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

Спасибо доктору Эми Кэш-Ахмед, Натанаэлю Дж. Упоминание торговых наименований или коммерческих продуктов в этой публикации исключительно с целью предоставления конкретной информации и не подразумевает рекомендации или одобрения со стороны Министерства сельского хозяйства США. Министерство сельского хозяйства США является поставщиком равных возможностей и работодателем. Это исследование было поддержано грантом Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны No HR0011-16-2-0019 Джину Э. Робинсону и Хуэймин чжао, проекту Министерства сельского хозяйства США 2030-21000-001-00-D и опыту исследования фенотипической пластичности для студентов общественных колледжей в Университете Иллинойса в Урбана Шампейн.

1. Сборка QMC
<ol><li>Соберите QMC из деталей(рисунок 1A)с одной вставленной яйцекладущей пластиной (ELP), как показано на рисунке 1B. Не добавляйте питательные трубки до тех пор, пока рабочие не будут добавлены в клетку. Временно закройте 4 отверстия питателя ленто?...

На плодовитость самок одиночных насекомых, а также маток в эусоциальных колониях насекомых могут влиять абиотические стрессоры, такие как агрохимикаты25,28,29,30,33. У медоносных пчел воздействие агрох...

Из-за возросшего мирового спроса на сельскохозяйственную продукцию современные методы ведения сельского хозяйства часто требуют использования агрохимикатов для борьбы с многочисленными вредителями, которые, как известно, снижают или наносят вред урожайности сельскохозяйственныхкультур1. В то же время производители многих фруктовых, овощных и ореховых культур полагаются на услуги опыления, предоставляемые коммерческими пчелиными семьями, чтобы обеспечить обильные урожаикультур 2. Эта практика может привести к тому, что опылители, включая медоносных пчел(Apis mellifera),будут подвергаться воздействию вредных уровней остатков пестицидов3. В то же время широко распространенное присутствие паразитических клещей Varroa destructor в пчелиных семьях часто требует от пчеловодов обработки своих ульев митицидами, что также может оказывать негативное влияние на здоровье и долголетие колонии4,5,6. Для снижения и смягчения вредного воздействия агрохимических продуктов необходимо до их реализации в полной мере оценить их безопасность для медоносных пчел, чтобы можно было дать рекомендации по их использованию для защиты полезных насекомых.
В настоящее время Агентство по охране окружающей среды (EPA) опирается на многоуровневую стратегию оценки риска воздействия пестицидов на медоносных пчел, которая включает лабораторные испытания взрослых пчел и иногда личинок медоносных пчел7. Если лабораторные испытания более низкого уровня не позволяют снять опасения по поводу токсичности, могут быть рекомендованы полевые и полуполевые испытания более высокого уровня. Хотя эти лабораторные тесты дают ценную информацию о потенциальном влиянии агрохимикатов на продолжительность жизни рабочих, они не обязательно предсказывают их влияние на маток, которые значительно отличаются от рабочих биологически8 и поведенчески9. Кроме того, существует множество потенциальных воздействий агрохимикатов на насекомых за пределами смертности, что может иметь значительные последствия для общественных насекомых, которые полагаются на скоординированное поведение, чтобы функционировать в качестве колонии10,11.
Хотя смертность является наиболее часто рассматриваемым эффектом агрохимических пестицидов12,эти продукты могут оказывать широкий спектр воздействий как на целевых, так и на нецелевых членистоногих, включая измененное поведение13,14,15,16,репеллентность или аттрактантность17,18,19,изменения в моделях кормления20,21,22 , а также повышенная или пониженная плодовитость20,21,22,23,24,25. Для общественных насекомых эти эффекты могут систематически нарушать взаимодействия колоний и функции11. Из этих функций размножение, которое в значительной степени зависит от одной яйцекладущей матки, поддерживаемой остальной частью колонии блока9,может быть особенно уязвимо к возмущению из-за воздействия пестицидов.
Исследования, проведенные на незрелых королевах, показали, что воздействие митицидов на развитие может повлиять на поведение взрослой королевы, физиологию, выживаемость26,27. Аналогичным образом, исследования с использованием полных или уменьшенных колоний показали, что агрохимикаты могут влиять на взрослых маток медоносных пчел, уменьшая успех спаривания28,уменьшая яйцекладку29и уменьшая жизнеспособностьяиц,произведенных25,30,31. Эти явления ранее было трудно наблюдать без использования целых колоний, во многом из-за отсутствия доступных лабораторных методов. Тем не менее, метод изучения яйцекладки матки в строго контролируемых лабораторных условиях с использованием клеток мониторинга королевы (QMC)32 недавно был адаптирован для изучения влияния агрохимикатов на плодовитость матки33. Здесь эти методы подробно описаны вместе с дополнительными методами измерения и отслеживания потребления диеты работниками в QMC.
Эти методы более выгодны, чем эксперименты, требующие полноразмерных колоний, потому что они позволяют вводить точные дозы агрохимикатов значительно меньшему числу рабочих по сравнению с десятками тысяч, обычно присутствующих внутри колонии34,которые затем обеспечивают матку. Этот метод воздействия отражает воздействие из вторых рук, которое королевы испытали бы в реальных сценариях, потому что в колонии королевы не кормят себя и полагаются на работников, чтобы обеспечить их диетой9. Точно так же матки обычно не покидают улей, за исключением периода размножения колонии (роения) для брачных полетов35. Спаренные матки медоносных пчел можно приобрести у коммерческих селекционеров маток и отправить на ночь. Как правило, заводчики маток продают маток сразу после подтверждения того, что они начали откладывать яйца, что воспринимается как показатель успешного спаривания. Если требуется более точная информация о возрасте или родстве королевы, исследователи могут проконсультироваться с заводчиком матки перед размещением заказа.
QMC позволяют проводить точные наблюдения и количественную оценку яйцекладки и инкубации яиц медоносных пчел и темпов вылупления яиц32,33,что дает ценные данные, связанные с воздействием агрохимического воздействия на плодовитость маток. Репрезентативные результаты, представленные здесь, описывают эксперимент, количественно оценивающий яйцекладку, потребление рациона и жизнеспособность эмбрионов в QMC при хроническом воздействии соответствующих полевым условиям концентраций системного нейротоксикантного неоникотиноидного пестицида имидаклоприда36. После нанесения имидаклоприд перемещается в ткани растений37,и в остатках пыльцы и нектара многочисленных пчел опыляют растения38,39,40. Воздействие имидаклоприда может иметь широкий спектр пагубных последствий для медоносных пчел, включая ухудшение кормовой деятельности16,нарушение иммунной функции41и снижение темпов расширения колонии и выживаемости42,43. Здесь имидаклоприд был выбран для использования в качестве тестового вещества, потому что полевые эксперименты показали, что он может влиять на яйцекладку пчелиной матки29.

