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살균제는 과일나무 개화기에 자주 사용되며, 곤충 수분매개자를 위협할 수 있습니다. 그러나 꿀벌이 아닌 수분매개자(예: 단독벌, 오스미아 코르니프론)가 개화기 사과에 일반적으로 사용되는 접촉 및 전신 살균제에 어떻게 반응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 이러한 지식 격차는 살균제 살포의 안전 농도 및 시기를 결정하는 규제 기관의 결정을 제한합니다. 본 연구에서는 두 가지 접촉 살균제(캡탄 및 만코제브)와 네 가지 층간/식물계 살균제(시프로사이클린, 마이클로부타닐, 피로스트로빈, 트리플록시스트로빈)의 효과를 평가했습니다. 유충 체중 증가, 생존율, 성비 및 세균 다양성에 미치는 영향. 평가는 만성 경구 생물 검정법을 사용하여 수행되었으며, 현재 현장 사용에 권장되는 용량(1배), 절반 용량(0.5배), 저용량(0.1배)을 기준으로 세 가지 용량으로 꽃가루를 처리했습니다. 만코제브와 피리티솔린의 모든 용량은 체중과 유충 생존율을 유의미하게 감소시켰습니다. 그 후, 가장 높은 사망률을 유발하는 살균제인 만코제브의 유충 세균총을 분석하기 위해 16S 유전자를 시퀀싱했습니다. 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충에서는 세균의 다양성과 개체 수가 현저히 감소했습니다. 저희 실험실 연구 결과에 따르면, 개화기에 이러한 살균제 중 일부를 살포하는 것은 특히 O. cornifrons의 건강에 해로울 수 있습니다. 이 정보는 과수 보호 제품의 지속가능한 사용과 관련된 향후 관리 결정에 중요하며, 수분매개자 보호를 위한 규제 절차의 기초 자료로 활용됩니다.
단독 석공벌 Osmia cornifrons(벌목: Megachilidae)는 1970년대 후반과 1980년대 초에 일본에서 미국으로 도입되었으며, 그 이후로 관리된 생태계에서 중요한 수분 매개자 역할을 해왔습니다. 이 벌의 귀화 개체군은 미국에서 아몬드와 사과 과수원의 수분을 담당하는 벌을 보완하는 약 50종의 야생 벌에 속합니다. 석공벌은 서식지 단편화, 병원균, 살충제 등 많은 어려움에 직면합니다. 살충제 중 살균제는 에너지 획득, 채집5 및 신체 조절6,7을 감소시킵니다. 최근 연구에 따르면 석공벌의 건강은 공생 및 외생 미생물8,9에 의해 직접적인 영향을 받는 것으로 나타났지만, 박테리아와 곰팡이는 영양과 면역 반응에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 그러나 살균제 노출이 석공벌의 미생물 다양성에 미치는 영향은 이제 막 연구되기 시작했습니다.
다양한 효과(접촉성 및 전신성)의 살균제를 개화 전과 개화 중에 과수원에 살포하여 사과흑색병, 쓴맛썩음병, 갈색썩음병, 흰가루병과 같은 질병을 치료합니다. 살균제는 수분매개자에게 무해한 것으로 간주되므로 개화기 동안 정원사에게 권장됩니다. 벌이 이러한 살균제에 노출되고 섭취하는 것은 미국 환경보호청(EPA)을 비롯한 여러 국가 규제 기관의 살충제 등록 절차에 포함되어 있어 비교적 잘 알려져 있습니다.12,13,14 그러나 벌이 아닌 동물에 대한 살균제의 영향은 미국의 판매 허가 계약에 따라 요구되지 않기 때문에 잘 알려져 있지 않습니다.15 또한, 일반적으로 개별 벌을 검사하는 표준화된 프로토콜이 없으며,16,17 검사용 벌을 제공하는 군집을 유지하는 것도 어렵습니다.18 유럽과 미국에서는 야생벌에 대한 살충제의 효과를 연구하기 위해 다양한 관리벌에 대한 시험이 점차 많이 진행되고 있으며, 최근에는 O. cornifrons19에 대한 표준화된 프로토콜이 개발되었습니다.
