Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi sonuçlar için, tarayıcınızın daha yeni bir sürümünü kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu süre zarfında, desteğin devamlılığını sağlamak için siteyi stil veya JavaScript olmadan görüntülüyoruz.
Meyve ağaçlarının çiçeklenme döneminde sıklıkla kullanılan fungisitler, böcek tozlayıcıları tehdit edebilir. Bununla birlikte, arı olmayan tozlayıcıların (örneğin, yalnız arılar, Osmia cornifrons) çiçeklenme döneminde elmalarda yaygın olarak kullanılan temas ve sistemik fungisitlere nasıl tepki verdiği hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu bilgi eksikliği, fungisit püskürtmesinin güvenli konsantrasyonlarını ve zamanlamasını belirleyen düzenleyici kararları sınırlamaktadır. İki temas fungisitinin (kaptan ve mankozeb) ve dört ara katman/fitosistem fungisitinin (siprosiklin, miklobütanil, pirostrobin ve trifloksistrobin) etkilerini değerlendirdik. Larva ağırlık artışı, hayatta kalma oranı, cinsiyet oranı ve bakteri çeşitliliği üzerindeki etkiler incelendi. Değerlendirme, polenin şu anda saha kullanımı için önerilen doza (1X), yarım doza (0,5X) ve düşük doza (0,1X) göre üç dozda işlendiği kronik oral biyolojik test kullanılarak yapıldı. Mankozeb ve piritisolinin tüm dozları, vücut ağırlığını ve larva hayatta kalma oranını önemli ölçüde azalttı. Daha sonra, en yüksek ölüm oranına neden olan fungisit olan mancozeb'in larva bakterilerini karakterize etmek için 16S genini diziledik. Mancozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalarda bakteri çeşitliliğinin ve bolluğunun önemli ölçüde azaldığını bulduk. Laboratuvar sonuçlarımız, bu fungisitlerden bazılarının çiçeklenme döneminde 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 tozlayıcıları korumayı amaçlayan düzenleyici süreçler için temel oluşturmaktadır.
Tek başına yaşayan duvarcı arısı Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae), 1970'lerin sonlarında ve 1980'lerin başlarında Japonya'dan Amerika Birleşik Devletleri'ne getirilmiş ve o zamandan beri yönetilen ekosistemlerde önemli bir tozlayıcı rolü oynamıştır. Bu arının doğallaşmış popülasyonları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki badem ve elma bahçelerini tozlayan arıları tamamlayan yaklaşık 50 yabani arı türünün bir parçasıdır2,3. Duvarcı arıları, habitat parçalanması, patojenler ve pestisitler de dahil olmak üzere birçok zorlukla karşı karşıyadır3,4. Böcek ilaçları arasında, fungisitler enerji kazanımını, beslenmeyi5 ve vücut kondisyonunu6,7 azaltır. Son araştırmalar, duvarcı arılarının sağlığının doğrudan kommensal ve ektobaktik mikroorganizmalardan etkilendiğini öne sürse de8,9, bakteri ve mantarlar beslenmeyi ve bağışıklık tepkilerini etkileyebildiğinden, fungisit maruziyetinin duvarcı arılarının mikrobiyal çeşitliliği üzerindeki etkileri henüz incelenmeye başlanmıştır.
Elma uyuzu, acı çürüklük, kahverengi çürüklük ve külleme gibi hastalıkları tedavi etmek için çiçeklenmeden önce ve çiçeklenme sırasında meyve bahçelerine çeşitli etkilere sahip (temaslı ve sistemik) fungisitler püskürtülmektedir10,11. Fungisitler tozlayıcılar için zararsız kabul edildiğinden, çiçeklenme döneminde bahçıvanlara önerilmektedir; Bu fungisitlerin arılar tarafından maruz kalınması ve yutulması nispeten iyi bilinmektedir, çünkü bu durum ABD Çevre Koruma Ajansı ve diğer birçok ulusal düzenleyici kurum tarafından pestisit kayıt sürecinin bir parçasıdır12,13,14. Bununla birlikte, fungisitlerin arı olmayan canlılar üzerindeki etkileri daha az bilinmektedir, çünkü bunlar Amerika Birleşik Devletleri'ndeki pazarlama yetkilendirme anlaşmaları kapsamında zorunlu değildir15. Ayrıca, tek tek arıları test etmek için genellikle standartlaştırılmış protokoller bulunmamaktadır16,17 ve test için arı sağlayan kolonilerin bakımı zordur18. Avrupa ve ABD'de, pestisitlerin yabani arılar üzerindeki etkilerini incelemek için farklı yönetilen arılar üzerinde giderek artan sayıda deneme yapılmaktadır ve son zamanlarda O. cornifrons için standartlaştırılmış protokoller geliştirilmiştir19.
