A neonikotinoid rovarirtó szereknek való kitettség és a monoflorális étrend hatása a fészket alapító darázsnéekre

Mar Leza

1 Állattani laboratórium, Biológiai Tanszék, Baleár-szigeteki Egyetem, Cra, Valldemossa km 7,5, CP 07122, Palma, Illes Balears, Spanyolország

Kristal M. Watrous

2 Entomológiai Tanszék, Kaliforniai Egyetem, Riverside, Riverside, CA 92521, USA

Jade Bratu

2 Entomológiai Tanszék, Kaliforniai Egyetem, Riverside, Riverside, CA 92521, USA

S. Hollis Woodard

2 Entomológiai Tanszék, Kaliforniai Egyetem, Riverside, Riverside, CA 92521, USA

Társított adatok

Az adatok a Dryad digitális adattárából érhetők el (http://dx.doi.org/10.5061/dryad.mm4m722) [70].

Absztrakt

1. Bemutatkozás

Világszerte sok beporzó populáció csökkenőnek tűnik, ez a tendencia veszélyezteti mind a természetes, mind a mezőgazdasági ökoszisztémák biztonságát, tekintettel a felbecsülhetetlen értékű ökoszisztéma-szolgáltatásokra, amelyeket a beporzók ezekben a rendszerekben nyújtanak [1–4]. A darázsok (Bombus nemzetség, Apidae család) a világ ökológiailag és gazdaságilag legfontosabb beporzók közé tartoznak [5], és azok közé a beporzó csoportok közé tartoznak, amelyek esetében a hanyatlásra a legnagyobb bizonyíték van. A fajvesztést, kihalást és csökkenést észlelték Észak-Amerikában, Európában és a világ más régióiban [5–10]. A darázsok csökkenését a peszticidek, a kórokozók és a virágforrások elérhetetlenségének káros hatásai vezérlik, egyéb közeli tényezők mellett, amelyek jórészt a mezőgazdaság intenzívebbé válásából és a globális változásból adódnak (áttekintve [10–12]).

A poszméhek számára további stresszor a virágforrások csökkenése és sokfélesége, amelyet a földhasználat változása (ideértve a monokulturális gyakorlatok irányába mutató tendenciát), a méhek repülési és növényi virágzási időszakának fenológiai eltérése és más globális változások (áttekintve [41, 42]. A darázsok nagyrészt virágos generalisták, amelyek sokféle növényfaj pollent gyűjtenek [43], és számos friss tanulmány azt sugallja, hogy a pollen-étrendjük sokféleségének hiánya vagy kizárólag bizonyos növényfajok pollenjeire támaszkodva negatív hatásai lehetnek a tojástermelésről és a lárvák fejlődéséről a királynélküli munkások kis csoportjaiban (a továbbiakban: „mikrokolonikák”) [30,44–48]. A legújabb tanulmányok a neonikotinoid-expozíció és a monoflorális pollen-diéta additív, negatív hatásait is megállapították a mikrokolónia növekedésére [23]. Ennek a két stresszornak a kombinatorikus hatásait azonban még nem vizsgálták a fészekalapító darázskirálynőknél, és eltérhetnek a dolgozóktól, tekintettel a kasztok egyedülálló biológiájára és a királynékra ebben az életszakaszban támasztott rendkívüli élettani követelményekre.

Itt adjuk meg az első vizsgálatot arról, hogy a szubletális, mezőreális neonikotinoid expozíció (imidakloprid a nektárban 5 ppb szinten) és a pollen diéta sokfélesége (a két monoflorális étrend egyikének vagy egy poliflorális keveréknek) miként befolyásolja az egyes és kombinált hatásokat korán fészket alapító darázs (Bombus impatiens) királynők. Annak a célnak a megkülönböztetése érdekében, hogy a királynő átmeneti imidakloprid-expozíciót gyakoroljon a teljes társadalmi fészek (a királynő és a fióka, amelynek lárvái aktívan nektárral táplálkoznak) tartósabb expozíciója között, a rovarölő szerben részesülő 10 napos királynők a kezelést (1) csak addig, amíg a tojások a fészekben jelen voltak (17 nap), vagy (2) a kísérlet időtartama alatt (37 nap), és a válaszokat a királynő szintjén (mortalitás, aktivitás és nektár) fogyasztás) és a telepszintet (az időzítés és a fióka teljes termelése) vizsgálták.

