Waiting
Login processing...

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

Biology

Beoordeling van agrochemisch risico voor gepaarde honingbijenkoninginnen

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

Dit protocol is ontwikkeld om het begrip te vergroten van hoe agrochemicaliën de reproductie van honingbijen(Apis mellifera)beïnvloeden door methoden vast te stellen om honingbijenkoninginnen en hun werkverzorgers bloot te stellen aan agrochemicaliën in een gecontroleerde, laboratoriumomgeving en zorgvuldig hun relevante reacties te volgen.

Abstract

De huidige risicobeoordelingsstrategieën voor honingbijen zijn sterk afhankelijk van laboratoriumtests die worden uitgevoerd op volwassen of onvolwassen werkbijen, maar deze methoden kunnen de effecten van agrochemische blootstelling op honingbijenkoninginnen mogelijk niet nauwkeurig vastleggen. Als de enige producent van bevruchte eieren in een honingbijenkolonie, is de koningin misschien wel het belangrijkste afzonderlijke lid van een functionerende kolonie-eenheid. Daarom moet het begrijpen van hoe agrochemicaliën de gezondheid en productiviteit van koninginnen beïnvloeden, worden beschouwd als een cruciaal aspect van de risicobeoordeling van pesticiden. Hier wordt een aangepaste methode gepresenteerd om honingbijenkoninginnen en werkkoninginnen te blootstellen aan agrochemische stressoren toegediend via een werksterdieet, gevolgd door het volgen van de eiproductie in het laboratorium en het beoordelen van de eerste instar eclosie met behulp van een gespecialiseerde kooi, aangeduid als een Queen Monitoring Cage. Om het beoogde gebruik van de methode te illustreren, worden de resultaten beschreven van een experiment waarbij werksterverzorgers een dieet kregen met subletale doses imidacloprid en effecten op koninginnen werden gecontroleerd.

Introduction

Vanwege de toegenomen wereldwijde vraag naar landbouwproducten vereisen moderne landbouwpraktijken vaak het gebruik van agrochemicaliën om tal van plagen te bestrijden waarvan bekend is dat ze de gewasopbrengsten verminderen of schaden1. Tegelijkertijd vertrouwen de telers van veel fruit-, groente- en notengewassen op de bestuivingsdiensten van commerciële honingbijenkolonies om overvloedige gewasopbrengsten te garanderen2. Deze praktijken kunnen ertoe leiden dat bestuivers, waaronder honingbijen (Apis mellifera), worden blootgesteld aan schadelijke niveaus van residuen van bestrijdingsmiddelen3. Tegelijkertijd vereist de wijdverspreide aanwezigheid van parasitaire Varroa destructor-mijtbesmettingen in honingbijenkolonies vaak dat imkers hun bijenkorven behandelen met miticiden, wat ook negatieve effecten kan hebben op de gezondheid en levensduur van de kolonie4,5 ,6. Om schadelijke effecten van agrochemische producten te verminderen en te beperken, is het noodzakelijk om hun veiligheid voor honingbijen volledig te evalueren voordat ze worden geïmplementeerd, zodat aanbevelingen voor het gebruik ervan kunnen worden gedaan om nuttige insecten te beschermen.

Momenteel vertrouwt het Environmental Protection Agency (EPA) op een gelaagde risicobeoordelingsstrategie voor blootstelling aan honingbijenbestrijdingsmiddelen, die laboratoriumtests op volwassen bijen en soms honingbijlarven omvat7. Indien laboratoriumtests van een lager niveau de bezorgdheid over toxiciteit niet wegnemen, kunnen veld- en semi-veldtests van een hoger niveau worden aanbevolen. Hoewel deze laboratoriumtests waardevol inzicht bieden in de mogelijke effecten van agrochemicaliën op de levensduur van werknemers, zijn ze niet noodzakelijkerwijs voorspellend voor hun effecten op koninginnen, die biologisch aanzienlijk verschillen van werknemers8 en gedragsmatig9. Bovendien zijn er tal van potentiële effecten van agrochemicaliën op insecten voorbij de mortaliteit, die aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor sociale insecten die afhankelijk zijn van gecoördineerd gedrag om te functioneren als een kolonie-eenheid10,11.

Hoewel sterfte het meest overwogen effect is van agrochemische pesticiden12, kunnen deze producten een breed scala aan effecten hebben op zowel doel- als niet-doel geleedpotigen, waaronder veranderd gedrag13,14,15,16,afstoting of aantrekkingskracht17,18,19,veranderingen in voedingspatronen20,21,22 , en verhoogde of verminderde vruchtbaarheid20,21,22,23,24,25. Voor sociale insecten kunnen deze effecten systemisch kolonie-interacties en -functies verstoren11. Van deze functies kan reproductie, die sterk afhankelijk is van een enkele eierleggende koningin ondersteund door de rest van de kolonie-eenheid9, bijzonder kwetsbaar zijn voor verstoring als gevolg van blootstelling aan pesticiden.

