Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Thuốc diệt nấm thường được sử dụng trong thời kỳ ra hoa của cây ăn quả và có thể đe dọa các loài côn trùng thụ phấn. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về phản ứng của các loài côn trùng thụ phấn không phải ong (ví dụ: ong đơn độc, Osmia cornifrons) đối với thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân thường được sử dụng trên cây táo trong thời kỳ ra hoa. Khoảng trống kiến thức này hạn chế các quyết định quản lý xác định nồng độ an toàn và thời điểm phun thuốc diệt nấm. Chúng tôi đã đánh giá tác động của hai loại thuốc diệt nấm tiếp xúc (captan và mancozeb) và bốn loại thuốc diệt nấm tác động lên lớp giữa/hệ thống thực vật (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin và trifloxystrobin). Tác động đến sự tăng trọng lượng, tỷ lệ sống sót, tỷ lệ giới tính và đa dạng vi khuẩn của ấu trùng. Việc đánh giá được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm sinh học đường uống mãn tính, trong đó phấn hoa được xử lý ở ba liều lượng dựa trên liều lượng khuyến cáo hiện tại để sử dụng ngoài đồng (1X), một nửa liều (0,5X) và liều thấp (0,1X). Tất cả các liều mancozeb và pyritisoline đều làm giảm đáng kể trọng lượng cơ thể và tỷ lệ sống sót của ấu trùng. Sau đó, chúng tôi đã giải trình tự gen 16S để xác định đặc điểm hệ vi khuẩn ở ấu trùng tiếp xúc với mancozeb, loại thuốc diệt nấm gây ra tỷ lệ tử vong cao nhất. Chúng tôi nhận thấy rằng sự đa dạng và số lượng vi khuẩn giảm đáng kể ở ấu trùng ăn phấn hoa được xử lý bằng mancozeb. Kết quả thí nghiệm của chúng tôi cho thấy việc phun một số loại thuốc diệt nấm này trong thời kỳ ra hoa đặc biệt có hại cho sức khỏe của loài O. cornifrons. Thông tin này rất quan trọng đối với các quyết định quản lý trong tương lai liên quan đến việc sử dụng bền vững các sản phẩm bảo vệ cây ăn quả và là cơ sở cho các quy trình pháp lý nhằm bảo vệ các loài thụ phấn.
Ong thợ xây đơn độc Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) được du nhập vào Hoa Kỳ từ Nhật Bản vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, và loài này đã đóng vai trò thụ phấn quan trọng trong các hệ sinh thái được quản lý kể từ đó. Các quần thể tự nhiên của loài ong này là một phần trong khoảng 50 loài ong hoang dã bổ sung cho các loài ong thụ phấn cho các vườn hạnh nhân và táo ở Hoa Kỳ2,3. Ong thợ xây phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm sự phân mảnh môi trường sống, mầm bệnh và thuốc trừ sâu3,4. Trong số các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm làm giảm khả năng thu nhận năng lượng, tìm kiếm thức ăn5 và thể trạng6,7. Mặc dù nghiên cứu gần đây cho thấy sức khỏe của ong thợ xây bị ảnh hưởng trực tiếp bởi các vi sinh vật cộng sinh và ngoại sinh8,9, vì vi khuẩn và nấm có thể ảnh hưởng đến dinh dưỡng và phản ứng miễn dịch, nhưng tác động của việc tiếp xúc với thuốc diệt nấm đối với sự đa dạng vi sinh vật của ong thợ xây chỉ mới bắt đầu được nghiên cứu.
Thuốc diệt nấm với nhiều tác dụng khác nhau (tiếp xúc và toàn thân) được phun trong vườn cây ăn quả trước và trong thời kỳ ra hoa để điều trị các bệnh như ghẻ táo, thối đắng, thối nâu và phấn trắng10,11. Thuốc diệt nấm được coi là vô hại đối với các loài thụ phấn, vì vậy chúng được khuyến cáo cho người làm vườn trong thời kỳ ra hoa; Việc ong tiếp xúc và ăn phải các loại thuốc diệt nấm này tương đối được biết đến, vì nó là một phần của quy trình đăng ký thuốc trừ sâu của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và nhiều cơ quan quản lý quốc gia khác12,13,14. Tuy nhiên, tác động của thuốc diệt nấm đối với các loài không phải ong ít được biết đến hơn vì chúng không bắt buộc theo các thỏa thuận cấp phép tiếp thị ở Hoa Kỳ15. Ngoài ra, nhìn chung không có quy trình tiêu chuẩn hóa nào để thử nghiệm trên từng con ong16,17, và việc duy trì các đàn ong cung cấp ong để thử nghiệm rất khó khăn18. Các thử nghiệm trên các loài ong được quản lý khác nhau đang ngày càng được tiến hành ở Châu Âu và Hoa Kỳ để nghiên cứu tác động của thuốc trừ sâu đối với ong hoang dã, và các quy trình tiêu chuẩn hóa gần đây đã được phát triển cho O. cornifrons19.