2. Anyag és módszerek

a) Méhnevelés és kísérleti tervezés

b) Növényvédő szerek és diétás kezelések

Asztal 1.

A kísérlet faktoriális kialakítása. IMD-A: a királynőket ideiglenesen 17 napig kezelték; IMD-B: a királynőket a kísérlet időtartama alatt kezelték, amely további 20 napig tartott. Monofloral Cistus (sziklaróz); monoflorális Erica (heather) és vegyes forrás: Cistus és Erica keveréke.

peszticid-expozíció kezeletlen IMD-A (ideiglenes) IMD-B (tartós)

pollen diéta	vegyes (Cistus és Erica)	30	15	15
	Cistus	30	15	15
	Erica	30	15	15

c) Queen válaszok a kezelésekre

A királynő halálozását naponta ellenőriztük a kísérlet során. A neonikotinoid expozíció királynő aktivitási szintre gyakorolt hatásainak vizsgálatához az IMD-A, az IMD-B és a kezeletlen csoportokból származó királynők egy részét (n = 9 csoportonként) egyszerű aktivitásvizsgálatnak vetették alá 39–41 napos korban; ezek az életkorok megegyeznek az imidakloprid kezelés időtartamával: 17 nap az IMD-A csoportban (ezt 8-10 nap követi a kontroll étrenden az aktivitás értékelése előtt), 25-27 nap az IMD-B csoportnál, és 0 nap a kontroll királynők számára. A megfigyelt királynők mindhárom csoportja egyenlő számú képviselőt (n = 3) tartalmazott az összes diétás kezelési csoportból, és csak a ketrec ellenkező oldalán elhelyezkedő tenyésznevelő anyákat használták az elemzéshez. A királynőket gyenge vörös fényben figyelték meg 2-3 egymást követő napon, napi 10 percig (12.00 és 16.00 óra között), amely során rögzítették a ketrec középpontját átlépő megfigyelések teljes számát (a továbbiakban: mint „tevékenységi pontszámuk”). A megfigyeléseket vakon végeztük a kezelés szempontjából.

d) A telepekre adott válaszok a kezelésekre

e) Statisztikai elemzések

Az összes statisztikai elemzést az R v.3.3.1 változatban hajtottuk végre (R Core Team 2017 [56]). A peszticid-expozíció, a pollen-étrend és a származási telep királynői válaszokra gyakorolt hatásait az alábbiak szerint vizsgáltuk. A túlélési adatokra vonatkozó optimális modellt választották ki, amely alapján a MuMln csomag (1.40.0 v.) [58] segítségével a legkisebb a kis mintaméretekre (AICc) korrigált másodrendű Akaike információs kritérium értéke [57]. . A rögzített tényezőkkel (kezelés, pollen) és a véletlen faktor (telep) legjobban illeszkedő modelljét felhasználva megvizsgáltuk a fix tényezők hatásait a halál időzítésére vegyes hatású Cox regressziós modell és coxme (v. 2.2-7) felhasználásával. túlélési csomag (2.39.5 v.) [59] R-ben, és a survminer (0.4.0 v.) és ggplot2 (2.2.1 v.) segítségével láthatóvá vált. A kísérlet végéig fennmaradó túlélést lineáris vegyes hatású regresszióval (lmer) elemeztük R-ben, lme4 csomagot használva (1.1-16. V.). A halálozási életkorot a kezelési szinteken keresztül egyirányú varianciaanalízissel (ANOVA) elemeztük R-ben. Az aktivitási szint adatait lineáris modellekkel (lm) elemeztük R-ben, az AICc modell kiválasztása alapján, a fentiek szerint. A kezelt és kezeletlen királynők nektárfogyasztását összehasonlítottuk Welch kétmintás t-tesztjével az egyenlőtlen varianciákra.

