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I fungicidi sono spesso utilizzati durante la fioritura dei frutti degli alberi e possono minacciare gli insetti impollinatori. Tuttavia, si sa poco su come gli impollinatori non api (ad esempio, api solitarie, Osmia cornifrons) rispondano ai fungicidi di contatto e sistemici comunemente usati sui meli durante la fioritura. Questa lacuna conoscitiva limita le decisioni normative che determinano concentrazioni sicure e tempi di irrorazione dei fungicidi. Abbiamo valutato gli effetti di due fungicidi di contatto (captano e mancozeb) e di quattro fungicidi intercalari/fitosistemici (ciprociclina, miclobutanil, pirostrobina e trifloxistrobina). Effetti sull'aumento di peso delle larve, sulla sopravvivenza, sul rapporto tra i sessi e sulla diversità batterica. La valutazione è stata condotta utilizzando un biotest orale cronico in cui il polline è stato trattato in tre dosi basate sulla dose attualmente raccomandata per l'uso in campo (1X), mezza dose (0,5X) e bassa dose (0,1X). Tutte le dosi di mancozeb e piritisolina hanno ridotto significativamente il peso corporeo e la sopravvivenza delle larve. Abbiamo quindi sequenziato il gene 16S per caratterizzare il batterioma larvale di mancozeb, il fungicida responsabile della più alta mortalità. Abbiamo riscontrato che la diversità e l'abbondanza batterica erano significativamente ridotte nelle larve nutrite con polline trattato con mancozeb. I nostri risultati di laboratorio indicano che l'irrorazione di alcuni di questi fungicidi durante la fioritura è particolarmente dannosa per la salute di O. cornifrons. Queste informazioni sono rilevanti per le future decisioni gestionali riguardanti l'uso sostenibile di prodotti fitosanitari per gli alberi da frutto e costituiscono la base per i processi normativi volti a proteggere gli impollinatori.
L'ape solitaria Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) è stata introdotta negli Stati Uniti dal Giappone tra la fine degli anni '70 e l'inizio degli anni '80 e da allora la specie ha svolto un importante ruolo di impollinazione negli ecosistemi gestiti. Le popolazioni naturalizzate di quest'ape fanno parte di circa 50 specie di api selvatiche che completano le api che impollinano i mandorleti e i meleti negli Stati Uniti2,3. Le api osmie devono affrontare numerose sfide, tra cui la frammentazione dell'habitat, i patogeni e i pesticidi3,4. Tra gli insetticidi, i fungicidi riducono l'acquisizione di energia, la ricerca del cibo5 e il condizionamento corporeo6,7. Sebbene recenti ricerche suggeriscano che la salute delle api osmie sia direttamente influenzata da microrganismi commensali ed ectobactici8,9, poiché batteri e funghi possono influenzare la nutrizione e le risposte immunitarie, gli effetti dell'esposizione ai fungicidi sulla diversità microbica delle api osmie sono appena agli inizi.
Fungicidi con effetti diversi (per contatto e sistemici) vengono spruzzati nei frutteti prima e durante la fioritura per trattare malattie come la ticchiolatura del melo, il marciume amaro, il marciume bruno e l'oidio10,11. I fungicidi sono considerati innocui per gli impollinatori, quindi sono raccomandati ai giardinieri durante il periodo di fioritura; l'esposizione e l'ingestione di questi fungicidi da parte delle api è relativamente nota, in quanto rientra nel processo di registrazione dei pesticidi da parte dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti e di molte altre agenzie di regolamentazione nazionali12,13,14. Tuttavia, gli effetti dei fungicidi su animali non api sono meno noti perché non sono richiesti dagli accordi di autorizzazione all'immissione in commercio negli Stati Uniti15. Inoltre, generalmente non esistono protocolli standardizzati per testare singole api16,17 e il mantenimento di colonie che forniscano api per i test è difficile18. In Europa e negli Stati Uniti vengono sempre più condotte sperimentazioni su diverse api allevate per studiare gli effetti dei pesticidi sulle api selvatiche e recentemente sono stati sviluppati protocolli standardizzati per O. cornifrons19.