Studies uitgevoerd op onvolwassen koninginnen hebben aangetoond dat ontwikkelingsblootstelling aan miticiden het gedrag, de fysiologie en de overleving van volwassen koninginnen kan beïnvloeden26,27. Evenzo hebben studies met volledige of kleinere kolonies aangetoond dat agrochemicaliën volwassen honingbijenkoninginnen kunnen beïnvloeden door het paringssucces28te verminderen, de ovipositie29te verminderen en de levensvatbaarheid van de geproduceerde eieren te verminderen25,30,31. Deze verschijnselen waren voorheen moeilijk waar te nemen zonder het gebruik van hele kolonies, grotendeels te wijten aan een gebrek aan beschikbare laboratoriummethoden. Een methode om de ovipositie van koninginnen onder streng gecontroleerde laboratoriumomstandigheden te bestuderen met behulp van Queen Monitoring Cages (QMC)32 is onlangs echter aangepast om de effecten van agrochemicaliën op de vruchtbaarheid van koninginnen te onderzoeken33. Hier worden deze technieken in detail beschreven, samen met aanvullende methoden om de consumptie van het dieet van werknemers in MFC's te meten en te volgen.

Deze methoden zijn voordeliger dan experimenten die kolonies van volledige grootte vereisen, omdat ze de toediening van precieze doses agrochemicaliën mogelijk maken aan een sterk verminderd aantal werknemers in vergelijking met de tienduizenden die meestal aanwezig zijn in een kolonie34, die vervolgens de koningin leveren. Deze belichtingstechniek weerspiegelt de tweedehands blootstelling die koninginnen in reële scenario's zouden ervaren, omdat koninginnen binnen een kolonie zichzelf niet voeden en vertrouwen op werknemers om hen van dieet te voorzien9. Evenzo verlaten koninginnen over het algemeen de korf niet, behalve tijdens koloniereproductie (zwermen) voor paringsvluchten35. Gedekte honingbijenkoninginnen kunnen worden gekocht bij commerciële koninginnenfokkers en 's nachts worden verzonden. Meestal verkopen koninginnenfokkers koninginnen direct nadat ze hebben bevestigd dat ze zijn begonnen met het leggen van eieren, wat wordt beschouwd als een indicatie van succesvolle paring. Als meer precieze informatie over de leeftijd of verwantschap van de koningin nodig is, kunnen onderzoekers de koninginnenfokker raadplegen voordat ze een bestelling plaatsen.

MFC's maken nauwkeurige observatie en kwantificering van de ovipositie van honingbijenkoninginnen en het uitkomen van eieren32,33mogelijk, wat waardevolle gegevens oplevert met betrekking tot de effecten van agrochemische blootstelling op de vruchtbaarheid van koninginnen. De representatieve resultaten die hier worden gepresenteerd, beschrijven een experiment dat de ovipositie, dieetconsumptie en embryo-levensvatbaarheid in MGM's kwantificeert bij chronische blootstelling aan veldrelevante concentraties van het systemische neurotoxische neonicotinoïde pesticide imidacloprid36. Eenmaal aangebracht, verplaatst imidacloprid zich naarplantenweefsels 37, en residuen zijn gedetecteerd het stuifmeel en nectar van talrijke bijen bestoven planten38,39,40. Blootstelling aan imidacloprid kan een breed scala aan schadelijke effecten hebben op honingbijen, waaronder verminderde foerageerprestaties16,verminderde immuunfunctie41en verminderde kolonie-uitbreiding en overleving42,43. Hier werd imidacloprid geselecteerd voor gebruik als teststof omdat veldexperimenten hebben aangetoond dat het de ovipositie van honingbijenkoningin29 kan beïnvloeden

