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 mới hơn của trình duyệt (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Thuốc diệt nấm thường được sử dụng trong quá trình ra hoa của quả cây và có thể đe dọa các loài côn trùng thụ phấn. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về cách các loài thụ phấn không phải ong (ví dụ như ong đơn độc, Osmia cornifrons) phản ứng với thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân thường được sử dụng trên táo trong quá trình ra hoa. Khoảng cách kiến thức này hạn chế các quyết định về mặt 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 xen kẽ/hệ thống thực vật (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin và trifloxystrobin). Tác động đến tăng trọng của ấu trùng, tỷ lệ sống sót, tỷ lệ giới tính và sự đa dạng của vi khuẩn. Đánh giá được tiến hành bằng cách sử dụng xét nghiệm sinh học đường uống mãn tính trong đó phấn hoa được xử lý theo ba liều lượng dựa trên liều lượng hiện được khuyến nghị để sử dụng ngoài đồng ruộng (1X), một nửa liều lượng (0,5X) và liều lượng thấp (0,1X). Tất cả các liều lượng mancozeb và pyritisoline đều làm giảm đáng kể trọng lượng cơ thể và tỷ lệ sống sót của ấu trùng. Sau đó, chúng tôi giải trình tự gen 16S để mô tả đặc điểm của vi khuẩn ấu trùng của mancozeb, loại thuốc diệt nấm gây ra tỷ lệ tử vong cao nhất. Chúng tôi phát hiện ra rằng tính đa dạng và số lượng vi khuẩn giảm đáng kể ở ấu trùng ăn phấn hoa được xử lý bằng mancozeb. Kết quả xét nghiệm của chúng tôi chỉ ra rằng việc phun một số loại thuốc diệt nấm này trong thời gian ra hoa đặc biệt có hại cho sức khỏe của O. cornifrons. Thông tin này có liên quan đến 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 đóng vai trò là cơ sở cho các quy trình quản lý nhằm bảo vệ các loài thụ phấn.
Ong thợ nề 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 ong nhập tịch này là một phần của khoảng 50 loài ong hoang dã bổ sung cho những con ong thụ phấn cho các vườn hạnh nhân và táo ở Hoa Kỳ2,3. Ong thợ nề 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 năng lượng thu được, kiếm ăn5 và điều hòa cơ thể6,7. Mặc dù nghiên cứu gần đây cho thấy sức khỏe của ong thợ nề chịu ảnh hưởng trực tiếp của các vi sinh vật cộng sinh và ngoại bào, 8,9 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 khuẩn của ong thợ nề mới chỉ bắt đầu được nghiên cứu.
Thuốc diệt nấm có nhiều tác dụng khác nhau (tiếp xúc và toàn thân) được phun trong vườn cây ăn quả trước và trong khi ra hoa để điều trị các bệnh như bệnh ghẻ táo, thối đắng, thối nâu và bệnh phấn trắng10,11. Thuốc diệt nấm được coi là vô hại đối với các loài thụ phấn, vì vậy chúng được khuyến nghị 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 rộng rãi vì đây 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 phải là yêu cầu bắt buộc theo các thỏa thuận cấp phép tiếp thị tại Hoa Kỳ15. Ngoài ra, nhìn chung không có giao thức chuẩn nào để thử nghiệm những con ong đơn lẻ16,17 và việc duy trì các đàn ong cung cấp ong để thử nghiệm là một thách thức18. Các thử nghiệm đối với các loài ong được quản lý khác nhau 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 giao thức chuẩn gần đây đã được phát triển cho O. cornifrons19.
