Name: assessing agrochemical risk to mated honey bee queens
Uploaded: 2021-03-03T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens at JoVE.com

Takk til Dr. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach og Alison L. Sankey for deres hjelp til å utføre dette arbeidet. Omtale av varenavn eller kommersielle produkter i denne publikasjonen er utelukkende med det formål å gi spesifikk informasjon og innebærer ikke anbefaling eller godkjenning av det amerikanske landbruksdepartementet. USDA er en leverandør og arbeidsgiver med like muligheter. Denne forskningen ble støttet av et stipend fra Defense Advanced Research Projects Agency # HR0011-16-2-0019 til Gene E. Robinson og Huimin Zhao, USDA-prosjektet 2030-21000-001-00-D, og Phenotypic Plasticity Research Experience for Community College Students ved University of Illinois ved Urbana Champaign.

1. QMC-montering
<ol><li>Monter QMCer fra deler (Figur 1A) med en enkelt eggleggingsplate (ELP) satt inn som vist i figur 1B. Ikke legg til materrør før etter at arbeiderne er lagt til buret. Dekk midlertidig de 4 materhullene med laboratoriekvalitetstape.</li>
	<li>Sett inn dronningen unntatt og fôringskammerdøren over fôringskammeret for å hindre dronningen i å komme inn i fôringskammeret og kontakte det behandlede dietten. Se Fine et al.<sup class="...

Fecundity av kvinnelige ensomme insekter samt dronninger i eusosiale insektkolonier kan påvirkes av abiotiske stressfaktorer som agrokjemikalier25,28,29,30,33. I honningbier kan effekten av agrokjemikalier på dronninger være indirekte, da de kan oppstå via endringer i deres omsorg og fôring av arbeiderbier. Våre representative resultater, som ligner de s...