Ong sừng là loài ong đơn bào và được sử dụng rộng rãi trong nuôi cá chép như một loài bổ sung hoặc thay thế cho ong mật. Những con ong này xuất hiện vào khoảng tháng 3 đến tháng 4, với những con đực trưởng thành sớm hơn ba đến bốn ngày so với con cái. Sau khi giao phối, con cái tích cực thu thập phấn hoa và mật hoa để tạo ra một loạt các ô ấu trùng bên trong khoang tổ hình ống (tự nhiên hoặc nhân tạo)1,20. Trứng được đẻ trên phấn hoa bên trong các ô; sau đó con cái xây một bức tường bằng đất sét trước khi chuẩn bị ô tiếp theo. Ấu trùng giai đoạn đầu tiên được bao bọc trong lớp vỏ ngoài và ăn dịch phôi. Từ giai đoạn thứ hai đến giai đoạn thứ năm (tiền nhộng), ấu trùng ăn phấn hoa22. Khi nguồn cung cấp phấn hoa cạn kiệt hoàn toàn, ấu trùng tạo kén, hóa nhộng và nở thành ong trưởng thành trong cùng một buồng ấu trùng, thường vào cuối mùa hè20,23. Ong trưởng thành xuất hiện vào mùa xuân năm sau. Tỷ lệ sống sót của ong trưởng thành liên quan đến sự tăng năng lượng ròng (tăng cân) dựa trên lượng thức ăn tiêu thụ. Do đó, chất lượng dinh dưỡng của phấn hoa, cũng như các yếu tố khác như thời tiết hoặc tiếp xúc với thuốc trừ sâu, là những yếu tố quyết định đến sự sống sót và sức khỏe24.
Thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm được sử dụng trước khi ra hoa có thể di chuyển trong hệ mạch của cây ở các mức độ khác nhau, từ xuyên màng (ví dụ: có thể di chuyển từ mặt trên của lá xuống mặt dưới, như một số loại thuốc diệt nấm) 25 đến tác động toàn thân thực sự. Một số loại thuốc trừ sâu có thể xâm nhập vào thân cây từ rễ, có thể đi vào mật hoa táo26, nơi chúng có thể giết chết ong bắp cày trưởng thành O. cornifrons27. Một số thuốc trừ sâu cũng ngấm vào phấn hoa, ảnh hưởng đến sự phát triển của ấu trùng ngô và gây chết chúng19. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng một số thuốc diệt nấm có thể làm thay đổi đáng kể hành vi làm tổ của loài có liên quan O. lignaria28. Ngoài ra, các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa mô phỏng các kịch bản tiếp xúc với thuốc trừ sâu (bao gồm cả thuốc diệt nấm) đã chỉ ra rằng thuốc trừ sâu ảnh hưởng tiêu cực đến sinh lý 22, hình thái 29 và khả năng sống sót của ong mật và một số loài ong đơn độc. Nhiều loại thuốc diệt nấm phun trực tiếp lên hoa đang nở trong thời kỳ ra hoa có thể làm ô nhiễm phấn hoa do ong trưởng thành thu thập để phát triển ấu trùng, tác động của việc này vẫn cần được nghiên cứu thêm30.
Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự phát triển của ấu trùng bị ảnh hưởng bởi phấn hoa và cộng đồng vi sinh vật trong hệ tiêu hóa. Hệ vi sinh vật của ong mật ảnh hưởng đến các thông số như khối lượng cơ thể31, thay đổi chuyển hóa22 và khả năng nhiễm bệnh32. Các nghiên cứu trước đây đã xem xét ảnh hưởng của giai đoạn phát triển, chất dinh dưỡng và môi trường đến hệ vi sinh vật của ong đơn độc. Những nghiên cứu này đã tiết lộ những điểm tương đồng về cấu trúc và số lượng của hệ vi sinh vật ở ấu trùng và phấn hoa33, cũng như các chi vi khuẩn phổ biến nhất là Pseudomonas và Delftia, giữa các loài ong đơn độc. Tuy nhiên, mặc dù thuốc diệt nấm đã được liên kết với các chiến lược bảo vệ sức khỏe của ong, nhưng tác động của thuốc diệt nấm lên hệ vi sinh vật ở ấu trùng thông qua tiếp xúc trực tiếp qua đường miệng vẫn chưa được khám phá.
Nghiên cứu này đã kiểm tra tác động của liều lượng thực tế của sáu loại thuốc diệt nấm thường được sử dụng và đăng ký sử dụng trên cây ăn quả ở Hoa Kỳ, bao gồm cả thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân được dùng đường uống cho ấu trùng sâu bướm bắp từ thức ăn bị nhiễm bẩn. Chúng tôi nhận thấy rằng thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân làm giảm sự tăng cân của ong và làm tăng tỷ lệ tử vong, với tác động nghiêm trọng nhất liên quan đến mancozeb và pyrithiopide. Sau đó, chúng tôi so sánh sự đa dạng vi sinh vật của ấu trùng được cho ăn chế độ ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb với những ấu trùng được cho ăn chế độ ăn đối chứng. Chúng tôi thảo luận về các cơ chế tiềm ẩn gây tử vong và ý nghĩa đối với các chương trình quản lý dịch hại và thụ phấn tổng hợp (IPPM)36.
