Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

تقييم المخاطر الكيميائية الزراعية لملكات نحل العسل المتزاوج

Published: March 3, 2021 doi: 10.3791/62316
Automatic Translation
1, 2, 2, 2,3,4
1Invasive Species and Pollinator Health Research Unit, USDA-ARS, 2Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, 3Neuroscience Program, University of Illinois at Urbana-Champaign, 4Department of Entomology, University of Illinois at Urbana-Champaign

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تجميع مركز قطر الطبي

  1. تجميع QMCs من أجزاء(الشكل 1A)مع لوحة واحدة زرع البيض (ELP) إدراجها كما هو مبين في الشكل 1B. لا تقم بإضافة أنابيب التغذية إلا بعد إضافة العمال إلى القفص. تغطية مؤقتا 4 ثقوب التغذية مع الشريط الصف المختبري.
  2. أدخل استبعاد الملكة وباب غرفة التغذية فوق غرفة التغذية لمنع الملكة من دخول غرفة التغذية والاتصال بالنظام الغذائي المعالج. انظر Fine et al.32 لمزيد من تفاصيل التجميع.
  3. جمع إطارات مشط الشمع التي تحتوي على الحضنة العامل توج من مستعمرات نحل العسل 24 ساعة قبل انهيار الكبار ووضعها في حاضنة (34.5 درجة مئوية) داخل مربع الحضنة. 24 ساعة في وقت لاحق، فرشاة النحل eclosed قبالة الإطارات وإلى حاوية مفتوحة التي اصطف مع الطلاء حاجز الحشرات (على سبيل المثال، فلوون) لمنع النحل من الزحف.
  4. إضافة ما لا يقل عن 50 النحل حسب الوزن (5 غرام ≈ 50 النحل44،45) إلى غرفة وضع البيض من كل QMC. لضمان تمثيل مجموعة وراثية متنوعة من العمال في التجربة، والحصول على عدد متساو تقريبا من النحل العامل من ثلاث مستعمرات على الأقل ومزجها قبل إضافتها إلى مراكز إدارة الجودة.
    ملاحظة: النحل العامل eclosed حديثا أقل من 1 يوم من العمر لا يمكن أن تطير أو لدغة بسبب عضلات الطيران المتخلفة وجلجل سالمين. إذا تمت إضافتها في هذا العمر ، فلا حاجة لتخديرها قبل التعامل معها. يمكن وزنها عن طريق يغرف النحل بلطف من الحاوية باستخدام كوب صغير قياس حجم 1/4 كوب ووضعها في حاوية ثانية (اصطف مع الطلاء حاجز الحشرات على سبيل المثال، فلوون) التي تم تلطيخها على مقياس. يجب أن تكون مساحة الإطارات التي يغطيها الحضنة المتوجة متساوية تقريبا لضمان تمثيل مستعمرات المصدر على قدم المساواة في مجموعات العاملين في مركز قطر الطبي. يمكن تحقيق تجانس النحل العامل عن طريق تنظيف النحل الممنوع حديثا من الإطارات المأخوذة من جميع المستعمرات في نفس الحاوية والسماح لها بالخلط لمدة 5 دقائق قبل إضافتها إلى مراكز إدارة الجودة.
  5. أضف مغذيات تحتوي على محلول السكروز والماء ومكملات حبوب اللقاح (انظر القسم 2).
  6. تعريض الملكات المتزاوجات الفردية لغاز CO2 لتحفيز وضع البيض46 وتسهيل نقله إلى QMC.
    1. استخدام الملكات المشتراة من مربي تجاري في غضون 48 ساعة من الاستلام. بينما الملكة لا تزال داخل قفص الشحن، وضعه في كيس بلاستيكي واضح. ضع أحد طرفي أنبوب بلاستيكي متصل بعلبة غاز CO2 داخل الكيس وافتح صمام الكانيستر برفق للسماح لغاز CO2 بالتدفق.
    2. عندما يتم نفخ الحقيبة بالغاز، أغلق صمام العلبة في وقت واحد واغلق الحقيبة لاعتراض الغاز في الداخل. أبقي الحقيبة مغلقة لمدة 30 عاما أو حتى تتوقف الملكة عن الحركة إزالة الملكة وفتح قفص الشحن مرة واحدة لوحظ أنها فاقدة الوعي.
  7. فتح الباب جزئيا إلى غرفة وضع البيض، ووضع بلطف الملكة فاقد الوعي داخل وإغلاق الغطاء، مع الحرص على عدم سحق الملكة أو العمال في الداخل. إضافة البيضة الثانية وضع لوحة لكل QMC كما هو مبين في الشكل 1C. ضع قطعة من الشريط المختبري عبر الجزء العلوي من ELPs اثنين لمنعهم من الانفصال عن إطار QMC ومنع العمال من الخروج من القفص.
  8. ضع الأقفاص في حاضنة مظلمة مع ظروف بيئية مستقرة تبلغ 34 ± 0.5 درجة مئوية و 60٪ ± رطوبة نسبية بنسبة 10٪، مثل الظروف داخل المستعمرة العادية.

Figure 1
الشكل 1. ج: تفكيك QMC. ب: تم تجميعها جزئيا QMC مع إدراج 1 ELP. جيم: مجمعة بالكامل QMC مع 2 ELPs. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إعداد وإدارة الوجبات الغذائية التي تغلب عليها المواد الكيميائية الزراعية

