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

Tack till Dr. Amy Cash-Ahmed, Nathanael J. Beach och Alison L. Sankey för deras hjälp med att utföra detta arbete. Omnämnande av handelsnamn eller kommersiella produkter i denna publikation är endast i syfte att tillhandahålla specifik information och innebär inte rekommendation eller godkännande av det amerikanska jordbruksdepartementet. USDA är en leverantör och arbetsgivare för lika möjligheter. Denna forskning stöddes av ett bidrag från Defense Advanced Research Projects Agency # HR0011-16-2-0019 till Gene E. Robinson och Huimin Zhao, USDA-projektet 2030-21000-001-00-D och Phenotypic Plasticity Research Experience for Community College Students vid University of Illinois at Urbana Champaign.

1. QMC-montering
<ol><li>Montera QFC från delar(figur 1A)med en enda äggläggningsplatta (ELP) i bild 1B. Tillsätt inte matarrör förrän efter att arbetarna har lagts till i buret. Täck tillfälligt de 4 matarhålen med tejp av laboratoriekvalitet.</li>
	<li>Sätt in drottningens exkluderare och matningskammarens dörr över matkammaren för att hindra drottningen från att komma in i matkammaren och kontakta den behandlade kosten. Se Fine et<sup class="...

Fecundity av kvinnliga ensamma insekter såväl som drottningar i eusociala insektskolonier kan påverkas av abiotiska stressfaktorer som agrokemikalier25,28,29,30,33. Hos honungsbin kan agrokemikaliernas effekter på drottningar vara indirekta, eftersom de kan uppstå genom förändringar i deras vård och utfodring av arbetsbin. Våra representativa resultat...

På grund av ökad global efterfrågan på jordbruksprodukter kräver moderna jordbruksmetoder ofta användning av jordbrukskemikalier för att kontrollera många skadedjur som är kända för att minska eller skada skördarna1. Samtidigt förlitar sig odlarna av många frukt-, grönsaks- och nötgrödor på pollineringstjänster som tillhandahålls av kommersiella honungsbikolonier för att säkerställa rikligskördeutbyte 2. Dessa metoder kan leda till att pollinatörer, inklusivehonungsbin ( Apis mellifera), utsätts för skadliga halter av bekämpningsmedelsrester3. Samtidigt kräver den utbredda närvaron av parasitiska Varroa destructor-mmitangrepp i honungsbikolonier ofta biodlare att behandla sina nässelfeber med miticider, vilket också kan utöva negativa effekter på kolonins hälsa och livslängd4,5,6. För att minska och mildra skadliga effekter av agrokemiska produkter är det nödvändigt att fullt ut utvärdera deras säkerhet för honungsbin innan de implementeras så att rekommendationer för deras användning kan göras för att skydda fördelaktiga insekter.
För närvarande förlitar sig Naturvårdsverket på en stegvis riskbedömningsstrategi för exponering av honungsbibekämpningsmedel, som omfattar laboratorietester på vuxna bin och ibland honungsbilarver7. Om laboratorietester på lägre nivå inte minskar oron för toxicitet kan fält- och halvfältstestning rekommenderas. Medan dessa laboratorietester ger värdefull inblick i agrokemikaliernas potentiella effekter på arbetarens livslängd, är de inte nödvändigtvis förutsägande av deras effekter på drottningar, som skiljer sig avsevärt från arbetare biologiskt8 och beteendemässigt9. Dessutom finns det många potentiella effekter av agrokemikalier på insekter bortom dödlighet, vilket kan få betydande konsekvenser för sociala insekter som förlitar sig på samordnade beteenden för att fungera som en kolonienhet10,11.
Även om dödlighet är den vanligaste effekten av agrokemiskabekämpningsmedel 12, kan dessa produkter ha ett brett spektrum av effekter på både mål- och icke-mål leddjur inklusive förändrat beteende13,14,15,16, avstötning eller ryckkraft17,18,19, förändringar i utfodringsmönster20,21,22 , och ökad eller minskad fecundity20,21,22,23,24,25. För sociala insekter kan dessa effekter systemiskt störa koloniinteraktioner och funktioner11. Av dessa funktioner kan reproduktion, som är starkt beroende av en enda äggläggande drottning som stöds av resten av kolonienheten9, vara särskilt sårbar för störtsamhet på grund av exponering för bekämpningsmedel.
Studier som utförts på omogna drottningar har visat att utvecklingsexponering för miticider kan påverka vuxendrottningsbeteende, fysiologi, överlevnad26,27. På samma sätt har studier med hjälp av hela eller reducerade kolonier visat att agrokemikalier kan påverka vuxna honungsbidrottningar genom att minska parningsframgången28, minska oviposition29och minska livskraften hos de ägg som produceras25,30,31. Dessa fenomen har tidigare varit svåra att observera utan användning av hela kolonier, till stor del på grund av brist på tillgängliga laboratoriemetoder. En metod för att studera drottning oviposition under hårt kontrollerade laboratorieförhållanden med Queen Monitoring Cages (QMC)32 har dock nyligen anpassats för att undersöka effekterna av agrokemikalier på queen fecundity33. Här beskrivs dessa tekniker i detalj tillsammans med ytterligare metoder för att mäta och spåra arbetstagares kostkonsumtion i QMCs.
Dessa metoder är mer fördelaktiga än experiment som kräver fullstora kolonier eftersom de möjliggör administrering av exakta doser av agrokemikalier till ett kraftigt reducerat antal arbetare i förhållande till de tiotusentals som vanligtvis finns i en koloni34, som sedan ger drottningen. Denna exponeringsteknik speglar den begagnade exponering som drottningar skulle uppleva i verkliga scenarier eftersom drottningar inom en koloni inte matar sig själva och förlitar sig på arbetare för att ge dem diet9. På samma sätt lämnar drottningar i allmänhet inte bikupan förutom under kolonireproduktion (svärmning) för parningsflygningar35. Parade honungsbidrottningar kan köpas från kommersiella drottninguppfödare och skickas över natten. Vanligtvis säljer drottninguppfödare drottningar direkt efter att ha bekräftat att de har börjat lägga ägg, vilket tas som en indikation på framgångsrik parning. Om mer exakt information om drottning ålder eller släktskap behövs, kan forskare rådgöra med drottninguppfödaren innan de gör en beställning.
QMCs möjliggör exakt observation och kvantifiering av honungsbidrottning oviposition och äggkläckningsgrad32,33, vilket ger värdefulla data relaterade till effekterna av agrokemisk exponering på drottning fecundity. De representativa resultaten som presenteras här beskriver ett experiment som kvantifierar oviposition, kostkonsumtion och embryo livskraft i QMCs under kronisk exponering för fältrelevanta koncentrationer av det systemiska neurotoxiska bekämpningsmedlet neonikotinoidbekämpningsmedel imidakloprid36. När imidakloprid har applicerats translokerar till växtvävnader37, och rester har upptäckts pollen och nektar av många bi pollinerade växter38,39,40. Exponering för imidakloprid kan ha ett brett spektrum av skadliga effekter på honungsbin, inklusive nedsatt födosöksprestanda16,nedsatt immunfunktion41och minskad frekvens av koloniexpansion och överlevnad42,43. Här valdes imidakloprid ut för användning som testämne eftersom fältexperiment har visat att det kan påverka honungsbidrottning oviposition29