Ong sừng là loại ong đơn nhân và được sử dụng trong thương mại trong các vụ mùa cá chép như một nguồn bổ sung hoặc thay thế cho ong mật. Những con ong này xuất hiện vào khoảng tháng 3 đến tháng 4, với những con ong đực sớm xuất hiện trước những con ong cái từ ba đến bốn ngày. Sau khi giao phối, con cái tích cực thu thập phấn hoa và mật hoa để cung cấp một loạt các ô ấp 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 đất sét trước khi chuẩn bị ô tiếp theo. Ấu trùng tuổi đầu tiên được bao bọc trong màng đệm và ăn dịch phôi. Từ tuổi thứ hai đến tuổi thứ năm (tiền nhộng), ấu trùng ăn phấn hoa22. Khi nguồn cung cấp phấn hoa cạn kiệt hoàn toàn, ấu trùng tạo thành kén, nhộng và xuất hiện dưới dạng trưởng thành trong cùng một buồng ấp, thường là vào cuối mùa hè20,23. Con trưởng thành xuất hiện vào mùa xuân năm sau. Sự sống sót của con trưởng thành có liên quan đến mức tăng năng lượng ròng (tăng cân) dựa trên lượng thức ăn nạp vào. 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 sự sống còn và sức khỏe24.
Thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm được sử dụng trước khi ra hoa có thể di chuyển trong hệ thống mạch máu của cây ở các mức độ khác nhau, từ xuyên phiến (ví dụ, có thể di chuyển từ bề mặt trên của lá xuống bề mặt dưới, giống như một số loại thuốc diệt nấm) 25 đến các tác động toàn thân thực sự. , có thể xâm nhập vào tán lá từ rễ, có thể đi vào mật hoa của hoa táo 26, nơi chúng có thể giết chết O. cornifrons trưởng thành 27. Một số loại thuốc trừ sâu cũng ngấm vào phấn hoa, ảnh hưởng đến sự phát triển của ấu trùng ngô và khiến chúng chết 19. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng một số loại thuốc diệt nấm có thể làm thay đổi đáng kể hành vi làm tổ của loài liên quan O. lignaria 28. Ngoài ra, các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thực địa mô phỏng các tình huống 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 sự sống còn của ong mật và một số loài ong sống đơn độc. Nhiều loại thuốc xịt diệt nấm được sử dụng trực tiếp lên hoa nở trong quá trình ra hoa có thể làm ô nhiễm phấn hoa do ong trưởng thành thu thập để phát triển ấu trùng, tác động của chúng vẫn đang được nghiên cứu 30.
Người ta ngày càng nhận ra rằng sự phát triển của ấu trùng chịu ảnh hưởng của phấn hoa và cộng đồng vi khuẩn của hệ tiêu hóa. Hệ vi sinh vật của ong mật ảnh hưởng đến các thông số như khối lượng cơ thể31, những thay đổi về chuyển hóa22 và khả năng mắc bệnh32. Các nghiên cứu trước đây đã xem xét ảnh hưởng của giai đoạn phát triển, chất dinh dưỡng và môi trường lên hệ vi sinh vật của ong đơn độc. Các nghiên cứu này đã chỉ ra những điểm tương đồng về cấu trúc và số lượng của hệ vi sinh vật ấu trùng và phấn hoa33, cũng như các chi vi khuẩn phổ biến nhất là Pseudomonas và Delftia, trong số các loài ong đơn độc. Tuy nhiên, mặc dù thuốc diệt nấm có liên quan đến các chiến lược bảo vệ sức khỏe của ong, nhưng tác động của thuốc diệt nấm lên hệ vi sinh vật của ấu trùng thông qua tiếp xúc trực tiếp qua đường miệng vẫn chưa được khám phá.
Nghiên cứu này đã thử nghiệm tác động của liều lượng thực tế của sáu loại thuốc diệt nấm thông dụng đã được đăng ký để sử dụng trên cây ăn quả tại Hoa Kỳ, bao gồm thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân dùng đường uống cho ấu trùng sâu bướm sừng ngô từ thực phẩm bị ô nhiễm. Chúng tôi phát hiện ra rằng thuốc diệt nấm tiếp xúc và thuốc diệt nấm toàn thân làm giảm trọng lượng cơ thể ong và tăng tỷ lệ tử vong, với những tác động nghiêm trọng nhất liên quan đến mancozeb và pyrithiopide. Sau đó, chúng tôi so sánh sự đa dạng của vi khuẩn ở ấu trùng được cho ăn chế độ ăn có 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.
