Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk hasil terbaik, kami sarankan Anda menggunakan versi peramban yang lebih baru (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya atau JavaScript.
Fungisida sering digunakan selama pembungaan pohon buah dan dapat mengancam serangga penyerbuk. Namun, sedikit yang diketahui tentang bagaimana serangga penyerbuk non-lebah (misalnya, lebah soliter, Osmia cornifrons) merespons fungisida kontak dan sistemik yang umum digunakan pada apel selama pembungaan. Kesenjangan pengetahuan ini membatasi keputusan regulasi yang menentukan konsentrasi aman dan waktu penyemprotan fungisida. Kami menilai efek dari dua fungisida kontak (kaptan dan mankozeb) dan empat fungisida interlayer/fitosistem (siprosiklin, miklobutanil, pirostrobin, dan trifloksistrobin). Efek pada peningkatan berat larva, kelangsungan hidup, rasio jenis kelamin, dan keanekaragaman bakteri. Evaluasi dilakukan menggunakan bioassay oral kronis di mana serbuk sari diberi perlakuan dalam tiga dosis berdasarkan dosis yang saat ini direkomendasikan untuk penggunaan di lapangan (1X), setengah dosis (0,5X), dan dosis rendah (0,1X). Semua dosis mankozeb dan piritisolin secara signifikan mengurangi berat badan dan kelangsungan hidup larva. Kemudian, kami mengurutkan gen 16S untuk mengkarakterisasi bakteriom larva mancozeb, fungisida yang bertanggung jawab atas tingkat kematian tertinggi. Kami menemukan bahwa keanekaragaman dan kelimpahan bakteri berkurang secara signifikan pada larva yang diberi makan serbuk sari yang diberi perlakuan mancozeb. Hasil laboratorium kami menunjukkan bahwa penyemprotan beberapa fungisida ini selama masa berbunga sangat berbahaya bagi kesehatan O. cornifrons. Informasi ini relevan untuk keputusan manajemen di masa mendatang mengenai penggunaan produk perlindungan pohon buah secara berkelanjutan dan berfungsi sebagai dasar untuk proses regulasi yang bertujuan melindungi penyerbuk.
Lebah mason soliter Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) diperkenalkan ke Amerika Serikat dari Jepang pada akhir tahun 1970-an dan awal 1980-an, dan spesies ini telah memainkan peran penyerbuk penting dalam ekosistem yang dikelola sejak saat itu. Populasi lebah ini yang telah beradaptasi merupakan bagian dari sekitar 50 spesies lebah liar yang melengkapi lebah yang menyerbuki kebun almond dan apel di Amerika Serikat2,3. Lebah mason menghadapi banyak tantangan, termasuk fragmentasi habitat, patogen, dan pestisida3,4. Di antara insektisida, fungisida mengurangi perolehan energi, pencarian makan5 dan pengkondisian tubuh6,7. Meskipun penelitian terbaru menunjukkan bahwa kesehatan lebah mason dipengaruhi secara langsung oleh mikroorganisme komensal dan ektobakteri, 8,9 karena bakteri dan jamur dapat memengaruhi nutrisi dan respons imun, efek paparan fungisida pada keanekaragaman mikroba lebah mason baru mulai dipelajari.
Fungisida dengan berbagai efek (kontak dan sistemik) disemprotkan di kebun sebelum dan selama masa berbunga untuk mengobati penyakit seperti kudis apel, busuk pahit, busuk coklat, dan embun tepung10,11. Fungisida dianggap tidak berbahaya bagi penyerbuk, sehingga direkomendasikan kepada para pekebun selama periode berbunga; Paparan dan konsumsi fungisida ini oleh lebah relatif diketahui dengan baik, karena merupakan bagian dari proses registrasi pestisida oleh Badan Perlindungan Lingkungan AS dan banyak badan pengatur nasional lainnya12,13,14. Namun, efek fungisida pada non-lebah kurang diketahui karena tidak diwajibkan dalam perjanjian otorisasi pemasaran di Amerika Serikat15. Selain itu, umumnya tidak ada protokol standar untuk menguji lebah tunggal16,17, dan memelihara koloni yang menyediakan lebah untuk pengujian merupakan tantangan18. Uji coba berbagai lebah yang dikelola semakin banyak dilakukan di Eropa dan AS untuk mempelajari efek pestisida pada lebah liar, dan protokol standar baru-baru ini telah dikembangkan untuk O. cornifrons19.
