Оцінка впливу екологічних хімічних речовин на розвиток медоносних бджіл від особи до
Резюме
Тут ми представляємо спосіб годування забрудненої пестицидами їжі як окремій бджолі, так і вуликовій сім’ї. Процедура оцінює вплив пестицидів на окремих бджіл, годуючи in vivo основними личиновими кормами та природним станом колонії вуликів.
Вступ
Наявність пестицидів у навколишньому середовищі є однією з найсерйозніших проблем, що впливають на життя бджоли 1, 2, 3. Декілька досліджень продемонстрували загальну присутність залишків пестицидів у бджолиних сім'ях та продуктах бджільництва. На Тайвані середній рівень застосування пестицидів становив 11-12 кг/га щороку (з 2005 по 2013 рік). Кількість пестицидів, що використовуються на Тайвані, вища, ніж у країнах ЄС та країнах Латинської Америки 4, 5. Іншими словами, середовище бджільництва страждає від сильного стресу від пестицидів, особливо на Тайвані та, можливо, в інших країнах.
Бджола Apis mellifera є одним з основних комах-запилювачів у сільськогосподарських системах 6, і вона також виробляє цінні продукти, такі як мед. Однак бджоли піддаються дії різних пестицидів, і ці пестициди можуть бути повернуті до корму після вуликів на квітках, які були оброблені пестицидами під час збору нектару та пилку 7, 8. Вони також можуть піддаватися дії пестицидів самими бджолярами. боротьба з проблемами шкідників у вуликах 9, 10, 11. Оскільки личинок бджіл годують бджоли-годувальниці для їх розвитку, личинки, трутні і навіть матка можуть зазнати впливу цих нектарів, забруднених пестицидами та пилком 12. Токсичність різних пестицидів для бджіл повинні бути вирішені 13.
Багато зусиль було докладено для оцінки проблем залишків пестицидів у навколишньому середовищі. Ян та ін. випробував вплив нейротоксичного інсектициду імідаклоприду на розвиток личинок бджіл у їжака і повідомив, що сублетальна доза імідаклоприду призводила до нюхової асоціативної поведінки у дорослих бджіл 14. Далі, Urlacher et al. вивчав сублетальний вплив фосфорорганічного пестициду, хлорпірифосу на ефективність навчання медоносів у лабораторних умовах 15. У нашому попередньому дослідженні ми оцінювали вплив регулятора росту комах (IGR), пірипроксифену (PPN), на бджолу личинки 16.
У цій статті ми представляємо методи оцінки хімічного впливу на розвиток бджіл. Описані методи годівлі медоносних бджіл, які застосовуються або до окремих медоносних бджіл, або до колонії. Спочатку ми протестували різні концентрації забрудненого пестицидами основного личиночного корму (BLD) на личинках у колоніях, щоб оцінити вплив пестицидів на окремих бджіл in vivo. Потім ми моделюємо природний стан іонів пестицидів за допомогою сиропу, забрудненого пестицидами всередині вуликів. У цьому методі ППН, який широко використовується проти комах-шкідників 17 і шкідливий для розвитку личинок бджіл та лялечок 16, 18, 19, буде показником, що представлятиме негативний вплив пестициду на землю.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Протокол
2. метод живлення in vivo
Примітка: Схема годування in vivo була змінена від Hanley et al. 20
Репрезентативні результати
Для випробування бджолиного поля матка обмежилася секцією 4 для рамки для відкладання яєць. Цей крок може збільшити щільність нерестовиків у рамі та полегшити наступні спостереження. Кожна обробка була позначена, а розвиток бджіл чітко спостерігався через прозоре предметне скло. Підживлення PPV-BLD личинками бджіл у вулику in vivo проводили для точної оцінки впливу PPN-на розвиток бджіл у колонії. Використання методу годування in vivo полегшило спостереження за наслідками хімічної обробки на вулик.