Boynuzlu arılar monositlerdir ve ticari olarak sazan yetiştiriciliğinde bal arılarının yerine veya tamamlayıcısı olarak kullanılırlar. Bu arılar Mart ve Nisan ayları arasında ortaya çıkarlar; erken gelişen erkekler dişilerden üç ila dört gün önce ortaya çıkarlar. Çiftleşmeden sonra dişi, tüp şeklindeki yuva boşluğunda (doğal veya yapay) bir dizi yavru hücresi oluşturmak için aktif olarak polen ve nektar toplar. Yumurtalar hücrelerin içindeki polen üzerine bırakılır; dişi daha sonra bir sonraki hücreyi hazırlamadan önce kilden bir duvar inşa eder. Birinci evre larvalar koryon içinde bulunur ve embriyonik sıvılarla beslenirler. İkinci evreden beşinci evreye (prepupa) kadar larvalar polenle beslenir. Polen kaynağı tamamen tükendiğinde, larvalar kozalar oluşturur, pupalaşır ve genellikle yaz sonlarında aynı yavru odasında yetişkin olarak ortaya çıkarlar. Yetişkinler ertesi bahar ortaya çıkar. Yetişkin hayatta kalma oranı, besin alımına bağlı olarak net enerji kazanımı (ağırlık artışı) ile ilişkilidir. Dolayısıyla polenin besin kalitesi, hava koşulları veya pestisitlere maruz kalma gibi diğer faktörlerle birlikte hayatta kalma ve sağlığın belirleyicileridir.24
Çiçeklenmeden önce uygulanan böcek ilaçları ve mantar ilaçları, bitki damar sisteminde değişen derecelerde hareket edebilir; bu hareket, translaminar (örneğin, bazı mantar ilaçları gibi yaprakların üst yüzeyinden alt yüzeyine geçebilme) 25'ten, köklerden taç kısmına nüfuz edebilen ve elma çiçeklerinin nektarına girebilen 26 ve burada yetişkin O. cornifrons'u öldürebilen 27 gerçek sistemik etkilere kadar uzanır. Bazı böcek ilaçları ayrıca polene sızarak mısır larvalarının gelişimini etkiler ve ölümlerine neden olur 19. Diğer çalışmalar, bazı mantar ilaçlarının ilgili tür olan O. lignaria'nın yuvalama davranışını önemli ölçüde değiştirebileceğini göstermiştir 28. Ek olarak, böcek ilacı maruziyeti senaryolarını (mantar ilaçları dahil) simüle eden laboratuvar ve saha çalışmaları, böcek ilaçlarının bal arılarının ve bazı yalnız arıların fizyolojisini 22, morfolojisini 29 ve hayatta kalma oranını olumsuz etkilediğini göstermiştir. Çiçeklenme sırasında açık çiçeklere doğrudan uygulanan çeşitli fungisit spreyler, larvaların gelişimi için yetişkinler tarafından toplanan polenleri kirletebilir ve bunun etkileri henüz araştırılmamıştır30.
Larva gelişiminin polen ve sindirim sisteminin mikrobiyal topluluklarından etkilendiği giderek daha fazla kabul görmektedir. Bal arısı mikrobiyomu, vücut kütlesi31, metabolik değişiklikler22 ve patojenlere duyarlılık32 gibi parametreleri etkiler. Önceki çalışmalar, yalnız yaşayan arıların mikrobiyomu üzerindeki gelişim evresi, besin maddeleri ve çevrenin etkisini incelemiştir. Bu çalışmalar, yalnız yaşayan arı türleri arasında larva ve polen mikrobiyomlarının yapısı ve bolluğunda33 benzerliklerin yanı sıra en yaygın bakteri cinsleri olan Pseudomonas ve Delftia'yı ortaya koymuştur. Bununla birlikte, fungisitler arı sağlığını koruma stratejileriyle ilişkilendirilmiş olsa da, fungisitlerin doğrudan ağız yoluyla maruz kalma yoluyla larva mikrobiyotası üzerindeki etkileri henüz araştırılmamıştır.
