımlar. Tırmanış. Değişim 150, 305–317 (2018).
Artz, DR ve Pitts-Singer, TL İki yönetilen yalnız arının (Osmia lignaria ve Megachile rotundata) yuvalama davranışı üzerinde fungisit ve adjuvan spreylerinin etkisi. PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. ve diğerleri. Düşük toksik bir bitki fungisiti (fenbukonazol), yabani yalnız arılarda çiftleşme başarısının azalmasına neden olan erkek üreme kalitesi sinyallerini engeller. J. Apps. ekoloji. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. ve diğerleri. Neonikotinoid insektisitler ve ergosterol biyosentezi, üç arı türünde sinerjik fungisit ölüm oranını baskılar. Haşere kontrolü. bilim. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. ve Danforth BN. Yalnız yaban arısı larvaları, polenle gövdede yuvalayan arılara (Osmia cornifrons (Megachilidae)) sağlanan bakteriyel çeşitliliği değiştirir. ön. mikroorganizma. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN ve Steffan SA Fermente polendeki ektosimbiyotik mikroorganizmalar, polenin kendisi kadar yalnız arıların gelişimi için önemlidir. ekoloji. evrim. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F ve Thalheimer M. Elma bahçelerinde yeniden tohumlama hastalıklarını kontrol etmek için sıra arası ekim: mikrobiyal göstergelere dayalı pratik bir etkinlik çalışması. Bitki Toprağı 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG ve Peter KA Orta Atlantik Amerika Birleşik Devletleri'ndeki elmalarda acı çürüklük: nedensel türlerin değerlendirilmesi ve bölgesel hava koşullarının ve çeşit duyarlılığının etkisi. Fitopatoloji 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK. ve Stanley DA Fungisitler, herbisitler ve arılar: mevcut araştırma ve yöntemlerin sistematik bir incelemesi. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED ve Jepson, PC EBI fungisitlerinin ve piretrin böcek öldürücülerinin bal arıları (Apis mellifera) üzerindeki sinerjik etkileri. zararlılar bilimi. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE ve Peng, CY Seçilmiş fungisitlerin bal arısı larvaları Apis mellifera L.'nin (Hymenoptera: Apidae) büyümesi ve gelişimi üzerindeki etkisi. Çarşamba. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. ve McArt, S. Ağaç Bahçelerinde Tozlayıcıları Korumak İçin Pestisit Kullanımına İlişkin Karar Kılavuzu (Cornell Üniversitesi, 2018).
Iwasaki, JM ve Hogendoorn, K. Arıların pestisit olmayan maddelere maruz kalması: yöntemlerin ve bildirilen sonuçların bir incelemesi. Tarım. ekosistem. Çarşamba. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. ve Pitts-Singer TL Tedarik türü ve pestisit maruziyetinin Osmia lignaria'nın (Hymenoptera: Megachilidae) larval gelişimi üzerindeki etkisi. Çarşamba. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM ve Pitts-Singer TL Yalnız boş yuva arılarının pestisit maruziyetinin yolları. Çarşamba. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT ve diğerleri. Yetişkin Japon bahçe arılarında (Osmia cornifrons) pestisit toksisitesini değerlendirmek için yeni bir yutma biyolojik deney protokolü. bilim. Raporlar 10, 9517 (2020).
Yayınlanma zamanı: 14-May-2024