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. QMC assemblage

  1. Monteer MGM's uit onderdelen(figuur 1A)met een enkele eierlegplaat (ELP) ingevoegd zoals weergegeven in figuur 1B. Voeg geen voedingsbuizen toe totdat de werknemers aan de kooi zijn toegevoegd. Bedek de 4 feedergaten tijdelijk met tape van laboratoriumkwaliteit.
  2. Plaats de koninginnenuitsluiter en de deur van de voerkamer boven de voederkamer om te voorkomen dat de koningin de voederkamer binnengaat en contact maakt met het behandelde dieet. Zie Fine et al.32 voor verdere montagedetails.
  3. Verzamel de waskamframes met het afgedekte werksterbroed uit honingbijenkolonies 24 uur vóór volwassen eclosie en plaats ze in een incubator (34,5 °C) in een broedkast. Borstel 24 uur later de gesloten bijen van de frames en in een open container die is bekleed met een insectenbarrièreverf (bijv. Fluon) om te voorkomen dat de bijen eruit kruipen.
  4. Voeg ten minste 50 bijen in gewicht (5 g ≈ 50 bijen44,45) toe aan de legkamer van elke QMC. Om ervoor te zorgen dat een diverse genetische pool van werknemers in het experiment wordt vertegenwoordigd, moet u een ongeveer gelijk aantal werkbijen uit ten minste drie kolonies verkrijgen en deze mengen voordat u ze aan de MGM's toevoegt.
    OPMERKING: Nieuw gesloten werkbijen van minder dan 1 dag oud kunnen niet vliegen of steken vanwege hun onderontwikkelde vluchtspieren en ongeharde cuticula. Als ze op deze leeftijd worden toegevoegd, is het niet nodig om ze te verdoven voordat ze worden behandeld. Ze kunnen worden gewogen door bijen voorzichtig uit de container te scheppen met behulp van een kleine maatbeker van 1/4 kopje volume en ze in een tweede container te plaatsen (bekleed met insectenbarrièreverf, bijvoorbeeld Fluon) die op een weegschaal is geteerd. De oppervlakte van de frames bedekt met afgedekt broed moet ongeveer gelijk zijn om ervoor te zorgen dat bronkolonies gelijkelijk vertegenwoordigd zijn in de QMC-arbeiderspopulaties. Homogenisatie van werkbijen kan worden bereikt door nieuw gesloten bijen uit frames uit alle kolonies in dezelfde container te borstelen en ze 5 minuten te laten mengen voordat ze aan MQMC's worden toegevoegd.
  5. Voeg de feeders toe die sucrose-oplossing, water en stuifmeelsupplement bevatten (zie rubriek 2).
  6. Stel de individuele gepaarde koninginnen bloot aan CO2-gas om het leggen van eieren46 te stimuleren en de overdracht naar QMC te vergemakkelijken.
    1. Gebruik koninginnen gekocht bij een commerciële fokker binnen 48 uur na ontvangst. Terwijl de koningin nog in de verzendkooi zit, plaats je hem in een doorzichtige plastic zak. Plaats het ene uiteinde van een plastic buis die is aangesloten op een CO2-gasbus in de zak en open voorzichtig de klep van de bus om het CO2-gas te laten stromen.
    2. Wanneer de zak is opgeblazen met gas, sluit u tegelijkertijd de busklep en houdt u de zak gesloten om het gas binnenin op te vangen. Houd de zak gesloten gedurende 30 s of totdat de koningin is gestopt met bewegen. Verwijder de koningin en open de verzendkooi zodra wordt waargenomen dat ze bewusteloos is.
  7. Open gedeeltelijk de deur naar de eierlegkamer, plaats de bewusteloze koningin voorzichtig naar binnen en sluit het deksel, zorg ervoor dat de koningin of werksters binnenin niet worden verpletterd. Voeg de tweede legplaat toe aan elke QMC zoals weergegeven in figuur 1C. Plaats een stuk laboratoriumtape over de bovenkant van de twee ELPs om te voorkomen dat ze zich van het QMC-frame scheiden en voorkomen dat werknemers de kooi verlaten.
  8. Plaats de kooien in een donkere incubator met stabiele omgevingsomstandigheden van 34 ± 0,5 °C en 60% ± 10% relatieve vochtigheid, zoals de omstandigheden in een normale kolonie.

Figure 1
Figuur 1. A: Gedemonteerde QMC. B: Gedeeltelijk geassembleerde QMC met 1 ELP geplaatst. C: Volledig geassembleerde QMC met 2 ELPs. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Het bereiden en toedienen van diëten doorspekt met agrochemicaliën

  1. Om 1000 g 50% (g/g) sucrose-oplossing te bereiden, plaatst u een roerstaaf in de bodem van een schone glazen reagensfles van 1 L. Voeg 500 g sucrose en 500 ml gedeïoniseerd water toe. Schroef het deksel van de fles los en gebruik een verwarmde roerplaat op laag vuur om de oplossing te mengen totdat alle sucrose is opgelost. Laat de oplossing afkoelen tot kamertemperatuur voordat u de agrochemische stamoplossingen toevoegt.
  2. Bereid de stamoplossingen van agrochemicaliën in een geschikt oplosmiddel, zoals aceton, in een concentratie die aan het dieet kan worden toegevoegd om de gewenste eindconcentratie van de landbouwchemische stof van belang te bereiken.
    OPMERKING: Bij het gebruik van aceton als oplosmiddel voor voertuigen bepalen de richtlijnen van de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO) dat de uiteindelijke concentratie aceton in de voeding moet worden ≤ 5% voor chronische orale toxiciteitstests op volwassen honingbijen47. Sommige oplosmiddelen zoals n-methyl-2-pyrrolidon5,31 en dimethylsulfoxide25 kunnen echter toxische effecten onder deze concentratie uitoefenen, dus het wordt aanbevolen om de oplosmiddelconcentraties zo laag mogelijk te houden in het behandelingsdieet. Afhankelijk van het volume en het type oplosmiddel dat wordt gebruikt, kan het nodig zijn om zowel een oplosmiddelcontrolegroep als een negatieve controlegroep op te nemen om ervoor te zorgen dat mogelijke effecten als gevolg van oplosmiddeltoxiciteit worden gedetecteerd. Bij het gebruik van geformuleerde producten moet de hoeveelheid van het gebruikte product worden aangepast op basis van de concentratie die in de formulering aanwezig is. Afhankelijk van de stabiliteit van de landbouwchemische stof die van belang is in het oplosmiddel, kunnen stamoplossingen tot 2 weken bij -20 °C worden bewaard.
  3. Selecteer subletale doses op basis van de resultaten van OESO-test nr. 245: Honingbij (Apis mellifera L.),Chronische orale toxiciteitstest (10-daagse voeding)47en identificeer de relevante literatuur door de Ecotox-kennisbank48te doorzoeken .
  4. Dien de agrochemische behandelingen toe in een sucrose-oplossing, een commercieel pollensupplement (indien beschikbaar als poeder), of beide. Bereid het experimentele dieet voor gebruik dezelfde dag door een geschikte hoeveelheid bouillonoplossing toe te voegen aan gekoelde / kamertemperatuur 50% sucrose-oplossing (w / w). Meng grondig door te vortexen of met een roerstaaf op gemiddelde snelheid. Voeg voor pollensupplementen de agrochemische geregen sucrose-oplossing toe aan het poedervormige supplement in plaats van de siroop volgens de protocollen van de fabrikant, en zorg ervoor dat het volume van de gebruikte voorraadoplossing wordt aangepast aan het uiteindelijke gewicht van het pollendieet. Zie tabel 1 voor bijvoorbeeld berekeningen.
  5. Bereid de voedingsbuizen voor uit microcentrifugebuizen van 2 ml.
    1. Voor vloeibare dieetvoeders verwarmt u de punt van een naald van 20 gauge op een kookplaat / kookplaat en prikt u de bodem van de buis twee keer door. Sluit het deksel van de buis en pipetteer ongeveer 1,5 ml sucrose-oplossing of water door een van de prikgaten. Zet de buis naar beneden met de doorboorde kant naar boven totdat deze aan de QMC is toegevoegd.
    2. Gebruik voor pollensupplementen een scheermesje om de bodem van de buis af te snijden. Sluit het deksel en duw een bolletje stuifmeelsupplement van 1-2 g in de tube totdat het het deksel raakt.
  6. Noteer de gewichten van de feeder voordat u ze in de MGM's plaatst. Houd ongebruikt dieet niet langer dan 48 uur op 4 °C.
Gewenste concentratie Gewenste concentratie van oplosmiddelvoertuigen Gewenste uiteindelijke hoeveelheid/massa sacharoseoplossing Garantie van voorraadoplossing Imidacloprid in voorraad oplossing Aanbevolen recept voor voorraadoplossing
Sucrose oplossing 10 ppb (met w/w) 0,05% (v/v) 81,45 ml/100 g* 40,7 μL 0,001 mg/40,7 μL 0,02 mg/814 μL
Pollen supplement 10 ppb (met w/w) 10 g** 4,07 μL 0,0001 mg/4,07 μL 0,02 mg/814 μL
Sucrose oplossing 50 ppb (w/w) 0,05% (v/v) 78,5 ml/100 g* 40,7 μL 0,005 mg/40,7 μL 0,1 mg/814 μL
Pollen supplement 50 ppb (w/w) 10 g** 4,07 μL 0,0005 mg/4,07 μL 0,1 mg/814 μL