Ong trưởng thành O. cornifrons ngủ đông trong kén được lấy từ Trung tâm Nghiên cứu Trái cây, Biglerville, PA, và được bảo quản ở nhiệt độ -3 đến 2°C (±0,3°C). Trước khi thí nghiệm (tổng cộng 600 kén). Vào tháng 5 năm 2022, 100 kén O. cornifrons được chuyển hàng ngày vào các cốc nhựa (50 kén mỗi cốc, đường kính 5 cm × chiều dài 15 cm) và đặt khăn lau bên trong cốc để thúc đẩy kén mở ra và cung cấp chất nền để nhai, giảm căng thẳng cho ong đá37. Đặt hai cốc nhựa chứa kén vào lồng côn trùng (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Đài Loan) với bình đựng thức ăn 10 ml chứa dung dịch sucrose 50% và bảo quản trong bốn ngày để đảm bảo kén đóng lại và giao phối. Nhiệt độ 23°C, độ ẩm tương đối 60%, chu kỳ chiếu sáng 10 l (cường độ thấp): 14 ngày. Mỗi sáng trong sáu ngày (100 con mỗi ngày), 100 con cái và con đực đã giao phối được thả vào hai tổ nhân tạo trong thời kỳ hoa táo nở rộ (tổ bẫy: chiều rộng 33,66 × chiều cao 30,48 × chiều dài 46,99 cm; Hình bổ sung 1). Được đặt tại Vườn thực vật bang Pennsylvania, gần cây anh đào (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), cây đào (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), cây lê (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), cây táo coronaria (Malus coronaria) và nhiều giống táo khác (Malus coronaria, Malus), cây táo nhà 'Co-op 30′ Enterprise™', cây táo Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™', cây begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy'). Mỗi ngôi nhà chim bằng nhựa màu xanh lam được đặt vừa vặn trên hai hộp gỗ. Mỗi hộp làm tổ chứa 800 ống giấy kraft rỗng (mở xoắn ốc, đường kính trong 0,8 cm × chiều dài 15 cm) (Công ty Jonesville Paper Tube, Michigan) được đặt trong các ống cellophane mờ đục (đường kính ngoài 0,7 cm). Các nút nhựa (nút T-1X) cung cấp vị trí làm tổ.
Cả hai hộp làm tổ đều hướng về phía đông và được che phủ bằng hàng rào nhựa màu xanh lá cây (mẫu Everbilt #889250EB12, kích thước lỗ 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) để ngăn chuột và chim xâm nhập, được đặt trên bề mặt đất cạnh hộp đất chứa tổ. Hộp làm tổ (Hình bổ sung 1a). Trứng sâu đục thân ngô được thu thập hàng ngày bằng cách lấy 30 ống từ tổ và vận chuyển đến phòng thí nghiệm. Dùng kéo cắt một đầu ống, sau đó tháo rời ống xoắn ốc để lộ các ô ấp trứng. Từng quả trứng và phấn hoa được lấy ra bằng thìa cong (bộ dụng cụ Microslide, BioQuip Products Inc., California). Trứng được ấp trên giấy lọc ẩm và đặt trong đĩa Petri trong 2 giờ trước khi được sử dụng trong các thí nghiệm của chúng tôi (Hình bổ sung 1b-d).
Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã đánh giá độc tính đường uống của sáu loại thuốc diệt nấm được sử dụng trước và trong thời kỳ ra hoa của cây táo ở ba nồng độ (0,1X, 0,5X và 1X, trong đó 1X là nồng độ được sử dụng trên 100 gallon nước/mẫu Anh. Liều cao ngoài đồng ruộng = nồng độ trong điều kiện thực tế ngoài đồng ruộng). (Bảng 1). Mỗi nồng độ được lặp lại 16 lần (n = 16). Hai loại thuốc diệt nấm tiếp xúc (Bảng S1: mancozeb 2696,14 ppm và captan 2875,88 ppm) và bốn loại thuốc diệt nấm toàn thân (Bảng S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myclobutanil azole 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) có độc tính đối với cây ăn quả, rau và cây cảnh. Chúng tôi nghiền nhỏ phấn hoa bằng máy xay, chuyển 0,20 g vào một giếng (đĩa Falcon 24 giếng), thêm và trộn 1 μL dung dịch thuốc diệt nấm để tạo thành phấn hoa hình chóp với các giếng sâu 1 mm, sau đó đặt trứng vào. Đặt trứng bằng thìa nhỏ (Hình bổ sung 1c,d). Các đĩa Falcon được bảo quản ở nhiệt độ phòng (25°C) và độ ẩm tương đối 70%. Chúng tôi so sánh chúng với ấu trùng đối chứng được cho ăn chế độ ăn phấn hoa đồng nhất được xử lý bằng nước tinh khiết. Chúng tôi ghi nhận tỷ lệ tử vong và đo trọng lượng ấu trùng hai ngày một lần cho đến khi ấu trùng đạt đến tuổi tiền nhộng bằng cân phân tích (Fisher Scientific, độ chính xác = 0,0001 g). Cuối cùng, tỷ lệ giới tính được đánh giá bằng cách mở kén sau 2,5 tháng.
