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살균제는 과일나무 개화기에 흔히 사용되며 곤충 수분매개자를 위협할 수 있습니다. 그러나 꿀벌 이외의 수분매개자(예: 단독벌, Osmia cornifrons)가 사과나무 개화기에 일반적으로 사용되는 접촉성 및 전신성 살균제에 어떻게 반응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 이러한 지식 부족은 살균제 살포의 안전 농도와 시기를 결정하는 규제상의 제약을 초래합니다. 본 연구에서는 두 가지 접촉성 살균제(캡탄과 만코제브)와 네 가지 층간/식물계통 살균제(시프로사이클린, 마이클로부타닐, 피로스트로빈, 트리플록시스트로빈)의 영향을 평가했습니다. 평가는 유충의 체중 증가, 생존율, 성비 및 세균 다양성에 미치는 영향을 분석했습니다. 평가는 만성 경구 생물검정법을 이용하여 수행되었으며, 꽃가루는 현재 현장 사용에 권장되는 용량(1배), 절반 용량(0.5배), 저용량(0.1배)의 세 가지 용량으로 처리했습니다. 만코제브와 피리티솔린은 모든 용량에서 유충의 체중과 생존율을 유의하게 감소시켰습니다. 우리는 16S 유전자 염기서열 분석을 통해 가장 높은 사망률을 유발하는 살균제인 만코제브에 노출된 유충의 세균총을 규명했습니다. 그 결과, 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충에서 세균 다양성과 개체 수가 현저히 감소한 것을 확인했습니다. 이러한 실험실 결과는 개화기에 일부 살균제를 살포하는 것이 오리나무(O. cornifrons)의 건강에 특히 해롭다는 것을 시사합니다. 이 정보는 과수 보호 제품의 지속 가능한 사용에 관한 향후 관리 결정에 중요한 의미를 가지며, 수분 매개자를 보호하기 위한 규제 과정의 기초 자료로 활용될 수 있습니다.
벌목(Hymenoptera)의 큰벌과(Megachilidae)에 속하는 단독 생활을 하는 가시벌(Osmia cornifrons)은 1970년대 후반에서 1980년대 초에 일본에서 미국으로 유입되었으며, 이후 관리되는 생태계에서 중요한 수분 매개자 역할을 해왔습니다. 이 벌의 귀화 개체군은 미국에서 아몬드와 사과 과수원의 수분을 담당하는 약 50종의 야생벌 중 하나입니다.2,3 가시벌은 서식지 파편화, 병원균, 살충제 등 여러 가지 문제에 직면해 있습니다.3,4 살충제 중에서도 살균제는 에너지 섭취량, 먹이 활동5 및 신체 컨디션을 저하시킵니다.6,7 최근 연구에 따르면 가시벌의 건강은 공생 및 외부 미생물의 영향을 직접적으로 받는 것으로 나타났습니다.8,9 박테리아와 곰팡이가 영양 및 면역 반응에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 그러나 살균제 노출이 가시벌의 미생물 다양성에 미치는 영향에 대한 연구는 이제 막 시작 단계입니다.
접촉성 및 전신성 등 다양한 효과를 가진 살균제는 사과 검은무늬병, 쓴맛 부패병, 갈색 부패병, 흰가루병과 같은 질병을 치료하기 위해 개화 전후에 과수원에 살포됩니다.10,11 살균제는 수분 매개체에 무해한 것으로 여겨지므로 개화기에 정원사들에게 사용이 권장됩니다. 꿀벌이 이러한 살균제에 노출되고 섭취하는 것은 미국 환경보호청(EPA)을 비롯한 여러 국가 규제 기관의 살충제 등록 절차에 포함되어 있기 때문에 비교적 잘 알려져 있습니다.12,13,14 그러나 미국에서는 판매 허가 계약에 따라 꿀벌 이외의 생물에 대한 살균제 영향 평가가 요구되지 않기 때문에 그 영향은 잘 알려져 있지 않습니다.15 또한, 일반적으로 개별 꿀벌을 대상으로 하는 표준화된 검사 프로토콜이 없으며,16,17 검사에 필요한 꿀벌을 제공하는 벌집을 유지하는 것 또한 어렵습니다.18 유럽과 미국에서는 야생 꿀벌에 대한 살충제의 영향을 연구하기 위해 다양한 관리 꿀벌에 대한 시험이 점점 더 많이 수행되고 있으며 최근에는 O. cornifrons19에 대한 표준 프로토콜이 개발되었습니다.
