Мар Леза
1 Лаборатория по зоология, Катедра по биология, Университет на Балеарските острови, Cra, Valldemossa km 7,5, CP 07122, Палма, Illes Balears, Испания
Kristal M. Watrous
2 Катедра по ентомология, Калифорнийски университет, Ривърсайд, Ривърсайд, Калифорния 92521, САЩ
Джейд Брату
2 Катедра по ентомология, Калифорнийски университет, Ривърсайд, Ривърсайд, Калифорния 92521, САЩ
С. Холис Удард
2 Катедра по ентомология, Калифорнийски университет, Ривърсайд, Ривърсайд, Калифорния 92521, САЩ
Свързани данни
Данните са достъпни от цифровото хранилище Dryad (http://dx.doi.org/10.5061/dryad.mm4m722) [70].
Резюме
1. Въведение
В световен мащаб много популации на опрашители изглежда намаляват, тенденция, която застрашава сигурността както на природните, така и на селскостопанските екосистеми, като се имат предвид безценните екосистемни услуги, които опрашителите предлагат в тези системи [1–4]. Пчелите (род Bombus, семейство Apidae) са сред най-важните екологични и икономически опрашители в света [5], а също и сред опрашителните групи, за които има най-много доказателства за упадък. Понастоящем в Северна Америка, Европа и други региони по света са открити видови загуби, изселвания и спадове [5–10]. Намаляването на пчелите се дължи на пагубните ефекти на пестицидите, патогените и липсата на флорални ресурси, наред с други близки фактори, произтичащи главно от интензификацията на селското стопанство и глобалните промени (прегледани в [10–12]).
Допълнителен стресор, с който се сблъскват пчелите, е намаляването на изобилието и разнообразието на флоралните ресурси, което се дължи на промяна в земеползването (включително тенденция към монокултурни практики), фенологични несъответствия между периодите на пчелен полет и цъфтежа на растенията и други глобални промени (прегледани в [41, 42]). Пчелите са до голяма степен флорални специалисти, които събират цветен прашец от голямо разнообразие от растителни видове [43], а обхватът на последните проучвания предполага, че липсата на разнообразие в тяхната поленова диета или разчитането единствено на цветен прашец от определени растителни видове, може да има отрицателни ефекти относно производството на яйца и развитието на ларвите в малки групи работници без майки (наричани „микроколонии“) [30,44–48]. Последните проучвания също така откриват адитивни, отрицателни ефекти от експозицията на неоникотиноиди и монофлорна поленова диета върху растежа на микроколониите [23]. Въпреки това, комбинаторните ефекти на тези два стресови фактора все още не са изследвани при пчелите, създаващи гнезда, и могат да се различават от работниците, предвид уникалната биология на кастите и екстремните физиологични изисквания, поставени пред кралиците през този жизнен етап.
Тук предлагаме първото изследване на това как влияят единичните и комбинираните ефекти на сублеталното, полево реалистично излагане на неоникотиноиди (имидаклоприд в нектар на ниво 5 ppb) и разнообразието от поленови диети (или една от двете монофлорни диети или полифлорен микс) ранни пчелни пчели (Bombus impatiens), създаващи гнезда. С цел да се разграничат директните ефекти от временното излагане на имидаклоприд от царицата спрямо по-трайното излагане от цялото социално гнездо (кралицата, а също и пилото, от което ларвите активно се хранят с нектар), 10-дневни майки, получаващи инсектицида лечението са били изложени или (1) само до момента, в който яйцата са присъствали в гнездото (17 дни) или (2) по време на експеримента (37 дни), и отговорите на ниво кралица (смъртност, активност и нектар консумация) и ниво на колонията (време и общо производство на пило).
2. Материал и методи
а) Отглеждане на пчели и експериментален дизайн
(б) Администриране на пестициди и диети
маса 1.
Факторен дизайн на експеримента. IMD-A: дамите са третирани за временен период от 17 дни; IMD-B: маточниците бяха третирани по време на експеримента, който продължи още 20 дни. Монофлорен цистус (скална роза); едноцветна Ерика (хедър) и смесен източник: смес от Кист и Ерика.
| поленова диета | смесени (Кистус и Ерика) | 30 | 15 | 15 |
| Кистус | 30 | 15 | 15 | |
| Ерика | 30 | 15 | 15 |
(в) Кралица отговори на лечение
Смъртността на царицата се наблюдава ежедневно през целия експеримент. За да се изследват ефектите от експозицията на неоникотиноиди върху нивата на активност на царицата, подмножество маточници от IMD-A, IMD-B и нетретирани групи (n = 9 на група) бяха подложени на прости тестове за активност на възраст 39–41 дни; тези възрасти се равняват на продължителността на лечението с имидаклоприд от 17 дни за групата с IMD-A (последвана от 8–10 дни на контролната диета преди оценките на активността), 25–27 дни за групата с IMD-B и 0 дни за контролни дами. Всяка от трите групи наблюдавани маточници включва равен брой представители (n = 3) от всички групи за диетично лечение и при анализа са използвани само майки с пило, разположени на противоположната страна на клетката от хранилката. Куинс са наблюдавани при слаба червена светлина на 2-3 последователни дни за периоди от 10 минути на ден (настъпващи между 12.00 и 16.00 часа), през които е регистриран общият брой пъти, когато са били наблюдавани да пресичат средната точка на клетката (по-долу посочено като техния „резултат за активност“). Наблюденията се извършват сляпо по отношение на лечението.
