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 Modu'nu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli destek sağlamak için siteyi stil veya JavaScript olmadan görüntülüyoruz.
Fungisitler genellikle meyve ağaçlarının çiçeklenme döneminde kullanılır ve böcek polinatörlerini tehdit edebilir. Ancak, arı olmayan polinatörlerin (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 boşluğu, güvenli konsantrasyonları ve fungisit püskürtme zamanlamasını belirleyen düzenleyici kararları sınırlar. İki temas fungisidi (kaptan ve mankozeb) ve dört ara katman/fitosistem fungisidinin (siprosiklin, miklobutanil, pirostrobin ve trifloksistrobin) etkilerini değerlendirdik. Larval ağırlık artışı, sağkalım, cinsiyet oranı ve bakteri çeşitliliği üzerindeki etkiler. Değerlendirme, polenin şu anda önerilen tarla 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 mankozeb'in larva bakteriomunu karakterize etmek için 16S genini diziledik. Mankozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalarda bakteri çeşitliliği ve bolluğunun önemli ölçüde azaldığını tespit ettik. Laboratuvar sonuçlarımız, çiçeklenme döneminde bu fungisitlerden bazılarının püskürtülmesinin O. cornifrons'un sağlığı için özellikle zararlı olduğunu göstermektedir. Bu bilgiler, 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 getirilmiştir ve tür o zamandan beri yönetilen ekosistemlerde önemli bir polinatör rolü oynamıştır. Bu arının doğallaşmış popülasyonları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki badem ve elma bahçelerini tozlaştıran 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 ektobak 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 başlanmaktadır.
Çeşitli etkilere sahip (temas ve sistemik) fungisitler, elma kara lekesi, acı çürüklük, kahverengi çürüklük ve külleme gibi hastalıkları tedavi etmek için çiçeklenmeden önce ve çiçeklenme sırasında meyve bahçelerine püskürtülür10,11. Fungisitlerin polinatörler için zararsız olduğu düşünülür, bu nedenle çiçeklenme döneminde bahçıvanlara önerilirler; Arılar tarafından bu fungisitlere maruz kalma ve yutulma nispeten iyi bilinmektedir, çünkü bu ABD Çevre Koruma Ajansı ve diğer birçok ulusal düzenleyici kurum tarafından pestisit kayıt sürecinin bir parçasıdır12,13,14. Ancak, fungisitlerin arı olmayanlar üzerindeki etkileri daha az bilinmektedir çünkü 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 farklı yönetilen arılarla denemeler giderek daha fazla yapılmaktadır ve son zamanlarda O. cornifrons için standartlaştırılmış protokoller geliştirilmiştir19.
Boynuzlu arılar monosittir ve ticari olarak sazan bitkilerinde bal arılarına takviye veya yedek olarak kullanılırlar. Bu arılar Mart ve Nisan ayları arasında ortaya çıkar ve erken gelişmiş erkekler dişilerden üç ila dört gün önce çıkar. Çiftleşmeden sonra dişi, tüp şeklindeki yuva boşluğunda (doğal veya yapay) bir dizi kuluçka hücresi sağlamak için aktif olarak polen ve nektar toplar1,20. Yumurtalar hücrelerin içindeki polenlerin üzerine bırakılır; dişi daha sonra bir sonraki hücreyi hazırlamadan önce kilden bir duvar örer. Birinci evre larvaları koryon içinde bulunur ve embriyonik sıvılarla beslenir. İkinci evreden beşinci evreye (prepupa) kadar larvalar polenle beslenir22. Polen tedariki tamamen tükendiğinde larvalar koza oluşturur, pupa olur ve genellikle yaz sonunda aynı kuluçka odasında yetişkin olarak ortaya çıkar20,23. Yetişkinler bir sonraki ilkbaharda ortaya çıkar. Yetişkinlerin hayatta kalması, besin alımına bağlı olarak net enerji kazanımı (kilo kazanımı) ile ilişkilidir. Dolayısıyla polenin besinsel kalitesi, hava koşulları veya pestisitlere maruz kalma gibi diğer faktörler hayatta kalma ve sağlık açısından belirleyicidir24.
