Ce protocole a été développé pour améliorer la compréhension de la façon dont les produits agrochimiques affectent la reproduction desabeilles mellifères (Apis mellifera)en établissant des méthodes pour exposer les reines des abeilles mellifères et leurs soignants travailleurs aux produits agrochimiques dans un laboratoire contrôlé et en surveillant attentivement leurs réponses pertinentes.
Les stratégies actuelles d’évaluation des risques pour les abeilles mellifères reposent fortement sur des tests de laboratoire effectués sur des abeilles ouvrières adultes ou immatures, mais ces méthodes peuvent ne pas saisir avec précision les effets de l’exposition agrochimique sur les reines d’abeilles mellifères. En tant que seule productrice d’œufs fécondés à l’intérieur d’une colonie d’abeilles mellifères, la reine est sans doute le membre le plus important d’une unité de colonie fonctionnelle. Par conséquent, comprendre comment les produits agrochimiques affectent la santé et la productivité des reines devrait être considéré comme un aspect essentiel de l’évaluation des risques liés aux pesticides. Ici, une méthode adaptée est présentée pour exposer les reines d’abeilles mellifères et les préposées ouvrières à des facteurs de stress agrochimiques administrés par le biais d’un régime alimentaire de travailleurs, suivie d’un suivi de la production d’œufs en laboratoire et d’une évaluation de l’éclosion du premier stade à l’aide d’une cage spécialisée, appelée cage de surveillance des reines. Pour illustrer l’utilisation prévue de la méthode, les résultats d’une expérience dans laquelle les préposées ouvrières ont été nourries avec un régime contenant des doses sublétales d’imidaclopride et les effets sur les reines ont été surveillés sont décrits.
En raison de la demande mondiale accrue de produits agricoles, les pratiques agricoles modernes nécessitent souvent l’utilisation de produits agrochimiques pour lutter contre de nombreux ravageurs connus pour réduire ou nuire aux rendements des cultures1. Simultanément, les producteurs de nombreuses cultures de fruits, de légumes et de noix comptent sur les services de pollinisation fournis par les colonies commerciales d’abeilles mellifères pour assurer des rendements abondants2. Ces pratiques peuvent entraîner l’exposition des pollinisateurs, y compris les abeilles mellifères (Apis mellifera), à des niveaux nocifs de résidus de pesticides3. Dans le même temps, la présence généralisée d’infestations parasites d’acariens Varroa destructor dans les colonies d’abeilles mellifères oblige souvent les apiculteurs à traiter leurs ruches avec des acaricides, ce qui peut également avoir des effets négatifs sur la santé et la longévité de la colonie4,5,6. Pour réduire et atténuer les effets nocifs des produits agrochimiques, il est nécessaire d’évaluer pleinement leur sécurité pour les abeilles mellifères avant leur mise en œuvre afin que des recommandations pour leur utilisation puissent être faites pour protéger les insectes utiles.
À l’heure actuelle, l’Agence de protection de l’environnement (EPA) s’appuie sur une stratégie d’évaluation des risques à plusieurs niveaux pour l’exposition des abeilles mellifères aux pesticides, qui comprend des tests de laboratoire sur des abeilles adultes et parfois des larves d’abeillesmellifères 7. Si les essais en laboratoire de niveau inférieur ne parviennent pas à atténuer les préoccupations de toxicité, des essais sur le terrain et sur semi-terrain de niveau supérieur peuvent être recommandés. Bien que ces tests de laboratoire fournissent des informations précieuses sur les effets potentiels des produits agrochimiques sur la longévité des travailleurs, ils ne sont pas nécessairement prédictifs de leurs effets sur les reines, qui diffèrent considérablement des ouvrières biologiquement8 et comportementalement9. En outre, il existe de nombreux effets potentiels des produits agrochimiques sur les insectes au-delà de la mortalité, ce qui peut avoir des conséquences considérables pour les insectes sociaux qui dépendent de comportements coordonnés pour fonctionner comme une unité de colonie10,11.
Bien que la mortalité soit l’effet le plus couramment considéré des pesticides agrochimiques12,ces produits peuvent avoir un large éventail d’effets sur les arthropodes cibles et noncibles,y compris un comportement altéré13,14, 15,16, une répulsion ou une attractivité17,18,19, des changements dans les habitudes alimentaires20,21,22 , et a augmenté ou diminué la fécondité20,21,22,23,24,25. Pour les insectes sociaux, ces effets peuvent perturber systématiquement les interactions et les fonctions des colonies11. Parmi ces fonctions, la reproduction, qui dépend fortement d’une seule reine pondeuse soutenue par le reste de l’unité9de la colonie, peut être particulièrement vulnérable aux perturbations dues à l’exposition aux pesticides.
