תוספת קוטלי פטריות מפחיתה את רווח האנרגיה נטו ואת מגוון המיקרוביום בדבורים בודדות.

תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת התוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים להשתמש בגרסה חדשה יותר של הדפדפן שלך (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer).בינתיים, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סטיילינג או JavaScript.
קוטלי פטריות משמשים לעתים קרובות במהלך פריחת פרי עצים ועלולים לאיים על מאביקי חרקים.עם זאת, מעט ידוע על האופן שבו מאביקים שאינם דבורים (למשל, דבורים בודדות, אוסמיה קורניפרונים) מגיבים לקוטלי מגע ולקוטלי פטריות מערכתיים הנפוצים בשימוש על תפוחים במהלך הפריחה.פער ידע זה מגביל החלטות רגולטוריות הקובעות ריכוזים בטוחים ותזמון ריסוס קוטלי פטריות.הערכנו את ההשפעות של שני קוטלי פטריות מגע (קפטן ומנקוזב) ושל ארבעה קוטלי פטריות בין-שכבתיים/פיטו-סיסטמיים (ציפרוציקלין, מיקלובוטניל, פירוסטרובין וטריפלוקסיסטרובין).השפעות על עלייה במשקל זחל, הישרדות, יחס מין ומגוון חיידקים.ההערכה נערכה באמצעות בדיקה ביולוגית אוראלית כרונית שבה אבקה טופלה בשלוש מנות על בסיס המינון המומלץ כיום לשימוש בשטח (1X), חצי מינון (0.5X) ומינון נמוך (0.1X).כל המינונים של מנקוזב ופיריטיזולין הפחיתו משמעותית את משקל הגוף ואת הישרדות הזחל.לאחר מכן רצפנו את הגן 16S כדי לאפיין את חיידק הזחל של מנקוזב, קוטל הפטריות האחראי לתמותה הגבוהה ביותר.מצאנו כי המגוון והשפע של החיידקים הופחתו באופן משמעותי בזחלים שניזונו מאבקה שטופלה במנקוזב.תוצאות המעבדה שלנו מצביעות על כך שריסוס חלק מקוטלי הפטריות הללו במהלך הפריחה מזיק במיוחד לבריאותם של O. cornifrons.מידע זה רלוונטי להחלטות ניהול עתידיות בנוגע לשימוש בר קיימא במוצרי הגנה על עצי פרי ומשמש בסיס לתהליכים רגולטוריים שמטרתם להגן על מאביקים.
דבורת הבונים הבודדת Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) הוצגה לארצות הברית מיפן בסוף שנות ה-70 ותחילת שנות ה-80, ולמין יש תפקיד מאביק חשוב במערכות אקולוגיות מנוהלות מאז.אוכלוסיות טבעיות של דבורה זו הן חלק מכ-50 מינים של דבורי בר המשלימים את הדבורים המאביקות מטעי שקדים ותפוחים בארצות הברית2,3.דבורי מייסון מתמודדות עם אתגרים רבים, כולל פיצול בתי גידול, פתוגנים וחומרי הדברה3,4.בין קוטלי חרקים, קוטלי פטריות מפחיתים את רווחי האנרגיה, חיפוש מזון5 ומיזוג הגוף6,7.למרות שמחקרים עדכניים מצביעים על כך שבריאותן של דבורי מייסון מושפעת ישירות ממיקרואורגניזמים קומנסאליים ואקטובקטיים, 8,9 מכיוון שחיידקים ופטריות יכולים להשפיע על תזונה ותגובות חיסוניות, ההשפעות של חשיפה לקוטלי פטריות על המגוון המיקרוביאלי של דבורי מייסון רק מתחילות להיות. מְחוֹשָׁב.
קוטלי פטריות בעלי השפעות שונות (מגע וסיסטמיות) מרוססים במטעים לפני ובמהלך הפריחה לטיפול במחלות כמו גלד תפוחים, ריקבון מר, ריקבון חום וטחב אבקתי10,11.קוטלי פטריות נחשבים בלתי מזיקים למאביקים, ולכן הם מומלצים לגננים בתקופת הפריחה;החשיפה והבליעה של קוטלי פטריות אלו על ידי דבורים ידועות יחסית, שכן היא חלק מתהליך רישום חומרי הדברה על ידי הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית וסוכנויות רגולטוריות לאומיות רבות אחרות12,13,14.עם זאת, ההשפעות של קוטלי פטריות על שאינן דבורים פחות ידועות מכיוון שהן אינן נדרשות במסגרת הסכמי אישור שיווק בארצות הברית15.בנוסף, בדרך כלל אין פרוטוקולים סטנדרטיים לבדיקת דבורים בודדות16,17, ותחזוקת מושבות המספקות דבורים לבדיקה היא מאתגרת18.ניסויים של דבורים מנוהלות שונות נערכים יותר ויותר באירופה ובארה"ב כדי לחקור את ההשפעות של חומרי הדברה על דבורי בר, ​​ולאחרונה פותחו פרוטוקולים סטנדרטיים עבור O. cornifrons19.
