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Fungizide werden häufig während der Blüte von Baumfrüchten eingesetzt und können bestäubende Insekten gefährden.Es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie Nicht-Bienenbestäuber (z. B. Einzelbienen, Osmia cornifrons) auf Kontakt und systemische Fungizide reagieren, die üblicherweise während der Blüte bei Äpfeln eingesetzt werden.Diese Wissenslücke schränkt regulatorische Entscheidungen zur Festlegung sicherer Konzentrationen und des Zeitpunkts des Fungizidsprühens ein.Wir untersuchten die Wirkung von zwei Kontaktfungiziden (Captan und Mancozeb) und vier Zwischenschicht-/Phytosystem-Fungiziden (Ciprocyclin, Myclobutanil, Pyrostrobin und Trifloxystrobin).Auswirkungen auf Gewichtszunahme, Überleben, Geschlechterverhältnis und Bakterienvielfalt der Larven.Die Bewertung wurde mithilfe eines chronischen oralen Bioassays durchgeführt, bei dem Pollen in drei Dosen behandelt wurde, basierend auf der derzeit empfohlenen Dosis für den Feldgebrauch (1X), einer halben Dosis (0,5X) und einer niedrigen Dosis (0,1X).Alle Dosen von Mancozeb und Pyritisolin reduzierten das Körpergewicht und die Überlebensrate der Larven erheblich.Anschließend sequenzierten wir das 16S-Gen, um das Larvenbakteriom von Mancozeb zu charakterisieren, dem Fungizid, das für die höchste Sterblichkeit verantwortlich ist.Wir fanden heraus, dass die Bakterienvielfalt und -häufigkeit bei Larven, die mit Mancozeb-behandelten Pollen gefüttert wurden, deutlich verringert war.Unsere Laborergebnisse deuten darauf hin, dass das Versprühen einiger dieser Fungizide während der Blüte besonders schädlich für die Gesundheit von O. cornifrons ist.Diese Informationen sind relevant für zukünftige Managemententscheidungen zum nachhaltigen Einsatz von Obstbaumschutzmitteln und dienen als Grundlage für Regulierungsprozesse zum Schutz der Bestäuber.
Die einsame Mauerbiene Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) wurde Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre aus Japan in die Vereinigten Staaten eingeführt und spielt seitdem eine wichtige Bestäuberrolle in verwalteten Ökosystemen.Eingebürgerte Populationen dieser Biene gehören zu etwa 50 Wildbienenarten, die die Bienen ergänzen, die Mandel- und Apfelplantagen in den Vereinigten Staaten bestäuben2,3.Mauerbienen stehen vor vielen Herausforderungen, darunter der Fragmentierung ihres Lebensraums, Krankheitserregern und Pestiziden3,4.Unter den Insektiziden reduzieren Fungizide den Energiegewinn, die Nahrungssuche5 und die Körperkonditionierung6,7.Obwohl neuere Forschungsergebnisse darauf hindeuten, dass die Gesundheit von Mauerbienen direkt von kommensalen und ektobakteriellen Mikroorganismen beeinflusst wird 8,9, da Bakterien und Pilze die Ernährung und Immunreaktionen beeinflussen können, zeichnen sich die Auswirkungen der Fungizidexposition auf die mikrobielle Vielfalt der Mauerbienen gerade erst ab studiert.
Fungizide mit unterschiedlicher Wirkung (Kontakt und systemisch) werden vor und während der Blüte in Obstgärten gesprüht, um Krankheiten wie Apfelschorf, Bitterfäule, Braunfäule und Echten Mehltau zu behandeln10,11.Fungizide gelten als harmlos für Bestäuber und werden daher Gärtnern während der Blütezeit empfohlen;Die Exposition und Aufnahme dieser Fungizide durch Bienen ist relativ gut bekannt, da sie Teil des Pestizidregistrierungsprozesses durch die US-Umweltschutzbehörde und viele andere nationale Regulierungsbehörden ist12,13,14.Allerdings sind die Auswirkungen von Fungiziden auf Nichtbienen weniger bekannt, da sie in den Marktzulassungsvereinbarungen in den Vereinigten Staaten nicht vorgeschrieben sind15.Darüber hinaus gibt es im Allgemeinen keine standardisierten Protokolle zum Testen einzelner Bienen16,17 und die Aufrechterhaltung von Völkern, die Bienen für Tests bereitstellen, ist eine Herausforderung18.In Europa und den USA werden zunehmend Versuche mit verschiedenen bewirtschafteten Bienen durchgeführt, um die Auswirkungen von Pestiziden auf Wildbienen zu untersuchen. Für O. cornifrons wurden kürzlich standardisierte Protokolle entwickelt19.
