Оценка агрохимического риска для спаренных пчелиных маток

Summary

Этот протокол был разработан для улучшения понимания того, как агрохимикаты влияют на размножение медоносных пчел(Apis mellifera),путем установления методов воздействия на матки медоносных пчел и их работников-смотрителей агрохимикатов в контролируемых лабораторных условиях и тщательного мониторинга их соответствующих ответов.

Abstract

Современные стратегии оценки риска для медоносных пчел в значительной степени основаны на лабораторных тестах, проводимых на взрослых или незрелых рабочих пчелах, но эти методы могут не точно отражать влияние агрохимического воздействия на маток медоносных пчел. Как единственный производитель оплодотворенных яиц внутри колонии медоносных пчел, матка, возможно, является самым важным членом функционирующей колонии. Поэтому понимание того, как агрохимикаты влияют на здоровье и продуктивность маток, следует рассматривать как критический аспект оценки риска пестицидов. Здесь представлен адаптированный метод для воздействия маток медоносных пчел и рабочих маток агрохимических стрессоров, вводимых через рабочую диету, с последующим отслеживанием производства яиц в лаборатории и оценкой первой эклозии с использованием специализированной клетки, называемой клеткой мониторинга матки. Чтобы проиллюстрировать предполагаемое использование метода, описаны результаты эксперимента, в котором рабочих маток кормили диетой, содержащей сублетальные дозы имидаклоприда, и контролировали влияние на маток.

Introduction

Из-за возросшего мирового спроса на сельскохозяйственную продукцию современные методы ведения сельского хозяйства часто требуют использования агрохимикатов для борьбы с многочисленными вредителями, которые, как известно, снижают или наносят вред урожайности сельскохозяйственных^{культур1}. В то же время производители многих фруктовых, овощных и ореховых культур полагаются на услуги опыления, предоставляемые коммерческими пчелиными семьями, чтобы обеспечить обильные урожаи^{культур 2.} Эта практика может привести к тому, что опылители, включая медоносных пчел(Apis mellifera),будут подвергаться воздействию вредных уровней остатков пестицидов^3. В то же время широко распространенное присутствие паразитических клещей Varroa destructor в пчелиных семьях часто требует от пчеловодов обработки своих ульев митицидами, что также может оказывать негативное влияние на здоровье и долголетие колонии^4,5,6. Для снижения и смягчения вредного воздействия агрохимических продуктов необходимо до их реализации в полной мере оценить их безопасность для медоносных пчел, чтобы можно было дать рекомендации по их использованию для защиты полезных насекомых.

В настоящее время Агентство по охране окружающей среды (EPA) опирается на многоуровневую стратегию оценки риска воздействия пестицидов на медоносных пчел, которая включает лабораторные испытания взрослых пчел и иногда личинок медоносных пчел^7. Если лабораторные испытания более низкого уровня не позволяют снять опасения по поводу токсичности, могут быть рекомендованы полевые и полуполевые испытания более высокого уровня. Хотя эти лабораторные тесты дают ценную информацию о потенциальном влиянии агрохимикатов на продолжительность жизни рабочих, они не обязательно предсказывают их влияние на маток, которые значительно отличаются от рабочих биологически⁸ и поведенчески^9. Кроме того, существует множество потенциальных воздействий агрохимикатов на насекомых за пределами смертности, что может иметь значительные последствия для общественных насекомых, которые полагаются на скоординированное поведение, чтобы функционировать в качестве колонии^10,11.

Хотя смертность является наиболее часто рассматриваемым эффектом агрохимических пестицидов^12,эти продукты могут оказывать широкий спектр воздействий как на целевых, так и на нецелевых членистоногих, включая измененное поведение^13,14,15,16,репеллентность или аттрактантность^17,18,19,изменения в моделях кормления^20,21,22 , а также повышенная или пониженная плодовитость^{20,21,22,23,24,25.} Для общественных насекомых эти эффекты могут систематически нарушать взаимодействия колоний и функции^11. Из этих функций размножение, которое в значительной степени зависит от одной яйцекладущей матки, поддерживаемой остальной частью колонии блока^9,может быть особенно уязвимо к возмущению из-за воздействия пестицидов.