<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

Современные стратегии оценки риска для медоносных пчел в значительной степени основаны на лабораторных тестах, проводимых на взрослых или незрелых рабочих пчелах, но эти методы могут не точно отражать влияние агрохимического воздействия на маток медоносных пчел. Как единственный производитель оплодотворенных яиц внутри колонии медоносных пчел, матка, возможно, является самым важным членом функционирующей колонии. Поэтому понимание того, как агрохимикаты влияют на здоровье и продуктивность маток, следует рассматривать как критический аспект оценки риска пестицидов. Здесь представлен адаптированный метод для воздействия маток медоносных пчел и рабочих маток агрохимических стрессоров, вводимых через рабочую диету, с последующим отслеживанием производства яиц в лаборатории и оценкой первой эклозии с использованием специализированной клетки, называемой клеткой мониторинга матки. Чтобы проиллюстрировать предполагаемое использование метода, описаны результаты эксперимента, в котором рабочих маток кормили диетой, содержащей сублетальные дозы имидаклоприда, и контролировали влияние на маток.

Производство яиц контролировали в QMC, собранных и поддерживаемых, как описано выше, с однократными ежедневными наблюдениями за производством яиц и 15 клетками на группу обработки. Недавно спаренные матки в основном карниоланского стада были куплены и отправлены в одночасье у селекцион?...

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

Этот протокол был разработан для улучшения понимания того, как агрохимикаты влияют на размножение медоносных пчел(Apis mellifera),путем установления методов воздействия на матки медоносных пчел и их работников-смотрителей агрохимикатов в контролируемых лабораторных условиях и тщательного мониторинга их соответствующих ответов.