Hornbienen sind Monozyten und werden im Karpfenanbau kommerziell als Ergänzung oder Ersatz für Honigbienen eingesetzt.Diese Bienen schlüpfen zwischen März und April, wobei die frühreifen Männchen drei bis vier Tage vor den Weibchen schlüpfen.Nach der Paarung sammelt das Weibchen aktiv Pollen und Nektar, um eine Reihe von Brutzellen in der röhrenförmigen Nesthöhle (natürlich oder künstlich) bereitzustellen1,20.Die Eier werden auf Pollen in den Zellen abgelegt;Das Weibchen baut dann eine Lehmwand, bevor es die nächste Zelle vorbereitet.Die Larven im ersten Stadium sind im Chorion eingeschlossen und ernähren sich von embryonalen Flüssigkeiten.Vom zweiten bis zum fünften Stadium (Prepupa) ernähren sich die Larven von Pollen22.Sobald der Pollenvorrat vollständig erschöpft ist, bilden die Larven Kokons, verpuppen sich und schlüpfen als Erwachsene in derselben Brutkammer, normalerweise im Spätsommer20,23.Erwachsene schlüpfen im folgenden Frühjahr.Das Überleben eines Erwachsenen ist mit einer Nettoenergiezunahme (Gewichtszunahme) basierend auf der Nahrungsaufnahme verbunden.Daher sind die Nährstoffqualität von Pollen sowie andere Faktoren wie das Wetter oder die Exposition gegenüber Pestiziden entscheidend für Überleben und Gesundheit24.
Insektizide und Fungizide, die vor der Blüte angewendet werden, können sich innerhalb des Gefäßsystems der Pflanze in unterschiedlichem Ausmaß bewegen, von translaminar (z. B. von der Oberseite der Blätter zur Unterseite, wie einige Fungizide) 25 bis hin zu wirklich systemischen Wirkungen., die von den Wurzeln aus in die Krone eindringen können, können in den Nektar von Apfelblüten gelangen26 und dort erwachsene O. cornifrons töten27.Einige Pestizide gelangen auch in den Pollen, beeinträchtigen die Entwicklung der Maislarven und führen zu deren Tod19.Andere Studien haben gezeigt, dass einige Fungizide das Nistverhalten der verwandten Art O. lignaria28 erheblich verändern können.Darüber hinaus haben Labor- und Feldstudien zur Simulation von Pestizid-Expositionsszenarien (einschließlich Fungiziden) gezeigt, dass Pestizide die Physiologie 22, Morphologie 29 und das Überleben von Honigbienen und einigen Solitärbienen negativ beeinflussen.Verschiedene fungizide Sprays, die während der Blüte direkt auf offene Blüten aufgetragen werden, können den von Erwachsenen für die Larvenentwicklung gesammelten Pollen kontaminieren, dessen Auswirkungen noch untersucht werden müssen30.
Es wird zunehmend erkannt, dass die Larvenentwicklung durch Pollen und mikrobielle Gemeinschaften des Verdauungssystems beeinflusst wird.Das Mikrobiom der Honigbiene beeinflusst Parameter wie Körpermasse31, Stoffwechselveränderungen22 und Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregern32.Frühere Studien haben den Einfluss von Entwicklungsstadium, Nährstoffen und Umwelt auf das Mikrobiom von Solitärbienen untersucht.Diese Studien ergaben Ähnlichkeiten in der Struktur und Häufigkeit der Larven- und Pollenmikrobiome33 sowie der häufigsten Bakteriengattungen Pseudomonas und Delftia unter den Einzelbienenarten.Obwohl Fungizide mit Strategien zum Schutz der Bienengesundheit in Verbindung gebracht werden, sind die Auswirkungen von Fungiziden auf die Mikrobiota der Larven durch direkte orale Exposition noch unerforscht.