뿔벌은 단핵구의 일종으로, 잉어 양식장에서 꿀벌을 대체하거나 보충하는 용도로 상업적으로 이용됩니다. 이 벌들은 3월에서 4월 사이에 우화하며, 수컷은 암컷보다 3~4일 먼저 우화합니다. 짝짓기 후, 암컷은 꽃가루와 꿀을 적극적으로 모아 관 모양의 벌집(자연적이거나 인공적인) 안에 여러 개의 유충방을 만듭니다.1,20 알은 유충방 안의 꽃가루 위에 낳습니다. 암컷은 다음 유충방을 준비하기 전에 점토 벽을 쌓습니다. 1령 유충은 난막에 싸여 배아액을 먹고 자랍니다. 2령부터 5령(번데기 전 단계)까지의 유충은 꽃가루를 먹습니다.22 꽃가루가 완전히 고갈되면 유충은 고치를 만들고 번데기가 되어 같은 유충방에서 성충으로 우화하는데, 보통 늦여름에 일어납니다.20,23 성충은 다음 해 봄에 우화합니다. 성충의 생존은 먹이 섭취량에 따른 순 에너지 증가량(체중 증가량)과 관련이 있습니다. 따라서 꽃가루의 영양학적 품질은 날씨나 살충제 노출과 같은 다른 요인들과 마찬가지로 생존과 건강을 결정하는 요인입니다.24
개화 전에 살포되는 살충제와 살균제는 식물의 관다발 내에서 다양한 정도로 이동할 수 있는데, 엽면 투과(예: 일부 살균제처럼 잎의 윗면에서 아랫면으로 이동하는 것)25부터 뿌리에서 줄기까지 침투하여 사과꽃의 꿀에 들어가 성충 O. cornifrons27을 죽일 수 있는 전신성 효과까지 나타납니다. 일부 살충제는 꽃가루에 스며들어 옥수수 유충의 발달에 영향을 미치고 죽음에 이르게 하기도 합니다19. 다른 연구에서는 일부 살균제가 관련 종인 O. lignaria28의 둥지 짓는 행동을 크게 변화시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 또한, 살충제(살균제 포함) 노출 시나리오를 시뮬레이션한 실험실 및 야외 연구에서는 살충제가 꿀벌과 일부 단독벌의 생리22, 형태29 및 생존에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 개화기에 활짝 핀 꽃에 직접 살포되는 다양한 살균 스프레이는 성충이 유충 발달을 위해 수집한 꽃가루를 오염시킬 수 있으며 그 영향은 아직 연구되지 않았습니다.30
유충 발달이 꽃가루와 소화계 미생물 군집의 영향을 받는다는 사실이 점차 인식되고 있습니다. 꿀벌의 미생물 군집은 체중31, 대사 변화22, 병원균에 대한 감수성32 등의 매개변수에 영향을 미칩니다. 이전 연구에서는 발달 단계, 영양소, 환경이 단독벌의 미생물 군집에 미치는 영향을 조사했습니다. 이러한 연구들은 유충과 꽃가루 미생물 군집의 구조와 풍부도33, 그리고 가장 흔한 세균 속인 Pseudomonas와 Delftia가 단독벌 종들 사이에서 유사하다는 것을 밝혀냈습니다. 그러나 살균제가 꿀벌 건강 보호 전략과 관련되어 있음에도 불구하고, 살균제가 유충의 미생물 군집에 미치는 직접적인 경구 노출의 영향은 아직 연구되지 않았습니다.