Оценка агрохимического риска для спаренных пчелиных маток

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

Агрохимическое воздействие может оказать серьезное воздействие на всех членов колонии медоносных пчел, включая наиболее важного члена, маток. Но до недавнего времени было доступно мало инструментов для изучения этих эффектов. Этот метод позволяет исследователям подвергать маток воздействию агрохимикатов в контролируемых условиях, которые имитируют условия, которые они могут испытывать в поле.Довольно легко нарушить поведение яйцекладки маток медоносных пчел, поэтому важно проявлять осторожность при обращении с рабочими и матками до и во время эксперимента. Демонстрировать эти процедуры будут Эми Флойд и Элиза Лици, лаборанты в Отделе исследований инвазивных видов и опылителей, Исследовательская лаборатория медоносных пчел. Для начала соберите клетки для мониторинга маток или QMC, вставив дверные панели, а затем вставьте исключающий маток в дверцу камеры кормления над камерой кормления, чтобы матка не входила и не контактировала с обработанной диетой.Вставьте один ELP. Не добавляйте питательные трубки до тех пор, пока рабочие не будут добавлены в клетку, и временно закройте четыре отверстия питателя лентой лабораторного класса. После сбора и инкубации восковых сотовых рамок, содержащих закрытый рабочий расплод из колоний медоносных пчел, смахните закрытых пчел в открытый контейнер, выстланный барьерной краской для насекомых, чтобы пчелы не выползли.Добавьте не менее 50 пчел по весу в яйцекладущую камеру каждого QMC. Чтобы обеспечить введение разнообразного генетического пула, получите аналогичное количество рабочих пчел по крайней мере из трех колоний и позвольте им смешиваться перед добавлением пчел в QMC. Добавьте кормушки, содержащие раствор сахарозы, воду и пыльцевую добавку.Используйте маток, приобретенных у коммерческого заводчика в течение 48 часов с момента получения. Пока королева все еще находится внутри транспортной клетки, поместите ее в прозрачный пластиковый пакет. Затем поместите один конец пластиковой трубки, соединенной с баллончиком с углекислым газом, внутрь пакета и осторожно откройте клапан канистры, чтобы позволить газу углекислого газа течь.Когда мешок был накачан газом, одновременно закройте клапан канистры и держите мешок закрытым, чтобы улавливать газ внутри. Держите мешок закрытым в течение 30 секунд или до тех пор, пока королева не перестанет двигаться. Удалите матку, открыв клетку для транспортировки, как только королева окажется без сознания.Частично откройте дверь в яйцекладущую камеру, аккуратно поместите внутрь бессознательную матку и закройте крышку. Добавьте второй ELP к каждому QMC. Поместите кусок лабораторной ленты поверх двух ELP, чтобы они не отделялись от рамы QMC, и предотвратите выход рабочих из клетки.Поместите клетки в темный инкубатор со стабильными условиями окружающей среды от 34 до 35 градусов цельсия и относительной влажностью 50-70%. Для введения диеты, сдобренной агрохимикатами, приготовьте исходные растворы агрохимикатов в соответствующем растворителе, таком как ацетон, в концентрации, которая может быть добавлена в рацион для достижения желаемой конечной концентрации интересующего агрохимиката. Вводите агрохимическую обработку в растворе сахарозы, коммерческой добавке пыльцы или и в том, и в другом.Подготовьте экспериментальную диету к применению в тот же день, добавив соответствующее количество бульонного раствора до охлажденной или комнатной температуры, 50%-ного раствора сахарозы. Тщательно перемешайте путем вихря на средней скорости. Для пыльцевых добавок добавьте рассчитанное количество раствора агрохимикатов в раствор сахарозы и тщательно вихрьте перед добавлением его в порошкообразную добавку.Добавьте рацион в питательные трубки и запишите вес кормушки перед размещением их в QMC. Чтобы количественно оценить откладку яиц, начните с удаления QMC из инкубатора. Осмотрите заднюю часть прозрачных ELP, если яйца присутствуют, снимите дверную панель перед интересующей пластиной.Снимите ленту с поперек ELP и сдвиньте дверную панель между ELP и пчелами внутри QMC. Установив дверную панель, снимите ELP и подсчитайте и запишите количество яиц внутри клеток ELP. Удалите яйца, постукивая краем ELP открытой клеточной стороной вниз, на твердой поверхности.Как только яйца выпадут, замените пустой ELP в QMC. Аккуратно снимите и замените дверную панель за ELP на внешней стороне QMC. Повторите по мере необходимости второй ELP и замените ленту на QMC по завершении.Чтобы контролировать потребление пищи, заменяйте пищу свежеприготовленной диетой каждые два дня. Подготовьте новые питательные трубки и взвесьте их перед началом мониторинга производства яиц. Замените старые трубки на новые и взвесьте старые трубки, прежде чем утилизировать их.