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.
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.
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 colônia4,5,6. 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, larvasde 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 colônia10,11.
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 alterado13,14,15,16, repellency ou attractancy17,18,19, mudanças nos padrões de alimentação20,21,22 , e aumentou ou diminuiu a fecundidade20,21,22,23,24,25. 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 unidadecolônia 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 sobrevivência26,27. 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 produzidos25,30,31. 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 ovos32,33, 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 abelhas38,39,40. A exposição ao imidacloprido pode ter uma ampla gama de efeitos prejudiciais sobre as abelhas, incluindo o desempenho de forrageamento prejudicado16,a função imunológica prejudicada41, e as taxas reduzidas de expansão e sobrevivência da colônia42,43. Aqui, imidacloprido foi selecionado para uso como uma substância de teste porque experimentos de campo mostraram que pode afetar a oviposição rainha das abelhas29
A fecundidade de insetos solitários fêmeas, bem como rainhas em colônias de insetos eusociais, pode ser influenciada por estressores abióticos como os agroquímicos25,28,29,30,33. 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…
The authors have nothing to disclose.
Obrigado ao Dr. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach e Alison L. Sankey por sua ajuda na realização deste trabalho. A menção de nomes comerciais ou produtos comerciais nesta publicação é exclusivamente com o propósito de fornecer informações específicas e não implica recomendação ou endosso do Departamento de Agricultura dos EUA. O USDA é um provedor de igualdade de oportunidades e empregador. Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa # HR0011-16-2-0019 para Gene E. Robinson e Huimin Zhao, projeto do USDA 2030-21000-001-00-D, e a Experiência de Pesquisa de Plasticidade Fenotípica para Estudantes Universitários Comunitários da Universidade de Illinois em Urbana Champaign.
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 |