뿔벌은 단핵구이며, 잉어 작물에서 꿀벌의 보충 또는 대체물로 상업적으로 사용됩니다. 이 벌들은 3월에서 4월 사이에 우화하며, 조숙한 수컷은 암컷보다 3~4일 먼저 우화합니다. 짝짓기 후, 암컷은 관 모양의 둥지(자연 또는 인공) 안에 일련의 육아실을 만들기 위해 꽃가루와 꿀을 적극적으로 수집합니다. 알은 둥지 안의 꽃가루 위에 낳고, 암컷은 다음 육아실을 준비하기 전에 점토 벽을 쌓습니다. 1령 유충은 융모막에 싸여 배아액을 먹습니다. 2령에서 5령(전번데기)까지는 꽃가루를 먹습니다.22. 꽃가루가 완전히 고갈되면 유충은 고치를 형성하고 번데기가 된 후 같은 육아실에서 성충으로 우화하는데, 보통 늦여름에 이루어집니다.20,23 성충은 다음 해 봄에 우화합니다. 성충의 생존은 먹이 섭취량에 따른 순 에너지 증가(체중 증가)와 관련이 있습니다. 따라서 꽃가루의 영양적 품질과 날씨나 살충제 노출과 같은 다른 요인들은 생존과 건강을 결정하는 요인입니다.
개화 전에 살포된 살충제와 살균제는 식물 혈관 내에서 다양한 정도로 이동할 수 있습니다. 횡엽성(예: 일부 살균제처럼 잎의 윗면에서 아랫면으로 이동할 수 있음)25부터 전신성 효과까지 다양합니다. 뿌리에서 관모까지 침투할 수 있는 살충제는 사과꽃의 꿀에 침투하여26 성충 O. cornifrons27을 죽일 수 있습니다. 일부 살충제는 꽃가루로 스며들어 옥수수 유충의 발달에 영향을 미치고 유충을 죽입니다19. 다른 연구에서는 일부 살균제가 관련 종 O. lignaria28의 둥지 짓기 행동을 크게 변화시킬 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 살충제 노출 시나리오(살균제 포함)를 모의한 실험실 및 현장 연구에서 살충제가 꿀벌과 일부 단독성 벌의 생리22, 형태29 및 생존에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 꽃이 피는 동안 열린 꽃에 직접 뿌리는 다양한 살균제 스프레이는 유충 발달을 위해 성충이 수집한 꽃가루를 오염시킬 수 있으며, 그 영향은 아직 연구되지 않았습니다.
유충 발달이 꽃가루와 소화계의 미생물 군집에 의해 영향을 받는다는 사실이 점점 더 인식되고 있습니다. 꿀벌 미생물총은 체중31, 대사 변화22, 그리고 병원균에 대한 감수성32과 같은 지표에 영향을 미칩니다. 이전 연구에서는 발달 단계, 영양소, 그리고 환경이 단독생활을 하는 벌의 미생물총에 미치는 영향을 조사했습니다. 이러한 연구들은 유충과 꽃가루 미생물총33의 구조와 풍부함, 그리고 단독생활을 하는 벌 종 중 가장 흔한 박테리아 속인 슈도모나스속(Pseudomonas)과 델프티아속(Delftia)의 유사성을 보여주었습니다. 그러나 살균제가 벌 건강 보호 전략과 연관되어 왔지만, 직접적인 경구 노출을 통해 유충 미생물총에 미치는 살균제의 영향은 아직 연구되지 않았습니다.
본 연구는 미국에서 과실수에 사용이 등록된 6가지 일반적인 살균제의 실제 투여량을 시험하였으며, 오염된 식품에서 채취한 옥수수뿔나방 유충에게 경구 투여한 접촉성 및 전신성 살균제를 포함했습니다. 접촉성 및 전신성 살균제는 벌의 체중 증가를 감소시키고 사망률을 증가시켰으며, 만코제브와 피리티오파이드에서 가장 심각한 영향을 나타냈습니다. 만코제브 처리된 꽃가루 사료를 섭취한 유충과 대조군 사료를 섭취한 유충의 미생물 다양성을 비교했습니다. 사망률의 잠재적 기전과 통합 해충 및 수분매개자 관리(IPPM)36 프로그램에 대한 함의를 논의했습니다.