In dieser Studie wurden die Auswirkungen realer Dosen von sechs häufig verwendeten Fungiziden getestet, die in den Vereinigten Staaten für den Einsatz an Baumfrüchten registriert sind, einschließlich Kontakt- und systemischer Fungizide, die oral aus kontaminierten Lebensmitteln an Maisschwärmerlarven verabreicht wurden.Wir fanden heraus, dass Kontakt- und systemische Fungizide die Körpergewichtszunahme der Bienen verringerten und die Sterblichkeit erhöhten, wobei Mancozeb und Pyrithiopid die schwerwiegendsten Auswirkungen hatten.Anschließend verglichen wir die mikrobielle Vielfalt der Larven, die mit der Mancozeb-behandelten Pollendiät gefüttert wurden, mit denen, die mit der Kontrolldiät gefüttert wurden.Wir diskutieren mögliche Mechanismen, die der Sterblichkeit zugrunde liegen, und Auswirkungen auf Programme zum integrierten Schädlings- und Bestäubermanagement (IPPM)36.
In Kokons überwinternde ausgewachsene O. cornifrons wurden vom Fruit Research Center, Biglerville, PA, bezogen und bei –3 bis 2 °C (±0,3 °C) gelagert.Vor dem Experiment (insgesamt 600 Kokons).Im Mai 2022 wurden täglich 100 Kokons von O. cornifrons in Plastikbecher überführt (50 Kokons pro Becher, DI 5 cm × 15 cm lang) und Tücher in die Becher gelegt, um das Öffnen zu erleichtern und ein kaubares Substrat bereitzustellen, wodurch die Belastung des Steins verringert wird Bienen37 .Stellen Sie zwei Plastikbecher mit Kokons in einen Insektenkäfig (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) mit 10-ml-Futterspendern mit 50 % Saccharoselösung und lagern Sie sie vier Tage lang, um den Verschluss und die Paarung sicherzustellen.23°C, relative Luftfeuchtigkeit 60 %, Photoperiode 10 l (geringe Intensität): 14 Tage.100 verpaarte Weibchen und Männchen wurden jeden Morgen sechs Tage lang (100 pro Tag) während der Apfelblüte in zwei künstliche Nester entlassen (Fangnest: Breite 33,66 × Höhe 30,48 × Länge 46,99 cm; ergänzende Abbildung 1).Platziert im Pennsylvania State Arboretum, in der Nähe von Kirsche (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), Pfirsich (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), Birne (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus Perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), Coronaria-Apfelbaum (Malus Coronaria) und zahlreiche Sorten von Apfelbäumen (Malus Coronaria, Malus), heimischer Apfelbaum 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus-Apfelbaum 'Co- Op 31′ Winecrisp™, Begonie „Freedom“, Begonie „Golden Delicious“, Begonie „Nova Spy“).Jedes blaue Vogelhaus aus Kunststoff passt auf zwei Holzkisten.Jeder Nistkasten enthielt 800 leere Kraftpapierröhrchen (Spirale offen, 0,8 cm Innendurchmesser × 15 cm L) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan), die in undurchsichtige Zellophanröhrchen (0,7 Außendurchmesser) eingesetzt waren, siehe Kunststoffstopfen (T-1X-Stecker) bieten Nistplätze .
Beide Nistkästen waren nach Osten ausgerichtet und mit grünen Gartenzäunen aus Kunststoff (Everbilt-Modell Nr. 889250EB12, Öffnungsgröße 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) abgedeckt, um den Zugang von Nagetieren und Vögeln zu verhindern, und auf der Bodenoberfläche neben dem Nistkastenboden platziert Boxen.Nistkasten (Ergänzende Abbildung 1a).Die Eier des Maiszünslers wurden täglich gesammelt, indem 30 Röhrchen aus den Nestern gesammelt und ins Labor transportiert wurden.Machen Sie mit einer Schere einen Schnitt am Ende des Röhrchens und zerlegen Sie dann das Spiralrohr, um die Brutzellen freizulegen.Einzelne Eier und ihre Pollen wurden mit einem gebogenen Spatel (Microslide Tool Kit, BioQuip Products Inc., Kalifornien) entfernt.Die Eier wurden auf feuchtem Filterpapier inkubiert und 2 Stunden lang in eine Petrischale gelegt, bevor sie in unseren Experimenten verwendet wurden (Ergänzende Abbildung 1b-d).
