Utvärdering av effekten av bekämpningsmedel på larverna hos de ensamma bina
Summary
Det nuvarande protokollet förklarar en metod för att mata bekämpningsmedelsförorenade proviant till larverna från de ensamma bina, Osmia excavata. Förfarandet undersöker bekämpningsmedlets ekotoxicitet till larverna hos de ensamma bina.
Abstract
Nuvarande ekologiska riskbedömningar av bekämpningsmedel på pollinatörer har i första hand endast beaktat laboratorieförhållanden. För larver av ensamma bin kan intag av proviant som är förorenat med bekämpningsmedel öka larvernas dödlighet, minska insamlingshastigheten och populationen av vuxna solitära bin under det närmaste året ur ett demografiskt perspektiv. Men det finns begränsade studier om effekterna av bekämpningsmedel på larverna av ensamma bin. Att förstå hur bekämpningsmedel påverkar larverna hos solitära bin bör därför betraktas som en integrerad del av bekämpningsmedlets ekologiska riskbedömning. Denna studie presenterar en metod för att utsätta larverna av ensamt bi, Osmia excavata, för dödliga eller subletala doser av bekämpningsmedel, spårning av larvviktökning, utvecklingstid, eclosionsförmåga och omvandling av livsmedelskonsumtionseffektivitet av intagen mat. För att visa effektiviteten av denna metod matades larverna av O. excavata med bestämmelser innehållande akuta dödliga och subletala doser av klorpyrifos. Därefter undersöktes ovanstående index för de behandlade larverna. Denna teknik hjälper till att förutsäga och mildra risken för bekämpningsmedel för pollinatorer.
Introduction
Pollinatörer spelar en avgörande roll i ekosystemtjänsterna i det moderna globala jordbruket. Medan honungsbin (Apis mellifera; Hymenoptera: Apidae) har traditionellt ansetts vara de viktigaste ekonomiska pollinatorerna av grödor, ny forskning tyder på att Osmia (Hymenoptera: Megachilidae) också är mycket viktigt för att förbättra pollineringen för vissa grödor, öka fruktstorleken och antalet frön och minska andelen asymmetrisk frukt i kommersiella fruktträdgårdar i olika delar av världen1. Osmia excavata har ansetts vara en idealisk art för äppelpollinering, främst i Asien, som i norra och nordvästra Kina och Japan 2,3,4. Det kan tillhandahålla pollineringstjänster för vissa grödor med liknande eller ibland med större effektivitet. I detta avseende har de visat sig ersätta eller fungera i synergi med honungsbina 4,5,6.
De biologiska egenskaperna hos O. excavata är unika jämfört med sociala bin. Dess univoltin, ensamma och häckande aktivitet sker huvudsakligen på våren och försommaren. Boet av O. excavata finns vanligtvis i redan existerande hål, vanligtvis i död ved, ihåliga växter, halmrör och bambustam i det naturliga tillståndet3. Den vuxna O. excavata kommer ut ur sin kokong för att para sig, samla pollen och bygga ett bo för att lägga ägg, som börjar kläckas en vecka senare. De befruktade äggen utvecklas till honor, medan de obefruktade äggen utvecklas till hanar3. Kvinnor fördelas i botten av biröret, och motsvarande bestämmelser är mer signifikanta. Däremot var hanarna i närheten av rörutgången med mindre proviant7, så hanarna kommer ut först och honorna kommer ut senare. Honan blandar pollen med en liten mängd nektar i en fuktig blob, den enda matkällan för varje larv i cellen8.
Flera studier har rapporterat en minskning av populationen av pollinerande insektermed 9,10. Den omfattande användningen av bekämpningsmedel har identifierats som en av de viktigaste faktorerna för att minska pollinatorernas överflöd och mångfald och kan också äventyra pollineringstjänsterna11,12. För att minska och mildra de negativa effekterna av bekämpningsmedel är det nödvändigt att göra en riskbedömning av bekämpningsmedel för pollinatörer. Vissa länder har upprättat regelverk för att säkerställa binas säkerhet från de bekämpningsmedel som används 13,14. Nya studier har visat att Osmia var mer mottaglig för bekämpningsmedel än honungsbin 1,15.