본 연구는 미국에서 과수류에 사용하도록 등록된 흔히 사용되는 살균제 6종(접촉성 및 전신성 살균제 포함)을 오염된 먹이를 통해 섭취한 옥수수뿔나방 유충에 경구 투여했을 때의 실제 효과를 조사했습니다. 그 결과, 접촉성 및 전신성 살균제는 꿀벌의 체중 증가를 감소시키고 사망률을 증가시켰으며, 특히 만코제브와 피리티오피드가 가장 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이어서 만코제브 처리된 꽃가루 먹이를 섭취한 유충과 대조군 먹이를 섭취한 유충의 미생물 다양성을 비교했습니다. 본 연구에서는 사망률의 잠재적 메커니즘과 통합 해충 및 수분매개체 관리(IPPM)36 프로그램에 대한 시사점을 논의합니다.
고치 속에서 월동하는 성체 O. cornifrons는 펜실베이니아주 빅글러빌에 있는 과일 연구 센터에서 입수하여 -3~2°C(±0.3°C)에서 보관했습니다. 실험 전, 총 600개의 고치를 사용했습니다. 2022년 5월부터 매일 100개의 O. cornifrons 고치를 플라스틱 컵(컵당 50개, 직경 5cm × 길이 15cm)에 옮기고, 고치가 잘 열리도록 컵 안에 물티슈를 넣어 씹을 수 있는 기질을 제공함으로써 돌벌의 스트레스를 줄였습니다.37 고치가 담긴 플라스틱 컵 두 개를 50% 설탕 용액이 담긴 10ml 급식기가 있는 곤충 사육장(30 × 30 × 30cm, BugDorm MegaView Science Co. Ltd., 대만)에 넣고 4일 동안 보관하여 고치가 완전히 닫히고 짝짓기가 이루어지도록 했습니다. 조건은 23°C, 상대 습도 60%, 광주기 10L(저강도): 14일이었습니다. 짝짓기를 마친 암컷과 수컷 각각 100마리씩을 사과나무 개화가 절정에 달했던 6일 동안 매일 아침 두 개의 인공 둥지에 풀어놓았다(덫 둥지: 너비 33.66 × 높이 30.48 × 길이 46.99cm; 보충 그림 1). 펜실베이니아 주립 수목원에 위치하며, 벚나무(Prunus cerasus 'Eubank' Sweet Cherry Pie™), 복숭아나무(Prunus persica 'Contender', Prunus persica 'PF 27A' Flamin Fury®), 배나무(Pyrus perifolia 'Olympic', Pyrus perifolia 'Shinko', Pyrus perifolia 'Shinseiki'), 코로나리아 사과나무(Malus coronaria) 및 다양한 품종의 사과나무(Malus coronaria, Malus), 국내산 사과나무 'Co-op 30' Enterprise™, Malus 사과나무 'Co-Op 31' Winecrisp™), 베고니아 'Freedom', 베고니아 'Golden Delicious', 베고니아 'Nova Spy' 근처에 있습니다. 각 파란색 플라스틱 새집은 나무 상자 두 개 위에 놓을 수 있습니다. 각 둥지 상자에는 불투명한 셀로판 튜브(외경 0.7cm, 길이 15cm, 나선형 개방형)(Jonesville Paper Tube Co., 미시간) 800개가 들어 있었습니다. 플라스틱 마개(T-1X 마개)는 둥지 자리를 제공합니다.
두 개의 둥지 상자는 모두 동쪽을 향하고 있었으며, 설치류와 새의 접근을 막기 위해 녹색 플라스틱 정원 울타리(Everbilt 모델 #889250EB12, 개구부 크기 5 × 5 cm, 0.95 m × 100 m)로 덮고 둥지 상자 옆의 흙 표면에 놓았습니다(보충 그림 1a). 옥수수명나방 알은 둥지에서 30개의 튜브를 채취하여 실험실로 운반하는 방식으로 매일 수집했습니다. 가위를 사용하여 튜브 끝을 자른 다음 나선형 튜브를 분해하여 유충방을 노출시켰습니다. 구부러진 주걱(Microslide 도구 키트, BioQuip Products Inc., 캘리포니아)을 사용하여 개별 알과 꽃가루를 제거했습니다. 알은 젖은 여과지에 놓고 배양한 후 페트리 접시에 옮겨 2시간 동안 배양한 후 실험에 사용했습니다(보충 그림 1b-d).
