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

Gracias a la Dra. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach y Alison L. Sankey por su ayuda en la realización de este trabajo. La mención de nombres comerciales o productos comerciales en esta publicación es únicamente con el propósito de proporcionar información específica y no implica recomendación o respaldo por parte del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. El USDA es un proveedor y empleador de igualdad de oportunidades. Esta investigación fue apoyada por una subvención de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa # HR0011-16-2-0019 a Gene E. Robinson y Huimin Zhao, el proyecto 2030-21000-001-00-D del USDA, y la Experiencia de Investigación de Plasticidad Fenotípica para Estudiantes de Colegios Comunitarios en la Universidad de Illinois en Urbana Champaign.

1. Montaje QMC
<ol><li>Ensamble los MGC a partir de piezas (Figura 1A) con una sola placa de puesta de huevos (ELP) insertada como se muestra en la Figura 1B. No agregue tubos de alimentación hasta después de que los trabajadores se hayan agregado a la jaula. Cubra temporalmente los 4 orificios del alimentador con cinta de grado de laboratorio.</li>
	<li>Inserte el exclusor de reina y la puerta de la cámara de alimentación sobre la cámara de alimentación...

La fecundidad de las hembras de insectos solitarios, así como de las reinas en las colonias de insectos eusociales, puede estar influenciada por factores estresantes abióticos como los agroquímicos25,28, 29,30,33. En las abejas melíferas, los efectos de los agroquímicos en las reinas pueden ser indirectos, ya que pueden ocurrir a través de cambios en su ...