<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

Nuvarande riskbedömningsstrategier för honungsbin är starkt beroende av laboratorietester som utförs på vuxna eller omogna arbetsbin, men dessa metoder kanske inte exakt fångar effekterna av agrokemisk exponering på honungsbidrottningar. Som den enda producenten av befruktade ägg inuti en honungsbikoloni är drottningen utan tvekan den viktigaste enskilda medlemmen i en fungerande kolonienhet. Därför bör förståelse för hur agrokemikalier påverkar drottningens hälsa och produktivitet betraktas som en kritisk aspekt av riskbedömningen av bekämpningsmedel. Här presenteras en anpassad metod för att exponera honungsbidrottningar och arbetardrottningsvakter för agrokemiska stressfaktorer som administreras genom en arbetardiet, följt av att spåra äggproduktion i laboratoriet och bedöma första instar-eklosion med hjälp av en specialiserad bur, kallad en Queen Monitoring Cage. För att illustrera metodens avsedda användning beskrivs resultaten av ett experiment där arbetardrottningsvakter matades med diet som innehöll subletala doser av imidakloprid och effekter på drottningar övervakades.

Produktionen av ägg övervakades i QMCs monterade och underhållna enligt beskrivningen ovan med en gång dagligen observationer av äggproduktion och 15 burar per behandlingsgrupp. Nygifta drottningar av främst Carniolan lager köptes och skeppades över natten från en drottning uppfödare, och honungsbiarbetare erhölls från 3 kolonier underhålls enligt standard kommersiella metoder vid The Bee Research Facility vid University of Illinois Urbana-Champaign. Här användes 4 dietbehandlingsgrupper: 1) 50 ppb (g/g) i...