고치에서 월동하는 성충 O. cornifrons는 펜실베이니아주 Biglerville에 있는 Fruit Research Center에서 구입하여 -3~2°C(±0.3°C)에 보관했습니다. 실험 전(총 600개의 고치). 2022년 5월에 100개의 O. cornifrons 고치를 매일 플라스틱 컵(컵당 고치 50개, DI 길이 5cm x 15cm)으로 옮겼고 컵 안에 물티슈를 넣어 열리기 쉽게 하고 씹을 수 있는 기질을 제공하여 돌벌에 대한 스트레스를 줄였습니다37. 고치가 들어 있는 두 개의 플라스틱 컵을 곤충 케이지(30 x 30 x 30cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., 대만)에 50% 수크로스 용액이 들어 있는 10ml 공급기와 함께 넣고 4일 동안 보관하여 닫힘과 교미를 보장합니다. 23°C, 상대 습도 60%, 광주기 10l(저강도): 14일. 짝짓기를 마친 암컷과 수컷 100마리를 매일 아침 6일 동안(하루에 100마리) 사과 꽃이 가장 피는 시기에 두 개의 인공 둥지에 풀어 놓았습니다(함정 둥지: 너비 33.66cm × 높이 30.48cm × 길이 46.99cm, 보충 그림 1). 펜실베이니아 주립 수목원에 체리(Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), 복숭아(Prunus persica 'Contender'), Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), 배(Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), 코로나리아 사과나무(Malus coronaria)와 다양한 사과나무 품종(Malus coronaria, Malus), 국내산 사과나무 'Co-op 30′ Enterprise™, Malus 사과나무 'Co-Op 31′ Winecrisp™, 베고니아 'Freedom', 베고니아 'Golden Delicious', 베고니아 'Nova Spy')이 있는 곳에 심었습니다. 파란색 플라스틱 새집은 각각 두 개의 나무 상자 위에 놓을 수 있습니다. 각 둥지 상자에는 800개의 빈 크라프트 종이 튜브(나선형 개방형, 0.8cm ID × 15cm L)(Jonesville Paper Tube Co., Michigan)가 불투명한 셀로판 튜브(0.7 OD 참조)에 삽입되어 있습니다. 플라스틱 플러그(T-1X 플러그)는 둥지를 틀 장소를 제공합니다.
두 개의 둥지 상자는 동쪽을 향하고 설치류와 새의 접근을 막기 위해 녹색 플라스틱 정원 펜스(Everbilt 모델 #889250EB12, 개구부 크기 5 x 5cm, 0.95m x 100m)로 덮고 둥지 상자 토양 상자 옆 토양 표면에 두었습니다.둥지 상자(보충 그림 1a).옥수수지蛀蟲 알은 둥지에서 30개의 튜브를 수집하여 실험실로 운반하여 매일 수집했습니다.가위를 사용하여 튜브 끝을 자른 다음 나선형 튜브를 분해하여 유충 세포를 노출시켰습니다.개별 알과 꽃가루는 곡선 주걱(Microslide tool kit, BioQuip Products Inc., California)을 사용하여 제거했습니다.알은 축축한 여과지에서 배양하고 실험에 사용하기 전에 페트리 접시에 2시간 동안 두었습니다(보충 그림 1b-d).
실험실에서 사과 개화 전과 개화 중에 세 가지 농도(0.1X, 0.5X, 1X, 여기서 1X는 에이커당 물 100갤런에 적용되는 농도입니다. 높은 포장 용량 = 포장 내 농도)로 처리한 여섯 가지 살균제의 경구 독성을 평가했습니다., 표 1). 각 농도는 16회 반복 처리했습니다(n = 16). 두 가지 접촉 살균제(표 S1: 만코제브 2696.14ppm 및 캡탄 2875.88ppm)와 네 가지 전신 살균제(표 S1: 피리티오스트로빈 250.14ppm; 트리플록시스트로빈 110.06ppm; 미클로부타닐 아졸 75.12ppm; 시프로디닐 280.845ppm)는 과일, 채소 및 관상 작물에 독성을 나타냈습니다. 분쇄기를 사용하여 꽃가루를 균질화하고, 0.20 g을 24-웰 팔콘 플레이트(24-well Falcon Plate)에 옮겨 담았습니다. 1 μL의 살균제 용액을 첨가하여 혼합하고, 1 mm 깊이의 웰에 알을 넣은 피라미드형 꽃가루를 만들었습니다. 미니 스패출러를 사용하여 꽃가루를 넣었습니다(보충 그림 1c, d). 팔콘 플레이트는 실온(25°C), 상대 습도 70%에서 보관했습니다. 균질한 꽃가루 사료를 순수한 물로 처리한 대조군 유충과 비교했습니다. 유충이 번데기 전 연령에 도달할 때까지 분석용 저울(Fisher Scientific, 정확도 = 0.0001 g)을 사용하여 이틀에 한 번씩 유충의 사망률을 기록하고 체중을 측정했습니다. 마지막으로 2.5개월 후 고치를 열어 성비를 평가했습니다.