Для кожної дози PPN-BLD в цілому п'ятдесят клітин розплоду маркували та обробляли. Після додавання PPN-BLD оброблені кадри повертали до вихідних колоній для спостереження в польових умовах. Негативний вплив PPN-BLD на бджіл личинкової стадії було легко помітити. Спостерігався дозозалежний ефект. таблиця 1 показано кількість медоносних бджіл, які загинули у стадії личинки при двох найбільших дозах 10 і 100 ppm. Як показано в таблиця 1, в обох дозах (0,1 та 1 ppm) швидкість укладання, дні на виході та швидкість вилуплення суттєво не відрізнялися від 0 (доданий корм BLD) або контролю натще, лише у відсотках значно вищий у бджіл із спотвореними крилами при 1 ppm. Меланізація лялечок спостерігалася при низьких концентраціях PPN. Крім того, частка дорослих бджіл з’явилася з деформованими крилами, що зростала із збільшенням доз PPN (таблиця 1).
Для імітації бджолиних сімей, які страждають від залишків PPN в навколишньому середовищі, проводили підживлення PPN-сиропу всією медоносною сім’єю. Перед лікуванням кожна колонія була розділена на 9 різних часових груп з інтервалом у 3 дні по два для королеви. (Fiфігура 2). Отже, вплив PPN на інкубацію, шапку та швидкість штрихування спостерігали одночасно в умовах, подібних до природного середовища.
Колонії годували сиропом 10 або 100 ppm PPN на 13 день (позначений пунктиром на малюнок 2 червоний). Теоретично, група 1 була контролем без PPN, оскільки PPN-сироп був введений на 13 день, а медоносні бджоли групи 1 знаходились у стадії лялечки та укупорки; личиночні стадії бджіл почали вражати в групах 2 і 3, а яйця - у групах 4-9 через довший час впливу на забруднених ППІ пасіках (Малюнок 2).
У цьому дослідженні ми годували бджолині сім’ї сиропом PPN та спостерігали розвиток, коли дорослі бджоли споживали сироп та, можливо, годували матку та личинок. Ця гіпотеза була підтверджена показниками HATChing, Capping та Hatching, а деформовані крилаті бджоли спостерігались після обробки PPN, як показано на фігури 3А - 3d. Всі параметри суттєво відрізняються при вищій дозі (100 ppm), починаючи з групи 3, за винятком швидкості вилуплення. (Малюнок 3A - 3D). Крім того, після обробки PPN-сиропом багато лялечок загинули з чорними кутикулами або не з’явилися. При обробці PPN при 100 ppm закриті клітини були знищені, а поранені лялечки виведені з колонії (Малюнок 3E).
Малюнок 2: Хронологія, коли запускається PPN від порівняно з 9 експериментальними групами. Різні концентрації PPN подавали на 13 день (червона пунктирна лінія). Оброблена колонія була розділена на частину А і частину В. Показані подвійні обміни з частини А на частину В і навпаки для відкладання яєць. Це було відтворено з дозволу Elsevier 16. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.
| PPN-BLD (ppm) | Ні. Личинки | Розвиток личинок | ||
| Обмежена ставка (у%) | Норма висиджування (у%) | неправильно сформовані крила (у%) | ||
| 100 | 140 | 0b | 0b | - |
| десять | 139 | 22,2 ± 33,2b | 0b | - |
| 1 | 140 | 72,3 ± 17,9а | 67,7 ± 17,6а | 7,7 ± 5,7а |
| 0,1 | 136 | 78,3 ± 17,5а | 75,4 ± 22,8а | 1,4 ± 2,8b |
| 0 | 138 | 78,9 ± 5,4а | 78,9 ± 5,4а | 0b |
| Не годування | 122 | 87,8 ± 9,1а | 86,1 ± 7,2а | 0,8 ± 1,5b |
Таблиця 1: Ефекти з 3 дні переслідування з PPN живиться одноденні личинки 1. Для кожної личинкової клітини додавали 10, 10 та 20 мкл BLD відповідно від 1 до 3 днів. Кожен тест містив 25-38 личинок в одній колонії і тестували 4 колонії. показані середнє значення ± стандартне відхилення. Різні літери в одній колонці суттєво відрізняються за допомогою тесту на найменшу квадратичну різницю (P 16.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Обговорення
Для способу годівлі in vivo PPN-BLD додавали до кожної клітини розплоду. Медоносні бджоли виявляли більший рівень сприйняття BLD, ніж сироп 16, 20. Личинки бджіл можуть виживати та процвітати на штучній дієті, що складається з маточного молочка, цукрів, дріжджового екстракту та дистильованої води 22, 23. Склад глюкози та фруктози BLD не впливає на личинку показники виживання in vitro 21, і тому BLD був би більш стабільним для росту бджіл у вулику. Зокрема, використання свіжого BLD для годівлі також може запобігти виключенню личинок робочих бджіл під час експерименту з годівлі личинок. Крім того, під час процесу годування спочатку потрібно м’яке годування, щоб уникнути загибелі 1-денних личинок.