  1. لإعداد 1000 غرام من محلول السكروز 50٪ (غرام / غرام)، ضع شريط اثارة في الجزء السفلي من زجاجة كاشف الزجاج 1 لتر نظيفة. أضف 500 غرام سكروز و 500 مل من الماء المتأين. فك غطاء الزجاجة واستخدام لوحة اثارة ساخنة تعيين إلى حرارة منخفضة لخلط الحل حتى يذوب كل السكروز. السماح للمحلول لتبرد لدرجة حرارة الغرفة قبل إضافة حلول المخزون الكيميائي الزراعي.
  2. إعداد حلول المخزون من المواد الكيميائية الزراعية في المذيبات المناسبة، مثل الأسيتون، بتركيز يمكن إضافته إلى النظام الغذائي لتحقيق التركيز النهائي المطلوب من الكيماويات الزراعية ذات الأهمية.
    ملاحظة: عند استخدام الأسيتون كمذيب مركبة، تنص المبادئ التوجيهية لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي على أن التركيز النهائي للأسيتون في النظام الغذائي يجب أن يكون ≤ 5٪ لاختبارات السمية الفموية المزمنة على نحل العسل البالغ47. ومع ذلك، يمكن لبعض المذيبات مثل n-methyl-2-pyrrolidone5و 31 و dimethyl sulfoxide25 ممارسة تأثيرات سامة تحت هذا التركيز، لذلك ينصح بالحفاظ على تركيزات المذيبات منخفضة قدر الإمكان في نظام العلاج الغذائي. اعتمادا على حجم ونوع المذيبات المستخدمة، قد يكون من الضروري أن تشمل كل من مجموعة التحكم المذيبات ومجموعة مراقبة سلبية لضمان أن يتم الكشف عن الآثار المحتملة بسبب سمية المذيبات. عند استخدام المنتجات المصاغة، يجب تعديل كمية المنتج المستخدم استنادا إلى التركيز الموجود في التركيبة. اعتمادا على استقرار الكيميائية الزراعية من الفائدة في المذيبات، يمكن الاحتفاظ حلول المخزون لمدة تصل إلى 2 أسابيع في -20 درجة مئوية.
  3. حدد جرعات تحت مميتة على أساس نتائج اختبار منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي رقم 245: نحل العسل(Apis mellifera L.)، اختبار السمية الفموية المزمنة (التغذية لمدة 10 أيام)47، وتحديد الأدبيات ذات الصلة عن طريق الاستعلام عن قاعدة المعرفة Ecotox48.
  4. إدارة العلاجات الكيميائية الزراعية في محلول السكروز، ملحق حبوب اللقاح التجارية (إذا كانت متاحة كمسحوق)، أو كليهما. إعداد النظام الغذائي التجريبي للاستخدام في نفس اليوم عن طريق إضافة كمية مناسبة من محلول المخزون إلى المبردة / غرفة درجة حرارة 50٪ محلول السكروز (ث / ث). تخلط جيدا عن طريق الدوامة أو مع شريط اثارة تعيين إلى سرعة متوسطة. لمكملات حبوب اللقاح, إضافة محلول السكروز الكيماويات الزراعية التي تغلب عليها إلى الملحق مسحوق بدلا من شراب وفقا لبروتوكولات الشركة المصنعة, التأكد من ضبط حجم محلول المخزون المستخدمة وفقا للوزن النهائي للنظام الغذائي حبوب اللقاح. راجع الجدول 1 على سبيل المثال الحسابات.
  5. قم بإعداد أنابيب التغذية من أنابيب الطرد المركزي الدقيق سعة 2 مل.
    1. لمغذيات النظام الغذائي السائل، تسخين غيض من إبرة قياس 20 على لوحة ساخنة / موقد وثقب الجزء السفلي من الأنبوب مرتين. أغلق غطاء الأنبوب وماصة حوالي 1.5 مل من محلول السكروز أو الماء من خلال أحد ثقوب الثقب. قم بتعيين الأنبوب لأسفل مع الجانب المثقوب حتى يتم إضافته إلى QMC.
    2. لمغذيات الملحق حبوب اللقاح، استخدم شفرة حلاقة لشريحة قبالة الجزء السفلي من الأنبوب. أغلق الغطاء وادفع كرة 1-2 غرام من مكمل حبوب اللقاح إلى الأنبوب حتى يلمس الغطاء.
  6. سجل أوزان التغذية قبل وضعها في مراكز إدارة الجودة. لا تبقي النظام الغذائي غير المستخدم عند 4 درجة مئوية لأكثر من 48 ساعة.
التركيز المطلوب تركيز السيارة المذيبات المطلوب الحجم النهائي المطلوب / كتلة محلول السكروز Voume من الأسهم الحل إيميداكلوبريد في حل الأسهم وصفة حل المخزون المقترحة
محلول السكروز 10 جزء في البليون (ث/ث) 0.05٪ (v/v) 81.45 مل/100 جم* 40.7 ميكرولتر 0.001 ملغ/40.7 ميكرولتر 0.02 ملغ/814 ميكرولتر
ملحق حبوب اللقاح 10 جزء في البليون (ث/ث) 10 جم** 4.07 ميكرولتر 0.0001 ملغ/4.07 ميكرولتر 0.02 ملغ/814 ميكرولتر
محلول السكروز 50 جزء في البليون (ث/ث) 0.05٪ (v/v) 78.5 مل/100 جم* 40.7 ميكرولتر 0.005 ملغم/40.7 ميكرولتر 0.1 ملغ/814 ميكرولتر
ملحق حبوب اللقاح 50 جزء في البليون (ث/ث) 10 جم** 4.07 ميكرولتر 0.0005 ملغ/4.07 ميكرولتر 0.1 ملغ/814 ميكرولتر

الجدول 1: وصفات المثال لحل السكروز المعالج، ومكمل حبوب اللقاح، وحل المخزون. *الحجم على أساس كثافة محلول السكروز (1.228 غرام/مل) بنسبة 50٪ (ث/ث). **تختلف كثافة مكمل حبوب اللقاح اعتمادا على المنتج المستخدم، ولكن إذا تم استخدام هذا الحجم المذيب، فإن تركيز المذيبات النهائي في ملحق حبوب اللقاح سيكون ضمن النطاق المطلوب من ≤ 5٪ من حيث الحجم.

3. الرصد - معدل إنتاج البيض

  1. قياس وضع البيض 1 إلى 2 مرات يوميا في الصباح و / أو المساء. ابدأ بإزالة QMCs من الحاضنة للتحقق من وجود البيض.
    ملاحظة: في تجربة ناجحة، سيبدأ إنتاج البيض في معظم مراكز إدارة الجودة في غضون 3 أيام من تجميع القفص الأولي. فقط تأخذ العديد من مراكز إدارة الجودة من الحاضنة في وقت واحد التي يمكن فحصها وإطعامها في غضون 10 دقائق. قد تؤدي الفترات الأطول خارج الحاضنة إلى تعطيل إنتاج البيض.
  2. فحص ظهور ELPs واضحة للبيض. إذا كان البيض موجودا، قم بإزالة لوحة الباب أمام لوحة الاهتمام. قم بإزالة الشريط من جميع أنحاء ELPs وانزلاق لوحة الباب بعناية بين ELP والنويس داخل QMC ، مع الحرص على عدم سحق أي النحل الذي قد يكون تنظيف الخلايا في ELPs.
  3. مع لوحة الباب في مكان، وإزالة ELP، والعد وتسجيل عدد من البيض داخل خلايا ELP. إزالة البيض عن طريق النقر على حافة ELP، فتح جانب الخلية إلى أسفل، على سطح صلب (مثل شفة وعاء النفايات). بمجرد سقوط البيض، استبدل ELP الفارغ في QMC. قم بإزالة لوحة الباب واستبدالها بلطف خلف ELP على السطح الخارجي ل QMC. كرر حسب الضرورة مع ELP الثاني واستبدال الشريط عبر QMC عند الانتهاء.
    ملاحظة: ينخفض إنتاج البيض بشكل عام ويزداد معدل الوفيات في مراكز إدارة الجودة بعد أسبوعين32و33، لذلك يوصى بإبرام التجارب بعد 14 يوما.