דבורי קרניים הן מונוציטים ומשמשות מסחרית בגידולי קרפיון כתוספת או תחליף לדבורי דבש.דבורים אלו מגיחות בין מרץ לאפריל, כאשר הזכרים המוקדמים מגיחים שלושה עד ארבעה ימים לפני הנקבות.לאחר ההזדווגות, הנקבה אוספת באופן פעיל אבקה וצוף כדי לספק סדרה של תאי גידול בתוך חלל הקן הצינורי (טבעי או מלאכותי) 1,20.הביצים מוטלות על אבקה בתוך התאים;לאחר מכן הנקבה בונה קיר חימר לפני הכנת התא הבא.הזחלים בשלב הראשון סגורים בכוריון וניזונים מנוזלי עובר.מהשלב השני עד החמישי (prepupa), הזחלים ניזונים מאבקה22.לאחר שאספקת האבקה מתרוקנת לחלוטין, הזחלים יוצרים פקעות, מתבלמים ומגיחים כבוגרים באותו חדר גידול, בדרך כלל בסוף הקיץ20,23.מבוגרים מגיחים באביב הבא.הישרדות מבוגרים קשורה לעלייה באנרגיה נטו (עלייה במשקל) על סמך צריכת מזון.לפיכך, האיכות התזונתית של האבקה, כמו גם גורמים נוספים כמו מזג אוויר או חשיפה לחומרי הדברה, הם הקובעים להישרדות ולבריאות24.
קוטלי חרקים ופטריות המיושמים לפני הפריחה מסוגלים לנוע בתוך כלי הדם של הצמח בדרגות שונות, מ-translaminar (למשל, מסוגל לנוע מהמשטח העליון של העלים למשטח התחתון, כמו קוטלי פטריות מסוימים) 25 להשפעות מערכתיות באמת., שיכול לחדור את הכתר מהשורשים, יכול להיכנס לצוף של פרחי תפוח26, שם הם יכולים להרוג O. cornifrons בוגרים27.כמה חומרי הדברה גולשים גם לאבקנים, משפיעים על התפתחות זחלי תירס וגורמים למותם19.מחקרים אחרים הראו שכמה קוטלי פטריות יכולים לשנות באופן משמעותי את התנהגות הקינון של המין הקשור O. lignaria28.בנוסף, מחקרי מעבדה ושטח המדמים תרחישי חשיפה לחומרי הדברה (כולל קוטלי פטריות) הראו כי חומרי הדברה משפיעים לרעה על הפיזיולוגיה 22 מורפולוגיה 29 ועל הישרדותן של דבורי דבש וכמה דבורים בודדות.תרסיסים שונים של קוטלי פטריות המיושמים ישירות על פרחים פתוחים במהלך הפריחה עלולים לזהם אבקה שנאספה על ידי מבוגרים להתפתחות הזחלים, שהשפעותיהם נותרו לחקור30.
יותר ויותר מכירים בכך שהתפתחות הזחלים מושפעת מקהילות אבקה וחיידקים של מערכת העיכול.המיקרוביום של דבורת הדבש משפיע על פרמטרים כמו מסת גוף31, שינויים מטבוליים22 ורגישות לפתוגנים32.מחקרים קודמים בחנו את ההשפעה של שלב ההתפתחות, חומרי הזנה והסביבה על המיקרוביום של דבורים בודדות.מחקרים אלה חשפו קווי דמיון במבנה ובשפע של מיקרוביומי הזחל והאבקה33, כמו גם בסוגי החיידקים הנפוצים ביותר Pseudomonas ו- Delftia, בקרב מיני דבורים בודדות.עם זאת, למרות שקוטלי פטריות נקשרו עם אסטרטגיות להגנה על בריאות הדבורים, ההשפעות של קוטלי פטריות על המיקרוביוטה של ​​הזחל באמצעות חשיפה ישירה דרך הפה נותרות בלתי נחקרות.
מחקר זה בדק את ההשפעות של מינונים בעולם האמיתי של שישה קוטלי פטריות נפוצים הרשומים לשימוש על פרי עצים בארצות הברית, כולל קוטלי מגע ופטריות סיסטמיים שניתנו דרך הפה לזחלי עש תולעי התירס ממזון מזוהם.מצאנו כי קוטלי מגע ופטריות מערכתיים הפחיתו את העלייה במשקל הגוף של הדבורים והגדילו את התמותה, כשההשפעות החמורות ביותר קשורות למנקוזב ופיריתיופיד.לאחר מכן השווינו את המגוון המיקרוביאלי של זחלים שניזונו בדיאטת אבקה שטופלה במנקוזב עם אלו שניזונו בדיאטת הבקרה.אנו דנים במנגנונים פוטנציאליים העומדים בבסיס התמותה והשלכות על תוכניות ניהול משולבות של מזיקים ומאביקים (IPPM)36.