DNA được chiết xuất từ toàn bộ ấu trùng O. cornifrons (n = 3 cho mỗi điều kiện xử lý, phấn hoa được xử lý bằng mancozeb và phấn hoa không được xử lý) và chúng tôi đã thực hiện phân tích đa dạng vi sinh vật trên các mẫu này, đặc biệt là vì trong điều kiện xử lý bằng mancozeb, tỷ lệ tử vong cao nhất được quan sát thấy ở ấu trùng nhận MnZn. DNA được khuếch đại, tinh sạch bằng bộ kit DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) và được giải trình tự (600 chu kỳ) trên máy Illumina® MiSeq™ bằng bộ kit v3. Giải trình tự mục tiêu các gen RNA ribosome 16S của vi khuẩn được thực hiện bằng bộ kit Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) sử dụng các mồi nhắm mục tiêu vào vùng V3-V4 của gen rRNA 16S. Ngoài ra, giải trình tự 18S được thực hiện bằng cách sử dụng 10% PhiX và quá trình khuếch đại được thực hiện bằng cặp mồi 18S001 và NS4.
Nhập và xử lý các cặp đọc39 bằng cách sử dụng quy trình QIIME2 (v2022.11.1). Các đoạn đọc này được cắt tỉa và hợp nhất, và các chuỗi lai ghép được loại bỏ bằng cách sử dụng plugin DADA2 trong QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Việc gán lớp 16S và 18S được thực hiện bằng cách sử dụng plugin phân loại đối tượng Classify-sklearn và bộ phân loại hiện vật được huấn luyện trước silva-138-99-nb-classifier.
Tất cả dữ liệu thực nghiệm đều được kiểm tra tính chuẩn hóa (Shapiro-Wilks) và tính đồng nhất của phương sai (kiểm định Levene). Vì tập dữ liệu không đáp ứng các giả định của phân tích tham số và phép biến đổi không chuẩn hóa được phần dư, chúng tôi đã thực hiện phân tích phương sai hai chiều phi tham số (Kruskal-Wallis) với hai yếu tố [thời gian (ba giai đoạn 2, 5 và 8 ngày) và thuốc diệt nấm] để đánh giá tác động của phương pháp điều trị lên trọng lượng tươi của ấu trùng, sau đó thực hiện so sánh từng cặp phi tham số hậu kiểm bằng cách sử dụng kiểm định Wilcoxon. Chúng tôi đã sử dụng mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) với phân phối Poisson để so sánh tác động của thuốc diệt nấm lên tỷ lệ sống sót trên ba nồng độ thuốc diệt nấm khác nhau41,42. Đối với phân tích sự phong phú khác biệt, số lượng biến thể trình tự khuếch đại (ASV) được gộp lại ở cấp độ chi. Việc so sánh sự khác biệt về độ phong phú giữa các nhóm bằng cách sử dụng độ phong phú tương đối của 16S (cấp chi) và 18S được thực hiện bằng mô hình cộng tính tổng quát cho vị trí, quy mô và hình dạng (GAMLSS) với phân bố họ beta zero-inflated (BEZI), được mô hình hóa trên một macro trong Microbiome R43 (v1.1). 1). Loại bỏ các loài ty thể và lục lạp trước khi phân tích khác biệt. Do các cấp độ phân loại khác nhau của 18S, chỉ cấp độ thấp nhất của mỗi taxon được sử dụng cho các phân tích khác biệt. Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng R (v. 3.4.3., dự án CRAN) (Nhóm 2013).
Tiếp xúc với mancozeb, pyrithiostrobin và trifloxystrobin làm giảm đáng kể sự tăng cân ở O. cornifrons (Hình 1). Các tác động này được quan sát thấy nhất quán ở cả ba liều lượng đã được đánh giá (Hình 1a–c). Cyclostrobin và myclobutanil không làm giảm đáng kể trọng lượng của ấu trùng.
