Fungicide sprays op tweezaadlobbige planten kunnen Solitaire bijen aan hoge concentraties van stuifmeel overgedragen fungicide residuen blootstellen. Met behulp van laboratorium gebaseerde experimenten waarbij in vitro-gefokte bijen larven, deze studie onderzoekt de interactieve effecten van de consumptie van fungicide-behandelde stuifmeel afkomstig van planten van de host en niet-host.
Hoewel Solitaire bijen cruciale bestuiving dienstverlening voor wild en beheerde gewassen, deze soortenrijke groep heeft grotendeels over het hoofd gezien in bestrijdingsmiddelen verordening onderzoeken. Het risico van blootstelling aan residuen fungicide is waarschijnlijk vooral hoog als de spray alleen op of in de buurt van de waardplanten optreedt, terwijl de bijen stuifmeel verzamelen om het inrichten van hun nesten. Voor de soorten van Osmia die consumeren van stuifmeel van een selecte groep van planten (oligolecty), kan de onmogelijkheid tot gebruik van stuifmeel van niet-gastheerplanten hun risicofactor voor fungicide-gerelateerde toxiciteit verhogen. Dit manuscript wordt beschreven protocollen gebruikt om te oligolectic mason bijen, Osmia ribifloris sensu lato, van ei tot prepupal fase in cel cultuur platen onder gestandaardiseerde laboratoriumomstandigheden met succes aan de achterkant. De in vitro-gefokte bijen worden vervolgens gebruikt om te onderzoeken van de effecten van de blootstelling en pollen bron fungicide op bee fitness. Op basis van een 2 × 2 volledig gekruist faculteit ontwerp, bespreekt het experiment de belangrijkste en interactieve effecten van fungicide blootstelling en pollen bron op larvale fitness, gekwantificeerd door prepupal biomassa, larvale ontwikkelings tijd en nabestaanden. Een groot voordeel van deze techniek is dat met behulp van in vitro-gefokte bijen vermindert natuurlijke achtergrond variabiliteit en de gelijktijdige manipulatie van meerdere experimentele parameters. Het beschreven protocol biedt een veelzijdig instrument voor hypotheses testen waarbij de suite van factoren die de gezondheid van de bijen. Voor pogingen tot instandhouding te worden voldaan, met aanzienlijke en blijvende succes, zal dergelijke inzichten in het complexe samenspel van fysiologische en ecologische factoren rijden bee dalingen blijken te zijn kritisch.
Gezien hun rol als de dominante groep van insecten bestuivers1, vormt het wereldwijde verlies in bijenvolken een bedreiging voor de voedselzekerheid en ecosysteem stabiliteit2,3,4,5,6 ,7. De dalende trends in beide beheerde en wilde bijenvolken zijn toegeschreven aan verschillende gedeelde risicofactoren, met inbegrip van habitatfragmentatie, opkomende parasieten en ziekteverwekkers, verlies van genetische diversiteit, en de introductie van invasieve soorten3 ,4,7,8,9,10,11,12. In het bijzonder is de dramatische toename van het gebruik van pesticiden, (bijvoorbeeld neonicotinoids) rechtstreeks gekoppeld aan schadelijke gevolgen onder bijen13,14,15. Verschillende studies hebben aangetoond dat de synergie tussen neonicotinoids en ergosterol-biosynthese-remmende (EBI) fungiciden tot hoge mortaliteit over meerdere bee soorten16,17,18 leiden kan , 19 , 20 , 21 , 22. niettemin, fungiciden, lange tijd beschouwd als ‘bee-veilig’, nog steeds worden gespoten op in-bloei gewassen zonder veel controle23. Foerageren bijen zijn gedocumenteerd routinematig terug te brengen stuifmeel ladingen besmet met fungicide residuen24,25,26. De consumptie van dergelijke fungicide-ladenpollen kan leiden tot hoge sterfte onder de larven bijen27,28,29,30, en een suite van subletale effecten onder de volwassen bijen16 , 31 , 32 , 33 , 34. een recente studie suggereert dat fungiciden bijen verliezen door een wijziging van de microbiële Gemeenschap in korf-opgeslagen stuifmeel, waardoor het verstoren van de kritische symbiose tussen bijen en stuifmeel overgedragen microben35kunnen veroorzaken.
Hoewel Solitaire bijen essentieel voor de bestuiving van verschillende planten wild en landbouw36,37,zijn heeft38, deze diverse groep van bestuivers veel minder aandacht gekregen in bestrijdingsmiddelen controle studies. Het nest van een volwassen eenzame vrouw bevat 5-10 verzegelde brood kamers, elk gevuld met een eindige hoeveelheid maternally verzamelde stuifmeel en nectar, en een enkel ei39. Na het uitkomen, de larven zijn afhankelijk van de toegewezen stuifmeel bepaling, en de bijbehorende stuifmeel overgedragen microbiota verkrijgen van voldoende voeding40,41. Wegens hun gebrek aan de voordelen van een sociale levensstijl, Solitaire bijen meer kwetsbaar zijn voor bestrijdingsmiddelen blootstelling42. Bijvoorbeeld, terwijl de tekorten in de sociale bijen na een spray kan worden vergoed aan sommige uit te breiden door werknemers en nieuwe opkomende brood, de dood van een enkele volwassen eenzame vrouw eindigt alle reproductieve activiteit43. Dergelijke verschillen in gevoeligheid wijzen op de noodzaak om op te nemen van uiteenlopende bee taxa in ecotoxicologische onderzoeken om adequate bescherming voor zowel beheerde en wilde bijen. Echter, afgezien van een handvol studies, onderzoek naar de effecten van fungicide blootstelling heeft voornamelijk gericht is op sociale bijen18,23,32,44,45 ,46,47,48,49.
