Valutazione del rischio agrochimico per le regine delle api da miele accoppiate

Summary

Questo protocollo è stato sviluppato per migliorare la comprensione di come le sostanze agrochimiche influenzano la riproduzione delle apimellifere ( Apis mellifera) stabilendo metodi per esporre le regine delle api da miele e i loro custodi operai ai prodotti agrochimici in un ambiente controllato e di laboratorio e monitorando attentamente le loro risposte pertinenti.

Abstract

Le attuali strategie di valutazione del rischio per le api mellifere si basano fortemente su test di laboratorio eseguiti su api operaie adulte o immature, ma questi metodi potrebbero non catturare con precisione gli effetti dell’esposizione agrochimica sulle regine delle api da miele. Come unico produttore di uova fecondate all’interno di una colonia di api, la regina è probabilmente il membro singolo più importante di un’unità di colonia funzionante. Pertanto, comprendere come i prodotti agrochimici influenzano la salute e la produttività della regina dovrebbe essere considerato un aspetto critico della valutazione del rischio dei pesticidi. Qui, viene presentato un metodo adattato per esporre le regine delle api da miele e le assistenti delle regine operaie a fattori di stress agrochimici somministrati attraverso una dieta dei lavoratori, seguita dal monitoraggio della produzione di uova in laboratorio e dalla valutazione della prima chiusura instar utilizzando una gabbia specializzata, denominata Queen Monitoring Cage. Per illustrare l’uso previsto del metodo, vengono descritti i risultati di un esperimento in cui gli assistenti della regina operaia sono stati nutriti con una dieta contenente dosi subletali di imidacloprid e sono stati monitorati gli effetti sulle regine.

Introduction

A causa dell’aumento della domanda globale di prodotti agricoli, le moderne pratiche agricole spesso richiedono l’uso di prodotti agrochimici per controllare numerosi parassiti noti per ridurre o danneggiare i raccolti¹. Allo stesso tempo, i coltivatori di molte colture di frutta, verdura e noci si affidano ai servizi di impollinazione forniti dalle colonie commerciali di api da miele per garantire abbondanti raccolti². Queste pratiche possono comportare che gli impollinatori, comprese le apimellifere ( Apis mellifera), siano esposti a livelli nocivi di residui di pesticidi³. Allo stesso tempo, la diffusa presenza di infestazioni parassitarie di acari Varroa destructor nelle colonie di api da miele richiede spesso agli apicoltori di trattare i loro alveari con miticidi, che possono anche esercitare effetti negativi sulla salute e sulla longevità della colonia^4,5,6. Per ridurre e mitigare gli effetti nocivi dei prodotti agrochimici, è necessario valutare appieno la loro sicurezza per le api mellifere prima della loro attuazione in modo che possano essere formulate raccomandazioni per il loro uso per proteggere gli insetti benefici.

Attualmente, l’Environmental Protection Agency (EPA) si basa su una strategia di valutazione del rischio a più livelli per l’esposizione ai pesticidi delle api da miele, che prevede test di laboratorio sulle api adulte e talvolta sulle larve delle api da miele⁷. Se i test di laboratorio di livello inferiore non riescono ad alleviare i timori di tossicità, possono essere raccomandati test di campo e semi-campo di livello superiore. Mentre questi test di laboratorio forniscono preziose informazioni sui potenziali effetti dei prodotti agrochimici sulla longevità dei lavoratori, non sono necessariamente predittivi dei loro effetti sulle regine, che differiscono significativamente dai lavoratori biologicamente⁸ e comportamentalmente⁹. Inoltre, ci sono numerosi potenziali effetti dei prodotti agrochimici sugli insetti oltre la mortalità, che possono avere conseguenze considerevoli per gli insetti sociali che si basano su comportamenti coordinati per funzionare come un’unità di colonia^10,11.

Sebbene la mortalità sia l’effetto più comunemente considerato dei pesticidi agrochimici¹², questi prodotti possono avere una vasta gamma di effetti sugli artropodi bersaglio e non bersaglio, tra cui comportamento alterato^{13,14, 15,16,}repellenza o attrattiva^17,18,19,cambiamenti nei modelli di alimentazione^20,21,22 , e fecondità aumentata o diminuita^{20,21,22,23,24,25}. Per gli insetti sociali, questi effetti possono interrompere sistematicamente le interazioni e le funzioni delle colonie¹¹. Di queste funzioni, la riproduzione, che dipende fortemente da una singola regina deposta dalle uova sostenuta dal resto dell’unità di colonia^9,può essere particolarmente vulnerabile alle perturbazioni dovute all’esposizione ai pesticidi.