På grunn av økt global etterspørsel etter landbruksprodukter krever moderne oppdrettspraksis ofte bruk av agrokjemikalier for å kontrollere mange som er kjent for å redusere eller skade avlinger1. Samtidig er produsentene av mange frukt-, grønnsaks- og nøtteavlinger avhengige av pollineringstjenestene som tilbys av kommersielle honningbikolonier for å sikre rikelig avlingsutbytte2. Disse praksisene kan resultere i pollinatorer, inkludert honningbier (Apis mellifera), blir utsatt for skadelige nivåer av plantevernmidler rester3. Samtidig krever den utbredte tilstedeværelsen av parasittiske Varroa destruktormittinfeksjoner i honningbikolonier ofte biavlere for å behandle sine elveblest med miticides, som også kan utøve negative effekter på koloniens helse og levetid4,5,6. For å redusere og redusere skadelige effekter av agrokjemiske produkter, er det nødvendig å evaluere deres sikkerhet for honningbier før implementeringen, slik at anbefalinger for bruk kan gjøres for å beskytte gunstige insekter.
For tiden er Environmental Protection Agency (EPA) avhengig av en lagdelt risikovurderingsstrategi for eksponering for honningbie plantevernmidler, som innebærer laboratorietester på voksne bier og noen ganger honningbi larver7. Hvis laboratorietester på lavere nivåer ikke lindrer bekymringer for toksisitet, kan det anbefales høyere nivåfelt- og semifelttesting. Mens disse laboratorietestene gir verdifull innsikt i de potensielle effektene av agrokjemikalier på arbeidstakerens levetid, er de ikke nødvendigvis prediktive for deres effekter på dronninger, som varierer betydelig fra arbeidere biologisk8 ogatferdsmessig 9. Videre er det mange potensielle effekter av agrokjemikalier på insekter utover dødelighet, noe som kan ha betydelige konsekvenser for sosiale insekter som er avhengige av koordinert oppførsel for å fungere som en kolonienhet10,11.
Selv om dødelighet er den mest vurderte effekten av agrokjemiske plantevernmidler12, kan disse produktene ha et bredt spekter av effekter på både mål og ikke-mål leddyr, inkludert endret oppførsel13,14,15,16, avstøtende eller tiltrekning17,18,19, endringer i fôringsmønstre20,21,22 , og økt eller redusert fecundity20,21,22,23,24,25. For sosiale insekter kan disse effektene systemisk forstyrre koloniinteraksjoner og funksjoner11. Av disse funksjonene kan reproduksjon, som er sterkt avhengig av en enkelt eggleggingsdronning støttet av resten av kolonienheten9, være spesielt sårbar for perturbasjon på grunn av eksponering for plantevernmidler.
Studier utført på umodne dronninger har vist at utviklingseksponering for miticides kan påvirke voksen dronningadferd, fysiologi, overlevelse26,27. På samme måte har studier ved hjelp av full eller redusert størrelse kolonier vist at agrokjemikalier kan påvirke voksne honningbidronninger ved å redusere parringssuksess28, redusere oviposisjon29, og redusere levedyktigheten til eggene som produseres25,30,31. Disse fenomenene har tidligere vært vanskelige å observere uten bruk av hele kolonier, hovedsakelig på grunn av mangel på tilgjengelige laboratoriemetoder. Imidlertid har en metode for å studere dronningoviposisjon under tett kontrollerte laboratorieforhold ved hjelp av Queen Monitoring Cages (QMC)32 nylig blitt tilpasset for å undersøke effekten av agrokjemikalier på dronning fecundity33. Her er disse teknikkene beskrevet i detalj sammen med flere metoder for å måle og spore arbeider diettforbruk i QMCer.
Disse metodene er mer fordelaktige enn eksperimenter som krever kolonier i full størrelse fordi de tillater administrasjon av presise doser av agrokjemikalier til et sterkt redusert antall arbeidere i forhold til titusenvis som vanligvis er til stede inne i en koloni34, som deretter klargjør dronningen. Denne eksponeringsteknikken gjenspeiler brukteksponeringen som dronninger ville oppleve i virkelige scenarier fordi dronninger i en koloni ikke spiser seg selv og stoler på arbeidere for å gi dem diett9. På samme måte forlater dronninger vanligvis ikke bikube bortsett fra under kolonireproduksjon (swarming) for parring av flyreiser35. Parret honningbi dronninger kan kjøpes fra kommersielle dronningoppdrettere og sendes over natten. Vanligvis selger dronningoppdrettere dronninger direkte etter å ha bekreftet at de har begynt å legge egg, noe som er tatt som en indikasjon på vellykket parring. Hvis det er behov for mer presis informasjon om dronningalder eller slektskap, kan forskere konsultere dronningoppdretteren før de legger inn en bestilling.
QMCs tillater presis observasjon og kvantifisering av honningbi dronning oviposisjon og egg klekking priser32,33, noe som gir verdifulle data relatert til effekten av agrokjemisk eksponering på dronning fecundity. De representative resultatene som presenteres her beskriver et eksperiment som kvantifiserer oviposisjon, diettforbruk og embryo levedyktighet i QMCer under kronisk eksponering for feltrelevante konsentrasjoner av det systemiske nevrotoksiske middel neonicotinoid plantevernmiddelet imidakloprid36. Når det er påført, translokaliserer imidakloprid til plantevev37, og rester har blitt oppdaget pollen og nektar av mange bee pollinerte planter38,39,40. Eksponering for imidakloprid kan ha et bredt spekter av skadelige effekter på honningbier, inkludert nedsatt foraging ytelse16, nedsatt immunfunksjon41, og reduserte grad av koloniutvidelse og overlevelse42,43. Her ble imidakloprid valgt for bruk som teststoff fordi feltforsøk har vist at det kan påvirke honningbidronning oviposisjon29

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Fluon</td>
			<td>BioQuip, Rancho Dominguez, CA</td>
			<td>2871A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Honey bee queens</td>
			<td>Olivarez Honey Bees, Orland, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidacloprid</td>
			<td>Sigma-Aldritch, St. Louis, MO</td>
			<td>37894</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MegaBee Powder</td>
			<td>MegaBee, San Dieago, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes 2 mL</td>
			<td>ThermoFisher Scientific, Waltham, MA</td>
			<td>02-682-004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needles 20 gauge</td>
			<td>W. W. Grainger, Lake Forest, IL</td>
			<td>5FVK4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldritch, St. Louis, MO</td>
			<td>P0772</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Queen Monitoring Cages</td>
			<td>University of Illinois Urbana-Champaign</td>
			<td></td>
			<td>Patent application number: 20190350175</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma-Aldritch, St. Louis, MO</td>
			<td>S8501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Universal Microplate Lids</td>
			<td>ThermoFisher Scientific, Waltham, MA</td>
			<td>5500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing agrochemical risk to mated honey bee queens