Im Labor untersuchten wir die orale Toxizität von sechs Fungiziden, die vor und während der Apfelblüte in drei Konzentrationen (0,1X, 0,5X und 1X) angewendet wurden, wobei 1X der Wert ist, der pro 100 Gallonen Wasser/Hektar angewendet wird. Hohe Felddosis = Konzentration im Feld)., Tabelle 1).Jede Konzentration wurde 16 Mal wiederholt (n = 16).Zwei Kontaktfungizide (Tabelle S1: Mancozeb 2696,14 ppm und Captan 2875,88 ppm) und vier systemische Fungizide (Tabelle S1: Pyrithiostrobin 250,14 ppm; Trifloxystrobin 110,06 ppm; Myclobutanilazol 75,12 ppm; Cyprodinil 280,845 ppm) sind toxisch für Obst, Gemüse und Zierpflanzen .Wir homogenisierten den Pollen mit einer Mühle, übertrugen 0,20 g in eine Vertiefung (Falcon-Platte mit 24 Vertiefungen) und fügten 1 μl Fungizidlösung hinzu und vermischten sie, um Pyramidenpollen mit 1 mm tiefen Vertiefungen zu bilden, in die die Eier gelegt wurden.Mit einem Minispatel platzieren (Ergänzende Abbildung 1c,d).Falcon-Platten wurden bei Raumtemperatur (25 °C) und 70 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert.Wir verglichen sie mit Kontrolllarven, die mit einer homogenen, mit reinem Wasser behandelten Pollennahrung gefüttert wurden.Wir haben jeden zweiten Tag die Sterblichkeit aufgezeichnet und das Larvengewicht gemessen, bis die Larven das präpupale Alter erreichten, und zwar mithilfe einer Analysenwaage (Fisher Scientific, Genauigkeit = 0,0001 g).Schließlich wurde das Geschlechterverhältnis beurteilt, indem der Kokon nach 2,5 Monaten geöffnet wurde.
DNA wurde aus ganzen O. cornifrons-Larven extrahiert (n = 3 pro Behandlungsbedingung, mit Mancozeb behandelter und unbehandelter Pollen) und wir führten an diesen Proben mikrobielle Diversitätsanalysen durch, insbesondere weil bei Mancozeb die höchste Mortalität bei Larven beobachtet wurde.Erhalt von MnZn.Die DNA wurde amplifiziert, mit dem DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA-Kit (Zymo Research, Irvine, CA) gereinigt und auf einem Illumina® MiSeq™ mit dem v3-Kit sequenziert (600 Zyklen).Die gezielte Sequenzierung bakterieller ribosomaler 16S-RNA-Gene wurde mit dem Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) unter Verwendung von Primern durchgeführt, die auf die V3-V4-Region des 16S-rRNA-Gens abzielten.Zusätzlich wurde die 18S-Sequenzierung unter Verwendung von 10 % PhiX-Einschluss durchgeführt und die Amplifikation wurde unter Verwendung des Primerpaars 18S001 und NS4 durchgeführt.
Importieren und verarbeiten Sie gepaarte Lesevorgänge39 mithilfe der QIIME2-Pipeline (v2022.11.1).Diese Lesevorgänge wurden gekürzt und zusammengeführt, und chimäre Sequenzen wurden mithilfe des DADA2-Plugins in QIIME2 (qiime dada2 Noise Pairing)40 entfernt.Die 16S- und 18S-Klassenzuweisungen wurden mit dem Objektklassifizierungs-Plugin Classify-sklearn und dem vorab trainierten Artefakt silva-138-99-nb-classifier durchgeführt.
Alle experimentellen Daten wurden auf Normalität (Shapiro-Wilks) und Homogenität der Varianzen (Levene-Test) überprüft.Da der Datensatz nicht den Annahmen der parametrischen Analyse entsprach und die Transformation die Residuen nicht standardisieren konnte, führten wir eine nichtparametrische zweifache ANOVA (Kruskal-Wallis) mit zwei Faktoren [Zeit (dreiphasig 2, 5 und 8 Tage) durch Zeitpunkte) und Fungizid], um die Wirkung der Behandlung auf das Frischgewicht der Larven zu bewerten. Anschließend wurden post-hoc nichtparametrische paarweise Vergleiche unter Verwendung des Wilcoxon-Tests durchgeführt.Wir verwendeten ein verallgemeinertes lineares Modell (GLM) mit einer Poisson-Verteilung, um die Auswirkungen von Fungiziden auf das Überleben über drei Fungizidkonzentrationen hinweg zu vergleichen41,42.Für die Analyse der differenziellen Häufigkeit wurde die Anzahl der Amplikonsequenzvarianten (ASVs) auf Gattungsebene reduziert.Vergleiche der unterschiedlichen Häufigkeit zwischen Gruppen unter Verwendung der relativen Häufigkeit von 16S (Gattungsebene) und 18S wurden unter Verwendung eines verallgemeinerten additiven Modells für Position, Maßstab und Form (GAMLSS) mit Beta-Null-inflationierten (BEZI) Familienverteilungen durchgeführt, die auf einem Makro modelliert wurden .im Mikrobiom R43 (v1.1).1).Entfernen Sie mitochondriale und Chloroplastenarten vor der Differenzialanalyse.Aufgrund der unterschiedlichen taxonomischen Ebenen von 18S wurde für Differentialanalysen nur die niedrigste Ebene jedes Taxons verwendet.Alle statistischen Analysen wurden mit R (Version 3.4.3., CRAN-Projekt) durchgeführt (Team 2013).
