הערכת ההשפעה של חומרי הדברה על הזחלים של הדבורים הבודדות
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מסביר שיטה להזנת אספקה מזוהמת בחומרי הדברה לזחלי הדבורים הבודדות, אוסמיה חופרת. ההליך בוחן את הרעילות האקולוגית של חומר ההדברה לזחלי הדבורים הבודדות.
Abstract
הערכות הסיכונים האקולוגיות הנוכחיות של חומרי הדברה על מאביקים התייחסו בעיקר לתנאי מעבדה בלבד. עבור הזחלים של דבורים בודדות, בליעה של אספקה מזוהמת בחומרי הדברה עשויה להגדיל את שיעור התמותה של הזחלים, להקטין את שיעור האיסוף ואת אוכלוסיית הדבורים הבודדות הבוגרות בשנה הבאה מנקודת מבט דמוגרפית. אבל יש מחקרים מוגבלים על ההשפעות של חומרי הדברה על הזחלים של דבורים בודדות. לכן, הבנת האופן שבו חומרי הדברה משפיעים על הזחלים של דבורים בודדות צריכה להיחשב כחלק בלתי נפרד מהערכת הסיכונים האקולוגיים של חומרי ההדברה. מחקר זה מציג שיטה לחשיפת הזחלים של דבורה בודדה, Osmia excavata, למינונים קטלניים או תת-קרקעיים של חומרי הדברה, מעקב אחר עלייה במשקל הזחל, משך ההתפתחות, יכולת ההסתגרות ויכולת צריכת המזון של מזון שנבלע. כדי להדגים את היעילות של שיטה זו, הזחלים של O. excavata הוזנו עם אספקה המכילה מינונים קטלניים וסובלתליים חריפים של כלורפיריפוס. לאחר מכן, נחקרו האינדקסים הנ”ל של הזחלים שטופלו. טכניקה זו מסייעת לחזות ולהפחית את הסיכון של חומרי הדברה למאביקים.
Introduction
מאביקים ממלאים תפקיד קריטי בשירותי המערכת האקולוגית של החקלאות הגלובלית המודרנית. בעוד דבורי דבש (Apis mellifera; Hymenoptera: Apidae) נחשבים באופן מסורתי כמאביקים הכלכליים החיוניים של גידולים חקלאיים, מחקרים אחרונים מצביעים על כך שאוסמיה (Hymenoptera: Megachilidae) חשובה מאוד גם בשיפור ההאבקה לגידולים מסוימים, הגדלת גודל הפרי ומספר הזרעים, והקטנת שיעור הפירות האסימטריים במטעים מסחריים בחלקים שונים של העולם1. חופרת Osmia נחשבה למין אידיאלי להאבקת תפוחים, בעיקר באסיה, כמו בצפון וצפון מערב סין וביפן 2,3,4. זה יכול לספק שירותי האבקה עבור גידולים מסוימים עם יעילות דומה או לפעמים עם יעילות רבה יותר. מבחינה זו, הוכח שהם מחליפים או עובדים בסינרגיה עם דבורי הדבש 4,5,6.
המאפיינים הביולוגיים של O. dicavata הם ייחודיים בהשוואה לדבורים חברתיות. פעילותו החד-משמעית, הבודדה והקינון מתרחשת בעיקר באביב ובתחילת הקיץ. הקינים של O. dicavata נמצאים בדרך כלל בחורים קיימים, בדרך כלל בדדוודים, צמחים חלולים, צינורות קש וגבעול במבוק במצב הטבעי3. ה-O. excavata הבוגר מגיח מתוך הגולם שלו כדי להזדווג, לאסוף אבקה ולבנות קן להטלת ביצים, שמתחילות לבקוע שבוע לאחר מכן. הביציות המופריות מתפתחות לנקבות, ואילו הביציות הלא מופרות מתפתחות לזכרים3. הנקבות מופצות בתחתית צינור הדבורה, וההפרשות המתאימות משמעותיות יותר. לעומת זאת, הזכרים היו בקרבת יציאת הצינור עם הוראות קלות7, כך שהזכרים יוצאים ראשונים, והנקבות יוצאות מאוחר יותר. הנקבה מערבבת אבקה עם כמות קטנה של צוף לתוך כתם לח, מקור המזון היחיד לכל זחל בתא8.