O. cornifrons בוגרים החורפים בפקעות הושגו מהמרכז לחקר הפירות, Biglerville, PA, ואוחסנו ב-3 עד 2 מעלות צלזיוס (±0.3 מעלות צלזיוס).לפני הניסוי (600 פקעות בסך הכל).במאי 2022, 100 פקעות O. cornifrons הועברו מדי יום לתוך כוסות פלסטיק (50 פקעות לכל כוס, DI 5 ס"מ × 15 ס"מ אורך) ומגבונים הונחו בתוך הכוסות כדי לקדם את הפתיחה ולספק מצע לעיסה, להפחית את הלחץ על האבנית. דבורים 37 .הניחו שתי כוסות פלסטיק המכילות פקעות בכלוב חרקים (30 × 30 × 30 ס"מ, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., טייוואן) עם מזינים של 10 מ"ל המכילים 50% תמיסה של סוכרוז ואחסנו במשך ארבעה ימים כדי להבטיח סגירה והזדווגות.23°C, לחות יחסית 60%, photoperiod 10 ליטר (עוצמה נמוכה): 14 ימים.100 נקבות וזכרים מזווגים שוחררו מדי בוקר במשך שישה ימים (100 ליום) לשני קינים מלאכותיים במהלך שיא פריחת התפוח (קן מלכודות: רוחב 33.66 × גובה 30.48 × אורך 46.99 ס"מ; איור משלים 1).ממוקם בארבורטום מדינת פנסילבניה, ליד דובדבן (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), אפרסק (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), אגס (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), עץ תפוח קורונריה (Malus coronaria) וזנים רבים של עצי תפוח (Malus coronaria, Malus), עץ תפוח ביתי 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus apple tree 'Co- Op 31′ Winecrisp™, ביגוניה 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy').כל בית ציפור כחול מפלסטיק מתאים על גבי שתי קופסאות עץ.כל קופסת קינון הכילה 800 צינורות נייר קראפט ריקים (ספירלה פתוחה, 0.8 ס"מ מזהה × 15 ס"מ ל') (Jonesville Paper Tube Co., מישיגן) שהוכנסו לשפופרות צלופן אטומות (0.7 OD ראה פקקי פלסטיק (תקעי T-1X) מספקים אתרי קינון .
שתי תיבות הקינון פנו מזרחה והן כוסו בגדרות פלסטיק ירוקות (אוורבילט דגם #889250EB12, גודל פתח 5 × 5 ס"מ, 0.95 מ' × 100 מ') למניעת גישה של מכרסמים וציפורים והונחו על משטח האדמה לצד אדמת ארגז הקינון. קופסאות.תיבת קן (איור משלים 1א).ביצי דובי תירס נאספו מדי יום על ידי איסוף 30 צינורות מקנים והובלתם למעבדה.בעזרת מספריים, בצע חתך בקצה הצינור, ולאחר מכן פרק את הצינור הספירלי כדי לחשוף את תאי הגזע.ביצים בודדות והאבקה שלהן הוסרו באמצעות מרית מעוקלת (ערכת כלי Microslide, BioQuip Products Inc., קליפורניה).הביצים הודגרו על נייר סינון לח והונחו בצלחת פטרי למשך שעתיים לפני השימוש בניסויים שלנו (איור משלים 1b-d).
במעבדה, הערכנו את רעילות הפה של שישה קוטלי פטריות שיושמו לפני ובמהלך פריחת התפוח בשלושה ריכוזים (0.1X, 0.5X ו-1X, כאשר 1X הוא הסימן המיושם לכל 100 ליטר מים/דונם. מינון שדה גבוה = ריכוז בתחום)., שולחן 1).כל ריכוז חזר על עצמו 16 פעמים (n = 16).שני קוטלי פטריות מגע (טבלה S1: mancozeb 2696.14 ppm ו-captan 2875.88 ppm) וארבעה קוטלי פטריות סיסטמיים (טבלה S1: pyrithiostrobin 250.14 ppm; trifloxystrobin 110.06 ppm; myclobutanil azole ppm 75 ppm 75 ppm); פירות, ירקות וגידולי נוי .הומוגנו את האבקה באמצעות מטחנה, העברנו 0.20 גרם לבאר (צלחת פלקון 24 בארות), והוספנו וערבבנו 1 μL של תמיסת קוטל פטריות ליצירת אבקה פירמידלית עם בארות בעומק 1 מ"מ שאליהן הונחו הביצים.מניחים באמצעות מרית מיני (איור משלים 1c,d).צלחות פלקון אוחסנו בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס) ולחות יחסית של 70%.השווינו אותם עם זחלי ביקורת שניזונו בתזונה הומוגנית של אבקה שטופלה במים טהורים.תיעדנו תמותה ומדדנו את משקל הזחל כל יומיים עד שהזחלים הגיעו לגיל קדם-גורי באמצעות איזון אנליטי (Fisher Scientific, דיוק = 0.0001 גרם).לבסוף, יחס המין הוערך על ידי פתיחת הגולם לאחר 2.5 חודשים.