전체 O. cornifrons 유충(처리 조건당 n = 3, 만코제브 처리 및 무처리 꽃가루)에서 DNA를 추출하고, 특히 만코제브 유충에서 MnZn을 처리한 유충에서 가장 높은 사망률이 관찰되었기 때문에 이 샘플에 대한 미생물 다양성 분석을 수행했습니다. DNA는 DNAZymoBIOMICS®-96 MagBead DNA 키트(Zymo Research, Irvine, CA)를 사용하여 증폭 및 정제한 후, Illumina® MiSeq™ v3 키트를 사용하여 600 사이클 동안 시퀀싱했습니다. 박테리아 16S 리보솜 RNA 유전자의 표적 시퀀싱은 Quick-16S™ NGS 라이브러리 준비 키트(Zymo Research, Irvine, CA)를 사용하여 16S rRNA 유전자의 V3-V4 영역을 표적으로 하는 프라이머를 사용하여 수행했습니다. 또한, 10% PhiX 포함을 사용하여 18S 시퀀싱을 수행하였고, 프라이머 쌍 18S001과 NS4를 사용하여 증폭을 수행하였습니다.
QIIME2 파이프라인(v2022.11.1)을 사용하여 페어링된 리드39를 가져오고 처리합니다. 이 리드들은 트리밍 및 병합되었으며, QIIME2의 DADA2 플러그인(qiime dada2 noise pairing)40을 사용하여 키메라 시퀀스를 제거했습니다. 16S 및 18S 클래스 할당은 객체 분류 플러그인인 Classify-sklearn과 사전 훈련된 아티팩트인 silva-138-99-nb-classifier를 사용하여 수행했습니다.
모든 실험 데이터는 정규성(Shapiro-Wilks 검정)과 분산의 동질성(Levene 검정)을 검증했습니다. 데이터 세트가 모수 분석의 가정을 충족하지 못했고 변환이 잔차를 표준화하지 못했기 때문에, 처리가 유충 생체 중량에 미치는 영향을 평가하기 위해 두 가지 요인(시간(3단계 2일, 5일, 8일 시점)과 살균제)을 사용하는 비모수 이원 분산 분석(Kruskal-Wallis 검정)을 수행했습니다. 그런 다음 Wilcoxon 검정을 사용하여 사후 비모수 쌍대 비교를 수행했습니다. 세 가지 살균제 농도에 대한 살균제의 생존율에 대한 영향을 비교하기 위해 포아송 분포를 따르는 일반화 선형 모형(GLM)을 사용했습니다.41,42 차등 풍부도 분석을 위해 앰플리콘 서열 변이체(ASV)의 수는 속 수준에서 축소되었습니다. 16S(속 수준) 및 18S 상대 풍부도를 사용하여 그룹 간 차등 풍부도를 비교하는 것은 위치, 규모 및 형태에 대한 일반화 가산 모델(GAMLSS)과 베타 제로 팽창(BEZI) 패밀리 분포를 사용하여 수행되었으며, 이는 마이크로바이옴 R43(v1.1)의 매크로 모델을 기반으로 모델링되었습니다. 1). 차등 분석 전에 미토콘드리아와 엽록체 종을 제거하십시오. 18S의 분류학적 수준이 다르기 때문에 각 분류군의 가장 낮은 수준만 차등 분석에 사용되었습니다. 모든 통계 분석은 R(v. 3.4.3., CRAN 프로젝트)을 사용하여 수행되었습니다(Team 2013).
만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈에 노출된 오스트리치코니프론스(O. cornifrons)의 체중 증가는 유의미하게 감소했습니다(그림 1). 이러한 효과는 평가된 세 가지 용량 모두에서 일관되게 관찰되었습니다(그림 1a–c). 사이클로스트로빈과 미클로부타닐은 유충의 체중을 유의미하게 감소시키지 않았습니다.
영어: 4가지 식이 처리(균질한 꽃가루 공급 + 살균제: 대조군, 0.1X, 0.5X 및 1X 용량)에서 3개 시점에서 측정한 줄기 구멍뚫이 유충의 평균 생중량. (a) 저용량(0.1X): 첫 번째 시점(1일): χ2: 30.99, DF = 6; P < 0.0001, 두 번째 시점(5일): 22.83, DF = 0.0009; 세 번째 시점(8일): χ2: 28.39, DF = 6; (b) 절반 용량(0.5X): 첫 번째 시점(1일): χ2: 35.67, DF = 6; P < 0.0001, 두 번째 시점(1일): χ2: 15.98, DF = 6; P = 0.0090; 세 번째 시점(8일차) χ2: 16.47, DF = 6; (c) 현장 또는 전체 용량(1X): 첫 번째 시점(1일차) χ2: 20.64, P = 6; P = 0.0326, 두 번째 시점(5일차): χ2: 22.83, DF = 6; P = 0.0009; 세 번째 시점(8일차): χ2: 28.39, DF = 6; 비모수 분산 분석. 막대는 쌍대 비교의 평균 ± SE를 나타냅니다(α = 0.05)(n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
최저 용량(0.1X)에서 트리플록시스트로빈은 유충의 체중을 60%, 만코제브는 49%, 미클로부타닐은 48%, 피리티스트로빈은 46% 감소시켰습니다(그림 1a). 현장 용량의 절반(0.5X)에 노출시켰을 때, 만코제브 유충의 체중은 86%, 피리티오스트로빈은 52%, 트리플록시스트로빈은 50% 감소했습니다(그림 1b). 만코제브를 현장 용량(1X)으로 투여했을 때 유충의 체중은 82%, 피리티오스트로빈은 70%, 트리플록시스트로빈, 미클로부타닐, 상가르드는 약 30% 감소했습니다(그림 1c).