Studi condotti su regine immature hanno dimostrato che l’esposizione dello sviluppo ai miticidi può influenzare il comportamento della regina adulta, la fisiologia, la sopravvivenza^26,27. Allo stesso modo, studi che utilizzano colonie di dimensioni piene o ridotte hanno dimostrato che i prodotti agrochimici possono influenzare le regine adulte delle api da miele diminuendo il successo dell’accoppiamento²⁸, diminuendo l’ovodeposizione²⁹e diminuendo la vitalità delle uova prodotte^25,30,31. Questi fenomeni sono stati precedentemente difficili da osservare senza l’uso di intere colonie, in gran parte a causa della mancanza di metodi di laboratorio disponibili. Tuttavia, un metodo per studiare l’ovodeposizione della regina in condizioni di laboratorio strettamente controllate utilizzando Queen Monitoring Cages (QMC)³² è stato recentemente adattato per esaminare gli effetti dei prodotti agrochimici sulla fecondità regina³³. Qui, queste tecniche sono descritte in dettaglio insieme a metodi aggiuntivi per misurare e tenere traccia del consumo di dieta dei lavoratori nei CQM.

Questi metodi sono più vantaggiosi degli esperimenti che richiedono colonie a grandezza naturale perché consentono la somministrazione di dosi precise di prodotti agrochimici a un numero notevolmente ridotto di lavoratori rispetto alle decine di migliaia tipicamente presenti all’interno di una colonia³⁴, che poi forniscono la regina. Questa tecnica di esposizione rispecchia l’esposizione di seconda mano che le regine sperimenterebbero in scenari del mondo reale perché, all’interno di una colonia, le regine non si nutrono e si affidano ai lavoratori per fornire loro la dieta⁹. Allo stesso modo, le regine generalmente non lasciano l’alveare tranne durante la riproduzione della colonia (sciame) per i voli di accoppiamento³⁵. Le regine delle api da miele accoppiate possono essere acquistate da allevatori di regine commerciali e spedite durante la notte. In genere, gli allevatori di regine vendono regine direttamente dopo aver confermato che hanno iniziato a deporre le uova, il che è preso come un’indicazione di un accoppiamento riuscito. Se sono necessarie informazioni più precise sull’età della regina o sulla parentela, i ricercatori possono consultare l’allevatore della regina prima di effettuare un ordine.

I QMC consentono l’osservazione e la quantificazione precise dell’ovodeposizione delle api mellifere e dei tassi di schiusa delle uova^32,33,fornendo dati preziosi relativi agli effetti dell’esposizione agrochimica sulla fecondità regina. I risultati rappresentativi qui presentati descrivono un esperimento che quantifica l’ovodeposizione, il consumo di dieta e la vitalità degli embrioni nei QMC sotto esposizione cronica a concentrazioni rilevanti sul campo del pesticida neonicotinoide neurotossico sistemico imidacloprid³⁶. Una volta applicato, l’imidacloprid trasloca ai tessuti vegetali³⁷e sono stati rilevati residui il polline e il nettare di numerose piante impollinate dalle api^38,39,40. L’esposizione all’imidacloprid può avere una vasta gamma di effetti dannosi sulle api mellifere, tra cui prestazioni di foraggiamento compromesse^16,compromissione della funzione immunitaria⁴¹e diminuzione dei tassi di espansione e sopravvivenza della colonia^42,43. Qui, l’imidacloprid è stata selezionata per l’uso come sostanza in esame perché esperimenti sul campo hanno dimostrato che può influenzare l’ovodeposizione della regina delle api da miele²⁹

Protocol

1. Assemblaggio QMC Assemblare QMC da parti (Figura 1A) con una singola piastra di deposizione delle uova (ELP) inserita come mostrato nella Figura 1B. Non aggiungere tubi di alimentazione fino a quando i lavoratori non sono stati aggiunti alla gabbia. Coprire temporaneamente i 4 fori di alimentazione con nastro adesivo di laboratorio. Inserire l’escluso della regina e la porta della camera di alimentazione sopra la camera di alimentazione pe…

Representative Results

La produzione di uova è stata monitorata in CMC assemblati e mantenuti come descritto sopra con osservazioni una volta al giorno della produzione di uova e 15 gabbie per gruppo di trattamento. Le regine appena accoppiate di stock principalmente carniola sono state acquistate e spedite durante la notte da un allevatore di regine, e i lavoratori delle api da miele sono stati ottenuti da 3 colonie mantenute secondo metodi commerciali standard presso la Bee Research Facility presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champai…

Discussion

La fecondità degli insetti solitari femminili e delle regine nelle colonie di insetti eusociali può essere influenzata da fattori di stress abiotici come i prodotti agrochimici^{25,28,29,30,33.} Nelle api mellifere, gli effetti dei prodotti agrochimici sulle regine possono essere indiretti, in quanto possono verificarsi attraverso cambiamenti nella loro cura e …

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