ה-DNA הופק מזחלים שלמים של O. cornifrons (n=3 לכל מצב טיפול, אבקה שטופלה במנקוזב ולא מטופלת) וביצענו ניתוחי מגוון מיקרוביאליים בדגימות אלו, במיוחד בגלל שבמנקוזב נצפתה התמותה הגבוהה ביותר בזחלים.מקבל MnZn.ה-DNA הוגבר, טוהר באמצעות ערכת DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, קליפורניה), ונערך רצף (600 מחזורים) על Illumina® MiSeq™ באמצעות ערכת v3.רצף ממוקד של גנים 16S ריבוזומיים של RNA של חיידקים בוצע באמצעות Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) באמצעות פריימרים המכוונים לאזור V3-V4 של הגן 16S rRNA.בנוסף, רצף 18S בוצע באמצעות 10% הכללת PhiX, והגברה בוצעה באמצעות צמד הפריימר 18S001 ו-NS4.
ייבוא ​​ועבד קריאות מותאמות39 באמצעות צינור QIIME2 (v2022.11.1).קריאות אלו נחתכו ואוחדו, ורצפים כימריים הוסרו באמצעות תוסף DADA2 ב-QIIME2 (שיוך רעש qiime dada2)40.הקצאות המחלקות 16S ו-18S בוצעו באמצעות תוסף מסווג האובייקטים Classify-sklearn וה-Artifact Silva-138-99-nb-classifier המאומן מראש.
כל נתוני הניסוי נבדקו עבור תקינות (Shapiro-Wilks) והומוגניות של שונות (מבחן לווין).מכיוון שמערך הנתונים לא עמד בהנחות של ניתוח פרמטרי והטרנספורמציה לא הצליחה לתקנן את השאריות, ביצענו ANOVA דו כיווני לא פרמטרי (Kruskal-Wallis) עם שני גורמים [זמן (תלת פאזי 2, 5 ו-8 ימים) נקודות זמן) וקוטל פטריות] כדי להעריך את השפעת הטיפול על המשקל הטרי של הזחל, לאחר מכן בוצעו השוואות פוסט-הוק לא-פרמטריות זוגיות באמצעות מבחן Wilcoxon.השתמשנו במודל ליניארי כללי (GLM) עם התפלגות Poisson כדי להשוות את ההשפעות של קוטלי פטריות על הישרדות על פני שלושה ריכוזי קוטלי פטריות41,42.לניתוח שפע דיפרנציאלי, מספר גרסאות רצף האמפליקונים (ASVs) קרס ברמת הסוג.השוואות של שפע דיפרנציאלי בין קבוצות המשתמשות בשפע יחסי 16S (רמת סוג) ו-18S בוצעו באמצעות מודל תוסף כללי למיקום, קנה מידה וצורה (GAMLSS) עם התפלגויות משפחתיות בטא אפס (BEZI), אשר עוצבו על פי מאקרו .ב-Microbiome R43 (v1.1).1).הסר מיני מיטוכונדריה וכלורופלסט לפני ניתוח דיפרנציאלי.בגלל הרמות הטקסונומיות השונות של 18S, רק הרמה הנמוכה ביותר של כל טקסון שימשה לניתוחים דיפרנציאליים.כל הניתוחים הסטטיסטיים בוצעו באמצעות R (v. 3.4.3., CRAN project) (צוות 2013).
חשיפה למנקוזב, pyrithiostrobin ו-trifloxystrobin הפחיתה משמעותית את העלייה במשקל הגוף ב-O. cornifrons (איור 1).השפעות אלו נצפו באופן עקבי עבור כל שלושת המינונים שהוערכו (איור 1a-c).ציקלוסטרובין ומיקלובוטניל לא הפחיתו משמעותית את משקל הזחלים.