Le api cornute sono monociti e vengono utilizzate commercialmente nelle colture di carpe come integrazione o sostituzione delle api mellifere. Queste api nascono tra marzo e aprile, con i maschi precoci che nascono tre o quattro giorni prima delle femmine. Dopo l'accoppiamento, la femmina raccoglie attivamente polline e nettare per creare una serie di celle di covata all'interno della cavità tubulare del nido (naturale o artificiale)1,20. Le uova vengono deposte sul polline all'interno delle celle; la femmina costruisce quindi una parete di argilla prima di preparare la cella successiva. Le larve di primo stadio sono racchiuse nel corion e si nutrono di fluidi embrionali. Dal secondo al quinto stadio (prepupa), le larve si nutrono di polline22. Una volta esaurita completamente la riserva di polline, le larve formano bozzoli, si impupano e nascono come adulte nella stessa camera di covata, solitamente a fine estate20,23. Gli adulti nascono la primavera successiva. La sopravvivenza degli adulti è associata all'aumento netto di energia (aumento di peso) in base all'assunzione di cibo. Pertanto, la qualità nutrizionale del polline, così come altri fattori quali le condizioni meteorologiche o l'esposizione ai pesticidi, sono determinanti per la sopravvivenza e la salute24.
Insetticidi e fungicidi applicati prima della fioritura sono in grado di muoversi all'interno del sistema vascolare della pianta a vari livelli, da translaminari (ad esempio, in grado di muoversi dalla pagina superiore delle foglie a quella inferiore, come alcuni fungicidi) 25 a effetti veramente sistemici. , che possono penetrare nella corona dalle radici, possono entrare nel nettare dei fiori di melo26, dove possono uccidere gli esemplari adulti di O. cornifrons27. Alcuni pesticidi si infiltrano anche nel polline, influenzando lo sviluppo delle larve di mais e causandone la morte19. Altri studi hanno dimostrato che alcuni fungicidi possono alterare significativamente il comportamento di nidificazione della specie correlata O. lignaria28. Inoltre, studi di laboratorio e sul campo che simulano scenari di esposizione ai pesticidi (inclusi i fungicidi) hanno dimostrato che i pesticidi influenzano negativamente la fisiologia22, la morfologia29 e la sopravvivenza delle api mellifere e di alcune api solitarie. Vari spray fungicidi applicati direttamente sui fiori aperti durante la fioritura possono contaminare il polline raccolto dagli adulti per lo sviluppo delle larve, i cui effetti devono ancora essere studiati30.
È sempre più riconosciuto che lo sviluppo larvale è influenzato dal polline e dalle comunità microbiche dell'apparato digerente. Il microbioma delle api influenza parametri come la massa corporea31, i cambiamenti metabolici22 e la suscettibilità ai patogeni32. Studi precedenti hanno esaminato l'influenza dello stadio di sviluppo, dei nutrienti e dell'ambiente sul microbioma delle api solitarie. Questi studi hanno rivelato somiglianze nella struttura e nell'abbondanza dei microbiomi larvali e pollinici33, nonché nei generi batterici più comuni Pseudomonas e Delftia, tra le specie di api solitarie. Tuttavia, sebbene i fungicidi siano stati associati a strategie per proteggere la salute delle api, gli effetti dei fungicidi sul microbiota larvale attraverso l'esposizione orale diretta rimangono inesplorati.
Questo studio ha testato gli effetti di dosi reali di sei fungicidi comunemente utilizzati, registrati per l'uso su alberi da frutto negli Stati Uniti, inclusi fungicidi per contatto e sistemici somministrati per via orale a larve di falena corno del mais provenienti da alimenti contaminati. Abbiamo scoperto che i fungicidi per contatto e sistemici hanno ridotto l'aumento di peso corporeo delle api e aumentato la mortalità, con gli effetti più gravi associati a mancozeb e piritiopide. Abbiamo quindi confrontato la diversità microbica delle larve nutrite con la dieta a base di polline trattata con mancozeb con quelle nutrite con la dieta di controllo. Discutiamo i potenziali meccanismi alla base della mortalità e le implicazioni per i programmi di gestione integrata di parassiti e impollinatori (IPPM)36.