Bu çalışma, Amerika Birleşik Devletleri'nde ağaç meyvelerinde kullanım için kayıtlı altı yaygın olarak kullanılan fungisit ilacının gerçek dünya dozlarının etkilerini test etmiştir. Bu ilaçlar arasında, kontamine olmuş gıdalardan alınan mısır güvesi larvalarına ağız yoluyla uygulanan temas ve sistemik fungisitler de bulunmaktadır. Temas ve sistemik fungisitlerin arıların vücut ağırlığı artışını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını, en şiddetli etkilerin ise mankozeb ve piritiopid ile ilişkili olduğunu bulduk. Daha sonra, mankozeb ile işlem görmüş polen diyetiyle beslenen larvaların mikrobiyal çeşitliliğini, kontrol diyetiyle beslenen larvaların mikrobiyal çeşitliliğiyle karşılaştırdık. Ölüm oranının altında yatan potansiyel mekanizmaları ve entegre zararlı ve tozlayıcı yönetimi (IPPM)36 programları için çıkarımları tartışıyoruz.
Kış aylarını kozalarda geçiren yetişkin O. cornifrons bireyleri, Biglerville, PA'daki Meyve Araştırma Merkezi'nden temin edildi ve -3 ila 2°C (±0,3°C) sıcaklıkta saklandı. Deneyden önce (toplam 600 koza). Mayıs 2022'de, 100 O. cornifrons kozası günlük olarak plastik kaplara (kap başına 50 koza, DI 5 cm × 15 cm uzunluğunda) aktarıldı ve kapların içine, açılmayı teşvik etmek ve çiğnenebilir bir altlık sağlamak, taş arıları üzerindeki stresi azaltmak için mendiller yerleştirildi. Kapanmayı ve çiftleşmeyi sağlamak için, iki plastik kap (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Tayvan) %50 sakkaroz çözeltisi içeren 10 ml'lik yemliklerle birlikte bir böcek kafesine yerleştirildi ve dört gün boyunca saklandı. 23°C, bağıl nem %60, fotoperiyot 10 l (düşük yoğunluk): 14 gün. Elmaların en yoğun çiçeklenme döneminde, altı gün boyunca her sabah (günde 100 adet) iki yapay yuvaya 100 adet çiftleşmiş dişi ve erkek bırakıldı (tuzak yuva: genişlik 33,66 × yükseklik 30,48 × uzunluk 46,99 cm; Ek Şekil 1). Pensilvanya Eyalet Arboretumu'nda, 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), yerli elma ağacı 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus elma ağacı 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonya 'Freedom', Begonya 'Golden Delicious', Begonya 'Nova Spy' yakınında yer almaktadır. Her mavi plastik kuş evi, iki ahşap kutunun üzerine sığmaktadır. Her yuva kutusu, opak selofan tüplerin (0,7 OD) içine yerleştirilmiş 800 adet boş kraft kağıt tüpü (spiral şeklinde açık, 0,8 cm iç çap × 15 cm uzunluk) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) içeriyordu. Plastik tıkaçlar (T-1X tıkaçlar) yuvalama alanları sağlıyordu.
Her iki yuva kutusu da doğuya bakıyordu ve kemirgenlerin ve kuşların erişimini önlemek için yeşil plastik bahçe çiti (Everbilt model #889250EB12, açıklık boyutu 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) ile kaplanmış ve yuva kutularının yanındaki toprak yüzeyine yerleştirilmişti. Yuva kutusu (Ek Şekil 1a). Mısır kurdu yumurtaları, yuvalardan günlük olarak 30 tüp toplanarak laboratuvara taşınarak toplandı. Makas kullanarak tüpün ucunda bir kesik açın, ardından kuluçka hücrelerini ortaya çıkarmak için spiral tüpü sökün. Tek tek yumurtalar ve polenleri, kavisli bir spatula (Mikroslayt alet kiti, BioQuip Products Inc., Kaliforniya) kullanılarak çıkarıldı. Yumurtalar nemli filtre kağıdı üzerinde kuluçkaya yatırıldı ve deneylerimizde kullanılmadan önce 2 saat boyunca bir Petri kabına yerleştirildi (Ek Şekil 1b-d).