משקל טרי ממוצע של זחלים דובי גזע נמדד בשלוש נקודות זמן תחת ארבעה טיפולים תזונתיים (הזנת אבקה הומוגנית + קוטל פטריות: בקרה, מינונים של 0.1X, 0.5X ו-1X).(א) מינון נמוך (0.1X): נקודת זמן ראשונה (יום 1): χ2: 30.99, DF = 6;P < 0.0001, נקודת זמן שנייה (יום 5): 22.83, DF = 0.0009;פעם שלישית;נקודה (יום 8): χ2: 28.39, DF = 6;(ב) חצי מינון (0.5X): נקודת זמן ראשונה (יום 1): χ2: 35.67, DF = 6;P < 0.0001, נקודת זמן שנייה (יום ראשון).): χ2: 15.98, DF = 6;P = 0.0090;נקודת זמן שלישית (יום 8) χ2: 16.47, DF = 6;(ג) אתר או מינון מלא (1X): נקודת זמן ראשונה (יום 1) χ2: 20.64, P = 6;P = 0.0326, נקודת זמן שנייה (יום 5): χ2: 22.83, DF = 6;P = 0.0009;נקודת זמן שלישית (יום 8): χ2: 28.39, DF = 6;ניתוח לא פרמטרי של שונות.פסים מייצגים ממוצע ± SE של השוואות זוגיות (α = 0.05) (n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
במינון הנמוך ביותר (0.1X), משקל הגוף של הזחל ירד ב-60% עם טריפלוקסיסטרובין, 49% עם מנקוזב, 48% עם myclobutanil ו-46% עם pyrithistrobin (איור 1a).כאשר נחשפו למחצית מנת השדה (0.5X), משקל הגוף של זחלי המנקוזב הצטמצם ב-86%, pyrithiostrobin ב-52% ו-trifloxystrobin ב-50% (איור 1b).מנת שדה מלאה (1X) של מנקוזב הפחיתה את משקל הזחל ב-82%, pyrithiostrobin ב-70%, ו-trifloxystrobin, myclobutanil וסנגארד בכ-30% (איור 1c).
התמותה הייתה הגבוהה ביותר בקרב זחלים שניזונו באבקה שטופלה במנקוזב, ואחריהן pyrithiostrobin ו-trifloxystrobin.התמותה עלתה עם עלייה במינונים של מנקוזב ופיריטיזולין (איור 2; טבלה 2).עם זאת, התמותה של נשא תירס עלתה רק במעט כאשר ריכוזי הטריפלוקססטרובין עלו;cyprodinil וקפטן לא העלו משמעותית את התמותה בהשוואה לטיפולי ביקורת.
התמותה של זחלי זבוב הדוב הושוו לאחר בליעת אבקה שטופלה בנפרד בשישה קוטלי פטריות שונים.Mancozeb ו-pentopyramide היו רגישים יותר לחשיפה דרך הפה לרימות תירס (GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (קו, שיפוע = 0.29, P < 0.001; שיפוע = 0.24, P <0.00)).
בממוצע, בכל הטיפולים, 39.05% מהמטופלים היו נשים ו-60.95% היו גברים.מבין טיפולי הביקורת, שיעור הנשים עמד על 40% הן במחקרים במינון נמוך (0.1X) והן במחקרים במינון חצי (0.5X) ו-30% במחקרי מינון שדה (1X).במינון של 0.1X, בקרב זחלים שניזונו באבקה שטופלו במנקוזב ומיקלובוטניל, 33.33% מהמבוגרים היו נקבות, 22% מהמבוגרים היו נקבות, 44% מהזחלים הבוגרים היו נקבות, 44% מהזחלים הבוגרים היו נקבות.נקבה, 41% מהזחלים הבוגרים היו נקבות, והביקורות היו 31% (איור 3א).במינון של פי 0.5, 33% מהתולעים הבוגרות בקבוצת המנקוזב והפיריתיוסטרובין היו נקבות, 36% בקבוצת הטריפלוקססטרובין, 41% בקבוצת המיקלובוטניל ו-46% בקבוצת ה-cyprostrobin.נתון זה היה 53% בקבוצה.בקבוצת קפטן ו-38% בקבוצת הביקורת (איור 3ב).במינון של 1X, 30% מקבוצת המנקוזב היו נשים, 36% מקבוצת הפיריטיוסטרובין, 44% מקבוצת הטריפלוקסיסטרובין, 38% מקבוצת המיקלובוטניל, 50% מקבוצת הביקורת היו נשים - 38.5% (איור 3ג). .
אחוז הנקבות והזכרים הנשאיות לאחר חשיפה לקוטל פטריות בשלב הזחל.(א) מינון נמוך (0.1X).(ב) חצי מינון (0.5X).(ג) מנת שטח או מינון מלא (1X).
ניתוח רצף 16S הראה שקבוצת החיידקים הבדלה בין זחלים שניזונו באבקה שטופלה במנקוזב לבין זחלים שניזונו באבקה לא מטופלת (איור 4א).האינדקס המיקרוביאלי של זחלים לא מטופלים שניזונו מאבקה היה גבוה יותר מזה של זחלים שניזונו מאבקה שטופלה במנקוזב (איור 4ב).למרות שההבדל שנצפה בעושר בין הקבוצות לא היה מובהק סטטיסטית, הוא היה נמוך משמעותית מזה שנצפה עבור זחלים שניזונים מאבקה לא מטופלת (איור 4ג).השפע היחסי הראה שהמיקרוביוטה של ​​זחלים שניזונו מאבקת בקרה הייתה מגוונת יותר מזו של זחלים שניזונו על זחלים שטופלו במנקוזב (איור 5א).ניתוח תיאורי חשף נוכחות של 28 סוגים בדגימות בקרה ובדגימות שטופלו במנקוזב (איור 5b).c ניתוח באמצעות רצף 18S לא גילה הבדלים משמעותיים (איור משלים 2).
