Bu protokol, bal arısı kraliçelerini ve işçi bakıcılarını kontrollü, laboratuvar ortamında tarımsal kimyasallara maruz bırakmak ve ilgili yanıtlarını dikkatle izlemek için yöntemler belirleyerek tarımsal kimyasalların bal arısı (Apis mellifera) üremesini nasıl etkilediğinin anlaşılmasını geliştirmek için geliştirilmiştir.
Bal arıları için mevcut risk değerlendirme stratejileri, yetişkin veya olgunlaşmamış işçi arılar üzerinde yapılan laboratuvar testlerine büyük ölçüde dayanır, ancak bu yöntemler bal arısı kraliçeleri üzerindeki tarımsal kimyasal maruziyetin etkilerini doğru bir şekilde yakalayamayabilir. Bir bal arısı kolonisinin içindeki döllenmiş yumurtaların tek üreticisi olarak, kraliçe tartışmasız işleyen bir koloni biriminin en önemli tek üyesidir. Bu nedenle, tarım kimyasallarının kraliçe sağlığını ve verimliliğini nasıl etkilediğini anlamak, pestisit risk değerlendirmesinin kritik bir yönü olarak düşünülmelidir. Burada, bal arısı kraliçelerini ve işçi kraliçe görevlilerini bir işçi diyeti yoluyla uygulanan tarımsal kimyasal stresörlere maruz bırakmak için uyarlanmış bir yöntem sunulur, ardından laboratuvarda yumurta üretimini takip eder ve Kraliçe İzleme Kafesi olarak adlandırılan özel bir kafes kullanarak ilk başlangıç eklozyonunu değerlendirir. Yöntemin amaçlanan kullanımını göstermek için, işçi kraliçe görevlilerinin sublethal dozlarda imidacloprid içeren diyetle beslendiği ve kraliçeler üzerindeki etkilerinin izlendiği bir deneyin sonuçları açıklanmıştır.
Tarım ürünlerine yönelik artan küresel talep nedeniyle, modern tarım uygulamaları genellikle mahsul verimini azalttığı veya zarar verdiği bilinen çok sayıda zararlıyı kontrol etmek için tarım kimyasallarının kullanılmasını gerektirir1. Aynı zamanda, birçok meyve, sebze ve fındık mahsulünün yetiştiricileri, bol miktarda mahsul verimi sağlamak için ticari bal arısı kolonileri tarafından sağlanan tozlaşma hizmetlerine güvenir2. Bu uygulamalar, bal arıları (Apis mellifera) dahil olmak üzere tozlayıcıların zararlı pestisit kalıntılarına maruz kalmalarına neden olabilir3. Aynı zamanda, bal arısı kolonilerinde parazitik Varroa yıkıcı akar istilalarının yaygın varlığı, arıcıların kovanlarını akaritlerle tedavi etmelerini gerektirir, bu da koloninin sağlığı ve uzun ömürlülüğü üzerinde olumsuz etkilere neden olabilir4,5,6. Tarımsal kimyasal ürünlerin zararlı etkilerini azaltmak ve azaltmak için, faydalı böcekleri korumak için kullanımları için önerilerde bulunulabilmesi için, uygulanmadan önce bal arılarına karşı güvenliklerini tam olarak değerlendirmek gerekir.
Şu anda, Çevre Koruma Ajansı (EPA), yetişkin arılar ve bazen bal arısı larvaları üzerinde laboratuvar testleri içeren bal arısı pestisit maruziyeti için katmanlı bir risk değerlendirme stratejisine dayanmaktadır7. Alt katman laboratuvar testleri toksisite endişelerini hafifletemezse, daha yüksek katman alanı ve yarı alan testleri önerilebilir. Bu laboratuvar testleri, tarım kimyasallarının işçi uzun ömürlülüğü üzerindeki potansiyel etkileri hakkında değerli bir içgörü sağlarken, biyolojik olarak 8 ve davranışsal olarakişçilerden önemli ölçüde farklı olan kraliçeler üzerindeki etkilerini tahmin etmek zorunda değildir9. Ayrıca, agrokimyasalların mortalitenin ötesinde böcekler üzerinde çok sayıda potansiyel etkisi vardır, bu da koordineli davranışlara dayanan sosyal böceklerin koloni birimi olarak işlev görebilmesi için önemli sonuçlar doğurabilir10,11.
Mortalite, tarımsal pestisitlerin en yaygın olarak kabul edilen etkisi olmasına rağmen 12 , bu ürünler, değiştirilmiş davranış 13 ,14, 15 , 16 , iticilik veya çekicilik17,18,19, beslenme düzenindeki değişiklikler 20,21,22dahil olmak üzere hem hedef hem de hedef olmayan eklembacaklılar üzerinde çok çeşitli etkilere sahipolabilir. ve artan veya azalmış doğurganlık20 , 21,22,23,24,25. Sosyal böcekler için, bu etkiler sistemik olarak koloni etkileşimlerini ve işlevlerini bozabilir11. Bu işlevlerden, koloni birimi9’ungeri kalanı tarafından desteklenen tek bir yumurtlama kraliçesine yoğun bir şekilde dayanan üreme, pestisit maruziyeti nedeniyle pertürbasyona karşı özellikle savunmasız olabilir.
