Evaluación del riesgo agroquímico para las reinas de abejas melíferas apareadas

Summary

Este protocolo fue desarrollado para mejorar la comprensión de cómo los agroquímicos afectan la reproducción de lasabejas melíferas (Apis mellifera)mediante el establecimiento de métodos para exponer a las reinas de las abejas melíferas y sus cuidadores trabajadores a los agroquímicos en un entorno controlado y de laboratorio y monitoreando cuidadosamente sus respuestas relevantes.

Abstract

Las estrategias actuales de evaluación de riesgos para las abejas melíferas dependen en gran medida de las pruebas de laboratorio realizadas en abejas obreras adultas o inmaduras, pero estos métodos pueden no capturar con precisión los efectos de la exposición a agroquímicos en las reinas de las abejas melíferas. Como el único productor de huevos fertilizados dentro de una colonia de abejas melíferas, la reina es posiblemente el miembro individual más importante de una unidad de colonia en funcionamiento. Por lo tanto, comprender cómo los agroquímicos afectan la salud y la productividad de las reinas debe considerarse un aspecto crítico de la evaluación del riesgo de los plaguicidas. Aquí, se presenta un método adaptado para exponer a las reinas de las abejas melíferas y a las asistentes de las reinas obreras a los factores estresantes agroquímicos administrados a través de una dieta de trabajadores, seguido de un seguimiento de la producción de huevos en el laboratorio y la evaluación de la primera eclosión instar utilizando una jaula especializada, conocida como jaula de monitoreo de reinas. Para ilustrar el uso previsto del método, se describen los resultados de un experimento en el que los asistentes a la reina obrera fueron alimentados con una dieta que contenía dosis subletales de imidacloprid y se monitorearon los efectos en las reinas.

Introduction

Debido al aumento de la demanda mundial de productos agrícolas, las prácticas agrícolas modernas a menudo requieren el uso de agroquímicos para controlar numerosas plagas conocidas por reducir o dañar los rendimientos de los cultivos¹. Simultáneamente, los productores de muchos cultivos de frutas, verduras y nueces dependen de los servicios de polinización proporcionados por las colonias comerciales de abejas melíferas para garantizar abundantes rendimientos de^{cultivos 2}. Estas prácticas pueden dar lugar a que los polinizadores, incluidas las abejasmelíferas (Apis mellifera),estén expuestos a niveles nocivos de residuos de plaguicidas³. Al mismo tiempo, la presencia generalizada de infestaciones parasitarias de ácaros Varroa destructor en colonias de abejas melíferas con frecuencia requiere que los apicultores traten sus colmenas con miticidas, lo que también puede ejercer efectos negativos sobre la salud y la longevidad de la colonia^4,5,6. Para reducir y mitigar los efectos nocivos de los productos agroquímicos, es necesario evaluar completamente su seguridad para las abejas melíferas antes de su implementación para que se puedan hacer recomendaciones para su uso para proteger a los insectos beneficiosos.

Actualmente, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) se basa en una estrategia de evaluación de riesgos escalonada para la exposición a pesticidas de abejas melíferas, que implica pruebas de laboratorio en abejas adultas y, a veces, larvas de abejas melíferas⁷. Si las pruebas de laboratorio de nivel inferior no logran aliviar las preocupaciones de toxicidad, se pueden recomendar pruebas de campo y semicampo de nivel superior. Si bien estas pruebas de laboratorio proporcionan información valiosa sobre los efectos potenciales de los agroquímicos en la longevidad de los trabajadores, no son necesariamente predictivas de sus efectos en las reinas, que difieren significativamente de las obreras biológicamente⁸ y conductualmente⁹. Además, existen numerosos efectos potenciales de los agroquímicos sobre los insectos más allá de la mortalidad, lo que puede tener consecuencias considerables para los insectos sociales que dependen de comportamientos coordinados para funcionar como una unidad de colonia^10,11.

Aunque la mortalidad es el efecto más comúnmente considerado de los plaguicidas agroquímicos^12,estos productos pueden tener una amplia gama de efectos tanto en artrópodos objetivo como no objetivo, incluido el comportamiento alterado^13,14,15,16,repelencia o atracción^17,18,19,cambios en los patrones de alimentación^20,21,22 , y aumento o disminución de la fecundidad^{20,21,22,23,24,25}. Para los insectos sociales, estos efectos pueden interrumpir sistemáticamente las interacciones y funciones de las colonias¹¹. De estas funciones, la reproducción, que depende en gran medida de una sola reina ponedora de huevos apoyada por el resto de la unidad⁹de la colonia, puede ser particularmente vulnerable a la perturbación debido a la exposición a pesticidas.