실험실에서 사과 개화 전후에 3가지 농도(0.1X, 0.5X, 1X, 여기서 1X는 에이커당 물 100갤런에 살포한 농도, 고농도 현장 투여량은 현장 농도)로 처리한 6가지 살균제의 경구 독성을 평가했습니다(표 1). 각 농도는 16회 반복 처리했습니다(n=16). 접촉성 살균제 2종(표 S1: 만코제브 2696.14ppm, 캡탄 2875.88ppm)과 전신성 살균제 4종(표 S1: 피리티오스트로빈 250.14ppm, 트리플록시스트로빈 110.06ppm, 마이클로부타닐 아졸 75.12ppm, 시프로디닐 280.845ppm)의 과일, 채소 및 관상용 작물에 대한 독성을 평가했습니다. 꽃가루를 분쇄기로 균질화한 후, 0.20g을 24웰 팔콘 플레이트(Falcon Plate)의 각 웰에 옮기고 살균제 용액 1μL를 첨가하여 혼합하여 깊이 1mm의 피라미드형 꽃가루 덩어리를 만들었습니다. 이 덩어리 안에 알을 넣을 수 있도록 미니 스패튤라를 사용했습니다(보충 그림 1c,d). 팔콘 플레이트는 실온(25°C), 상대습도 70%에서 보관했습니다. 대조군으로는 순수한 물로 처리한 균질한 꽃가루 사료를 먹인 유충을 사용했습니다. 유충이 번데기 전 단계에 도달할 때까지 이틀에 한 번씩 사망률을 기록하고 분석용 저울(Fisher Scientific, 정확도 = 0.0001g)을 사용하여 유충의 무게를 측정했습니다. 마지막으로 2.5개월 후 고치를 열어 성비를 평가했습니다.
O. cornifrons 유충 전체(처리 조건당 n=3, 만코제브 처리 및 미처리 꽃가루)에서 DNA를 추출하고, 특히 만코제브 처리에서 MnZn을 투여받은 유충의 사망률이 가장 높았기 때문에 이러한 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 시퀀싱(600 사이클)했습니다. 세균 16S 리보솜 RNA 유전자의 표적 시퀀싱은 Quick-16S™ NGS Library Prep Kit(Zymo Research, Irvine, CA)를 사용하여 16S rRNA 유전자의 V3-V4 영역을 표적으로 하는 프라이머로 수행했습니다. 또한, 10% PhiX 포함을 사용하여 18S 시퀀싱을 수행했으며, 18S001 및 NS4 프라이머 쌍을 사용하여 증폭을 수행했습니다.
QIIME2 파이프라인(v2022.11.1)을 사용하여 쌍을 이루는 리드39를 가져오고 처리했습니다. 이러한 리드는 트리밍 및 병합되었으며, 키메라 시퀀스는 QIIME2의 DADA2 플러그인(qiime dada2 noise pairing)40을 사용하여 제거되었습니다. 16S 및 18S 클래스 할당은 객체 분류기 플러그인 Classify-sklearn과 사전 학습된 아티팩트 silva-138-99-nb-classifier를 사용하여 수행되었습니다.