פרופילי SAV המבוססים על רצפי 16S הושוו עם עושר שאנון ועושר שנצפה ברמת הפילום.(א) ניתוח קואורדינטות ראשי (PCoA) המבוסס על מבנה הקהילה המיקרוביאלית הכוללת בזחלים לא מטופלים שניזונו באבקה או בשליטה (כחול) וזחלים שניזונו מנקוזב (כתום).כל נקודת נתונים מייצגת מדגם נפרד.PCoA חושב באמצעות מרחק Bray-Curtis של התפלגות t רב-משתנים.אליפסות מייצגות את רמת הביטחון של 80%.(ב) בוקספלט, נתוני עושר גולמיים של שאנון (נקודות) ו-c.עושר נצפה.עלילות קופסאות מציגות תיבות עבור קו חציוני, טווח בין-רבעוני (IQR) ו-1.5 × IQR (n = 3).
הרכב קהילות מיקרוביאליות של זחלים הניזונים מאבקה שטופלה במנקוזב ולא מטופלת.(א) שפע יחסי של סוגים מיקרוביאליים קורא בזחלים.(ב) מפת חום של קהילות מיקרוביאליות שזוהו.דלפטיה (יחס סיכויים (OR) = 0.67, P = 0.0030) ו-Pseudomonas (OR = 0.3, P = 0.0074), Microbacterium (OR = 0.75, P = 0.0617) (OR = 1.5, P = 0.0060);שורות מפות חום מקובצות באמצעות מרחק מתאם וקישוריות ממוצעת.
התוצאות שלנו מראות שחשיפה דרך הפה לקוטלי פטריות מגע (מנקוזב) וסיסטמיים (פירוסטרובין וטריפלוקסיסטרובין), שיושמו באופן נרחב במהלך הפריחה, הפחיתה משמעותית את העלייה במשקל והגדילה את התמותה של זחלי התירס.בנוסף, מנקוזב הפחית באופן משמעותי את הגיוון והעושר של המיקרוביום בשלב הקדם-גולי.Myclobutanil, קוטל פטריות סיסטמי נוסף, הפחית משמעותית את העלייה במשקל הגוף של הזחל בכל שלושת המינונים.השפעה זו ניכרה בנקודת הזמן השנייה (יום 5) ושלישית (יום 8).לעומת זאת, cyprodinil וקפטן לא הפחיתו משמעותית את העלייה במשקל או ההישרדות בהשוואה לקבוצת הביקורת.למיטב ידיעתנו, עבודה זו היא הראשונה לקבוע את ההשפעות של שיעורי שדה של קוטלי פטריות שונים המשמשים להגנה על גידולי תירס באמצעות חשיפה ישירה לאבקה.
כל טיפולי קוטלי הפטריות הפחיתו משמעותית את העלייה במשקל הגוף בהשוואה לטיפולי הביקורת.למנקוזב הייתה ההשפעה הגדולה ביותר על העלייה במשקל הגוף של הזחל עם ירידה ממוצעת של 51%, ואחריה פיריתיוסטרובין.עם זאת, מחקרים אחרים לא דיווחו על השפעות שליליות של מנות שדה של קוטלי פטריות על שלבי הזחל44.למרות שלביוצידים דיתיוקרבמט הוכחו כבעלי רעילות חריפה נמוכה45, אתילן-ביסדיתיוקרבמטים (EBDCS) כגון מנקוזב יכולים להתפרק לאוריאה אתילן גופרתי.בהתחשב בהשפעות המוטגניות שלו בבעלי חיים אחרים, ייתכן שמוצר הפירוק הזה אחראי להשפעות שנצפו46,47.מחקרים קודמים הראו כי היווצרות אתילן תיאוריאה מושפעת מגורמים כמו טמפרטורה מוגברת48, רמות לחות49 ומשך אחסון המוצר50.תנאי אחסון נאותים של ביוצידים יכולים להפחית את תופעות הלוואי הללו.בנוסף, הרשות האירופית לבטיחות המזון הביעה דאגה לגבי הרעילות של pyrithiopide, אשר הוכח כמסרטן למערכות העיכול של בעלי חיים אחרים51.
מתן דרך הפה של מנקוזב, pyrithiostrobin ו-trifloxystrobin מגביר את התמותה של זחלים דובי תירס.לעומת זאת, למיקלובוטניל, ציפרוציקלין וקפטן לא הייתה השפעה על התמותה.תוצאות אלו שונות מאלו של Ladurner et al.52, שהראו כי captan הפחית באופן משמעותי את ההישרדות של O. lignaria ו-Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae).בנוסף, נמצא כי קוטלי פטריות כגון קפטן ובוסקליד גורמים לתמותה של זחלים52,53,54 או משנים את התנהגות האכלה55.שינויים אלו, בתורם, יכולים להשפיע על האיכות התזונתית של האבקה ובסופו של דבר על רווח האנרגיה בשלב הזחל.התמותה שנצפתה בקבוצת הביקורת הייתה עקבית עם מחקרים אחרים 56,57.
