Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk hasil terbaik, kami sarankan Anda menggunakan versi browser yang lebih baru (atau nonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya atau JavaScript.
Fungisida sering digunakan selama pembungaan buah pohon dan dapat mengancam serangga penyerbuk. Namun, sedikit yang diketahui tentang bagaimana penyerbuk non-lebah (misalnya, lebah soliter, Osmia cornifrons) merespons fungisida kontak dan sistemik yang umumnya digunakan pada apel selama pembungaan. Kesenjangan pengetahuan ini membatasi keputusan regulasi yang menentukan konsentrasi dan waktu penyemprotan fungisida yang aman. Kami menilai efek dari dua fungisida kontak (captan dan mancozeb) dan empat fungisida interlayer/fitosistem (ciprocycline, myclobutanil, pyrostrobin dan trifloxystrobin). Efek pada pertambahan berat larva, kelangsungan hidup, rasio jenis kelamin dan keanekaragaman bakteri. Evaluasi dilakukan dengan menggunakan bioassay oral kronis di mana serbuk sari diperlakukan dalam tiga dosis berdasarkan dosis yang saat ini direkomendasikan untuk penggunaan lapangan (1X), setengah dosis (0,5X) dan dosis rendah (0,1X). Semua dosis mancozeb dan pyritisoline secara signifikan mengurangi berat badan dan kelangsungan hidup larva. Kami kemudian mengurutkan gen 16S untuk mengkarakterisasi bakteriom larva mankozeb, fungisida yang bertanggung jawab atas kematian tertinggi. Kami menemukan bahwa keanekaragaman dan kelimpahan bakteri berkurang secara signifikan pada larva yang diberi serbuk sari yang diberi mankozeb. Hasil laboratorium kami menunjukkan bahwa penyemprotan beberapa fungisida ini selama pembungaan sangat berbahaya bagi kesehatan O. cornifrons. Informasi ini relevan untuk keputusan pengelolaan di masa mendatang terkait penggunaan produk perlindungan pohon buah yang berkelanjutan dan berfungsi sebagai dasar untuk proses pengaturan yang bertujuan melindungi penyerbuk.
Lebah Mason soliter Osmia cornifrons (Hymenoptera: Megachilidae) diperkenalkan ke Amerika Serikat dari Jepang pada akhir 1970-an dan awal 1980-an, dan spesies ini telah memainkan peran penyerbuk penting dalam ekosistem yang dikelola sejak saat itu. Populasi lebah yang dinaturalisasi ini 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, mencari makan5 dan pengondisian tubuh6,7. Meskipun penelitian terbaru menunjukkan bahwa kesehatan lebah Mason secara langsung dipengaruhi oleh mikroorganisme komensal dan ektobaktik,8,9 karena bakteri dan jamur dapat memengaruhi nutrisi dan respons imun, efek paparan fungisida pada keragaman mikroba lebah Mason baru mulai dipelajari.
Fungisida dengan berbagai efek (kontak dan sistemik) disemprotkan di kebun sebelum dan selama pembungaan untuk mengobati penyakit seperti keropeng apel, busuk pahit, busuk cokelat, dan embun tepung10,11. Fungisida dianggap tidak berbahaya bagi penyerbuk, sehingga direkomendasikan kepada tukang kebun selama periode pembungaan; Paparan dan konsumsi fungisida ini oleh lebah relatif terkenal, 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 berdasarkan perjanjian otorisasi pemasaran di Amerika Serikat15. Selain itu, secara umum 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 dewasa sebelum waktunya muncul tiga hingga empat hari sebelum lebah betina. Setelah kawin, lebah 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; lebah betina kemudian membangun dinding tanah liat sebelum menyiapkan sel berikutnya. Larva instar pertama tertutup dalam korion dan memakan cairan embrio. Dari instar kedua hingga kelima (prepupa), larva memakan serbuk sari22. Setelah persediaan serbuk sari benar-benar habis, larva membentuk kepompong, menjadi pupa, dan muncul sebagai orang dewasa di ruang induk yang sama, biasanya pada akhir musim panas20,23. Orang dewasa muncul pada musim semi berikutnya. Kelangsungan hidup orang dewasa dikaitkan dengan pertambahan energi bersih (pertambahan berat badan) berdasarkan asupan makanan. Dengan demikian, kualitas gizi serbuk sari, serta faktor-faktor lain seperti cuaca atau paparan pestisida, merupakan penentu kelangsungan hidup dan kesehatan24.