Lebah bertanduk adalah monosit dan digunakan secara komersial dalam budidaya ikan mas sebagai suplemen atau pengganti lebah madu. Lebah ini muncul antara bulan Maret dan April, dengan lebah jantan yang lebih cepat dewasa muncul tiga hingga empat hari sebelum betina. Setelah kawin, betina secara aktif mengumpulkan serbuk sari dan nektar untuk menyediakan serangkaian sel induk di dalam rongga sarang berbentuk tabung (alami atau buatan)1,20. Telur diletakkan di atas serbuk sari di dalam sel; betina kemudian membangun dinding tanah liat sebelum menyiapkan sel berikutnya. Larva instar pertama terbungkus dalam korion dan memakan cairan embrionik. Dari instar kedua hingga kelima (prepupa), larva memakan serbuk sari22. Setelah persediaan serbuk sari habis sepenuhnya, larva membentuk kepompong, menjadi pupa, dan muncul sebagai lebah dewasa di ruang induk yang sama, biasanya pada akhir musim panas20,23. Lebah dewasa muncul pada musim semi berikutnya. Kelangsungan hidup lebah dewasa dikaitkan dengan peningkatan energi bersih (peningkatan berat badan) berdasarkan asupan makanan. Dengan demikian, kualitas nutrisi serbuk sari, serta faktor-faktor lain seperti cuaca atau paparan pestisida, merupakan penentu kelangsungan hidup dan kesehatan24.
Insektisida dan fungisida yang diaplikasikan sebelum berbunga mampu bergerak di dalam pembuluh tanaman hingga berbagai tingkat, mulai dari translaminar (misalnya, mampu bergerak dari permukaan atas daun ke permukaan bawah, seperti beberapa fungisida) 25 hingga efek sistemik yang sesungguhnya. Beberapa pestisida juga dapat meresap ke dalam serbuk sari, memengaruhi perkembangan larva jagung dan menyebabkan kematiannya19. Studi lain menunjukkan bahwa beberapa fungisida dapat secara signifikan mengubah perilaku bersarang spesies terkait O. lignaria28. Selain itu, studi laboratorium dan lapangan yang mensimulasikan skenario paparan pestisida (termasuk fungisida) telah menunjukkan bahwa pestisida berdampak negatif pada fisiologi 22 morfologi 29 dan kelangsungan hidup lebah madu dan beberapa lebah soliter. Berbagai semprotan fungisida yang diaplikasikan langsung ke bunga yang terbuka selama berbunga dapat mencemari serbuk sari yang dikumpulkan oleh lebah dewasa untuk perkembangan larva, yang efeknya masih perlu dipelajari30.
Semakin banyak disadari bahwa perkembangan larva dipengaruhi oleh serbuk sari dan komunitas mikroba sistem pencernaan. Mikrobioma lebah madu memengaruhi parameter seperti massa tubuh31, perubahan metabolisme22 dan kerentanan terhadap patogen32. Studi sebelumnya telah meneliti pengaruh tahap perkembangan, nutrisi, dan lingkungan terhadap mikrobioma lebah soliter. Studi-studi ini mengungkapkan kesamaan dalam struktur dan kelimpahan mikrobioma larva dan serbuk sari33, serta genus bakteri yang paling umum, Pseudomonas dan Delftia, di antara spesies lebah soliter. Namun, meskipun fungisida telah dikaitkan dengan strategi untuk melindungi kesehatan lebah, efek fungisida pada mikrobiota larva melalui paparan oral langsung masih belum dieksplorasi.
Studi ini menguji efek dosis nyata dari enam fungisida yang umum digunakan dan terdaftar untuk digunakan pada buah-buahan pohon di Amerika Serikat, termasuk fungisida kontak dan sistemik yang diberikan secara oral kepada larva ngengat ulat jagung dari makanan yang terkontaminasi. Kami menemukan bahwa fungisida kontak dan sistemik mengurangi peningkatan berat badan lebah dan meningkatkan mortalitas, dengan efek paling parah terkait dengan mancozeb dan pyrithiopide. Kemudian kami membandingkan keanekaragaman mikroba larva yang diberi makan diet serbuk sari yang diberi perlakuan mancozeb dengan larva yang diberi makan diet kontrol. Kami membahas mekanisme potensial yang mendasari mortalitas dan implikasinya terhadap program pengelolaan hama dan penyerbuk terpadu (IPPM)36.
