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Biologie

꿀벌 여왕을 짝짓기하는 농약적 위험 평가

Published: March 03, 2021
doi:
10.3791/62316
, , ,
1Invasive Species and Pollinator Health Research Unit,USDA-ARS, 2Carl R. Woese Institute for Genomic Biology,University of Illinois at Urbana-Champaign, 3Neuroscience Program,University of Illinois at Urbana-Champaign, 4Department of Entomology,University of Illinois at Urbana-Champaign

Summary

이 프로토콜은 농약이 꿀벌(아피스 멜라이프라)재생에 미치는 이해를 향상시키기 위해 개발되었으며, 꿀벌 여왕과 그 노동자 관리인을 통제 된 실험실 환경에서 농약에 노출시키는 방법을 확립하고 관련 반응을 주의 깊게 모니터링합니다.

Abstract

꿀벌에 대한 현재 위험 평가 전략은 성인 또는 미숙한 작업자 꿀벌에 수행 실험실 테스트에 크게 의존하지만, 이러한 방법은 정확하게 꿀벌 여왕에 농약 노출의 효과를 캡처하지 않을 수 있습니다. 꿀벌 식민지 안에 수정 계란의 유일한 생산자로, 여왕은 틀림없이 기능 식민지 단위의 가장 중요한 단일 멤버입니다. 따라서 농약이 여왕의 건강과 생산성에 미치는 영향을 이해하는 것은 농약 위험 평가의 중요한 측면으로 간주되어야 합니다. 여기에, 적응 방법은 꿀벌 여왕과 노동자 여왕을 작업자 다이어트를 통해 투여 농약 스트레스에 노출, 실험실에서 계란 생산을 추적하고 전문 케이지를 사용하여 첫 번째 인스타 백과를 평가, 여왕 모니터링 케이지로 언급. 이 방법의 의도된 사용을 설명하기 위해, 노동자 여왕 승무원이 imidacloprid의 치사 복용량을 포함하는 규정식을 공급하고 여왕에 대한 효력을 감시한 실험의 결과가 기술되었습니다.

Introduction

농산물에 대한 글로벌 수요 증가로 인해 현대 농업 관행은 종종 농약의 사용을 요구하여 작물 수확량을 줄이거나 해칠 것으로 알려진 수많은 해충을 통제해야합니다1. 동시에, 많은 과일, 야채, 견과류 작물의 재배자는 풍부한 작물 수확량을 보장하기 위해 상업 꿀벌 식민지에서 제공하는 수분 서비스에의존2. 이러한 관행은 꿀벌(아피스 멜라이프라)을포함한 수분 공급원이 발생할 수 있으며, 살충제 잔류물의 유해한 수준에 노출될 수 있습니다3. 동시에, 꿀벌 식민지에서 기생 바르로아 파괴기 mite 감염의 광범위한 존재는 자주 거브키퍼가 미티시드로 자신의 두드러기를 치료하도록 요구, 이는 또한식민지4의건강과 장수에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다4,5,6. 농약 제품의 유해한 영향을 줄이고 완화하기 위해, 그들의 사용에 대한 권장 사항이 유익한 곤충을 보호하기 위해 만들 수 있도록 구현 하기 전에 꿀벌에 그들의 안전을 완전히 평가 할 필요가있다.

현재 환경 보호국 (EPA)은 꿀벌 살충제 노출에 대한 계층적 위험 평가 전략에 의존하며, 이는 성인 꿀벌과 때로는 꿀벌 애벌레7에대한 실험실 테스트를 포함합니다. 낮은 계층 실험실 테스트 독성의 우려를 완화 하지 못하는 경우, 높은 계층 필드 와 반 필드 테스트 권장 될 수 있습니다. 이 실험실 시험은 근로자 수명에 대한 농약의 잠재적 영향에 대한 귀중한 통찰력을 제공하지만, 반드시 여왕에 미치는 영향을 예측하지는 않습니다, 이는 생물학적으로 노동자와 크게 다른8 행동과 행동9. 더욱이, 사망률을 넘어 곤충에 농약의 수많은 잠재적인 효력이 있다, 식민지 단위로 작동 하기 위해 조정 된 행동에 의존 하는 사회 곤충에 대 한 상당한 결과 가질 수 있습니다10,11.

사망률은 농약 살충제(12)의가장 일반적으로 고려되는 효과가지만, 이들 제품은 변경된동작(13,14, 15,16,기피 또는 유치17,18,19,수유 패턴20,21,22)을 포함하여 표적 및 비표적 절지동물 모두에 광범위한 영향을 미칠 수있습니다. ,20,21,22,23,24,25의증가 또는 감소. 사회 곤충의 경우, 이러한 효과는 체계적으로 식민지 상호 작용과 기능11을방해 할 수 있습니다. 이러한 기능 중, 식민지 단위9의나머지 부분에 의해 지원 되는 단일 계란 누워 여왕에 크게 의존 하는 재생, 농약 노출으로 인해 동요에 특히 취약 할 수 있습니다.