Trọng lượng tươi trung bình của ấu trùng sâu đục thân được đo tại ba thời điểm dưới bốn chế độ ăn khác nhau (thức ăn phấn hoa đồng nhất + thuốc diệt nấm: đối chứng, liều 0,1X, 0,5X và 1X). (a) Liều thấp (0,1X): thời điểm đầu tiên (ngày 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, thời điểm thứ hai (ngày 5): 22,83, DF = 0,0009; thời điểm thứ ba (ngày 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) liều một nửa (0,5X): thời điểm đầu tiên (ngày 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, thời điểm thứ hai (ngày 1): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; (b) Thời điểm thứ ba (ngày 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Vị trí hoặc liều đầy đủ (1X): thời điểm đầu tiên (ngày 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, thời điểm thứ hai (ngày 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; thời điểm thứ ba (ngày 8): χ2: 28,39, DF = 6; phân tích phương sai phi tham số. Các thanh biểu thị giá trị trung bình ± SE của các so sánh từng cặp (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Ở liều thấp nhất (0,1X), trọng lượng cơ thể ấu trùng giảm 60% với trifloxystrobin, 49% với mancozeb, 48% với myclobutanil và 46% với pyrithiostrobin (Hình 1a). Khi tiếp xúc với một nửa liều dùng ngoài thực địa (0,5X), trọng lượng cơ thể của ấu trùng mancozeb giảm 86%, pyrithiostrobin giảm 52% và trifloxystrobin giảm 50% (Hình 1b). Liều dùng đầy đủ ngoài thực địa (1X) của mancozeb làm giảm trọng lượng ấu trùng 82%, pyrithiostrobin giảm 70%, và trifloxystrobin, myclobutanil và sangard giảm khoảng 30% (Hình 1c).
Tỷ lệ tử vong cao nhất ở ấu trùng ăn phấn hoa được xử lý bằng mancozeb, tiếp theo là pyrithiostrobin và trifloxystrobin. Tỷ lệ tử vong tăng lên khi liều lượng mancozeb và pyritisoline tăng (Hình 2; Bảng 2). Tuy nhiên, tỷ lệ tử vong của sâu đục thân ngô chỉ tăng nhẹ khi nồng độ trifloxystrobin tăng; cyprodinil và captan không làm tăng đáng kể tỷ lệ tử vong so với nhóm đối chứng.
Tỷ lệ tử vong của ấu trùng ruồi đục thân được so sánh sau khi ăn phấn hoa được xử lý riêng lẻ bằng sáu loại thuốc diệt nấm khác nhau. Mancozeb và pentopyramide nhạy cảm hơn với việc tiếp xúc qua đường miệng với giòi ngô (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (đường thẳng, độ dốc = 0,29, P < 0,001; độ dốc = 0,24, P <0,00)).
Trung bình, trên tất cả các phương pháp điều trị, 39,05% bệnh nhân là nữ và 60,95% là nam. Trong số các phương pháp điều trị đối chứng, tỷ lệ nữ giới là 40% trong cả nghiên cứu liều thấp (0,1X) và liều một nửa (0,5X), và 30% trong nghiên cứu liều thông thường (1X). Ở liều 0,1X, trong số ấu trùng ăn phấn hoa được điều trị bằng mancozeb và myclobutanil, 33,33% con trưởng thành là nữ, 22% con trưởng thành là nữ, 44% ấu trùng trưởng thành là nữ, 41% ấu trùng trưởng thành là nữ, và nhóm đối chứng là 31% (Hình 3a). Ở liều gấp 0,5 lần, 33% số giun trưởng thành trong nhóm mancozeb và pyrithiostrobin là cái, 36% trong nhóm trifloxystrobin, 41% trong nhóm myclobutanil và 46% trong nhóm cyprostrobin. Con số này là 53% trong nhóm captan và 38% trong nhóm đối chứng (Hình 3b). Ở liều gấp 1 lần, 30% số giun cái trong nhóm mancozeb, 36% trong nhóm pyrithiostrobin, 44% trong nhóm trifloxystrobin, 38% trong nhóm myclobutanil, 50% trong nhóm đối chứng là giun cái – 38,5% (Hình 3c).
Tỷ lệ phần trăm sâu đục thân cái và đực sau khi tiếp xúc với thuốc diệt nấm ở giai đoạn ấu trùng. (a) Liều thấp (0,1X). (b) Liều một nửa (0,5X). (c) Liều dùng ngoài đồng hoặc liều đầy đủ (1X).
Phân tích trình tự 16S cho thấy nhóm vi khuẩn khác nhau giữa ấu trùng được cho ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb và ấu trùng được cho ăn phấn hoa chưa xử lý (Hình 4a). Chỉ số vi sinh vật của ấu trùng chưa xử lý được cho ăn phấn hoa cao hơn so với ấu trùng được cho ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb (Hình 4b). Mặc dù sự khác biệt về độ đa dạng giữa các nhóm không có ý nghĩa thống kê, nhưng nó thấp hơn đáng kể so với sự khác biệt quan sát được ở ấu trùng ăn phấn hoa chưa xử lý (Hình 4c). Độ phong phú tương đối cho thấy hệ vi sinh vật của ấu trùng ăn phấn hoa đối chứng đa dạng hơn so với ấu trùng ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb (Hình 5a). Phân tích mô tả cho thấy sự hiện diện của 28 chi trong mẫu đối chứng và mẫu được xử lý bằng mancozeb (Hình 5b). c Phân tích bằng trình tự 18S không cho thấy sự khác biệt đáng kể (Hình bổ sung 2).