Lebah O. cornifrons dewasa yang berhibernasi di dalam kepompong diperoleh dari Pusat Penelitian Buah, Biglerville, PA, dan disimpan pada suhu −3 hingga 2°C (±0,3°C). Sebelum percobaan (total 600 kepompong). Pada Mei 2022, 100 kepompong O. cornifrons dipindahkan setiap hari ke dalam cangkir plastik (50 kepompong per cangkir, DI 5 cm × 15 cm) dan tisu basah ditempatkan di dalam cangkir untuk mendorong pembukaan dan menyediakan substrat yang dapat dikunyah, mengurangi stres pada lebah batu37. Tempatkan dua cangkir plastik berisi kepompong di dalam sangkar serangga (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) dengan wadah pakan 10 ml berisi larutan sukrosa 50% dan simpan selama empat hari untuk memastikan penutupan dan perkawinan. Suhu 23°C, kelembapan relatif 60%, fotoperiod 10 l (intensitas rendah): 14 hari. 100 betina dan jantan yang telah kawin dilepaskan setiap pagi selama enam hari (100 per hari) ke dalam dua sarang buatan selama puncak pembungaan apel (sarang perangkap: lebar 33,66 × tinggi 30,48 × panjang 46,99 cm; Gambar Tambahan 1). Ditempatkan di Pennsylvania State Arboretum, dekat pohon ceri (Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), pohon persik (Prunus persica 'Contender', Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pohon pir (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), pohon apel coronaria (Malus coronaria) dan berbagai varietas pohon apel (Malus coronaria, Malus), pohon apel domestik 'Co-op 30′ Enterprise™, pohon apel Malus 'Co-Op 31′ Winecrisp™, begonia 'Freedom', Begonia 'Golden Delicious', Begonia 'Nova Spy'). Setiap rumah burung plastik biru diletakkan di atas dua kotak kayu. Setiap kotak sarang berisi 800 tabung kertas kraft kosong (berbentuk spiral terbuka, diameter dalam 0,8 cm × panjang 15 cm) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) yang dimasukkan ke dalam tabung selofan buram (diameter luar 0,7 cm, lihat sumbat plastik (sumbat T-1X) menyediakan tempat bersarang).
Kedua kotak sarang menghadap ke timur dan ditutupi dengan pagar taman plastik hijau (model Everbilt #889250EB12, ukuran lubang 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) untuk mencegah akses hewan pengerat dan burung, dan diletakkan di permukaan tanah di samping kotak sarang. Kotak sarang (Gambar Tambahan 1a). Telur penggerek jagung dikumpulkan setiap hari dengan mengumpulkan 30 tabung dari sarang dan membawanya ke laboratorium. Dengan menggunakan gunting, buat potongan di ujung tabung, lalu bongkar tabung spiral untuk mengekspos sel-sel induk. Telur individu dan serbuk sarinya dikeluarkan menggunakan spatula melengkung (perangkat alat Microslide, BioQuip Products Inc., California). Telur diinkubasi di atas kertas saring lembap dan ditempatkan dalam cawan Petri selama 2 jam sebelum digunakan dalam percobaan kami (Gambar Tambahan 1b-d).
Di laboratorium, kami mengevaluasi toksisitas oral dari enam fungisida yang diaplikasikan sebelum dan selama pembungaan apel pada tiga konsentrasi (0,1X, 0,5X, dan 1X, di mana 1X adalah dosis yang diaplikasikan per 100 galon air/acre. Dosis lapangan tinggi = konsentrasi di lapangan). , Tabel 1). Setiap konsentrasi diulang 16 kali (n = 16). Dua fungisida kontak (Tabel S1: mancozeb 2696,14 ppm dan captan 2875,88 ppm) dan empat fungisida sistemik (Tabel S1: pyrithiostrobin 250,14 ppm; trifloxystrobin 110,06 ppm; myclobutanil azole 75,12 ppm; cyprodinil 280,845 ppm) dievaluasi toksisitasnya terhadap buah-buahan, sayuran, dan tanaman hias. Kami menghomogenkan serbuk sari menggunakan penggiling, memindahkan 0,20 g ke dalam sumur (pelat Falcon 24 sumur), dan menambahkan serta mencampur 1 μL larutan fungisida untuk membentuk serbuk sari berbentuk piramida dengan sumur sedalam 1 mm tempat telur ditempatkan. Telur ditempatkan menggunakan spatula mini (Gambar Tambahan 1c,d). Pelat Falcon disimpan pada suhu ruangan (25°C) dan kelembaban relatif 70%. Kami membandingkannya dengan larva kontrol yang diberi makan diet serbuk sari homogen yang diberi air murni. Kami mencatat mortalitas dan mengukur berat larva setiap dua hari sekali hingga larva mencapai usia pra-pupa menggunakan timbangan analitik (Fisher Scientific, akurasi = 0,0001 g). Terakhir, rasio jenis kelamin dinilai dengan membuka kepompong setelah 2,5 bulan.