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 edebilirler. Köklerden taç kısmına nüfuz edebilen bu pestisitler elma çiçeklerinin nektarına girebilir26 ve burada yetişkin O. cornifrons'u öldürebilirler27. Bazı pestisitler polenlere de sızarak mısır larvalarının gelişimini etkileyerek ölümlerine neden olur19. Diğer çalışmalar bazı fungisitlerin ilgili tür O. lignaria'nın yuvalama davranışını önemli ölçüde değiştirebileceğini göstermiştir28. Ayrıca 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 erginler tarafından toplanan polenleri kirletebilir, bunların etkileri henüz araştırılmamıştır30.
Larva gelişiminin sindirim sistemindeki polen ve mikrobiyal topluluklardan etkilendiği giderek daha fazla kabul görmektedir. Bal arısı mikrobiyomu, vücut kütlesi31, metabolik değişiklikler22 ve patojenlere duyarlılık32 gibi parametreleri etkiler. Önceki çalışmalar, gelişim aşamasının, besin maddelerinin ve çevrenin yalnız yaşayan arıların mikrobiyomu üzerindeki etkisini incelemiştir. Bu çalışmalar, yalnız yaşayan arı türleri arasında larval ve polen mikrobiyomlarının33 ve en yaygın bakteri cinsleri olan Pseudomonas ve Delftia'nın yapı ve bolluğunda benzerlikler ortaya koymuştur. Bununla birlikte, fungisitler arı sağlığını koruma stratejileriyle ilişkilendirilmiş olsa da, fungisitlerin doğrudan ağız yoluyla maruz kalma yoluyla larval mikrobiyota üzerindeki etkileri henüz araştırılmamıştır.
Bu çalışma, Amerika Birleşik Devletleri'nde ağaç meyvelerinde kullanımı ruhsatlı altı yaygın kullanılan fungisitin gerçek dozlarının etkilerini test etti. Bunlar arasında, kontamine gıdalardan mısır boynuz kurdu larvalarına ağızdan uygulanan temas ve sistemik fungisitler de yer alıyor. Temas ve sistemik fungisitlerin arı vücut ağırlığı artışını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını, en ciddi etkilerin ise mankozeb ve piritiopid ile ilişkili olduğunu bulduk. Ardından, mankozeb ile muamele edilmiş polen diyetiyle beslenen larvaların mikrobiyal çeşitliliğini, kontrol diyetiyle beslenen larvalarınkiyle 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 (toplam 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 kolaylaştırmak ve çiğnenebilir bir substrat sağlamak için kapların içine mendiller yerleştirildi, bu da taş arılar üzerindeki stresi azalttı37. Koza içeren iki plastik kabı, %50 sakaroz çözeltisi içeren 10 ml'lik besleyicilerle birlikte 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), ev yapımı elma ağacı 'Co-op 30' Enterprise™, Malus elma ağacı 'Co-Op 31' Winecrisp™, begonya 'Freedom', Begonya 'Golden Delicious', Begonya 'Nova Spy') yakınına yerleştirilmiştir. Her mavi plastik kuş evi iki ahşap kutunun üstüne sığar. Her yuva kutusu, opak selofan tüplere (0,7 OD'ye bakınız) yerleştirilmiş 800 boş kraft kağıt tüpü (spiral açık, 0,8 cm iç çap × 15 cm uzunluk) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) içeriyordu. Plastik tıpalar (T-1X tıpalar) yuvalama alanları sağlar.