Các hồ sơ SAV dựa trên trình tự 16S được so sánh với độ phong phú Shannon và độ phong phú quan sát được ở cấp độ ngành. (a) Phân tích tọa độ chính (PCoA) dựa trên cấu trúc cộng đồng vi sinh vật tổng thể ở ấu trùng được cho ăn phấn hoa không xử lý hoặc nhóm đối chứng (màu xanh lam) và ấu trùng được cho ăn mancozeb (màu cam). Mỗi điểm dữ liệu đại diện cho một mẫu riêng biệt. PCoA được tính toán bằng cách sử dụng khoảng cách Bray-Curtis của phân phối t đa biến. Hình bầu dục biểu thị mức độ tin cậy 80%. (b) Biểu đồ hộp, dữ liệu thô về độ phong phú Shannon (điểm) và c. Độ phong phú quan sát được. Biểu đồ hộp hiển thị các hộp cho đường trung vị, phạm vi liên tứ phân vị (IQR) và 1,5 × IQR (n = 3).
Thành phần cộng đồng vi sinh vật của ấu trùng ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb và phấn hoa chưa xử lý. (a) Độ phong phú tương đối của các chi vi sinh vật trong ấu trùng. (b) Bản đồ nhiệt của các cộng đồng vi sinh vật được xác định. Delftia (tỷ lệ chênh lệch (OR) = 0,67, P = 0,0030) và Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Các hàng trên bản đồ nhiệt được nhóm lại bằng khoảng cách tương quan và độ kết nối trung bình.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy việc tiếp xúc qua đường miệng với các loại thuốc diệt nấm tác động trực tiếp (mancozeb) và tác động toàn thân (pyrostrobin và trifloxystrobin), được sử dụng rộng rãi trong giai đoạn ra hoa, đã làm giảm đáng kể sự tăng trọng và tăng tỷ lệ tử vong của ấu trùng ngô. Ngoài ra, mancozeb đã làm giảm đáng kể sự đa dạng và phong phú của hệ vi sinh vật trong giai đoạn tiền nhộng. Myclobutanil, một loại thuốc diệt nấm tác động toàn thân khác, đã làm giảm đáng kể sự tăng trọng của ấu trùng ở cả ba liều lượng. Hiệu ứng này thể hiện rõ ở thời điểm thứ hai (ngày thứ 5) và thứ ba (ngày thứ 8). Ngược lại, cyprodinil và captan không làm giảm đáng kể sự tăng trọng hoặc tỷ lệ sống sót so với nhóm đối chứng. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là nghiên cứu đầu tiên xác định tác động của liều lượng sử dụng ngoài đồng ruộng của các loại thuốc diệt nấm khác nhau được dùng để bảo vệ cây ngô thông qua tiếp xúc trực tiếp với phấn hoa.
Tất cả các phương pháp xử lý bằng thuốc diệt nấm đều làm giảm đáng kể sự tăng cân so với nhóm đối chứng. Mancozeb có tác động lớn nhất đến sự tăng cân của ấu trùng với mức giảm trung bình là 51%, tiếp theo là pyrithiostrobin. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác không báo cáo tác dụng phụ của liều lượng thuốc diệt nấm ngoài thực địa đối với giai đoạn ấu trùng44. Mặc dù thuốc diệt khuẩn dithiocarbamate đã được chứng minh là có độc tính cấp tính thấp45, nhưng ethylene bisdithiocarbamate (EBDCS) như mancozeb có thể bị phân hủy thành urê ethylene sulfide. Do tác dụng gây đột biến ở các động vật khác, sản phẩm phân hủy này có thể là nguyên nhân gây ra các tác động quan sát được46,47. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự hình thành ethylene thiourea bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ cao48, độ ẩm49 và thời gian bảo quản sản phẩm50. Điều kiện bảo quản thích hợp cho thuốc diệt khuẩn có thể làm giảm thiểu các tác dụng phụ này. Ngoài ra, Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu đã bày tỏ lo ngại về độc tính của pyrithiopide, chất đã được chứng minh là gây ung thư cho hệ tiêu hóa của các loài động vật khác51.
Việc sử dụng mancozeb, pyrithiostrobin và trifloxystrobin bằng đường uống làm tăng tỷ lệ tử vong của ấu trùng sâu đục thân ngô. Ngược lại, myclobutanil, ciprocycline và captan không có tác dụng đối với tỷ lệ tử vong. Những kết quả này khác với kết quả của Ladurner et al.52, người đã chỉ ra rằng captan làm giảm đáng kể tỷ lệ sống sót của O. lignaria và Apis mellifera L. trưởng thành (Hymenoptera, Apisidae). Ngoài ra, các loại thuốc diệt nấm như captan và boscalid đã được phát hiện gây tử vong ở ấu trùng52,53,54 hoặc làm thay đổi hành vi ăn uống55. Những thay đổi này, đến lượt nó, có thể ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng của phấn hoa và cuối cùng là lượng năng lượng mà giai đoạn ấu trùng thu được. Tỷ lệ tử vong quan sát được ở nhóm đối chứng phù hợp với các nghiên cứu khác56,57.