Debido al aumento de la demanda mundial de productos agrícolas, las prácticas agrícolas modernas a menudo requieren el uso de agroquímicos para controlar numerosas plagas conocidas por reducir o dañar los rendimientos de los cultivos1. Simultáneamente, los productores de muchos cultivos de frutas, verduras y nueces dependen de los servicios de polinización proporcionados por las colonias comerciales de abejas melíferas para garantizar abundantes rendimientos decultivos 2. Estas prácticas pueden dar lugar a que los polinizadores, incluidas las abejasmelíferas (Apis mellifera),estén expuestos a niveles nocivos de residuos de plaguicidas3. Al mismo tiempo, la presencia generalizada de infestaciones parasitarias de ácaros Varroa destructor en colonias de abejas melíferas con frecuencia requiere que los apicultores traten sus colmenas con miticidas, lo que también puede ejercer efectos negativos sobre la salud y la longevidad de la colonia4,5,6. Para reducir y mitigar los efectos nocivos de los productos agroquímicos, es necesario evaluar completamente su seguridad para las abejas melíferas antes de su implementación para que se puedan hacer recomendaciones para su uso para proteger a los insectos beneficiosos.
Actualmente, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) se basa en una estrategia de evaluación de riesgos escalonada para la exposición a pesticidas de abejas melíferas, que implica pruebas de laboratorio en abejas adultas y, a veces, larvas de abejas melíferas7. Si las pruebas de laboratorio de nivel inferior no logran aliviar las preocupaciones de toxicidad, se pueden recomendar pruebas de campo y semicampo de nivel superior. Si bien estas pruebas de laboratorio proporcionan información valiosa sobre los efectos potenciales de los agroquímicos en la longevidad de los trabajadores, no son necesariamente predictivas de sus efectos en las reinas, que difieren significativamente de las obreras biológicamente8 y conductualmente9. Además, existen numerosos efectos potenciales de los agroquímicos sobre los insectos más allá de la mortalidad, lo que puede tener consecuencias considerables para los insectos sociales que dependen de comportamientos coordinados para funcionar como una unidad de colonia10,11.
Aunque la mortalidad es el efecto más comúnmente considerado de los plaguicidas agroquímicos12,estos productos pueden tener una amplia gama de efectos tanto en artrópodos objetivo como no objetivo, incluido el comportamiento alterado13,14,15,16,repelencia o atracción17,18,19,cambios en los patrones de alimentación20,21,22 , y aumento o disminución de la fecundidad20,21,22,23,24,25. Para los insectos sociales, estos efectos pueden interrumpir sistemáticamente las interacciones y funciones de las colonias11. De estas funciones, la reproducción, que depende en gran medida de una sola reina ponedora de huevos apoyada por el resto de la unidad9de la colonia, puede ser particularmente vulnerable a la perturbación debido a la exposición a pesticidas.
Los estudios realizados en reinas inmaduras han demostrado que la exposición del desarrollo a miticidas puede afectar el comportamiento de las reinas adultas, la fisiología, la supervivencia26,27. Del mismo modo, los estudios que utilizan colonias de tamaño completo o reducido han demostrado que los agroquímicos pueden afectar a las reinas adultas de las abejas melíferas al disminuir el éxito de apareamiento28,disminuir la oviposición29y disminuir la viabilidad de los huevos producidos25,30,31. Estos fenómenos han sido previamente difíciles de observar sin el uso de colonias enteras, debido en gran parte a la falta de métodos de laboratorio disponibles. Sin embargo, un método para estudiar la oviposición de reinas en condiciones de laboratorio estrechamente controladas utilizando Jaulas de Monitoreo de Reinas (QMC)32 ha sido adaptado recientemente para examinar los efectos de los agroquímicos en la fecundidad de las reinas33. Aquí, estas técnicas se describen en detalle junto con métodos adicionales para medir y rastrear el consumo de la dieta de los trabajadores en los MGC.
Estos métodos son más ventajosos que los experimentos que requieren colonias de tamaño completo porque permiten la administración de dosis precisas de agroquímicos a un número muy reducido de trabajadores en relación con las decenas de miles típicamente presentes dentro de una colonia34,que luego aprovisionan a la reina. Esta técnica de exposición refleja la exposición de segunda mano que las reinas experimentarían en escenarios del mundo real porque, dentro de una colonia, las reinas no se alimentan y dependen de las obreras para proporcionarles una dieta9. Del mismo modo, las reinas generalmente no abandonan la colmena excepto durante la reproducción de la colonia (enjambre) para los vuelos de apareamiento35. Las reinas de abejas melíferas apareadas se pueden comprar a criadores de reinas comerciales y enviarse durante la noche. Por lo general, los criadores de reinas venden reinas directamente después de confirmar que han comenzado a poner huevos, lo que se toma como una indicación de apareamiento exitoso. Si se necesita información más precisa sobre la edad de la reina o la relación, los investigadores pueden consultar con el criador de reinas antes de realizar un pedido.
Los MGC permiten la observación precisa y la cuantificación de la oviposición de la reina abeja melífera y las tasas de eclosión dehuevos 32,33, lo que arroja datos valiosos relacionados con los efectos de la exposición a agroquímicos en la fecundidad de la reina. Los resultados representativos presentados aquí describen un experimento que cuantifica la oviposición, el consumo de dieta y la viabilidad embrionaria en MGC bajo exposición crónica a concentraciones relevantes para el campo del pesticida neonicotinoide neurotóxico sistémico imidacloprid36. Una vez aplicado, el imidacloprid se transloca a los tejidos vegetales37,y se han detectado residuos del polen y néctar de numerosas plantas polinizadas por abejas38,39,40. La exposición al imidacloprid puede tener una amplia gama de efectos perjudiciales sobre las abejas melíferas, incluido el rendimiento de forrajeo deteriorado16,la función inmune deteriorada41y la disminución de las tasas de expansión y supervivencia de la colonia42,43. Aquí, el imidacloprid fue seleccionado para su uso como sustancia de prueba porque los experimentos de campo han demostrado que puede afectar la oviposición de la reina de la abejamelífera 29