(г) Реакции на колонии към лечения
(д) Статистически анализи
Всички статистически анализи са извършени в R v. 3.3.1 (R Core Team 2017 [56]). Ефектите от излагането на пестициди, поленовата диета и колонията на произход върху отговорите на царицата бяха изследвани както следва. Избран е оптималният модел за данни за оцеляване, въз основа на който моделът е произвел най-ниската стойност на информационен критерий Akaike от втори ред, коригиран за малки размери на пробата (AICc) [57] с помощта на пакета MuMln (v. 1.40.0) [58] . Използвайки най-подходящия модел с фиксирани фактори (лечение, цветен прашец) и случаен фактор (колония), ние изследвахме ефектите на фиксираните фактори върху времето на смъртта, използвайки регресионен модел на Cox със смесени ефекти с coxme (v. 2.2-7) и пакет за оцеляване (v. 2.39.5) [59] в R и визуализиран с помощта на survminer (v. 0.4.0) и ggplot2 (v. 2.2.1). Оцеляването до края на експеримента беше анализирано с помощта на линейна регресия на смесени ефекти (lmer) в R, използвайки lme4 пакет (v. 1.1-16). Възрастта при смърт през различните нива на лечение се анализира, като се използва еднопосочен дисперсионен анализ (ANOVA) в R. Данните за нивото на активност се анализират с линейни модели (lm) в R след избора на AICc модел, както по-горе. Консумацията на нектар от третирани и необработени маточници е сравнена с помощта на t-критерия на Welch за две проби за неравномерни отклонения.
Ефектите от излагането на пестициди (нелекувани, IMD-A или IMD-B), поленова диета (Cistus, Erica или смесена) и натална колония на произход върху отговорите на ниво колония (включително общия брой яйца, ларви и какавиди или възрастни) в гнездото, когато се събират) бяха изследвани с помощта на GAMLSS v. 5.0-6, снабден с нулево надуто отрицателно биномно семейство тип I, използвайки пакета MuMln. GAMLSS се вписва в регресионни модели с изкривени данни, като извършва трансформации, специфични за нулево напомпани данни, като същевременно включва както фиксирани, така и случайни ефекти [60]. Най-подходящият модел за тези термини беше избран въз основа на описаното по-горе [57]. Обобщение на тези модели и техните резултати е дадено в таблица 2. Като се има предвид, че ефектът от поленовата диета е минимален в сравнение с ефектите от обработката с инсектициди при нашия избор на модел, беше направен отделен анализ, за да се изследва как поленовата диета повлиява производството на пило само при необработени майки. За това анализирахме данните за изобилието на пило за контролни (нетретирани) майки само с линеен модел (lm) в R след избора на модел.
Таблица 2.
Резюме на моделите, използвани при анализ на ефектите от имидаклоприд и поленова диета върху отговорите на ниво царица и колония при Bombus impatiens queens.
| оцеляване на кралицата | lmer | лечение | колония | MuMIn, lme4, оцеляване | нито един | прихващам | 0,041 | 0,047 | 0.866 | |
| лечение: CTL срещу IMD-A | 0,078 | 0,062 | 1.253 | |||||||
| лечение: CTL срещу IMD-B | 0,369 | 0,062 | 5.949 | |||||||
| царица дейност | lm | лечение | - | MuMIn, lm в статистика | нито един | прихващам | 14.667 | 3.17 | 4.626 | 0,000107 |
| лечение: CTL срещу IMD-A | -12,389 | 4.483 | -2,763 | 0,010812 | ||||||
| лечение: CTL срещу IMD-B | -10,593 | 4.483 | -2,363 | 0,027 | ||||||
| кралица хранене | - | лечение | - | - | нито един | - | - | - | −0.703 | 0,488 |
| колония бр. яйца | лечение | - | GAMLSS | нулев раздут отрицателен бином тип I | прихващам | 2.804 | 0,090 | 31.18 | -16 | |
| лечение: CTL срещу IMD-A | -0,811 | 0,185 | -4,385 | 2,27 × 10 −5 | ||||||
| лечение: CTL срещу IMD-B | -1,141 | 0,295 | -3,864 | 0,00017 | ||||||
| колония бр. ларви | - | лечение; прашец | колония | GAMLSS | нулев раздут отрицателен бином тип I | прихващам | 2.373 | 0,156 | 15.236 | -16 |
| лечение: CTL срещу IMD-A | -0,419 | 0,295 | -1,420 | 0,158 | ||||||
| лечение: CTL срещу IMD-B | -3.432 | 0,828 | -4,146 | 6.06 × 10 −5 | ||||||
| прашец: Ерика срещу смесен | 0,028 | 0,221 | 0,128 | 0,898 | ||||||
| прашец: Ерика срещу Кистус | -0,597 | 0,251 | -2,379 | 0,019 | ||||||