모든 실험 데이터는 정규성(Shapiro-Wilks 검정)과 분산의 동질성(Levene 검정)을 검사했습니다. 데이터 세트가 모수 분석의 가정을 충족하지 못했고 변환 후에도 잔차가 표준화되지 않았기 때문에, 유충 생체중에 대한 처리 효과를 평가하기 위해 두 요인[시간(2일, 5일, 8일의 세 단계 시점)과 살균제]을 사용한 비모수 이원 분산 분석(Kruskal-Wallis 검정)을 수행한 후, Wilcoxon 검정을 사용하여 사후 비모수 쌍별 비교를 실시했습니다. 세 가지 살균제 농도에 따른 생존율에 대한 살균제의 효과를 비교하기 위해 포아송 분포를 따르는 일반화 선형 모델(GLM)을 사용했습니다.41,42 차등 풍부도 분석을 위해 증폭산물 서열 변이체(ASV)의 수는 속 수준으로 통합했습니다. 16S(속 수준) 및 18S 상대 풍부도를 사용하여 그룹 간의 차등 풍부도 비교는 Microbiome R43(v1.1)의 매크로를 기반으로 모델링된 베타 영점 과잉(BEZI) 패밀리 분포를 사용하는 위치, 척도 및 형태에 대한 일반화 가법 모델(GAMLSS)을 사용하여 수행되었습니다. 1) 차등 분석 전에 미토콘드리아 및 엽록체 종을 제거했습니다. 18S의 분류학적 수준이 다르기 때문에 차등 분석에는 각 분류군의 가장 낮은 수준만 사용되었습니다. 모든 통계 분석은 R(v. 3.4.3, CRAN 프로젝트)(Team 2013)을 사용하여 수행되었습니다.
만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈에 노출된 O. cornifrons 유충은 체중 증가량이 유의미하게 감소했습니다(그림 1). 이러한 효과는 평가된 세 가지 용량 모두에서 일관되게 관찰되었습니다(그림 1a–c). 사이클로스트로빈과 마이클로부타닐은 유충의 체중을 유의미하게 감소시키지 않았습니다.
네 가지 사료 처리(균질 꽃가루 사료 + 살균제: 대조군, 0.1배, 0.5배 및 1배 용량) 하에서 세 시점에 측정한 줄기천공충 유충의 평균 생체중. (a) 저용량(0.1배): 첫 번째 시점(1일차): χ2: 30.99, DF = 6; P < 0.0001, 두 번째 시점(5일차): 22.83, DF = 0.0009; 세 번째 시점(8일차): χ2: 28.39, DF = 6; (b) 절반 용량(0.5배): 첫 번째 시점(1일차): χ2: 35.67, DF = 6; P < 0.0001, 두 번째 시점(1일차): χ2: 15.98, DF = 6; P = 0.0090; 세 번째 시점(8일차) χ2: 16.47, DF = 6; (c) 투여 부위 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 쌍별 비교의 평균 ± 표준 오차를 나타냅니다(α = 0.05) (n = 16) *P ≤ 0.05, **P ≤ 0.001, ***P ≤ 0.0001.
가장 낮은 농도(0.1배)에서 유충의 체중은 트리플록시스트로빈에 의해 60%, 만코제브에 의해 49%, 마이클로부타닐에 의해 48%, 피리티오스트로빈에 의해 46% 감소했습니다(그림 1a). 현장 사용량의 절반(0.5배)에 노출시켰을 때, 만코제브에 노출된 유충의 체중은 86%, 피리티오스트로빈은 52%, 트리플록시스트로빈은 50% 감소했습니다(그림 1b). 현장 사용량 전체(1배)의 만코제브는 유충의 체중을 82%, 피리티오스트로빈은 70%, 트리플록시스트로빈, 마이클로부타닐, 상가드는 약 30% 감소시켰습니다(그림 1c).
만코제브로 처리한 꽃가루를 먹인 유충에서 사망률이 가장 높았고, 그 다음으로 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈 순이었다. 만코제브와 피리티솔린의 투여량이 증가함에 따라 사망률도 증가했다(그림 2; 표 2). 그러나 트리플록시스트로빈 농도가 증가함에 따라 옥수수명나방의 사망률은 약간만 증가했으며, 시프로디닐과 캡탄은 대조군에 비해 사망률을 유의미하게 증가시키지 않았다.
6가지 살균제로 개별적으로 처리한 꽃가루를 섭취한 후 천공파리 유충의 사망률을 비교했습니다. 만코제브와 펜토피라미드는 옥수수 유충의 경구 노출에 더 민감한 반응을 보였습니다(GLM: χ = 29.45, DF = 20, P = 0.0059) (선, 기울기 = 0.29, P < 0.001; 기울기 = 0.24, P < 0.00)).