만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충의 사망률이 가장 높았고, 그 다음으로 피리티오스트로빈과 트리플록시스트로빈 순이었다. 만코제브와 피리티솔린의 용량이 증가함에 따라 사망률이 증가했다(그림 2; 표 2). 그러나 옥수수좀나방의 사망률은 트리플록시스트로빈 농도가 증가함에 따라 약간만 증가했으며, 시프로디닐과 캡탄은 대조군에 비해 사망률을 유의하게 증가시키지 않았다.
여섯 가지 살균제로 개별적으로 처리한 꽃가루를 섭취한 후 구멍뚫기파리 유충의 치사율을 비교하였다. 만코제브와 펜토피라미드는 옥수수 구더기 경구 노출에 더 민감하였다(GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059)(선, 기울기 = 0.29, P < 0.001; 기울기 = 0.24, P < 0.00)).
평균적으로 모든 치료법에서 환자의 39.05%가 여성이었고 60.95%가 남성이었습니다. 대조군 중 여성의 비율은 저용량(0.1X) 및 반용량(0.5X) 연구에서 모두 40%였고, 현장 용량(1X) 연구에서는 30%였습니다. 0.1X 용량에서 만코제브와 미클로부타닐을 투여한 꽃가루 섭취 유충 중 성충의 33.33%가 여성이었고, 성충의 22%가 여성이었고, 성충 유충의 44%가 암컷이었고, 성충 유충의 41%가 암컷이었으며, 대조군은 31%였습니다(그림 3a). 0.5배 용량에서 만코제브와 피리티오스트로빈 군에서 성충의 33%가 암컷이었고, 트리플록시스트로빈 군에서 36%, 미클로부타닐 군에서 41%, 시프로스트로빈 군에서 46%가 암컷이었습니다. 이 수치는 캡탄 군에서 53%, 대조군에서 38%였습니다(그림 3b). 1배 용량에서 만코제브 군의 30%, 피리티오스트로빈 군에서 36%, 트리플록시스트로빈 군에서 44%, 미클로부타닐 군에서 38%, 대조군에서 50%가 암컷이었습니다(38.5%)(그림 3c).
유충 단계 살균제 노출 후 암컷 및 수컷 구멍뚫이벌레의 백분율. (a) 저용량(0.1X). (b) 절반 용량(0.5X). (c) 현장 용량 또는 전체 용량(1X).
16S 염기서열 분석 결과, 만코제브 처리 꽃가루를 먹인 유충과 처리하지 않은 꽃가루를 먹인 유충 간에 박테리아 군집이 달랐습니다(그림 4a). 꽃가루를 먹인 처리하지 않은 유충의 미생물 지수는 만코제브 처리 꽃가루를 먹인 유충보다 높았습니다(그림 4b). 관찰된 군 간의 풍부도 차이는 통계적으로 유의하지 않았지만, 처리하지 않은 꽃가루를 먹은 유충에서 관찰된 것보다 유의하게 낮았습니다(그림 4c). 상대 풍부도는 대조군 꽃가루를 먹은 유충의 미생물 군집이 만코제브 처리 유충을 먹은 유충의 미생물 군집보다 더 다양했음을 보여주었습니다(그림 5a). 기술적 분석 결과 대조군과 만코제브 처리 샘플에서 28개 속이 존재하는 것으로 나타났습니다(그림 5b). c 18S 염기서열 분석을 사용한 분석에서는 유의한 차이가 나타나지 않았습니다(보충 그림 2).