Intressant nog var de flesta riskbedömningar inriktade på vuxna honungsbin 11,12; lite forskning har utförts på O. excavata, särskilt larverna. Dessutom anses dödligheten hos Osmia som direkt orsakas av bekämpningsmedel oftast vara16. Ändå kan de kroniska toxiciteterna som larvviktökning, utvecklingstid, matningsmönster, eklosionsförmåga, efterföljande vuxenbeteende och fecunditet ha samma skada som de akuta dödliga toxiciteterna och ignoreras ofta på grund av brist på en effektiv experimentell metod för de ensamma bina17.
Hittills används två metoder för att utvärdera effekterna av bekämpningsmedel på larverna av ensamma bin: (1) en lämplig mängd bekämpningsmedel applicerades på den lokaliserade proviantplatsen utan att ta bort ägget av ensamma bin 1,18,19,20; (2) ersätta bestämmelserna med konstgjorda pollen-nektarblandningar som innehåller en viss mängd bekämpningsmedel21. Det finns dock vissa begränsningar för ovanstående två metoder. Den förstnämnda kan bara mäta akut toxicitet, men inte kronisk toxicitet eftersom larverna intagit hela dosen på kort tid; det senare skulle leda till en hög dödlighet på grund av mänsklig manipulation1. Här beskrevs nedsänkningsmetoden för att studera bekämpningsmedels ekotoxicitet till O. excavata under mycket kontrollerade forskningsförhållandengenom att simulera beteendet hos larvmatning på kvarvarande bekämpningsmedel i bestämmelserna i den verkliga miljön. Metoden för denna studie löser nackdelarna med ovanstående två metoder och är lämplig för att mäta effekterna av ett farligt ämne på akut och kronisk toxicitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
För vuxna pollinatörer finns det två huvudmetoder för att mäta bekämpningsmedels ekotoxicitet. En är kontaktmetoden, där bekämpningsmedlet appliceras på prothoraxen hos de vuxna insekterna; den andra är magtoxicitetsmetoden, där de vuxna pollinatörerna matas med honungsvatten som innehåller bekämpningsmedel25,26. Under de senaste åren har det visat sig att pollineringseffekten och eklosionshastigheten för O. excavata är relativt låg<su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av National Key R&D Program of China (2017YFD0200400), Major Scientific and Technological Innovation Project (2017CXGC0214), Bee Industry Innovation Team of Shandong Province, Agricultural Science and Technology Innovation Project of Shandong Academy of Agricultural Sciences (CXGC2019G01) och Agricultural Science and Technology Innovation Project of Shandong Academy of Agricultural Sciences (CXGC2021B13).
Materials
| Abamectin | Jinan Lvba Pesticide Co. Ltd | ||
| Black-light lamps | Kanghua Medical Device Co., Ltd | ||
| Centrifugal tube box with 100 Wells | Shanghai Rebus Network Technology Co., Ltd | ||
| Centrifuge tube | Shanghai Rebus Network Technology Co., Ltd | 2 mL; Serve as bee tube | |
| Electric soldering iron | Kunshan Kaipai Hardware Electromechanical Co., Ltd | ||
| Electronic scale | Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd | 3137510295 | |
| Graduated cylinder | Anhui Weiss Experimental Equipment Co. Ltd | ||
| Petri dishes (60 mm diameter) | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | ||
| Pollen provision | Yantai Bifeng Agricultural Science and Technology Co. Ltd | ||
| Soft brush | Wengang Wenhai painting material factory | ||
| Solitary bees | Yantai Bifeng Agricultural Science and Technology Co. Ltd |
References
- Sgolastra, F., Tosi, S., Medrzycki, P., Porrini, C., Burgio, G. Toxicity of spirotetramat on solitary bee larvae, Osmia cornuta (hymenoptera: megachilidae), in laboratory conditions. Journal of Apicultural Science. 59 (2), 73-83 (2015).
- Wei, S. G., Wang, R., Smirle, M. J., Xu, H. L. Release of Osmia excavata and Osmia jacoti (Hymenoptera: Megachilidae) for apple pollination. TheCanadian Entomologist. 134 (3), 369-380 (2002).