모든 치료군을 평균했을 때, 환자의 39.05%는 여성이었고 60.95%는 남성이었습니다. 대조군에서는 저용량(0.1X)과 반용량(0.5X) 연구에서 여성 비율이 40%였고, 고용량(1X) 연구에서는 30%였습니다. 0.1X 용량에서, 만코제브와 마이클로부타닐로 처리한 꽃가루 섭취 유충 중 성충의 33.33%가 암컷이었고, 성충 유충의 22%가 암컷이었으며, 성충 유충의 44%가 암컷이었고, 성충 유충의 41%가 암컷이었으며, 대조군은 31%였습니다(그림 3a). 0.5배 용량 투여 시, 만코제브 및 피리티오스트로빈 투여군에서는 성충의 33%가 암컷이었고, 트리플록시스트로빈 투여군에서는 36%, 마이클로부타닐 투여군에서는 41%, 시프로스트로빈 투여군에서는 46%였습니다. 캡탄 투여군에서는 53%, 대조군에서는 38%였습니다(그림 3b). 1배 용량 투여 시에는 만코제브 투여군에서 30%, 피리티오스트로빈 투여군에서 36%, 트리플록시스트로빈 투여군에서 44%, 마이클로부타닐 투여군에서 38%, 대조군에서는 50%(38.5%)가 암컷이었습니다(그림 3c).
유충 단계 살균제 노출 후 암컷 및 수컷 천공충의 비율. (a) 저용량(0.1배). (b) 절반 용량(0.5배). (c) 현장 용량 또는 전체 용량(1배).
16S 염기서열 분석 결과, 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충과 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충의 세균 군집에 차이가 있는 것으로 나타났다(그림 4a). 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충의 미생물 지수는 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충보다 높았다(그림 4b). 두 군집 간의 종 다양성 차이는 통계적으로 유의미하지는 않았지만, 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충보다 유의하게 낮았다(그림 4c). 상대적 풍부도 분석 결과, 대조군 꽃가루를 섭취한 유충의 미생물 군집이 만코제브 처리된 꽃가루를 섭취한 유충보다 더 다양했다(그림 5a). 기술 통계 분석 결과, 대조군과 만코제브 처리군 모두에서 28개 속이 검출되었다(그림 5b). 18S 염기서열 분석에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다(보충 그림 2).
16S 서열 기반 SAV 프로파일을 Shannon 풍부도 및 문 수준에서 관찰된 풍부도와 비교했습니다. (a) 처리하지 않은 꽃가루 섭취 유충 또는 대조군(파란색)과 만코제브 섭취 유충(주황색)의 전체 미생물 군집 구조에 기반한 주성분 좌표 분석(PCoA). 각 데이터 포인트는 개별 샘플을 나타냅니다. PCoA는 다변량 t 분포의 Bray-Curtis 거리를 사용하여 계산되었습니다. 타원은 80% 신뢰 수준을 나타냅니다. (b) 상자 그림, 원시 Shannon 풍부도 데이터(점) 및 (c) 관찰된 풍부도. 상자 그림은 중앙값, 사분위 범위(IQR) 및 1.5 × IQR(n = 3)에 대한 상자를 보여줍니다.
만코제브 처리 및 미처리 꽃가루를 섭취한 유충의 미생물 군집 구성. (a) 유충에서 검출된 미생물 속의 상대적 풍부도. (b) 확인된 미생물 군집의 히트맵. Delftia(오즈비(OR) = 0.67, P = 0.0030), Pseudomonas(OR = 0.3, P = 0.0074), Microbacterium(OR = 0.75, P = 0.0617)(OR = 1.5, P = 0.0060); 히트맵 행은 상관 거리와 평균 연결성을 사용하여 클러스터링되었습니다.