<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

Las estrategias actuales de evaluación de riesgos para las abejas melíferas dependen en gran medida de las pruebas de laboratorio realizadas en abejas obreras adultas o inmaduras, pero estos métodos pueden no capturar con precisión los efectos de la exposición a agroquímicos en las reinas de las abejas melíferas. Como el único productor de huevos fertilizados dentro de una colonia de abejas melíferas, la reina es posiblemente el miembro individual más importante de una unidad de colonia en funcionamiento. Por lo tanto, comprender cómo los agroquímicos afectan la salud y la productividad de las reinas debe considerarse un aspecto crítico de la evaluación del riesgo de los plaguicidas. Aquí, se presenta un método adaptado para exponer a las reinas de las abejas melíferas y a las asistentes de las reinas obreras a los factores estresantes agroquímicos administrados a través de una dieta de trabajadores, seguido de un seguimiento de la producción de huevos en el laboratorio y la evaluación de la primera eclosión instar utilizando una jaula especializada, conocida como jaula de monitoreo de reinas. Para ilustrar el uso previsto del método, se describen los resultados de un experimento en el que los asistentes a la reina obrera fueron alimentados con una dieta que contenía dosis subletales de imidacloprid y se monitorearon los efectos en las reinas.

La producción de huevos se monitoreó en CGC ensamblados y mantenidos como se describió anteriormente con observaciones una vez al día de la producción de huevos y 15 jaulas por grupo de tratamiento. Las reinas recién apareadas de ganado carniolan principalmente fueron compradas y enviadas durante la noche a un criador de reinas, y las obreras de abejas melíferas se obtuvieron de 3 colonias mantenidas de acuerdo con métodos comerciales estándar en The Bee Research Facility en la Universidad de Illinois Urbana-Cha...

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

Este protocolo fue desarrollado para mejorar la comprensión de cómo los agroquímicos afectan la reproducción de lasabejas melíferas (Apis mellifera)mediante el establecimiento de métodos para exponer a las reinas de las abejas melíferas y sus cuidadores trabajadores a los agroquímicos en un entorno controlado y de laboratorio y monitoreando cuidadosamente sus respuestas relevantes.