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

Detta protokoll utvecklades för att öka förståelsen för hur agrokemikalier påverkarhonungsbi ( Apis mellifera) reproduktion genom att fastställa metoder för att exponera honungsbidrottningar och deras arbetares vårdare för jordbrukskemikalier i en kontrollerad laboratoriemiljö och noggrant övervaka deras relevanta svar.

Bedömning av agrokemisk risk för parade honungsbidrottningar

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

Agrokemisk exponering kan ha stora konsekvenser för alla medlemmar i en honungsbikoloni, inklusive den viktigaste medlemmen, drottningar. Men tills nyligen har få verktyg varit tillgängliga för att studera dessa effekter. Denna teknik gör det möjligt för forskare att exponera drottningar för agrokemikalier under kontrollerade förhållanden som simulerar förhållanden de kan uppleva i fältet.Det är ganska lätt att störa honungsbidrottning äggläggningsbeteenden, så det är viktigt att vara försiktig när man hanterar arbetare och drottningar före och under experimentet. Amy Floyd och Eliza Litsey, laboratorietekniker vid enheten för invasiv art- och pollineringshälsoforskning, Honeybee Research Lab, visar dessa procedurer. Till att börja med montera drottningövervakningsburar, eller QMCs, genom att sätta in dörrpanelerna och sätt sedan in drottningens exkluderare i matkammarens dörr över matkammaren, för att förhindra drottningen från att komma in och kontakta den behandlade kosten.Sätt in en enda ELP. Tillsätt inte matarrör förrän efter det att arbetarna har lagts till i buret och täck tillfälligt de fyra matarhålen med tejp av laboratoriekvalitet. Efter att ha samlat och inkuberat vaxkamramarna som innehåller den täckta arbetarkullen från honungsbikolonier, borsta de slutna bina i en öppen behållare fodrad med en insektsbarriärfärg för att förhindra att bina kryper ut.Tillsätt minst 50 bin i vikt till äggläggningskammaren i varje QMC. För att säkerställa att en mångfaldig genetisk pool införs, få ett liknande antal arbetsbin från minst tre kolonier och låt dem blandas innan bin tillsätts till QMCs.Använd drottningar som köpts från en kommersiell uppfödare inom 48 timmar efter mottagandet. Medan drottningen fortfarande är inne i transportburen, lägg den i en klar plastpåse. Placera sedan ena änden av ett plaströr som är anslutet till en koldioxidgasbehållare inuti påsen och öppna försiktigt behållarens ventil så att koldioxidgasen kan flöda.När påsen har pumpats upp med gas, stäng samtidigt behållarens ventil och håll påsen stängd för att fånga gasen inuti. Håll påsen stängd i 30 sekunder eller tills drottningen har slutat röra sig. Ta bort drottningen genom att öppna sändningsburet när drottningen observeras vara medvetslös.Delvis öppna dörren till äggläggningskammaren, placera försiktigt den omedvetna drottningen inuti och stäng locket. Lägg till den andra ELP till varje QMC. Placera en bit laboratorietejp över toppen av de två ELPs för att hindra dem från att separera från QMC-ramen och förhindra att arbetare lämnar buren.Placera burarna i en mörk inkubator med stabila miljöförhållanden på 34 till 35 grader celsius och 50-70% relativ fuktighet. För att administrera kosten spetsad med agrokemikalier, förbered lagerlösningarna av agrokemikalier i ett lämpligt lösningsmedel, såsom aceton, vid en koncentration som kan läggas till kosten för att uppnå önskad slutlig koncentration av den agrokemiska av intresse. Administrera de agrokemiska behandlingarna i en sackaroslösning, ett kommersiellt pollentillskott, eller båda.Förbered den experimentella kosten för användning samma dag, genom att lägga till en lämplig mängd lagerlösning till kyld eller rumstemperatur, 50% sackaroslösning. Blanda noggrant genom att virvla med medelhög hastighet. För pollentillskott, tillsätt en beräknad mängd agrokemikalier lagerlösning till sackaroslösning, och virvel noggrant innan du lägger till den till pulveriserad tillägg.Tillsätt diet till matarrör och registrera matarvikterna innan du placerar dem i QMC. För att kvantifiera äggläggningen, börja med att ta bort QMCs från inkubatorn. Undersök baksidan av de klara ELPs, om ägg finns, ta bort dörrpanelen framför plattan av intresse.Ta bort tejpen från andra sidan ELPs och skjut dörrpanelen mellan ELP och bina inuti QMC. Med dörrpanelen på plats, ta bort ELP och räkna och registrera antalet ägg inuti ELP-cellerna. Ta bort äggen genom att knacka på kanten av ELP:s öppna cellsida nedåt, på en hård yta.När äggen faller ut, byt ut den tomma ELP i QMC. Ta försiktigt bort och byt ut dörrpanelen bakom ELP på utsidan av QMC. Upprepa vid behov med den andra ELP och byt ut tejpen över QMC när den är klar.För att övervaka