본 연구 결과에 따르면, 개화기에 널리 사용되는 접촉성(만코제브) 및 전신성(피로스트로빈 및 트리플록시스트로빈) 살균제에 경구 노출될 경우, 옥수수 유충의 체중 증가가 현저히 감소하고 사망률이 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한, 만코제브는 번데기 전 단계에서 미생물 군집의 다양성과 풍부도를 유의하게 감소시켰습니다. 또 다른 전신성 살균제인 마이클로부타닐은 세 가지 용량 모두에서 유충의 체중 증가를 유의하게 감소시켰으며, 이러한 효과는 두 번째(5일차) 및 세 번째(8일차) 시점에서 뚜렷하게 나타났습니다. 반면, 시프로디닐과 캡탄은 대조군과 비교했을 때 체중 증가나 생존율에 유의미한 영향을 미치지 않았습니다. 본 연구는 옥수수 작물 보호를 위해 사용되는 다양한 살균제의 현장 농도가 꽃가루에 직접 노출될 때 미치는 영향을 규명한 최초의 연구입니다.
모든 살균제 처리는 대조군 처리와 비교하여 유충의 체중 증가를 유의하게 감소시켰습니다. 만코제브는 유충 체중 증가에 가장 큰 영향을 미쳐 평균 51% 감소를 나타냈으며, 그 다음으로 피리티오스트로빈이 뒤를 이었습니다. 그러나 다른 연구에서는 현장 투여량의 살균제가 유충 단계에 미치는 부작용을 보고하지 않았습니다.44 디티오카르바메이트계 살생물제는 급성 독성이 낮은 것으로 알려져 있지만,45 만코제브와 같은 에틸렌 비스디티오카르바메이트(EBDC)는 요소 에틸렌 설파이드로 분해될 수 있습니다. 다른 동물에서 돌연변이 유발 효과가 있는 점을 고려할 때, 이 분해 산물이 관찰된 영향의 원인일 수 있습니다.46,47 이전 연구에서는 에틸렌 티오요소의 생성이 고온48, 습도49 및 제품 보관 기간50과 같은 요인의 영향을 받는다는 것을 보여주었습니다. 살생물제의 적절한 보관 조건은 이러한 부작용을 완화할 수 있습니다. 또한 유럽 식품안전청은 피리티오피드의 독성에 대해 우려를 표명했는데, 이는 다른 동물의 소화계에 발암성이 있는 것으로 나타났습니다.51
만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈을 경구 투여하면 옥수수명나방 유충의 사망률이 증가합니다. 반면, 마이클로부타닐, 시프로사이클린, 캡탄은 사망률에 영향을 미치지 않았습니다. 이러한 결과는 캡탄이 성충 O. lignaria와 Apis mellifera L.(벌목, 꿀벌과)의 생존율을 유의하게 감소시킨다는 Ladurner 등52의 연구 결과와는 다릅니다. 또한, 캡탄과 보스칼리드와 같은 살균제는 유충 사망률52,53,54을 유발하거나 섭식 행동을 변화시키는 것으로 알려져 있습니다55. 이러한 변화는 꽃가루의 영양가에 영향을 미치고 궁극적으로 유충 단계의 에너지 섭취량에 영향을 줄 수 있습니다. 대조군에서 관찰된 사망률은 다른 연구 결과56,57와 일치합니다.