4. الرصد - استهلاك الغذاء

  1. استبدل جميع المواد الغذائية المتبقية في مغذيات QMC بنظام غذائي طازج كل يومين. إعداد أنابيب التغذية الجديدة (بما في ذلك المياه) ووزنها قبل إزالة QMCs من الحاضنة للرصد. مبادلة جميع الأنابيب القديمة مع أنابيب جديدة وتزن الأنابيب القديمة قبل التخلص من النظام الغذائي غير المعاد تشكيلها. قارن الوزن النهائي للأنبوب المغذي والنظام الغذائي غير المستهلك بوزن نفس الأنبوب المغذي قبل وضعه في QMC لتقدير استهلاك النظام الغذائي.
  2. بين الأيام التي يتم فيها جدولة استبدال مغذيات، تحقق من استهلاك النظام الغذائي مرة واحدة في اليوم (في نفس الوقت الذي يتم فيه مراقبة مراكز إدارة الجودة لإنتاج البيض) لضمان عدم خلو مغذيات البيض أبدا. إذا كان أنبوب التغذية فارغا أو شبه فارغ، قم بإزالتها، أعد تعبئتها، وسجل وزن الأنبوب قبل وبعده وأضف الفرق إلى إجمالي استهلاك النظام الغذائي لمدة يومين ل QMC.

5. الرصد - صلاحية الجنين

  1. عند نقطة محددة خلال تجربة QMC، قم بإزالة ELPs التي تحتوي على بيض طازج من QMC وفقا للخطوة 3،ولكن لا تطرد البيض من ELP.
  2. قم بتغطية ELP بغطاء ميكروبليت عالمي وضعه داخل مجفف بمحلول K2SO4 المشبع (150 جم K2SO4 في 1 لتر من الماء، يتم الاحتفاظ به في طبق ضحل).
    ملاحظة: يجب أن يكون بعض الملح مرئيا في الجزء السفلي من الطبق بعد أن يصل الخليط إلى درجة الحرارة في الحاضنة.
  3. الحفاظ على desiccator في حاضنة تعيين إلى 34.5 درجة مئوية، مما أدى إلى رطوبة نسبية من 95٪ داخل المجفف، على غرار الظروف المستخدمة من قبل كولينز49.
    ملاحظة: تقريبا جميع البيض سوف يفقس في غضون 72 ± 6 ساعات من عندما وضعت49،وبالتالي يمكن تقييم معدلات الفقس في وقت مبكر من 78 ساعة بعد إزالة ELPs من QMC. تشير يرقة الشكل "C" في الجزء السفلي من الخلية إلى حدث فقس ناجح. بعض الاختلاف في هذا التوقيت ممكن إذا كان البيض ، على سبيل المثال ، طائرات بدون طيار وليسعمالا 50.

6. أخذ عينات العمال

  1. إذا كانت مراكز إدارة الجودة قد تم ملؤها بعمال زائدين ، فاختبر النحل العامل في نقطة زمنية محددة أثناء التجربة لتقييم التغيرات الناجمة عن العلاج في فسيولوجيا. تنفيذ المجموعات بالتزامن مع أنشطة التغذية اليومية وعد البيض لتقليل الوقت الذي تكون فيه مراكز إدارة الجودة خارج الحاضنة.
  2. قبل أخذ العينات، ضع لوحة باب بين ELP والداخلية من QMC، وإزالة ELP. ارفع لوحة الباب بعناية على بعد 0.5 سم تقريبا من قاعدة القفص وأزل نحلة عامل من داخل QMC باستخدام ملاقط وزن الريشة. لمنع النحل من الهرب، قم بتغطية أجزاء من فتحة 0.5 سم بإصبع قفاز أو قطعة من القطن حسب الضرورة.
  3. الحفاظ على النحلة التي تم جمعها لتحليل المتابعة وتكرار هذه العملية حتى يتم جمع العدد المطلوب من العينات. لتحليل التعبير الجيني، ينصح بشدة النحل تجميد المفاجئة في النيتروجين السائل والتخزين الفوري في -80 درجة مئوية51.

7. وفيات العمال

  1. تقييم وفيات العمال أثناء التجربة عن طريق حساب عدد النحل الميت في الجزء السفلي من غرفة التغذية وغرفة وضع البيض. قم بإجراء هذا التقييم بالتزامن مع وضع البيض اليومي كميا.
  2. باستخدام ملقط، وإزالة بعناية النحل الميت من خلال الثقوب المغذية، وتغطي الحفرة بإصبع قفاز أو قطعة من القطن في حين لا يتم إدراج ملقط.
  3. إزالة النحل الميت من البيض زرع الغرفة عن طريق رفع بعناية لوحة الباب حوالي 0.5 سم من قاعدة القفص وإدراج ملقط. لمنع النحل من الهرب، قم بتغطية أجزاء من فتحة 0.5 سم بإصبع قفاز أو قطعة من القطن حسب الضرورة.
  4. تقييم وفيات العمال في ختام التجربة عن طريق إزالة وعد جميع النحل الميت من مراكز إدارة الجودة باستخدام الأساليب الموصوفة سابقا قبل القتل الرحيم للنزال المتبقي.
    ملاحظة: في حالة عدم وجود النحل العامل، الملكات لن تنتج البيض وسوف يتضورون جوعا في غضون 24 ساعة. لذلك، إذا لوحظ أن جميع العاملين في مركز قطر الطبي قد لقوا حتفهم، يجب إزالة QMC من التجربة. وبالمثل، إذا ماتت ملكة أثناء التجربة، يجب إزالة مركز قطر الطبي، وينبغي فرض رقابة مناسبة على البيانات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم رصد إنتاج البيض في مراكز إدارة الجودة التي تم تجميعها وصيانتها على النحو المبين أعلاه مع ملاحظات يومية مرة واحدة لإنتاج البيض و 15 قفصا لكل مجموعة علاج. تم شراء الملكات المتزاوجات حديثا من مخزون Carniolan في المقام الأول وشحنها بين عشية وضحاها من مربي الملكة ، وتم الحصول على عمال نحل العسل من 3 مستعمرات تم الحفاظ عليها وفقا للطرق التجارية القياسية في مرفق أبحاث النحل في جامعة إلينوي أوربانا شامبين. هنا، 4 تم استخدام مجموعات العلاج الغذائي: 1) 50 جزء في البليون (ز / ز) imidacloprid في محلول السكروز ومكملات حبوب اللقاح (50 جزء في البليون - p+s), 2) 10 ppb imidacloprid في محلول السكروز و ملحق حبوب اللقاح (10 جزء في المليار - p +s)، 3) 10 جزء في المليار imidacloprid في ملحق حبوب اللقاح وحدها (10 جزء في المليار - ع)، و 4) مجموعة مراقبة تعطى نظام غذائي يحتوي على حجم مكافئ من الأسيتون ومجموعات العلاج (CTRL).