Des études réalisées sur des reines immatures ont démontré que l’exposition développementale aux acaricides peut affecter le comportement, la physiologie et la survie des reines adultes26,27. De même, des études utilisant des colonies de taille complète ou réduite ont démontré que les produits agrochimiques peuvent affecter les reines d’abeilles mellifères adultes en diminuant le succès d’accouplement28, diminuant la ponte29, et diminuant la viabilité des œufs produits25,30,31. Ces phénomènes étaient auparavant difficiles à observer sans l’utilisation de colonies entières, en grande partie en raison d’un manque de méthodes de laboratoire disponibles. Cependant, une méthode d’étude de la ponte des reines dans des conditions de laboratoire étroitement contrôlées à l’aide de cages de surveillance des reines (QMC)32 a récemment été adaptée pour examiner les effets des produits agrochimiques sur la fécondité des reines33. Ici, ces techniques sont décrites en détail ainsi que des méthodes supplémentaires pour mesurer et suivre la consommation alimentaire des travailleurs dans les QGC.
Ces méthodes sont plus avantageuses que les expériences nécessitant des colonies de taille normale car elles permettent l’administration de doses précises de produits agrochimiques à un nombre considérablement réduit de travailleurs par rapport aux dizaines de milliers généralement présents à l’intérieur d’une colonie34, qui approvisionnent ensuite la reine. Cette technique d’exposition reflète l’exposition de seconde main que les reines subiraient dans des scénarios réels car, au sein d’une colonie, les reines ne se nourrissent pas elles-mêmes et comptent sur les ouvrières pour leur fournir un régime alimentaire9. De même, les reines ne quittent généralement pas la ruche sauf pendant la reproduction de la colonie (essaimage) pour les vols d’accouplement35. Les reines d’abeilles accouplées peuvent être achetées auprès d’éleveurs de reines commerciaux et expédiées du jour au lendemain. En règle générale, les éleveurs de reines vendent des reines directement après avoir confirmé qu’elles ont commencé à pondre des œufs, ce qui est considéré comme une indication d’un accouplement réussi. Si des informations plus précises sur l’âge ou la parenté de la reine sont nécessaires, les chercheurs peuvent consulter l’éleveur de la reine avant de passer une commande.
Les QMC permettent une observation et une quantification précises des taux de ponte des reines d’abeilles mellifères et d’éclosion des œufs32,33, ce qui donne des données précieuses sur les effets de l’exposition agrochimique sur la fécondité des reines. Les résultats représentatifs présentés ici décrivent une expérience quantifiant la ponte, la consommation alimentaire et la viabilité embryonnaire dans les MCM sous exposition chronique à des concentrations pertinentes sur le terrain du neurotoxicant systémique néonicotinoïde imidaclopride36. Une fois appliqué, l’imidaclopride se transloque dans les tissus végétaux37, et des résidus ont été détectés le pollen et le nectar de nombreuses plantes pollinisées par les abeilles38,39,40. L’exposition à l’imidaclopride peut avoir un large éventail d’effets néfastes sur les abeilles mellifères, notamment une altération des performances de recherche de nourriture16, une altération de la fonction immunitaire41et une diminution des taux d’expansion et de survie descolonies 42,43. Ici, l’imidaclopride a été sélectionné pour être utilisé comme substance d’essai parce que des expériences sur le terrain ont montré qu’il peut affecter la ponte de la reine des abeilles mellifères29
La fécondité des insectes solitaires femelles ainsi que des reines dans les colonies d’insectes eusociaux peut être influencée par des facteurs de stress abiotiques tels que les produits agrochimiques25,28,29,30,33. Chez les abeilles mellifères, les effets des produits agrochimiques sur les reines peuvent être indirects, car ils peuvent se produire via…
The authors have nothing to disclose.
Merci à la Dre Amy Cash-Ahmed, à Nathanael J. Beach et à Alison L. Sankey pour leur aide dans la réalisation de ce travail. La mention de noms commerciaux ou de produits commerciaux dans cette publication a uniquement pour but de fournir des informations spécifiques et n’implique pas de recommandation ou d’approbation par le département de l’Agriculture des États-Unis. L’USDA est un fournisseur et un employeur d’égalité des chances. Cette recherche a été soutenue par une subvention de la Defense Advanced Research Projects Agency # HR0011-16-2-0019 à Gene E. Robinson et Huimin Zhao, le projet USDA 2030-21000-001-00-D, et l’expérience de recherche sur la plasticité phénotypique pour les étudiants des collèges communautaires de l’Université de l’Illinois à Urbana Champaign.
Fluon | BioQuip, Rancho Dominguez, CA | 2871A | |
Honey bee queens | Olivarez Honey Bees, Orland, CA | ||
Imidacloprid | Sigma-Aldritch, St. Louis, MO | 37894 | |
MegaBee Powder | MegaBee, San Dieago, CA | ||
Microcentrifuge tubes 2 mL | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA | 02-682-004 | |
Needles 20 gauge | W. W. Grainger, Lake Forest, IL | 5FVK4 | |
Potassium Sulfate | Sigma-Aldritch, St. Louis, MO | P0772 | |
Queen Monitoring Cages | University of Illinois Urbana-Champaign | Patent application number: 20190350175 | |
Sucrose | Sigma-Aldritch, St. Louis, MO | S8501 | |
Universal Microplate Lids | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA | 5500 |