Laboratuvarda, elma çiçeklenmesinden önce ve çiçeklenme sırasında üç farklı konsantrasyonda (0,1X, 0,5X ve 1X; burada 1X, 100 galon su/dönüm başına uygulanan dozu ifade eder. Yüksek saha dozu = sahadaki konsantrasyon) uygulanan altı fungisitin oral toksisitesini değerlendirdik (Tablo 1). Her konsantrasyon 16 kez tekrarlandı (n = 16). İki temas fungisitinin (Tablo S1: mankozeb 2696,14 ppm ve kaptan 2875,88 ppm) ve dört sistemik fungisitin (Tablo S1: pirithiostrobin 250,14 ppm; trifloksistrobin 110,06 ppm; miklobütanil azol 75,12 ppm; siprodinil 280,845 ppm) meyve, sebze ve süs bitkilerine olan toksisitesi incelendi. Polenleri öğütücü kullanarak homojenleştirdik, 0,20 g'ı bir kuyuya (24 kuyulu Falcon Plakası) aktardık ve 1 mm derinliğinde kuyucuklara sahip piramidal polen oluşturmak için 1 μL fungisit çözeltisi ekleyip karıştırdık; yumurtalar bu kuyucuklara yerleştirildi. Yumurtaları mini bir spatula kullanarak yerleştirdik (Ek Şekil 1c,d). Falcon plakaları oda sıcaklığında (25°C) ve %70 bağıl nemde saklandı. Bunları, saf su ile işlem görmüş homojen bir polen diyetiyle beslenen kontrol larvalarıyla karşılaştırdık. Larvalar pupa öncesi yaşa ulaşana kadar her iki günde bir ölüm oranlarını kaydettik ve larva ağırlıklarını analitik bir terazi (Fisher Scientific, doğruluk = 0,0001 g) kullanarak ölçtük. Son olarak, 2,5 ay sonra kozayı açarak cinsiyet oranını değerlendirdik.
O. cornifrons larvalarının tamamından (her tedavi koşulu için n = 3, mankozeb ile muamele edilmiş ve muamele edilmemiş polen) DNA ekstrakte edildi ve bu örnekler üzerinde mikrobiyal çeşitlilik analizleri yapıldı, özellikle de mankozeb uygulamasında en yüksek ölüm oranının MnZn alan larvalarda gözlemlenmesi nedeniyle. DNA, DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kiti (Zymo Research, Irvine, CA) kullanılarak çoğaltıldı, saflaştırıldı ve v3 kiti kullanılarak Illumina® MiSeq™ üzerinde (600 döngü) dizilendi. Bakteriyel 16S ribozomal RNA genlerinin hedefli dizilemesi, 16S rRNA geninin V3-V4 bölgesini hedefleyen primerler kullanılarak Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) kullanılarak gerçekleştirildi. Ek olarak, %10 PhiX ilavesi kullanılarak 18S sekanslama yapıldı ve 18S001 ve NS4 primer çifti kullanılarak amplifikasyon gerçekleştirildi.
QIIME2 işlem hattı (v2022.11.1) kullanılarak eşleştirilmiş okumalar39 içe aktarıldı ve işlendi. Bu okumalar kırpıldı ve birleştirildi ve QIIME2'deki DADA2 eklentisi (qiime dada2 noise pairing)40 kullanılarak kimerik diziler kaldırıldı. 16S ve 18S sınıf atamaları, Classify-sklearn nesne sınıflandırıcı eklentisi ve önceden eğitilmiş silva-138-99-nb-classifier yapıtı 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 standartlaştırmada başarısız olduğu için, larvaların taze ağırlığı üzerindeki tedavi etkisini değerlendirmek üzere iki faktörlü [zaman (üç fazlı 2, 5 ve 8 günlük zaman noktaları) ve fungisit] parametrik olmayan iki yönlü ANOVA (Kruskal-Wallis) uyguladık, ardından Wilcoxon testi kullanılarak post hoc parametrik olmayan ikili karşılaştırmalar yapıldı. Üç fungisit konsantrasyonunda hayatta kalma üzerindeki fungisit etkilerini karşılaştırmak için Poisson dağılımlı genelleştirilmiş doğrusal model (GLM) kullandık41,42. Diferansiyel bolluk analizi için, amplikon sekans varyantlarının (ASV) sayısı cins düzeyinde birleştirildi. 16S (cins seviyesi) ve 18S göreceli bolluk kullanılarak gruplar arasındaki farklı bolluk karşılaştırmaları, konum, ölçek ve şekil için genelleştirilmiş eklemeli model (GAMLSS) ve beta sıfır şişirilmiş (BEZI) aile dağılımları kullanılarak gerçekleştirildi; bu dağılımlar Microbiome R43'te (v1.1) bir makro üzerinde modellendi. 1). Farklılık analizinden önce mitokondriyal ve kloroplast türleri çıkarıldı. 18S'nin farklı taksonomik seviyeleri nedeniyle, farklılık analizleri için her taksonun yalnızca en düşük seviyesi kullanıldı. Tüm istatistiksel analizler R (v. 3.4.3., CRAN projesi) (Team 2013) kullanılarak gerçekleştirildi.
