In Vitro Cría de las abejas solitarias: una herramienta para evaluar factores de riesgo larvas
Summary
Pulverizaciones de fungicidas en plantas con flores pueden exponer a las abejas solitarias a altas concentraciones de residuos de fungicida transmitidas por el polen. Mediante experimentos en laboratorio en vitro-larvas de abeja criados, este estudio investiga los efectos interactivos de consumir polen tratados con fungicida derivado de plantas huésped y anfitrión no.
Abstract
Aunque las abejas solitarias servicios de polinización crucial para cultivos silvestres y manejados, este grupo de especies ha sido en gran parte pasado por alto en estudios de reglamentación de pesticidas. El riesgo de exposición a los residuos del fungicida es probable que sea especialmente alto si el aerosol se produce en o cerca de plantas huésped mientras que las abejas recolectan polen para sus nidos. Para especies de nomada que consumen polen de un selecto grupo de plantas (oligolecty), la incapacidad de utilizar el polen de plantas no hospederas puede aumentar su factor de riesgo para toxicidad relacionada con el fungicida. Este manuscrito describe protocolos utilizados para criar con éxito a oligolectic mason abejas, Osmia ribifloris sensu lato, de huevo a la etapa prepupal en placas de la célula bajo condiciones estandarizadas de laboratorio. El en vitro-abejas criadas se utilizan posteriormente para investigar los efectos de la exposición y polen fuente de fungicida en fitness de la abeja. Basado en un diseño factorial 2 × 2 totalmente cruzado, el experimento examina los efectos principales e interactivos de fungicida exposición y polen fuente en larvas fitness, cuantificado por biomasa prepupal, el tiempo de desarrollo larval y la supervivencia. Una gran ventaja de esta técnica es que en vitro-criadas abejas reduce la variabilidad natural de fondo y permite la manipulación simultánea de varios parámetros experimentales. El protocolo descrito presenta una herramienta versátil para las hipótesis de prueba que implica el conjunto de factores que afectan la salud de las abejas. Para que esfuerzos de conservación para cumplir con éxito significativo, duradero, tales ideas sobre la compleja interacción de factores fisiológicos y ambientales abeja disminución de conducción será crítica.
Introduction
Dado su papel como el grupo dominante de insectos polinizadores1, la pérdida global de las poblaciones de abejas amenaza la seguridad alimentaria y el ecosistema estabilidad2,3,4,5,6 ,7. La tendencia descendente en ambas poblaciones de abejas manejadas y silvestres se han atribuido a varios factores de riesgo compartidos, incluyendo la fragmentación del hábitat, emergentes de parásitos y patógenos, pérdida de diversidad genética y la introducción de especies invasoras3 ,4,7,8,9,10,11,12. En particular, el dramático incremento en el uso de plaguicidas, (por ejemplo, neonicotinoides) ha sido relacionado con efectos perjudiciales entre las abejas13,14,15. Varios estudios han demostrado que el sinergismo entre neonicotinoides y fungicidas (EBI) inhibición de biosíntesis de ergosterol puede llevar a elevada mortalidad a través de múltiples abejas especies16,17,18 , 19 , 20 , 21 , 22. sin embargo, fungicidas, considerados durante mucho tiempo ser ‘bee-safe’, continúan ser aplicados en cultivos de in bloom sin mucho escrutinio23. Las abejas libadoras se han documentado para llevar habitualmente cargas de polen contaminadas con residuos de fungicida24,25,26. El consumo de esto fungicidas-ladenpollen puede causar alta mortalidad larval abejas27,28,29,30y una suite de efectos subletales entre abejas adultas16 , 31 , 32 , 33 , 34. un estudio reciente sugiere que los fungicidas pueden causar pérdidas de abejas alterando la comunidad microbiana dentro de polen almacenado de colmena, interrumpiendo así las simbiosis fundamentales entre abejas y polen transmitidas por microbios35.
Aunque las abejas solitarias son vitales para la polinización de plantas silvestres y agrícolas varios36,37,38, este grupo diverso de polinizadores ha recibido mucha menos atención en estudios de monitoreo de pesticidas. El nido de una hembra solitaria adulta contiene 5-10 cámaras de cría selladas, cada uno abastecido con una masa finita de maternal recogen polen y néctar y un huevo individual39. Después de la eclosión, las larvas se basan en el suministro de polen asignado y la microbiota asociada transmitidas por el polen para obtener una nutrición adecuada40,41. Porque carecen de los beneficios de un estilo de vida social, las abejas solitarias pueden ser más vulnerables a los pesticidas de exposición42. Por ejemplo, mientras déficits en abejas sociales siguiendo un aerosol puede ser compensada a algunos extienden por trabajadores y emergentes cría, la muerte de una sola hembra adulta solitaria termina toda actividad reproductiva43. Tales diferencias en la susceptibilidad resaltan la necesidad de incorporar taxones diversos abeja en estudios ecotoxicológicos para asegurar una protección adecuada para las abejas silvestres y manejadas por igual. Sin embargo, aparte de un puñado de estudios, las investigaciones sobre los efectos de la exposición de fungicida se ha enfocado principalmente en abejas sociales18,23,32,44,45 ,46,47,48,49.