O. cornifrons adulti svernanti in bozzoli sono stati ottenuti dal Fruit Research Center, Biglerville, PA, e conservati a una temperatura compresa tra -3 e 2 °C (±0,3 °C). Prima dell'esperimento (600 bozzoli in totale). Nel maggio 2022, 100 bozzoli di O. cornifrons sono stati trasferiti quotidianamente in bicchieri di plastica (50 bozzoli per bicchiere, DI 5 cm × 15 cm di lunghezza) e salviette sono state inserite all'interno dei bicchieri per favorirne l'apertura e fornire un substrato masticabile, riducendo lo stress per le api pietrose37. Posizionare due bicchieri di plastica contenenti i bozzoli in una gabbia per insetti (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) con mangiatoie da 10 ml contenenti una soluzione di saccarosio al 50% e conservare per quattro giorni per garantire la chiusura e l'accoppiamento. 23 °C, umidità relativa 60%, fotoperiodo 10 l (bassa intensità): 14 giorni. Ogni mattina, per sei giorni (100 al giorno), 100 femmine e maschi accoppiati venivano rilasciati in due nidi artificiali durante il periodo di massima fioritura dei meli (nido trappola: larghezza 33,66 × altezza 30,48 × lunghezza 46,99 cm; Figura supplementare 1). Collocata presso il Pennsylvania State Arboretum, vicino a ciliegie (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), pesche (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pere (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), mele coronaria (Malus coronaria) e numerose varietà di meli (Malus coronaria, Malus), mele domestiche 'Co-op 30′ Enterprise™, mele Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonie 'Freedom', begonie 'Golden Delicious', begonie 'Nova Spy'). Ogni casetta per uccelli in plastica blu può essere posizionata sopra due scatole di legno. Ogni cassetta nido conteneva 800 tubi di carta kraft vuoti (aperti a spirale, 0,8 cm di diametro interno × 15 cm di lunghezza) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) inseriti in tubi di cellophane opaco (0,7 cm di diametro esterno). I tappi di plastica (tappi T-1X) forniscono siti di nidificazione.
Entrambe le cassette nido erano rivolte a est ed erano coperte con una rete da giardino in plastica verde (Everbilt modello n. 889250EB12, apertura 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) per impedire l'accesso a roditori e uccelli, e posizionate sulla superficie del terreno accanto alle cassette nido. Cassetta nido (Figura supplementare 1a). Le uova di piralide del mais venivano raccolte quotidianamente prelevando 30 provette dai nidi e trasportandole in laboratorio. Con le forbici, praticare un taglio all'estremità della provetta, quindi smontare il tubo a spirale per esporre le celle di covata. Le singole uova e il loro polline venivano rimossi utilizzando una spatola curva (kit di strumenti Microslide, BioQuip Products Inc., California). Le uova venivano incubate su carta da filtro umida e poste in una capsula di Petri per 2 ore prima di essere utilizzate nei nostri esperimenti (Figure supplementari 1b-d).
In laboratorio, abbiamo valutato la tossicità orale di sei fungicidi applicati prima e durante la fioritura del melo a tre concentrazioni (0,1X, 0,5X e 1X, dove 1X è il valore applicato per 100 galloni d'acqua/acro. Dose elevata in campo = concentrazione in campo). (Tabella 1). Ogni concentrazione è stata ripetuta 16 volte (n = 16). Due fungicidi di contatto (Tabella S1: mancozeb 2696,14 ppm e captano 2875,88 ppm) e quattro fungicidi sistemici (Tabella S1: piritiostrobina 250,14 ppm; trifloxistrobina 110,06 ppm; miclobutanil azolo 75,12 ppm; ciprodinil 280,845 ppm) hanno mostrato tossicità per frutta, verdura e colture ornamentali. Abbiamo omogeneizzato il polline utilizzando un macinino, trasferito 0,20 g in un pozzetto (piastra Falcon a 24 pozzetti) e aggiunto e miscelato 1 μL di soluzione fungicida per formare un polline piramidale con pozzetti profondi 1 mm, in cui sono state posizionate le uova. Il posizionamento è stato effettuato utilizzando una mini spatola (Figure supplementari 1c, d). Le piastre Falcon sono state conservate a temperatura ambiente (25 °C) e al 70% di umidità relativa. Le abbiamo confrontate con larve di controllo alimentate con una dieta omogenea a base di polline trattata con acqua pura. Abbiamo registrato la mortalità e misurato il peso delle larve a giorni alterni fino al raggiungimento dell'età prepupale delle larve utilizzando una bilancia analitica (Fisher Scientific, accuratezza = 0,0001 g). Infine, il rapporto tra i sessi è stato valutato aprendo il bozzolo dopo 2,5 mesi.