Mankozeb, piritiostrobin ve trifloksistrobin maruziyeti, O. cornifrons'ta vücut ağırlığı artışını önemli ölçüde azalttı (Şekil 1). Bu etkiler, değerlendirilen üç dozun tamamında tutarlı bir şekilde gözlemlendi (Şekil 1a–c). Siklostrobin ve miklobütanil, larvaların ağırlığını önemli ölçüde azaltmadı.
Dört farklı diyet uygulaması (homojen polen yemi + fungisit: kontrol, 0,1X, 0,5X ve 1X dozları) altında üç zaman noktasında ölçülen gövde kurdu larvalarının ortalama taze ağırlığı. (a) Düşük doz (0,1X): birinci zaman noktası (1. gün): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, ikinci zaman noktası (5. gün): 22,83, DF = 0,0009; üçüncü zaman noktası (8. gün): χ2: 28,39, DF = 6; (b) yarı doz (0,5X): birinci zaman noktası (1. gün): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, ikinci zaman noktası (1. 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): birinci 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, ikili karşılaştırmaların ortalama ± standart hatasını 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, miklobütanil ile %48 ve pirithistrobin ile %46 oranında azalmıştır (Şekil 1a). Saha dozunun yarısına (0,5X) maruz bırakıldığında, mankozeb larvalarının vücut ağırlığı %86, pirithistrobin %52 ve trifloksistrobin %50 oranında azalmıştır (Şekil 1b). Mankozeb'in tam saha dozu (1X) larval ağırlığını %82, pirithistrobin %70 ve trifloksistrobin, miklobütanil ve sangard yaklaşık %30 oranında azaltmıştır (Şekil 1c).
Ölüm oranı, mankozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalarda en yüksek, ardından piritiyöstrobin ve trifloksistrobin ile beslenenlerde daha düşüktü. Ölüm oranı, mankozeb ve piritiyöstrobin dozlarının artmasıyla arttı (Şekil 2; Tablo 2). Bununla birlikte, mısır kurdu ölüm oranı, trifloksistrobin konsantrasyonlarının artmasıyla yalnızca hafifçe arttı; siprodinil ve kaptan, kontrol uygulamalarına kıyasla ölüm oranını önemli ölçüde artırmadı.
Altı farklı fungisit ile ayrı ayrı işlem görmüş polenlerin yutulmasından sonra mısır kurdu larvalarının ölüm oranları karşılaştırıldı. Mancozeb ve pentopyramide, mısır kurtçuklarının oral maruziyetine karşı daha hassastı (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (doğru, eğim = 0,29, P < 0,001; eğim = 0,24, P < 0,00)).
Ortalama olarak, tüm tedavilerde hastaların %39,05'i kadın ve %60,95'i erkekti. Kontrol tedavilerinde, kadın oranı hem düşük doz (0,1X) hem de yarı doz (0,5X) çalışmalarında %40, saha dozu (1X) çalışmalarında ise %30 idi. 0,1X dozunda, polenle beslenen ve mankozeb ve miklobütanil ile tedavi edilen 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 kontrollerde bu oran %31 idi (Şekil 3a). Dozun 0,5 katında, mankozeb ve piritiostrobin grubundaki yetişkin solucanların %33'ü dişi, trifloksistrobin grubunda %36'sı, miklobütanil grubunda %41'i ve siprostrobin grubunda %46'sı dişiydi. Bu oran kaptan grubunda %53 ve kontrol grubunda %38 idi (Şekil 3b). Dozun 1 katında ise mankozeb grubunun %30'u, piritiostrobin grubunun %36'sı, trifloksistrobin grubunun %44'ü, miklobütanil grubunun %38'i ve kontrol grubunun %50'si dişiydi (%38,5) (Şekil 3c).
