تم تطوير هذا البروتوكول لتعزيز فهم كيفية تأثير المواد الكيميائية الزراعية على نحل العسل(Apis mellifera)الاستنساخ من خلال إنشاء طرق لتعريف ملكات نحل العسل والقائمين على رعايتهم العاملين بالمواد الكيميائية الزراعية في بيئة مختبرية خاضعة للرقابة ومراقبة استجاباتهم ذات الصلة بعناية.
تعتمد استراتيجيات تقييم المخاطر الحالية لنحل العسل بشكل كبير على الاختبارات المخبرية التي أجريت على النحل العامل البالغ أو غير الناضج ، ولكن هذه الأساليب قد لا تلتقط بدقة آثار التعرض الكيميائي الزراعي على ملكات نحل العسل. باعتبارها المنتج الوحيد للبويضات المخصبة داخل مستعمرة نحل العسل ، يمكن القول إن الملكة هي أهم عضو واحد في وحدة مستعمرة تعمل. ولذلك، ينبغي اعتبار فهم كيفية تأثير المواد الكيميائية الزراعية على صحة الملكة وإنتاجيتها جانبا حاسما من جوانب تقييم مخاطر مبيدات الآفات. هنا ، يتم تقديم طريقة مكيفة لفضح ملكات نحل العسل والحاضرات الملكة العاملات إلى الضغوطات الكيميائية الزراعية التي تدار من خلال نظام غذائي للعمال ، تليها تتبع إنتاج البيض في المختبر وتقييم أول انهيار نجمي باستخدام قفص متخصص ، يشار إليه باسم قفص مراقبة الملكة. ولتوضيح الاستخدام المقصود للطريقة، تم رصد نتائج تجربة تم فيها تغذية مرافقات الملكة العاملات بنظام غذائي يحتوي على جرعات دون مميتة من إيميداكلوبريد وتم رصد الآثار على الملكات.
وبسبب الطلب العالمي المتزايد على المنتجات الزراعية، تتطلب الممارسات الزراعية الحديثة في كثير من الأحيان استخدام المواد الكيميائية الزراعية لمكافحة العديد من الآفات المعروفة بخفض أو إلحاق الضرر بمحاصيلالمحصول 1. وفي الوقت نفسه، يعتمد مزارعو العديد من محاصيل الفواكه والخضروات والجوز على خدمات التلقيح التي تقدمها مستعمرات نحل العسل التجارية لضمان وفرة غلة المحاصيل2. قد تؤدي هذه الممارسات إلى تعرض الملقحات ، بما في ذلك نحل العسل(Apis mellifera)، لمستويات ضارة من بقايا المبيداتالحشرية 3. في الوقت نفسه ، فإن الوجود الواسع الانتشار لتفشي عث Varroa المدمر الطفيلي في مستعمرات نحل العسل يتطلب في كثير من الأحيان مربي النحل لعلاج خلايا النحل بمبيدات الميتيسيدس ، والتي قد تمارس أيضا آثارا سلبية على صحة وطول عمر المستعمرة4و5و6. للحد من الآثار الضارة للمنتجات الكيميائية الزراعية والتخفيف من حدتها ، من الضروري تقييم سلامتها بشكل كامل لنحل العسل قبل تنفيذها حتى يمكن تقديم توصيات لاستخدامها لحماية الحشرات المفيدة.
وتعتمد وكالة حماية البيئة حاليا على استراتيجية تقييم المخاطر المتدرجة للتعرض لمبيدات النحل العسلية، والتي تنطوي على اختبارات مخبرية على النحل البالغ وأحيانا يرقات نحل العسل7. وإذا فشلت الاختبارات المختبرية من المستوى الأدنى في التخفيف من المخاوف من السمية، فقد يوصى بإجراء اختبارات ميدانية وشبه ميدانية من المستوى الأعلى. في حين أن هذه الاختبارات المخبرية توفر نظرة قيمة على الآثار المحتملة للكيماويات الزراعية على طول عمر العامل ، إلا أنها ليست بالضرورة تنبؤية بآثارها على الملكات ، والتي تختلف بشكل كبير عن العمال بيولوجيا8 و9سلوكيا. وعلاوة على ذلك ، هناك العديد من الآثار المحتملة للكيماويات الزراعية على الحشرات بعد الوفيات ، والتي يمكن أن يكون لها عواقب كبيرة على الحشرات الاجتماعية التي تعتمد على السلوكيات المنسقة لتعمل كوحدة مستعمرة10،11.
على الرغم من أن معدل الوفيات هو التأثير الأكثر شيوعا من المبيدات الكيميائية الزراعية12، يمكن أن يكون لهذه المنتجات مجموعة واسعة من الآثار على كل من المفصليات المستهدفة وغير المستهدفة بما في ذلك السلوك المعدل13،14،15،16، الصد أو الانجذاب17،18،19، التغيرات في أنماط التغذية20،21،22 ، وزيد أو انخفض البراز20،21،22،23،24،25. بالنسبة للحشرات الاجتماعية ، يمكن لهذه الآثار أن تعطل بشكل منهجي تفاعلات المستعمرة ووظائفها11. ومن بين هذه الوظائف، قد يكون التكاثر، الذي يعتمد بشكل كبير على ملكة واحدة تضع البيض تدعمه بقية وحدة المستعمرة9،عرضة بشكل خاص للاضطرابات بسبب التعرض لمبيدات الآفات.
