הערכת הסיכון האגרוכימי למלכות דבורת הדבש המויזות

Summary

פרוטוקול זה פותח כדי לשפר את ההבנה כיצד אגרוכימיקלים משפיעים על דבורת הדבש (Apis mellifera) רבייה על ידי יצירת שיטות לחשוף מלכות דבורי דבש ומטפלים העובדים שלהם אגרוכימיקלים בפיקוח, הגדרה מעבדה וניטור קפדני של התגובות הרלוונטיות שלהם.

Abstract

אסטרטגיות הערכת סיכונים נוכחיות עבור דבורי דבש מסתמכות במידה רבה על בדיקות מעבדה שבוצעו על דבורים בוגרות או לא בוגרות, אך שיטות אלה עשויות שלא ללכוד במדויק את ההשפעות של חשיפה אגרוכימית על מלכות דבורי דבש. כמפיקה היחידה של ביצים מופרות בתוך מושבת דבורי דבש, המלכה היא ללא ספק החברה החשובה ביותר ביחידת מושבה מתפקדת. לכן, הבנת האופן שבו אגרוכימיקלים משפיעים על בריאות המלכה ועל הפרודוקטיביות צריכה להיחשב להיבט קריטי של הערכת סיכוני הדברה. כאן, מוצגת שיטה מותאמת לחשוף מלכות דבורי דבש ומטפלים מלכת עובדים ללחצים אגרוכימיים המנוהלים באמצעות דיאטה עובד, ואחריו מעקב אחר ייצור ביצים במעבדה והערכת אקסלוסיה ראשונה באמצעות כלוב מיוחד, המכונה כלוב ניטור המלכה. כדי להמחיש את השימוש המיועד של השיטה, תוצאות של ניסוי שבו דיילות מלכת העובדים קיבלו דיאטה המכילה מינונים sublethal של imidacloprid והשפעות על מלכות היו במעקב.

Introduction

בשל הביקוש העולמי הגובר למוצרים חקלאיים, שיטות חקלאיות מודרניות דורשות לעתים קרובות שימוש באגרוכימיקלים כדי לשלוט במזיקים רבים הידועים כמפחיתים או פוגעים בתפוקות היבול¹. בו זמנית, המגדלים של גידולי פירות, ירקות ואגוזים רבים מסתמכים על שירותי ההאבקה המסופקים על ידי מושבות דבורי דבש מסחריות כדי להבטיח יבול בשפע^{תשואה 2}. פרקטיקות אלה עלולות לגרום למאביקים, כולל דבורי דבש (Apis mellifera), להיחשף לרמות מזיקות של שאריות חומרי הדברה^3. יחד עם זאת, הנוכחות הנרחבת של מכת קרדית טיהור Varroa טפילי במושבות דבורי דבש לעתים קרובות דורשים דבוראים לטפל בכוורות שלהם עם miticides, אשר עשוי גם להשפיע לרעה על הבריאות ואריכות ימים של המושבה^4,5,6. כדי להפחית ולצמצם השפעות מזיקות של מוצרים אגרוכימיים, יש צורך להעריך באופן מלא את בטיחותם לדבורי הדבש לפני יישומן, כך שניתן יהיה לבצע המלצות לשימוש בהם כדי להגן על חרקים מועילים.

נכון לעכשיו, הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) מסתמכת על אסטרטגיית הערכת סיכונים שכבתית לחשיפה לחומרי הדברה בדבורי דבש, הכוללת בדיקות מעבדה על דבורים בוגרות ולפעמים זחלי דבורי דבש⁷. אם בדיקות מעבדה ברמה נמוכה יותר אינן מצליחות להקל על החששות לרעילות, מומלץ לבצע בדיקות שדה ברמה גבוהה יותר ובדיקות שדה למחצה. בעוד שבדיקות מעבדה אלה מספקות תובנה חשובה על ההשפעות הפוטנציאליות של אגרוכימיקלים על אריכות ימים של עובדים, הם לא בהכרח מנבאים את השפעותיהם על מלכות, אשר שונים באופן משמעותי מעובדים ביולוגית⁸ והתנהגותית⁹. יתר על כן, ישנן השפעות פוטנציאליות רבות של אגרוכימיקלים על חרקים מעבר לתמותה, אשר יכול להיות השלכות ניכרות על חרקים חברתיים הנתמכים על התנהגויות מתואמות לתפקד כיחידה מושבה^10,11.

למרות התמותה היא ההשפעה הנפוצה ביותר של חומרי הדברה אגרוכימיים¹², מוצרים אלה יכולים להיות מגוון רחב של השפעות הן על פרוקי רגליים היעד ולא היעד כולל התנהגות שונה^13,14,15,16, דוחה או משיכה^17,18,19, שינויים בדפוסי האכלה^20,21,22 ועלייה או ירידה ב-fecundity^{20,21,22,23,24,25.} עבור חרקים חברתיים, השפעות אלה יכולות לשבש באופן שיטתי אינטראקציות המושבה פונקציות¹¹. מתוך פונקציות אלה, רבייה, אשר מסתמכת בכבדות על מלכה מטילת ביצה אחת נתמך על ידי שאר יחידת המושבה⁹, עשוי להיות פגיע במיוחד מוטרד עקב חשיפה לחומרי הדברה.