Il DNA è stato estratto da larve intere di O. cornifrons (n = 3 per condizione di trattamento, polline trattato con mancozeb e non trattato) e abbiamo eseguito analisi della diversità microbica su questi campioni, soprattutto perché nel mancozeb la mortalità più elevata è stata osservata nelle larve che ricevevano MnZn. Il DNA è stato amplificato, purificato utilizzando il kit DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA) e sequenziato (600 cicli) su un Illumina® MiSeq™ utilizzando il kit v3. Il sequenziamento mirato dei geni dell'RNA ribosomiale batterico 16S è stato eseguito utilizzando il kit Quick-16S™ NGS Library Prep (Zymo Research, Irvine, CA) utilizzando primer mirati alla regione V3-V4 del gene 16S rRNA. Inoltre, è stato eseguito il sequenziamento 18S utilizzando l'inclusione PhiX al 10% e l'amplificazione è stata eseguita utilizzando la coppia di primer 18S001 e NS4.
Importare ed elaborare letture accoppiate39 utilizzando la pipeline QIIME2 (v2022.11.1). Queste letture sono state tagliate e unite, e le sequenze chimeriche sono state rimosse utilizzando il plugin DADA2 in QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Le assegnazioni delle classi 16S e 18S sono state eseguite utilizzando il plugin di classificazione degli oggetti Classify-sklearn e l'artefatto pre-addestrato silva-138-99-nb-classifier.
Tutti i dati sperimentali sono stati controllati per normalità (Shapiro-Wilks) e omogeneità delle varianze (test di Levene). Poiché il set di dati non soddisfaceva i presupposti dell'analisi parametrica e la trasformazione non riusciva a standardizzare i residui, abbiamo eseguito un'ANOVA non parametrica a due vie (Kruskal-Wallis) con due fattori [tempo (punti temporali a tre fasi a 2, 5 e 8 giorni) e fungicida] per valutare l'effetto del trattamento sul peso fresco delle larve, quindi sono stati eseguiti confronti a coppie non parametrici post hoc utilizzando il test di Wilcoxon. Abbiamo utilizzato un modello lineare generalizzato (GLM) con una distribuzione di Poisson per confrontare gli effetti dei fungicidi sulla sopravvivenza attraverso tre concentrazioni di fungicidi41,42. Per l'analisi dell'abbondanza differenziale, il numero di varianti di sequenza degli ampliconi (ASV) è stato ridotto a livello di genere. I confronti dell'abbondanza differenziale tra i gruppi utilizzando l'abbondanza relativa di 16S (a livello di genere) e 18S sono stati eseguiti utilizzando un modello additivo generalizzato per posizione, scala e forma (GAMLSS) con distribuzioni di famiglia beta zero-inflated (BEZI), modellate su una macro in Microbiome R43 (v1.1). 1). Rimuovere le specie mitocondriali e cloroplastiche prima dell'analisi differenziale. A causa dei diversi livelli tassonomici di 18S, solo il livello più basso di ciascun taxon è stato utilizzato per le analisi differenziali. Tutte le analisi statistiche sono state eseguite utilizzando R (v. 3.4.3., progetto CRAN) (Team 2013).
L'esposizione a mancozeb, piritiostrobina e trifloxistrobina ha ridotto significativamente l'aumento di peso corporeo in O. cornifrons (Fig. 1). Questi effetti sono stati osservati in modo costante per tutte e tre le dosi valutate (Fig. 1a–c). Ciclostrobina e miclobutanil non hanno ridotto significativamente il peso delle larve.