وقد أظهرت الدراسات التي أجريت على الملكات غير ناضجة أن التعرض التنموي لمبيدات الميتيسيدات يمكن أن تؤثر على سلوك الملكة الكبار، وعلم وظائف الأعضاء، والبقاء على قيد الحياة26،27. وبالمثل، أظهرت الدراسات باستخدام مستعمرات كاملة أو مخفضة الحجم أن المواد الكيميائية الزراعية يمكن أن تؤثر على ملكات نحل العسل الكبار عن طريق تقليل نجاح التزاوج28، وتقليل oviposition29، وتقليل صلاحية البيضالمنتجة 25،30،31. وقد كان من الصعب في السابق ملاحظة هذه الظواهر دون استخدام مستعمرات كاملة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى عدم وجود أساليب مختبرية متاحة. ومع ذلك ، تم مؤخرا طريقة لدراسة الملكة oviposition تحت ظروف مختبرية تخضع لرقابة مشددة باستخدام أقفاص مراقبة الملكة (QMC)32 تكييفها لدراسة آثار المواد الكيميائية الزراعية على البراز الملكة33. هنا، يتم وصف هذه التقنيات بالتفصيل جنبا إلى جنب مع أساليب إضافية لقياس وتتبع استهلاك النظام الغذائي للعمال في QMCs.
هذه الأساليب هي أكثر فائدة من التجارب التي تتطلب مستعمرات كاملة الحجم لأنها تسمح لإدارة جرعات دقيقة من المواد الكيميائية الزراعية لعدد أقل بكثير من العمال بالنسبة لعشرات الآلاف الموجودة عادة داخل مستعمرة34، والتي ثم توفير الملكة. تعكس تقنية التعرض هذه التعرض غير المباشر الذي ستختبره الملكات في سيناريوهات العالم الحقيقي لأن الملكات داخل المستعمرة لا يطعمن أنفسهن ويعتمدن على العمال لتوفير النظام الغذائي9لهم. وبالمثل، الملكات لا تترك عادة الخلية إلا أثناء استنساخ مستعمرة (يحتشدون) لرحلات التزاوج35. يمكن شراء ملكات نحل العسل المتزاوج من مربي الملكة التجارية وشحنها بين عشية وضحاها. عادة، مربي الملكة بيع الملكات مباشرة بعد التأكد من أنها بدأت في وضع البيض، والذي يؤخذ كمؤشر على التزاوج الناجح. إذا كانت هناك حاجة إلى معلومات أكثر دقة عن عمر الملكة أو الصلة، قد يتشاور الباحثون مع مربي الملكة قبل وضع أمر.
تسمح مراكز إدارة الجودة بالمراقبة الدقيقة والتحديد الكمي لملكة نحل العسل ومعدلات فقس البيض32،33، مما ينتج عنه بيانات قيمة تتعلق بآثار التعرض الكيميائي الزراعي على براز الملكة. تصف النتائج التمثيلية المعروضة هنا تجربة تحدد كميا الثبات واستهلاك النظام الغذائي وقابلية الجنين للحياة في مراكز إدارة الجودة تحت التعرض المزمن للتركيزات الميدانية ذات الصلة بمبيد الآفات النيونيكوتينويد النينيكوتيني الجهازي imidacloprid36. وبمجرد تطبيقها، imidacloprid translocates لزرع الأنسجة37،وقد تم الكشف عن بقايا حبوب اللقاح والرحيق من العديد من النباتات الملقحات النحل38،39،40. التعرض لimidacloprid يمكن أن يكون لها مجموعة واسعة من الآثار الضارة على نحل العسل بما في ذلك ضعف أداء الأعلاف16, ضعف وظيفة المناعة41, وانخفاض معدلات التوسع مستعمرة والبقاء على قيد الحياة42,43. هنا، تم اختيار إيميداكلوبريد للاستخدام كمادة اختبار لأن التجارب الميدانية أظهرت أنه يمكن أن تؤثر على ملكة نحل العسل oviposition29
يمكن أن تتأثر برازية الحشرات الانفرادية الأنثوية وكذلك الملكات في مستعمرات الحشرات eusocial بالضغوط اللاأحيائية مثل المواد الكيميائية الزراعية25و28و29و30و33. في نحل العسل ، قد تكون آثار المواد الكيميائية ?…
The authors have nothing to disclose.
شكرا للدكتورة إيمي كاش أحمد، وناثانايل ج. بيتش، وأليسون ل. سانكي على مساعدتهم في تنفيذ هذا العمل. ذكر الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية في هذا المنشور هو فقط لغرض تقديم معلومات محددة ولا يعني توصية أو تأييد من قبل وزارة الزراعة الأمريكية. وزارة الزراعة هي مزود تكافؤ الفرص وصاحب العمل. تم دعم هذا البحث بمنحة من وكالة مشاريع البحوث المتقدمة الدفاعية # HR0011-16-2-0019 لجين روبنسون وهويمين تشاو ، ومشروع وزارة الزراعة الأمريكية 2030-21000-001-00-D ، وتجربة أبحاث اللدونة فينوتيبيك لطلاب كلية المجتمع في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين.
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 |