- Men, X. Y., et al. Biological characteristics and pollination service of Mason bee. Chinese Journal of Applied Entomology. 55 (6), 973-983 (2018).
- Bosch, J., Kemp, W. P., Trostle, G. E. Bee population returns and cherry yields in an orchard pollinated with Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Journal of Economic Entomology. 99 (2), 408-413 (2006).
- Winfree, R., Williams, N. M., Dushoff, J., Kremen, C. Native bees provide insurance against ongoing honey bee losses. Ecology Letters. 10 (11), 1105-1113 (2007).
- Garibaldi, L. A., Steffan-Dewenter, I., Winfree, R. Wild pollinators enhance fruit set of crops regardless of honey bee abundance. Science. 339 (6127), 1608-1611 (2013).
- Bosch, J., Sgolastra, F., Kemp, W. P., James, R. R., Pitts-Singer, T. L. Life cycle ecophysiology of Osmia. mason bees used as crop pollinators. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. , 83-104 (2008).
- Liu, L., et al. Population investigation and restriction factors analyses of Osmia excavata Alfken in Jiaodong. Apiculture of China. 69 (9), 68-71 (2018).
- Biesmeijer, J. C., Roberts, S. P. M., Reemer, M. Parallel declines in pollinators and insect-pollinated plants in Britain and the Netherlands. Science. 313 (5785), 351-354 (2006).
- Potts, S. G., Biesmeijer, J. C., Kremen, C. Global pollinator declines: trends, impacts and drivers. Trends in Ecology & Evolution. 25 (6), 345-353 (2010).
- Chen, L., Yan, Q., Zhang, J., Yuan, S., Liu, X. Joint toxicity of acetamiprid and co-applied pesticide adjuvants on honeybees under semi-field and laboratory conditions. Environmental Toxicology and Chemistry. 38 (9), 1940-1946 (2019).
- Sgolastra, F., Medrzycki, P., Bortolotti, L., Renzi, M. T., Bosch, J. Synergistic mortality between a neonicotinoid insecticide and an ergosterol-biosynthesis-inhibiting fungicide in three bee species. Pest Management Science. 73 (6), 1236-1243 (2017).
- Bireley, R., et al. Preface: Workshop on pesticide exposure assessment paradigm for non-Apis bees. Environmental Entomology. 48 (1), 1-3 (2019).
- European Food Safety Authority. EFSA Guidance Document on the risk assessment of plant protection products on bees (Apis mellifera, Bombus spp. and solitary bees). EFSA Journal. 11 (7), 3295 (2013).
- Rundlof, M., et al. Seed coating with a neonicotinoid insecticide negatively affects wild bees. Nature. 521 (7550), 77-80 (2015).
- Yuan, R., et al. Toxicity and hazard assessment of six neonicotinoid insecticides on Osmia excavata (hymenoptera:megachilidae). Acta Entomologica Sinica. 61 (8), 950-956 (2018).
- Lin, Z., Meng, F., Zheng, H., Zhou, T., Hu, F. Effects of neonicotinoid insecticides on honeybee health. Acta Entomologica Sinica. 57 (5), 607-615 (2014).
- Gradish, A. E., Scott-Dupree, C. D., Cutler, G. C. Susceptibility of Megachile rotundata to insecticides used in wild blueberry production in Atlantic Canada. Journal of Pest Science. 85, 133-140 (2012).
- Hodgson, E. W., Pitts-Singer, T. L., Barbour, J. D. Effects of the insect growth regulator, novaluron on immature alfalfa leafcutting bees, Megachile rotundata. Journal of Insect Science. 11, 43 (2011).
- Konrad, R., Ferry, N., Gatehouse, A. M. R., Babendreier, D. Potential effects of oilseed rape expressing oryzacystatin-1 (OC-1) and of purified insecticidal proteins on larvae of the solitary bee Osmia bicornis. PLoS ONE. 3 (7), 2664 (2008).
- Abbott, V. A., Nadeau, J. L., Higo, H. A., Winston, M. L. Lethal and sublethal effects of imidacloprid on Osmia lignaria and clothianidin on Megachile rotundata (Hymenoptera: megachilidae). Journal of Economic Entomology. 101, 784-796 (2008).