Larva evresinde fungisit maruziyetinden sonra dişi ve erkek böceklerin yüzdesi. (a) Düşük doz (0,1X). (b) Yarım doz (0,5X). (c) Saha dozu veya tam doz (1X).
16S sekans analizi, mankozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalar ile işlem görmemiş polenle beslenen larvalar arasında bakteri grubunun farklı olduğunu gösterdi (Şekil 4a). İşlem görmemiş polenle beslenen larvaların mikrobiyal indeksi, mankozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalarınkinden daha yüksekti (Şekil 4b). Gruplar arasındaki zenginlikteki gözlemlenen fark istatistiksel olarak anlamlı olmasa da, işlem görmemiş polenle beslenen larvalar için gözlemlenenden önemli ölçüde daha düşüktü (Şekil 4c). Göreceli bolluk, kontrol poleniyle beslenen larvaların mikrobiyotasının, mankozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalarınkinden daha çeşitli olduğunu gösterdi (Şekil 5a). Tanımlayıcı analiz, kontrol ve mankozeb ile işlem görmüş örneklerde 28 cinsin varlığını ortaya koydu (Şekil 5b). 18S sekanslama kullanılarak yapılan analiz, anlamlı bir fark göstermedi (Ek Şekil 2).
16S sekanslarına dayalı SAV profilleri, Shannon zenginliği ve filum düzeyinde gözlemlenen zenginlikle karşılaştırıldı. (a) İşlem görmemiş polenle beslenen veya kontrol (mavi) ve mankozeb ile 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. Oval şekiller %80 güven düzeyini temsil eder. (b) Kutu grafiği, ham Shannon zenginlik verileri (noktalar) ve c. Gözlemlenebilir zenginlik. Kutu grafikleri, medyan çizgi, çeyrekler arası aralık (IQR) ve 1,5 × IQR (n = 3) için kutuları gösterir.
Mankozeb ile işlem görmüş ve işlem görmemiş polenle beslenen larvaların mikrobiyal topluluklarının bileşimi. (a) Larvalardaki mikrobiyal cinslerin göreceli 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.
Sonuçlarımız, çiçeklenme döneminde yaygın olarak kullanılan temaslı (mankozeb) ve sistemik (pirostrobin ve trifloksistrobin) fungisitlere oral maruz kalmanın, mısır larvalarının kilo alımını önemli ölçüde azalttığını ve ölüm oranını artırdığını göstermektedir. Ayrıca, mankozeb, pupa öncesi evrede mikrobiyomun çeşitliliğini ve zenginliğini önemli ölçüde azaltmıştır. Başka bir sistemik fungisit olan miklobütanil, her üç dozda da larvaların vücut ağırlığı artışını önemli ölçüde azaltmıştır. Bu etki, ikinci (5. gün) ve üçüncü (8. gün) zaman noktalarında belirgindi. Buna karşılık, siprodinil ve kaptan, kontrol grubuyla karşılaştırıldığında kilo alımını veya hayatta kalmayı önemli ölçüde azaltmamıştır. Bildiğimiz kadarıyla, bu çalışma, mısır mahsullerini doğrudan polen maruziyeti yoluyla korumak için kullanılan farklı fungisitlerin saha dozlarının etkilerini belirleyen ilk çalışmadır.