| колония бр. какавиди и възрастни | лечение; прашец | колония | GAMLSS | нулев раздут отрицателен бином тип I | прихващам | 0.954 | 0,283 | 3.375 | 9,72 × 10 -4 | |
| лечение: CTL срещу IMD-B | -1,239 × 10 16 | 4.129 × 10 15 | −3,00 | 0,003 |
3. Резултати
а) Ефекти от диетата с пестициди и полени върху индивидуалните реакции на царицата
Смъртността на царицата е силно повлияна само от излагането на пестициди (фигура 1), с близо шест пъти по-висока смъртност сред дамите IMD-B (40%) в сравнение с нетретираните дами (7%) (p фигура 2). Нелекуваните майки (среден резултат за активност = 14,67 ± 5,37 se) са по-активни както от IMD-A (среден резултат за активност = 2,28 ± 0,69 se), така и от IMD-B (среден резултат за активност = 4,07 ± 0,90 se) групи майки (p фигура 3 и електронни допълнителни материали); малките размери на извадката от оцелели майки в групата за лечение с IMD-B изключват статистически сравнения на започване на гнездо между групи. Третираните с имидаклоприд маточници (както в IMD-A, така и в IMD-B групите) инициират гнезда средно приблизително 5 дни по-късно от нетретирани маточници (средна прогнозна възраст при започване на гнездото: необработени = възраст 29,8 дни ± 1,0 se, IMD-A = 34,8 ± 1,1 s, IMD-B = 35,1 ± 2,0 s).
Делът на маточниците, които успешно инициират гнезда, като функция на обработка с инсектициди (барове) и диета с полени (както е описано във фигурата) Размерите на пробите включват само дами, оцелели по време на експеримента; n = 62, 29 и 9, съответно.
Излагането на имидаклоприд оказа силно, отрицателно въздействие върху производството на пило с около три и четири пъти по-голямо изобилие на яйца и кученца (съответно) при необработени майки в сравнение с майките на IMD (фигура 4). Освен това, майките с продължително излагане на имидаклоприд показват особено силно намаляване на процента на произведените ларви и какавиди, като цариците IMD-B показват повече от 70% намаление на какавидите в сравнение с необработените майки. Тези резултати се отчитат само за маточници, които са живели до края на експеримента (n = 62, 29 и 9 за нетретирани, съответно IMD-A и IMD-B групи; виж електронния допълнителен материал); само една кралица, която умря по време на експеримента, имаше гнездо в гнездото си (от групата IMD-B). Възрастни мъже се затварят само в две колонии в експеримента (в контролната и IMD-A групите) и са включени в средния брой какавиди и възрастни (фигура 4 в). Диетата с цветен прашец не е била важен двигател за производството на пило като цяло, но сред нетретираните майки тези, хранени с монофлорен цветен прашец, са имали значително по-малко ларви и какавиди, отколкото майките, хранени с цветен прашец от смесен източник или монофлорен Ерика (p (87K, pdf)
Благодарности
Благодарим на M. Flores, N. Fischer, A. Vanecek, K. Fisher, S. Reimer, E. Sarro и други членове на лабораторията Woodard за съдействието при експеримента и за обратна връзка за ръкописа, както и на Biobest USA за предоставянето на пчели за експеримента.
Достъпност на данни
Данните са достъпни от цифровото хранилище Dryad (http://dx.doi.org/10.5061/dryad.mm4m722) [70].
Принос на авторите
М.Л. съвместно проектира и провежда експеримента с излагане на инсектициди; K.M.W. извършва статистически анализи, генерира фигури за ръкописа и подпомага експерименти; J.B. проектира и провежда експеримент за хранене; S.H.W. съвместно проектира и подпомага експериментите; и всички автори са допринесли за написването на публикацията. Всички автори дадоха окончателно одобрение за публикуване.
Конкуриращи се интереси
Декларираме, че нямаме конкуриращи се интереси.
Финансиране
Тази работа беше подкрепена от Националния институт по храните и земеделието на USDA, проект на люка №. 1011665.
- Фази на диета на Дюкан, отрицателни ефекти и упражнения - Изцеление на обхвата
- Емоционални ефекти от лоша диета Здравословно хранене SF Gate
- Диета на Дюкан - Високо протеинова храна с ниско съдържание на въглехидрати - Фази и странични ефекти
- Странични ефекти от диетата на Dukan - Nutrineat
- Странични ефекти от диетата на Дюкан