Peso fresco medio delle larve di trivello dello stelo misurato in tre punti temporali con quattro trattamenti dietetici (mangime omogeneo di polline + fungicida: controllo, dosi 0,1X, 0,5X e 1X). (a) Dose bassa (0,1X): primo punto temporale (giorno 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, secondo punto temporale (giorno 5): 22,83, DF = 0,0009; terzo punto temporale (giorno 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) mezza dose (0,5X): primo punto temporale (giorno 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, secondo punto temporale (giorno uno). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; Terzo punto temporale (giorno 8) χ2: 16,47, DF = 6; (c) Sito o dose completa (1X): primo punto temporale (giorno 1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, secondo punto temporale (giorno 5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; terzo punto temporale (giorno 8): χ2: 28,39, DF = 6; analisi della varianza non parametrica. Le barre rappresentano la media ± SE dei confronti a coppie (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Alla dose più bassa (0,1X), il peso corporeo delle larve è stato ridotto del 60% con trifloxistrobina, del 49% con mancozeb, del 48% con miclobutanil e del 46% con piritiostrobina (Fig. 1a). Quando esposte a metà della dose di campo (0,5X), il peso corporeo delle larve di mancozeb è stato ridotto dell'86%, con piritiostrobina del 52% e con trifloxistrobina del 50% (Fig. 1b). Una dose di campo completa (1X) di mancozeb ha ridotto il peso delle larve dell'82%, con piritiostrobina del 70% e con trifloxistrobina, miclobutanil e sangard di circa il 30% (Fig. 1c).
La mortalità è stata più elevata tra le larve alimentate con polline trattato con mancozeb, seguite da piritiostrobina e trifloxistrobina. La mortalità è aumentata con l'aumentare delle dosi di mancozeb e piritisolina (Fig. 2; Tabella 2). Tuttavia, la mortalità della piralide del mais è aumentata solo leggermente con l'aumentare delle concentrazioni di trifloxistrobina; ciprodinil e captano non hanno aumentato significativamente la mortalità rispetto ai trattamenti di controllo.
La mortalità delle larve di mosca trivellatrice è stata confrontata dopo l'ingestione di polline trattato individualmente con sei diversi fungicidi. Mancozeb e pentopiramide sono risultati più sensibili all'esposizione orale alle larve del mais (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (linea, pendenza = 0,29, P < 0,001; pendenza = 0,24, P < 0,00)).
In media, in tutti i trattamenti, il 39,05% dei pazienti era di sesso femminile e il 60,95% di sesso maschile. Tra i trattamenti di controllo, la percentuale di donne era del 40% sia negli studi a basso dosaggio (0,1X) che a metà dose (0,5X), e del 30% negli studi a dose di campo (1X). A dose 0,1X, tra le larve nutrite con polline trattate con mancozeb e miclobutanil, il 33,33% degli adulti era di sesso femminile, il 22% degli adulti era di sesso femminile, il 44% delle larve adulte era di sesso femminile, il 41% delle larve adulte era di sesso femminile e il 31% dei controlli era di sesso femminile (Fig. 3a). A 0,5 volte la dose, il 33% dei vermi adulti nel gruppo mancozeb e piritiostrobina erano femmine, il 36% nel gruppo trifloxistrobina, il 41% nel gruppo miclobutanil e il 46% nel gruppo ciprostrobina. Questa percentuale era del 53% nel gruppo captano e del 38% nel gruppo di controllo (Fig. 3b). A 1 dose, il 30% del gruppo mancozeb erano donne, il 36% nel gruppo piritiostrobina, il 44% nel gruppo trifloxistrobina, il 38% nel gruppo miclobutanil, il 50% nel gruppo di controllo erano donne – 38,5% (Fig. 3c).
Percentuale di trivellatori femmine e maschi dopo l'esposizione al fungicida in fase larvale. (a) Dose bassa (0,1X). (b) Metà dose (0,5X). (c) Dose sul campo o dose intera (1X).
L'analisi della sequenza 16S ha mostrato che il gruppo batterico differiva tra le larve nutrite con polline trattato con mancozeb e le larve nutrite con polline non trattato (Fig. 4a). L'indice microbico delle larve non trattate nutrite con polline era superiore a quello delle larve nutrite con polline trattato con mancozeb (Fig. 4b). Sebbene la differenza osservata nella ricchezza microbica tra i gruppi non fosse statisticamente significativa, era significativamente inferiore a quella osservata per le larve che si nutrivano con polline non trattato (Fig. 4c). L'abbondanza relativa ha mostrato che il microbiota delle larve nutrite con polline di controllo era più diversificato di quello delle larve nutrite con larve trattate con mancozeb (Fig. 5a). L'analisi descrittiva ha rivelato la presenza di 28 generi nei campioni di controllo e trattati con mancozeb (Fig. 5b). c L'analisi mediante sequenziamento 18S non ha rivelato differenze significative (Figura supplementare 2).