16S 서열에 기반한 SAV 프로파일을 문 수준에서 섀넌 풍부도 및 관측 풍부도와 비교하였다. (a) 무처리 화분 섭취 또는 대조군(파란색)과 만코제브 유충(주황색)의 전반적인 미생물 군집 구조에 기반한 주좌표 분석(PCoA). 각 데이터 포인트는 개별 표본을 나타낸다. PCoA는 다변량 t 분포의 브레이-커티스 거리를 사용하여 계산하였다. 타원은 80% 신뢰 수준을 나타낸다. (b) 상자그림, 원시 섀넌 풍부도 데이터(점) 및 c. 관측 풍부도. 상자그림은 중앙값 선, 사분위 범위(IQR), 그리고 1.5 × IQR(n = 3)을 나타낸다.
만코제브 처리 꽃가루와 미처리 꽃가루를 섭취한 유충의 미생물 군집 구성. (a) 유충 내 미생물 속의 상대적 풍부도. (b) 확인된 미생물 군집의 열지도. 델프티아(교차비(OR) = 0.67, P = 0.0030) 및 슈도모나스(OR = 0.3, P = 0.0074), 미크로박테리움(OR = 0.75, P = 0.0617)(OR = 1.5, P = 0.0060). 열지도 행은 상관관계 거리와 평균 연결성을 사용하여 클러스터링되었습니다.
본 연구 결과는 개화기에 널리 사용된 접촉성 살균제(만코제브) 및 전신성 살균제(피로스트로빈과 트리플록시스트로빈)의 경구 노출이 옥수수 유충의 체중 증가를 유의미하게 감소시키고 사망률을 증가시켰음을 보여줍니다. 또한, 만코제브는 번데기 전단계에서 미생물군집의 다양성과 풍부도를 유의미하게 감소시켰습니다. 또 다른 전신성 살균제인 마이클로부타닐은 세 가지 용량 모두에서 유충의 체중 증가를 유의미하게 감소시켰습니다. 이러한 효과는 2일차(5일차)와 3일차(8일차)에 뚜렷하게 나타났습니다. 반면, 시프로디닐과 캡탄은 대조군에 비해 체중 증가나 생존율을 유의미하게 감소시키지 않았습니다. 본 연구는 옥수수 작물을 꽃가루에 직접 노출시켜 보호하기 위해 사용된 다양한 살균제의 포장 처리량에 따른 효과를 규명한 최초의 연구로, 본 연구는 이러한 결과를 바탕으로 합니다.
모든 살균제 처리는 대조군에 비해 체중 증가를 유의미하게 감소시켰습니다. 만코제브는 유충 체중 증가에 가장 큰 효과를 보였으며, 평균 51% 감소를 보였고, 그 다음은 피리티오스트로빈이었습니다. 그러나 다른 연구에서는 유충 단계에서 현장 살균제 투여량의 부작용을 보고하지 않았습니다44. 디티오카바메이트계 살생물제는 급성 독성이 낮은 것으로 나타났지만,45 만코제브와 같은 에틸렌 비스디티오카바메이트(EBDCS)는 요소 에틸렌 설파이드로 분해될 수 있습니다. 다른 동물에서 돌연변이 유발 효과를 고려할 때, 이 분해산물이 관찰된 효과의 원인일 수 있습니다46,47. 이전 연구에서는 에틸렌 티오우레아의 생성이 온도 상승48, 습도49, 제품 보관 기간50과 같은 요인의 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 살생물제의 적절한 보관 조건은 이러한 부작용을 완화할 수 있습니다. 또한 유럽 식품 안전 기관은 피리티오피드가 다른 동물의 소화계에 발암성을 갖는 것으로 밝혀져 이 물질의 독성에 대해 우려를 표명했습니다.
만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈의 경구 투여는 옥수수 천공충 유충의 사망률을 증가시킵니다. 반면, 마이클로부타닐, 시프로사이클린, 캡탄은 사망률에 영향을 미치지 않았습니다. 이러한 결과는 캡탄이 성충 O. lignaria와 Apis mellifera L.(벌목, Apisidae)의 생존율을 유의미하게 감소시켰다는 Ladurner 외 연구52의 결과와는 다릅니다. 또한, 캡탄이나 보스칼리드와 같은 살균제는 유충의 사망률을 증가시키거나52,53,54 섭식 행동을 변화시키는 것으로 나타났습니다55. 이러한 변화는 결국 꽃가루의 영양적 품질과 궁극적으로 유충기의 에너지 획득에 영향을 미칠 수 있습니다. 대조군에서 관찰된 사망률은 다른 연구56,57과 일치했습니다.