تم تقييم التغيرات المرتبطة بالعلاج في تعداد البيض اليومي كما هو موضح في Fine et al.32 مع تعديلات طفيفة. لفترة وجيزة، تم تنفيذ GEE سجل بواسون الخطية مع بنية مصفوفة الارتباط التلقائي التراجعي (AR-1) لتقييم التغيرات ذات الصلة بالعلاج في إنتاج البيض مع مرور الوقت. هنا ، تم التعامل مع الوقت (اليوم) كمتغير مستمر وكان العلاج قاطعا. واستخدمت اختبارات Wald chi-square اللاحقة للاختبارات المخصصة لتحديد الأهمية. لأنه لم يتم ملاحظة وضع البيض في اليوم الأول من التجربة ، تم استبعاد هذا اليوم من التحليل ليتوافق مع افتراضات GEE. تظهر نتائج هذا التحليل في الجدول S1. وكان الإنتاج اليومي للبيض أقل بكثير في مراكز إدارة الجودة في مجموعة العلاج التي تبلغ 50 جزء في البليون (خي2= 43.99، ص<0.001؛ الشكل 2A).

تم تحليل الاختلافات في العدد الإجمالي للبيض المنتج في مراكز إدارة الجودة عن طريق العلاج باستخدام اختبار ANOVA و Tukey HSD اللاحق(الشكل 3). لهذا التحليل، تم استبعاد أي QMC إزالتها من التجربة قبل نهاية فترة الرصد لمدة 14 يوما بسبب وفاة الملكة أو العامل، مما أدى إلى N = 13 لكل من CTRL و 50 جزء في المليار - ف + ق المجموعات، N = 14 ل10 جزء في المليار - ع، و N = 15 ل10 جزء في المليار - ف + ق. ولوحظ تأثير تعتمد على الجرعة للعلاجات التي تدار في كل من السكروز وحبوب اللقاح، مع أكبر انخفاض في إنتاج البيض بالنسبة للسيطرة لوحظ في 50 جزء في المليار - ف + ق تليها 10 جزء في المليار - ف + ق. لم يلاحظ أي فرق في إجمالي البيض المنتج بين CTRL و 10 جزء في المليار - p (F3،52= 17.95، p<0.001، Tukey HSD).

تم تسجيل استهلاك مكملات حبوب اللقاح والماء كل 48 ساعة لمدة 10 أيام ، وتم تسجيل استهلاك محلول السكروز كل 48 ساعة لمدة 12 يوما. تم تقييم التغيرات في معدلات استهلاك النظام الغذائي باستخدام ال GEEs الموزعة الغاوسية بنفس المعلمات كما هو موضح أعلاه(الشكل 2B-D). يتم تلخيص النتائج في الجدول S1. لفترة وجيزة، زادت المعدلات اليومية لاستهلاك السكروز بشكل ملحوظ مع تقدم التجربة (خي2= 6.03، ص = 0.014)، ولكن معدلات استهلاك مكملات حبوب اللقاح انخفضت (خي2= 174.98، ص<0.001). لوحظت معدلات أعلى بكثير من استهلاك حبوب اللقاح عندما أعطيت imidacloprid في 10 جزء في المليار في ملحق حبوب اللقاح وحدها (خي2= 21.44، ع<0.001) وانخفضت بشكل ملحوظ عندما كان تدار في إما 10 أو 50 جزء في المليار في ملحق حبوب اللقاح وحل السكروز معا (10 جزء في المليار - ف + ق: خي2= 6.59، ف = 0.010؛ 50 جزء في المليار - ف + ق: خي2= 14.47، ص = 0.0001).

تم جمع البيض من مراكز إدارة الجودة في اليوم السابع من التجربة، وتم تقييم التغيرات في عدد البويضات التي تفقس بنجاح بعد تعرض الأمهات للعلاجات الكيميائية الزراعية باستخدام نموذج مختلط خطي معمم (GMLR) مع توزيع ثنائي الحدود وهوية QMC تعامل على أنها تأثير عشوائي. لم يؤثر تعرض الأم ل imidacloprid الذي يعطى عند 10 جزء في البليون في حبوب اللقاح وحدها أو في محلول حبوب اللقاح والسكروز على معدلات فقس البيض (10 جزء في البليون - p+s: Z =-0.139، p=0.290؛ 10 جزء في المليار - p: Z=0.182، p=0.856). لم يكن من الممكن تقييم معدلات الفقس للبيض الذي وضعته الملكات في مراكز إدارة الجودة المقدمة بنظام غذائي ملوث ب 50 جزء في البليون imidacloprid بسبب انخفاض معدلات إنتاج البيض في هذه المجموعة العلاجية.

لهذا العمل، تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية في R Studio 1.2.5003 (بوسطن، ماجستير، الولايات المتحدة الأمريكية). تم إعداد الأرقام باستخدام JMP Pro 15 و Photoshop CC 2019 (Adobe Inc. ، سان خوسيه ، كاليفورنيا). تتوفر البيانات في الملف التكميلي S1.