I profili SAV basati sulle sequenze 16S sono stati confrontati con la ricchezza di Shannon e la ricchezza osservata a livello di phylum. (a) Analisi delle coordinate principali (PCoA) basata sulla struttura complessiva della comunità microbica in larve non trattate alimentate con polline o di controllo (blu) e alimentate con mancozeb (arancione). Ogni punto dati rappresenta un campione separato. Il PCoA è stato calcolato utilizzando la distanza di Bray-Curtis della distribuzione t multivariata. Gli ovali rappresentano il livello di confidenza dell'80%. (b) Boxplot, dati grezzi sulla ricchezza di Shannon (punti) e c. Ricchezza osservabile. I boxplot mostrano i riquadri per la linea mediana, l'intervallo interquartile (IQR) e 1,5 × IQR (n = 3).
Composizione delle comunità microbiche di larve nutrite con polline trattato e non trattato con mancozeb. (a) Abbondanza relativa dei generi microbici rilevati nelle larve. (b) Mappa di calore delle comunità microbiche identificate. Delftia (odds ratio (OR) = 0,67, P = 0,0030) e Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Le righe della mappa di calore sono raggruppate utilizzando la distanza di correlazione e la connettività media.
I nostri risultati mostrano che l'esposizione orale a fungicidi di contatto (mancozeb) e sistemici (pirostrobina e trifloxistrobina), ampiamente applicati durante la fioritura, ha ridotto significativamente l'aumento di peso e aumentato la mortalità delle larve di mais. Inoltre, il mancozeb ha ridotto significativamente la diversità e la ricchezza del microbioma durante lo stadio prepupale. Il miclobutanil, un altro fungicida sistemico, ha ridotto significativamente l'aumento di peso corporeo delle larve a tutte e tre le dosi. Questo effetto è stato evidente al secondo (giorno 5) e al terzo (giorno 8) punti temporali. Al contrario, ciprodinil e captano non hanno ridotto significativamente l'aumento di peso o la sopravvivenza rispetto al gruppo di controllo. A nostra conoscenza, questo lavoro è il primo a determinare gli effetti delle dosi di campo di diversi fungicidi utilizzati per proteggere le colture di mais attraverso l'esposizione diretta al polline.
Tutti i trattamenti fungicidi hanno ridotto significativamente l'aumento di peso corporeo rispetto ai trattamenti di controllo. Il mancozeb ha avuto l'effetto maggiore sull'aumento di peso corporeo delle larve con una riduzione media del 51%, seguito dalla piritiostrobina. Tuttavia, altri studi non hanno riportato effetti avversi delle dosi di fungicidi in campo sugli stadi larvali44. Sebbene i biocidi ditiocarbammati abbiano dimostrato una bassa tossicità acuta45, gli etilenbisditiocarbammati (EBDCS) come il mancozeb possono degradarsi in urea etilensolfuro. Dati i suoi effetti mutageni in altri animali, questo prodotto di degradazione potrebbe essere responsabile degli effetti osservati46,47. Studi precedenti hanno dimostrato che la formazione di etilentiourea è influenzata da fattori quali temperatura elevata48, livelli di umidità49 e durata della conservazione del prodotto50. Condizioni di conservazione adeguate per i biocidi possono mitigare questi effetti collaterali. Inoltre, l'Autorità europea per la sicurezza alimentare ha espresso preoccupazione per la tossicità del piritiopide, che ha dimostrato di essere cancerogeno per l'apparato digerente di altri animali51.
