Summary

Протокол отслеживания видеосигнала для фильтров сдерживающих устройств для медоносных пчел

Published: June 12, 2017
doi:

Summary

Потеря колоний медоносных пчел представляет собой проблему для услуг по обследованию культур. Современные методы защиты опылителей требуют альтернативного подхода к минимизации контакта медоносных пчел с вредными пестицидами с использованием репеллентных химикатов. Здесь мы предлагаем подробные методы для визуального протокола отслеживания экранов для пчел.

Abstract

Европейская медовая пчела Apis mellifera L. является экономически и сельскохозяйственно важным опылителем, который ежегодно генерирует миллиарды долларов. Число колоний пчелиных пчел снижается в Соединенных Штатах и ​​во многих европейских странах с 1947 года. В этом снижении роль играет ряд факторов, в том числе непреднамеренное воздействие медоносных пчел на пестициды. Для разработки новых методов и правил требуется сокращение воздействия пестицидов на эти опылители. Один из подходов – использование репеллентных химикатов, которые удерживают пчелы меда от недавно обработанной пестицидами культуры. Здесь мы описываем протокол, чтобы выявить сдерживание медоносных пчел, подверженных селективным химическим веществам. Медовые кормоуборочные комбайны собирают и голодают в течение ночи в инкубаторе за 15 часов до начала тестирования. Отдельные медоносные пчелы помещают в чашки Петри, которые имеют либо сахар-агарозный куб (контрольная обработка), либо куб сахар-агароз-компаунд (репеллентная обработка), помещенный вДо середины блюда. Чашка Петри служит ареной, которая помещается под камерой в светлом ящике, чтобы записывать движения локомотива с использованием программного обеспечения для отслеживания видео. В общей сложности 8 контрольных и 8 репеллентных обработок анализировали в течение 10 минут, при этом каждая обработка дублировалась новыми медными пчелами. Здесь мы демонстрируем, что пчелы меда убираются из кубиков сахар-агароза с комплексной обработкой, тогда как пчелы меда притягиваются к кубикам сахар-агароза без добавленного соединения.

Introduction

Европейская медовая пчела, Apis melliferaL. , Является экономическим и сельскохозяйственно важным насекомым, которое предоставляет услуги по опылению, которые оцениваются более чем на 200 миллиардов долларов во всем мире 1 . В Соединенных Штатах и ​​Европе число колоний пчел сокращается. Соединенные Штаты потеряли ок . 60% управляемых колоний пчелиных пчел с 1947-2008 гг., Тогда как Европа потеряла ок . 27% от 1961-2007 гг. 2 , 3 . Существует целый ряд факторов, которые могут быть причиной увеличения количества потерь колоний, включая, но не ограничиваясь ими, заражение паразитами, инфекции патогенов, методы пчеловодства и использование пестицидов 2 4 .

Медоносные пчелы могут подвергаться воздействию пестицидов по двум основным путям. Воздействие пестицидов за пределами улья может произойти, когда люди, производящие корма, вступают в контакт с культурами, которыеБыли распылены химикатами для защиты от вредителей. Воздействие пестицидов в пределах улья может произойти, когда пчеловоды используют химические вещества для борьбы с вредителями и патогенами, имеющими место в кустах, такими как клещи, бактерии и микроспоридии. 4 . Остатки пестицидов были идентифицированы в образцах воска, пыльцы и медоносных пчел из 24 пасек в Соединенных Штатах и ​​Канаде 5 , 6 . Последствия контакта пестицидов с медоносными пчелами включают острую токсичность, а также сублетальные эффекты, такие как паралич, дезориентация и изменения поведения и здоровья 1 , 7 . Поскольку современное сельское хозяйство требует использования пестицидов для поддержания высоких урожаев, эти химические вещества будут по-прежнему опираться в будущем 2 . Для лучшей защиты медоносных пчел от воздействия пестицидов необходимо разработать новые протоколы и правила 5 .Одним из возможных подходов для защиты является использование репеллентов для уменьшения воздействия медоносных пчел на пестициды при кормлении в пищу.