O. cornifrons trưởng thành trú 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 tiến hành thí nghiệm (tổng cộng 600 kén). Vào tháng 5 năm 2022, 100 kén O. cornifrons được chuyển hàng ngày vào cốc nhựa (50 kén mỗi cốc, DI 5 cm x dài 15 cm) và lau sạch bên trong cốc để thúc đẩy quá trình mở và cung cấp chất nền có thể nhai được, giúp 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 máng ăn 10 ml chứa dung dịch sucrose 50% và bảo quản trong bốn ngày để đảm bảo đóng lại và giao phối. 23°C, độ ẩm tương đối 60%, quang kỳ 10 l (cường độ thấp): 14 ngày. 100 con cái và con đực đã giao phối được thả vào mỗi buổi sáng trong sáu ngày (100 con mỗi ngày) vào hai tổ nhân tạo trong thời kỳ táo ra hoa rộ nhất (tổ bẫy: rộng 33,66 × cao 30,48 × dài 46,99 cm; Hình bổ sung 1). Được đặt tại Vườn ươm Tiểu bang Pennsylvania, gần cây anh đào (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), cây đào (Prunus persica 'Contender'), cây Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), cây lê (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), cây táo coronaria (Malus coronaria) và nhiều loại cây táo khác (Malus coronaria, Malus), cây táo trong nước 'Co-op 30′ Enterprise™, cây táo Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, cây thu hải đường 'Freedom', cây Begonia 'Golden Delicious', cây Begonia 'Nova Spy'). Mỗi ngôi nhà chim bằng nhựa màu xanh có thể đặt vừa trên hai hộp gỗ. Mỗi hộp làm tổ chứa 800 ống giấy kraft rỗng (hình xoắn ốc, đường kính trong 0,8 cm × chiều dài 15 cm) (Công ty ống giấy Jonesville, Michigan) được nhét vào các ống cellophane mờ (đường kính ngoài 0,7 cm xem Nút nhựa (nút T-1X) tạo thành nơi làm tổ.
Cả hai hộp làm tổ đều hướng về phía đông và được phủ bằng hàng rào nhựa màu xanh lá cây (mẫu Everbilt #889250EB12, kích thước lỗ mở 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) để ngăn chặn động vật gặm nhấm và chim xâm nhập và được đặt trên bề mặt đất cạnh hộp đất của hộp làm tổ. Hộp làm tổ (Hình bổ sung 1a). Trứng sâu đục thân ngô được thu thập hàng ngày bằng cách thu thập 30 ống từ các tổ và vận chuyển chúng đến phòng thí nghiệm. Dùng kéo, cắt một đường ở đầu ống, sau đó tháo rời ống xoắn ốc để lộ các ô ấu trùng. Lấy từng quả trứng và phấn hoa của chúng bằng thìa cong (Bộ dụng cụ Microslide, BioQuip Products Inc., California). Trứng được ủ trên giấy lọc ẩm và đặt trong đĩa Petri trong 2 giờ trước khi 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 qua đường uống của sáu loại thuốc diệt nấm được sử dụng trước và trong thời gian táo ra hoa ở ba nồng độ (0,1X, 0,5X và 1X, trong đó 1X là vạch được sử dụng cho 100 gallon nước/mẫu Anh. Liều cao trên đồng ruộng = nồng độ trong 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) gây độc cho trái cây, rau và cây cảnh. Chúng tôi đồng nhất phấn hoa bằng máy nghiền, chuyển 0,20 g vào một giếng (Đĩa Falcon 24 giếng), và thêm và trộn 1 μL dung dịch thuốc diệt nấm để tạo thành phấn hoa hình chóp với các giếng sâu 1 mm để đặt trứng vào. Đặt 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 lại tỷ lệ tử vong và đo trọng lượng ấu trùng cách ngày cho đến khi ấu trùng đạt đến độ 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 trên mỗi điều kiện xử lý, phấn hoa được xử lý và không được xử lý bằng mancozeb) và chúng tôi đã