Evaluación del riesgo agroquímico para las reinas de abejas melíferas apareadas

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

La exposición a agroquímicos puede tener un gran impacto en todos los miembros de una colonia de abejas melíferas, incluido el miembro más importante, las reinas. Pero hasta hace poco, pocas herramientas han estado disponibles para estudiar estos efectos. Esta técnica permite a los investigadores exponer a las reinas a agroquímicos en condiciones controladas que simulan las condiciones que podrían experimentar en el campo.Es bastante fácil alterar los comportamientos de puesta de huevos de la reina melífera, por lo que es importante tener cuidado al manipular obreras y reinas antes y durante el experimento. La demostración de estos procedimientos será, Amy Floyd y Eliza Litsey, técnicas de laboratorio en la Unidad de Investigación de Especies Invasoras y Salud de Polinizadores, Laboratorio de Investigación de Abejas Melíferas. Para comenzar, ensamble jaulas de monitoreo de reinas, o MGC, insertando los paneles de las puertas, luego inserte el exclusor de reinas en la puerta de la cámara de alimentación sobre la cámara de alimentación, para evitar que la reina entre y entre en contacto con la dieta tratada.Inserte un único ELP. No agregue tubos de alimentación hasta después de que los trabajadores se hayan agregado a la jaula, y cubra temporalmente los cuatro orificios del alimentador con cinta de grado de laboratorio. Después de recolectar e incubar los marcos de peine de cera que contienen la cría obrera tapada de las colonias de abejas melíferas, cepille las abejas cerradas en un recipiente abierto forrado con una pintura de barrera contra insectos, para evitar que las abejas se arrastren.Agregue al menos 50 abejas por peso a la cámara de puesta de huevos de cada QMC. Para garantizar que se introduzca un acervo genético diverso, obtenga un número similar de abejas obreras de al menos tres colonias y permítales mezclarse antes de agregar abejas a los MGC. Agregue los comederos que contengan solución de sacarosa, agua y suplemento de polen.Use reinas compradas a un criador comercial dentro de las 48 horas posteriores a la recepción. Mientras la reina todavía está dentro de la jaula de envío, colóquela en una bolsa de plástico transparente. Luego coloque un extremo de un tubo de plástico conectado a un recipiente de gas de dióxido de carbono dentro de la bolsa y abra suavemente la válvula del recipiente para permitir que el gas de dióxido de carbono fluya.Cuando la bolsa se haya inflado con gas, cierre simultáneamente la válvula del recipiente y mantenga la bolsa cerrada para atrapar el gas en su interior. Mantenga la bolsa cerrada durante 30 segundos o hasta que la reina haya dejado de moverse. Retire a la reina abriendo la jaula de embarque una vez que se observe que la reina está inconsciente.Abra parcialmente la puerta de la cámara de puesta de huevos, coloque suavemente a la reina inconsciente dentro y cierre la tapa. Agregue el segundo ELP a cada QMC. Coloque un trozo de cinta de laboratorio en la parte superior de los dos ELP para evitar que se separen del marco QMC y evitar que los trabajadores salgan de la jaula.Coloque las jaulas en una incubadora oscura con condiciones ambientales estables de 34 a 35 grados centígrados y 50-70% de humedad relativa. Para administrar la dieta mezclada con agroquímicos, prepare las soluciones madre de agroquímicos en un solvente apropiado, como la acetona, a una concentración que se pueda agregar a la dieta para lograr la concentración final deseada del agroquímico de interés. Administrar los tratamientos agroquímicos en una solución de sacarosa, un suplemento de polen comercial o ambos.Prepare la dieta experimental para su uso en el mismo día, agregando una cantidad adecuada de solución madre a la solución refrigerada o a temperatura ambiente, 50% de sacarosa. Mezclar bien mediante vórtice a una velocidad media. Para los suplementos de polen, agregue una cantidad calculada de solución madre de agroquímicos a la solución de sacarosa y vórtice a fondo antes de agregarlo al suplemento en polvo.Agregue la dieta a los tubos de alimentación y registre los pesos del alimentador antes de colocarlos en el QMC. Para cuantificar la puesta de huevos, comience por eliminar los MGC de la incubadora. Examine la parte posterior de los ELP transparentes, si hay huevos presentes, retire el panel de la puerta frente a la placa de interés.Retire la cinta de los ELP y deslice el panel de la puerta entre el ELP y las abejas dentro del QMC. Con el panel de la puerta en su lugar, retire el ELP y cuente y registre el número de óvulos dentro de las células ELP. Retire los huevos golpeando el borde del el lado de celda abierta ELP hacia abajo, en una superficie dura.Una vez que los huevos se caigan, reemplace el ELP vacío en el QMC. Retire y reemplace suavemente el panel de la puerta detrás del ELP en el exterior del QMC. Repita según sea necesario con el segundo ELP y reemplace la cinta en todo el QMC cuando haya terminado.Para controlar el consumo de alimentos, reemplace los alimentos con una dieta recién preparada cada dos días. Prepare nuevos tubos de alimentación y péselos antes de comenzar las actividades de monitoreo de la producción de huevos. Cambie los tubos viejos por otros nuevos y pese los tubos viejos antes de desecharlos.Compare el peso final del tubo alimentador y la dieta no consumida con el peso del mismo tubo, para estimar el consumo de dieta. Verifique una vez al día para asegurarse de que los comederos nunca estén vacíos. Si un tubo alimentador está vacío o casi vacío, retírelo, vuelva a llenarlo, registre el peso del tubo antes y después, y agregue la diferencia al consumo total de dieta de dos días para el QMC.En un punto seleccionado durante un experimento de QMC, retire los ELP que contienen huevos recién puestos del QMC como se describió anteriormente, pero no desaloje los huevos del ELP. Cubra el ELP primero con un sello de placa de PCR, y luego una tapa de microplaca universal, y colóquelo dentro de un desecador con una solución saturada de sulfato de potasio. Evalúe las tasas de eclosión aproximadamente 78 horas después de eliminar los ELP del QMC.Una larva en forma de C en la parte inferior de la célula es indicativa de un evento de eclosión exitoso. Si los MGC se habían llenado con exceso de trabajadores, muestree las abejas obreras en un punto de tiempo seleccionado durante el experimento para evaluar los cambios inducidos por el tratamiento en su fisiología. Antes del muestreo, coloque un panel de puerta entre un ELP y el interior del QMC, y retire el ELP.Con cuidado, levante el panel de la puerta aproximadamente a 0,5 centímetros de la base de la jaula y retire una abeja obrera del interior del QMC con pinzas de peso pluma. Para el análisis de la expresión génica, congele las abejas en nitrógeno líquido y guárdelas a 80 grados centígrados. Conserve la abeja recolectada para el análisis de seguimiento y repita este proceso hasta que se haya recolectado el número deseado de muestras.Los cambios relacionados con el tratamiento con imidacloprid en la dieta en los recuentos diarios de óvulos se evaluaron mediante la implementación de una ecuación de estimación generalizada lineal logarítmica de Poisson, con una matriz de correlación autorregresiva. La producción diaria de huevos fue significativamente menor en los MGC que recibieron suplementos de polen y sacarosa que contenían 50 partes por billón de imidacloprid. Se observó un efecto dependiente de la dosis sobre el número total de óvulos producidos en cada QMC para los tratamientos con imidacloprid administrados tanto en sacarosa como en suplemento de polen.Con la mayor reducción observada en los MGC alimentados con 50 partes por billón de imidacloprid, seguido de 10 partes por mil millones en suplemento de polen más sacarosa. No se observaron diferencias en el total de huevos producidos entre el control y los MGC alimentados con 10 partes por billón de imidacloprid y suplemento de polen solo. El consumo de suplementos de polen, agua y sacarosa se registró cada 48 horas durante 10 o 12 días.Las tasas diarias de consumo de sacarosa aumentaron significativamente a medida que avanzaba el experimento, pero las tasas de consumo de suplementos de polen disminuyeron. Se observaron tasas más altas de consumo de polen cuando se administraron 10 partes por billón de imidacloprid solo en suplemento de polen. Y la tasa disminuyó cuando se administraron 10 o 50 partes por mil millones en suplemento de polen y solución de sacarosa juntos.El uso de abejas de un día es fundamental para garantizar la aceptación de la reina y reducir la reactivación de la obrera. También es fundamental el manejo cuidadoso de la reina y mantener las jaulas en un ambiente estable.