Figure 2
الشكل 2. ج: متوسط ± بيض SE يوميا في QMCs. B: متوسط ± مكمل حبوب اللقاح SE، C: محلول السكروز، D: والماء (ز) المستهلكة خلال فترات 48 ساعة في QMCs. أهمية العلاجات (المشار إليها ب "*") التي يحددها GEE والوالد تشي مربع اختبار ما بعد مخصص. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: متوسط ± مجموع SE البيض وضعت عن طريق العلاج أثناء التجربة. أهمية (المشار إليها بالحروف) التي تحددها ANOVA و Tukey HSD اختبار ما بعد مخصص. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول S1: نتائج ال GEEs تحليل التغيرات في معدلات وضع البيض واستهلاك النظام الغذائي في QMCs مع مرور الوقت. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.

الملف التكميلي S1: الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف التكميلي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 الزراعية على الملكات غير مباشرة ، لأنها يمكن أن تحدث عن طريق تغييرات في رعايتهم وإطعامهم من قبل النحل العامل. تظهر النتائج التمثيلية، التي تشبه تلك التي تم الإبلاغ عنها في دراسة ميدانية29،أن آثار المواد الكيميائية الزراعية على أداء الملكة يمكن قياسها بكفاءة في بيئة مختبرية باستخدام مراكز إدارة الجودة، مما يولد نتائج مماثلة للنهج الميدانية. وعلاوة على ذلك، تسلط هذه النتائج الضوء على تأثير إيميداكلوبريد على استهلاك النظام الغذائي للعمال وعلى صلاحية البيض.

وكان Imidacloprid آثار سلبية واضحة على إنتاج البيض عندما كان تدار في محلول السكروز ومكملات حبوب اللقاح معا. وهذا يشبه النتائج المبلغ عنها باستخدام خلايا المراقبة المقدمة مع شراب imidacloprid المكسوة ويسمح للعلف بحرية29. ومع ذلك، لوحظت هنا استجابة تعتمد على الجرعة، مع التأثير الأكثر وضوحا في مراكز إدارة الجودة المقدمة مع 50 جزء في البليون إيميداكلوبريد بالنسبة للتركيز المنخفض. وعلى عكس ما تم الإبلاغ عنه للمستعمرات الميدانية، شهدت هذه المجموعة توقفا شبه فوري لإنتاج البيض. وتجدر الإشارة إلى أن جميع التركيزات بما في ذلك 50 جزء في المليار المستخدمة في هذا العمل هي أعلى من حبوب اللقاح ومخلفات الرحيق لوحظ عادة عندما يتم تطبيق imidacloprid كعلاج البذور وأكثر تمثيلا للمخلفات وجدت بعد تطبيقات التربة40. وتشمل الأمثلة على النباتات ذات الصلة cucurbits والزينة الموجودة في المناظر الطبيعية الحضرية29، وبالتالي ، ينبغي تفسير هذه النتائج في هذا السياق. بالإضافة إلى ذلك ، تشير الاختلافات الملاحظة بين هذه النتائج وتلك التي تم إنشاؤها باستخدام المستعمرات الميدانية ، حيث لم تكن النتائج واضحة ، حتى في مجموعات العلاج الأعلى ، إلى أنه مثل الاختبارات المختبرية الأخرى ، قد تكون QMCs أكثر حساسية من استخدام المستعمرات كاملة الحجم52، والتي يجب النظر فيها عند تفسير البيانات.

لم يجد العمل الذي تم الإبلاغ عنه سابقا لفحص التمي مع التعرض لمنظمي نمو الحشرات (IGR) في مراكز إدارة الجودة أن IGRs تسبب تخفيضات في معدلات وضع بيض الملكة33، مما يدل على أن تعطيل إنتاج البيض ليس استجابة موحدة للإجهاد. على الرغم من أن تقييمات المستوى الميداني باستخدام مستعمرات كاملة الحجم قد توفر رؤية أكثر شمولية لآثار المواد الكيميائية الزراعية على صحة المستعمرة ، فإن هذه النتائج تشير إلى أن QMCs لديها القدرة على استخدامها كأداة لتحديد المواد الكيميائية مثل imidacloprid التي قد تؤثر على oviposition ملكة نحل العسل. عند استخدامها في سياق استراتيجية واسعة لتقييم المخاطر تراعي أنماط الاستخدام وأنماط التعرض والآثار على مقاييس أخرى لصحة نحل العسل ، قد تسفر بيانات إنتاج البيض الناتجة عن مراكز إدارة الجودة عن فهم أكثر شمولا للآثار المحتملة للمواد الكيميائية الزراعية على مستعمرات نحل العسل.

بالإضافة إلى توليد بيانات oviposition الكمية، يمكن استخدام QMCs لتقييم أنماط في استهلاك النظام الغذائي للعمال والتغيرات في علم وظائف الأعضاء. هنا, وقد تبين أن 10 ppb imidacloprid في النظام الغذائي حبوب اللقاح وحدها يحفز استهلاك مكملات حبوب اللقاح في العمال في وجود ملكة تزاوج. لم يلاحظ هذا التأثير في العلاجات الغذائية الأخرى عندما تم تزويد QMCs مع imidacloprid في كل من ملحق حبوب اللقاح ومحلول السكروز ، حتى في نفس التركيز. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن الحصول على تقديرات أكثر دقة لمعدل الاستهلاك عن طريق تتبع الوفيات وتعديل مقاييس استهلاك النظام الغذائي على أساس العدد الدقيق للنذ النحل المتبقي في مراكز إدارة الجودة، ولكن إذا كانت الوفيات منخفضة باستمرار عبر العلاجات، يمكن إجراء بعض المقارنات. قد يكون التناقض بين العلاجات في استهلاك النظام الغذائي حبوب اللقاح التي تحتوي على نفس تركيز imidacloprid أن تكون ذات صلة إلى الفرق في الجرعة الإجمالية أعلى تدار للنحل عندما imidacloprid موجود في كل من السكروز وحبوب اللقاح الملحق مقارنة عندما يكون موجودا في ملحق حبوب اللقاح وحدها.