Insektisida dan fungisida yang diaplikasikan sebelum pembungaan dapat bergerak dalam pembuluh tanaman hingga tingkat yang bervariasi, dari translaminar (misalnya, dapat bergerak dari permukaan atas daun ke permukaan bawah, seperti beberapa fungisida) 25 hingga efek sistemik yang sesungguhnya. , yang dapat menembus mahkota dari akar, dapat memasuki nektar bunga apel26, di mana mereka dapat membunuh O. cornifrons dewasa27. Beberapa pestisida juga meresap ke dalam serbuk sari, memengaruhi perkembangan larva jagung dan menyebabkan kematian mereka19. Penelitian lain telah menunjukkan bahwa beberapa fungisida dapat secara signifikan mengubah perilaku bersarang spesies terkait O. lignaria28. Selain itu, penelitian 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 pembungaan dapat mencemari serbuk sari yang dikumpulkan oleh lebah dewasa untuk perkembangan larva, yang efeknya masih harus dipelajari30.
Semakin diakui bahwa perkembangan larva dipengaruhi oleh serbuk sari dan komunitas mikroba dalam sistem pencernaan. Mikrobioma lebah madu memengaruhi parameter seperti massa tubuh31, perubahan metabolisme22, dan kerentanan terhadap patogen32. Penelitian sebelumnya telah meneliti pengaruh tahap perkembangan, nutrisi, dan lingkungan terhadap mikrobioma lebah soliter. Penelitian 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 yang terdaftar untuk digunakan pada buah pohon di Amerika Serikat, termasuk fungisida kontak dan sistemik yang diberikan secara oral kepada larva ngengat ulat tanduk jagung dari makanan yang terkontaminasi. Kami menemukan bahwa fungisida kontak dan sistemik mengurangi pertambahan berat badan lebah dan meningkatkan kematian, dengan efek paling parah terkait dengan mankozeb dan pirithiopida. Kami kemudian membandingkan keragaman mikroba larva yang diberi makan serbuk sari yang diberi perlakuan mankozeb dengan yang diberi makan pada diet kontrol. Kami membahas mekanisme potensial yang mendasari kematian dan implikasi untuk program pengelolaan hama dan penyerbuk terpadu (IPPM)36.
O. cornifrons dewasa yang melewati musim dingin dalam kepompong diperoleh dari Fruit Research Center, Biglerville, PA, dan disimpan pada suhu -3 hingga 2°C (±0,3°C). Sebelum percobaan (total 600 kepompong). Pada bulan Mei 2022, 100 kepompong O. cornifrons dipindahkan setiap hari ke dalam gelas plastik (50 kepompong per gelas, DI panjang 5 cm × 15 cm) dan tisu diletakkan di dalam gelas untuk mendorong pembukaan dan menyediakan substrat yang dapat dikunyah, sehingga mengurangi stres pada lebah batu37. Letakkan dua gelas plastik berisi kepompong di dalam sangkar serangga (30 × 30 × 30 cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., Taiwan) dengan pengumpan 10 ml yang berisi larutan sukrosa 50% dan simpan selama empat hari untuk memastikan penutupan dan perkawinan. 23°C, kelembaban relatif 60%, periode cahaya 10 l (intensitas rendah): 14 hari. 100 betina dan jantan yang dikawinkan 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™), persik (Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), pir (Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia ' Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), pohon apel coronaria (Malus coronaria) dan berbagai jenis 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 muat di atas dua kotak kayu. Setiap kotak sarang berisi 800 tabung kertas kraft kosong (spiral terbuka, ID 0,8 cm × P 15 cm) (Jonesville Paper Tube Co., Michigan) yang dimasukkan ke dalam tabung selofan buram (OD 0,7 cm). Lihat Sumbat plastik (sumbat T-1X) menyediakan lokasi bersarang.