Репелленты для насекомых (IRs) обычно использовались в качестве индивидуальных мер защиты от укусов против векторов болезни членистоногих 8 . Наиболее широко используемым и успешным IR, разработанным более 60 лет назад, является DEET 8 , 9 . Он считается золотым стандартом для тестирования репеллента насекомых и используется Всемирной организацией здравоохранения и Агентством по охране окружающей среды в качестве позитивного контроля для нового репеллентного скрининга 10 . Кроме того, было обнаружено, что DEET рассеивает медоносных пчел от угрозы их колонии 11 . Текущие атрибуты, связанные с персональными IR, включают: (1) длительный эффект против широкого числа членистоногих; (2) не раздражает пользователя при нанесении на кожу или одежду; (3) без запаха илиПриятный запах; (4) не влияет на одежду; (5) отсутствие маслянистого внешнего вида при нанесении на кожу и выдерживание потоотделения, мытья и вытирания пользователем; (6) не влияет на обычно используемые пластмассы; И (7) химически стабильные и доступные для широкого использования 12 . Репелленту, используемому для медоносных пчел, понадобится лишь несколько из этих атрибутов, таких как длительные эффекты, не раздражающие аппликаторы, запах без запаха или приятный запах, химически стабильный и доступный для широкого использования и нетоксичный для медоносных пчел. Однако, прежде чем исследовать эти атрибуты в глубину, необходим метод скрининга соединений для отталкивания / сдерживания с высокой пропускной способностью. Здесь мы описываем протокол лабораторного анализа для скрининга соединений для сдерживания медоносных пчел, что является важным шагом в определении репеллентности. Следующий протокол модифицирован из предыдущего исследования, описывающего метод визуального отслеживания для оценки сублетальных эффектов пестицидов на медоносных пчел 13 . ХауVer, этот протокол отличается тем, что он предназначен для измерения эффектов репеллентов-кандидатов, которые могут удерживать пчел меда от обработанных пестицидами культур. Нет никаких рекомендуемых протоколов для лабораторных испытаний химических сдерживающих факторов для медоносных пчел, и, таким образом, этот протокол обеспечивает простой подход к экранированию таких соединений.

Protocol

1. Подготовить сахар-агарозные кубики Взвесьте 8 г сахара и положите в колбу Эрленмейера емкостью 50 мл. Заполните колбу Эрленмейера 20 мл деионизированной воды. Растворите сахар, закрутив колбу. Взвесьте 170 мг агарозы и добавьте ее в раствор сахара. Нагрейте раствор ?…

Representative Results

Был разработан протокол визуального отслеживания для регистрации количества медоносных пчел, проведенных в целевой зоне, с сахара-агарозой (контрольная обработка) или кубом сахар-агароз-соединение (сдерживающее лечение). Записанное время было проанализировано с исп…

Discussion

Этот визуальный протокол отслеживания обеспечивает простой подход к экранированию химических сдерживающих факторов для медоносных пчел относительно быстро и просто. Нет рекомендуемых протоколов для лабораторных испытаний химических сдерживающих факторов для медоносных пчел. В пр?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить доктора Томаса Кухара за использование программного обеспечения и оборудования для визуального отслеживания. Мы благодарим Джеймса Уилсона и Скотта О'Нила за их техническую помощь.

Materials

50 mL Erlenmeyer flask Kimax 26500-50 used for making the sugar/agarose cubes
Sugar Kroger any similar product will sufffice
Deionized water acquired in house
Agarose Apex 20-102 used for making the sugar/agarose cubes
Mold for agarose cubes (Weigh Boat) any mold that will provide the researcher with a 1.5 X 1.5 X 0.3 cm sugar/agarose cube will suffice
EthoVision XT Noldus visual tracking software
633 nm LEDs Cyron HTP904E These lights were placed into a constructed light box to illuminate the arenas from below.  The box was a simple wooden structure with a frosted plastic/plexi glass cover that allowed the light to disperse upwards without any glare.
Laptop or PC Dell Inspiron One 2305 necessary for video tracking software. Any pc device capable of runnin tbe visual tracking software will suffice
Bee Keeping protective clothing Dadant & Sons Inc V0126 any protective hood and jacket will suffice
Hive tool Dadant & Sons Inc M00757 used to open honey bee hive
Container for honey bees any container suitable for housing and storing honey bees will suffice
Featherweight forceps narrow tip Bioquip 4748 used to select individual honey bees
9 cm (diameter) petri dish Fisher Scientific  S01778 arena used to contain individual honey bees during video tracking
Recording Device (Camera) Basler acA-1300-60gm any device that can record the subject clearly and transfer the file to a computer will suffice
GraphPad Prism Graphpad any statistical software package will suffice

