Avaliando o risco agroquímico para rainhas de abelhas de mel acasaladas

Summary

Este protocolo foi desenvolvido para aprimorar a compreensão de como os agrotóxicos afetam a reprodução das abelhas de mel (Apis mellifera),estabelecendo métodos para expor rainhas das abelhas e seus cuidadores de trabalhadores a agrotóxicos em um ambiente controlado e laboratorial e monitorando cuidadosamente suas respostas relevantes.

Abstract

As estratégias atuais de avaliação de risco para abelhas dependem fortemente de testes laboratoriais realizados em abelhas trabalhadoras adultas ou imaturas, mas esses métodos podem não capturar com precisão os efeitos da exposição agroquímica nas rainhas das abelhas. Como única produtora de ovos fertilizados dentro de uma colônia de abelhas, a rainha é sem dúvida o membro único mais importante de uma unidade colônia em funcionamento. Portanto, compreender como os agrotóxicos afetam a saúde e a produtividade das rainhas deve ser considerado um aspecto crítico da avaliação do risco de pesticidas. Aqui, um método adaptado é apresentado para expor rainhas de abelhas e assistentes de rainha operária a estressores agroquímicos administrados por meio de uma dieta de trabalhadores, seguido pelo acompanhamento da produção de ovos em laboratório e avaliação da primeira eclosão instar utilizando uma gaiola especializada, chamada de Queen Monitoring Cage. Para ilustrar o uso pretendido pelo método, são descritos resultados de um experimento no qual os atendentes da rainha do trabalhador foram alimentados com dieta subletal de imidacloprido e os efeitos nas rainhas foram monitorados.

Introduction

Devido ao aumento da demanda global por produtos agrícolas, as práticas agrícolas modernas muitas vezes exigem o uso de agroquímicos para controlar inúmeras pragas conhecidas por reduzir ou prejudicar a produção agrícola¹. Simultaneamente, os produtores de muitas culturas de frutas, legumes e castanhas dependem dos serviços de polinização fornecidos pelas colônias comerciais de abelhas para garantir a abundante produção de culturas². Essas práticas podem resultar em polinizadores, incluindo abelhas de mel(Apis mellifera),expostos a níveis nocivos de resíduos de pesticidas³. Ao mesmo tempo, a presença generalizada de infestações de ácaros parasiticos de Varroa em colônias de abelhas frequentemente exigem que os apicultores tratem suas colmeias com miticides, que também podem exercer efeitos negativos sobre a saúde e longevidade da colônia^4,5,6. Para reduzir e mitigar os efeitos nocivos dos produtos agroquímicos, é necessário avaliar plenamente sua segurança às abelhas antes de sua implementação para que possam ser feitas recomendações para seu uso para proteger insetos benéficos.

Atualmente, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) conta com uma estratégia hierárquica de avaliação de risco para exposição a pesticidas de abelhas, que envolve testes laboratoriais em abelhas adultas e, às vezes, larvas^{de abelhas 7}. Se testes laboratoriais de nível inferior não aliviarem as preocupações de toxicidade, podem ser recomendados testes de campo de nível mais alto e semi-campo. Embora esses testes laboratoriais forneçam uma visão valiosa sobre os potenciais efeitos dos agrotóxicos na longevidade do trabalhador, eles não são necessariamente preditivos de seus efeitos sobre as rainhas, que diferem significativamente dos trabalhadores biologicamente⁸ e comportamentalmente⁹. Além disso, existem inúmeros efeitos potenciais de agrotóxicos em insetos além da mortalidade, que podem ter consequências consideráveis para insetos sociais que dependem de comportamentos coordenados para funcionar como uma unidade colônia^10,11.

Embora a mortalidade seja o efeito mais comumente considerado dos pesticidas agroquímicos¹², esses produtos podem ter uma ampla gama de efeitos tanto em artrópodes alvo quanto não-alvo, incluindo comportamento alterado^13,14,15,16, repellency ou attractancy^17,18,19, mudanças nos padrões de alimentação^20,21,22 , e aumentou ou diminuiu a fecundidade^{20,21,22,23,24,25}. Para insetos sociais, esses efeitos podem interrompa sistematicamente as interações e funções das colônias¹¹. Dessas funções, a reprodução, que é fortemente dependente de uma única rainha que pomente ovos apoiada pelo resto da unidade^{colônia 9,}pode ser particularmente vulnerável à perturbação devido à exposição a pesticidas.