Solitaire bijen die behoren tot het geslacht Osmia (Figuur 1) zijn opgebruikt wereldwijd als efficiënte bestuivers van verschillende belangrijke vruchten en noten gewassen39,50,51,53, 53. als groepen met andere beheerde pollinator24,54,55,56,,57,58, volwassen Osmia bijen zijn routinematig blootgesteld aan fungiciden gespoten op in-bloei gewassen44. Volwassen vrouwtjes foerageren op onlangs gespoten gewassen kunnen verzamelen en voorraad hun brood kamers met fungicide-beladen stuifmeel, die later het enige dieet voor de ontwikkeling van de larven vormt. De bepalingen van de verontreinigde stuifmeel consumeren kan vervolgens de larven fungicide residuen42worden blootgesteld. Het risico van blootstelling mogelijk hoger onder oligolectic soorten, die slechts op een paar nauw verwante host planten59,60,,61foerageren. De bijen van bepaalde megachilid, bijvoorbeeld, verschijnen bij voorkeur voedergewassen voor het stuifmeel van de Asteraceae van lage kwaliteit, als een middel van vermindering van parasitisme62. Echter, de mate waarop invloed fungiciden larvale fitness onder oligolectic Solitaire bijen heeft niet empirisch gekwantificeerd. Het doel van deze studie is het ontwikkelen van een protocol om te testen van de belangrijkste en interactieve effecten van fungicide blootstelling en pollen bron op de geschiktheid van in vitro gefokt Solitaire bijen. Om te onderzoeken, eieren van O. ribifloris sensu lato (s.l.) kunnen worden verkregen commercieel (tabel of Materials). Deze populatie is ideaal vanwege het belang ervan als een native pollinator, en haar sterke voorliefde voor de nectar-rijke Mahonia aquifolium (Oregon druif) gevonden binnen de regio53,63,64 (Figuur 2).
Figuur 1. Een foto met hoge resolutie van een volwassen Osmia ribifloris. Foto krediet Dr. Jim Cane, onderzoek de entomoloog, USDA-ARS Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. Phragmite nesten van riet van Osmia ribifloris (s.l.) met een geneste vrouw op de voorgrond. Kamer partities en terminal stekkers voor de rieten zijn opgebouwd uit wat bladeren. Foto credit Mr. Kimball Clark, NativeBees.com Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
De eerste doelstelling van deze studie is om te evalueren van het effect van het nuttigen van stuifmeel fungicide-behandeld op larvale fitness (gemeten in termen van ontwikkeltijd en prepupal biomassa). Terwijl blootstelling aan de algemeen toegepaste fungicide propiconazool is gekoppeld aan een verhoogde sterfte onder de volwassen bijen over verschillende soorten 23,24,32,44,45, 54,55,56,,57,58,65,66,,67, het effect ervan op de larvale bijen is minder bekend. De tweede doelstelling van deze studie is om te evalueren van de effecten van de consumptie van niet-host pollen op larvale fitness. Eerdere studies blijkt dat de larven van oligolectic bijen niet ontwikkelen wanneer gedwongen om te consumeren niet-host stuifmeel68. Dergelijke resultaten kunnen worden toegeschreven aan variaties in bee fysiologie69, stuifmeel biochemie70en de gunstige microbiome natuurlijke stuifmeel bepalingen71is gekoppeld. De derde doelstelling van deze studie is om te evalueren van de interactieve effecten van fungicide behandeling en dieet stuifmeel op larvale fitness.