יחס המינים המעדיף את הגברים שנצפה בעבודתנו עשוי להיות מוסבר על ידי גורמים כמו הזדווגות לא מספקת ותנאי מזג אוויר גרועים במהלך הפריחה, כפי שהוצע בעבר עבור O. cornuta על ידי Vicens ו-Bosch.למרות שלנקבות ולזכרים במחקר שלנו היו ארבעה ימים להזדווג (תקופה הנחשבת בדרך כלל מספיקה להזדווגות מוצלחת), הפחתנו בכוונה את עוצמת האור כדי למזער מתח.עם זאת, שינוי זה עלול להפריע ללא כוונה לתהליך ההזדווגות61.בנוסף, הדבורים חוות מספר ימים של מזג אוויר שלילי, כולל גשם וטמפרטורות נמוכות (<5°C), מה שעלול להשפיע לרעה על הצלחת ההזדווגות4,23.
למרות שהמחקר שלנו התמקד במיקרוביום הזחל כולו, התוצאות שלנו מספקות תובנות לגבי קשרים פוטנציאליים בין קהילות חיידקים שעשויים להיות קריטיים לתזונת דבורים ולחשיפה לקוטלי פטריות.לדוגמה, זחלים שניזונו באבקה שטופלה במנקוזב הפחיתו משמעותית את מבנה הקהילה והשפע החיידקים בהשוואה לזחלים שניזונו אבקה לא מטופלת.בזחלים שצרכו אבקה לא מטופלת, קבוצות החיידקים Proteobacteria ו- Actinobacteria היו דומיננטיות והיו בעיקר אירוביות או אירוביות פקולטטיביות.חיידקי דלפט, הקשורים בדרך כלל למיני דבורים בודדים, ידועים כבעלי פעילות אנטיביוטית, מה שמעיד על תפקיד מגן פוטנציאלי מפני פתוגנים.מין חיידקי אחר, Pseudomonas, היה בשפע בזחלים שניזונו באבקה לא מטופלת, אך הצטמצם באופן משמעותי בזחלים שטופלו במנקוזב.התוצאות שלנו תומכות במחקרים קודמים המזהים את Pseudomonas כאחד מהסוגים הנפוצים ביותר ב-O. bicornis35 ובצרעות בודדות אחרות34.למרות שעדויות ניסיוניות לתפקיד של Pseudomonas בבריאות של O. cornifrons לא נחקרו, חיידק זה הוכח כמקדם סינתזה של רעלנים מגנים בחיפושית Paederus fuscipes ומקדם את חילוף החומרים של ארגינין במבחנה 35, 65. תפקיד פוטנציאלי בהגנה נגיפית וחיידקית בזמן הפיתוח של זחלי O. cornifrons.מיקרובקטריה הוא סוג נוסף שזוהה במחקר שלנו שדווח כי הוא קיים במספרים גבוהים בזחלי זבובי חיילים שחורים בתנאי רעב66.בזחלי O. cornifrons, חיידקים עשויים לתרום לאיזון ולחוסן של המיקרוביום של המעי בתנאי לחץ.בנוסף, Rhodococcus נמצא בזחלי O. cornifrons וידוע ביכולות ניקוי הרעלים שלו67.סוג זה נמצא גם במעיים של A. florea, אך בשפע נמוך מאוד68.התוצאות שלנו מדגימות נוכחות של וריאציות גנטיות מרובות על פני מספר רב של מסות מיקרוביאליות שיכולות לשנות תהליכים מטבוליים בזחלים.עם זאת, יש צורך בהבנה טובה יותר של המגוון התפקודי של O. cornifrons.
לסיכום, התוצאות מצביעות על כך שמנקוזב, pyrithiostrobin ו-trifloxystrobin הפחיתו את העלייה במשקל הגוף והגדילו את התמותה של זחלי תירס.למרות שיש חשש גובר לגבי ההשפעות של קוטלי פטריות על מאביקים, יש צורך להבין טוב יותר את ההשפעות של מטבוליטים שיוריים של תרכובות אלו.ניתן לשלב תוצאות אלו בהמלצות לתוכניות משולבות לניהול מאביקים המסייעות לחקלאים להימנע משימוש בקוטלי פטריות מסוימים לפני ובמהלך פריחת עץ הפרי על ידי בחירת קוטלי פטריות ושינוי מועד היישום, או על ידי עידוד השימוש בחלופות פחות מזיקות 36. מידע זה חשוב לפיתוח המלצות.על שימוש בחומרי הדברה, כגון התאמת תוכניות ריסוס קיימות ושינוי תזמון הריסוס בעת בחירת קוטלי פטריות או קידום השימוש בחלופות פחות מסוכנות.יש צורך במחקר נוסף על ההשפעות השליליות של קוטלי פטריות על יחס המין, התנהגות האכלה, מיקרוביום במעיים והמנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הירידה במשקל ותמותה של נושאי תירס.