Estudos realizados em rainhas imaturas demonstraram que a exposição ao desenvolvimento de miticides pode afetar o comportamento da rainha adulta, a fisiologia, a sobrevivência^26,27. Da mesma forma, estudos utilizando colônias de tamanho integral ou reduzido demonstraram que os agrotóxicos podem afetar rainhas de abelhas adultas, diminuindo o sucesso do acasalamento²⁸, diminuindo a oviposição²⁹e diminuindo a viabilidade dos ovos produzidos^25,30,31. Esses fenômenos têm sido anteriormente difíceis de observar sem o uso de colônias inteiras, devido em grande parte à falta de métodos laboratoriais disponíveis. No entanto, um método para estudar a oviposição da rainha sob condições laboratoriais fortemente controladas usando queen monitoring cages (QMC)³² foi recentemente adaptado para examinar os efeitos dos agrotóxicos na fecundidade rainha³³. Aqui, essas técnicas são descritas detalhadamente, juntamente com métodos adicionais para medir e acompanhar o consumo de dieta dos trabalhadores em QMCs.

Esses métodos são mais vantajosos do que experimentos que exigem colônias de tamanho completo porque permitem a administração de doses precisas de agroquímicos para um número muito reduzido de trabalhadores em relação às dezenas de milhares tipicamente presentes dentro de uma colônia³⁴, que então fornece a rainha. Essa técnica de exposição espelha a exposição em segunda mão que as rainhas experimentariam em cenários reais porque, dentro de uma colônia, as rainhas não se alimentam e dependem dos trabalhadores para forregá-los com dieta⁹. Da mesma forma, as rainhas geralmente não saem da colmeia, exceto durante a reprodução da colônia (enxame) para voos de acasalamento³⁵. Rainhas de abelhas acasaladas podem ser compradas de criadores de rainhas comerciais e enviadas durante a noite. Normalmente, os criadores de rainhas vendem rainhas diretamente depois de confirmar que começaram a colocar ovos, o que é tomado como uma indicação de acasalamento bem sucedido. Se forem necessárias informações mais precisas sobre a idade ou a relação da rainha, os pesquisadores podem consultar o criador da rainha antes de fazer um pedido.

Os QMCs permitem a observação precisa e quantificação da oviposição rainha das abelhas e das taxas de eclosão de ovos^32,33, produzindo dados valiosos relacionados aos efeitos da exposição agroquímica na fecundidade da rainha. Os resultados representativos aqui apresentados descrevem um experimento quantificando a oviposição, o consumo de dieta e viabilidade de embriões em QMCs sob exposição crônica a concentrações relevantes de campo do pesticida neonicotinóide neurotoxicista sistêmico imidacloprido³⁶. Uma vez aplicados, o imidacloprido transloca para tecidos vegetais³⁷, e foram detectados resíduos o pólen e o néctar de numerosas plantas polinizados de abelhas^38,39,40. A exposição ao imidacloprido pode ter uma ampla gama de efeitos prejudiciais sobre as abelhas, incluindo o desempenho de forrageamento prejudicado^16,a função imunológica prejudicada⁴¹, e as taxas reduzidas de expansão e sobrevivência da colônia^42,43. Aqui, imidacloprido foi selecionado para uso como uma substância de teste porque experimentos de campo mostraram que pode afetar a oviposição rainha das abelhas²⁹

Protocol

1. Montagem QMC Monte QMCs de partes(Figura 1A) com uma única placa de colocação de ovo (ELP) inserida conforme mostrado na Figura 1B. Não adicione tubos de alimentação até que os trabalhadores tenham sido adicionados à gaiola. Cubra temporariamente os 4 orifícios do alimentador com fita de grau de laboratório. Insira o excludente de plantas e a porta da câmara de alimentação sobre a câmara de alimentação para evitar que a rai…

Representative Results

A produção de ovos foi monitorada em QMCs montadas e mantidas como descrito acima com observações diárias da produção de ovos e 15 gaiolas por grupo de tratamento. Rainhas recém-acasaladas de ações principalmente carniolan foram compradas e enviadas durante a noite de um criador de rainhas, e os trabalhadores das abelhas foram obtidos de 3 colônias mantidas de acordo com métodos comerciais padrão no The Bee Research Facility da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Aqui, Foram utilizados 4 grupos de tra…

Discussion

A fecundidade de insetos solitários fêmeas, bem como rainhas em colônias de insetos eusociais, pode ser influenciada por estressores abióticos como os agroquímicos^{25,28,29,30,33}. Nas abelhas, os efeitos dos agrotóxicos nas rainhas podem ser indiretos, pois podem ocorrer através de mudanças em seus cuidados e alimentação por abelhas operárias. Nossos…

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