DNA diekstraksi dari seluruh larva O. cornifrons (n = 3 per kondisi perlakuan, serbuk sari yang diberi perlakuan mancozeb dan yang tidak diberi perlakuan) dan kami melakukan analisis keanekaragaman mikroba pada sampel ini, terutama karena pada perlakuan mancozeb, mortalitas tertinggi diamati pada larva yang menerima MnZn. DNA diamplifikasi, dimurnikan menggunakan kit DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA (Zymo Research, Irvine, CA), dan diurutkan (600 siklus) pada Illumina® MiSeq™ menggunakan kit v3. Pengurutan target gen RNA ribosom 16S bakteri dilakukan menggunakan Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) menggunakan primer yang menargetkan wilayah V3-V4 dari gen rRNA 16S. Selain itu, pengurutan 18S dilakukan menggunakan inklusi PhiX 10%, dan amplifikasi dilakukan menggunakan pasangan primer 18S001 dan NS4.
Mengimpor dan memproses pasangan bacaan39 menggunakan pipeline QIIME2 (v2022.11.1). Bacaan ini dipangkas dan digabungkan, dan sekuens kimerik dihilangkan menggunakan plugin DADA2 di QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Penugasan kelas 16S dan 18S dilakukan menggunakan plugin pengklasifikasi objek Classify-sklearn dan artefak pra-terlatih silva-138-99-nb-classifier.
Semua data eksperimental diperiksa normalitasnya (Shapiro-Wilks) dan homogenitas variansnya (uji Levene). Karena kumpulan data tidak memenuhi asumsi analisis parametrik dan transformasi gagal menstandarisasi residual, kami melakukan ANOVA dua arah nonparametrik (Kruskal-Wallis) dengan dua faktor [waktu (tiga fase titik waktu 2, 5, dan 8 hari) dan fungisida] untuk mengevaluasi efek perlakuan pada berat segar larva, kemudian perbandingan berpasangan nonparametrik post hoc dilakukan menggunakan uji Wilcoxon. Kami menggunakan model linier umum (GLM) dengan distribusi Poisson untuk membandingkan efek fungisida pada kelangsungan hidup di tiga konsentrasi fungisida41,42. Untuk analisis kelimpahan diferensial, jumlah varian urutan amplikon (ASV) dikelompokkan pada tingkat genus. Perbandingan kelimpahan diferensial antar kelompok menggunakan 16S (tingkat genus) dan kelimpahan relatif 18S dilakukan menggunakan model aditif umum untuk posisi, skala, dan bentuk (GAMLSS) dengan distribusi famili beta zero-inflated (BEZI), yang dimodelkan pada makro di Microbiome R43 (v1.1). 1). Hapus spesies mitokondria dan kloroplas sebelum analisis diferensial. Karena tingkat taksonomi 18S yang berbeda, hanya tingkat terendah dari setiap takson yang digunakan untuk analisis diferensial. Semua analisis statistik dilakukan menggunakan R (v. 3.4.3., proyek CRAN) (Tim 2013).
Paparan mancozeb, pyrithiostrobin, dan trifloxystrobin secara signifikan mengurangi peningkatan berat badan pada O. cornifrons (Gambar 1). Efek ini secara konsisten diamati untuk ketiga dosis yang dinilai (Gambar 1a–c). Cyclostrobin dan myclobutanil tidak secara signifikan mengurangi berat larva.