matkonsumtionen, byt ut maten med en nyberedd diet varannan dag. Förbered nya matarrör och väg dem innan du påbörjar äggproduktionsövervakningen. Byt gamla rör mot nya och väg gamla rör innan du kasserar dem.Jämför matarrörets slutliga vikt och den okonsumerade kosten med vikten av samma rör, för att uppskatta kostkonsumtionen. Kontrollera en gång per dag för att säkerställa att matare aldrig är tomma. Om ett matarrör är tomt eller nästan tomt, ta bort det, fyll på det, registrera rörets vikt före och efter och lägg till skillnaden till två dagars dietförbrukningssumma för QMC.Vid en vald punkt under ett QMC-experiment avlägsnar du elp som innehåller nylagda ägg från QMC som beskrivits tidigare, men flytta inte äggen från ELP. Täck elp först med en PCR-platttätning och sedan ett universellt mikroplattalock och placera det inuti en desiccator med en mättad kaliumsulfatlösning. Utvärdera kläckningshastigheter cirka 78 timmar efter att elp:er tagits bort från QMC.En C-formad larva i cellens botten tyder på en lyckad kläckningshändelse. Om QMCs hade fyllts med överskjutande arbetstagare, prova arbetsbina vid en vald tidpunkt under experimentet för att bedöma de behandlingsinducerade förändringarna i deras fysiologi. Före provtagningen, placera en dörrpanel mellan en ELP och insidan av QMC och ta bort ELP.Lyft försiktigt dörrpanelen cirka 0,5 centimeter från burets botten och ta bort ett arbetsbi inifrån QMC med fjädervikts pincett. För genuttrycksanalys, snap frysa bina i flytande kväve och lagra dem vid 80 grader Celsius. Bevara det insamlade biet för uppföljningsanalys och upprepa denna process tills önskat antal prover har samlats in.Dietary imidakloprid behandling-relaterade förändringar i dagliga ägg räknas utvärderades genom att genomföra en Poisson log linjär generaliserad uppskattning ekvation, med en auto-regressive korrelation matris. Den dagliga äggproduktionen var betydligt lägre i QMCs med pollentillskott och sackaros som innehöll 50 delar per miljard imidakloprid. En dosberoende effekt observerades på det totala antalet ägg som producerats i varje QMC för imidaklopridbehandlingar som administreras i både sackaros och pollentillskott.Med den största minskningen som observerats i QMCs matas 50 delar per miljard imidakloprid, följt av 10 delar per miljard i pollentillskott plus sackaros. Ingen skillnad i totala ägg som producerades observerades mellan kontroll och QMCs utfodras 10 delar per miljard imidakloprid och pollen tillägg ensam. Pollentillskott, vatten- och sackarosförbrukning registrerades var 48: e timme i 10 eller 12 dagar.Den dagliga konsumtionen av sackaros ökade betydligt under experimentets gång, men konsumtionen av pollentillskott minskade. Högre pollenkonsumtion observerades när 10 delar per miljard imidakloprid administrerades enbart i pollentillskott. Och hastigheten minskade när 10 eller 50 delar per miljard administrerades i pollentillskott och sackaroslösning tillsammans.Att använda dagsgamla bin är avgörande för att säkerställa drottningens acceptans och för att minska arbetaren över återaktivering. Också kritisk är den noggranna hanteringen av drottningen och att hålla burarna i en stabil miljö.

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

In vivo Ca 2 + - avbildning av Svamp Body nervceller under Olfactory lära i 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

Förändringar i bröstkörtlarna Morfologi och bröstcancerrisk hos råttor

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

En icke-invasiv Hair provtagningsteknik för att med hög kvalitet DNA från Elusive små däggdjur

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

Hjärta Dissection i Larvernas, unga och vuxna Zebrafish, 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

Använda RNA-medierad strategi Interference Matning att screena för gener involverade i kroppsstorlek förordningen i rundmasken<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

Skaffa Prover med avtagit Accelerated och Omvänd Aging i Honey Bee modell

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 för Jämföra Näringsämnen i Beebread Gjord av Africanized och europeiska honungsbin och Effekter på Hemolymph Protein Titrar

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

Dissekering och Observation Honey Bee Rygg fartyg för studier av hjärtfunktionen

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

Ett protokoll för att använda gen Set-anrikning analys identifiera den lämplig djurmodell för translationell forskning

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

Övervakning koloni-nivå effekter av subletala bekämpningsmedel exponering på honungsbin

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