References

  1. Gallai, N., Salles, J. M., Settele, J., Vaissière, B. E. Economic valuation of the vulnerability of world agriculture confronted with pollinator decline. Ecol Econ. 68 (3), 810-821 (2009).
  2. van Engelsdorp, D., Meixner, M. D. A historical review of managed honey bee populations in Europe and the United States and the factors that may affect them. J Invertebr Pathol. 103, S80-S95 (2010).
  3. Aizen, M. A., Harder, L. D. The Global Stock of Domesticated Honey Bees Is Growing Slower Than Agricultural Demand for Pollination. Current Biol. 19 (11), 915-918 (2009).
  4. Smith, K. M., Loh, E. H., Rostal, M. K., Zambrana-torrelio, C. M., Mendiola, L., Daszak, P. Pathogens, Pests, and Economics Drivers of Honey Bee Colony Declines and Losses. Ecohealth. 10, 434-445 (2014).
  5. Mullin, C. A., Frazier, M., et al. High Levels of Miticides and Agrochemicals in North American Apiaries: Implications for Honey Bee Health. PLoS ONE. 5 (3), (2010).
  6. Li, Y., Kelley, R. A., Anderson, T. D., Lydy, M. J. Development and comparison of two multi-residue methods for the analysis of select pesticides in honey bees, pollen, and wax by gas chromatography – quadrupole mass spectrometry. Talanta. 140, 81-87 (2015).
  7. Kakumanu, M. L., Reeves, A. M., Anderson, T. D., Rodrigues, R. R., Williams, M. A., Williams, M. A. Honey Bee Gut Microbiome Is Altered by In-Hive Pesticide Exposures. Front Microbiol. 7, 1-11 (2016).
  8. Katz, T. M., Miller, J. H., Hebert, A. A. Insect repellents: Historical perspectives and new developments. J Am Acad Dermatol. 58 (5), 865-871 (2008).
  9. Dickens, J. C., Bohbot, J. D. Mini review: Mode of action of mosquito repellents. Pestic Biochem Phys. 106 (3), 149-155 (2013).
  10. Lawrence, K. L., Achee, N. L., Bernier, U. R., Mundal, K. D., Benante, J. P. Field Evaluations of Topical Arthropod Repellents in North, Central, and South America. J Med Entomol. 51 (5), 980-988 (2014).
  11. Collins, A. M., Rubink, W. L., Cuadriello Aguilar, ., I, J., Hellmich Ii, ., L, R. Use of insect repellents for dispersing defending honey bees (Hymenoptera Apidae). J Econ Entomol. 89 (3), 608-613 (1996).
  12. Brown, M., Hebert, A. A. Insect repellents: An overview. J Am Acad Dermatol. 36 (2), 243-249 (1997).
  13. Teeters, B. S., Johnson, R. M., Ellis, M. D., Siegfried, B. D. Using video-tracking to assess sublethal effects of pesticides on honey bees (Apis mellifera L.). Environ Toxicol Chem. 31 (6), 1349-1354 (2012).
  14. Vallet, A., Cassier, P., Lensky, Y. Ontogeny of the fine structure of the honeybee (Apis mellifera L.) workers and the pheromonal activity of 2-heptanone. J Insect Physiol. 37 (11), 789-804 (1991).
  15. Free, J. B., Ja Pickett, ., Ferguson, a. W., Simpkins, J. R., Smith, M. C. Repelling foraging honeybees with alarm pheromones. J Agr Sci. 105 (2), 255 (1985).

Play Video

Cite This Article
Larson, N. R., Anderson, T. D. Video Tracking Protocol to Screen Deterrent Chemistries for Honey Bees. J. Vis. Exp. (124), e55603, doi:10.3791/55603 (2017).

View Video