تقييم تأثير المبيدات على يرقات النحل الانفرادي
Summary
يشرح هذا البروتوكول طريقة لتغذية المواد الملوثة بمبيدات الآفات ليرقات النحل الانفرادي ، Osmia excavata. يفحص الإجراء السمية البيئية للمبيد الحشري ليرقات النحل الانفرادي.
Abstract
وقد نظرت تقييمات المخاطر الإيكولوجية الحالية لمبيدات الآفات على الملقحات في المقام الأول في الظروف المختبرية فقط. وبالنسبة ليرقات النحل الانفرادي، فإن ابتلاع المؤن الملوثة بالمبيدات الحشرية قد يزيد من معدل وفيات اليرقات، ويقلل من معدل جمع النحل الانفرادي البالغ ومن عدد سكانه في العام المقبل من منظور ديمغرافي. ولكن هناك دراسات محدودة حول آثار المبيدات الحشرية على يرقات النحل الانفرادي. لذلك ، ينبغي اعتبار فهم كيفية تأثير المبيدات الحشرية على يرقات النحل الانفرادي جزءا لا يتجزأ من تقييم المخاطر البيئية لمبيدات الآفات. تقدم هذه الدراسة طريقة لتعريض يرقات النحل الانفرادي ، Osmia excavata ، لجرعات قاتلة أو دون قاتلة من المبيدات الحشرية ، وتتبع زيادة وزن اليرقات ، ومدة النمو ، والقدرة على eclosion ، وتحويل كفاءة استهلاك الأغذية للأغذية المبتلعة. لإثبات فعالية هذه الطريقة ، تم تغذية يرقات O. excavata بأحكام تحتوي على جرعات قاتلة وشبه قاتلة حادة من الكلوربيريفوس. ثم ، تم التحقيق في الفهارس المذكورة أعلاه لليرقات المعالجة. تساعد هذه التقنية على التنبؤ بمخاطر المبيدات الحشرية على الملقحات والتخفيف من حدتها.
Introduction
تلعب الملقحات دورا حاسما في خدمات النظام الإيكولوجي للزراعة العالمية الحديثة. في حين أن نحل العسل (Apis mellifera; تعتبر غشاء البكارة: Apidae) تقليديا الملقحات الاقتصادية الأساسية للمحاصيل ، وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن Osmia (غشاء البكارة: Megachilidae) مهم جدا أيضا في تحسين التلقيح لبعض المحاصيل ، وزيادة حجم الفاكهة وعدد البذور ، وتقليل نسبة الفاكهة غير المتماثلة في البساتين التجارية في أجزاء مختلفة من العالم1. تعتبر حفريات Osmia نوعا مثاليا لتلقيح التفاح ، خاصة في آسيا ، كما هو الحال في شمال وشمال غرب الصين واليابان2،3،4. يمكن أن توفر خدمات التلقيح لبعض المحاصيل ذات الكفاءة المماثلة أو في بعض الأحيان بكفاءة أكبر. في هذا الصدد ، ثبت أنها تحل محل أو تعمل بالتآزر مع نحل العسل4،5،6.
الخصائص البيولوجية ل O. excavata فريدة من نوعها مقارنة بالنحل الاجتماعي. يحدث نشاطها أحادي الفولتين والانفرادي والتعشيش بشكل رئيسي في الربيع وأوائل الصيف. عادة ما توجد أعشاش O. excavata في ثقوب موجودة مسبقا ، عادة في الخشب الميت والنباتات المجوفة وأنابيب القش وجذع الخيزران في الحالة الطبيعية3. تخرج حفرية O . البالغة من شرنقتها للتزاوج ، وجمع حبوب اللقاح ، وبناء عش لوضع البيض ، والذي يبدأ في الفقس بعد أسبوع. تتطور البويضات المخصبة إلى إناث ، بينما تتطور البويضات غير المخصبة إلى ذكور3. يتم توزيع الإناث في الجزء السفلي من أنبوب النحل ، والأحكام المقابلة أكثر أهمية. في المقابل ، كان الذكور على مقربة من مخرج الأنبوب مع أحكام ثانوية7 ، لذلك يخرج الذكور أولا ، وتخرج الإناث لاحقا. تمزج الأنثى حبوب اللقاح مع كمية صغيرة من الرحيق في فقاعة رطبة ، وهي المصدر الغذائي الوحيد لكل يرقة في الخلية8.