في المستويات المنخفضة ، هناك أدلة على أن نحل العسل يفضل المصادر الغذائية التي تحتوي على مبيدات النيونيكوتينويد18، وقد تم الإبلاغ عن أنها تظهر تفضيلا مماثلا لموارد الأزهار التي تحتوي على النيكوتين53. وقد اقترح أن هذه التفضيلات قد تكون بسبب الخصائص العصبية المحفزة للنيكوتين والنيونيكوتينويدات، والتي تنشط مستقبلات أستيل النيكوتينيك54 أعرب في أجزاء من الدماغ نحل العسل المشاركة في التعلم والذاكرة55. في العث العنكبوت، imidacloprid يحفز استهلاك النظام الغذائي، مما أدى إلى زيادةoviposition وfesundity22. هنا، لم تكن الزيادات المرتبطة بالإيميداكلود في استهلاك مكملات حبوب اللقاح مرتبطة بالزيادات في الافتراضات، ولا تزال آثار إيميداكلوبريد على فسيولوجيا العامل في هذا العمل قيد الاستكشاف. ومع ذلك ، فإن فهم مقدار النحل الغذائي الذي تغلب عليه الكيماويات الزراعية داخل المستعمرة من المرجح أن يستهلك ، وخاصة العمال الذين يحتاجون إلى المزيد من حبوب اللقاح في نظامهم الغذائي لتوفير ملكة56، يمكن أن يساعد في إبلاغ خطر الكيماويات الزراعية إلى جوانب مختلفة من أداء المستعمرة.

لم يسبب إيميداكلوبريد أي تغييرات قابلة للقياس في صلاحية الجنين، كما يقاس بمعدلات الفقس في البيض الذي تم جمعه من QMCs المقدمة مع 10 جزء في البليون إيميداكلوبريد في ملحق حبوب اللقاح وحده أو في كل من ملحق حبوب اللقاح وحل السكروز. وهذا يختلف عن الانخفاضات في معدلات فقس البيض المبلغ عنها بعد التعرض IGR في QMCs33، مما يدل مرة أخرى على أنه يمكن استخدام QMCs لدراسة جوانب محددة ومتنوعة من براز الملكة. Imidacloprid هو قابل للذوبان في الماء للغاية، ومن المرجح أن استقلاب وتفرز من قبل النحل بشكل مختلف عن المواد الكيميائية الزراعية أكثر ذوبانا في الدهون مثل IGRs57, والتي قد تكون إزالة transovarially58,59,60,61 إلى حد ما, مما أدى إلى آثار على نمو الجنين. بدلا من ذلك ، قد لا يؤثر imidacloprid ، وهو سم عصبي36 على الأجنة النامية بنفس الطريقة التي تؤثر بها IGRs ، والتي تستهدف المسارات المرتبطة بتطوير الحشرات62.

سؤال واحد يطرحه الباحثون الذين يسعون إلى فهم آثار المواد الكيميائية الزراعية على تكاثر نحل العسل هو ما إذا كانت الملكات البالغات ، اللواتي يعتمدن على العمال لتوفير إفرازات غدية لها كغذاء9،63، يتعرضن مباشرة لمخلفات الكيماويات الزراعية. ولم يتم استكشاف ذلك ولم يتم تمثيله في النتائج الواردة هنا. ومع ذلك ، عادة ما يتم تقليل المخلفات الكيميائية الزراعية في إفرازات الغدة العاملة بشكل كبير بالنسبة إلى ما يتم تزويد العمال به في سيناريوهات تغذية المستعمرة الخاضعة للرقابة64. وبالمثل، عندما تعرضت مستعمرات كاملة الحجم لتركيزات إيميداكلوبريد التي أدت إلى انخفاض التمركز، لم يتم اكتشاف أي بقايا في الملكات29،مما يشير إلى أن التغيرات في معدلات الراحية التي لوحظت في العمل المشار إليه كانت بسبب التعرض المباشر لكميات ضئيلة تم إفرازها بسهولة، أو أن الآثار الملحوظة على الملكات كانت بسبب آثار إيميداكلوبريد على العمال المسؤولين عن رعاية الملكة وتوفيرها. تسمح الطريقة المعروضة هنا بأخذ عينات من النحل العامل المعروف أنه تناول النظام الغذائي المعالج من انهيار البالغين إلى وقت أخذ العينات. إن أعمال المتابعة التي تدرس آثار إيميداكلوبريد على فسيولوجيا النحل العامل الذي تم أخذ عينات منه من التجربة الموصوفة ستساعد على توضيح هذا السؤال.