A peszticid-expozíció (kezeletlen, IMD-A vagy IMD-B), a pollen-étrend (Cistus, Erica vagy kevert) és a szülői eredetű kolónia hatása a telepszintű válaszokra (beleértve a peték, lárvák, bábok vagy felnőttek összes számát) a fészekben, amikor összegyűjtöttük) a GAMLSS 5.0-6. változatát vizsgáltuk, nulla felfújt negatív binomiális I. típusú családdal felszerelve, a MuMln csomagot használva. A GAMLSS a regressziós modelleket ferde adatokkal illeszti, a nulla felfújt adatokra jellemző transzformációkat hajt végre, miközben rögzített és véletlenszerű effektusokat is tartalmaz [60]. A kifejezésekhez legjobban illeszkedő modellt a fentiek alapján választottuk ki [57]. Ezeknek a modelleknek és azok kimenetének összefoglalását a 2. táblázat tartalmazza. Tekintettel arra, hogy a pollen-étrend hatása minimális volt a modellválasztásunkban szereplő inszekticid kezelés hatásaihoz képest, külön elemzést végeztek annak feltárására, hogy a pollen-étrend hogyan befolyásolta a fióka termelését kizárólag kezeletlen királynőknél. Ehhez csak lineáris modellel (lm) vizsgáltuk a tenyészbőség-adatokat a kontroll (kezeletlen) királynők esetében az R-ben a modellválasztást követően.

2. táblázat.

Az imidakloprid és a pollentáplálék Bombus impatiens királynőknél királynői és telepszintű válaszaira gyakorolt hatásainak elemzéséhez használt modellek összefoglalása.

analízismodelltípusokjavított tényezőkvéletlenszerű tényezőkR használt csomagoktranszformációkparaméterek becsülik t.t-értékPr (> | t |)

királynő túlélése	lmer	kezelés	kolónia	MuMIn, lme4, túlélés	egyik sem	lehallgatni	0,041	0,047	0,866
kezelés: CTL versus IMD-A	0,078	0,062	1.253
kezelés: CTL versus IMD-B	0,369	0,062	5.949
királynői tevékenység	lm	kezelés	-	MuMIn, lm statisztikában	egyik sem	lehallgatni	14.667	3.17	4.626	0,000107
kezelés: CTL versus IMD-A	−12,389	4.483	−2,763	0,010812
kezelés: CTL versus IMD-B	−10.593	4.483	−2.363	0,027
királynő etetés	-	kezelés	-	-	egyik sem	-	-	-	−0,703	0,488
gyarmat sz. tojás	kezelés	-	GAMLSS	nulla felfújt negatív binomiális I. típus	lehallgatni	2.804	0,090	31.18	−16
kezelés: CTL versus IMD-A	−0.811	0,185	−4.385	2,27 × 10 −5
kezelés: CTL versus IMD-B	−1.141	0,295	−3.864	0,00017
gyarmat sz. lárvák	-	kezelés; pollen	kolónia	GAMLSS	nulla felfújt negatív binomiális I. típus	lehallgatni	2.373	0,156	15.236	−16
kezelés: CTL versus IMD-A	−0,419	0,295	-1,420	0,158
kezelés: CTL versus IMD-B	−3.432	0,828	−4.146	6,06 × 10 −5
pollen: Erica kontra vegyes	0,028	0.221	0,128	0,898
pollen: Erica kontra Cistus	−0.597	0,251	−2,379	0,019
gyarmat sz. bábok és felnőttek	kezelés; pollen	kolónia	GAMLSS	nulla felfújt negatív binomiális I. típus	lehallgatni	0,954	0,283	3.375	9,72 × 10 −4
kezelés: CTL versus IMD-B	−1,239 × 10 16	4,129 × 10 15	−3.00	0,003