מספר מחקרים דיווחו על ירידה באוכלוסיית החרקים המאביקים 9,10. השימוש הנרחב בחומרי הדברה זוהה כאחד הגורמים העיקריים לצמצום השפע והמגוון של המאביקים ועלול גם לסכן את שירותי ההאבקה11,12. כדי להפחית ולמתן את ההשפעות השליליות של חומרי הדברה, יש צורך לבצע הערכת סיכונים לחומרי הדברה עבור מאביקים. מדינות מסוימות הקימו מסגרות רגולטוריות כדי להבטיח בטיחות לדבורים מחומרי ההדברה שבהם נעשה שימושב-13,14. מחקרים אחרונים הראו כי אוסמיה הייתה רגישה יותר לחומרי הדברה מאשר דבורי דבש 1,15.
באופן מעניין, רוב הערכות הסיכונים התמקדו בדבורי דבש בוגרות11,12; מעט מאוד מחקרים נערכו על O. dicavata, במיוחד על הזחלים. יתר על כן, התמותה של אוסמיה הנגרמת ישירות על ידי חומרי הדברה נחשבת לרוב16. ובכל זאת, הרעילות הכרוניות כגון עלייה במשקל הזחל, משך ההתפתחות, דפוסי ההאכלה, יכולת ההסקה, ההתנהגות הבוגרת שלאחר מכן וההתפשטות עלולות להיות בעלות אותו נזק כמו הרעילות הקטלנית החריפה, ולעתים קרובות מתעלמים מהן בגלל היעדר שיטת ניסוי יעילה לדבורים הבודדות17.
עד כה, שתי שיטות משמשות להערכת ההשפעות של חומרי הדברה על הזחלים של דבורים בודדות: (1) כמות מתאימה של חומרי הדברה יושמה במקום המקומי של אספקה מבלי להסיר את הביצה של דבורים בודדות 1,18,19,20; (2) החלפת מצרכים בתערובות אבקה-צוף מלאכותיות המכילות כמות מסוימת של חומר הדברה21. עם זאת, ישנן כמה מגבלות לשתי השיטות הנ”ל. הראשון יכול למדוד רק רעילות חריפה, אבל לא רעילות כרונית כי הזחלים בלעו את כל המינון בפרק זמן קצר; האחרון יוביל לשיעור תמותה גבוה בגלל מניפולציה אנושית1. כאן, שיטת הטבילה תוארה כדי לחקור את הרעילות האקולוגית של חומרי הדברה ל– O. excavata בתנאי מחקר מבוקרים ביותר על ידי הדמיית התנהגות הזחלים הניזונים משאריות חומרי הדברה באספקה בסביבה האמיתית. השיטה של מחקר זה פותרת את החסרונות של שתי השיטות לעיל והיא מתאימה למדידת ההשפעות של חומר מסוכן על רעילות חריפה וכרונית.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבור מאביקים בוגרים, ישנן שתי שיטות עיקריות למדידת הרעילות האקולוגית של חומרי הדברה. האחת היא שיטת המגע, שבה החומר ההדברה מיושם על הפרוטורקס של החרקים הבוגרים; השנייה היא שיטת רעילות הקיבה, שבה המאביקים הבוגרים ניזונים במי דבש המכילים חומרי הדברה25,26. בשנים ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המו”פ הלאומית המרכזית של סין (2017YFD0200400), פרויקט חדשנות מדעית וטכנולוגית גדולה (2017CXGC0214), צוות החדשנות בתעשיית הדבורים של מחוז שאנדונג, פרויקט החדשנות במדע וטכנולוגיה חקלאית של אקדמיית שאנדונג למדעי החקלאות (CXGC2019G01), ופרויקט החדשנות במדע וטכנולוגיה חקלאית של אקדמיית שאנדונג למדעי החקלאות (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).