- Yan, Z., Wang, Z. Sublethal effect of abamectin on 3rd instar larvae of Prodenia litura. Chinese Journal of Tropical Crops. 32 (10), 1945-1950 (2011).
- Song, Y., et al. Comparative ecotoxicity of insecticides with different modes of action to Osmia excavata (Hymenoptera: Megachilidae). Ecotoxicology and Environmental Safety. 212 (5), 112015 (2021).
- Chen, F. J., Wu, G., Ge, F., Parajulee, M. N., Shrestha, R. B. Effects of elevated CO2 and transgenic Bt cotton on plant chemistry, performance, and feeding of an insect herbivore, the cotton bollworm. Entomologia Experimentalis Et Applicata. 115 (2), 341-350 (2005).
- Cang, T., et al. Toxicity and safety evaluation of pesticides commonly used in strawberry production to bees. Zhejiang Agricultural Sciences. (4), 785-787 (2009).
- Cang, T., et al. Acute toxicity and safety assessment of chiral fipronil against Apis mellifera and Trichogramma ostriniae. Ecotoxicology. 7 (3), 326-330 (2012).
- Liu, X., Pan, W. Measures to ensure pollination effect and cocoon recovery rate of Osmia excavata in apple orchard. Northwest Horticulture. (3), 20-21 (2017).
- Meikle, W. G., Adamczyk, J. J., Weiss, M., Ross, J., Beren, E. Sublethal concentrations of clothianidin affect honey bee colony growth and hive CO2 concentration. Scientific Reports. 11 (1), 4364 (2021).
- Meikle, W. G., Adamczyk, J. J., Weiss, M., Ross, J., Beren, E. Sublethal concentrations of clothianidin affect honey bee colony behavior and interact with landscapes to affect colony growth. BioRxiv. , (2020).
- Wang, Y. F., et al. Combination effects of three neonicotinoid pesticides on physiology and survival of honey bees (Apis mellifera L). Journal of Environmental Entomology. 41 (3), 612-618 (2019).
- Kopit, A. M., Pitts-Singer, T. L. Routes of pesticide exposure in solitary, cavity-nesting bees. Environmental Entomology. 47 (3), 499-510 (2018).
- Cheng, Y., et al. Chronic oral toxicity of chlorpyrifos and imidacloprid to adult honey bees (Apis mellifera L). Asian Journal of Ecotoxicology. 11 (2), 715-719 (2016).
- Li, M., Ma, C., Xiao, L., Li, Z., Su, S. Effects of chlorpyrifos on behavior response of Apis mellifera and Apis cerana. Apicultural Science Association of China. , (2016).
- Cresswell, J. E. A meta-analysis of experiments testing the effects of a neonicotinoid insecticide (imidacloprid) on honey bees. Ecotoxicology. 20 (1), 149-157 (2011).
- Nauen, R., Ebbinghaus-Kintscher, U., Schmuck, R. Toxicity and nicotinic acetylcholine receptor interaction of imidacloprid and its metabolites in Apis mellifera (Hymenoptera; Apidae). Pest Management Science. 57 (7), 577-586 (2001).
- Colin, M. E., et al. A method to quantify and analyze the foraging activity of honey bees: relevance to the sublethal effects induced by systemic insecticides. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 47 (3), 387-395 (2004).
- Decourtye, A., et al. Comparative sublethal toxicity of nine pesticides on olfactory learning performances of the honeybee Apis mellifera. Archives of Environmental Contamination & Toxicology. 48 (2), 242-250 (2005).
- Williamson, S. M., Wright, G. A. Exposure to multiple cholinergic pesticides impairs olfactory learning and memory in honeybees. Journal of Experimental Biology. 216 (10), 1799-1807 (2013).
- Henry, M., et al. A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science. 336 (6079), 348-350 (2012).
- Matsumoto, T. Reduction in homing flights in the honey bee Apis mellifera after a sublethal dose of neonicotinoid insecticides. Bulletin of Insectology. 66 (1), 1-9 (2013).