Die Exposition gegenüber Mancozeb, Pyrithiostrobin und Trifloxystrobin verringerte die Körpergewichtszunahme bei O. cornifrons deutlich (Abb. 1).Diese Effekte wurden bei allen drei untersuchten Dosen konsistent beobachtet (Abb. 1a–c).Cyclostrobin und Myclobutanil verringerten das Gewicht der Larven nicht signifikant.
Durchschnittliches Frischgewicht von Stängelbohrerlarven, gemessen zu drei Zeitpunkten unter vier diätetischen Behandlungen (homogenes Pollenfutter + Fungizid: Kontrolle, 0,1-fache, 0,5-fache und 1-fache Dosis).(a) Niedrige Dosis (0,1X): erster Zeitpunkt (Tag 1): χ2: 30,99, DF = 6;P < 0,0001, zweiter Zeitpunkt (Tag 5): 22,83, DF = 0,0009;drittes Mal;Punkt (Tag 8): χ2: 28,39, DF = 6;(b) halbe Dosis (0,5X): erster Zeitpunkt (Tag 1): χ2: 35,67, DF = 6;P < 0,0001, zweiter Zeitpunkt (Tag eins).): χ2: 15,98, DF = 6;P = 0,0090;dritter Zeitpunkt (Tag 8) χ2: 16,47, DF = 6;(c) Ort oder volle Dosis (1X): erster Zeitpunkt (Tag 1) χ2: 20,64, P = 6;P = 0,0326, zweiter Zeitpunkt (Tag 5): χ2: 22,83, DF = 6;P = 0,0009;dritter Zeitpunkt (Tag 8): χ2: 28,39, DF = 6;Nichtparametrische Varianzanalyse.Die Balken stellen den Mittelwert ± Standardabweichung paarweiser Vergleiche dar (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Bei der niedrigsten Dosis (0,1X) wurde das Körpergewicht der Larven mit Trifloxystrobin um 60 %, mit Mancozeb um 49 %, mit Myclobutanil um 48 % und mit Pyrithistrobin um 46 % reduziert (Abb. 1a).Bei Exposition gegenüber der halben Felddosis (0,5X) verringerte sich das Körpergewicht der Mancozeb-Larven um 86 %, bei Pyrithiostrobin um 52 % und bei Trifloxystrobin um 50 % (Abb. 1b).Eine volle Felddosis (1X) Mancozeb reduzierte das Larvengewicht um 82 %, Pyrithiostrobin um 70 % und Trifloxystrobin, Myclobutanil und Sangard um etwa 30 % (Abb. 1c).
Die Sterblichkeit war bei Larven, die mit mit Mancozeb behandeltem Pollen gefüttert wurden, am höchsten, gefolgt von Pyrithiostrobin und Trifloxystrobin.Die Mortalität stieg mit steigenden Dosen von Mancozeb und Pyritisolin (Abb. 2; Tabelle 2).Allerdings stieg die Sterblichkeit der Maiszünsler mit steigenden Trifloxystrobin-Konzentrationen nur geringfügig an;Cyprodinil und Captan erhöhten die Sterblichkeit im Vergleich zu Kontrollbehandlungen nicht signifikant.
Die Mortalität von Bohrfliegenlarven wurde nach Aufnahme von Pollen verglichen, die einzeln mit sechs verschiedenen Fungiziden behandelt wurden.Mancozeb und Pentopyramid reagierten empfindlicher auf die orale Exposition gegenüber Maismaden (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (Linie, Steigung = 0,29, P < 0,001; Steigung = 0,24, P <0,00)).