Berat segar rata-rata larva penggerek batang diukur pada tiga titik waktu di bawah empat perlakuan diet (pakan serbuk sari homogen + fungisida: kontrol, dosis 0,1X, 0,5X dan 1X). (a) Dosis rendah (0,1X): titik waktu pertama (hari ke-1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, titik waktu kedua (hari ke-5): 22,83, DF = 0,0009; titik waktu ketiga (hari ke-8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) setengah dosis (0,5X): titik waktu pertama (hari ke-1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, titik waktu kedua (hari ke-1): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; (c) Lokasi atau dosis penuh (1X): titik waktu pertama (hari ke-1) χ2: 20,64, P = 6; P = 0,0326, titik waktu kedua (hari ke-5): χ2: 22,83, DF = 6; P = 0,0009; titik waktu ketiga (hari ke-8): χ2: 28,39, DF = 6; analisis varians nonparametrik. Batang mewakili rata-rata ± SE dari perbandingan berpasangan (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Pada dosis terendah (0,1X), berat badan larva berkurang 60% dengan trifloksistrobin, 49% dengan mankozeb, 48% dengan miklobutanil, dan 46% dengan piritistrobin (Gambar 1a). Ketika terpapar setengah dosis lapangan (0,5X), berat badan larva mankozeb berkurang 86%, piritistrobin 52%, dan trifloksistrobin 50% (Gambar 1b). Dosis lapangan penuh (1X) mankozeb mengurangi berat larva sebesar 82%, piritistrobin 70%, dan trifloksistrobin, miklobutanil, dan sangard sekitar 30% (Gambar 1c).
Angka kematian tertinggi terjadi pada larva yang diberi makan serbuk sari yang diolah dengan mancozeb, diikuti oleh pyrithiostrobin dan trifloxystrobin. Angka kematian meningkat seiring dengan peningkatan dosis mancozeb dan pyritisoline (Gambar 2; Tabel 2). Namun, angka kematian penggerek jagung hanya sedikit meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi trifloxystrobin; cyprodinil dan captan tidak secara signifikan meningkatkan angka kematian dibandingkan dengan perlakuan kontrol.
Angka kematian larva lalat penggerek dibandingkan setelah menelan serbuk sari yang masing-masing diberi perlakuan dengan enam fungisida berbeda. Mancozeb dan pentopyramide lebih sensitif terhadap paparan oral pada lalat penggerek jagung (GLM: χ = 29,45, DF = 20, P = 0,0059) (garis, kemiringan = 0,29, P < 0,001; kemiringan = 0,24, P <0,00)).
Rata-rata, di seluruh perlakuan, 39,05% pasien adalah perempuan dan 60,95% adalah laki-laki. Di antara perlakuan kontrol, proporsi perempuan adalah 40% baik dalam studi dosis rendah (0,1X) maupun setengah dosis (0,5X), dan 30% dalam studi dosis lapangan (1X). Pada dosis 0,1X, di antara larva yang diberi makan serbuk sari yang diobati dengan mancozeb dan myclobutanil, 33,33% dewasa adalah perempuan, 22% dewasa adalah perempuan, 44% larva dewasa adalah perempuan, 41% larva dewasa adalah perempuan, dan kontrol adalah 31% (Gambar 3a). Pada dosis 0,5 kali lipat, 33% cacing dewasa pada kelompok mancozeb dan pyrithiostrobin adalah betina, 36% pada kelompok trifloxystrobin, 41% pada kelompok myclobutanil, dan 46% pada kelompok cyprostrobin. Angka ini adalah 53% pada kelompok captan dan 38% pada kelompok kontrol (Gambar 3b). Pada dosis 1X, 30% dari kelompok mancozeb adalah betina, 36% dari kelompok pyrithiostrobin, 44% dari kelompok trifloxystrobin, 38% dari kelompok myclobutanil, dan 50% dari kelompok kontrol adalah betina – 38,5% (Gambar 3c).
Persentase penggerek betina dan jantan setelah paparan fungisida pada tahap larva. (a) Dosis rendah (0,1X). (b) Setengah dosis (0,5X). (c) Dosis lapangan atau dosis penuh (1X).
Analisis sekuens 16S menunjukkan bahwa kelompok bakteri berbeda antara larva yang diberi makan serbuk sari yang diolah dengan mancozeb dan larva yang diberi makan serbuk sari yang tidak diolah (Gambar 4a). Indeks mikroba larva yang tidak diolah yang diberi makan serbuk sari lebih tinggi daripada larva yang diberi makan serbuk sari yang diolah dengan mancozeb (Gambar 4b). Meskipun perbedaan kekayaan yang diamati antara kelompok tidak signifikan secara statistik, namun secara signifikan lebih rendah daripada yang diamati pada larva yang diberi makan serbuk sari yang tidak diolah (Gambar 4c). Kelimpahan relatif menunjukkan bahwa mikrobiota larva yang diberi makan serbuk sari kontrol lebih beragam daripada larva yang diberi makan serbuk sari yang diolah dengan mancozeb (Gambar 5a). Analisis deskriptif mengungkapkan keberadaan 28 genus pada sampel kontrol dan yang diolah dengan mancozeb (Gambar 5b). c Analisis menggunakan sekuensing 18S tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan (Gambar Tambahan 2).