أبلغت العديد من الدراسات عن انخفاض في عدد الحشرات الملقحة 9,10. تم تحديد الاستخدام المكثف لمبيدات الآفات كأحد العوامل الرئيسية للحد من وفرة الملقحات وتنوعها وقد يعرض أيضا خدمات التلقيح للخطر11,12. للحد من الآثار الضارة للمبيدات الحشرية والتخفيف من حدتها ، من الضروري إجراء تقييم لمخاطر مبيدات الآفات للملقحات. وقد وضعت بعض البلدان أطرا تنظيمية لضمان سلامة النحل من المبيدات الحشرية المستخدمة13,14. أظهرت الدراسات الحديثة أن Osmia كان أكثر عرضة للمبيدات الحشرية من نحل العسل 1,15.
ومن المثير للاهتمام أن معظم تقييمات المخاطر ركزت على نحل العسل البالغ11,12; تم إجراء القليل من الأبحاث على O. excavata ، وخاصة اليرقات. علاوة على ذلك ، فإن وفيات Osmia الناجمة مباشرة عن المبيدات الحشرية تعتبر الأكثر شيوعا16. ومع ذلك ، فإن السميات المزمنة مثل زيادة وزن اليرقات ، ومدة النمو ، وأنماط التغذية ، والقدرة على الإغلاق ، وسلوك البالغين اللاحق ، والخصوبة قد يكون لها نفس الضرر مثل السميات القاتلة الحادة وغالبا ما يتم تجاهلها بسبب عدم وجود طريقة تجريبية فعالة للنحل الانفرادي17.
وحتى الآن، تستخدم طريقتان لتقييم آثار مبيدات الآفات على يرقات النحل الانفرادي: (1) تم تطبيق كمية مناسبة من مبيدات الآفات في البقعة الموضعية من المؤن دون إزالة بيضة النحل الانفرادي 1،18،19،20؛ (2) تم استخدام كمية مناسبة من مبيدات الآفات في البقعة الموضعية من المؤن دون إزالة بيضة النحل الانفرادي 1،18،19،20؛ (2) تم استخدام كمية مناسبة من مبيدات الآفات في البقعة الموضعية من المؤن دون إزالة بيضة النحل الانفرادي 1،18،19،20؛ (2) تم استخدام كمية مناسبة من مبيدات الآفات في البقعة الموضعية من المؤن دون إزالة بيضة النحل الانفرادي 1،18،19،20؛ (2) تم استخدام كمية مناسبة من مبيدات الآفات في البقعة الموضعية من المؤن دون إزالة بيضة النحل الانفرادي 1،18،19،20؛ ( (2) الاستعاضة عن الأحكام بمخاليط اصطناعية من رحيق حبوب اللقاح تحتوي على كمية محددة من مبيدات الآفات21. ومع ذلك ، هناك بعض القيود على الطريقتين السابقتين. الأول يمكن أن يقيس فقط السمية الحادة ، ولكن ليس السمية المزمنة لأن اليرقات ابتلعت الجرعة بأكملها في فترة زمنية قصيرة ؛ هذا الأخير من شأنه أن يؤدي إلى ارتفاع معدل الوفيات بسبب التلاعب البشري1. هنا ، تم وصف طريقة الغمر لدراسة السمية البيئية للمبيدات الحشرية إلى O. excavata في ظل ظروف بحثية عالية التحكم من خلال محاكاة سلوك تغذية اليرقات على المبيدات المتبقية في الأحكام في البيئة الحقيقية. تحل طريقة هذه الدراسة عيوب الطريقتين المذكورتين أعلاه وهي مناسبة لقياس آثار مادة خطرة على السمية الحادة والمزمنة.
Protocol
Representative Results
Discussion
بالنسبة للملقحات البالغة ، هناك طريقتان رئيسيتان لقياس السمية البيئية للمبيدات. واحد هو طريقة الاتصال ، حيث يتم تطبيق المبيد على prothorax من الحشرات البالغة. والآخر هو طريقة سمية المعدة ، حيث يتم تغذية الملقحات البالغة بماء العسل الذي يحتوي على مبيد حشري25,26. ف?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذه الدراسة من قبل البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين (2017YFD0200400) ، ومشروع الابتكار العلمي والتكنولوجي الرئيسي (2017CXGC0214) ، وفريق ابتكار صناعة النحل في مقاطعة شاندونغ ، ومشروع الابتكار في العلوم والتكنولوجيا الزراعية التابع لأكاديمية شاندونغ للعلوم الزراعية (CXGC2019G01) ، ومشروع الابتكار في العلوم والتكنولوجيا الزراعية التابع لأكاديمية شاندونغ للعلوم الزراعية (CXGC2021B13).