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

En vivo Ca 2 + - Imágenes de las neuronas del cuerpo de hongos durante el aprendizaje olfativo en la abeja de la miel

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 ...

Investigación

Biología

Changes in Mammary Gland Morphology and Breast Cancer Risk in Rats

Los cambios en la morfología de la glándula mamaria y el riesgo de cáncer de mama en ratas

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

Un cabello no invasiva técnica de muestreo para obtener ADN de alta calidad de esquiva Pequeños Mamíferos

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

La disección del corazón en las larvas, juveniles y adultos de pez cebra, 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

El uso de ARN de interferencia mediada estrategia de alimentación para la detección de genes implicados en la regulación del cuerpo Tamaño del nematodo<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

La obtención de especímenes con desacelerado, acelerado y Invertida Envejecimiento en la abeja de la miel Modelo

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

Los métodos para la comparación de Nutrientes en jalea real Realizado por africanizadas y europeas Honey Bees y los efectos sobre títulos hemolinfa de proteínas

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

La disección y la observación de la abeja de la miel dorsal del recipiente de Estudios de la función cardiaca

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

Un protocolo para el uso de gen Set enriquecimiento análisis para identificar el modelo Animal adecuado para la investigación traslacional

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

Controles Colonia efectos de exposición a los pesticidas subletales en las abejas de miel

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