Tabel 1: Voorbeeldrecepten voor behandelde sucrose-oplossing, pollensupplement en stamoplossing. *Volume gebaseerd op de dichtheid van 50% (w/w) sucrose-oplossing (1,228 g/ml). ** De dichtheid van het pollensupplement zal variëren afhankelijk van het product dat wordt gebruikt, maar als dit oplosmiddelvolume wordt gebruikt, zal de uiteindelijke oplosmiddelconcentratie in het pollensupplement binnen het gewenste bereik van ≤ 5 volumeprocent liggen.

3. Monitoring - Eierproductiesnelheid

  1. Kwantificeer de ei leg 1 tot 2 keer per dag in de ochtend en/of avond. Begin met het verwijderen van MCC's uit de broedmachine om te controleren op eieren.
    OPMERKING: In een succesvol experiment zal de eiproductie in de meeste controle-MFC's binnen 3 dagen na de eerste kooiassemblage beginnen. Haal slechts zoveel MCC's tegelijk uit de couveuse die binnen 10 minuten gecontroleerd en gevoed kunnen worden. Langere perioden buiten de incubator kunnen de eiproductie verstoren.
  2. Onderzoek de achterkanten van de duidelijke ELPs voor eieren. Als er eieren aanwezig zijn, verwijder dan het deurpaneel voor de plaat van belang. Verwijder de tape van over de ELPs en schuif het deurpaneel voorzichtig tussen de ELP en de bijen in de QMC, zorg ervoor dat u geen bijen verplettert die de cellen in de ELPs reinigen.
  3. Verwijder het ELP met het deurpaneel op zijn plaats en tel en registreer het aantal eieren in de ELP-cellen. Verwijder de eieren door op de rand van de ELP te tikken, open celzijde naar beneden, op een hard oppervlak (zoals de lip van een afvalcontainer). Zodra de eieren eruit vallen, vervangt u de lege ELP in de QMC. Verwijder en vervang voorzichtig het deurpaneel achter de ELP aan de buitenkant van de QMC. Herhaal dit indien nodig met de tweede ELP en vervang de tape over de QMC wanneer u klaar bent.
    OPMERKING: De eiproductie neemt over het algemeen af en de mortaliteit neemt toe in MQMC's na 2 weken32,33, daarom wordt aanbevolen om experimenten na 14 dagen af te sluiten.

4. Monitoring - Voedselconsumptie

  1. Vervang al het voedsel dat overblijft in QMC-feeders door vers bereid dieet om de twee dagen. Bereid nieuwe voedingsbuizen (inclusief water) voor en weeg ze voordat u MQMCs uit de incubator verwijdert voor monitoring. Verwissel alle oude buizen met nieuwe en weeg oude buizen voordat u niet-geconsumeerde voeding weggooit. Vergelijk het uiteindelijke gewicht van de voedingsbuis en het niet-geconsumeerde dieet met het gewicht van dezelfde voedingsbuis voordat u deze in de QMC plaatst om de dieetconsumptie te schatten.
  2. Tussen de dagen dat feeders worden gepland om te worden vervangen, controleert u de dieetconsumptie eenmaal per dag (op hetzelfde moment dat MQMC's worden gecontroleerd op eierproductie) om ervoor te zorgen dat feeders nooit leeg zijn. Als een voedingsbuis leeg of bijna leeg is, verwijder deze dan, vul deze bij, noteer het gewicht van de buis voor en na en voeg het verschil toe aan het totaal van de 2-daagse dieetconsumptie voor de QMC.