본 연구에서 관찰된 수컷 선호 성비는 이전에 Vicens와 Bosch가 O. cornuta에 대해 제시한 바와 같이, 불충분한 교미와 개화기 악천후와 같은 요인으로 설명될 수 있습니다. 본 연구에서 암컷과 수컷은 교미에 4일(일반적으로 성공적인 교미에 충분한 기간으로 간주됨)의 시간이 주어졌지만, 스트레스를 최소화하기 위해 의도적으로 광도를 낮추었습니다. 그러나 이러한 변화는 의도치 않게 교미 과정을 방해할 수 있습니다61. 또한, 벌들은 비와 낮은 기온(5°C 미만)을 포함한 악천후를 며칠 동안 겪게 되는데, 이는 교미 성공에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다4,23.
본 연구는 유충 전체의 미생물군집에 초점을 맞추었지만, 본 연구의 결과는 벌의 영양 및 살균제 노출에 중요할 수 있는 세균 군집 간의 잠재적 관계에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충은 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에 비해 미생물 군집의 구조와 개체 수가 현저히 감소했습니다. 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에서는 프로테오박테리아(Proteobacteria)와 악티노박테리아(Actinobacteria) 세균군이 우점적으로 나타났으며, 주로 호기성 또는 통성 호기성이었습니다. 일반적으로 단독 생활하는 벌 종과 관련된 델프트박테리아는 항생제 활성을 가진 것으로 알려져 있어 병원균에 대한 잠재적인 보호 역할을 시사합니다. 또 다른 세균 종인 슈도모나스(Pseudomonas)는 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에서는 풍부했지만, 만코제브 처리된 유충에서는 현저히 감소했습니다. 본 연구 결과는 슈도모나스를 O. bicornis35 및 기타 단독 생활하는 말벌34에서 가장 풍부한 속 중 하나로 확인한 이전 연구들을 뒷받침합니다. O. cornifrons의 건강에 있어 슈도모나스(Pseudomonas)의 역할에 대한 실험적 증거는 아직 연구되지 않았지만, 이 박테리아는 딱정벌레 Paederus fuscipes의 보호 독소 합성을 촉진하고 시험관 내에서 아르기닌 대사를 촉진하는 것으로 나타났습니다(35, 65). 이러한 관찰 결과는 O. cornifrons 유충의 발달 기간 동안 바이러스 및 박테리아 방어에 잠재적인 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 본 연구에서 확인된 또 다른 속(genus)인 미크로박테리움(Microbacterium)은 기아 조건에서 검은동애파리 유충에 높은 수로 존재하는 것으로 보고되었습니다(66). O. cornifrons 유충에서 미크로박테리움은 스트레스 조건에서 장내 미생물총의 균형과 회복력에 기여할 수 있습니다. 또한, 로도코쿠스(Rhodococcus)는 O. cornifrons 유충에서 발견되며 해독 능력으로 알려져 있습니다(67). 이 속은 A. florea의 장에서도 발견되지만, 그 수는 매우 적습니다(68). 본 연구 결과는 유충의 대사 과정에 영향을 미칠 수 있는 다양한 미생물 분류군에 걸쳐 다양한 유전적 변이가 존재함을 보여줍니다. 그러나 O. cornifrons의 기능적 다양성에 대한 더 깊은 이해가 필요합니다.
요약하자면, 만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈은 옥수수 천공충 유충의 체중 증가를 감소시키고 사망률을 증가시켰음을 보여줍니다. 살균제가 수분매개자에 미치는 영향에 대한 우려가 커지고 있지만, 이러한 화합물의 잔류 대사산물이 미치는 영향을 더 잘 이해할 필요가 있습니다. 이러한 결과는 살균제를 선택하고 살포 시기를 조절하거나 덜 해로운 대안의 사용을 장려함으로써 농부들이 과수 개화 전후에 특정 살균제 사용을 피할 수 있도록 돕는 통합 수분매개자 관리 프로그램 권고안에 반영될 수 있습니다. 36. 이 정보는 살충제 사용에 대한 권고안을 개발하는 데 중요합니다. 예를 들어, 기존 살포 프로그램을 조정하고 살균제를 선택할 때 살포 시기를 변경하거나 덜 해로운 대안의 사용을 장려하는 것이 있습니다. 살균제가 성비, 섭식 행동, 장내 미생물군집에 미치는 악영향, 그리고 옥수수 천공충의 체중 감소 및 사망률에 영향을 미치는 분자 메커니즘에 대한 추가 연구가 필요합니다.
그림 1과 2의 원본 데이터 1, 2, 3은 figshare 데이터 저장소(DOI: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996245 및 https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24996233)에 기탁되었습니다. 본 연구에서 분석된 서열(그림 4, 5)은 NCBI SRA 저장소에서 접근 번호 PRJNA1023565로 제공됩니다.