La somministrazione orale di mancozeb, piritiostrobina e trifloxistrobina aumenta la mortalità delle larve di piralide del mais. Al contrario, miclobutanil, ciprociclina e captano non hanno avuto alcun effetto sulla mortalità. Questi risultati differiscono da quelli di Ladurner et al.52, che hanno dimostrato che il captano ha ridotto significativamente la sopravvivenza degli adulti di O. lignaria e Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Inoltre, è stato riscontrato che fungicidi come captano e boscalid causano mortalità larvale52,53,54 o alterano il comportamento alimentare55. Questi cambiamenti, a loro volta, possono influenzare la qualità nutrizionale del polline e, in definitiva, l'apporto energetico dello stadio larvale. La mortalità osservata nel gruppo di controllo era coerente con altri studi56,57.
Il rapporto tra i sessi, favorendo i maschi, osservato nel nostro lavoro potrebbe essere spiegato da fattori quali accoppiamenti insufficienti e condizioni meteorologiche avverse durante la fioritura, come precedentemente suggerito per O. cornuta da Vicens e Bosch. Sebbene femmine e maschi nel nostro studio avessero quattro giorni per accoppiarsi (un periodo generalmente considerato sufficiente per un accoppiamento di successo), abbiamo deliberatamente ridotto l'intensità luminosa per minimizzare lo stress. Tuttavia, questa modifica potrebbe interferire involontariamente con il processo di accoppiamento61. Inoltre, le api sperimentano diversi giorni di condizioni meteorologiche avverse, tra cui pioggia e basse temperature (<5 °C), che possono anch'esse influire negativamente sul successo dell'accoppiamento4,23.
Sebbene il nostro studio si sia concentrato sull'intero microbioma larvale, i nostri risultati forniscono informazioni sulle potenziali relazioni tra le comunità batteriche che potrebbero essere critiche per la nutrizione delle api e l'esposizione ai fungicidi. Ad esempio, le larve nutrite con polline trattato con mancozeb presentavano una struttura e un'abbondanza della comunità microbica significativamente ridotte rispetto alle larve nutrite con polline non trattato. Nelle larve che consumavano polline non trattato, i gruppi batterici Proteobacteria e Actinobacteria erano dominanti e prevalentemente aerobi o aerobi facoltativi. I batteri di Delft, solitamente associati a specie di api solitarie, sono noti per avere attività antibiotica, indicando un potenziale ruolo protettivo contro i patogeni. Un'altra specie batterica, Pseudomonas, era abbondante nelle larve nutrite con polline non trattato, ma era significativamente ridotta nelle larve trattate con mancozeb. I nostri risultati confermano studi precedenti che identificano Pseudomonas come uno dei generi più abbondanti in O. bicornis35 e in altre vespe solitarie34. Sebbene non siano state studiate prove sperimentali del ruolo di Pseudomonas nella salute di O. cornifrons, è stato dimostrato che questo batterio promuove la sintesi di tossine protettive nel coleottero Paederus fuscipes e promuove il metabolismo dell'arginina in vitro 35, 65. Queste osservazioni suggeriscono un potenziale ruolo nella difesa virale e batterica durante lo sviluppo delle larve di O. cornifrons. Microbacterium è un altro genere identificato nel nostro studio che risulta presente in numero elevato nelle larve di mosca soldato nera in condizioni di denutrizione66. Nelle larve di O. cornifrons, i microbatteri possono contribuire all'equilibrio e alla resilienza del microbioma intestinale in condizioni di stress. Inoltre, Rhodococcus è presente nelle larve di O. cornifrons ed è noto per le sue capacità di detossificazione67. Questo genere è presente anche nell'intestino di A. florea, ma in abbondanza molto bassa68. I nostri risultati dimostrano la presenza di molteplici varianti genetiche in numerosi taxa microbici che possono alterare i processi metabolici nelle larve. Tuttavia, è necessaria una migliore comprensione della diversità funzionale di O. cornifrons.
In sintesi, i risultati indicano che mancozeb, piritiostrobina e trifloxistrobina hanno ridotto l'aumento di peso corporeo e aumentato la mortalità delle larve di piralide del mais. Sebbene vi sia una crescente preoccupazione per gli effetti dei fungicidi sugli impollinatori, è necessario comprendere meglio gli effetti dei metaboliti residui di questi composti. Questi risultati possono essere incorporati nelle raccomandazioni per programmi di gestione integrata degli impollinatori che aiutino gli agricoltori a evitare l'uso di determinati fungicidi prima e durante la fioritura degli alberi da frutto, selezionando i fungicidi e variando i tempi di applicazione, oppure incoraggiando l'uso di alternative meno dannose 36. Queste informazioni sono importanti per lo sviluppo di raccomandazioni sull'uso dei pesticidi, come l'adeguamento dei programmi di irrorazione esistenti e la modifica dei tempi di irrorazione nella selezione dei fungicidi o la promozione dell'uso di alternative meno pericolose. Sono necessarie ulteriori ricerche sugli effetti avversi dei fungicidi sul rapporto tra i sessi, sul comportamento alimentare, sul microbioma intestinale e sui meccanismi molecolari alla base della perdita di peso e della mortalità della piralide del mais.