5. Monitoring - Embryo levensvatbaarheid

  1. Verwijder op een geselecteerd punt tijdens een QMC-experiment ELPs met vers gelegde eieren uit de QMC volgens stap 3,maar verwijder geen eieren uit de ELP.
  2. Dek de ELP af met een universeel microplaatdeksel en plaats het in een exsiccator met een verzadigde K2SO4-oplossing (150 g K2SO4 in 1 L water, bewaard in een ondiepe schaal).
    OPMERKING: Sommige zout moet zichtbaar zijn op de bodem van het gerecht nadat het mengsel op temperatuur is gekomen in de incubator.
  3. Bewaar de exsiccator in een incubator die is ingesteld op 34,5 °C, wat resulteert in een relatieve vochtigheid van 95% in de exsiccator, vergelijkbaar met de omstandigheden die Collins49gebruikt.
    OPMERKING: Bijna alle eieren komen uit binnen 72 ± 6 uur nadat ze zijn gelegd49, vandaar dat de broedsnelheden al 78 uur nadat de ELPs uit de QMC zijn verwijderd, kunnen worden beoordeeld. Een "C" -vormige larve in de bodem van de cel is indicatief voor een succesvolle uitkomst. Enige variatie in deze timing is mogelijk als de eieren bijvoorbeeld drones zijn en geen werknemers50.

6. Steekproef van werknemers

  1. Als de MGM's zijn bevolkt met overtollige werknemers, bemonster dan de werkbijen op een geselecteerd tijdstip tijdens het experiment voor beoordeling van door de behandeling veroorzaakte veranderingen in hun fysiologie. Voer de verzamelingen uit in combinatie met dagelijkse voedings- en eiertelactiviteiten om de tijd te minimaliseren waarvoor de MQMCs zich buiten de incubator bevinden.
  2. Plaats voor de bemonstering een deurpaneel tussen een ELP en de binnenkant van de QMC en verwijder de ELP. Til het deurpaneel voorzichtig op ongeveer 0,5 cm van de basis van de kooi en verwijder een werkbij uit de QMC met een vederlicht pincet. Om te voorkomen dat bijen ontsnappen, bedekt u delen van de opening van 0,5 cm indien nodig met een gehandschoende vinger of een stuk katoen.
  3. Bewaar de verzamelde bij voor vervolganalyse en herhaal dit proces totdat het gewenste aantal monsters is verzameld. Voor genexpressieanalyse wordt het sterk aanbevolen om bijen in vloeibare stikstof te bevriezen en onmiddellijk te bewaren bij -80 °C51.

7. Sterfte van werknemers

  1. Beoordeel de sterfte van werknemers tijdens het experiment door het aantal dode bijen op de bodem van de voederkamer en de legkamer van eieren te tellen. Voer deze beoordeling uit in combinatie met dagelijkse kwantificering van het leggen van eieren.
  2. Verwijder met een tang voorzichtig de dode bijen door de feedergaten en bedek het gat met een gehandschoende vinger of een stuk katoen terwijl de tang niet wordt ingebracht.
  3. Verwijder de dode bijen uit de eierlegkamer door het deurpaneel voorzichtig op ongeveer 0,5 cm van de basis van de kooi te tillen en een tang in te brengen. Om te voorkomen dat bijen ontsnappen, bedekt u delen van de opening van 0,5 cm indien nodig met een gehandschoende vinger of een stuk katoen.
  4. Beoordeel de sterfte van de werknemer aan het einde van het experiment door alle dode bijen uit de MGM's te verwijderen en te tellen met behulp van de eerder beschreven methoden voordat de resterende bijen worden geëuthanaseerd.
    OPMERKING: Bij afwezigheid van werkbijen zullen koninginnen geen eieren produceren en binnen 24 uur verhongeren. Daarom, als alle werknemers in een QMC worden waargenomen dat ze dood zijn, moet de QMC uit het experiment worden verwijderd. Evenzo, als een koningin sterft tijdens het experiment, moet de QMC worden verwijderd en moeten de gegevens op de juiste manier worden gecensureerd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De productie van eieren werd gemonitord in MGM's die werden geassembleerd en onderhouden zoals hierboven beschreven met eenmaal daagse observaties van de eiproductie en 15 kooien per behandelingsgroep. Nieuw gedekte koninginnen van voornamelijk Carniolan-aandelen werden 's nachts gekocht en verzonden van een koninginnenkweker, en honingbijwerkers werden verkregen uit 3 kolonies die werden onderhouden volgens standaard commerciële methoden in The Bee Research Facility aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. Hier werden 4 dieetbehandelingsgroepen gebruikt: 1) 50 ppb (g /g) imidacloprid in sucrose-oplossing en pollensupplement (50 ppb - p + s), 2) 10 ppb imidacloprid in sucrose-oplossing en pollensupplement (10 ppb - p + s), 3) 10 ppb imidacloprid in pollensupplement alleen (10 ppb - p), en 4) een controlegroep gegeven dieet met een equivalent volume aceton als de behandelingsgroepen (CTRL).