Tỷ lệ giới tính nghiêng về con đực được quan sát thấy trong nghiên cứu của chúng tôi có thể được giải thích bởi các yếu tố như giao phối không đủ và điều kiện thời tiết xấu trong thời kỳ ra hoa, như Vicens và Bosch đã đề xuất trước đây đối với O. cornuta. Mặc dù con cái và con đực trong nghiên cứu của chúng tôi có bốn ngày để giao phối (một khoảng thời gian thường được coi là đủ để giao phối thành công), chúng tôi đã cố tình giảm cường độ ánh sáng để giảm thiểu căng thẳng. Tuy nhiên, sự điều chỉnh này có thể vô tình ảnh hưởng đến quá trình giao phối61. Ngoài ra, ong còn trải qua vài ngày thời tiết bất lợi, bao gồm mưa và nhiệt độ thấp (<5°C), điều này cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sự thành công của việc giao phối4,23.
Mặc dù nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào toàn bộ hệ vi sinh vật của ấu trùng, nhưng kết quả của chúng tôi cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ tiềm tàng giữa các cộng đồng vi khuẩn có thể rất quan trọng đối với dinh dưỡng của ong và sự tiếp xúc với thuốc diệt nấm. Ví dụ, ấu trùng được cho ăn phấn hoa đã xử lý bằng mancozeb có cấu trúc và số lượng cộng đồng vi sinh vật giảm đáng kể so với ấu trùng được cho ăn phấn hoa chưa xử lý. Ở ấu trùng tiêu thụ phấn hoa chưa xử lý, các nhóm vi khuẩn Proteobacteria và Actinobacteria chiếm ưu thế và chủ yếu là hiếu khí hoặc hiếu khí tùy ý. Vi khuẩn Delft, thường liên quan đến các loài ong đơn độc, được biết là có hoạt tính kháng sinh, cho thấy vai trò bảo vệ tiềm tàng chống lại mầm bệnh. Một loài vi khuẩn khác, Pseudomonas, dồi dào ở ấu trùng được cho ăn phấn hoa chưa xử lý, nhưng lại giảm đáng kể ở ấu trùng được xử lý bằng mancozeb. Kết quả của chúng tôi ủng hộ các nghiên cứu trước đây xác định Pseudomonas là một trong những chi dồi dào nhất ở O. bicornis35 và các loài ong bắp cày đơn độc khác34. Mặc dù bằng chứng thực nghiệm về vai trò của Pseudomonas đối với sức khỏe của O. cornifrons chưa được nghiên cứu, nhưng vi khuẩn này đã được chứng minh là thúc đẩy quá trình tổng hợp độc tố bảo vệ ở bọ cánh cứng Paederus fuscipes và thúc đẩy quá trình chuyển hóa arginine trong ống nghiệm 35, 65. Những quan sát này cho thấy vai trò tiềm năng trong việc phòng vệ chống lại virus và vi khuẩn trong suốt thời gian phát triển của ấu trùng O. cornifrons. Microbacterium là một chi khác được xác định trong nghiên cứu của chúng tôi, được báo cáo là có số lượng lớn ở ấu trùng ruồi lính đen trong điều kiện thiếu ăn66. Ở ấu trùng O. cornifrons, vi khuẩn microbacteria có thể góp phần vào sự cân bằng và khả năng phục hồi của hệ vi sinh vật đường ruột trong điều kiện căng thẳng. Ngoài ra, Rhodococcus được tìm thấy ở ấu trùng O. cornifrons và được biết đến với khả năng giải độc67. Chi này cũng được tìm thấy trong ruột của A. florea, nhưng với số lượng rất thấp68. Kết quả của chúng tôi chứng minh sự hiện diện của nhiều biến thể di truyền trên nhiều nhóm vi sinh vật có thể làm thay đổi các quá trình trao đổi chất ở ấu trùng. Tuy nhiên, cần hiểu rõ hơn về sự đa dạng chức năng của O. cornifrons.
Tóm lại, kết quả cho thấy mancozeb, pyrithiostrobin và trifloxystrobin làm giảm sự tăng cân và tăng tỷ lệ tử vong của ấu trùng sâu đục thân ngô. Mặc dù ngày càng có nhiều lo ngại về tác động của thuốc diệt nấm đối với các loài thụ phấn, nhưng cần phải hiểu rõ hơn về tác động của các chất chuyển hóa tồn dư của các hợp chất này. Những kết quả này có thể được đưa vào các khuyến nghị cho các chương trình quản lý thụ phấn tổng hợp giúp nông dân tránh sử dụng một số loại thuốc diệt nấm trước và trong thời kỳ ra hoa của cây ăn quả bằng cách lựa chọn thuốc diệt nấm và thay đổi thời điểm phun thuốc, hoặc bằng cách khuyến khích sử dụng các chất thay thế ít gây hại hơn 36. Thông tin này rất quan trọng để phát triển các khuyến nghị về việc sử dụng thuốc trừ sâu, chẳng hạn như điều chỉnh các chương trình phun thuốc hiện có và thay đổi thời điểm phun thuốc khi lựa chọn thuốc diệt nấm hoặc thúc đẩy việc sử dụng các chất thay thế ít nguy hiểm hơn. Cần nghiên cứu thêm về các tác động bất lợi của thuốc diệt nấm đối với tỷ lệ giới tính, hành vi ăn uống, hệ vi sinh vật đường ruột và các cơ chế phân tử gây ra sự giảm cân và tỷ lệ tử vong của sâu đục thân ngô.
