Évaluation du risque agrochimique pour les reines d’abeilles mellifères accouplées

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 colonie^4,5,6. 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’abeilles^{mellifères 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 comportementalement^9. 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 colonie^10,11.

Bien que la mortalité soit l’effet le plus couramment considéré des pesticides agrochimiques^12,ces produits peuvent avoir un large éventail d’effets sur les arthropodes cibles et non^cibles,y compris un comportement altéré^13,14, 15^,16, une répulsion ou une attractivité^17,18,19, des changements dans les habitudes alimentaires^20,21,22 , et a augmenté ou diminué la fécondité^{20,21,22,23,24,25}. 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 adultes^26,27. 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 produits^25,30,31. 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 œufs^32,33, 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 abeilles^38,39,40. 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 des^{colonies 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

Protocol

1. Assemblage QMC Assemblez les QGC à partir de pièces(Figure 1A)avec une seule plaque de ponte (PEL) insérée comme illustré à la Figure 1B. N’ajoutez pas de tubes d’alimentation avant que les travailleurs n’aient été ajoutés à la cage. Recouvrez temporairement les 4 trous d’alimentation avec du ruban adhésif de qualité laboratoire. Insérez l’excluseur de la reine et la porte de la chambre d’alimentation au-dessus de …

Representative Results

La production d’œufs a été surveillée dans des GRQ assemblés et entretenus comme décrit ci-dessus avec des observations une fois par jour de la production d’œufs et 15 cages par groupe de traitement. Des reines nouvellement accouplées de souche principalement carniolienne ont été achetées et expédiées pendant la nuit auprès d’un éleveur de reines, et les ouvrières d’abeilles mellifères ont été obtenues à partir de 3 colonies maintenues selon les méthodes commerciales standard au Bee Research …

Discussion

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 agrochimiques^{25,28,29,30,33}. Chez les abeilles mellifères, les effets des produits agrochimiques sur les reines peuvent être indirects, car ils peuvent se produire via…

Materials

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