Neonicotinoids and honeybee health : the effect of the neonicotinoid clothianidin, applied as a seed dressing in Brassica napus, on pathogen and parasite prevalence and quantities in free-foraging adult honeybees (Apis mellifera)

Sub-lethal doses of neonicotinoids have been shown to negatively impact the health of honeybees. However, most studies to date have exposed bees only artificially to these pesticides under laboratory conditions. There have been just a few well designed and replicated studies of the impacts of realistic neonicotinoid exposure on honeybees foraging under field conditions. In order to close this knowledge gap, and to test the influence of the neonicotinoid clothianidin on honeybees, we used a study system of 16 paired, spatially separated (>4 km) spring oilseed rape fields in the south of Sweden. The fields were paired according to land use, the surrounding landscape and geographical proximity, using GIS. Eight of the fields were randomly assigned to be sown with clothianidin dressed Brassica napus (oilseed rape) seeds and their corresponding pairs with undressed B. napus seeds, as controls. Six equally sized Apis mellifera colonies, with known queen origin, were placed at each field resulting in a total of 96 colonies. Samples of bees, pollen and nectar taken from the colonies showed that the honeybee colonies at the treated fields were exposed to several orders of magnitude higher clothianidin concentrations than the colonies at the control sites. To determine the effect of this neonicotinoid on pathogen and parasite prevalence and quantities in honeybee colonies samples of adult bees were taken from each colony both before and after the flowering period in the paired fields. The parasites studied included the ectoparasitic mite Varroa destructor and the microsporidian gut parasite Nosema. The pathogens studied included eight different honeybee viruses (BQCV, SBV, DWV, KBV, SBPV, CBPV, ABPV, and IAPV). Both the prevalence (proportion of positive colonies) and the amount of parasites/pathogens in each colony (infestation rate/titres) were analysed. The infestation with V. destructor was relatively low and the exposure to clothianidin had no significant impact on the V. destructor prevalence and infestation rate of the colonies. A seasonal effect was found where more mites were detected and more colonies were infested after the experiment than before. The exposure to clothianidin had no significant influence on the Nosema spp. prevalence or the amount of Nosema spores in infested colonies. However, the Nosema spp. infestation rate was significantly higher before than after the rape flowering season. Furthermore the proportion of the two Nosema species changed over time. Before the experiment, 33 % of the samples were not infested with Nosema spp., 6 % were infested with pure N. apis, 25 % with pure N. ceranae and 36 % with mixed infestation. In the mixed infestations, on average, one third of the DNA originated from N. apis and the rest from N. ceranae. After the experiment only N. ceranae was present in the colonies. Three out of the eight viruses studied were detected: DWV, SBV and BQCV. Both BQCV and SBV were detected in practically all colonies, both before and after the experiment, with consequently no difference in prevalence due to clothianidin exposure or season. There was also no difference in BQCV and SBV titres due to clothianidin exposure, although for BQCV there was a significant reduction in titre as the season went along. SBV titres remained constant throughout the season. The DWV prevalence was relatively low; 4% and 36% of colonies infected, before and after the experiment respectively, resulting in a significant seasonal difference in DWV prevalence in contrast to the DWV titres in positive samples which showed no seasonal effect. The clothianidin exposure had no effect on the DWV prevalence or on the titres in DWV positive samples. The higher prevalence of DWV in the control group compared to the treated group can be explained by the different initial conditions. It can be concluded that in this experiment, clothianidin exposure had no effect on the prevalence or the amount of the studied pathogens and parasites in honeybee colonies.Subletala doser av neonikotinoider har visat sig ha en negativ inverkan på honungsbinas hälsa i laboratorieförsök. De flesta studier som hittills genomförts har emellertid exponerat bin på ett artificiellt sätt för dessa bekämpningsmedel, genom direkt fodring av preparaten. Det finns få, eller inga, väl utformade och replikerade studier med realistiska nivåer av neonikotinoid exponering av honungsbin under fältmässiga förhållanden. För att råda bot på denna kunskapsbrist, och för att testa effekten av neonikotinoiden clothianidin på honungsbin, använde vi i en studie 16, rumsligt separerade (> 4 km), vårrapsfält i södra Sverige. Fälten parades med avseende på markanvändning, läge och geografisk närhet till varandra, med hjälp av GIS. Hälften av fälten slumpades för sådd med clothianidin-betade Brassica napus (raps) frön och det andra fältet i paret fungerade som kontroll och såddes med obehandlade frön. Bredvid varje fält placerades sex jämnstarka Apis mellifera samhällen, varje par med syster-drottningar, med totalt 96 samhällen i experimentet. Prover av bin, pollen och nektar från dessa samhällen visade att bisamhällen vid de clothianidin-behandlade fälten exponerades med flera tiopotenser högre mängder av clothianidin än samhällen vid kontrollfälten. Prover av vuxna bin togs från varje samhälle både före och efter blomningsperioden, för