Kedua kotak sarang menghadap ke timur dan ditutupi dengan pagar taman plastik hijau (model Everbilt #889250EB12, ukuran bukaan 5 × 5 cm, 0,95 m × 100 m) untuk mencegah akses hewan pengerat dan burung dan ditempatkan di permukaan tanah di sebelah kotak tanah kotak sarang. Kotak sarang (Gambar Tambahan 1a). Telur penggerek jagung dikumpulkan setiap hari dengan mengumpulkan 30 tabung dari sarang dan mengangkutnya 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 pada kertas saring basah 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 musim bunga apel pada tiga konsentrasi (0,1X, 0,5X, dan 1X, di mana 1X adalah tanda yang diaplikasikan per 100 galon air/acre. Dosis lapangan tinggi = konsentrasi di lapangan). , Tabel 1). Setiap konsentrasi diulang sebanyak 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) toksisitas pada buah-buahan, sayuran, dan tanaman hias. Kami menghomogenkan serbuk sari menggunakan penggiling, memindahkan 0,20 g ke dalam sumur (24-well Falcon Plate), dan menambahkan dan mencampur 1 μL larutan fungisida untuk membentuk serbuk sari piramidal dengan sumur sedalam 1 mm tempat telur ditempatkan. Tempatkan menggunakan spatula mini (Gambar Tambahan 1c,d). Plat Falcon disimpan pada suhu ruangan (25°C) dan kelembapan relatif 70%. Kami membandingkannya dengan larva kontrol yang diberi diet serbuk sari homogen yang diolah dengan air murni. Kami mencatat mortalitas dan mengukur berat larva setiap dua hari hingga larva mencapai usia prapupa menggunakan neraca analitik (Fisher Scientific, akurasi = 0,0001 g). Akhirnya, 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 dan tidak diberi perlakuan mancozeb) dan kami melakukan analisis keragaman mikroba pada sampel ini, terutama karena pada mancozeb, mortalitas tertinggi diamati pada larva yang menerima MnZn. DNA diperkuat, dimurnikan menggunakan kit DNA DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead (Zymo Research, Irvine, CA), dan diurutkan (600 siklus) pada Illumina® MiSeq™ menggunakan kit v3. Pengurutan gen RNA ribosomal 16S bakteri yang ditargetkan dilakukan menggunakan Quick-16S™ NGS Library Prep Kit (Zymo Research, Irvine, CA) menggunakan primer yang menargetkan wilayah V3-V4 dari gen 16S rRNA. Selain itu, pengurutan 18S dilakukan menggunakan inklusi PhiX 10%, dan amplifikasi dilakukan menggunakan pasangan primer 18S001 dan NS4.
Impor dan proses pembacaan berpasangan39 menggunakan alur kerja QIIME2 (v2022.11.1). Pembacaan ini dipangkas dan digabungkan, dan urutan chimeric dihapus menggunakan plugin DADA2 di QIIME2 (qiime dada2 noise pairing)40. Penetapan kelas 16S dan 18S dilakukan menggunakan plugin pengklasifikasi objek Classify-sklearn dan artefak pra-latihan silva-138-99-nb-classifier.
Semua data eksperimen diperiksa kenormalannya (Shapiro-Wilks) dan homogenitas variansnya (uji Levene). Karena kumpulan data tidak memenuhi asumsi analisis parametrik dan transformasi gagal untuk menstandardisasi residual, kami melakukan ANOVA dua arah nonparametrik (Kruskal-Wallis) dengan dua faktor [waktu (tiga fase 2, 5, dan 8 titik waktu hari) dan fungisida] untuk mengevaluasi efek perlakuan terhadap berat segar larva, kemudian perbandingan berpasangan nonparametrik post hoc dilakukan menggunakan uji Wilcoxon. Kami menggunakan model linear umum (GLM) dengan distribusi Poisson untuk membandingkan efek fungisida terhadap kelangsungan hidup di tiga konsentrasi fungisida41,42. Untuk analisis kelimpahan diferensial, jumlah varian urutan amplikon (ASV) diringkas pada tingkat genus. Perbandingan kelimpahan diferensial antara kelompok yang menggunakan 16S (tingkat genus) dan kelimpahan relatif 18S dilakukan dengan menggunakan model aditif umum untuk posisi, skala, dan bentuk (GAMLSS) dengan distribusi famili beta zero-inflated (BEZI), yang dimodelkan pada makro. dalam Mikrobioma 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 dengan menggunakan R (v. 3.4.3., proyek CRAN) (Tim 2013).