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 yüzeyine yerleştirilmişti. Yuva kutusu (Ek Şekil 1a). Mısır kurdu yumurtaları, yuvalardan 30 tüp toplanıp 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., Kaliforniya) 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 çiçeklenme sırasında üç konsantrasyonda (1X, 100 galon su/akre başına uygulanan işaret olan 0,1X, 0,5X ve 1X. 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: piritiostrobin 250,14 ppm; trifloksistrobin 110,06 ppm; miklobutanil azol 75,12 ppm; siprodinil 280,845 ppm) meyve, sebze ve süs bitkilerine toksisitesi. Polenleri bir öğütücü kullanarak homojenleştirdik, 0,20 g'ını bir kuyucuğa (24 kuyucuklu Falcon Plakası) aktardık ve 1 mm derinliğinde piramitsel polen oluşturmak için 1 μL fungisit çözeltisi ekleyip karıştırdık ve yumurtaları bu kuyucuklara yerleştirdik. 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. Larvalar prepupal yaşa ulaşana kadar ölüm oranlarını kaydettik ve larva ağırlığını analitik bir terazi (Fisher Scientific, doğruluk = 0,0001 g) kullanarak iki günde bir ölçtük. Son olarak, cinsiyet oranı 2,5 ay sonra koza açılarak değerlendirildi.
DNA, tüm O. cornifrons larvalarından (her işlem koşulu için n = 3, mankozeb ile işlenmiş ve işlenmemiş polen) çıkarıldı ve özellikle mankozebde en yüksek ölüm oranının MnZn alan larvalarda gözlemlenmesi nedeniyle, bu örnekler üzerinde mikrobiyal çeşitlilik analizleri gerçekleştirdik. DNA çoğaltıldı, DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA kiti (Zymo Research, Irvine, CA) kullanılarak saflaştırıldı ve v3 kiti kullanılarak bir Illumina® MiSeq™ cihazında dizilendi (600 döngü). Bakteriyel 16S ribozomal RNA genlerinin hedefli 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 işlem hattını (v2022.11.1) kullanarak eşleştirilmiş okumaları39 içe aktarın ve işleyin. Bu okumalar kırpılıp birleştirildi ve kimerik diziler QIIME2'deki DADA2 eklentisi (qiime dada2 gürültü eşleştirmesi)40 kullanılarak kaldırıldı. 16S ve 18S sınıf atamaları, nesne sınıflandırıcı eklentisi Classify-sklearn ve önceden eğitilmiş eser silva-138-99-nb-classifier 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. Üç fungisit konsantrasyonunda hayatta kalma üzerindeki fungisitlerin etkilerini karşılaştırmak için Poisson dağılımına sahip genelleştirilmiş doğrusal bir model (GLM) kullandık41,42. Diferansiyel 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 bir model üzerinde modellenmiş beta sıfır şişirilmiş (BEZI) aile dağılımları ile konum, ölçek ve şekil için genelleştirilmiş bir katkı modeli (GAMLSS) kullanılarak gerçekleştirildi. Mikrobiyom R43'te (v1.1). 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.
Mankozeb, piritiostrobin ve trifloksistrobine maruz kalma, O. cornifrons'ta vücut ağırlığı artışını önemli ölçüde azalttı (Şekil 1). Bu etkiler, değerlendirilen üç dozun tamamında 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 gövde 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 halinde 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), larva vücut ağırlığı trifloksistrobin ile %60, mankozeb ile %49, miklobutanil ile %48 ve piritistrobin 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), larva ağırlığını %82, piritiostrobin %70 ve trifloksistrobin, miklobutanil ve sangard'ı yaklaşık %30 oranında azalttı (Şekil 1c).