본 연구에서 관찰된 수컷 우세 성비는 Vicens와 Bosch가 이전에 O. cornuta에 대해 제안했던 것처럼 불충분한 짝짓기 및 개화기 동안의 열악한 기상 조건과 같은 요인으로 설명될 수 있습니다. 본 연구에서 암컷과 수컷은 짝짓기를 위해 4일의 시간을 가졌지만(일반적으로 성공적인 짝짓기에 충분한 기간으로 간주됨), 스트레스를 최소화하기 위해 의도적으로 빛의 강도를 낮췄습니다. 그러나 이러한 수정은 의도치 않게 짝짓기 과정에 영향을 미칠 수 있습니다.61 또한 꿀벌은 비와 저온(<5°C)을 포함한 여러 날 동안의 악천후를 경험하며, 이는 짝짓기 성공에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.4,23
본 연구는 유충 전체의 미생물군집에 초점을 맞추었지만, 결과는 꿀벌의 영양과 살균제 노출에 중요한 역할을 할 수 있는 세균 군집 간의 잠재적 관계에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 만코제브로 처리된 꽃가루를 섭취한 유충은 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에 비해 미생물 군집 구조와 풍부도가 현저히 감소했습니다. 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에서는 프로테오박테리아(Proteobacteria)와 액티노박테리아(Actinobacteria) 그룹이 우세했으며, 이들은 주로 호기성 또는 조건부 호기성이었습니다. 일반적으로 단독 생활을 하는 꿀벌 종과 관련된 델프트 박테리아(Delft bacteria)는 항생 활성을 가진 것으로 알려져 있어 병원균에 대한 잠재적인 보호 역할을 시사합니다. 또 다른 세균 종인 슈도모나스(Pseudomonas)는 처리되지 않은 꽃가루를 섭취한 유충에서 풍부했지만, 만코제브로 처리된 유충에서는 현저히 감소했습니다. 본 연구 결과는 슈도모나스가 O. bicornis35 및 기타 단독 생활 말벌34에서 가장 풍부한 속 중 하나임을 밝힌 이전 연구들을 뒷받침합니다. O. cornifrons의 건강에 있어 Pseudomonas의 역할에 대한 실험적 증거는 아직 연구되지 않았지만, 이 박테리아는 딱정벌레 Paederus fuscipes에서 보호 독소 합성을 촉진하고 시험관 내에서 아르기닌 대사를 촉진하는 것으로 나타났습니다.35, 65 이러한 관찰 결과는 O. cornifrons 유충 발달 과정에서 바이러스 및 세균 방어에 잠재적인 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 본 연구에서 확인된 또 다른 속인 Microbacterium은 기아 상태의 검은병정파리 유충에서 다량으로 존재하는 것으로 보고되었습니다.66 O. cornifrons 유충에서 Microbacterium은 스트레스 조건 하에서 장내 미생물 군집의 균형과 회복력에 기여할 수 있습니다. 또한, Rhodococcus는 O. cornifrons 유충에서 발견되며 해독 능력이 있는 것으로 알려져 있습니다.67 이 속은 A. florea의 장에서도 발견되지만 매우 적은 양으로 존재합니다.68 본 연구 결과는 유충의 대사 과정을 변화시킬 수 있는 다양한 미생물 분류군에 걸쳐 여러 유전적 변이가 존재함을 보여줍니다. 그러나 O. cornifrons의 기능적 다양성에 대한 더 나은 이해가 필요합니다.
요약하자면, 연구 결과는 만코제브, 피리티오스트로빈, 트리플록시스트로빈이 옥수수명나방 유충의 체중 증가를 감소시키고 사망률을 증가시켰음을 보여줍니다. 살균제가 수분 매개체에 미치는 영향에 대한 우려가 커지고 있는 가운데, 이러한 화합물의 잔류 대사산물이 미치는 영향에 대한 더 나은 이해가 필요합니다. 이러한 결과는 통합 수분 매개체 관리 프로그램에 대한 권장 사항에 반영될 수 있으며, 이를 통해 농부들은 살균제 선택 및 살포 시기 조절을 통해 과일나무 개화 전후에 특정 살균제 사용을 피하거나, 덜 해로운 대체제를 사용하도록 장려할 수 있습니다. 36 이 정보는 기존 살포 프로그램을 조정하고 살균제 선택 시 살포 시기를 변경하거나 덜 위험한 대체제 사용을 장려하는 등 살충제 사용에 대한 권장 사항을 개발하는 데 중요합니다. 살균제가 성비, 섭식 행동, 장내 미생물군에 미치는 악영향과 옥수수명나방 유충의 체중 감소 및 사망률을 유발하는 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 저장되어 있습니다. 본 연구에서 분석한 서열(그림 4, 5)은 NCBI SRA 저장소(접근 번호 PRJNA1023565)에서 확인할 수 있습니다.
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게시 시간: 2024년 5월 14일