Dữ liệu nguồn 1, 2 và 3 trong Hình 1 và 2 đã được lưu trữ trong kho dữ liệu figshare với DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 và https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Các trình tự được phân tích trong nghiên cứu hiện tại (Hình 4, 5) có sẵn trong kho lưu trữ NCBI SRA với số hiệu truy cập PRJNA1023565.
Bosch, J. và Kemp, WP Phát triển và thiết lập các loài ong mật làm tác nhân thụ phấn cho cây trồng nông nghiệp: ví dụ về chi Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) và cây ăn quả. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG và cộng sự. Thực tiễn thụ phấn và nhận thức về các loài thụ phấn thay thế trong số những người trồng táo ở New York và Pennsylvania. Bản cập nhật. Nông nghiệp. Hệ thống thực phẩm. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL và Ricketts TH Sinh thái học và kinh tế học của việc thụ phấn hạnh nhân bằng ong bản địa. Tạp chí Kinh tế. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., và Park, Y.-L. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến chu kỳ sinh học của gà lôi: hàm ý đối với quản lý quần thể. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR và Pitts-Singer, TL. Ảnh hưởng của thuốc diệt nấm và chất phụ gia dạng phun lên hành vi làm tổ của hai loài ong đơn độc được nuôi dưỡng (Osmia lignaria và Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. và cộng sự. Một loại thuốc diệt nấm cây trồng có độc tính thấp (fenbuconazole) can thiệp vào các tín hiệu chất lượng sinh sản của con đực, dẫn đến giảm khả năng giao phối thành công ở ong đơn độc hoang dã. Tạp chí sinh thái ứng dụng. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. và cộng sự. Thuốc trừ sâu neonicotinoid và quá trình sinh tổng hợp ergosterol ức chế tỷ lệ tử vong do thuốc diệt nấm hiệp đồng ở ba loài ong. Kiểm soát dịch hại. Khoa học. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. và Danforth BN. Ấu trùng ong bắp cày đơn độc làm thay đổi sự đa dạng vi khuẩn do phấn hoa cung cấp cho ong làm tổ trên thân cây Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN và Steffan SA. Các vi sinh vật cộng sinh ngoại bào trong phấn hoa lên men cũng quan trọng đối với sự phát triển của ong đơn độc như chính phấn hoa vậy. Sinh thái học. Tiến hóa. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F và Thalheimer M. Trồng xen kẽ giữa các hàng trong vườn táo để kiểm soát bệnh tái gieo hạt: nghiên cứu hiệu quả thực tiễn dựa trên các chỉ số vi sinh vật. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG và Peter KA Bệnh thối đắng ở táo vùng Trung Đại Tây Dương của Hoa Kỳ: đánh giá các loài gây bệnh và ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khu vực và tính mẫn cảm của giống cây trồng. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK và Stanley DA. Thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ và ong: đánh giá có hệ thống về các nghiên cứu và phương pháp hiện có. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED và Jepson, PC. Tác dụng hiệp đồng của thuốc diệt nấm EBI và thuốc trừ sâu pyrethroid đối với ong mật (Apis mellifera). sâu bệnh khoa học. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE và Peng, CY. Ảnh hưởng của một số loại thuốc diệt nấm đến sự sinh trưởng và phát triển của ấu trùng ong mật Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., và McArt, S. Hướng dẫn quyết định sử dụng thuốc trừ sâu để bảo vệ các loài thụ phấn trong vườn cây ăn quả (Đại học Cornell, 2018).
Iwasaki, JM và Hogendoorn, K. Tiếp xúc của ong với các chất không phải thuốc trừ sâu: tổng quan về các phương pháp và kết quả đã báo cáo. Nông nghiệp. Hệ sinh thái. Thứ Tư. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. và Pitts-Singer TL. Ảnh hưởng của loại nguồn cung cấp và tiếp xúc với thuốc trừ sâu đến sự phát triển ấu trùng của Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM và Pitts-Singer TL, Các con đường tiếp xúc với thuốc trừ sâu ở ong đơn độc sống trong tổ trống. Thứ Tư. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT và cộng sự. Một quy trình thử nghiệm sinh học mới để đánh giá độc tính thuốc trừ sâu ở ong vườn Nhật Bản trưởng thành (Osmia cornifrons). Khoa học. Báo cáo 10, 9517 (2020).
Thời gian đăng bài: 14 tháng 5 năm 2024