Ölüm oranı, mankozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalarda en yüksekti; bunu piritiostrobin ve trifloksistrobin takip etti. Ölüm oranı, mankozeb ve piritisolin dozlarının artmasıyla arttı (Şekil 2; Tablo 2). Ancak, mısır kurdu ölüm oranı, trifloksistrobin konsantrasyonları arttıkça yalnızca hafif bir artış gösterdi; 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 oranları 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, saha dozu (1X) çalışmalarında ise %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 kontrollerin %31'i dişiydi (Şekil 3a). Dozun 0,5 katı uygulandığında, mankozeb ve piritiostrobin grubundaki yetişkin kurtların %33'ü, trifloksistrobin grubunda %36'sı, miklobutanil grubunda %41'i ve siprostrobin grubunda %46'sı dişiydi. Bu rakam, kaptan grubunda %53 ve kontrol grubunda %38 idi (Şekil 3b). 1X dozda, mankozeb grubunun %30'u, piritiostrobin grubunun %36'sı, trifloksistrobin grubunun %44'ü, miklobutanil grubunun %38'i ve 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) Tarla dozu veya tam doz (1X).
16S dizi analizi, mancozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvalar ile muamele edilmemiş polenle beslenen larvalar arasında bakteri grubunun farklılık gösterdiğini 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 gözlemlenen 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 zenginlik ile karşılaştırıldı. (a) İşlenmemiş 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. Ovaller %80 güven aralığını temsil eder. (b) Kutu grafiği, ham Shannon zenginliği verileri (noktalar) ve c. Gözlemlenebilir zenginlik. Kutu grafikleri, medyan çizgisi, çeyrekler arası 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) Larvalardaki mikrobiyal cinslerin göreli bolluğu. (b) Belirlenen 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 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 larvaların 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. Bilgilerimize 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 piritiostrobin izledi. Ancak, diğer çalışmalarda fungisitlerin tarla dozlarının larva evreleri üzerinde olumsuz bir etkisi bildirilmemiştir44. Ditiyokarbamat biyositlerinin düşük akut toksisiteye sahip olduğu gösterilmiş olmasına rağmen45, 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 azaltabilir. Ayrıca Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi, diğer hayvanların sindirim sistemlerinde kanserojen olduğu gösterilen piritiopidin toksisitesi konusunda endişelerini dile getirmiştir51.
Mankozeb, piritiyostrobin ve trifloksistrobinin oral yoldan uygulanması mısır kurdu larvalarının ölüm oranını artırır. Buna karşılık, miklobutanil, siprosiklin ve kaptanın ölüm oranı üzerinde hiçbir etkisi olmamıştır. Bu sonuçlar, kaptanın yetişkin O. lignaria ve Apis mellifera L.'nin (Hymenoptera, Apisidae) hayatta kalma oranını önemli ölçüde azalttığını gösteren Ladurner ve ark.'nın52 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 tutarlıdır56,57.
Çalışmamızda gözlemlenen erkek-tercihli cinsiyet oranı, Vicens ve Bosch tarafından O. cornuta için daha önce önerildiği gibi, çiçeklenme döneminde yetersiz çiftleşme ve kötü hava koşulları gibi faktörlerle açıklanabilir. Çalışmamızdaki dişi ve erkeklerin çiftleşmek için dört günü olmasına rağmen (genellikle başarılı bir çiftleşme için yeterli kabul edilen bir süre), stresi en aza indirmek için ışık yoğunluğunu kasıtlı olarak azalttık. Ancak, bu değişiklik çiftleşme sürecini istemeden de olsa etkileyebilir61. Ayrıca, arılar yağmur ve düşük sıcaklıklar (<5°C) gibi birkaç gün süren olumsuz hava koşullarıyla karşı karşıya kalırlar 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, mankozeb ile muamele edilmiş polenle beslenen larvaların mikrobiyal topluluk yapısı ve bolluğu, muamele edilmemiş polenle beslenen larvalara kıyasla önemli ölçüde azalmıştır. Muamele edilmemiş polen tüketen larvalarda, Proteobacteria ve Actinobacteria