Profil SAV berdasarkan sekuens 16S dibandingkan dengan kekayaan Shannon dan kekayaan yang diamati pada tingkat filum. (a) Analisis koordinat utama (PCoA) berdasarkan struktur komunitas mikroba secara keseluruhan pada larva yang diberi makan serbuk sari tanpa perlakuan atau kontrol (biru) dan larva yang diberi makan mancozeb (oranye). Setiap titik data mewakili sampel terpisah. PCoA dihitung menggunakan jarak Bray-Curtis dari distribusi t multivariat. Oval mewakili tingkat kepercayaan 80%. (b) Boxplot, data kekayaan Shannon mentah (titik) dan c. Kekayaan yang dapat diamati. Boxplot menunjukkan kotak untuk garis median, rentang interkuartil (IQR), dan 1,5 × IQR (n = 3).
Komposisi komunitas mikroba larva yang diberi makan serbuk sari yang diberi perlakuan mancozeb dan yang tidak diberi perlakuan. (a) Kelimpahan relatif pembacaan genus mikroba pada larva. (b) Peta panas komunitas mikroba yang teridentifikasi. Delftia (rasio odds (OR) = 0,67, P = 0,0030) dan Pseudomonas (OR = 0,3, P = 0,0074), Microbacterium (OR = 0,75, P = 0,0617) (OR = 1,5, P = 0,0060); Baris peta panas dikelompokkan menggunakan jarak korelasi dan konektivitas rata-rata.
Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa paparan oral terhadap fungisida kontak (mancozeb) dan sistemik (pyrostrobin dan trifloxystrobin), yang banyak diaplikasikan selama masa berbunga, secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan dan meningkatkan mortalitas larva jagung. Selain itu, mancozeb secara signifikan mengurangi keanekaragaman dan kekayaan mikrobioma selama tahap pra-pupa. Myclobutanil, fungisida sistemik lainnya, secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan larva pada ketiga dosis tersebut. Efek ini terlihat pada titik waktu kedua (hari ke-5) dan ketiga (hari ke-8). Sebaliknya, cyprodinil dan captan tidak secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan atau kelangsungan hidup dibandingkan dengan kelompok kontrol. Sepengetahuan kami, penelitian ini adalah yang pertama menentukan efek dosis lapangan dari berbagai fungisida yang digunakan untuk melindungi tanaman jagung melalui paparan serbuk sari langsung.
Semua perlakuan fungisida secara signifikan mengurangi peningkatan berat badan dibandingkan dengan perlakuan kontrol. Mancozeb memiliki efek terbesar pada peningkatan berat badan larva dengan pengurangan rata-rata 51%, diikuti oleh pyrithiostrobin. Namun, penelitian lain belum melaporkan efek buruk dari dosis fungisida di lapangan pada tahap larva44. Meskipun biosida ditiokarbamat telah terbukti memiliki toksisitas akut yang rendah45, etilen bisditiokarbamat (EBDCS) seperti mancozeb dapat terdegradasi menjadi urea etilen sulfida. Mengingat efek mutageniknya pada hewan lain, produk degradasi ini mungkin bertanggung jawab atas efek yang diamati46,47. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa pembentukan etilen tiourea dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti peningkatan suhu48, tingkat kelembaban49 dan lamanya penyimpanan produk50. Kondisi penyimpanan yang tepat untuk biosida dapat mengurangi efek samping ini. Selain itu, Otoritas Keamanan Pangan Eropa telah menyatakan keprihatinan tentang toksisitas piritiopida, yang telah terbukti bersifat karsinogenik terhadap sistem pencernaan hewan lain51.
Pemberian mancozeb, pyrithiostrobin, dan trifloxystrobin secara oral meningkatkan mortalitas larva penggerek jagung. Sebaliknya, myclobutanil, ciprocycline, dan captan tidak berpengaruh terhadap mortalitas. Hasil ini berbeda dengan hasil penelitian Ladurner dkk.52, yang menunjukkan bahwa captan secara signifikan mengurangi kelangsungan hidup O. lignaria dan Apis mellifera L. dewasa (Hymenoptera, Apisidae). Selain itu, fungisida seperti captan dan boscalid telah ditemukan menyebabkan mortalitas larva52,53,54 atau mengubah perilaku makan55. Perubahan ini, pada gilirannya, dapat memengaruhi kualitas nutrisi serbuk sari dan pada akhirnya perolehan energi pada tahap larva. Mortalitas yang diamati pada kelompok kontrol konsisten dengan penelitian lain 56,57.