tiến hành phân tích đa dạng vi sinh vật trên các mẫu này, đặc biệt là vì ở mancozeb, tỷ lệ tử vong cao nhất được quan sát thấy ở ấu trùng. nhận MnZn. DNA được khuếch đại, tinh chế bằng bộ DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) và giải trình tự (600 chu kỳ) trên Illumina® MiSeq™ bằng bộ v3. Giải trình tự có mục tiêu của gen RNA ribosome 16S của vi khuẩn được thực hiện bằng Bộ Quick-16S™ NGS Library Prep (Zymo Research, Irvine, CA) bằng cách sử dụng các đoạn mồi nhắm vào vùng V3-V4 của gen rRNA 16S. Ngoài ra, giải trình tự 18S được thực hiện bằng cách sử dụng 10% PhiX bao gồm và khuếch đại được thực hiện bằng cách sử dụng cặp mồi 18S001 và NS4.
Nhập và xử lý các lần đọc được ghép nối39 bằng đường ống QIIME2 (v2022.11.1). Các lần đọc này đã được cắt tỉa và hợp nhất, và các chuỗi chimeric đã được loại bỏ bằng plugin DADA2 trong QIIME2 (ghép tiếng ồn qiime dada2)40. Các phép gán lớp 16S và 18S đã được thực hiện bằng plugin phân loại đối tượng Classify-sklearn và artifact được đào tạo trước silva-138-99-nb-classifier.
Tất cả dữ liệu thực nghiệm đã được kiểm tra tính chuẩn (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 các phần dư, chúng tôi đã thực hiện ANOVA hai chiều không tham số (Kruskal-Wallis) với hai yếu tố [thời gian (ba pha 2, 5 và 8 ngày thời điểm) và thuốc diệt nấm] để đánh giá tác động của xử lý đến trọng lượng tươi của ấu trùng, sau đó so sánh từng cặp không tham số sau hoc được thực hiện 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 đến khả năng sống sót ở ba nồng độ thuốc diệt nấm41,42. Đối với phân tích độ phong phú khác biệt, số lượng biến thể trình tự amplicon (ASV) đã được thu gọn ở cấp độ chi. So sánh sự phong phú khác biệt giữa các nhóm sử dụng 16S (mức chi) và sự phong phú tương đối của 18S được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình cộng tính tổng quát cho vị trí, tỷ lệ và hình dạng (GAMLSS) với phân phối 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 phân loại khác nhau của 18S, chỉ có cấp thấp nhất của mỗi đơn vị phân loại được sử dụng cho các phân tích khác biệt. Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng cách sử dụng R (v. 3.4.3., dự án CRAN) (Nhóm 2013).
Tiếp xúc với mancozeb, pyrithiostrobin và trifloxystrobin làm giảm đáng kể trọng lượng cơ thể ở O. cornifrons (Hình 1). Những tác động này được quan sát thấy nhất quán đối với cả ba liều lượng 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 đục thân được đo tại ba thời điểm theo bốn chế độ ăn (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) một nửa liều (0,5X): thời điểm đầu tiên (ngày 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, thời điểm thứ hai (ngày một). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; thời điểm thứ ba (ngày 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Vị trí hoặc liều đầy đủ (1X): thời điểm thứ nhất (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 pyrithistrobin (Hình 1a). Khi tiếp xúc với một nửa liều thực địa (0,5X), trọng lượng cơ thể ấu trùng mancozeb giảm 86%, pyrithiostrobin giảm 52% và trifloxystrobin giảm 50% (Hình 1b). Liều thực địa đầy đủ (1X) của mancozeb làm giảm trọng lượng ấu trùng xuống 82%, pyrithiostrobin giảm 70% và trifloxystrobin, myclobutanil và sangard giảm khoảng 30% (Hình 1c).