3. Eredmények

a) A peszticid- és pollen-étrend hatása az egyes királynő válaszokra

A királynő halálozását csak a peszticid-expozíció befolyásolta erőteljesen (1. ábra), az IMD-B királynők (40%) közel hatszoros mortalitása a kezeletlen királynőkhez (7%) képest (2. ábra). A kezeletlen királynők (átlagos aktivitási pontszám = 14,67 ± 5,37 se) aktívabbak voltak, mint az IMD-A (átlagos aktivitási pontszám = 2,28 ± 0,69 se) és az IMD-B (átlagos aktivitási pontszám = 4,07 ± 0,90 se) királynőcsoportok (p ábra És elektronikus kiegészítő anyagok); a túlélő anyák kis mintamérete az IMD-B kezelési csoportban kizárta a fészekindítás statisztikai összehasonlítását a csoportok között. Az imidaklopriddal kezelt királynők (mind az IMD-A, mind az IMD-B csoportban) átlagosan körülbelül 5 nappal később indítottak fészket, mint a kezeletlen királynők (átlagos becsült életkor fészekindításkor: kezeletlen = életkor 29,8 nap ± 1,0 se, IMD-A = 34,8 ± 1,1 se, IMD-B = 35,1 ± 2,0 se).

A fészket sikeresen elindító királynők aránya a rovarölő szerekkel végzett kezelés (rudak) és a pollen-étrend függvényében (az ábra-leírás szerint). A mintaméretek csak olyan királynőket tartalmaztak, amelyek túléltek a kísérlet időtartama alatt; n = 62, 29, illetve 9.

Az imidaklopridnak való kitettség erős, negatív hatással volt a fióka termelésére, a kezeletlen királynőknél körülbelül három, illetve négyszer nagyobb volt a petesejt, illetve a baba bősége az IMD királynőihez viszonyítva (4. ábra). Ezenkívül az imidaklopriddal tartósan kitett királynőknél a lárvák és a bábok aránya különösen erőteljesen csökkent, míg az IMD-B királynőknél a bábok több mint 70% -kal csökkentek a kezeletlen királynékhoz képest. Ezeket az eredményeket csak a kísérlet végéig élő királynőkről számolták be (n = 62, 29 és 9 kezeletlen, IMD-A és IMD-B csoport esetén; lásd az elektronikus kiegészítő anyagot); csak egy, a kísérlet során elhunyt királynő volt fészkel a fészkében (az IMD-B csoportból). Felnőtt hímek a kísérletben csak két telepen zártak le (a kontroll és az IMD-A csoportban), és belekerültek a bábok és a felnőttek átlagos számába (4. c ábra). A pollen diéta általában nem volt fontos hajtóereje a fiókák termelésének, de a kezeletlen királynők között a monoflorális Cistus pollennel tápláltaknál lényegesen kevesebb volt a lárva és a báb, mint a kevert forrású vagy monoflorális Erica pollent tápláló királynéknál (p (87K, pdf)

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk M. Floresnek, N. Fischernek, A. Vaneceknek, K. Fishernek, S. Reimernek, E. Sarro-nak és a Woodard laboratórium többi tagjának a kísérletben nyújtott segítségért és a kézirattal kapcsolatos visszajelzésekért, valamint a Biobest USA-nak a méhek ellátásáért. a kísérlethez.

Az adatok hozzáférhetősége

Az adatok a Dryad digitális adattárából érhetők el (http://dx.doi.org/10.5061/dryad.mm4m722) [70].

A szerzők hozzájárulása

M.L. a rovarirtószerrel való expozíciós kísérlet társtervezése és lebonyolítása; K.M.W. végzett statisztikai elemzéseket, generált adatokat a kéziratról és segítette a kísérleteket; J. B. megtervezte és elvégezte az etetési kísérletet; S.H.W. a kísérletek megtervezése és segítése; és minden szerző hozzájárult a kiadvány megírásához. Minden szerző végleges jóváhagyást adott a közzétételre.

Versenyző érdekek

Kijelentjük, hogy nincsenek versengő érdekeink.

Finanszírozás

Ezt a munkát az USDA Nemzeti Élelmezési és Mezőgazdasági Intézete, Hatch projekt sz. 1011665.