Im Durchschnitt aller Behandlungen waren 39,05 % der Patienten weiblich und 60,95 % männlich.Unter den Kontrollbehandlungen betrug der Anteil der Frauen sowohl in den Studien mit niedriger Dosis (0,1X) als auch mit halber Dosis (0,5X) 40 % und in den Studien mit Felddosis (1X) 30 %.Bei der 0,1-fachen Dosis waren unter den mit Mancozeb und Myclobutanil behandelten, mit Pollen gefütterten Larven 33,33 % der Erwachsenen weiblich, 22 % der Erwachsenen waren weiblich, 44 % der erwachsenen Larven waren weiblich, 44 % der erwachsenen Larven waren weiblich.weiblich, 41 % der erwachsenen Larven waren weiblich und die Kontrollen waren 31 % (Abb. 3a).Bei der 0,5-fachen Dosis waren 33 % der erwachsenen Würmer in der Mancozeb- und Pyrithiostrobin-Gruppe weiblich, 36 % in der Trifloxystrobin-Gruppe, 41 % in der Myclobutanil-Gruppe und 46 % in der Cyprostrobin-Gruppe.In der Gruppe lag dieser Wert bei 53 %.in der Captan-Gruppe und 38 % in der Kontrollgruppe (Abb. 3b).Bei der 1-fachen Dosis waren 30 % der Mancozeb-Gruppe Frauen, 36 % der Pyrithiostrobin-Gruppe, 44 % der Trifloxystrobin-Gruppe, 38 % der Myclobutanil-Gruppe, 50 % der Kontrollgruppe waren Frauen – 38,5 % (Abb. 3c). .
Prozentsatz weiblicher und männlicher Bohrer nach Fungizidexposition im Larvenstadium.(a) Niedrige Dosis (0,1X).(b) Halbe Dosis (0,5X).(c) Felddosis oder Volldosis (1X).
Die 16S-Sequenzanalyse zeigte, dass sich die Bakteriengruppe zwischen Larven, die mit Mancozeb-behandeltem Pollen gefüttert wurden, und Larven, die mit unbehandeltem Pollen gefüttert wurden, unterschied (Abb. 4a).Der mikrobielle Index von unbehandelten Larven, die mit Pollen gefüttert wurden, war höher als der von Larven, die mit mit Mancozeb behandelten Pollen gefüttert wurden (Abb. 4b).Obwohl der beobachtete Unterschied im Reichtum zwischen den Gruppen statistisch nicht signifikant war, war er deutlich geringer als der, der bei Larven beobachtet wurde, die sich von unbehandeltem Pollen ernährten (Abb. 4c).Die relative Häufigkeit zeigte, dass die Mikrobiota von Larven, die mit Kontrollpollen gefüttert wurden, vielfältiger war als die von Larven, die mit Mancozeb-behandelten Larven gefüttert wurden (Abb. 5a).Die deskriptive Analyse ergab das Vorhandensein von 28 Gattungen in Kontrollproben und mit Mancozeb behandelten Proben (Abb. 5b).c Die Analyse mittels 18S-Sequenzierung ergab keine signifikanten Unterschiede (ergänzende Abbildung 2).
Auf 16S-Sequenzen basierende SAV-Profile wurden mit dem Shannon-Reichtum verglichen und ein Reichtum auf Stammebene beobachtet.(a) Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf der gesamten mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur in unbehandelten, mit Pollen gefütterten oder Kontrolllarven (blau) und mit Mancozeb gefütterten Larven (orange).Jeder Datenpunkt stellt eine separate Stichprobe dar.PCoA wurde unter Verwendung der Bray-Curtis-Distanz der multivariaten t-Verteilung berechnet.Ovale stellen das 80 %-Konfidenzniveau dar.(b) Boxplot, Rohdaten zum Shannon-Vermögen (Punkte) und c.Beobachtbarer Reichtum.Boxplots zeigen Boxen für die Medianlinie, den Interquartilbereich (IQR) und 1,5 × IQR (n = 3).
Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften von Larven, die sich mit Mancozeb-behandeltem und unbehandeltem Pollen ernähren.(a) Relative Häufigkeit mikrobieller Gattungen in Larven.(b) Wärmekarte der identifizierten mikrobiellen Gemeinschaften.Delftia (Odds Ratio (OR) = 0,67, P = 0,0030) und Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Mikrobakterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060);Heatmap-Zeilen werden anhand der Korrelationsentfernung und der durchschnittlichen Konnektivität geclustert.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die orale Exposition gegenüber Kontaktfungiziden (Mancozeb) und systemischen Fungiziden (Pyrostrobin und Trifloxystrobin), die häufig während der Blüte angewendet werden, die Gewichtszunahme und die Sterblichkeit der Maislarven deutlich reduziert.Darüber hinaus reduzierte Mancozeb die Vielfalt und den Reichtum des Mikrobioms im Vorpuppenstadium erheblich.Myclobutanil, ein weiteres systemisches Fungizid, reduzierte die Körpergewichtszunahme der Larven bei allen drei Dosen deutlich.Dieser Effekt war zum zweiten (Tag 5) und dritten (Tag 8) Zeitpunkt offensichtlich.Im Gegensatz dazu verringerten Cyprodinil und Captan die Gewichtszunahme oder das Überleben im Vergleich zur Kontrollgruppe nicht signifikant.Unseres Wissens ist diese Arbeit die erste, die die Auswirkungen der Feldmengen verschiedener Fungizide ermittelt, die zum Schutz von Maispflanzen durch direkte Pollenexposition eingesetzt werden.
Alle Fungizidbehandlungen reduzierten die Körpergewichtszunahme im Vergleich zu Kontrollbehandlungen deutlich.Mancozeb hatte mit einer durchschnittlichen Verringerung um 51 % den größten Einfluss auf die Körpergewichtszunahme der Larven, gefolgt von Pyrithiotrobin.Andere Studien haben jedoch keine nachteiligen Auswirkungen von Felddosen von Fungiziden auf Larvenstadien berichtet44.Obwohl gezeigt wurde, dass Dithiocarbamat-Biozide eine geringe akute Toxizität aufweisen45, können Ethylenbisdithiocarbamate (EBDCS) wie Mancozeb zu Harnstoffethylensulfid abgebaut werden.Aufgrund seiner mutagenen Wirkung bei anderen Tieren könnte dieses Abbauprodukt für die beobachteten Wirkungen verantwortlich sein46,47.Frühere Studien haben gezeigt, dass die Bildung von Ethylenthioharnstoff durch Faktoren wie erhöhte Temperatur48, Luftfeuchtigkeit49 und Länge der Produktlagerung50 beeinflusst wird.Durch geeignete Lagerbedingungen für Biozide können diese Nebenwirkungen abgemildert werden.Darüber hinaus hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit Bedenken hinsichtlich der Toxizität von Pyrithiopid geäußert, das sich nachweislich als krebserregend für das Verdauungssystem anderer Tiere erwiesen hat51.
Die orale Verabreichung von Mancozeb, Pyrithiostrobin und Trifloxystrobin erhöht die Sterblichkeit von Maiszünslerlarven.Im Gegensatz dazu hatten Myclobutanil, Ciprocyclin und Captan keinen Einfluss auf die Mortalität.Diese Ergebnisse unterscheiden sich von denen von Ladurner et al.52, die zeigten, dass Captan das Überleben erwachsener O. lignaria und Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae) signifikant reduzierte.Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Fungizide wie Captan und Boscalid zum Absterben der Larven führen52,53,54 oder das Fressverhalten verändern55.Diese Veränderungen können sich wiederum auf die Nährstoffqualität des Pollens und letztlich auf den Energiegewinn im Larvenstadium auswirken.Die in der Kontrollgruppe beobachtete Mortalität stimmte mit anderen Studien überein 56,57.
Das in unserer Arbeit beobachtete männlich-begünstigende Geschlechterverhältnis kann durch Faktoren wie unzureichende Paarung und schlechte Wetterbedingungen während der Blüte erklärt werden, wie zuvor von Vicens und Bosch für O. cornuta vorgeschlagen.Obwohl Weibchen und Männchen in unserer Studie vier Tage Zeit hatten, sich zu paaren (ein Zeitraum, der im Allgemeinen als ausreichend für eine erfolgreiche Paarung angesehen wird), haben wir die Lichtintensität bewusst reduziert, um Stress zu minimieren.Allerdings kann diese Änderung den Paarungsprozess unbeabsichtigt beeinträchtigen61.Darüber hinaus sind Bienen mehrere Tage lang widrigen Wetterbedingungen ausgesetzt, darunter Regen und niedrige Temperaturen (<5 °C), was sich ebenfalls negativ auf den Paarungserfolg auswirken kann4,23.