Materials
| Abamectin | Jinan Lvba Pesticide Co. Ltd | ||
| Black-light lamps | Kanghua Medical Device Co., Ltd | ||
| Centrifugal tube box with 100 Wells | Shanghai Rebus Network Technology Co., Ltd | ||
| Centrifuge tube | Shanghai Rebus Network Technology Co., Ltd | 2 mL; Serve as bee tube | |
| Electric soldering iron | Kunshan Kaipai Hardware Electromechanical Co., Ltd | ||
| Electronic scale | Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd | 3137510295 | |
| Graduated cylinder | Anhui Weiss Experimental Equipment Co. Ltd | ||
| Petri dishes (60 mm diameter) | Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD | ||
| Pollen provision | Yantai Bifeng Agricultural Science and Technology Co. Ltd | ||
| Soft brush | Wengang Wenhai painting material factory | ||
| Solitary bees | Yantai Bifeng Agricultural Science and Technology Co. Ltd |
References
- Sgolastra, F., Tosi, S., Medrzycki, P., Porrini, C., Burgio, G. Toxicity of spirotetramat on solitary bee larvae, Osmia cornuta (hymenoptera: megachilidae), in laboratory conditions. Journal of Apicultural Science. 59 (2), 73-83 (2015).
- Wei, S. G., Wang, R., Smirle, M. J., Xu, H. L. Release of Osmia excavata and Osmia jacoti (Hymenoptera: Megachilidae) for apple pollination. TheCanadian Entomologist. 134 (3), 369-380 (2002).
- Men, X. Y., et al. Biological characteristics and pollination service of Mason bee. Chinese Journal of Applied Entomology. 55 (6), 973-983 (2018).
- Bosch, J., Kemp, W. P., Trostle, G. E. Bee population returns and cherry yields in an orchard pollinated with Osmia lignaria (Hymenoptera: Megachilidae). Journal of Economic Entomology. 99 (2), 408-413 (2006).
- Winfree, R., Williams, N. M., Dushoff, J., Kremen, C. Native bees provide insurance against ongoing honey bee losses. Ecology Letters. 10 (11), 1105-1113 (2007).
- Garibaldi, L. A., Steffan-Dewenter, I., Winfree, R. Wild pollinators enhance fruit set of crops regardless of honey bee abundance. Science. 339 (6127), 1608-1611 (2013).
- Bosch, J., Sgolastra, F., Kemp, W. P., James, R. R., Pitts-Singer, T. L. Life cycle ecophysiology of Osmia. mason bees used as crop pollinators. Bee Pollination in Agricultural Ecosystems. , 83-104 (2008).
- Liu, L., et al. Population investigation and restriction factors analyses of Osmia excavata Alfken in Jiaodong. Apiculture of China. 69 (9), 68-71 (2018).
- Biesmeijer, J. C., Roberts, S. P. M., Reemer, M. Parallel declines in pollinators and insect-pollinated plants in Britain and the Netherlands. Science. 313 (5785), 351-354 (2006).
- Potts, S. G., Biesmeijer, J. C., Kremen, C. Global pollinator declines: trends, impacts and drivers. Trends in Ecology & Evolution. 25 (6), 345-353 (2010).
- Chen, L., Yan, Q., Zhang, J., Yuan, S., Liu, X. Joint toxicity of acetamiprid and co-applied pesticide adjuvants on honeybees under semi-field and laboratory conditions. Environmental Toxicology and Chemistry. 38 (9), 1940-1946 (2019).
- Sgolastra, F., Medrzycki, P., Bortolotti, L., Renzi, M. T., Bosch, J. Synergistic mortality between a neonicotinoid insecticide and an ergosterol-biosynthesis-inhibiting fungicide in three bee species. Pest Management Science. 73 (6), 1236-1243 (2017).
- Bireley, R., et al. Preface: Workshop on pesticide exposure assessment paradigm for non-Apis bees. Environmental Entomology. 48 (1), 1-3 (2019).
- European Food Safety Authority. EFSA Guidance Document on the risk assessment of plant protection products on bees (Apis mellifera, Bombus spp. and solitary bees). EFSA Journal. 11 (7), 3295 (2013).
- Rundlof, M., et al. Seed coating with a neonicotinoid insecticide negatively affects wild bees. Nature. 521 (7550), 77-80 (2015).
- Yuan, R., et al. Toxicity and hazard assessment of six neonicotinoid insecticides on Osmia excavata (hymenoptera:megachilidae). Acta Entomologica Sinica. 61 (8), 950-956 (2018).
- Lin, Z., Meng, F., Zheng, H., Zhou, T., Hu, F. Effects of neonicotinoid insecticides on honeybee health. Acta Entomologica Sinica. 57 (5), 607-615 (2014).
- Gradish, A. E., Scott-Dupree, C. D., Cutler, G. C. Susceptibility of Megachile rotundata to insecticides used in wild blueberry production in Atlantic Canada. Journal of Pest Science. 85, 133-140 (2012).