Хімічні аналізи, що використовуються в експериментах з годуванням, можуть бути розроблені на основі даних обстеження залишків пестицидів у зразках свіжої пилку, відібраних з вуликів бджіл. Існує безліч шляхів забруднення колоній пестицидами в природному середовищі. Хімічні забруднювачі можуть переноситися назад до бджолиних сімей і потрапляти в організм личинок завдяки технічному контрольному годуванню медоносних бджіл робітників, можливо, впливаючи на розвиток личинок. Для оцінки впливу PPN на рівень колонії у вулику замість пилку в цьому дослідженні використовували сироп як найшвидший та найпряміший спосіб забезпечити споживання бджолами хімічної речовини. Крім того, можна визначити стан сиропу, тоді як вміст пилку важко контролювати (наприклад, забруднення патогенами або пестицидами).
У польових умовах різні стадії розвитку (яйця, личинки, лялечки та дорослі бджоли) бджіл у бджолиній сім’ї зазнають однакових факторів навколишнього середовища. У нашій експериментальній установці моделювали природні умови для оцінки впливу хімічних речовин на стадії розвитку бджіл в динамічному середовищі. Отже, після обробки PPN (13 днів) ми могли спостерігати швидкість відновлення без впливу в групі 1, швидкість відновлення впливала в інших восьми групах, а стадія личинки впливала в групах 2 і 3 тощо. За цих умов справжні наслідки всередині колонії та шлях хімічного розповсюдження до колонії чіткі.
У колоніях бджіл, оброблених сиропом PPN, спостерігалося спотворене клітинне спотворення та видалення лялечок із колонії. Крім того, спостерігалася велика меланізація лялечок при лікуванні 100 частин на мільйон PPN. Таким чином, метод підживлення сиропу PPN дозволив дотримуватися динамічного впливу хімічних речовин на життєвий цикл бджіл у вулику. У цьому дослідженні сироп, підібраний працівниками та годуючими бджолами, мабуть, годували маточником та личинками. Для підтвердження в наших майбутніх дослідженнях будуть використані хімічні маркери (наприклад, харчовий барвник) у сиропі, що містить хімічну речовину, для подальшого сприяння вивченню динаміки хімічно забруднених пасік.
Джерело їжі для бджіл-годувальниць повинно надходити з кормів або у вулик, а личинок годують та виділяють підшкірно-нижньощелепну залозу EAL, вироблену бджолами-годувальницями 21, 25, 26, 27, 28. Коли личинок годують бджоли-годувальниці, гіпофарингеальна залоза в нижній щелепі може розбавляти PPN-сироп. Цей ефект біологічного розведення більше нагадує природні умови, але пояснює різні результати способу годування in vivo. Декілька матеріалів, включаючи інші пестициди, важкі метали та патогени бджіл, можуть бути застосовані до цього методу годівлі для оцінки та вирішення ролі в популяціях бджіл.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Розкриття інформації
Автори заявляють, що не мають конкуруючих фінансових інтересів.