Tỷ lệ tử vong cao nhất ở ấu trùng được cho ăn phấn hoa xử lý bằng mancozeb, tiếp theo là pyrithiostrobin và trifloxystrobin. Tỷ lệ tử vong tăng lên khi tăng liều lượng mancozeb và pyritisoline (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 phương pháp xử lý đối chứng.
Tỷ lệ tử vong của ấu trùng ruồi đục thân đã 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 ấu trùng 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, trong 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 phụ nữ là 40% trong cả nghiên cứu liều thấp (0,1X) và nửa liều (0,5X), và 30% trong các nghiên cứu liều thực địa (1X). Ở liều 0,1X, trong số ấu trùng ăn phấn hoa được điều trị bằng mancozeb và myclobutanil, 33,33% ấu trùng trưởng thành là con cái, 22% ấu trùng trưởng thành là con cái, 44% ấu trùng trưởng thành là con cái, 44% ấu trùng trưởng thành là con cái. con cái, 41% ấu trùng trưởng thành là con cái và đối chứng là 31% (Hình 3a). Ở liều gấp 0,5 lần, 33% giun trưởng thành trong nhóm mancozeb và pyrithiostrobin là con 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 1X, 30% trong nhóm mancozeb là con cái, 36% trong nhóm pyrithiostrobin, 44% trong nhóm trifloxystrobin, 38% trong nhóm myclobutanil, 50% trong nhóm đối chứng là con 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) Một nửa liều (0,5X). (c) Liều dùng ngoài đồng ruộng hoặc liều dùng 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 mancozeb và ấu trùng được cho ăn phấn hoa chưa xử lý (Hình 4a). Chỉ số vi khuẩn của ấu trùng chưa xử lý được cho ăn phấn hoa cao hơn chỉ số của ấu trùng được cho ăn phấn hoa đã xử lý mancozeb (Hình 4b). Mặc dù sự khác biệt quan sát được về độ phong phú giữa các nhóm không có ý nghĩa thống kê, nhưng nó thấp hơn đáng kể so với sự khác biệt quan sát được đối với ấu trùng ăn phấn hoa chưa xử lý (Hình 4c). Sự phong phú tương đối cho thấy hệ vi khuẩn của ấu trùng được cho ăn phấn hoa đối chứng đa dạng hơn so với ấu trùng được cho ăn phấn hoa đã xử lý mancozeb (Hình 5a). Phân tích mô tả cho thấy sự hiện diện của 28 chi trong các mẫu đối chứng và mẫu được xử lý mancozeb (Hình 5b). c Phân tích sử dụng trình tự 18S không cho thấy sự khác biệt đáng kể (Hình bổ sung 2).
Hồ sơ SAV dựa trên trình tự 16S được so sánh với độ giàu Shannon và độ giàu quan sát được ở cấp độ ngành. (a) Phân tích tọa độ chính (PCoA) dựa trên cấu trúc cộng đồng vi khuẩn tổng thể ở ấu trùng ăn phấn hoa chưa xử lý hoặc đối chứng (màu xanh) và ấu trùng ăn mancozeb (màu cam). Mỗi điểm dữ liệu biểu thị 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 độ giàu Shannon thô (điểm) và c. Độ giàu có 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 của cộng đồng vi khuẩn của ấu trùng ăn phấn hoa được xử lý và không được xử lý bằng mancozeb. (a) Sự phong phú tương đối của các chi vi khuẩn đọc được trong ấu trùng. (b) Bản đồ nhiệt của các cộng đồng vi khuẩn đã 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 bản đồ nhiệt được nhóm lại bằng cách sử dụng khoảng cách tương quan và kết nối trung bình.