Nåværende risikovurderingsstrategier for honningbier er avhengige av laboratorietester utført på voksne eller umodne arbeiderbier, men disse metodene kan ikke nøyaktig fange effekten av agrokjemisk eksponering på honningbidronninger. Som eneste produsent av befruktede egg inne i en honningbikoloni er dronningen uten tvil det viktigste enkeltmedlemmet av en fungerende kolonienhet. Derfor bør forståelse av hvordan agrokjemikalier påvirker dronningens helse og produktivitet betraktes som et kritisk aspekt av risikovurdering av plantevernmidler. Her presenteres en tilpasset metode for å eksponere honningbidronninger og arbeiderdronningsvakter for agrokjemiske stressfaktorer administrert gjennom et arbeiderdiett, etterfulgt av sporing av eggproduksjon i laboratoriet og vurdering av første instar eclosjon ved hjelp av et spesialisert bur, referert til som et Queen Monitoring Cage. For å illustrere metodens tiltenkte bruk, beskrives resultater av et eksperiment der arbeiderdronningsvakter ble matet diett som inneholder subletaldoser av imidakloprid og effekter på dronninger.

Produksjonen av egg ble overvåket i QMCer samlet og vedlikeholdt som beskrevet ovenfor med en gang daglige observasjoner av eggproduksjon og 15 merder per behandlingsgruppe. Nyparerte dronninger av primært karniolanbestanden ble kjøpt og sendt over natten fra en dronningoppdretter, og honningbiarbeidere ble hentet fra 3 kolonier opprettholdt i henhold til standard kommersielle metoder ved The Bee Research Facility ved University of Illinois Urbana-Champaign. Her, 4 kostholdsbehandlingsgrupper ble brukt: 1) 50 ppb (g/g...

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens at JoVE.com

Assessing Agrochemical Risk to Mated Honey Bee Queens

Denne protokollen ble utviklet for å forbedre forståelsen av hvordan agrokjemikalier påvirker honningbi (Apis mellifera) reproduksjon ved å etablere metoder for å utsette honningbidronninger og deres arbeiderpassere for agrokjemikalier i kontrollerte, laboratorieinnstillinger og nøye overvåke deres relevante svar.

Vurdering av agrokjemisk risiko for parret honningbi queens

Current risk assessment strategies for honey bees rely heavily upon laboratory tests performed on adult or immature worker bees, but these methods may not ...