Behandelingsgerelateerde veranderingen in het dagelijkse aantal eieren werden geëvalueerd zoals beschreven in Fine et al.32 met kleine wijzigingen. In het kort werd een Poisson log-lineaire GEE met een auto-regressieve (AR-1) correlatiematrixstructuur geïmplementeerd om behandelingsgerelateerde veranderingen in de eiproductie in de loop van de tijd te beoordelen. Hier werd tijd (dag) behandeld als een continue variabele en was de behandeling categorisch. Wald chi-kwadraat post hoc tests werden gebruikt om de significantie te bepalen. Omdat er op dag 1 van het experiment geen eierlegging werd waargenomen, werd deze dag uitgesloten van analyse om te voldoen aan de aannames van de GEE. De resultaten van deze analyse zijn weergegeven in tabel S1. De dagelijkse eiproductie was significant lager in MGM's in de behandelingsgroep van 50 ppb p+s (χ2=43,99, p<0,001; Figuur 2A).

Verschillen in het totale aantal eieren geproduceerd in MGM's door behandeling werden geanalyseerd met behulp van een eenrichtings-ANOVA en Tukey HSD post hoc test(figuur 3). Voor deze analyse werd elke QMC die voor het einde van de 14-daagse monitoringperiode uit het experiment werd verwijderd vanwege de dood van de koningin of werkneemster uitgesloten, wat resulteerde in N = 13 elk voor de CTRL- en de 50 ppb - p + s-groepen, N = 14 voor 10 ppb - p en N = 15 voor 10 ppb - p + s. Een dosisafhankelijk effect werd waargenomen voor behandelingen toegediend in zowel sucrose als stuifmeel, met de grootste vermindering van de eiproductie ten opzichte van controle waargenomen in 50 ppb - p + s gevolgd door 10 ppb - p + s. Er werd geen verschil in totaal geproduceerde eieren waargenomen tussen CTRL en 10 ppb - p (F3,52= 17,95, p<0,001, Tukey HSD).

Consumptie van pollensupplement en water werd elke 48 uur gedurende 10 dagen geregistreerd en de consumptie van sucrose-oplossing werd gedurende 12 dagen om de 48 uur geregistreerd. Veranderingen in de consumptie van het dieet werden geëvalueerd met behulp van Gaussiaanse gedistribueerde GEE's met dezelfde parameters als hierboven beschreven(figuur 2B-D). De resultaten zijn samengevat in tabel S1. Kortom, de dagelijkse consumptie van sucrose nam aanzienlijk toe naarmate het experiment vorderde (χ2= 6,03, p = 0,014), maar de consumptie van pollensupplementen nam af (χ2= 174,98, p<0,001). Significant hogere pollenconsumptie werd waargenomen wanneer imidacloprid werd toegediend bij 10 ppb in pollensupplement alleen (χ2= 21,44, p<0,001) en aanzienlijk afnam wanneer het werd toegediend bij 10 of 50 ppb in pollensupplement en sucrose-oplossing samen (10 ppb - p + s: χ2= 6,59, p = 0,010; 50 ppb - p + s: χ2=14,47, p=0,0001).

Eieren werden verzameld van MQMCs op dag 7 van het experiment, en veranderingen in het aantal eieren dat met succes uitkwam na maternale blootstelling aan agrochemische behandelingen werd beoordeeld met behulp van een gegeneraliseerd lineair gemengd model (GMLR) met een binomiale verdeling en QMC-identiteit behandeld als een willekeurig effect. Maternale blootstelling aan imidacloprid toegediend bij 10 ppb in stuifmeel alleen of in stuifmeel en sucrose-oplossing had geen invloed op de uitkomstsnelheid van eieren (10 ppb - p +s: Z = -0,139, p = 0,290; 10 ppb - p: Z = 0,182, p = 0,856). Broedsnelheden konden niet worden beoordeeld voor eieren gelegd door koninginnen in MFC's die waren voorzien van een dieet met 50 ppb imidacloprid vanwege de lage eierproductie in deze behandelingsgroep.

Voor dit werk werd alle statistische analyse uitgevoerd in R Studio 1.2.5003 (Boston, MA, USA). De cijfers zijn opgesteld met JMP Pro 15 en Photoshop CC 2019 (Adobe Inc., San Jose, CA). Gegevens zijn beschikbaar in aanvullend bestand S1.

Figure 2
Figuur 2. A: Gemiddeld ± SE-eieren per dag in MGM's. B: Gemiddelde ± SE-pollensupplement, C: sucrose-oplossing, D: en water (g) verbruikt gedurende perioden van 48 uur in MGM's. Betekenis van behandelingen (aangegeven door "*") bepaald door GEE en Wald chi-square post hoc test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Gemiddelde ± SE-som van de eieren die tijdens het experiment door behandeling zijn gelegd. Significantie (aangegeven met letters) bepaald door ANOVA en Tukey HSD post hoc test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Tabel S1: Resultaten van GEE's die veranderingen in eierlegsnelheden en dieetconsumptie in MFC's in de loop van de tijd analyseren. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Aanvullend bestand S1: Klik hier om dit aanvullend bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De vruchtbaarheid van vrouwelijke solitaire insecten en koninginnen in eusociale insectenkolonies kan worden beïnvloed door abiotische stressoren zoals agrochemicaliën25,28,29,30,33. Bij honingbijen kunnen de effecten van agrochemicaliën op koninginnen indirect zijn, omdat ze kunnen optreden via veranderingen in hun verzorging en voeding door werkbijen. Onze representatieve resultaten, die vergelijkbaar zijn met die gerapporteerd in een veldstudie29, tonen aan dat de effecten van agrochemicaliën op de prestaties van koninginnen efficiënt kunnen worden gemeten in een laboratoriumomgeving met behulp van MMC's, waardoor vergelijkbare resultaten worden gegenereerd als veldgebaseerde benaderingen. Bovendien werpen deze resultaten licht op de invloed van imidacloprid op de consumptie van het dieet van werknemers en op de levensvatbaarheid van eieren.