Paparan terhadap mankozeb, piritiostrobin, dan trifloksistrobin secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan pada O. cornifrons (Gbr. 1). Efek ini diamati secara konsisten pada ketiga dosis yang dinilai (Gbr. 1a–c). Siklostrobin dan miklobutanil 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 1): χ2: 30,99, DF = 6; P < 0,0001, titik waktu kedua (hari 5): 22,83, DF = 0,0009; titik waktu ketiga (hari 8): χ2: 28,39, DF = 6; (b) setengah dosis (0,5X): titik waktu pertama (hari 1): χ2: 35,67, DF = 6; P < 0,0001, titik waktu kedua (hari pertama). ): χ2: 15,98, DF = 6; P = 0,0090; titik waktu ketiga (hari ke-8) χ2: 16,47, DF = 6; (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 mean ± SE dari perbandingan berpasangan (α = 0,05) (n = 16) *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,001, ***P ≤ 0,0001.
Pada dosis terendah (0,1X), berat tubuh larva berkurang hingga 60% dengan trifloksistrobin, 49% dengan mankozeb, 48% dengan miklobutanil, dan 46% dengan pirithistrobin (Gbr. 1a). Ketika terpapar setengah dosis lapangan (0,5X), berat tubuh larva mankozeb berkurang hingga 86%, pirithistrobin hingga 52%, dan trifloksistrobin hingga 50% (Gbr. 1b). Dosis lapangan penuh (1X) mankozeb mengurangi berat larva hingga 82%, pirithistrobin hingga 70%, dan trifloksistrobin, miklobutanil, dan sangard hingga sekitar 30% (Gbr. 1c).
Mortalitas tertinggi terjadi pada larva yang diberi serbuk sari yang diberi perlakuan mankozeb, diikuti oleh piritiostrobin dan trifloksistrobin. Mortalitas meningkat seiring dengan peningkatan dosis mankozeb dan piritisolin (Gbr. 2; Tabel 2). Namun, mortalitas penggerek batang jagung hanya meningkat sedikit seiring dengan peningkatan konsentrasi trifloksistrobin; siprodinil dan kaptan tidak meningkatkan mortalitas secara signifikan dibandingkan dengan perlakuan kontrol.
Mortalitas larva lalat penggerek dibandingkan setelah menelan serbuk sari yang diobati secara individual dengan enam fungisida yang berbeda. Mankozeb dan pentopiramid lebih sensitif terhadap paparan oral terhadap belatung 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 semua perawatan, 39,05% pasien adalah perempuan dan 60,95% adalah laki-laki. Di antara perawatan kontrol, proporsi perempuan adalah 40% dalam studi dosis rendah (0,1X) dan setengah dosis (0,5X), dan 30% dalam studi dosis lapangan (1X). Pada dosis 0,1X, di antara larva yang diberi serbuk sari yang diobati dengan mankozeb dan miklobutanil, 33,33% dewasa adalah perempuan, 22% dewasa adalah perempuan, 44% larva dewasa adalah perempuan, 44% larva dewasa adalah perempuan, 41% larva dewasa adalah perempuan, dan kontrol adalah 31% (Gbr. 3a). Pada dosis 0,5 kali lipat, 33% cacing dewasa dalam kelompok mancozeb dan pyrithiostrobin adalah betina, 36% dalam kelompok trifloxystrobin, 41% dalam kelompok myclobutanil, dan 46% dalam kelompok cyprostrobin. Angka ini adalah 53% dalam kelompok captan dan 38% dalam kelompok kontrol (Gbr. 3b). Pada dosis 1X, 30% dari kelompok mancozeb adalah wanita, 36% dari kelompok pyrithiostrobin, 44% dari kelompok trifloxystrobin, 38% dari kelompok myclobutanil, 50% dari kelompok kontrol adalah wanita – 38,5% (Gbr. 3c).
Persentase penggerek betina dan jantan setelah paparan fungisida 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 serbuk sari yang diobati dengan mankozeb dan larva yang diberi serbuk sari yang tidak diobati (Gbr. 4a). Indeks mikroba larva yang tidak diobati yang diberi serbuk sari lebih tinggi daripada larva yang diberi serbuk sari yang diobati dengan mankozeb (Gbr. 4b). Meskipun perbedaan kekayaan yang diamati antara kelompok tidak signifikan secara statistik, itu secara signifikan lebih rendah daripada yang diamati untuk larva yang memakan serbuk sari yang tidak diobati (Gbr. 4c). Kelimpahan relatif menunjukkan bahwa mikrobiota larva yang diberi serbuk sari kontrol lebih beragam daripada larva yang diberi larva yang diobati dengan mankozeb (Gbr. 5a). Analisis deskriptif mengungkapkan adanya 28 genera dalam sampel kontrol dan yang diobati dengan mankozeb (Gbr. 5b). Analisis menggunakan sekuensing 18S tidak mengungkapkan perbedaan yang signifikan (Gambar Tambahan 2).