Agrokjemisk eksponering kan ha store konsekvenser for alle medlemmer av en honningbikoloni, inkludert det viktigste medlemmet, dronninger. Men inntil nylig har få verktøy vært tilgjengelige for å studere disse effektene. Denne teknikken gjør det mulig for forskere å eksponere dronninger for agrokjemikalier under kontrollerte forhold som simulerer forhold de kan oppleve i feltet.Det er ganske enkelt å forstyrre honeybee queen egglegging atferd, så det er viktig å ta vare på når du håndterer arbeidere og dronninger før og under eksperimentet. Demonstrere disse prosedyrene vil være, Amy Floyd og Eliza Litsey, laboratorieteknikere ved Invasive Species and Pollinator Health Research Unit, Honeybee Research Lab. Til å begynne med monterer du dronningovervåkingsbur, eller QMCer, ved å sette inn dørpanelene, og deretter sette inn dronningen unntatt i fôringskammerdøren over fôringskammeret, for å hindre dronningen i å komme inn og kontakte det behandlede dietten.Sett inn en enkelt ELP. Ikke tilsett materrør før etter at arbeiderne er lagt til buret, og dekk midlertidig de fire materhullene med laboratoriekvalitetstape. Etter å ha samlet og inkubert vokskamrammene som inneholder den kappede arbeiderens brød fra honningbikolonier, børst de lukkede biene av i en åpen beholder foret med en insektbarrieremaling, for å forhindre at biene kryper ut.Tilsett minst 50 bier etter vekt til eggleggingskammeret til hver QMC. For å sikre at et mangfoldig genetisk basseng blir introdusert, få lignende antall arbeiderbier fra minst tre kolonier, og la dem blande før du legger bier til QMCene. Legg til matere som inneholder sukroseløsning, vann og pollentilskudd.Bruk dronninger kjøpt fra en kommersiell oppdretter innen 48 timer etter mottak. Mens dronningen fortsatt er inne i skipsburet, legg den i en klar plastpose. Plasser deretter den ene enden av et plastrør koblet til en karbondioksidgassbeholder inne i posen, og åpne forsiktig beholderventilen slik at karbondioksidgassen kan strømme.Når posen er oppblåst med gass, lukker du beholderventilen samtidig og holder posen lukket for å fange gassen inni. Hold posen lukket i 30 sekunder eller til dronningen har sluttet å bevege seg. Fjern dronningen ved å åpne forsendelsesburet når dronningen er observert å være bevisstløs.Åpne døren delvis til eggleggingskammeret, plasser forsiktig den ubevisste dronningen inne og lukk lokket. Legg til den andre ELP-en i hver QMC. Plasser et stykke laboratoriebånd over toppen av de to ELP-ene for å hindre dem i å skille seg fra QMC-rammen, og forhindre arbeidere i å gå ut av buret.Plasser burene i en mørk inkubator med stabile miljøforhold på 34 til 35 grader celsius og 50-70% relativ fuktighet. For å administrere dietten laced med agrokjemikalier, forberede lagerløsningene av agrokjemikalier i et passende løsningsmiddel, som aceton, i en konsentrasjon som kan legges til dietten for å oppnå ønsket sluttkonsentrasjon av agrokjemisk interesse. Administrer de agrokjemiske behandlingene i en sukroseløsning, et kommersielt pollentilskudd eller begge deler.Forbered det eksperimentelle dietten til bruk på samme dag, ved å legge til en passende mengde lagerløsning til kjølt eller romtemperatur, 50% sukroseløsning. Bland grundig ved å virvelere med middels hastighet. For pollentilskudd, tilsett en beregnet mengde agrokjemisk lagerløsning til sukroseoppløsning, og virvel grundig før du legger den til pulverisert supplement.Legg diett til materrør og registrer matervektene før du plasserer dem i QMC. For å kvantifisere eggleggingen, begynn med å fjerne QMCer fra inkubatoren. Undersøk baksiden av de klare ELLI-ene, hvis egg er til stede, fjern dørpanelet foran platen av interesse.Fjern båndet fra den andre siden av ELP-ene, og skyv dørpanelet mellom ELP og biene inne i QMC. Når dørpanelet er på plass, fjerner du ELP og teller og registrerer antall egg inne i ELP-cellene. Fjern eggene ved å tappe kanten av ELP-åpencellesiden ned, på en hard overflate.Når eggene faller ut, erstatt den tomme ELP i QMC. Fjern og sett forsiktig inn dørpanelet bak ELP på utsiden av QMC. Gjenta etter behov med den andre ELP og bytt båndet over QMC når du er ferdig.For å overvåke matforbruket, erstatt maten med et nylaget kosthold annenhver dag. Forbered nye materrør og vei dem før du starter overvåkingsaktivitetene for eggproduksjon. Bytt gamle rør med nye, og vei gamle rør før du kaster dem.Sammenlign den endelige vekten av materrøret og ubetinget diett med vekten av samme rør, for å estimere diettforbruket. Kontroller én gang per dag for å sikre at matere aldri er tomme. Hvis et materrør er tomt eller i nærheten av tomt, fjern det, fyll det på nytt, registrer vekten av røret før og etter, og legg til forskjellen i det to-dagers diettforbruket totalt for QMC.På et valgt tidspunkt under et QMC-eksperiment fjerner du ELLI-ene som inneholder nylagde egg fra QMC som beskrevet tidligere, men løsner ikke eggene fra ELP. Dekk ELP først med en PCR-platetetning, og deretter et universelt mikroplatelokk, og legg det inne i en desiccator med en mettet kaliumsulfatløsning. Vurder klekkehastigheter ca. 78 timer etter fjerning av ELPer fra QMC.En C-formet larve i bunnen av cellen indikerer en vellykket klekkehendelse. Hvis QMCene hadde blitt befolket med overflødige arbeidere, kan du prøve arbeiderbiene på et valgt tidspunkt under eksperimentet for å vurdere de behandlingsinduserte endringene i fysiologien. Før prøvetaking plasserer du et dørpanel mellom en ELP og det indre av QMC, og fjerner ELP.Løft forsiktig dørpanelet ca. 0,5 centimeter fra bunnen av buret, og fjern en arbeiderbi fra innsiden av QMC ved hjelp av fjærvekt pinsett. For genuttrykksanalyse, snap fryse biene i flytende nitrogen og lagre dem på 80 grader Celsius. Ta vare på den innsamlede bien for oppfølgingsanalyse, og gjenta denne prosessen til ønsket antall prøver er samlet inn.Kostholds-imidakloprid behandlingsrelaterte endringer i daglige eggtellinger ble evaluert ved å implementere en Poisson-logg lineær generalisert estimeringsligning, med en autoregresjonskorrelasjonsmatrise. Daglig rognproduksjon var betydelig lavere i QMCs gitt pollentilskudd og sukrose som inneholdt 50 deler per milliard imidakloprid. En doseavhengig effekt ble observert på det totale antallet egg produsert i hver QMC for imidaklopridbehandlinger administrert i både sukrose og pollentilskudd.Med den største reduksjonen observert i QMCs matet 50 deler per milliard imidakloprid, etterfulgt av 10 deler per milliard i pollen supplement pluss sukrose. Det ble ikke observert noen forskjell i totale egg som ble produsert mellom kontroll og QMCer matet 10 deler per milliard imidakloprid og pollentilskudd alene. Pollentilskudd, vann og sukroseforbruk ble registrert hver 48.Daglige rater av sukroseforbruk økte betydelig etter hvert som eksperimentet utviklet seg, men ratene av pollentilskuddsforbruket gikk ned. Høyere rater av pollenforbruk ble observert da 10 deler per milliard imidakloprid ble administrert i pollentilskudd alene. Og raten gikk ned da 10 eller 50 deler per milliard ble administrert i pollentilskudd og sukroseløsning sammen.Å bruke daggamle bier er avgjørende for å sikre dronningens aksept og for å redusere arbeideren over reaktivering. Også kritisk, er forsiktig håndtering av dronningen og å holde burene i et stabilt miljø.