Olgunlaşmamış kraliçeler üzerinde yapılan çalışmalar, mitikürlere gelişimsel maruziyetin yetişkin kraliçe davranışını, fizyolojiyi, sağkalım26,27‘yi etkileyebileceğini göstermiştir. Benzer şekilde, tam veya azaltılmış büyüklükteki koloniler kullanılarak yapılan çalışmalar, tarımsal kimyasalların çiftleşme başarısını azaltarak yetişkin bal arısı kraliçelerini etkileyebileceğini göstermiştir28, yumurtlama29‘yu azaltarak ve üretilen yumurtaların canlılığını azaltarak25,30,31. Bu fenomenleri daha önce, büyük ölçüde mevcut laboratuvar yöntemlerinin eksikliği nedeniyle, tüm koloniler kullanılmadan gözlemlemek zor olmuştur. Bununla birlikte, Queen Monitoring Cages (QMC)32 kullanarak sıkı bir şekilde kontrol edilen laboratuvar koşullarında kraliçe yumurtlamasını incelemek için bir yöntem son zamanlarda tarım kimyasallarının kraliçe doğurganlığı üzerindeki etkilerini incelemek için uyarlanmıştır33. Burada, bu teknikler QMC’lerde çalışan diyet tüketimini ölçmek ve izlemek için ek yöntemlerle birlikte ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Bu yöntemler, tam boyutlu koloniler gerektiren deneylerden daha avantajlıdır, çünkü tipik olarak bir koloninin içinde bulunan on binlere göre büyük ölçüde azaltılmış sayıda işçiye kesin dozlarda tarım kimyasallarının verilmesine izin verirler34, daha sonra kraliçeyi sağlarlar. Bu maruz kalma tekniği, kraliçelerin gerçek dünyadaki senaryolarda yaşayacakları ikinci el maruziyeti yansıtır, çünkü bir kolonide kraliçeler kendilerini beslemez ve onları diyet9ile sağlamak için işçilere güvenmezler. Benzer şekilde, kraliçeler genellikle çiftleşme uçuşları için koloni üremesi (kaynaşma) dışında kovandan ayrılmaz35. Çiftleştirilmiş bal arısı kraliçeleri ticari kraliçe yetiştiricilerinden satın alınabilir ve bir gecede sevk edilebilir. Tipik olarak, kraliçe yetiştiricileri, başarılı çiftleşmenin bir göstergesi olarak alınan yumurta bırakmaya başladıklarını doğruladıktan sonra doğrudan kraliçeleri satarlar. Kraliçe yaşı veya akrabalığı hakkında daha kesin bilgiye ihtiyaç duyulursa, araştırmacılar sipariş vermeden önce kraliçe yetiştiriciye danışabilirler.
QMCs, bal arısı kraliçe yumurtlama ve yumurta kuluçka oranlarının kesin olarak gözlemlenmesine ve nicelleştirilmesine izin verir32,33, tarımsal kimyasal maruziyetin kraliçe doğurganlığı üzerindeki etkileri ile ilgili değerli veriler sağlar. Burada sunulan temsili sonuçlar, sistemik nörotoksikant neonikotinoid pestisit imidacloprid36’nınalanla ilgili konsantrasyonlarına kronik maruz kalma altında QMCs’de yumurtlama, diyet tüketimi ve embriyo canlılığını ölçen bir deneyi açıklar. Uygulandıktan sonra, imidacloprid bitki dokularına yer değiştirme37ve kalıntılar çok sayıda arı tozlaşmış bitkinin polen ve nektarı tespit edilmiştir38,39,40. imidacloprid maruziyeti, bal arıları üzerinde performans bozukluğu16,bağışıklık fonksiyonu41bozulmuş ve koloni genişleme ve hayatta kalma oranlarında azalma dahil olmak üzere çok çeşitli zararlı etkilere sahip olabilir42,43. Burada, imidacloprid bir test maddesi olarak kullanılmak üzere seçildi, çünkü saha deneyleri bal arısı kraliçe yumurtlamasını etkileyebileceğini göstermiştir29
Dişi yalnız böceklerin yanı sıra ösosyal böcek kolonilerindeki kraliçelerin doğurganlığı, tarım kimyasalları25 , 28 , 29,30,33gibi abiyotik stresörlerden etkilenebilir. Bal arılarında, tarım kimyasallarının kraliçeler üzerindeki etkileri dolaylı olabilir, çünkü bakımlarındaki değişiklikler ve işçi arılar tarafından beslenme yo…
The authors have nothing to disclose.
Dr. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach ve Alison L. Sankey’e bu işi yürütmedeki yardımları için teşekkür ederiz. Bu yayında ticari isimlerden veya ticari ürünlerden bahsedilmesi sadece belirli bilgileri sağlamak içindir ve ABD Tarım Bakanlığı’nın tavsiye veya onayı anlamına gelmez. USDA fırsat eşitliği sağlayıcısı ve işverenidir. Bu araştırma, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı # HR0011-16-2-0019’dan Gene E. Robinson ve Huimin Zhao’ya, USDA projesi 2030-21000-001-00-D’ye ve Urbana Champaign’deki Illinois Üniversitesi’ndeki Topluluk Koleji Öğrencileri için Fenotipik Plastisite Araştırma Deneyimi’ne verilen bir hibe ile desteklenmiştir.
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 |