Kết quả của chúng tôi cho thấy việc tiếp xúc qua đường miệng với thuốc diệt nấm tiếp xúc (mancozeb) và thuốc diệt nấm toàn thân (pyrostrobin và trifloxystrobin), được sử dụng rộng rãi trong thời kỳ ra hoa, làm giảm đáng kể mức tăng trọng và làm tăng tỷ lệ tử vong của ấu trùng ngô. Ngoài ra, mancozeb làm giảm đáng kể tính đa dạng và sự phong phú của hệ vi sinh vật trong giai đoạn tiền nhộng. Myclobutanil, một loại thuốc diệt nấm toàn thân khác, làm giảm đáng kể mức tăng trọng cơ thể của ấu trùng ở cả ba liều lượng. Hiệu ứng này thể hiện rõ ở thời điểm thứ hai (ngày 5) và thứ ba (ngày 8). Ngược lại, cyprodinil và captan không làm giảm đáng kể mức tăng trọng hoặc tỷ lệ sống sót so với nhóm đối chứng. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là công trình đầu tiên xác định tác động của tỷ lệ sử dụng thuốc diệt nấm khác nhau trên đồng ruộng 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 trọng lượng cơ thể so với phương pháp xử lý đối chứng. Mancozeb có tác dụng lớn nhất đến trọng lượng cơ thể 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 thực địa đối với giai đoạn ấu trùng44. Mặc dù thuốc diệt nấm dithiocarbamate đã được chứng minh là có độc tính cấp tính thấp45, nhưng ethylene bisdithiocarbamate (EBDCS) như mancozeb có thể phân hủy thành urê ethylene sulfide. Do tác động gây đột biến của nó ở các động vật khác, sản phẩm phân hủy này có thể chịu trách nhiệm cho các tác động quan sát được46,47. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự hình thành ethylene thiourea chịu ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ cao48, mức độ ẩm49 và thời gian bảo quản sản phẩm50. Điều kiện bảo quản thích hợp đối với thuốc diệt nấm có thể làm giảm các tác dụng phụ này. Ngoài ra, Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu đã bày tỏ quan 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 uống mancozeb, pyrithiostrobin và trifloxystrobin 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 và cộng sự.52, những người đã chỉ ra rằng captan làm giảm đáng kể tỷ lệ sống sót của O. lignaria trưởng thành và Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Ngoài ra, thuốc diệt nấm như captan và boscalid đã được phát hiện là nguyên nhân gây tử vong của ấu trùng52,53,54 hoặc 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 sự tăng năng lượng của giai đoạn ấu trùng. Tỷ lệ tử vong được quan sát thấy ở nhóm đối chứng phù hợp với các nghiên cứu khác 56,57.
Tỷ lệ giới tính thiên về con đực được quan sát thấy trong công trình của chúng tôi có thể được giải thích bằng các yếu tố như giao phối không đủ và điều kiện thời tiết xấu trong quá trình 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 (khoảng thời gian thường được coi là đủ để giao phối thành công), chúng tôi cố tình giảm cường độ ánh sáng để giảm thiểu căng thẳng. Tuy nhiên, sự thay đổi này có thể vô tình gây trở ngại cho quá trình giao phối61. Ngoài ra, ong phải trải qua nhiều ngày thời tiết bất lợi, bao gồm mưa và nhiệt độ thấp (<5°C), điều này cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng giao phối thành công4,23.