Imidacloprid had duidelijke negatieve effecten op de eiproductie wanneer het werd toegediend in sucrose-oplossing en stuifmeelsupplement samen. Dit is vergelijkbaar met de resultaten die zijn gerapporteerd met behulp van observatiekasten die zijn voorzien van imidacloprid-siroop en vrij mogen foerageren29. Hier werd echter een dosisafhankelijke respons waargenomen, met het meest uitgesproken effect dat werd waargenomen bij MGM's voorzien van 50 ppb imidacloprid ten opzichte van de lagere concentratie. In tegenstelling tot wat werd gemeld voor veldkolonies, ervoer deze groep een bijna stopzetting van de eierproductie. Opgemerkt moet worden dat alle concentraties, waaronder 50 ppb die in dit werk worden gebruikt, hoger zijn dan stuifmeel- en nectarresiduen die doorgaans worden waargenomen wanneer imidacloprid wordt toegepast als zaadbehandeling en representatiever zijn voor residuen die worden aangetroffen na bodemtoepassingen40. Voorbeelden van relevante planten zijn cucurbits en siergewassen die worden aangetroffen in stedelijke landschappen29, en daarom moeten deze resultaten in deze context worden geïnterpreteerd. Bovendien suggereren de waargenomen verschillen tussen deze resultaten en die gegenereerd met behulp van veldkolonies, waar de resultaten niet zo uitgesproken waren, zelfs in de hoogste behandelingsgroepen, dat MFC's, net als andere laboratoriumgebaseerde assays, gevoeliger kunnen zijn dan het gebruik van kolonies op ware grootte52, waarmee rekening moet worden gehouden bij het interpreteren van de gegevens.

Eerder gerapporteerd werk dat ovipositie met blootstelling aan insectengroeiregulatoren (IGR) in MGM's onderzocht, vond niet dat IGR's verminderingen van de legsnelheden van koninginnelei veroorzaken33, wat aantoont dat verstoring van de eiproductie geen uniforme stressrespons is. Hoewel beoordelingen op veldniveau met behulp van kolonies op ware grootte een meer holistisch beeld kunnen geven van de effecten van agrochemicaliën op de gezondheid van kolonies, suggereren deze bevindingen dat MFC's het potentieel hebben om te worden gebruikt als een hulpmiddel om chemicaliën zoals imidacloprid te identificeren die de ovipositie van honingbijenkoninginnen kunnen beïnvloeden. Wanneer gebruikt in de context van een brede risicobeoordelingsstrategie die rekening houdt met gebruikspatronen, blootstellingspatronen en effecten op andere metrieken van de gezondheid van honingbijen, kunnen eiproductiegegevens gegenereerd door MGMCs een uitgebreider inzicht geven in de potentiële effecten van een agrochemische stof op honingbijenkolonies.

Naast het genereren van kwantitatieve ovipositiegegevens, kunnen MFC's worden gebruikt om patronen in de consumptie van werknemersdieet en veranderingen in de fysiologie te beoordelen. Hier werd aangetoond dat 10 ppb imidacloprid in pollendieet alleen al de consumptie van pollensupplementen bij werknemers stimuleert in aanwezigheid van een gepaarde koningin. Dit effect werd niet waargenomen in andere dieetbehandelingen wanneer MGM's werden voorzien van imidacloprid in zowel stuifmeelsupplement als sucrose-oplossing, zelfs niet bij dezelfde concentratie. Opgemerkt moet worden dat nauwkeuriger schattingen van de consumptiesnelheid kunnen worden verkregen door de mortaliteit te volgen en metingen van dieetconsumptie aan te passen op basis van het exacte aantal bijen dat in de MGM's blijft, maar als de mortaliteit consistent laag is voor alle behandelingen, kunnen enkele vergelijkingen worden gemaakt. De discrepantie tussen behandelingen in de consumptie van stuifmeeldieet met dezelfde concentratie imidacloprid kan verband houden met het verschil in de hogere totale dosis die aan bijen wordt toegediend wanneer imidacloprid aanwezig is in zowel sucrose als stuifmeelsupplement in vergelijking met wanneer het alleen in stuifmeelsupplement aanwezig is.

Bij lage niveaus zijn er aanwijzingen dat honingbijen de voorkeur geven aan voedselbronnen die neonicotinoïde pesticidenbevatten 18, en er is gemeld dat ze een vergelijkbare voorkeur vertonen voor bloemige bronnen die nicotinebevatten 53. Er is gesuggereerd dat deze voorkeuren te wijten kunnen zijn aan de neurostimulerende eigenschappen van nicotine en neonicotinoïden, die nicotine-acetylcholinesterasereceptoren54 activeren die tot expressie komen in delen van het honingbijenbrein die betrokken zijn bij leren en geheugen55. Bij spintmijten stimuleert imidacloprid de consumptie van het dieet, wat resulteert in een verhoogde ovipositie en vruchtbaarheid22. Hier waren imidacloprid-gerelateerde toenames in de consumptie van pollensupplementen niet gerelateerd aan toenames in ovipositie, en de effecten van imidacloprid op de fysiologie van werknemers in dit werk moeten nog worden onderzocht. Echter, begrijpen hoeveel van een agrochemisch-geregen dieetbijen in een kolonie waarschijnlijk zullen consumeren, met name werknemers die meer stuifmeel in hun dieet nodig hebben om actief een legkoningin56te voorzien, kan helpen het risico van een agrochemische stof te informeren over verschillende aspecten van kolonieprestaties.