Rasio jenis kelamin yang lebih menguntungkan jantan yang diamati dalam penelitian kami dapat dijelaskan oleh faktor-faktor seperti perkawinan yang tidak mencukupi dan kondisi cuaca buruk selama masa berbunga, seperti yang sebelumnya disarankan untuk O. cornuta oleh Vicens dan Bosch. Meskipun betina dan jantan dalam penelitian kami memiliki waktu empat hari untuk kawin (periode yang umumnya dianggap cukup untuk keberhasilan perkawinan), kami sengaja mengurangi intensitas cahaya untuk meminimalkan stres. Namun, modifikasi ini mungkin secara tidak sengaja mengganggu proses perkawinan61. Selain itu, lebah mengalami beberapa hari cuaca buruk, termasuk hujan dan suhu rendah (<5°C), yang juga dapat berdampak negatif pada keberhasilan perkawinan4,23.
Meskipun penelitian kami berfokus pada seluruh mikrobioma larva, hasil kami memberikan wawasan tentang potensi hubungan antar komunitas bakteri yang mungkin penting untuk nutrisi lebah dan paparan fungisida. Misalnya, larva yang diberi makan serbuk sari yang diolah dengan mancozeb memiliki struktur dan kelimpahan komunitas mikroba yang berkurang secara signifikan dibandingkan dengan larva yang diberi makan serbuk sari yang tidak diolah. Pada larva yang mengonsumsi serbuk sari yang tidak diolah, kelompok bakteri Proteobacteria dan Actinobacteria mendominasi dan sebagian besar bersifat aerobik atau fakultatif aerobik. Bakteri Delft, yang biasanya dikaitkan dengan spesies lebah soliter, diketahui memiliki aktivitas antibiotik, menunjukkan potensi peran protektif terhadap patogen. Spesies bakteri lain, Pseudomonas, melimpah pada larva yang diberi makan serbuk sari yang tidak diolah, tetapi berkurang secara signifikan pada larva yang diolah dengan mancozeb. Hasil kami mendukung penelitian sebelumnya yang mengidentifikasi Pseudomonas sebagai salah satu genus yang paling melimpah di O. bicornis35 dan tawon soliter lainnya34. Meskipun bukti eksperimental mengenai peran Pseudomonas dalam kesehatan O. cornifrons belum dipelajari, bakteri ini telah terbukti mendorong sintesis toksin pelindung pada kumbang Paederus fuscipes dan mendorong metabolisme arginin secara in vitro 35, 65. Pengamatan ini menunjukkan potensi peran dalam pertahanan terhadap virus dan bakteri selama masa perkembangan larva O. cornifrons. Microbacterium adalah genus lain yang diidentifikasi dalam penelitian kami yang dilaporkan hadir dalam jumlah tinggi pada larva lalat tentara hitam dalam kondisi kelaparan66. Pada larva O. cornifrons, mikrobakteri dapat berkontribusi pada keseimbangan dan ketahanan mikrobioma usus dalam kondisi stres. Selain itu, Rhodococcus ditemukan pada larva O. cornifrons dan dikenal karena kemampuannya dalam detoksifikasi67. Genus ini juga ditemukan di usus A. florea, tetapi dalam jumlah yang sangat rendah68. Hasil kami menunjukkan adanya berbagai variasi genetik di berbagai takson mikroba yang dapat mengubah proses metabolisme pada larva. Namun, pemahaman yang lebih baik tentang keragaman fungsional O. cornifrons masih diperlukan.