I dati sorgente 1, 2 e 3 nelle Figure 1 e 2 sono stati depositati nel repository dati figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 e https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Le sequenze analizzate nel presente studio (Figure 4, 5) sono disponibili nel repository NCBI SRA con il numero di accesso PRJNA1023565.
Bosch, J. e Kemp, WP Sviluppo e insediamento di specie di api mellifere come impollinatrici di colture agricole: l'esempio del genere Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) e degli alberi da frutto. bull. Ntomore. risorsa. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG et al. Pratiche di impollinazione e percezione di impollinatori alternativi tra i coltivatori di mele a New York e Pennsylvania. Aggiornamento. Agricoltura. Sistemi alimentari. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL e Ricketts TH. Ecologia ed economia dell'impollinazione delle mandorle con api autoctone. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y. e Park, Y.-L. Effetti del cambiamento climatico sulla fenologia del tragopano: implicazioni per la gestione della popolazione. Climb. Change 150, pp. 305–317 (2018).
Artz, DR e Pitts-Singer, TL Effetto di spray fungicidi e adiuvanti sul comportamento di nidificazione di due api solitarie allevate (Osmia lignaria e Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Un fungicida a bassa tossicità per le colture (fenbuconazolo) interferisce con i segnali di qualità riproduttiva maschile, riducendo il successo riproduttivo nelle api solitarie selvatiche. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Insetticidi neonicotinoidi e biosintesi dell'ergosterolo sopprimono la mortalità sinergica da fungicidi in tre specie di api. Pest control. the science. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. e Danforth BN Le larve di vespa solitaria alterano la diversità batterica fornita dal polline alle api che nidificano nei fusti Osmia cornifrons (Megachilidae). fronte. microrganismo. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN e Steffan SA I microrganismi ectosimbiotici presenti nel polline fermentato sono importanti per lo sviluppo delle api solitarie tanto quanto il polline stesso. ecologia. evoluzione. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F e Thalheimer M. Semina interfilare nei meleti per il controllo delle malattie da risemina: uno studio pratico di efficacia basato su indicatori microbici. Plant Soil 357, pp. 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG e Peter KA. Marciume amaro delle mele negli Stati Uniti del Medio Atlantico: valutazione delle specie causali e influenza delle condizioni meteorologiche regionali e della suscettibilità delle cultivar. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK e Stanley DA Fungicidi, erbicidi e api: una revisione sistematica della ricerca e dei metodi esistenti. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED e Jepson, PC Effetti sinergici dei fungicidi EBI e degli insetticidi piretroidi sulle api mellifere (Apis mellifera). parassiti la scienza. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE e Peng, CY Effetto di fungicidi selezionati sulla crescita e lo sviluppo delle larve di api mellifere Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D. e McArt, S. Guida decisionale per l'uso di pesticidi per proteggere gli impollinatori nei frutteti (Cornell University, 2018).
Iwasaki, JM e Hogendoorn, K. Esposizione delle api a sostanze non pesticide: una revisione dei metodi e dei risultati riportati. Agricoltura. Ecosistema. Mercoledì. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA e Pitts-Singer TL Effetto del tipo di fornitura e dell'esposizione ai pesticidi sullo sviluppo larvale di Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM e Pitts-Singer TL Percorsi di esposizione ai pesticidi nelle api solitarie a nido vuoto. Mercoledì. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT et al. Un nuovo protocollo di biotest di ingestione per la valutazione della tossicità dei pesticidi nelle api adulte giapponesi da giardino (Osmia cornifrons). The Science. Reports 10, 9517 (2020).
Data di pubblicazione: 14 maggio 2024