Profil SAV berdasarkan urutan 16S dibandingkan dengan kekayaan Shannon dan kekayaan yang diamati pada tingkat filum. (a) Analisis koordinat utama (PCoA) berdasarkan keseluruhan struktur komunitas mikroba pada larva yang diberi serbuk sari atau kontrol (biru) dan yang diberi makan mankozeb (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 serbuk sari yang diberi dan tidak diberi mankozeb. (a) Kelimpahan relatif genus mikroba pada larva. (b) Peta panas komunitas mikroba yang teridentifikasi. Delftia (rasio peluang (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 kami menunjukkan bahwa paparan oral terhadap fungisida kontak (mancozeb) dan sistemik (pirostrobin dan trifloksistrobin), yang diaplikasikan secara luas selama pembungaan, secara signifikan mengurangi pertambahan berat dan meningkatkan mortalitas larva jagung. Selain itu, mancozeb secara signifikan mengurangi keragaman dan kekayaan mikrobioma selama tahap prapupa. Miklobutanil, fungisida sistemik lainnya, secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan larva pada ketiga dosis. Efek ini terbukti pada titik waktu kedua (hari ke-5) dan ketiga (hari ke-8). Sebaliknya, siprodinil dan kaptan tidak secara signifikan mengurangi pertambahan berat atau kelangsungan hidup dibandingkan dengan kelompok kontrol. Sejauh pengetahuan kami, penelitian ini adalah yang pertama untuk menentukan efek tingkat lapangan dari berbagai fungisida yang digunakan untuk melindungi tanaman jagung melalui paparan serbuk sari langsung.
Semua perawatan fungisida secara signifikan mengurangi pertambahan berat badan dibandingkan dengan perawatan kontrol. Mankozeb memiliki efek terbesar pada pertambahan berat badan larva dengan pengurangan rata-rata 51%, diikuti oleh pyrithiostrobin. Namun, penelitian lain belum melaporkan efek buruk dari dosis lapangan fungisida pada tahap larva44. Meskipun biosida ditiokarbamat telah terbukti memiliki toksisitas akut yang rendah45, etilen bisditiokarbamat (EBDCS) seperti mankozeb 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 suhu tinggi48, tingkat kelembaban49 dan lama penyimpanan produk50. Kondisi penyimpanan yang tepat untuk biosida dapat mengurangi efek samping ini. Selain itu, Otoritas Keamanan Pangan Eropa telah menyatakan kekhawatiran tentang toksisitas pyrithiopide, yang telah terbukti bersifat karsinogenik pada sistem pencernaan hewan lain51.
Pemberian mankozeb, pirithiostrobin, dan trifloksistrobin secara oral meningkatkan mortalitas larva penggerek batang jagung. Sebaliknya, miklobutanil, siprosiklin, dan kaptan tidak berpengaruh terhadap mortalitas. Hasil ini berbeda dengan hasil penelitian Ladurner et al.52, yang menunjukkan bahwa kaptan secara signifikan mengurangi kelangsungan hidup O. lignaria dewasa dan Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apisidae). Selain itu, fungisida seperti kaptan dan boscalid diketahui dapat 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 lain56,57.