Сравните конечный вес питательной трубки и непотребленного рациона с весом той же трубки, чтобы оценить потребление рациона. Проверяйте один раз в день, чтобы убедиться, что кормушки никогда не пустуют. Если трубка питателя пуста или почти пуста, удалите ее, пополните ее, запишите вес трубки до и после и добавьте разницу к общему потреблению двухдневной диеты для QMC.В выбранной точке во время эксперимента QMC удалите ELP, содержащие свежеотложенные яйца, из QMC, как описано ранее, но не вытесняйте яйца из ELP. Накройте ELP сначала уплотнением пластины ПЦР, а затем универсальной крышкой микропластины, и поместите его внутрь адсорбатора с насыщенным раствором сульфата калия. Оцените скорость вылупления примерно через 78 часов после удаления ELP из QMC.С-образная личинка в нижней части клетки свидетельствует об успешном вылуплении. Если QMC были заполнены избыточными рабочими, возьмите образцы рабочих пчел в выбранный момент времени во время эксперимента, чтобы оценить вызванные лечением изменения в их физиологии. Перед отбором проб поместите дверную панель между ELP и внутренней частью QMC и снимите ELP.Осторожно поднимите дверную панель примерно на 0,5 сантиметра от основания клетки и извлеките рабочую пчелу изнутри QMC с помощью полулегкого пинцета. Для анализа экспрессии генов заморозьте пчел в жидком азоте и храните их при 80 градусах Цельсия. Сохраните собранную пчелу для последующего анализа и повторяйте этот процесс до тех пор, пока не будет собрано желаемое количество образцов.Диетические изменения, связанные с лечением имидаклопридом, в суточном количестве яиц оценивались путем реализации линейного обобщенного оценочного уравнения Пуассона с авторегрессивной корреляционной матрицей. Суточная яйценоскость была значительно ниже в QMC, получая пыльцевую добавку и сахарозу, содержащую 50 частей на миллиард имидаклоприда. Дозозависимый эффект наблюдался на общее количество яйцеклеток, продуцированных в каждом QMC для лечения имидаклопридом, вводимого как в сахарозе, так и в пыльцевой добавке.При наибольшем сокращении, наблюдаемом в QMC, кормили 50 частями на миллиард имидаклоприда, за которым следовали 10 частей на миллиард в пыльцевой добавке плюс сахароза. Не наблюдалось никакой разницы в общем количестве произведенных яиц между контролем и QMC, получавшими 10 частей на миллиард имидаклопридов и пыльцевых добавок. Потребление пыльцы, воды и сахарозы регистрировали каждые 48 часов в течение 10 или 12 дней.Суточные нормы потребления сахарозы значительно увеличились по мере продвижения эксперимента, но показатели потребления добавок пыльцы снизились. Более высокие темпы потребления пыльцы наблюдались, когда 10 частей на миллиард имидаклопридов вводились только в пыльцевой добавке. И скорость уменьшалась, когда 10 или 50 частей на миллиард вводили в пыльцевой добавке и растворе сахарозы вместе.Использование дневных пчел имеет решающее значение для обеспечения принятия матки и уменьшения реактивации работника. Также критически важным является бережное обращение с маткой и поддержание клеток в стабильной среде.

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

В естественных условиях Са 2 + - Съемка Гриб Нейроны тела во время обучения в обонятельной 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

Изменения в молочной железы Морфология и риск рака молочной железы у крыс

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

Неинвазивный метод отбора проб волос для получения высоких ДНК Качество от Неуловимый мелких млекопитающих

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

Сердце Dissection в личинок, несовершеннолетних и взрослых данио рерио, Danio rerio</em

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

Использование РНК-опосредованного вмешательства стратегии кормления для выявления генов, участвующих в размерах тела регулированию в Нематода<em&gt; C. Элеганс</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

Получение мутантов Замедление, ускоренного и Обратный Старение в 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

Методы для сравнения питательных веществ в перги сделан африканизированных и европейской медоносных пчел и воздействие на Гемолимфа белка титров

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

Вскрытие и наблюдение Honey Bee Спинной сосуд для исследований сердечной функции

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

Протокол для использования гена набор обогащения анализ для выявления соответствующих животных модель для трансляционного исследования

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

Мониторинг колонии уровне последствия воздействия сублетальных пестицидов на медоносных пчел

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