Tüm fungisit uygulamaları, kontrol uygulamalarına kıyasla vücut ağırlığı artışını önemli ölçüde azalttı. Mancozeb, ortalama %51'lik bir azalma ile larva vücut ağırlığı artışı üzerinde en büyük etkiye sahip oldu, bunu pirithiostrobin izledi. Bununla birlikte, diğer çalışmalar, fungisitlerin saha dozlarının larva aşamaları üzerinde olumsuz etkileri olduğunu bildirmemiştir44. Ditiyokarbamat biyositlerin düşük akut toksisiteye sahip olduğu gösterilmiş olsa da45, mancozeb gibi etilen bisditiyokarbamatlar (EBDC'ler) üre etilen sülfüre ayrışabilir. Diğer hayvanlarda mutajenik etkileri göz önüne alındığında, bu bozunma ürünü gözlemlenen etkilerden sorumlu olabilir46,47. Önceki çalışmalar, etilen tiyoüre oluşumunun yüksek sıcaklık48, nem seviyeleri49 ve ürün depolama süresi50 gibi faktörlerden etkilendiğini göstermiştir. Biyositler için uygun depolama koşulları bu yan etkileri azaltabilir. Ek olarak, Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi, diğer hayvanların sindirim sistemlerinde kanserojen olduğu gösterilen piritiyopidin toksisitesi konusunda endişelerini dile getirmiştir.51
Mankozeb, piritiostrobin ve trifloksistrobinin oral yolla uygulanması mısır kurdu larvalarının ölüm oranını artırmaktadır. Buna karşılık, miklobütanil, siprosiklin ve kaptanın ölüm oranı üzerinde hiçbir etkisi olmamıştır. Bu sonuçlar, kaptanın yetişkin O. lignaria ve Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae)'nin hayatta kalma oranını önemli ölçüde azalttığını gösteren Ladurner ve ark.52'nin sonuçlarından farklıdır. Ayrıca, kaptan ve boskalid gibi fungisitlerin larva ölümüne neden olduğu52,53,54 veya beslenme davranışını değiştirdiği55 bulunmuştur. Bu değişiklikler, polenin besin kalitesini ve nihayetinde larva evresinin enerji kazanımını etkileyebilir. Kontrol grubunda gözlemlenen ölüm oranı, diğer çalışmalarla tutarlıydı 56,57.
Çalışmamızda gözlemlenen erkek lehine olan cinsiyet oranı, daha önce Vicens ve Bosch tarafından O. cornuta için öne sürüldüğü gibi, yetersiz çiftleşme ve çiçeklenme dönemindeki kötü hava koşulları gibi faktörlerle açıklanabilir. Çalışmamızda dişi 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. Bununla birlikte, bu değişiklik istemeden çiftleşme sürecine müdahale edebilir61. Ayrıca, arılar yağmur ve düşük sıcaklıklar (<5°C) dahil olmak üzere birkaç gün boyunca olumsuz hava koşullarıyla karşılaşırlar 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 ilişkilere dair fikir vermektedir. Örneğin, mancozeb ile işlem görmüş polenle beslenen larvalarda, işlem görmemiş polenle beslenen larvalara kıyasla mikrobiyal topluluk yapısı ve bolluğu önemli ölçüde azalmıştır. İşlem görmemiş polen tüketen larvalarda, Proteobacteria ve Actinobacteria bakteri grupları baskın olup çoğunlukla aerobik veya fakültatif aerobiktir. Genellikle yalnız arı türleriyle ilişkilendirilen Delft bakterilerinin antibiyotik aktiviteye sahip olduğu bilinmektedir ve bu da patojenlere karşı potansiyel bir koruyucu rolü göstermektedir. Başka bir bakteri türü olan Pseudomonas, işlem görmemiş polenle beslenen larvalarda bol miktarda bulunurken, mancozeb ile işlem görmüş 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 sağlığındaki rolüne dair deneysel kanıtlar incelenmemiş olsa da, bu bakterinin Paederus fuscipes böceğinde koruyucu toksinlerin sentezini teşvik ettiği ve in vitro olarak arginin metabolizmasını desteklediği gösterilmiştir 35, 65. Bu gözlemler, O. cornifrons larvalarının gelişim süresi boyunca viral ve bakteriyel savunmada potansiyel bir rolü olduğunu düşündürmektedir. Çalışmamızda tanımlanan bir diğer cins olan Microbacterium, açlık koşulları altında kara asker sineği larvalarında yüksek sayılarda bulunduğu bildirilmiştir66. 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 ayrıca A. florea'nın bağırsaklarında da bulunur, ancak çok düşük miktarda68. Sonuçlarımız, larvalardaki metabolik süreçleri değiştirebilen çok sayıda mikrobiyal takson arasında birden fazla genetik varyasyonun varlığını göstermektedir. Ancak, O. cornifrons'un işlevsel çeşitliliğinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir.