- Hodgson, E. W., Pitts-Singer, T. L., Barbour, J. D. Effects of the insect growth regulator, novaluron on immature alfalfa leafcutting bees, Megachile rotundata. Journal of Insect Science. 11, 43 (2011).
- Konrad, R., Ferry, N., Gatehouse, A. M. R., Babendreier, D. Potential effects of oilseed rape expressing oryzacystatin-1 (OC-1) and of purified insecticidal proteins on larvae of the solitary bee Osmia bicornis. PLoS ONE. 3 (7), 2664 (2008).
- Abbott, V. A., Nadeau, J. L., Higo, H. A., Winston, M. L. Lethal and sublethal effects of imidacloprid on Osmia lignaria and clothianidin on Megachile rotundata (Hymenoptera: megachilidae). Journal of Economic Entomology. 101, 784-796 (2008).
- Yan, Z., Wang, Z. Sublethal effect of abamectin on 3rd instar larvae of Prodenia litura. Chinese Journal of Tropical Crops. 32 (10), 1945-1950 (2011).
- Song, Y., et al. Comparative ecotoxicity of insecticides with different modes of action to Osmia excavata (Hymenoptera: Megachilidae). Ecotoxicology and Environmental Safety. 212 (5), 112015 (2021).
- Chen, F. J., Wu, G., Ge, F., Parajulee, M. N., Shrestha, R. B. Effects of elevated CO2 and transgenic Bt cotton on plant chemistry, performance, and feeding of an insect herbivore, the cotton bollworm. Entomologia Experimentalis Et Applicata. 115 (2), 341-350 (2005).
- Cang, T., et al. Toxicity and safety evaluation of pesticides commonly used in strawberry production to bees. Zhejiang Agricultural Sciences. (4), 785-787 (2009).
- Cang, T., et al. Acute toxicity and safety assessment of chiral fipronil against Apis mellifera and Trichogramma ostriniae. Ecotoxicology. 7 (3), 326-330 (2012).
- Liu, X., Pan, W. Measures to ensure pollination effect and cocoon recovery rate of Osmia excavata in apple orchard. Northwest Horticulture. (3), 20-21 (2017).
- Meikle, W. G., Adamczyk, J. J., Weiss, M., Ross, J., Beren, E. Sublethal concentrations of clothianidin affect honey bee colony growth and hive CO2 concentration. Scientific Reports. 11 (1), 4364 (2021).
- Meikle, W. G., Adamczyk, J. J., Weiss, M., Ross, J., Beren, E. Sublethal concentrations of clothianidin affect honey bee colony behavior and interact with landscapes to affect colony growth. BioRxiv. , (2020).
- Wang, Y. F., et al. Combination effects of three neonicotinoid pesticides on physiology and survival of honey bees (Apis mellifera L). Journal of Environmental Entomology. 41 (3), 612-618 (2019).
- Kopit, A. M., Pitts-Singer, T. L. Routes of pesticide exposure in solitary, cavity-nesting bees. Environmental Entomology. 47 (3), 499-510 (2018).
- Cheng, Y., et al. Chronic oral toxicity of chlorpyrifos and imidacloprid to adult honey bees (Apis mellifera L). Asian Journal of Ecotoxicology. 11 (2), 715-719 (2016).
- Li, M., Ma, C., Xiao, L., Li, Z., Su, S. Effects of chlorpyrifos on behavior response of Apis mellifera and Apis cerana. Apicultural Science Association of China. , (2016).
- Cresswell, J. E. A meta-analysis of experiments testing the effects of a neonicotinoid insecticide (imidacloprid) on honey bees. Ecotoxicology. 20 (1), 149-157 (2011).
- Nauen, R., Ebbinghaus-Kintscher, U., Schmuck, R. Toxicity and nicotinic acetylcholine receptor interaction of imidacloprid and its metabolites in Apis mellifera (Hymenoptera; Apidae). Pest Management Science. 57 (7), 577-586 (2001).
- Colin, M. E., et al. A method to quantify and analyze the foraging activity of honey bees: relevance to the sublethal effects induced by systemic insecticides. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 47 (3), 387-395 (2004).
- Decourtye, A., et al. Comparative sublethal toxicity of nine pesticides on olfactory learning performances of the honeybee Apis mellifera. Archives of Environmental Contamination & Toxicology. 48 (2), 242-250 (2005).
- Williamson, S. M., Wright, G. A. Exposure to multiple cholinergic pesticides impairs olfactory learning and memory in honeybees. Journal of Experimental Biology. 216 (10), 1799-1807 (2013).
- Henry, M., et al. A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science. 336 (6079), 348-350 (2012).
- Matsumoto, T. Reduction in homing flights in the honey bee Apis mellifera after a sublethal dose of neonicotinoid insecticides. Bulletin of Insectology. 66 (1), 1-9 (2013).