Los estudios realizados en reinas inmaduras han demostrado que la exposición del desarrollo a miticidas puede afectar el comportamiento de las reinas adultas, la fisiología, la supervivencia^26,27. Del mismo modo, los estudios que utilizan colonias de tamaño completo o reducido han demostrado que los agroquímicos pueden afectar a las reinas adultas de las abejas melíferas al disminuir el éxito de apareamiento^28,disminuir la oviposición²⁹y disminuir la viabilidad de los huevos producidos^25,30,31. Estos fenómenos han sido previamente difíciles de observar sin el uso de colonias enteras, debido en gran parte a la falta de métodos de laboratorio disponibles. Sin embargo, un método para estudiar la oviposición de reinas en condiciones de laboratorio estrechamente controladas utilizando Jaulas de Monitoreo de Reinas (QMC)³² ha sido adaptado recientemente para examinar los efectos de los agroquímicos en la fecundidad de las reinas³³. Aquí, estas técnicas se describen en detalle junto con métodos adicionales para medir y rastrear el consumo de la dieta de los trabajadores en los MGC.

Estos métodos son más ventajosos que los experimentos que requieren colonias de tamaño completo porque permiten la administración de dosis precisas de agroquímicos a un número muy reducido de trabajadores en relación con las decenas de miles típicamente presentes dentro de una colonia^34,que luego aprovisionan a la reina. Esta técnica de exposición refleja la exposición de segunda mano que las reinas experimentarían en escenarios del mundo real porque, dentro de una colonia, las reinas no se alimentan y dependen de las obreras para proporcionarles una dieta⁹. Del mismo modo, las reinas generalmente no abandonan la colmena excepto durante la reproducción de la colonia (enjambre) para los vuelos de apareamiento³⁵. Las reinas de abejas melíferas apareadas se pueden comprar a criadores de reinas comerciales y enviarse durante la noche. Por lo general, los criadores de reinas venden reinas directamente después de confirmar que han comenzado a poner huevos, lo que se toma como una indicación de apareamiento exitoso. Si se necesita información más precisa sobre la edad de la reina o la relación, los investigadores pueden consultar con el criador de reinas antes de realizar un pedido.

Los MGC permiten la observación precisa y la cuantificación de la oviposición de la reina abeja melífera y las tasas de eclosión de^{huevos 32,33}, lo que arroja datos valiosos relacionados con los efectos de la exposición a agroquímicos en la fecundidad de la reina. Los resultados representativos presentados aquí describen un experimento que cuantifica la oviposición, el consumo de dieta y la viabilidad embrionaria en MGC bajo exposición crónica a concentraciones relevantes para el campo del pesticida neonicotinoide neurotóxico sistémico imidacloprid³⁶. Una vez aplicado, el imidacloprid se transloca a los tejidos vegetales^37,y se han detectado residuos del polen y néctar de numerosas plantas polinizadas por abejas^38,39,40. La exposición al imidacloprid puede tener una amplia gama de efectos perjudiciales sobre las abejas melíferas, incluido el rendimiento de forrajeo deteriorado^16,la función inmune deteriorada⁴¹y la disminución de las tasas de expansión y supervivencia de la colonia^42,43. Aquí, el imidacloprid fue seleccionado para su uso como sustancia de prueba porque los experimentos de campo han demostrado que puede afectar la oviposición de la reina de la abeja^{melífera 29}

Protocol

1. Montaje QMC Ensamble los MGC a partir de piezas (Figura 1A) con una sola placa de puesta de huevos (ELP) insertada como se muestra en la Figura 1B. No agregue tubos de alimentación hasta después de que los trabajadores se hayan agregado a la jaula. Cubra temporalmente los 4 orificios del alimentador con cinta de grado de laboratorio. Inserte el exclusor de reina y la puerta de la cámara de alimentación sobre la cámara de alimentación…

Representative Results

La producción de huevos se monitoreó en CGC ensamblados y mantenidos como se describió anteriormente con observaciones una vez al día de la producción de huevos y 15 jaulas por grupo de tratamiento. Las reinas recién apareadas de ganado carniolan principalmente fueron compradas y enviadas durante la noche a un criador de reinas, y las obreras de abejas melíferas se obtuvieron de 3 colonias mantenidas de acuerdo con métodos comerciales estándar en The Bee Research Facility en la Universidad de Illinois Urbana-Cha…

Discussion

La fecundidad de las hembras de insectos solitarios, así como de las reinas en las colonias de insectos eusociales, puede estar influenciada por factores estresantes abióticos como los agroquímicos^{25,28, 29,30,33.} En las abejas melíferas, los efectos de los agroquímicos en las reinas pueden ser indirectos, ya que pueden ocurrir a través de cambios en su …

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