נתוני מקור 1, 2 ו-3 באיורים 1 ו-2 הופקדו במאגר הנתונים של figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 ו-https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233.הרצפים שנותחו במחקר הנוכחי (איורים 4, 5) זמינים במאגר NCBI SRA תחת מספר ההצטרפות PRJNA1023565.
Bosch, J. and Kemp, WP פיתוח והקמת מיני דבורת דבש כמאביקים של גידולים חקלאיים: הדוגמה של הסוג Osmia.(Hymenoptera: Megachilidae) ועצי פרי.שׁוֹר.נטומור.מַשׁאָב.92, 3–16 (2002).
פרקר, MG וחב'.שיטות האבקה ותפיסות של מאביקים אלטרנטיביים בקרב מגדלי תפוחים בניו יורק ופנסילבניה.עדכון.חַקלָאוּת.מערכות מזון.35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL ו-Ricketts TH אקולוגיה וכלכלה של האבקת שקדים באמצעות דבורים מקומיות.י. כלכלה.נטומור.111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., and Park, Y.-L.השפעות של שינויי אקלים על פנולוגיה של טראגופן: השלכות על ניהול אוכלוסיה.לְטַפֵּס.שינוי 150, 305–317 (2018).
Artz, DR ו-Pitts-Singer, TL השפעת קוטלי פטריות ותרסיסים אדג'ובנטיים על התנהגות הקינון של שתי דבורים בודדות מנוהלות (Osmia lignaria ו-Megachile rotundata).PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al.קוטל פטריות יבול רעיל נמוך (פנבוקונזול) מפריע לאותות איכות הרבייה הזכריים וכתוצאה מכך הצלחת ההזדווגות מופחתת בדבורים בודדות.J. Apps.אֵקוֹלוֹגִיָה.59, 1596–1607 (2022).
סגולסטרה פ. ואח'.קוטלי חרקים נאוניקוטינואידים וביוסינתזה של ארגוסטרול מדכאים תמותה של קוטלי פטריות סינרגטיים בשלושה מיני דבורים.הדברה.המדע.73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF.ו-Danforth BN זחלי צרעה בודדים משנים את מגוון החיידקים המסופק על ידי אבקה לדבורים המקינות גזע Osmia cornifrons (Megachilidae).חֲזִית.בַּקטֶרִיָה.13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN and Steffan SA המיקרואורגניזמים האקטוסימיוטים באבקה מותסס חשובים להתפתחות של דבורים בודדות כמו האבקה עצמה.אֵקוֹלוֹגִיָה.אבולוציה.12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F ו-Thalheimer M. שתילה בין שורות במטעי תפוחים לשליטה במחלות זריעה חוזרת: מחקר יעילות מעשי המבוסס על אינדיקטורים מיקרוביאליים.אדמת צמחים 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG ו-Peter KA ריקבון מר של תפוחים באמצע האוקיינוס ​​האטלנטי ארצות הברית: הערכת מינים סיבתיים והשפעת תנאי מזג אוויר אזוריים ורגישות זנים.Phytopathology 111, 966–981 (2021).
קאלן MG, תומפסון LJ, קרולן JK, Stout JK.ו-Stanley DA: קוטלי פטריות, קוטלי עשבים ודבורים: סקירה שיטתית של מחקרים ושיטות קיימים.PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED and Jepson, PC השפעות סינרגיות של קוטלי פטריות EBI וחומרי חרקים פירטרואידים על דבורי דבש (Apis mellifera).מזיק למדע.39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE and Peng, CY השפעת קוטלי פטריות נבחרים על הצמיחה וההתפתחות של זחלי דבורת הדבש Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae).יום רביעי.נטומור.33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., and McArt, S. מדריך החלטות לשימוש בחומרי הדברה להגנה על מאביקים במטעי עצים (אוניברסיטת קורנל, 2018).
Iwasaki, JM and Hogendoorn, K. חשיפה של דבורים לחומרי הדברה: סקירה של שיטות ותוצאות מדווחות.חַקלָאוּת.מערכת אקולוגית.יום רביעי.314, 107423 (2021).
קופיט AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA.ו-Pitts-Singer TL השפעת סוג אספקה ​​וחשיפת חומרי הדברה על התפתחות הזחלים של Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae).יום רביעי.נטומור.51, 240–251 (2022).
Kopit AM ו-Pitts-Singer TL מסלולים של חשיפה לחומרי הדברה לדבורים בודדות בקן ריק.יום רביעי.נטומור.47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al.פרוטוקול ביולוגי חדש לבליעה להערכת רעילות חומרי הדברה בדבורי גן יפניות בוגרות (Osmia cornifrons).המדע.דוחות 10, 9517 (2020).