Imidacloprid veroorzaakte geen meetbare veranderingen in de levensvatbaarheid van embryo's, zoals gemeten door broedsnelheden in eieren verzameld uit MGM's die waren voorzien van 10 ppb imidacloprid in stuifmeelsupplement alleen of in zowel stuifmeelsupplement als sucrose-oplossing. Dit verschilt van de dalingen in het uitkomen van eieren die worden gerapporteerd na IGR-blootstelling in MMC's33, wat opnieuw aantoont dat MMC's kunnen worden gebruikt om specifieke en diverse aspecten van koninginnenvruchten te onderzoeken. Imidacloprid is zeer goed oplosbaar in water en wordt waarschijnlijk anders gemetaboliseerd en uitgescheiden door bijen dan meer in vet oplosbare agrochemicaliën zoals IGR's57, die transovarieel kunnen worden geëlimineerd58,59,60,61 tot op zekere hoogte, wat resulteert in effecten op de embryo-ontwikkeling. Als alternatief kan imidacloprid, een neurotoxine36, de ontwikkeling van embryo's niet op dezelfde manier beïnvloeden als IGR's, die zich richten op routes die verband houden met de ontwikkeling van insecten62.

Een vraag die vaak wordt gesteld door onderzoekers die de effecten van agrochemicaliën op de voortplanting van honingbijen willen begrijpen, is of volwassen koninginnen, die afhankelijk zijn van werknemers om haar te voorzien van glandulaire afscheidingen als voedsel9,63, direct worden blootgesteld aan agrochemische residuen. Dit werd niet onderzocht en is niet weergegeven in de hier gerapporteerde resultaten. Agrochemische residuen in glandulaire afscheidingen van werknemers zijn echter meestal sterk verminderd in vergelijking met wat werknemers krijgen in gecontroleerde kolonievoedingsscenario's64. Evenzo werden bij kolonies op ware grootte blootgesteld aan concentraties imidacloprid die resulteerden in een verminderde ovipositie, geen residuen gedetecteerd in koninginnen29, wat suggereert dat de veranderingen in ovipositiesnelheden die in het gerefereerde werk werden waargenomen, te wijten waren aan directe blootstelling aan sporenhoeveelheden die gemakkelijk werden uitgescheiden, of dat de waargenomen effecten op koninginnen te wijten waren aan effecten van imidacloprid op de werknemers die verantwoordelijk waren voor de verzorging en bevoorrading van de koningin. De hier gepresenteerde methode maakt het mogelijk werkbijen te bemonsteren waarvan bekend is dat ze het behandelde dieet hebben ingenomen vanaf volwassen eclosie tot het moment van bemonstering. Vervolgonderzoek naar de effecten van imidacloprid op de fysiologie van werkbijen die uit het beschreven experiment zijn bemonsterd, zal helpen deze vraag op te helderen.

Samenvattend zullen de hier gepresenteerde methoden onderzoekers in staat stellen om het risico van agrochemicaliën voor honingbijen beter te beoordelen door eindpunten te evalueren die verband houden met de vruchtbaarheid, overleving en ontwikkeling van honingbijen. De beschreven techniek heeft het potentieel om de agrochemische risicobeoordeling aanzienlijk te verbeteren door kwantitatieve gegevens te genereren met betrekking tot koninginnenvruchten die moeilijk en arbeidsintensief kunnen zijn om te verkrijgen met behulp van veld- en semi-veldexperimenten. Bovendien voegt de aanwezigheid van een legkoningin realisme toe aan experimenten die worden uitgevoerd op jonge werksters, die meestal de leden van de kolonie zijn die verantwoordelijk zijn voor de verzorging en voeding van de koningin9. Met behulp van deze techniek kunnen de risico's van agrochemicaliën op de gezondheid, levensduur en prestaties van honingbijenkolonies beter worden voorspeld en beperkt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.

Acknowledgments

Dank aan Dr. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach en Alison L. Sankey voor hun hulp bij het uitvoeren van dit werk. Vermelding van handelsnamen of commerciële producten in deze publicatie is uitsluitend bedoeld om specifieke informatie te verstrekken en impliceert geen aanbeveling of goedkeuring door het Amerikaanse ministerie van Landbouw. USDA is een aanbieder van gelijke kansen en werkgever. Dit onderzoek werd ondersteund door een subsidie van het Defense Advanced Research Projects Agency # HR0011-16-2-0019 aan Gene E. Robinson en Huimin Zhao, USDA-project 2030-21000-001-00-D, en de Fenotypische Plasticiteitsonderzoekservaring voor Community College-studenten aan de Universiteit van Illinois in Urbana Champaign.

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

Biologie Nummer 169
Beoordeling van agrochemisch risico voor gepaarde honingbijenkoninginnen
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