미숙한 여왕에 수행 된 연구는 미티치드에 대한 발달 노출이 성인 여왕 행동, 생리학, 생존26,27에영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다. 유사하게, 전체 또는 감소된 크기의 콜로니를 이용한 연구는 농약이 짝짓기성공(28)을감소시키고, oviposition29를감소시키고,25,30,31의계란생산계란의 생존가능성을 감소시킴으로써 성인 꿀벌 여왕에 영향을 미칠 수 있음을입증했다. 이러한 현상은 이전에 전체 식민지의 사용 없이 관찰 하기 어려웠다, 사용 가능한 실험실 방법의 부족으로 크게 인해. 그러나 퀸 모니터링 케이지(QMC)(32)를 사용하여 엄격하게 통제된 실험실 조건 하에서 여왕 oviposition을 연구하는 방법은 최근 여왕 fecundity33에농약의 효과를 검사하기 위해 조정되었습니다. 여기서, 이러한 기술은 QMC에서 근로자 의 식단 소비를 측정하고 추적하는 추가 방법과 함께 자세히 설명됩니다.

이러한 방법은 전체 크기의 식민지를 요구하는 실험보다 더 유리하기 때문에 농약의 정확한 투여를 허용하여 일반적으로식민지내부에 존재하는 수만 명에 비해 노동자 수가 크게 감소하여 여왕을 프로비저닝합니다. 이 노출 기술은 여왕이 실제 시나리오에서 경험할 중고 노출을반영합니다. 마찬가지로, 여왕은 일반적으로 짝짓기 항공편35에대한 식민지 재생 (떼링)을 제외하고 는 하이브를 떠나지 않습니다. 메이트 꿀벌 여왕은 상업 여왕 육종가에서 구입하고 하룻밤 배송 할 수 있습니다. 일반적으로, 여왕 육종가들은 성공적인 짝짓기의 표시로 취해지는 계란을 낳기 시작했다는 것을 확인한 후에 여왕을 직접 판매합니다. 여왕 나이 또는 관련성에 대한 보다 정확한 정보가 필요한 경우, 연구원은 주문을하기 전에 여왕 육종가와 상의 할 수 있습니다.

QMC는 꿀벌 여왕 oviposition 및 계란 부화 비율32,33의정확한 관찰 및 정량화를 허용하고, 여왕 fecundity에 농약 노출의 효과와 관련된 귀중한 데이터를 산출. 여기에 제시된 대표적인 결과는 전신 신경독성 제비제 네오니코티노이드 살충제 이미다클로프리드36의현장 관련 농도에 만성적인 노출하에 QMC에서 배아 생존력을 정량화하는 실험을 설명한다. 일단 적용되면, imidacloprid는 식물 조직(37)에배신하고, 잔류물은 수많은 꿀벌 수분 식물38,39,40의꽃가루와 꿀을 검출되었다. imidacloprid에 노출은 꿀벌에 해로운 효과의 넓은 범위를 가질 수 있습니다 장애 된 성능(16,장애인 된 면역 기능41,식민지 확장 및 생존의 감소 속도42,43). 여기서, imidacloprid는 필드 실험이 꿀벌 여왕 oviposition29에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었기 때문에 시험 물질로 사용하기 위해 선택되었습니다.

Protocol

1. QMC 어셈블리 도 1B에도시된 바와 같이 삽입된 단일 계란 누워 판(ELP)을 부품(도1A)에서QMC를 조립한다. 작업자가 케이지에 추가될 때까지 피더 튜브를 추가하지 마십시오. 실험실 급 테이프로 4 개의 피더 구멍을 일시적으로 덮습니다. 여왕 제외기와 먹이 챔버 문을 먹이실 위에 삽입하여 여왕이 먹이실에 들어가고 치료된 식단에 연락하?…

Representative Results

계란의 생산은 계란 생산의 한 번 매일 관찰과 치료 그룹 당 15 케이지와 위에서 설명 한 대로 조립 및 유지 QMC에서 모니터링되었다. 주로 카니올란 주식의 새로 짝을 이린 여왕은 여왕 사육자로부터 하룻밤 사이에 구입하여 출하했으며, 일리노이 어바나 샴페인 대학의 꿀벌 연구 시설에서 표준 상업 방법에 따라 유지된 3개의 식민지에서 꿀벌 노동자를 얻었습니다. 여기서, 4개의 규정식 처리 단은…

Discussion

여성 독방 곤충뿐만 아니라 안락 사회 곤충 식민지의 여왕은 농약25,28,29,30,33과같은 생물학적 스트레스에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 꿀벌에서, 그들은 그들의 배려와 노동자 꿀벌에 의해 먹이의 변경을 통해 발생할 수 있기 때문에 여왕에 농약의 효력은 간접적일 지도 ?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

에이미 캐시 아메드 박사, 나다니엘 J. 비치, 앨리슨 엘 산키 박사님이 이 사업을 수행해 주셔서 감사합니다. 이 출판물에서 무역 이름이나 상업용 제품에 대한 언급은 특정 정보를 제공하기 위한 목적으로만 사용되며 미국 농무부의 추천이나 보증을 의미하지는 않습니다. USDA는 동등한 기회 제공 자 및 고용주입니다. 이 연구는 국방 고급 연구 프로젝트 기관 # HR0011-16-2-0019에서 진 E. 로빈슨과 후이민 자오, USDA 프로젝트 2030-21000-001-00-D, 일리노이 시내 샹치에 있는 커뮤니티 칼리지 학생들을 위한 페노티픽 가소성 연구 경험의 보조금에 의해 지원되었습니다.

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
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Fine, J. D., Torres, K. M., Martin, J., Robinson, G. E. Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens. J. Vis. Exp. (169), e62316, doi:10.3791/62316 (2021).
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