Obwohl sich unsere Studie auf das gesamte Mikrobiom der Larven konzentrierte, liefern unsere Ergebnisse Einblicke in mögliche Beziehungen zwischen Bakteriengemeinschaften, die für die Bienenernährung und die Fungizidexposition von entscheidender Bedeutung sein können.Beispielsweise wiesen Larven, die mit mit Mancozeb behandeltem Pollen gefüttert wurden, im Vergleich zu Larven, die mit unbehandeltem Pollen gefüttert wurden, eine deutlich geringere mikrobielle Gemeinschaftsstruktur und -häufigkeit auf.Bei Larven, die unbehandelten Pollen fraßen, dominierten die Bakteriengruppen Proteobacteria und Actinobacteria und waren überwiegend aerob oder fakultativ aerob.Delfter Bakterien, die normalerweise mit Einzelbienenarten in Verbindung gebracht werden, haben bekanntermaßen eine antibiotische Aktivität, was auf eine potenzielle Schutzfunktion gegen Krankheitserreger hinweist.Eine andere Bakterienart, Pseudomonas, war in Larven, die mit unbehandeltem Pollen gefüttert wurden, reichlich vorhanden, war jedoch in mit Mancozeb behandelten Larven deutlich reduziert.Unsere Ergebnisse stützen frühere Studien, in denen Pseudomonas als eine der am häufigsten vorkommenden Gattungen bei O. bicornis35 und anderen Solitärwespen34 identifiziert wurde.Obwohl experimentelle Beweise für die Rolle von Pseudomonas für die Gesundheit von O. cornifrons nicht untersucht wurden, wurde gezeigt, dass dieses Bakterium die Synthese von Schutztoxinen im Käfer Paederus fuscipes fördert und den Argininstoffwechsel in vitro fördert 35, 65. Diese Beobachtungen lassen darauf schließen eine mögliche Rolle bei der viralen und bakteriellen Abwehr während der Entwicklungszeit von O. cornifrons-Larven.Mikrobakterium ist eine weitere in unserer Studie identifizierte Gattung, die Berichten zufolge in großen Mengen in Larven der Schwarzen Soldatenfliege unter Hungerbedingungen vorkommt66.In O. cornifrons-Larven können Mikrobakterien unter Stressbedingungen zum Gleichgewicht und zur Widerstandsfähigkeit des Darmmikrobioms beitragen.Darüber hinaus kommt Rhodococcus in den Larven von O. cornifrons vor und ist für seine Entgiftungsfähigkeiten bekannt67.Diese Gattung kommt auch im Darm von A. florea vor, jedoch in sehr geringer Häufigkeit68.Unsere Ergebnisse zeigen das Vorhandensein mehrerer genetischer Variationen in zahlreichen mikrobiellen Taxa, die Stoffwechselprozesse in Larven verändern können.Allerdings ist ein besseres Verständnis der funktionellen Vielfalt von O. cornifrons erforderlich.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Mancozeb, Pyrithiostrobin und Trifloxystrobin die Körpergewichtszunahme verringerten und die Sterblichkeit von Maiszünslerlarven erhöhten.Obwohl die Besorgnis über die Auswirkungen von Fungiziden auf Bestäuber wächst, besteht die Notwendigkeit, die Auswirkungen der restlichen Metaboliten dieser Verbindungen besser zu verstehen.Diese Ergebnisse können in Empfehlungen für integrierte Bestäubermanagementprogramme einfließen, die Landwirten dabei helfen, den Einsatz bestimmter Fungizide vor und während der Blüte von Obstbäumen zu vermeiden, indem sie Fungizide auswählen und den Zeitpunkt der Anwendung variieren oder indem sie den Einsatz weniger schädlicher Alternativen fördern 36. Diese Informationen ist wichtig für die Entwicklung von Empfehlungen.B. die Anpassung bestehender Sprühprogramme und die Änderung des Sprühzeitpunkts bei der Auswahl von Fungiziden oder die Förderung der Verwendung weniger gefährlicher Alternativen.Es bedarf weiterer Forschung zu den nachteiligen Auswirkungen von Fungiziden auf das Geschlechterverhältnis, das Fressverhalten, das Darmmikrobiom und die molekularen Mechanismen, die dem Gewichtsverlust und der Sterblichkeit von Maiszünslern zugrunde liegen.
Die Quelldaten 1, 2 und 3 in den Abbildungen 1 und 2 wurden im figshare-Datenrepository DOI hinterlegt: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 und https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.Die in der aktuellen Studie analysierten Sequenzen (Abb. 4, 5) sind im NCBI SRA-Repository unter der Zugangsnummer PRJNA1023565 verfügbar.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Mai 2024