Las abejas solitarias pertenecientes al género Osmia (figura 1) se han utilizado en todo el mundo como eficientes polinizadores de varias importantes frutos y tuerca cultivos39,50,51,53, 53. como con otros polinizadores gestionado grupos de24,54,55,56,57,58, abejas adultas nomada son rutinariamente expuestos a fungicidas en cultivos en floración44. Hembras adultas alimentándose en los cultivos recientemente pulverizados pueden acumular y almacenar sus cámaras de cría con polen cargados de fungicida, que más tarde forma la dieta única para las larvas en desarrollo. Consumiendo las provisiones de polen contaminados posteriormente puede exponer las larvas a fungicida residuos42. El riesgo de exposición puede ser mayor entre las especies de oligolectic que alimentan solamente en algunos host relaciona plantas59,60,61. Por ejemplo, ciertas abejas megachilid, parecen forraje preferencial de polen de Asteraceae de baja calidad, como una forma de reducir el parasitismo62. Sin embargo, la medida que fungicidas impactan fitness larvas entre las abejas solitarias oligolectic no sido empíricamente cuantificada. El objetivo de este estudio es desarrollar un protocolo para prueba de la cañería y efectos interactivos de la fuente de exposición y polen de fungicida en la aptitud de in vitro criaban abejas solitarias. Para investigar, huevos de o. ribifloris sensu lato (s.l.) se pueden obtener comercialmente (tabla de materiales). Esta población es ideal debido a su importancia como un polinizador nativo y su fuerte predilección por el rico néctar de Mahonia aquifolium (uvas de Oregón) encontrado dentro de la región53,63,64 (Figura 2).
Figura 1. Una foto de alta resolución de un adulto Osmia ribifloris. Foto crédito Dr. Jim Cane, entomólogo de la investigación, USDA-ARS haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Phragmite nidos juncos de Osmia ribifloris (s.l.) con una hembra de anidación en el primer plano. Particiones de cámara y tapones terminales para las cañas están construidas de hojas masticados. Foto cortesía Sr. Kimball Clark, NativeBees.com por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El primer objetivo de este estudio es evaluar el efecto del consumo de polen tratados con fungicida en larvas fitness (medido en términos de tiempo de desarrollo y biomasa prepupal). Mientras que la exposición al Propiconazol fungicida aplicado comúnmente se ha relacionado con aumento de la mortalidad entre abejas adultas a través de varias especies 23,24,32,44,45, 54,55,56,57,58,65,66,67, su impacto en las abejas larvas es menor conocido. El segundo objetivo de este estudio es evaluar los efectos del consumo de polen no host en fitness larval. Estudios previos indican que las larvas de las abejas oligolectic no desarrollar cuando obligado a consumir polen de host no68. Estos resultados pueden atribuirse a variaciones en la abeja fisiología69, polen bioquímica70y el microbioma benéfico asociados con polen natural disposiciones71. El tercer objetivo de este estudio es evaluar los efectos interactivos de polen dietético y tratamiento fungicida en fitness larval.