Talrijke biologische eigenschappen met inbegrip van maternale lichaamsgrootte, zijn inrichten van tarief, foerageren strategie en stuifmeel hoeveelheid72,73,74,75 beïnvloeden larvale fitness onder Solitaire bijen bekend. Deze factoren kunnen leiden tot aanzienlijke variabiliteit tussen riet, die een uitdaging bij de ontwikkeling van verdedigbaar experimentele designs bij de beoordeling van larvale gezondheid. Bovendien, gezien het feit dat larvale ontwikkeling binnen verzegelde nesten riet optreedt, de effecten van dergelijke variabiliteit bij het nageslacht zijn moeilijk te visualiseren en gekwantificeerde zonder gebruik te maken van niet-dodelijke technieken (Figuur 3). Om te overwinnen deze uitdaging, zijn alle hypothesen binnen deze studie getest met behulp van larven gefokt buiten hun nesten riet. De proefopzet vertegenwoordigt een volledig gekruiste 2 × 2 factoriële set-ups, met elke factor die bestaat uit 2 verdiepingen; Factor 1: Fungicide blootstelling (Fungicide; Geen fungicide); Factor 2: Stuifmeel bron (gastheer pollen, stuifmeel van de Non-host). Bijen zijn verhoogd van het ei tot de prepupal fase in steriele multiwell cel cultuur platen onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Elk is goed afzonderlijk gevuld met een gestandaardiseerde hoeveelheid stuifmeel bepaling en een enkel ei. Na het uitkomen, de larve voedt zich met het toegewezen stuifmeel binnen de put larvale ontwikkeling voltooit en initieert verpopt. Afgelopen studies hebben aangetoond dat onverklaarbare sterfte lager onder bijen aan de orde gesteld binnen deze omgeving kunstmatig fokken dan die aangetroffen in het wild49,–76is. Het gebruik van in vitro-gefokte bijen heeft diverse voordelen ten opzichte van veld gebaseerde studies: 1) het minimaliseert de storende effecten van natuurlijke variabiliteit en ongecontroleerde factoren meestal gekoppeld veld gebaseerde studies; 2) hierdoor meerdere niveaus van manipulatie voor elke factor(en) van belang zijn voor het gelijktijdig worden beproefd over behandelgroepen; 3) het aantal replicatieonderzoeken kan vooraf bepaald worden, en experimentele factoren voor elk replicatieonderzoek individueel kunnen worden gemanipuleerd; 4) larval reactie variabelen kunnen gemakkelijk worden gevisualiseerd en onafhankelijk geregistreerd zonder storende aangrenzende larven; 5) het protocol kan worden gewijzigd voor complexere experimentele designs waarbij meerdere factoren en antwoord variabelen.
Figuur 3. Inhoud binnen een natuurlijke nesten reed van Osmia ribifloris (s.l.). Close up van (A) een ontleed riet met afzonderlijke ruimten, stuifmeel bepalingen, en partities, en (B) vers geoogst stuifmeel bepalingen, en de bijbehorende eieren (aangegeven door een zwart bolletje). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Fokken van bijen buiten hun natuurlijke nesten rieten, onder laboratoriumomstandigheden, kan het testen van meerdere hypotheses met betrekking tot larvale fitness. In de mate dat onbekende factoren blijven veroorzaken bijensterfte, lopen het risico-evaluatieonderzoek met behulp van in vitro kunt experimenten identificeren van potentiële bedreigingen en informeren beheerspraktijken voor deze soortenrijke groep wilde bestuivers 12 ,38,<sup cla…
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedanken Kimball Clark en Tim Krogh voor het verstrekken van Osmia nesten riet, Meredith Nesbitt en Molly Bidwell voor bijstandsverlening in het lab, Drs. Cameron Currie, Christelle Guédot, Terry Griswold, Michael Branstetter en drie Anoniem reviewers voor hun nuttige opmerkingen dat het manuscript is verbeterd. Dit werk werd ondersteund door de USDA-Agricultural Research Service toegeëigend fondsen (huidige Research Information System #3655-21220-001), Wisconsin ministerie van landbouw, handel en de bescherming van de consument (#197199), National Science Foundation (onder Grant nr. DEB-1442148), het DOE grote meren bio-energie Research Center (DOE Office van wetenschap BER DE-FC02-07ER64494).
eggs of O. ribifloris sensu lato (s.l.) | Kaysville, Davis County, Utah, USA | ||
Osmia reeds | Nativebees.com | NA | Freshly plugged reeds |
Dissection set | VWR | 89259-964 | Sterilize before use |
Long Nose Pliers | Husky | 1006 | |
6 well culture plates | VWR | 10062-892 | Sterile sealed |
48 well culture plates | VWR | 10062-898 | Sterile sealed |
Petri dishes | VWR | 25373100 | Sterile sealed |
Square Weighing Boats | VWR | 10770-448 | |
Camel Hair Brush | Bioquip | 1153A | |
Tin capsules | EA Consumables | D1021 | Sterilize before use |
Sucrose | VWR | 470302-808 | |
Propiconazole 14.3 | Quali-Ppro | 60207-90-1 | Propiconazole 14.3% |
Honey bee pollen | Bee energised | 897098001244 | Untreated, natural, raw pollen |
Microbalance | VWR | 10204-990 | |
Pulverisette | LAB SYNERGY INC. | 30334913 | |
Wooden sticks | VWR | 470146908 | Sterilize before use |
Sealing tape | VWR | 89097-912 | |
Microscope | VWR | 89403-384 | |
Planting tray | VWR | 470150-632 | |
Ethanol | VWR | BDH1158-4LP | |
Centrifuge tube | VWR | 21008936 | |
Microsyringe | Cole-Palmer | UX-07940-07 | |
Rubber tweezer | Amazon | B0135HWPN4 | |
Syringe needles | VWR | 89219-334 | |
Freeze drier | Labcono | LFZ-1L | |
Statistical software | SPSS | Version 21.0 |