מחקרים שבוצעו על מלכות לא בוגרות הראו כי חשיפה התפתחותית לחומרי מיתיקה יכולה להשפיע על התנהגות המלכה הבוגרת, פיזיולוגיה, הישרדות^26,27. באופן דומה, מחקרים באמצעות מושבות בגודל מלא או מופחת הראו כי אגרוכימיקלים יכולים להשפיע על מלכות דבורי דבש בוגרות על ידי הפחתת הצלחת ההזדווגות²⁸, הפחתת oviposition²⁹, והפחתת הכדאיות של הביצים המיוצרות^25,30,31. בעבר היה קשה לצפות בתופעות אלה ללא שימוש במושבות שלמות, בעיקר בשל היעדר שיטות מעבדה זמינות. עם זאת, שיטה לחקור oviposition המלכה תחת תנאי מעבדה מבוקרים היטב באמצעות כלובי ניטור המלכה (QMC)³² הותאמה לאחרונה כדי לבחון את ההשפעות של אגרוכימיה על פוריות המלכה³³. כאן, טכניקות אלה מתוארות בפירוט יחד עם שיטות נוספות כדי למדוד ולעקוב אחר צריכת דיאטה עובד QMCs.

שיטות אלה הן יתרון יותר מאשר ניסויים הדורשים מושבות בגודל מלא כי הם מאפשרים ניהול של מינונים מדויקים של אגרוכימיקלים למספר מופחת מאוד של עובדים ביחס לעשרות אלפים בדרך כלל נוכח בתוך מושבה³⁴, אשר לאחר מכן לספק את המלכה. טכניקת חשיפה זו משקפת את החשיפה יד שנייה כי מלכות יחוו בתרחישים בעולם האמיתי, כי בתוך מושבה, מלכות לא להאכיל את עצמם להסתמך על עובדים כדי לספק להם דיאטה⁹. באופן דומה, מלכות בדרך כלל לא לעזוב את הכוורת אלא במהלך רבייה המושבה (נחיל) עבור טיסות הזדווגות³⁵. ניתן לרכוש מלכות דבורי דבש מויזות ממגדלי מלכות מסחריים ולשלוח אותם למשך הלילה. בדרך כלל, מגדלי מלכה למכור מלכות ישירות לאחר אישור כי הם התחילו להטיל ביצים, אשר נלקח כאינדיקציה של הזדווגות מוצלחת. אם יש צורך במידע מדויק יותר על גיל המלכה או על קשר, החוקרים עשויים להתייעץ עם מגדל המלכה לפני ביצוע הזמנה.

QMCs מאפשרים תצפית וכימות מדויקים של מלכת דבורי הדבש oviposition ושיעורי בקיעה ביצה^32,33, מניב נתונים יקרי ערך הקשורים להשפעות של חשיפה אגרוכימית על פוריות המלכה. התוצאות הייצוגיות המוצגות כאן מתארות ניסוי לכימות oviposition, צריכת דיאטה, ואת הכדאיות העובר ב QMCs תחת חשיפה כרונית לריכוזים רלוונטיים לשדה של חומרי הדברה neurotoxicant מערכתי imidacloprid³⁶. לאחר החלת, imidacloprid translocates לשתול^{רקמות 37}, ושאריות התגלו אבקה וצוף של צמחים מואבקים דבורים רבים^38,39,40. חשיפה imidacloprid יכול להיות מגוון רחב של השפעות מזיקות על דבורי דבש כולל לקוי מזון ביצועים¹⁶, תפקוד מערכת החיסון לקוי⁴¹, וירידה בשיעורי הרחבת המושבה והישרדות^42,43. כאן, imidacloprid נבחר לשימוש כחומר בדיקה כי ניסויי שדה הראו כי זה יכול להשפיע על מלכת דבורי הדבש oviposition²⁹

Protocol

1. הרכבת QMC להרכיב QMCs מחלקים (איור 1A) עם צלחת מטיל ביצה אחת (ELP) מוכנס כפי שמוצג באיור 1B. אין להוסיף צינורות הזנה עד לאחר שהעובדים נוספו לכלוב. לכסות באופן זמני את 4 חורי ההזנה עם סרט כיתה מעבדה. הכנס את המלכה לא כוללת ואת דלת חדר ההאכלה מעל תא ההאכלה כד?…

Representative Results

ייצור הביצים היה פיקוח QMCs התאספו ומתוחזקים כמתואר לעיל עם תצפיות יומיות של ייצור ביצים ו 15 כלובים לכל קבוצת טיפול. מלכות חדשות של בעיקר מלאי קרניולאן נרכשו ונשלחו בן לילה ממגדל מלכה, ועובדי דבורי דבש התקבלו מ -3 מושבות שנשמרו על פי שיטות מסחריות סטנדרטיות במתקן המחקר דבורים באוניברסיטת איל…

Discussion

הפוריות של חרקים בודדים נקבות, כמו גם מלכות במושבות חרקים אוסוציאליות יכול להיות מושפע על ידי גורמי לחץ abiotic כגון אגרוכימיה^{25,28,29,30,33}. בדבורי הדבש, ההשפעות של אגרוכימיקלים על מלכות עשויות להיות עקיפות, …

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