Mặc dù nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào toàn bộ hệ vi sinh vật 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 ăn phấn hoa được xử lý bằng mancozeb có cấu trúc và số lượng cộng đồng vi khuẩn giảm đáng kể so với ấu trùng ăn phấn hoa chưa qua xử lý. Ở ấu trùng ăn phấn hoa chưa qua xử lý, 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 các tác nhân gây bệnh. Một loài vi khuẩn khác, Pseudomonas, có nhiều ở ấu trùng ăn phấn hoa chưa qua xử lý, nhưng giảm đáng kể ở ấu trùng được xử lý bằng mancozeb. Kết quả của chúng tôi hỗ trợ các nghiên cứu trước đây xác định Pseudomonas là một trong những chi phổ biến 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 tàng trong quá trình phòng vệ của vi-rút và vi khuẩn trong 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 trong ấu trùng ruồi lính đen trong điều kiện đói kém66. Ở ấu trùng O. cornifrons, vi khuẩn 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 trong 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 loài vi khuẩn có thể làm thay đổi 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 tăng trọng cơ thể 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 còn lại của các hợp chất này. Những kết quả này có thể được đưa vào các khuyến nghị cho các chương trình quản lý loài thụ phấn tích hợp giúp nông dân tránh sử dụng một số loại thuốc diệt nấm nhất định trước và trong quá trình ra hoa của cây ăn quả bằng cách lựa chọn thuốc diệt nấm và thay đổi thời điểm phun hoặc khuyến khích sử dụng các phương án thay thế ít gây hại hơn 36. Thông tin này rất quan trọng để đưa ra các khuyến nghị về việc sử dụng thuốc trừ sâu, chẳng hạn như điều chỉnh các chương trình phun hiện có và thay đổi thời điểm phun khi lựa chọn thuốc diệt nấm hoặc thúc đẩy sử dụng các phương án thay thế ít nguy hiểm hơn. Cần nghiên cứu thêm về 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 cơ bản gây ra tình trạng giảm trọng lượng và tử vong của sâu đục thân ngô.
Dữ liệu nguồn 1, 2 và 3 trong Hình 1 và 2 đã được gửi vào kho dữ liệu figshare 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 PRJNA1023565.
Bosch, J. và Kemp, WP Phát triển và thiết lập các loài ong mật làm loài 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 hành thụ phấn và nhận thức về các loài thụ phấn thay thế trong số những người trồng táo ở New York và Pennsylvania. 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 và kinh tế của quá trình thụ phấn hạnh nhân bằng ong bản địa. J. Kinh tế. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., và Park, Y.-L. Tác động của biến đổi khí hậu lên hiện tượng học tragopan: ý nghĩa 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 thuốc bổ trợ phun lên hành vi làm tổ của hai loài ong đơn độc được quản lý (Osmia lignaria và Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Một loại thuốc diệt nấm cây trồng ít độc (fenbuconazole) can thiệp vào các tín hiệu chất lượng sinh sản của con đực dẫn đến giảm khả năng giao phối thành công ở những con ong đơn độc hoang dã. J. Apps. sinh thái học. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Thuốc trừ sâu neonicotinoid và quá trình tổng hợp sinh học ergosterol ngăn chặn 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). mặt trước. vi sinh vật. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN và Steffan SA Các vi sinh vật cộng sinh ngoài cơ thể trong phấn hoa lên men cũng quan trọng đối với sự phát triển của ong đơn độc như chính phấn hoa. sinh thái học. tiến hóa. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F và Thalheimer M. Trồng xen hàng trong vườn táo để kiểm soát bệnh gieo hạt lại: nghiên cứu hiệu quả thực tế dựa trên các chỉ số vi sinh vật. Đất trồng 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG và Peter KA Thối đắng ở táo ở 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 khả năng mắc bệnh 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: tổng quan hệ thống về 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 thuốc diệt nấm được chọn lọc đến sự tăng trưởng và phát triển của ấu trùng ong mật Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Thứ tư. 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 loài thụ phấn trong vườn cây ăn quả (Đại học Cornell, 2018).
Iwasaki, JM và Hogendoorn, K. Sự tiếp xúc của ong với thuốc trừ sâu không phải thuốc trừ sâu: tổng quan về các phương pháp và kết quả được 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 phơi nhiễm thuốc trừ sâu đối với sự phát triển ấu trùng của Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Thứ tư. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM và Pitts-Singer TL Đường dẫn tiếp xúc với thuốc trừ sâu ở ong làm tổ rỗng đơn độc. Thứ tư. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. Một giao thức xét nghiệm sinh học tiêu hóa 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: 14-05-2024