Singkatnya, hasil penelitian menunjukkan bahwa mancozeb, pyrithiostrobin, dan trifloxystrobin mengurangi peningkatan berat badan dan meningkatkan mortalitas larva penggerek jagung. Meskipun terdapat kekhawatiran yang meningkat tentang efek fungisida pada penyerbuk, diperlukan pemahaman yang lebih baik tentang efek metabolit residu dari senyawa-senyawa ini. Hasil ini dapat dimasukkan ke dalam rekomendasi untuk program pengelolaan penyerbuk terpadu yang membantu petani menghindari penggunaan fungisida tertentu sebelum dan selama pembungaan pohon buah dengan memilih fungisida dan memvariasikan waktu aplikasi, atau dengan mendorong penggunaan alternatif yang kurang berbahaya 36. Informasi ini penting untuk mengembangkan rekomendasi tentang penggunaan pestisida, seperti menyesuaikan program penyemprotan yang ada dan mengubah waktu penyemprotan saat memilih fungisida atau mempromosikan penggunaan alternatif yang kurang berbahaya. Penelitian lebih lanjut diperlukan mengenai efek buruk fungisida pada rasio jenis kelamin, perilaku makan, mikrobioma usus, dan mekanisme molekuler yang mendasari penurunan berat badan dan mortalitas penggerek jagung.
Data sumber 1, 2 dan 3 pada Gambar 1 dan 2 telah disimpan di repositori data figshare DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 dan https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233. Urutan yang dianalisis dalam penelitian ini (Gambar 4, 5) tersedia di repositori NCBI SRA dengan nomor akses PRJNA1023565.
Bosch, J. dan Kemp, WP Pengembangan dan pembentukan spesies lebah madu sebagai penyerbuk tanaman pertanian: contoh genus Osmia. (Hymenoptera: Megachilidae) dan pohon buah-buahan. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG dkk. Praktik penyerbukan dan persepsi terhadap penyerbuk alternatif di kalangan petani apel di New York dan Pennsylvania. Pembaruan. Pertanian. Sistem pangan. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL dan Ricketts TH Ekologi dan ekonomi penyerbukan almond menggunakan lebah asli. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., dan Park, Y.-L. Pengaruh perubahan iklim terhadap fenologi tragopan: implikasi untuk pengelolaan populasi. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR dan Pitts-Singer, TL Pengaruh penyemprotan fungisida dan adjuvan terhadap perilaku bersarang dua lebah soliter yang dikelola (Osmia lignaria dan Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. et al. Fungisida tanaman dengan toksisitas rendah (fenbuconazole) mengganggu sinyal kualitas reproduksi jantan sehingga mengurangi keberhasilan perkawinan pada lebah soliter liar. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. et al. Insektisida neonicotinoid dan biosintesis ergosterol menekan mortalitas fungisida sinergis pada tiga spesies lebah. Pengendalian hama. ilmu pengetahuan. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. dan Danforth BN Larva tawon soliter mengubah keanekaragaman bakteri yang disuplai oleh serbuk sari ke lebah yang bersarang di batang Osmia cornifrons (Megachilidae). front. microorganism. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN dan Steffan SA Mikroorganisme ektosimbion dalam serbuk sari yang difermentasi sama pentingnya bagi perkembangan lebah soliter seperti serbuk sari itu sendiri. ekologi. evolusi. 12. e8788 (2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F dan Thalheimer M. Penanaman antar baris di kebun apel untuk mengendalikan penyakit yang menyebar: studi efektivitas praktis berdasarkan indikator mikroba. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG dan Peter KA Penyakit busuk pahit pada apel di Amerika Serikat bagian tengah-Atlantik: penilaian spesies penyebab dan pengaruh kondisi cuaca regional serta kerentanan kultivar. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK, dan Stanley DA. Fungisida, herbisida, dan lebah: tinjauan sistematis terhadap penelitian dan metode yang ada. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED dan Jepson, PC Efek sinergis fungisida EBI dan insektisida piretroid pada lebah madu (Apis mellifera). hama ilmu pengetahuan. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE dan Peng, CY Pengaruh fungisida terpilih terhadap pertumbuhan dan perkembangan larva lebah madu Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Wednesday. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., dan McArt, S. Panduan Pengambilan Keputusan untuk Penggunaan Pestisida untuk Melindungi Penyerbuk di Kebun Pohon (Universitas Cornell, 2018).
Iwasaki, JM dan Hogendoorn, K. Paparan lebah terhadap nonpestisida: tinjauan metode dan hasil yang dilaporkan. Pertanian. ekosistem. Rabu. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA. dan Pitts-Singer TL Pengaruh jenis pasokan dan paparan pestisida terhadap perkembangan larva Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Wednesday. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM dan Pitts-Singer TL Jalur paparan pestisida pada lebah soliter yang meninggalkan sarang kosong. Wednesday. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT dkk. Protokol bioassay penelanan baru untuk menilai toksisitas pestisida pada lebah kebun Jepang dewasa (Osmia cornifrons). the science. Reports 10, 9517 (2020).
Waktu posting: 14 Mei 2024