Empirische, metagenomischen und Computertechniken beleuchten die Mechanismen, durch welche Fungizide Kompromiss Bienengesundheit

Das übergeordnete Ziel dieses multidisziplinären Projekts ist es, die spezifischen Mechanismen zu isolieren, durch die Fungizidrückstände auf Pollen zu einem Rückgang der Bienenvölker bei Hummeln führen können. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Zusammenhang mit der hohen Sterblichkeit bei Hummellarven zu beantworten, die durch die Fungizid-vermittelte Störung von Bienenmikroben-Symbiosen beeinflusst werden. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die indirekte Wirkung von Fungiziden auf Bienen untersucht, indem sie die Demografie der Bienen zusammen mit den Verschiebungen in den mikrobiellen Gemeinschaften im Bienenpollen verfolgt.

Obwohl diese Methoden einen Einblick in die Gesundheit einheimischer Bienen geben, können sie auch auf andere Bestäuber wie Honigbienen angewendet werden, die weltweit eine entscheidende Rolle bei der Bestäubung von Nutzpflanzen spielen, was die kluge Anwendung von Fungiziden auf blühende Pflanzen unterstreicht. Prarthana Dharampal, Luis Diaz-Garcia und Caitlin Carlson werden die Verfahren in dieser gemeinsamen Studie demonstrieren. Stellen Sie zunächst Netzkäfige auf einem Feld auf, das mit Hafer bepflanzt ist.

Bereiten Sie einen pro Replikat vor. Planen Sie, mindestens 10 für ein einzelnes Behandlungsexperiment zu erstellen. Graben Sie zuerst einen Graben um jeden Käfig und graben Sie alle vier Kanten des Maschenkäfigs in den Boden, um sicherzustellen, dass die Bienen nicht entkommen können.

Bestücken Sie dann die Käfige mit Topfblüten, die bekanntermaßen für Bienen attraktiv sind, wie Buchweizen, Borretsch, Alyssum, Kosmos und Sonnenblumen. Ergänzen Sie jeden Käfig mit einer einzelnen Schale mit blühendem Klee. Fassen Sie alle Blütenressourcen in einer Ecke des Käfigs zusammen, die etwa 2,5 Quadratmeter einnimmt.

Die restliche Käfigfläche mit Hafer bepflanzen. Bevor Sie die Völker in die Feldkäfige verladen, stellen Sie sicher, dass jeder Arbeiterinnen und eine einzelne Königin enthält. Laden Sie dann eine Kolonie pro Käfig für einen Zeitraum von 29 Tagen.

Richten Sie die Koloniekästen im Käfig so aus, dass die Öffnungen des Volkes nach Süden zeigen, um den Bienen optimale Navigationsbedingungen zu bieten. Tragen Sie anschließend die experimentelle Behandlung auf die Hälfte der Käfige auf. Verwenden Sie in diesem Fall ein tragbares Pestizidsprühgerät, um das Fungizid auf Chlorothalonil-Basis auf einem feldrelevanten Niveau auf die Blütenpflanzen aufzutragen.

Diese Behandlung wird am Tag Null und erneut am Tag 13 angewendet. Beschichten Sie die Blüten gleichmäßig, so dass keine zusätzliche Flüssigkeit an den Blütenoberflächen haften bleibt. Am Ende des Untersuchungszeitraums nehmen Sie die Völker aus den Käfigen und betäuben die Bienen, indem Sie die Völker für 20 Minuten in einen Gefrierschrank bei minus 20 Grad Celsius legen.

Nach der Betäubung entfernen Sie die Bienen mit einer sterilen Pinzette und notieren Sie die Anzahl der Larven, Puppen, erwachsenen Weibchen und erwachsenen Männchen sowie der Mutterkönigin. Verwenden Sie dann eine Analysenwaage und erfassen Sie das Trockengewicht der Mutterkönigin und anderer Bienenklassen. Zu Beginn pulverisieren Sie kommerziell gekauften Pollen mit einer handelsüblichen Laborkugelmühle zu einem feinen Pulver.

Um den pulverisierten Pollen zu sterilisieren, weichen Sie ihn dann in 70 Prozent Ethanol ein. Lassen Sie das Ethanol über Nacht unter UV-Licht in einer Biosicherheitswerkbank verdampfen. Überprüfen Sie am nächsten Tag die Sterilität des Pollens, indem Sie eine kleine Menge mit einem sterilen Zahnstocher auf Allzweck-Agarmedien aufpolieren.

Inkubieren Sie die Platte 48 Stunden lang bei 28 Grad Celsius und verwenden Sie sie nur, wenn kein Wachstum vorhanden ist. Geben Sie anschließend mit sterilen Pipetten eine feldrelevante Dosis Fungizid zu den sterilisierten Pollen und mischen Sie die beiden mit sterilen Holzstäbchen gründlich miteinander. Verwenden Sie steriles Wasser für eine Kontrolle.

Bereiten Sie nun die Bienenstöcke für das Experiment in Stichprobengrößen von mindestens drei vor. Bereiten Sie täglich die Pollenaliquote für jeden Bienenstock asepetisch vor. Führen Sie dann durch die Falltür in der Box, die jeden Bienenstock umschließt, den Pollen ein.

Zusätzlich zu den Pollen versorgen Sie jeden Bienenstock wöchentlich mit sterilisierter Zuckerlösung. Führen Sie dieses Fütterungsschema vier Wochen lang durch. Betäuben Sie die Nesselsucht wie bisher am Ende des Testzeitraums.

Hebeln Sie dann ganz vorsichtig den Inhalt der Höhle auf und exhumieren Sie, ohne dass die Pollen oder Bienenlarven tiefer in das Nest fallen. Führen Sie die gleichen Zähl- und Wiegemetriken für den Bienenstock wie zuvor durch, kratzen Sie jedoch auch die in den Brutkammern enthaltenen Pollenvorräte mit einer sterilisierten Pinzette heraus. Sammeln Sie den Pollen in sterilen Röhrchen und lagern Sie ihn dann bei minus 80 Grad Celsius für die spätere Analyse.

Die Daten aus den Käfigexperimenten zeigten, dass die Hummelvölker signifikant auf die Exposition gegenüber Fungiziden reagierten. Die mit Fungiziden behandelten Bienenstöcke produzierten deutlich weniger Arbeiterinnen als die Kontrollbeuten. Die Gesamtbiomasse wurde auch in den mit Fungiziden behandelten Bienenstöcken reduziert, einschließlich der Masse der Mutterkönigin.

Dann war Anzahl und Masse von Larven, Puppen und erwachsenen Männchen nicht betroffen. Die Laborexperimente spiegelten die Ergebnisse aus dem Feld wider. Zusammengenommen stimmen diese Ergebnisse mit zuvor veröffentlichten Ergebnissen überein und deuten darauf hin, dass die Fungizidexposition die Fitness der Kolonie beeinflusst.

Unsere Daten zeigen, dass die mikrobielle Vielfalt und Gleichmäßigkeit in den fungizid behandelten Bienenstöcken reduziert war. Die metagenomische Analyse der Pollenversorgung wurde verwendet, um Veränderungen in den mikrobiellen Gemeinschaften von fungizid behandelten Bienenstöcken zu analysieren. Es gab einen enormen Rückgang der Abundanz von häufig isolierten Streptomycetalen und Enterobakterien in den fungizid behandelten Bienenstöcken, während bakterielle Vertreter der Ordnung Rickettsiales, zu denen häufige Krankheitserreger von Arthropoden gehören, in den fungizid behandelten Bienenstöcken in viel größerer Menge waren.

Fungizidbehandelte Bienenstöcke wiesen auch eine geringere Abundanz von Pilzen der Ordnungen Eurotiales, Sordariales und Saccharomycetales auf, während sie in den Ordnungen Capnodiales und Ascosphaerales die Abundanz von Pilzen erhöhten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fungizide das Mikrobiom der Pollenversorgung verändern können, wodurch die Symbiose zwischen Bienenmikroben effektiv gestört und die Gesundheit der Bienen beeinträchtigt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Hummeln auf dem Feld kultiviert, Bienennester präpariert und die mikrobiellen Gemeinschaften von Bienenpollen identifiziert, um so die Rolle von Fungiziden für die Gesundheit von Bienenvölkern zu bewerten.

Einmal gemeistert, können diese Techniken verwendet werden, um die fungizidvermittelte Störung des Pollenmikrobioms und ihre indirekte Wirkung auf die allgemeine Gesundheit von Hummelvölkern zu demonstrieren. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, bei der Zubereitung der Pollenmahlzeiten aseptische Bedingungen aufrechtzuerhalten, um Infektionen und Befall zu vermeiden. Nach diesem Verfahren kann die Beschreibung der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft weiter verbessert werden, indem der Anteil der Gesamtunterschiede zwischen den Sequenzen gelockert und die Anzahl der Taxa reduziert wird, indem diejenigen mit geringer relativer Abundanz zusammengeführt werden.