باختصار، ستسمح الأساليب المعروضة هنا للباحثين بتقييم أفضل لخطر المواد الكيميائية الزراعية على نحل العسل من خلال تقييم نقاط النهاية المتعلقة ببراز نحل العسل وبقائه وتطوره. ويمكن لهذه التقنية الموصوفة أن تعزز إلى حد كبير تقييم المخاطر الكيميائية الزراعية عن طريق توليد بيانات كمية تتعلق ببراز الملكة يمكن أن يكون من الصعب وتكثيف الموارد الحصول عليها باستخدام التجارب الميدانية وشبه الميدانية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود ملكة زرع يضيف الواقعية إلى التجارب التي أجريت على العمال الشباب ، والتي عادة ما تكون أعضاء المستعمرة المسؤولة عن رعاية وتغذية الملكة9. باستخدام هذه التقنية ، يمكن التنبؤ بمخاطر المواد الكيميائية الزراعية على صحة مستعمرة نحل العسل وطول العمر والأداء بشكل أفضل والتخفيف منها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ولا يوجد لدى صاحبي البلاغ تضارب في المصالح يعلنانه.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hedlund, J., Longo, S. B., York, R. Agriculture, pesticide use, and economic development: A global examination (1990-2014). Rural Sociology. 85 (2), 519-544 (2020).
  2. Calderone, N. W. Insect pollinated crops, insect pollinators and US agriculture: Trend analysis of aggregate data for the period 1992-2009. PLOS ONE. 7 (5), 37235 (2012).
  3. Johnson, R. M., Ellis, M. D., Mullin, C. A., Frazier, M. Pesticides and honey bee toxicity - USA. Apidologie. 41 (3), 312-331 (2010).
  4. Walsh, E. M., Sweet, S., Knap, A., Ing, N., Rangel, J. Queen honey bee (Apis mellifera) pheromone and reproductive behavior are affected by pesticide exposure during development. Behavioral Ecology and Sociobiology. 74 (3), 33 (2020).
  5. Zhu, W., Schmehl, D. R., Mullin, C. A., Frazier, J. L. Four Common Pesticides, Their Mixtures and a Formulation Solvent in the Hive Environment Have High Oral Toxicity to Honey Bee Larvae. PLoS ONE. 9 (1), 77547 (2014).
  6. Fisher, A., Rangel, J. Exposure to pesticides during development negatively affects honey bee (Apis mellifera) drone sperm viability. PLoS ONE. 13 (12), 0208630 (2018).
  7. EPA. How we assess risks to pollinators. US EPA. , Available from: https://www.epa.gov/pollinator-protection/how-we-assess-risk-polliators (2013).
  8. Snodgrass, R. E. Anatomy of the honey bee. , Cornell University Press. (1956).
  9. Allen, M. D. The honeybee queen and her attendants. Animal Behaviour. 8 (3), 201-208 (1960).
  10. Hölldobler, B., Wilson, E. O. The superorganism: The beauty, elegance, and strangeness of insect societies. , W. W. Norton & Company. (2009).
  11. Berenbaum, M. R., Liao, L. -H. Honey bees and environmental stress: Toxicologic pathology of a superorganism. Toxicologic Pathology. 47 (8), 1076-1081 (2019).
  12. Yu, S. J. The toxicology and biochemistry of insecticides. , CRC Press. (2014).
  13. Ciarlo, T. J., Mullin, C. A., Frazier, J. L., Schmehl, D. R. Learning impairment in honey bees caused by agricultural spray adjuvants. PloS One. 7 (7), 40848 (2012).
  14. Fourrier, J., et al. Larval exposure to the juvenile hormone analog pyriproxyfen disrupts acceptance of and social behavior performance in adult honeybees. PLoS ONE. 10 (7), (2015).
  15. Morfin, N., Goodwin, P. H., Correa-Benitez, A., Guzman-Novoa, E. Sublethal exposure to clothianidin during the larval stage causes long-term impairment of hygienic and foraging behaviours of honey bees. Apidologie. 50 (5), 595-605 (2019).
  16. Colin, T., Meikle, W. G., Wu, X., Barron, A. B. Traces of a neonicotinoid induce precocious foraging and reduce foraging performance in honey bees. Environmental Science & Technology. 53 (14), 8252-8261 (2019).
  17. Liao, L. H., Wu, W. Y., Berenbaum, M. R. Behavioral responses of honey bees (Apis mellifera) to natural and synthetic xenobiotics in food. Scientific Reports. 7 (1), 1-8 (2017).
  18. Kessler, S. C., et al. Bees prefer foods containing neonicotinoid pesticides. Nature. 521 (7550), 74-76 (2015).
  19. Metcalf, R. L., Luckmann, W. H. Introduction to Insect Pest Management. , John Wiley & Sons. (1994).
  20. Duncan, J. Post-treatment effects of sublethal doses of dieldrin on the mosquito Aedes aegypti L. Annals of Applied Biology. 52 (1), 1-6 (1963).
  21. Haynes, K. F. Sublethal effects of neurotoxic insecticides on insect behavior. Annual Review of Entomology. 33 (1), 149-168 (1988).
  22. James, D. G., Price, T. S. Fecundity in twospotted spider mite (Acari: Tetranychidae) is increased by direct and systemic exposure to imidacloprid. Journal of Economic Entomology. 95 (4), 729-732 (2002).
  23. Hodjat, S. H. Effects of sublethal doses of insecticides and of diet and crowding on Dysdercus fasciatus Sign. (Hem., Pyrrhocoridae). Bulletin of Entomological Research. 60 (3), 367-378 (1971).
  24. Feng, W. B., Bong, L. J., Dai, S. M., Neoh, K. B. Effect of imidacloprid exposure on life history traits in the agricultural generalist predator Paederus beetle: Lack of fitness cost but strong hormetic effect and skewed sex ratio. Ecotoxicology and Environmental Safety. 174, 390-400 (2019).
  25. Milchreit, K., Ruhnke, H., Wegener, J., Bienefeld, K. Effects of an insect growth regulator and a solvent on honeybee (Apis mellifera L.) brood development and queen viability. Ecotoxicology. 25 (3), 530-537 (2016).
  26. Haarmann, T., Spivak, M., Weaver, D., Weaver, B., Glenn, T. Effects of fluvalinate and coumaphos on queen honey bees (Hymenoptera: Apidae) in two commercial queen rearing operations. Journal of Economic Entomology. 95 (1), 28-35 (2002).
  27. Pettis, J. S., Collins, A. M., Wilbanks, R., Feldlaufer, M. F. Effects of coumaphos on queen rearing in the honey bee, Apis mellifera. Apidologie. 35 (6), 605-610 (2004).
  28. Thompson, H. M., Wilkins, S., Battersby, A. H., Waite, R. J., Wilkinson, D. The effects of four insect growth-regulating (IGR) insecticides on honeybee (Apis mellifera L.) colony development, queen rearing and drone sperm production. Ecotoxicology. 14 (7), 757-769 (2005).
  29. Wu-Smart, J., Spivak, M. Sub-lethal effects of dietary neonicotinoid insecticide exposure on honey bee queen fecundity and colony development. Scientific Reports. 6 (1), 1-11 (2016).
  30. Chen, Y. W., Wu, P. S., Yang, E. C., Nai, Y. S., Huang, Z. Y. The impact of pyriproxyfen on the development of honey bee (Apis mellifera L.) colony in field. Journal of Asia-Pacific Entomology. 19 (3), 589-594 (2016).
  31. Fine, J. D., Mullin, C. A., Frazier, M. T., Reynolds, R. D. Field residues and effects of the insect growth regulator novaluron and its major co-formulant n-methyl-2-pyrrolidone on honey bee reproduction and development. Journal of Economic Entomology. 110 (5), 1993-2001 (2017).