Numerosos rasgos biológicos incluyendo el tamaño del cuerpo materno, aprovisionamiento ritmo, estrategia de forrajeo y polen cantidad72,73,74,75 se saben que afectan larvas fitness entre las abejas solitarias. Estos factores pueden introducir variabilidad significativa entre Cañas, que plantea un desafío en el desarrollo de diseños experimentales defendibles cuando se evalúan salud de larvas. Por otra parte, dado que el desarrollo larvario se produce dentro de cañas de anidación selladas, los efectos de tal variabilidad en la descendencia son difíciles de visualizar y cuantificado sin utilizar técnicas no letales (figura 3). Para superar este desafío, todas las hipótesis en este estudio se analizan utilizando larvas criadas fuera de sus nidos juncos. El diseño experimental representa una totalmente cruzado 2 x 2 factorial configuraciones, con cada factor que consta de 2 niveles; Factor 1: Exposición fungicida (fungicida; Sin fungicida); Factor 2: Fuente de polen (Host polen, polen no-host). Las abejas se levantan de lo huevo a la etapa prepupal en placas pocillos estériles de la célula bajo condiciones controladas de laboratorio. Cada bien individualmente está equipado con una cantidad estandarizada de provisión de polen y un solo huevo. Después de la eclosión, la larva se alimenta de polen asignado dentro del pozo, completa el desarrollo larvario e inicia la pupación. Estudios anteriores han demostrado que la mortalidad inexplicada es menor entre las abejas planteadas dentro de este ambiente de crianza artificial que encontró en el salvaje49,76. El uso de vitro-abejas criadas tiene varias ventajas sobre los estudios de campo: 1) minimiza los efectos de confusión de la variabilidad natural y factores no controlados típicamente asociados con estudios en el campo; 2) que permite varios niveles de manipulación para cada factor de interés a probarse simultáneamente en los grupos de tratamiento; 3) el número de repeticiones puede ser predeterminado, y factores experimentales para cada repetición pueden manipularse individualmente; 4) variables de respuesta larvas pueden ser fácilmente visualizadas y grabadas independientemente sin inquietantes larvas adyacentes; 5) el protocolo puede ser modificado para adaptarse a diseños experimentales más complejos que involucra múltiples factores y variables de respuesta.
Figura 3. Contenidos dentro de una caña de anidación natural de Osmia ribifloris (s.l.). Cerca de (A) una caña disecada que muestran las cámaras, provisiones de polen y (B) y particiones recién cosechadas provisiones de polen y los huevos asociados (indicados con un círculo negro). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cría de abejas fuera de sus naturales desove Cañas, bajo condiciones de laboratorio, permite la prueba de hipótesis múltiples sobre larvas fitness. En la medida en que factores no identificados continúan causan mortalidad de las abejas, estudios de evaluación de riesgos en vitro experimentos pueden ayudar a identificar posibles amenazas e informar las prácticas de manejo para este grupo de especies de polinizadores silvestres 12 ,38,<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen Kimball Clark y Tim Krogh para proporcionar Cañas anidación Osmia , Meredith Nesbitt y Molly Bidwell para asistencia en el laboratorio, los doctores Cameron Currie, Christelle Guédot, Terry Griswold, Michael Branstetter y tres revisores anónimos sus útiles observaciones que mejoraron el manuscrito. Este trabajo fue apoyado por fondos de USDA-Agricultural Research Service apropiado (actual investigación sistema de información #3655-21220-001), Departamento de agricultura de Wisconsin, el comercio y la protección de los consumidores (#197199), National Science Foundation (bajo Grant no. DEB-1442148), el DOE grandes lagos bioenergía Research Center (Oficina de DOE de ciencia BER DE-FC02-07ER64494).
Materials
| eggs of O. ribifloris sensu lato (s.l.) | Kaysville, Davis County, Utah, USA | ||
| Osmia reeds | Nativebees.com | NA | Freshly plugged reeds |
| Dissection set | VWR | 89259-964 | Sterilize before use |
| Long Nose Pliers | Husky | 1006 | |
| 6 well culture plates | VWR | 10062-892 | Sterile sealed |
| 48 well culture plates | VWR | 10062-898 | Sterile sealed |
| Petri dishes | VWR | 25373100 | Sterile sealed |
| Square Weighing Boats | VWR | 10770-448 | |
| Camel Hair Brush | Bioquip | 1153A | |
| Tin capsules | EA Consumables | D1021 | Sterilize before use |
| Sucrose | VWR | 470302-808 | |
| Propiconazole 14.3 | Quali-Ppro | 60207-90-1 | Propiconazole 14.3% |
| Honey bee pollen | Bee energised | 897098001244 | Untreated, natural, raw pollen |
| Microbalance | VWR | 10204-990 | |
| Pulverisette | LAB SYNERGY INC. | 30334913 | |
| Wooden sticks | VWR | 470146908 | Sterilize before use |
| Sealing tape | VWR | 89097-912 | |
| Microscope | VWR | 89403-384 | |
| Planting tray | VWR | 470150-632 | |
| Ethanol | VWR | BDH1158-4LP | |
| Centrifuge tube | VWR | 21008936 | |
| Microsyringe | Cole-Palmer | UX-07940-07 | |
| Rubber tweezer | Amazon | B0135HWPN4 | |
| Syringe needles | VWR | 89219-334 | |
| Freeze drier | Labcono | LFZ-1L | |
| Statistical software | SPSS | Version 21.0 |
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