bakteri grupları baskındı ve ağırlıklı olarak aerobik veya fakültatif aerobikti. Genellikle yalnız yaşayan arı türleriyle ilişkilendirilen Delft bakterilerinin antibiyotik aktivitesi olduğu bilinmektedir ve bu da patojenlere karşı potansiyel bir koruyucu rol oynadığını göstermektedir. Bir diğer bakteri türü olan Pseudomonas, muamele edilmemiş polenle beslenen larvalarda bol miktarda bulunurken, mankozeb ile muamele edilmiş larvalarda önemli ölçüde azalmıştır. Sonuçlarımız, Pseudomonas'ı O. bicornis35 ve diğer yalnız yaşayan yaban arılarında34 en bol bulunan cinslerden biri olarak tanımlayan önceki çalışmaları desteklemektedir. Her ne kadar 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 arginin metabolizmasını desteklediği gösterilmiştir 35, 65. Bu gözlemler, O. cornifrons larvalarının gelişim süresi boyunca viral ve bakteriyel savunmada potansiyel bir role sahip olduğunu göstermektedir. Çalışmamızda tanımlanan ve açlık koşulları altında kara asker sineği larvalarında yüksek sayılarda bulunduğu bildirilen bir diğer cins de Microbacterium'dur66. O. cornifrons larvalarında, mikrobakteriler stres koşulları altında bağırsak mikrobiyomunun dengesine ve direncine katkıda bulunabilir. Ek olarak, Rhodococcus, O. cornifrons larvalarında bulunur ve detoksifikasyon yetenekleriyle bilinir67. Bu cins A. florea'nın bağırsağında da bulunur, ancak çok düşük bir miktardadır68. 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, piritiostrobin ve trifloksistrobinin mısır kurdu larvalarının vücut ağırlığı kazanımını azalttığını ve ölüm oranını artırdığını göstermektedir. Fungisitlerin polinatörler üzerindeki etkileri konusunda artan bir endişe olsa da, bu bileşiklerin kalıntı metabolitlerinin etkilerinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir. Bu sonuçlar, çiftçilerin meyve ağacı çiçeklenmesinden önce ve çiçeklenme sırasında belirli fungisitlerin kullanımından kaçınmalarına yardımcı olan entegre polinatör yönetim programlarına yönelik önerilere dahil edilebilir; bu programlar arasında fungisitleri seçmek ve uygulama zamanlamasını değiştirmek veya daha az zararlı alternatiflerin kullanımını teşvik etmek yer almaktadır 36. Bu bilgiler, pestisit kullanımına ilişkin 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 adresinden yüklenmiştir. Mevcut çalışmada analiz edilen diziler (Şekil 4, 5), NCBI SRA deposunda PRJNA1023565 erişim numarasıyla 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 mantar ilacı (fenbukonazol), yabani yalnız arılarda çiftleşme başarısının azalmasına neden olan erkek üreme kalitesi sinyallerini engeller. J. Apps. ekoloji. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. ve ark. Neonikotinoid insektisitler ve ergosterol biyosentezi, üç arı türünde sinerjik fungisit ölüm oranını baskılamaktadır. 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 sıra arası ekim ile yeniden tohumlama hastalıklarını kontrol etme: 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'nde elmalarda acı çürüklük: etken türlerin değerlendirilmesi ve bölgesel hava koşulları ile 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 fungisitleri ve piretrin insektisitlerinin bal arıları (Apis mellifera) üzerindeki sinerjik etkileri. zararlılar bilimi. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE ve Peng, CY Seçili 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 dışı maddelere maruz kalması: yöntemlerin ve raporlanan sonuçların incelenmesi. 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) larva gelişimi üzerindeki etkisi. Çarşamba. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM ve Pitts-Singer TL Yalnız boş yuva arılarının pestisit maruziyet yolları. Çarşamba. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT ve ark. Yetişkin Japon bahçe arılarında (Osmia cornifrons) pestisit toksisitesini değerlendirmek için yeni bir yutma biyolojik deney protokolü. bilim. Raporlar 10, 9517 (2020).
Gönderim zamanı: 14 Mayıs 2024