att bestämma effekten av exponering till neonikotinoiden på förekomst och mängder av patogener och parasiter i bisamhällen. De parasiter som undersöktes inkluderade det ektoparasitiska kvalstret Varroa destructor och de intracellulära tarmparasiterna Nosema apis och Nosema ceranae. De patogener som undersöktes inkluderade också åtta olika honungsbivirus (BQCV, SBV, DWV, KBV, SBPV, CBPV, ABPV och IAPV). Både prevalensen (andelen positiva samhällen) och mängden av parasiter/patogener i varje samhälle analyserades. Angreppen av V. destructor var relativt låg under hela experimentet och det fanns ingen signifikant effekt av exponering av clothianidin på vare sig förekomsten eller angreppsnivån av V. destructor i samhällen En säsongseffekt påvisades, där fler kvalster påvisades när experimentet avslutades än när det påbörjades. Prevalensen av Nosema spp.skilde sig inte signifikant mellan behandlingarna, men visade en säsongseffekt: angreppen var högre före än efter rapsblomningen. När experimentet påbörjades var 33% av proverna inte infekterade av Nosema spp., Sex % var infekterade med N. apis, 25% var infekterade med N. ceranae och 36 % var infekterade med blandinfektioner. I angrepp med båda parasiterna kom i genomsnitt en tredjedel DNA kom från N. apis och resten från N. ceranae. När experimentet avslutades kunde endast N. ceranae påvisas i angripna samhällen. Tre av de åtta virus som undersöktes för kunde påvisas: DWV, SBV och BQCV. Både BQCV och SBV påvisades i praktiskt taget alla samhällen, både före och efter försöket. Således kunde ingen skillnad i prevalens påvisas mot bakgrund av clothianidin exponering eller av säsong. Det fanns inte heller någon skillnad i BQCV- och SBV-titer på grund clothianidin exponering För BQCV fanns en signifikant säsongseffekt med en minskning av titer senare på säsongen. Titern av SBV förblev konstant under hela säsongen. Prevalensen av DWV var relativt låg; 4 % och 36 % av samhällen smittade, före respektive efter experimentet, vilket innebär i en betydande säsongsskillnad i DWV prevalens. Det fanns dock ingen signifikant skillnad i DWVprevalens på grund clothianidin exponering, eller inte. Det kunde inte heller påvisas någon signifikant interaktion mellan säsong och clothianidin exponering på DWV-prevalens. Samhällen infekterade med DWV visade ingen signifikant skillnad i DWV-titer på grund av clothianidin exponering. Man kan därför dra slutsatsen att i det genomförda experimentet, hade clothianidin exponeringen ingen påvisbar effekt på förekomsten eller mängden av studerade patogener och parasiter i friflygande bisamhällen.Unter Laborbedingungen wurde nachgewiesen, dass sub-letale Dosen von Neonikotinoiden sich negativ auf die Gesundheit von Honigbienen auswirken können. Feldstudien mit genügend Wiederholungen fehlen allerdings. Aus diesem Grund wurde im Süden von Schweden eine Studie durchgeführt, um den Einfluss des Pestizids Clothianidin auf die Prävalenz und die Quantität von Krankheitserregern und Parasiten zu untersuchen. Auf 16 räumlich voneinander getrennten (> 4km) Sommerraps Feldern wurden jeweils 6 gleich große Honigbienenvölker (Apis mellifera) platziert, wobei 8 Felder mit Clothianidin gebeizt wurden und 8 Felder als Kontrolle nicht mit Neonikotinoiden behandelt wurden. Die Bienenvölker neben den behandelten Feldern waren nachweislich höheren Konzentrationen von Clothianidin ausgesetzt als neben den Kontrollfeldern. Es wurden Proben von 100 adulten Bienen aus jeder Kolonie vor und nach der Rapsblüte genommen und anschließend der Befall von der Milbe Varroa destructor, dem Pilz Nosema und acht Viren (BQCV, SBV, DWV, KBV, SBPV, CBPV, ABPV, und IAPV) im Labor untersucht. Die Befallsrate und die Prävalenz von V. destructor war durchweg sehr gering. Allerdings wurden nach der Rapsblüte signifikant mehr Milben gefunden als zuvor. Es konnte kein signifikanter Einfluss von Clothianidin auf die Befallsraten oder die Prävalenz von V. destructor nachgewiesen werden. Das Vorkommen und die Infektionsraten von Nosema spp. wurde durch Clothianidin nicht signifikant beeinflusst. Im Sommer wurde eine niedrigere Prävalenz nachgewiesen als im Frühjahr, wobei die Infektionsrate keinen saisonalen Unterschied aufwies. Die dominierende Nosema Art in beiden Proben war N. ceranae wobei im Sommer kein N. apis nachgewiesen wurde. Zu Beginn des Experiments waren 25% der Proben rein mit N. ceranae infiziert, 6% rein mit N. apis, 36% hatten eine gemischte Infektion. Der Rest, 33 % war nicht infiziert. Es wurden drei von 8 Viren in den Kolonien nachgewiesen: DWV, SBV und BQCV. BQCV und SBV wurden in nahezu allen Kolonien gefunden, sowohl vor als auch nach der Rapsblüte und folglich wurde auch kein Unterschied in der Prävalenz für diese beiden Viren im Hinblick auf Clothianidin Behandlung oder Zeit gefunden. Aber im Gegensatz zu SBV zeigt BQCV eine signifikante Reduktion der Befallsrate vom Frühling zum Sommer. Clothianidin hatte keinen Effekt auf die Infektionsrate von SBV und BQCV. Das Vorkommen von DWV war relativ niedrig; 4% und 36% der Kolonien waren infiziert, vor und nach dem Experiment jeweils, was zu einem signifikanten Unterschied in der saisonalen Verbreitung führt. Jedoch hatte Clothianidin keinen Einfluss auf die Prävalenz von DWV. Kolonien, die mit DWV infiziert waren, unterschieden sich nicht im zeitlichen Verlauf und auch Clothianidin hatte keinen Effekt auf die Infektionsrate. Daraus kann geschlossen werden, dass das Neonikotinoid, Clothianidin, keine Auswirkungen auf das Vorkommen und die Befallsraten der untersuchten Pathogene und Parasiten in dieser Studie hatte