Rasio jenis kelamin yang menguntungkan jantan yang diamati dalam penelitian kami dapat dijelaskan oleh faktor-faktor seperti perkawinan yang tidak mencukupi dan kondisi cuaca yang buruk selama pembungaan, 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 perkawinan yang berhasil), kami sengaja mengurangi intensitas cahaya untuk meminimalkan stres. Namun, modifikasi ini dapat 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 difokuskan pada seluruh mikrobioma larva, hasil kami memberikan wawasan tentang hubungan potensial di antara komunitas bakteri yang mungkin penting untuk nutrisi lebah dan paparan fungisida. Misalnya, larva yang diberi serbuk sari yang diobati dengan mankozeb memiliki struktur dan kelimpahan komunitas mikroba yang berkurang secara signifikan dibandingkan dengan larva yang diberi serbuk sari yang tidak diobati. Pada larva yang mengonsumsi serbuk sari yang tidak diobati, kelompok bakteri Proteobacteria dan Actinobacteria dominan dan sebagian besar aerobik atau aerobik fakultatif. Bakteri Delft, yang biasanya dikaitkan dengan spesies lebah soliter, diketahui memiliki aktivitas antibiotik, yang menunjukkan peran perlindungan potensial terhadap patogen. Spesies bakteri lain, Pseudomonas, berlimpah pada larva yang diberi serbuk sari yang tidak diobati, tetapi berkurang secara signifikan pada larva yang diobati dengan mankozeb. 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 untuk peran Pseudomonas dalam kesehatan O. cornifrons belum dipelajari, bakteri ini telah terbukti meningkatkan sintesis racun pelindung pada kumbang Paederus fuscipes dan meningkatkan metabolisme arginin secara in vitro 35, 65. Pengamatan ini menunjukkan peran potensial dalam pertahanan virus dan bakteri selama waktu 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 kemampuan detoksifikasinya67. Genus ini juga ditemukan di usus A. florea, tetapi dalam jumlah yang sangat rendah68. Hasil kami menunjukkan adanya beberapa variasi genetik di berbagai taksa mikroba yang dapat mengubah proses metabolisme pada larva. Namun, pemahaman yang lebih baik tentang keragaman fungsional O. cornifrons diperlukan.
Singkatnya, hasil penelitian menunjukkan bahwa mankozeb, piritiostrobin, dan trifloksistrobin mengurangi pertambahan berat badan dan meningkatkan mortalitas larva penggerek batang jagung. Meskipun ada kekhawatiran yang berkembang tentang efek fungisida pada penyerbuk, ada kebutuhan untuk lebih memahami efek metabolit residu dari 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 untuk mengetahui efek buruk fungisida pada rasio jenis kelamin, perilaku makan, mikrobioma usus, dan mekanisme molekuler yang mendasari penurunan berat badan dan mortalitas penggerek batang jagung.
Data sumber 1, 2, dan 3 pada Gambar 1 dan 2 telah disimpan dalam 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 saat ini (Gambar 4, 5) tersedia dalam 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. bull. Ntomore. resource. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG dkk. Praktik penyerbukan dan persepsi 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 lokal. J. Economics. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
Lee, E., He, Y., dan Park, Y.-L. Dampak perubahan iklim pada fenologi tragopan: implikasi bagi manajemen populasi. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR dan Pitts-Singer, TL Efek penyemprotan fungisida dan adjuvan pada perilaku bersarang dua lebah soliter yang dikelola (Osmia lignaria dan Megachile rotundata). PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. dkk. Fungisida tanaman dengan toksisitas rendah (fenbuconazole) mengganggu sinyal kualitas reproduksi jantan yang mengakibatkan berkurangnya keberhasilan perkawinan pada lebah liar soliter. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. dkk. Insektisida neonikotinoid dan biosintesis ergosterol menekan kematian fungisida sinergis pada tiga spesies lebah. Pengendalian hama. Sains. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. dan Danforth BN Larva tawon soliter mengubah keragaman bakteri yang dipasok oleh serbuk sari ke lebah yang bersarang di batang Osmia cornifrons (Megachilidae). mikroorganisme. 13, 1057626 (2023).
Dharampal PS, Danforth BN dan Steffan SA Mikroorganisme ektosimbiotik 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 akibat penyemaian ulang: 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 sains. 39, 293–297 (1993).
Mussen, EC, Lopez, JE dan Peng, CY Efek fungisida terpilih pada pertumbuhan dan perkembangan larva lebah madu Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Rabu. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., dan McArt, S. Panduan Keputusan untuk Penggunaan Pestisida guna Melindungi Penyerbuk di Perkebunan 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). Rabu. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM dan Pitts-Singer TL Jalur paparan pestisida pada lebah sarang kosong yang menyendiri. Rabu. Ntomore. 47, 499–510 (2018).
Pan, NT dkk. Protokol bioassay konsumsi baru untuk menilai toksisitas pestisida pada lebah kebun Jepang dewasa (Osmia cornifrons). Sains. Laporan 10, 9517 (2020).
Waktu posting: 14-Mei-2024