  32. Fine, J. D., et al. Quantifying the effects of pollen nutrition on honey bee queen egg laying with a new laboratory system. PLoS ONE. 13 (9), 0203444 (2018).
  33. Fine, J. D. Evaluation and comparison of the effects of three insect growth regulators on honey bee queen oviposition and egg eclosion. Ecotoxicology and Environmental Safety. 205, 111142 (2020).
  34. The Colony and Its Organization. MAAREC - Mid Atlantic Apiculture Research & Extension Consortium. , Available from: https://agdev.anr.udel.edu/maarec/honey-bee-biology/the-colony-and-its-organization/ (2020).
  35. Winston, M. L. The biology of the honey bee. , Harvard University Press. (1991).
  36. Mullins, J. W. Pest control with enhanced environmental safety. Imidacloprid. 524, 183-198 (1993).
  37. Sur, R., Stork, A. Uptake, translocation and metabolism of imidacloprid in plants. Bulletin of Insectology. 56 (1), 35-40 (2003).
  38. Dively, G. P., Kamel, A. Insecticide residues in pollen and nectar of a cucurbit crop and their potential exposure to pollinators. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 60 (18), 4449-4456 (2012).
  39. Goulson, D. Review: An overview of the environmental risks posed by neonicotinoid insecticides. Journal of Applied Ecology. , 977-987 (2014).
  40. Krischik, V., Rogers, M., Gupta, G., Varshney, A. Soil-applied imidacloprid translocates to ornamental flowers and reduces survival of adult Coleomegilla maculata, Harmonia axyridis, and Hippodamia convergens lady beetles, and larval Danaus plexippus and Vanessa cardui butterflies. PLoS ONE. 10 (3), (2015).
  41. Prisco, G. D., et al. Neonicotinoid clothianidin adversely affects insect immunity and promotes replication of a viral pathogen in honey bees. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (46), 18466-18471 (2013).
  42. Dively, G. P., Embrey, M. S., Kamel, A., Hawthorne, D. J., Pettis, J. S. Assessment of chronic sublethal effects of imidacloprid on honey bee colony health. PLoS ONE. 10 (3), 01118748 (2015).
  43. Sandrock, C., Tanadini, M., Tanadini, L. G., Fauser-Misslin, A., Potts, S. G., Neumann, P. Impact of chronic neonicotinoid exposure on honeybee colony performance and queen supersedure. PLoS ONE. 9 (8), 103592 (2014).
  44. Brodschneider, R., Riessberger-Gallé, U., Crailsheim, K. Flight performance of artificially reared honeybees (Apis mellifera). Apidologie. 40 (4), 441-449 (2009).
  45. Harrison, J. M. Caste-specific changes in honeybee flight capacity. Physiological Zoology. 59 (2), 175-187 (1986).
  46. Mackensen, O. Effect of carbon dioxide on initial oviposition of artificially inseminated and virgin queen bees. Journal of Economic Entomology. 40 (3), 344-349 (1947).
  47. OECD. OECD Test No. 245: Honey bee (Apis Mellifera L.), chronic oral toxicity test (10-Day Feeding), OECD guidelines for the testing of chemicals, section 2. , OECD Publishing. Paris. (2017).
  48. ECOTOX Home. , Available from: https://cfpub.epa.gov/ecotox/ (2020).
  49. Collins, A. M. Variation in time of egg hatch by the honey bee, Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae). Annals of the Entomological Society of America. 97 (1), 140-146 (2004).
  50. Santomauro, G., Engels, W. Sexing of newly hatched live larvae of the honey bee, Apis mellifera, allows the recognition of diploid drones. Apidologie. 33 (3), 283-288 (2002).
  51. Tang, W., Hu, Z., Muallem, H., Gulley, M. L. Quality assurance of RNA expression profiling in clinical laboratories. The Journal of Molecular Diagnostics JMD. 14 (1), 1-11 (2012).
  52. Henry, M., et al. Reconciling laboratory and field assessments of neonicotinoid toxicity to honeybees. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 282 (1819), (2015).
  53. Singaravelan, N., Nee'man, G., Inbar, M., Izhaki, I. Feeding responses of free-flying honeybees to secondary compounds mimicking floral nectars. Journal of Chemical Ecology. 31 (12), 2791-2804 (2005).
  54. Brown, L. A., Ihara, M., Buckingham, S. D., Matsuda, K., Sattelle, D. B. Neonicotinoid insecticides display partial and super agonist actions on native insect nicotinic acetylcholine receptors. Journal of Neurochemistry. 99 (2), 608-615 (2006).
  55. Dupuis, J. P., Gauthier, M., Raymond-Delpech, V. Expression patterns of nicotinic subunits α2, α7, α8, and β1 affect the kinetics and pharmacology of ACh-induced currents in adult bee olfactory neuropiles. Journal of Neurophysiology. 106 (4), 1604-1613 (2011).
  56. Crailsheim, K., et al. Pollen consumption and utilization in worker honeybees (Apis mellifera carnica): Dependence on individual age and function. Journal of Insect Physiology. 38 (6), 409-419 (1992).
  57. The Merck Index Online - chemicals, drugs and biologicals. , Available from: https://www.rsc.org/merck-index (2020).
  58. Trostanetsky, A., Kostyukovsky, M. Note: Transovarial activity of the chitin synthesis inhibitor novaluron on egg hatch and subsequent development of larvae of Tribolium castaneum. Phytoparasitica. 36 (1), 38-41 (2008).
  59. Medina, P., Smagghe, G., Budia, F., del Estal, P., Tirry, L., Viñuela, E. Significance of penetration, excretion, and transovarial uptake to toxicity of three insect growth regulators in predatory lacewing adults. Archives of Insect Biochemistry and Physiology. 51 (2), 91-101 (2002).
  60. Kim, S. H. S., Wise, J. C., Gökçe, A., Whalon, M. E. Novaluron causes reduced egg hatch after treating adult codling moths, Cydia pomenella: Support for transovarial transfer. Journal of Insect Science. 11, (2011).
  61. Joseph, S. V. Transovarial effects of insect growth regulators on Stephanitis pyrioides (Hemiptera: Tingidae). Pest Management Science. 75 (8), 2182-2187 (2019).
  62. Tasei, J. N. Effects of insect growth regulators on honey bees and non-Apis bees. A review. Apidologie. 32 (6), 527-545 (2001).
  63. Haydak, M. H. Honey Bee Nutrition. Annual Review of Entomology. 15 (1), 143-156 (1970).
  64. Böhme, F., Bischoff, G., Zebitz, C. P. W., Rosenkranz, P., Wallner, K. From field to food-will pesticide-contaminated pollen diet lead to a contamination of royal jelly. Apidologie. 49 (1), 112-119 (2018).

Tags

علم الأحياء، العدد 169،
تقييم المخاطر الكيميائية الزراعية لملكات نحل العسل المتزاوج
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fine, J. D., Torres, K. M., Martin,… More

Fine, J. D., Torres, K. M., Martin, J., Robinson, G. E. Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens. J. Vis. Exp. (169), e62316, doi:10.3791/62316 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter