致死剂量的杀虫剂可能影响殖民地的方式是难以检测使用的只是周期性或视觉方法。方法通过称量蜂巢和蜂房部件、拍照帧和安装传感器, 来测量成年蜂的总质量、育雏和食物资源。数据分析也得到了解决。
致死杀虫剂暴露对蜜蜂蜂群的影响可能是显著的, 但在野外使用标准目视评估方法难以发现。在这里, 我们描述的方法, 以衡量的数量, 成年蜜蜂, 育雏和食物资源, 通过权衡蜂巢和蜂房的部分, 通过拍摄帧, 并安装在规模和内部传感器的蜂箱。这些周期性评估的数据, 然后结合运行平均和每日趋势数据的蜂房重量和内部蜂房温度。所得到的数据集已被用于检测吡虫啉在糖浆中的菌落级效应, 其含量低至每亿5份。这些方法是客观的, 需要很少的训练, 并以传感器输出和照片的形式提供永久记录。
最近人们对蜜蜂接触低浓度的农用化学品, 特别是杀虫剂的问题提出了关注。蜂在领域可能通过直接应用暴露在觅食在领域或甚而殖民地自己, 通过接触处理的表面, 由种子处理的尘土和由植物产品的消耗量例如花粉、花蜜和渗出物1,2,3,4,5. 急性毒性显然对蜜蜂有害, 但许多杀虫剂 (如吡虫啉等烟碱) 的试验昆虫 (LC50) 中的浓度导致50% 的死亡率远远高于蜜蜂面包中所观察到的。和蜡6 , 高于被视为 “字段实际” 范围7的内容。然而, 最近的工作表明, 致死接触农药对菌落级别8的影响很大, 即使浓度低至每亿 (ppb)9的5份。
蜜蜂的蜂群被称为 “超级”, 因为许多与单个动物相关的功能, 包括食物采购、繁殖 (蜂蜜蜂群通过菌落裂变进行的行为) 和温度控制, 都是由成人工蜂组10,11,12,13,14。蜜蜂群落, 被认为是有机体, 提供一个独特的研究机会, 因为支持殖民地的结构可以拆卸, 检查, 并重新组装, 如果做仔细, 很少, 或没有副作用。养蜂人和研究人员利用这一点, 通过拆卸蜂箱来检查它们的存在和状态, 包括蜂王、害虫和病原体、食物储藏的充足性、育雏数量和其他因素15。蜂群有另一个重要的特性, 那就是, 与大多数 homeotherms 不同的是, 它们通常是静止的, 通过部署觅食蜂来获取资源, 这些蜜蜂可以在距离10公里的16处收集食物。因此, 蜂巢可以无限期地维持在电子秤上, 由此产生的连续重量数据已被证明可以提供蜂蜜储存、觅食活动、觅食成功、蜂拥、糖浆消耗、致死和致死的信息。农药的影响, 害虫侵扰和抢劫9,17,18,19,20。由于菌落的所有部分, 包括巢, 可以被访问, 温度, 湿度, CO2, 声音和其他因素的传感器可以安装在蜂房内, 并用于获取连续的数据, 通知了殖民地的健康和状态21。
估计成年蜜蜂和育雏人口的大小是有用的, 如果不是关键的解释许多类型的连续数据。视觉评估在野外研究中的应用非常迅速, 并且在22中有很多缺点。目视检查通常在白天进行, 因此不考虑觅食蜂, 它可以构成人口的很大一部分23。目视检查估计数的精确度和准确性也取决于检查员的培训和经验。客观性是另一个考虑因素, 特别是如果蜂房检查员知道哪些蜂箱在哪些治疗组;关于这种措施错误的分配的假设可能难以自圆其说。
蜂群的体重增加率, 觅食人口的大小, 和蜂房内的温度, 提供几个例子, 将被期望是数量上不同的大和小的殖民地, 所以测量和控制的群体大小往往大大在随机实验中促进了治疗效果的检测。为了研究目的, 制定了一项关于成年蜂的精确和客观的测量方法, 其原则是在不活动期间 (如夜间) 的总蜂房重量与所有蜂房部件的重量之和 (包括木器、蜡、蜂蜜和育雏) 是成年蜂总质量的重量。通过用帧照片称量帧和测量育雏质量, 在控制空框和蜡的重量之后, 可以通过从框架重量中减去巢体质量来估计食物资源。这些方法旨在提高现场目视评估所期望的精确度。
正如农作物科学家需要精确准确的数据来评估不同处理方法对植物生长和产量的影响, 蜜蜂研究人员需要精确准确的数据来评估蜂群的生长和活动。这些类型的数据是特别重要的, 当治疗效果可能是微妙的和长期的, 如可能预计当蜜蜂接触到低浓度的农药。
连续的蜂巢重量数据包含了许多关于正在研究的殖民地的生长和活动的信息, 以及这些殖民地对外来干扰的反应, 例如从抢夺蜜蜂和加入糖糖浆到饲养者9。然而, 对连续的重量和温度数据的正确解释需要定期了解菌落的大小。当成年蜂人口的大小可以估计从每日振幅趋势小时数据在花蜜流程期间, 由于增加的觅食交通, 在花蜜流动外面关系不举行井20。同样, 由于觅食的成功、食物消耗和蜜蜂数量的增加和减少 (例如蜜蜂死亡), 蜂群重量的变化部分是菌落大小的函数。较小的殖民地可能是健康的, 但显示较低的增长率和较少觅食的质量, 例如, 仅仅由于一个较小的觅食人口。
确定蜂房内温度传感器的一致和信息固定位置对于产生可重现的结果至关重要, 特别是在越冬时。 以前的研究表明, 在巢 (下) 框中的中央框架的顶轨温度监测与周围环境 (外部) 温度的关系与蜂巢中的其他几个位置相比较少, 并且受蜂群本身的影响更小20. 在冬季, 蜂群蜂簇和周围环境之间的温差预计会很高, 因此蜂巢内不同位置之间的差异同样会比在温暖月份中更大。此外, 蜜蜂群集将移动到蜂巢中的不同位置以利用食物资源25,26。这里所描述的冬季研究表明, 水平位置的温度, 从顶部到顶端的外框, 在中间框架上的垂直差异是明显不同的。横向空气运动横跨框架是相对限制的, 而垂直运动沿一个框架是不, 因此, 垂直混合将是预期的更大。这些结果证实, 在中间框架的顶端轨上的传感器位置可能是关于温度影响从殖民地的信息。
这里描述的蜂巢评估解决了其中的一些问题。通过将蜂房部分的总和减去在不活动期间 (如夜间) 测量的总蜂房重量, 对成年蜂质量的估计与觅食蜂的数量无关, 因而对评估时间不敏感。记录数据从一个规模允许很少空间的主观性, 和帧照片提供一个永久性的记录, 所以对育雏或食物表面积的分析可以重新考虑, 如果有必要, 从而减少对培训的人进行分析的依赖。
此处描述的方法并非没有错误来源。蜂巢的部件需要尽可能的不受蜜蜂的影响, 任何重要的梳状物或其它被去除的物质都应该在丢弃之前权衡。木质成分的含水量会随着时间的推移而改变, 而空蜂巢可以在环境相对湿度24的每日变化中表现出可测量的每日重量波动。包含蜂群的蜂巢可能不会有太大的变化, 因为蜜蜂倾向于在蜂房27内保持相对恒定的湿度, 这将减弱环境影响。这些方法也依赖于快速的工作。一旦蜂巢被拆开, 温度和气体条件就会急剧变化, 凉爽的温度会影响育雏的健康14。 拆掉一个没有屏幕的蜂巢来防止蜜蜂从邻近的殖民地里出来, 可以促进抢劫, 特别是在花蜜稀少的时候。
这些规程的修改偶尔地是必要的。虽然研究人员有兴趣收集尽可能多的数据, 但在某些情况下, 如必须检查许多蜂箱, 当抢劫压力很高, 或者天气条件不理想时, 工人必须迅速行动, 放弃一些数据。如果粮食储备的数据不重要, 只含有蜂蜜和/或花粉的框架, 或只有蜡或粉底的框架, 则应称重但不能拍照。一些研究人员也对上限幼虫和卵的水平感兴趣, 它们经常在框架照片中被发现;然而, 为了避免抽样偏差, 研究者必须有信心在所有的照片中都能发现它们。经常仅盖帽的巢可以可靠地和一致地被辨认在拍摄的相片在领域情况下。关于治疗的应用, 一些蜂箱, 特别是那些喂食吡虫啉的高剂量的蜂巢, 可能会变得昏昏欲睡, 导致他们的糖浆消耗减少, 以及它们保护蜂巢的能力。如果一个蚁群在5-7 维后不能饮用糖浆, 那么糖浆应该被除去, 称量, 丢弃 (以避免因发酵而产生的污染), 而菌落则提供新鲜的糖浆。通过称量丢弃的糖浆, 研究人员将记录每个菌落消耗了多少, 从而可以计算总用量。最后, 在糖糖浆的应用是最有效的, 当有很少或没有替代花蜜来源。替代花蜜来源将稀释治疗到一个未知的程度。正如《议定书》一节所指出的, 研究人员应牢记, 吡虫啉等杀虫剂与降低活性水平有关, 包括蜂房保护, 这取决于浓度。减少的蜂群防御也可能导致更多的抢劫和可能的治疗混杂。
研究结果表明, 对蜂群的持续监测和内部温度是敏感的群体水平的行为, 即使在行为变化引起的非常低 (5 ppb) 浓度的神经毒性农药。将这些方法进一步应用到其他毒素和杀虫剂与其他行动模式, 如昆虫生长调节剂, 将增加我们的理解的影响, 田间实际剂量的蜜蜂蜂群。
The authors have nothing to disclose.
作者热烈感谢安德森, j. Adamczyk, e. 伦, 我 Carstensen, Giansiracusa b. 莫特, 霍尔斯特和 ar. 史迪威, 讨论设计和执行以及在实地的帮助。
Langstroth hive equipment (box) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | KD-700 |
Langstroth hive equipment (frame) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-900 |
Langstroth hive equipment (lid and cover) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-302 |
Langstroth hive equipment (base) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-316 |
Langstroth hive equipment (internal feeder) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | FD-505 |
Cordovan Italian queens and bee packages | C.F. Koehnen & Sons, Glenn, CA | |
Scale, bench (100 kg max. capacity): model B-2418 | TEKFA, Copenhagen, Denmark | discontinued |
Scale, bench (100 kg max. capacity): Diamond Series | Avery Weigh-Tronix , Fairmont, MN | 1824-200 |
Imidacloprid, analytical-grade CAS # 138261-41-3 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO 63103 | 37894 |
Electronic scale, precision (precision = 0.1 mg): Adventurer Pro 260 | Ohaus, Parsippany, NJ | AV264C |
Electronic scale, portable (15 kg max. cap.): Ranger Count 3000 | Ohaus, Parsippany, NJ | RC31P15 |
Thermocouple probe: TMC6-HD | Onset Computer Corp., Bourne, MA | TMC6-HD |
Datalogger, 12-bit: Hobo U-12 | Onset Computer Corp., Bourne, MA | U12-012 |
Temperature and r.h. datalogger: iButton Hygrochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1923 |
Temperature datalogger: iButton Thermochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1922L |
Nalgene plastic bottle | Thermo Scientific, Rochester, NY | 2104-0032 |
Tissue embedding cassette | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | B1000731WH |
Digital camera: Pentax K-01 | Ricoh Imaging Co., Ltd. | 15241 |
ImageJ version 1.47 software | W. Rasband, National Institutes of Health, USA | |
Centrifuge tubes, 50 ml | Fisher Scientific, Asheville, NC | 14-959-49A |