Özetle, sonuçlar mancozeb, pirithiostrobin ve trifloxystrobin'in mısır kurdu larvalarının vücut ağırlığı artışını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını göstermektedir. Mantar ilaçlarının tozlayıcılar üzerindeki etkileri konusunda artan bir endişe olmasına rağmen, bu bileşiklerin kalıntı metabolitlerinin etkilerini daha iyi anlamaya ihtiyaç vardır. Bu sonuçlar, çiftçilerin meyve ağacı çiçeklenmesinden önce ve çiçeklenme sırasında belirli mantar ilaçlarının kullanımından kaçınmalarına yardımcı olan entegre tozlayıcı yönetim programları için önerilere dahil edilebilir; bu, mantar ilaçlarını seçerek ve uygulama zamanlamasını değiştirerek veya daha az zararlı alternatiflerin kullanımını teşvik ederek yapılabilir. Bu bilgiler, mantar ilacı seçimi veya daha az tehlikeli alternatiflerin kullanımının teşvik edilmesi gibi, mevcut püskürtme programlarını ayarlamak ve püskürtme zamanlamasını değiştirmek gibi pestisit kullanımıyla ilgili öneriler geliştirmek için önemlidir. Mantar ilaçlarının cinsiyet oranı, beslenme davranışı, bağırsak mikrobiyomu ve mısır kurdu kilo kaybı ve ölüm oranının altında yatan moleküler mekanizmalar üzerindeki olumsuz etkileri konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Şekil 1 ve 2'deki 1, 2 ve 3 numaralı kaynak veriler, figshare veri deposuna DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 ve https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233 adreslerinden yüklenmiştir. Bu çalışmada analiz edilen sekanslar (Şekil 4, 5), NCBI SRA deposunda PRJNA1023565 erişim numarası altında mevcuttur.
Bosch, J. ve Kemp, WP. Bal arısı türlerinin tarımsal ürünlerin tozlayıcısı olarak geliştirilmesi ve yerleştirilmesi: Osmia cinsi örneği. (Hymenoptera: Megachilidae) ve meyve ağaçları. Ntomore. kaynak bülteni 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. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR ve Pitts-Singer, TL Fungisit ve adjuvan spreylerinin iki yönetilen yalnız arı türünün (Osmia lignaria ve Megachile rotundata) yuvalama davranışı üzerindeki etkisi. PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. ve diğerleri. Düşük toksik etkili bir bitki fungisiti (fenbukonazol), erkek üreme kalitesi sinyallerine müdahale ederek yabani yalnız arılarda çiftleşme başarısının azalmasına neden olur. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. ve diğerleri. Neonicotinoid insektisitler ve ergosterol biyosentezi, üç arı türünde sinerjik fungisit kaynaklı ölümleri baskılar. Haşere kontrolü. Bilim. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF ve Danforth BN. Tek başına yaşayan yaban arısı larvaları, gövdeye yuva yapan arılar Osmia cornifrons'a (Megachilidae) polen yoluyla sağlanan bakteri çeşitliliğini değiştirir. front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN ve Steffan SA Fermente polendeki ektosimbiyotik mikroorganizmalar, yalnız arıların gelişimi için polenin kendisi kadar önemlidir. ekoloji. evrim. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F ve Thalheimer M. Elma bahçelerinde yeniden tohumlanma hastalıklarını kontrol etmek için sıra arasına dikim: mikrobiyal göstergelere dayalı pratik bir etkinlik çalışması. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG ve Peter KA Amerika Birleşik Devletleri'nin orta Atlantik bölgesinde elmalarda görülen acı çürüklük: etken türlerin değerlendirilmesi ve bölgesel hava koşullarının ve çeşit duyarlılığının etkisi. Phytopathology 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 piretroid insektisitlerin bal arıları (Apis mellifera) üzerindeki sinerjik etkileri. Zararlılar bilimi. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE ve Peng, CY Seçilmiş fungisitlerin bal arısı larvalarının (Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae)) büyüme 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 dışı 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 (Hymenoptera: Megachilidae) larvalarının gelişimine etkisi. Çarşamba. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM ve Pitts-Singer TL, Yalnız yaşayan boş yuva arılarında 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 test protokolü. Bilim. Raporlar 10, 9517 (2020).
Yayın tarihi: 14 Mayıs 2024