Toxicity assessment of pesticides and biopesticides on wild and managed bees (Hymenoptera, Apoidea), and richness evaluation in Mediterranean and tropical agroecosystems

Bees (Hymenoptera, Apoidea) are the main pollinator insects for wild and cultivated plants, being of crucial environmental and economic importance. Their global decline, driven by anthropogenic factors, including the use of synthetic pesticides, is an alarming concern. Biopesticides can be a viable alternative for the protection of cultivated plants due to their high selectivity and short environmental persistence. Despite their natural origin, biopesticides can cause lethal and sublethal effects on non-target organisms. During this PhD project, we studied the toxicity of synthetic pesticides and biopesticides on wild and managed bees, using different products marketed in Mediterranean and tropical areas, and some nanoformulations of essential oils (EOs) tested on pests but not yet commercialized. Lethal and sublethal effects caused by pesticides commonly used in Italian and Brazilian agroecosystems, including greenhouses, were evaluated, with particular attention to some biopesticides of botanical origin, such as EOs. Synthetic and botanical pesticides caused lethal and sublethal effects on social (honeybees, bumblebees, Neotropical stingless bees), and solitary bees. Specifically, EOs caused lethal effects after topical and oral exposure to Apis mellifera, Bombus terrestris, Osmia bicornis, and Melipona mondury. Changes in feeding behavior and locomotor alterations caused by exposure to EOs were observed on the stingless bee M. mondury. Commonly used pesticides and biopesticides caused reduced survival of ground-nesting wild bees of Andrena and Eucera species, and altered the locomotor behavior of managed bees. Synthetic insecticides used to protect greenhouse tomato plants reduced the survival and caused changes in feeding behavior, and midgut alterations in B. terrestris. These results may be important for the appropriate use of pesticides and biopesticides in integrated pest and pollinator management, providing crucial data for the conservation of pollinating insects. In addition, populations of wild bees were studied in two tree crops in Southern Italy, one Mediterranean (almond) and one tropical (mango), comparing species richness and abundance between integrated and organic management.

Le api (Hymenoptera, Apoidea) sono i principali insetti impollinatori di piante selvatiche e coltivate, e risultano di fondamentale importanza ambientale ed economica. Il loro declino globale, determinato da fattori antropici, tra cui l'uso di pesticidi sintetici, è un problema allarmante. I biopesticidi possono essere una valida alternativa per la protezione delle piante coltivate grazie alla loro elevata selettività e bassa persistenza ambientale. Nonostante la loro origine naturale, i biopesticidi possono causare effetti letali e subletali su organismi non bersaglio. Durante questo progetto di dottorato, abbiamo studiato la tossicità dei pesticidi sintetici e dei biopesticidi sulle api selvatiche e allevate, utilizzando diversi prodotti commercializzati nelle aree mediterranee e tropicali e nanoformulazioni di oli essenziali (OE) testate sui fitofagi ma non ancora sul mercato. Sono stati valutati gli effetti letali e subletali causati dai pesticidi comunemente utilizzati negli agroecosistemi italiani e brasiliani, comprese le serre, con particolare attenzione ad alcuni biopesticidi di origine botanica, come gli OE. I pesticidi sintetici e botanici hanno causato effetti letali e subletali su api sociali (api mellifere, bombi, api senza pungiglione neotropicali) e solitarie. In particolare, gli OE hanno causato effetti letali dopo esposizione topica e orale ad Apis mellifera, Bombus terrestris, Osmia bicornis e Melipona mondury. Nell'ape senza pungiglione M. mondury sono stati osservati cambiamenti nel comportamento alimentare e alterazioni locomotorie causate dall'esposizione agli OE. I pesticidi e i biopesticidi comunemente utilizzati hanno ridotto la sopravvivenza delle specie selvatiche dei generi Andrena ed Eucera che nidificano al suolo e hanno alterato il comportamento locomotorio delle api allevate. Gli insetticidi sintetici utilizzati per proteggere le piante di pomodoro in serra hanno ridotto la sopravvivenza e hanno causato cambiamenti nel comportamento alimentare e alterazioni dell'intestino medio in B. terrestris. Questi risultati possono essere importanti per l'uso appropriato di pesticidi e biopesticidi nella gestione integrata di parassiti e impollinatori, fornendo dati cruciali per la conservazione degli insetti impollinatori. Inoltre, sono state studiate le popolazioni di api selvatiche in due colture arboree dell'Italia meridionale, una mediterranea (mandorlo) e una tropicale (mango), confrontando la ricchezza e l'abbondanza delle specie tra gestione integrata e biologica.