Research

JoVE Journal

Biology

In vivo Ca2+- Imaging of Mushroom Body Neurons During Olfactory Learning in the Honey Bee

In vivo Ca2+- Imaging of Mushroom Body Neurons During Olfactory Learning in the Honey Bee

The in vivo and semi-in vivo preparation for Calcium imaging has been developed in our lab by Joerges, K&uuml;ttner and Galizia over ten years ago, to ...

Changes in Mammary Gland Morphology and Breast Cancer Risk in Rats

Studies in rodent models of breast cancer show that exposures to dietary/hormonal factors during the in utero and pubertal periods, when the mammary gland ...

A Noninvasive Hair Sampling Technique to Obtain High Quality DNA from Elusive Small Mammals

Noninvasive genetic sampling approaches are becoming increasingly important to study wildlife populations. A number of studies have reported using ...

Heart Dissection in Larval, Juvenile and Adult Zebrafish, Danio rerio

Heart Dissection in Larval, Juvenile and Adult Zebrafish, Danio rerio

Zebrafish have become a beneficial and practical model organism for the study of embryonic heart development (see recent reviews1-6), however, work ...

Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans

Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans

Bruke RNA-mediert interferens fôringsstrategi til skjerm for gener involvert i Body Size forordning i nematode<em&gt; C. elegans</em

Double-strand RNA-mediated interference (RNAi) is an effective strategy to knock down target gene expression1-3. It has been applied to many model systems ...

Obtaining Specimens with Slowed, Accelerated and Reversed Aging in the Honey Bee Model

Innhenting Prøver med Bremset, Accelerated og Reversed Aldring i Honey Bee Model

Societies of highly social animals feature vast lifespan differences between closely related individuals. Among social insects, the honey bee is the best ...

Methods for Comparing Nutrients in Beebread Made by Africanized and European Honey Bees and the Effects on Hemolymph Protein Titers

Metoder for å sammenligne Næringsstoffer i beebread Made by Africanized og europeisk Honey Bees og virkningene på hemolymph Protein Titere

Honey bees obtain nutrients from pollen they collect and store in the hive as beebread. We developed methods to control the pollen source that bees ...

Dissection and Observation of Honey Bee Dorsal Vessel for Studies of Cardiac Function

Disseksjon og Observasjon av Honey Bee Dorsal Vessel for studier av hjertefunksjonen

The European honey bee, Apis mellifera L., is a valuable agricultural and commercial resource noted for producing honey and providing crop pollination ...

A Protocol for Using Gene Set Enrichment Analysis to Identify the Appropriate Animal Model for Translational Research

En protokoll for bruk av Gene satt berikelse analyse for å identifisere den aktuelle dyr modellen for translasjonsforskning

Recent studies that compared transcriptomic datasets of human diseases with datasets from mouse models using traditional gene-to-gene comparison ...

Monitoring Colony-level Effects of Sublethal Pesticide Exposure on Honey Bees

Overvåking koloni-nivå effekter Sublethal plantevernmidler eksponering på honning bier

The effects of sublethal pesticide exposure to honey bee colonies may be significant but difficult to detect in the field using standard visual assessment ...