Bosch, J. 및 Kemp, WP. 농작물 수분 매개자로서 꿀벌 종의 개발 및 정착: Osmia속(벌목: Megachilidae) 및 과수. 황소. Ntomore. 자원. 92, 3–16 (2002).
Parker, MG 외. 뉴욕과 펜실베이니아 사과 재배자들의 수분 관행 및 대체 수분 매개자에 대한 인식. 업데이트. 농업. 식량 시스템. 35, 1–14 (2020).
Koch I., Lonsdorf EW, Artz DR, Pitts-Singer TL 및 Ricketts TH. 토종벌을 이용한 아몬드 수분의 생태학 및 경제학. 경제학 저널. Ntomore. 111, 16–25 (2018).
이은, 허영, 박영-엘. 기후변화가 트라고판 어류 생물계절에 미치는 영향: 개체군 관리에 미치는 함의. Climb. Change 150, 305–317 (2018).
Artz, DR 및 Pitts-Singer, TL. 살균제 및 보조제 살포가 두 종류의 관리된 단독벌(Osmia lignaria 및 Megachile rotundata)의 둥지 짓기 행동에 미치는 영향. PloS One 10, e0135688 (2015).
Beauvais, S. 외. 저독성 작물 살균제(펜부코나졸)가 수컷 생식 품질 신호를 방해하여 야생 단독벌의 교미 성공률을 감소시킨다. J. Apps. ecology. 59, 1596–1607 (2022).
Sgolastra F. 외. 네오니코티노이드 살충제와 에르고스테롤 생합성은 세 종의 벌에서 살균제 살충제의 상승적 사망률을 억제한다. 해충 방제. 과학. 73, 1236–1243 (2017).
Kuhneman JG, Gillung J, Van Dyck MT, Fordyce RF. 및 Danforth BN 단독 말벌 유충은 줄기 둥지 벌 Osmia cornifrons(Megachilidae)에게 꽃가루가 제공하는 박테리아 다양성을 변화시킵니다. 전면. 미생물. 13, 1057626(2023).
Dharampal PS, Danforth BN 및 Steffan SA 발효된 꽃가루에 존재하는 외생 공생 미생물은 꽃가루 자체만큼이나 단독벌의 발달에 중요합니다. 생태학. 진화. 12. e8788(2022).
Kelderer M, Manici LM, Caputo F, Thalheimer M. 사과 과수원에서 재파종 병해 방제를 위한 고랑간 식재: 미생물 지표 기반 실질적 효과 연구. Plant Soil 357, 381–393 (2012).
Martin PL, Kravchik T., Khodadadi F., Achimovich SG, Peter KA 미국 중부 대서양 사과의 쓴맛부패병: 원인균 평가 및 지역 기상 조건과 품종 감수성의 영향. Phytopathology 111, 966–981 (2021).
Cullen MG, Thompson LJ, Carolan JK, Stout JK., Stanley DA. 살균제, 제초제 및 벌: 기존 연구 및 방법론에 대한 체계적 고찰. PLoS One 14, e0225743 (2019).
Pilling, ED 및 Jepson, PC EBI 살균제와 피레트로이드 살충제의 꿀벌(Apis mellifera)에 대한 상승효과. 해충 과학. 39, 293–297(1993).
Mussen, EC, Lopez, JE 및 Peng, CY. 꿀벌 유충 Apis mellifera L.(벌목: Apidae)의 성장 및 발달에 미치는 특정 살균제의 효과. 수요일. Ntomore. 33, 1151-1154 (2004).
Van Dyke, M., Mullen, E., Wickstead, D., 및 McArt, S. 과수원에서 수분매개자를 보호하기 위한 살충제 사용에 대한 의사 결정 가이드(Cornell University, 2018).
이와사키, JM 및 호겐도른, K. 꿀벌의 무농약 노출: 방법 및 보고된 결과 검토. 농업. 생태계. 수요일. 314, 107423 (2021).
Kopit AM, Klinger E, Cox-Foster DL, Ramirez RA., Pitts-Singer TL: 살충제 공급 유형 및 노출이 Osmia lignaria(벌목: Megachilidae) 유충 발달에 미치는 영향. 수요일. Ntomore. 51, 240–251 (2022).
Kopit AM 및 Pitts-Singer TL: 단독 빈 둥지 벌의 살충제 노출 경로. 수요일. Ntomore. 47, 499–510(2018).
Pan, NT 외. 일본 정원벌(Osmia cornifrons) 성충의 살충제 독성 평가를 위한 새로운 섭취 생물검정 프로토콜. 과학 보고서 10, 9517 (2020).
게시 시간: 2024년 5월 14일