Исследования, проведенные на незрелых королевах, показали, что воздействие митицидов на развитие может повлиять на поведение взрослой королевы, физиологию, выживаемость^26,27. Аналогичным образом, исследования с использованием полных или уменьшенных колоний показали, что агрохимикаты могут влиять на взрослых маток медоносных пчел, уменьшая успех спаривания^28,уменьшая яйцекладку²⁹и уменьшая жизнеспособность^яиц,произведенных^25,30,31. Эти явления ранее было трудно наблюдать без использования целых колоний, во многом из-за отсутствия доступных лабораторных методов. Тем не менее, метод изучения яйцекладки матки в строго контролируемых лабораторных условиях с использованием клеток мониторинга королевы (QMC)³² недавно был адаптирован для изучения влияния агрохимикатов на плодовитость матки^33. Здесь эти методы подробно описаны вместе с дополнительными методами измерения и отслеживания потребления диеты работниками в QMC.

Эти методы более выгодны, чем эксперименты, требующие полноразмерных колоний, потому что они позволяют вводить точные дозы агрохимикатов значительно меньшему числу рабочих по сравнению с десятками тысяч, обычно присутствующих внутри колонии^34,которые затем обеспечивают матку. Этот метод воздействия отражает воздействие из вторых рук, которое королевы испытали бы в реальных сценариях, потому что в колонии королевы не кормят себя и полагаются на работников, чтобы обеспечить их диетой^9. Точно так же матки обычно не покидают улей, за исключением периода размножения колонии (роения) для брачных полетов^35. Спаренные матки медоносных пчел можно приобрести у коммерческих селекционеров маток и отправить на ночь. Как правило, заводчики маток продают маток сразу после подтверждения того, что они начали откладывать яйца, что воспринимается как показатель успешного спаривания. Если требуется более точная информация о возрасте или родстве королевы, исследователи могут проконсультироваться с заводчиком матки перед размещением заказа.

QMC позволяют проводить точные наблюдения и количественную оценку яйцекладки и инкубации яиц медоносных пчел и темпов вылупления яиц^32,33,что дает ценные данные, связанные с воздействием агрохимического воздействия на плодовитость маток. Репрезентативные результаты, представленные здесь, описывают эксперимент, количественно оценивающий яйцекладку, потребление рациона и жизнеспособность эмбрионов в QMC при хроническом воздействии соответствующих полевым условиям концентраций системного нейротоксикантного неоникотиноидного пестицида имидаклоприда^36. После нанесения имидаклоприд перемещается в ткани растений^37,и в остатках пыльцы и нектара многочисленных пчел опыляют растения^38,39,40. Воздействие имидаклоприда может иметь широкий спектр пагубных последствий для медоносных пчел, включая ухудшение кормовой деятельности^16,нарушение иммунной функции⁴¹и снижение темпов расширения колонии и выживаемости^42,43. Здесь имидаклоприд был выбран для использования в качестве тестового вещества, потому что полевые эксперименты показали, что он может влиять на яйцекладку пчелиной матки^29.

Protocol

1. Сборка QMC Соберите QMC из деталей(рисунок 1A)с одной вставленной яйцекладущей пластиной (ELP), как показано на рисунке 1B. Не добавляйте питательные трубки до тех пор, пока рабочие не будут добавлены в клетку. Временно закройте 4 отверстия питателя ленто?…

Representative Results

Производство яиц контролировали в QMC, собранных и поддерживаемых, как описано выше, с однократными ежедневными наблюдениями за производством яиц и 15 клетками на группу обработки. Недавно спаренные матки в основном карниоланского стада были куплены и отправлены в одночасье у селекцион?…

Discussion

На плодовитость самок одиночных насекомых, а также маток в эусоциальных колониях насекомых могут влиять абиотические стрессоры, такие как агрохимикаты^{25,28,29,30,33.} У медоносных пчел воздействие агрох…

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