Svampmedlet tebukonazol och kvaliteten på drönarsperma
Fortplantningen är beroende av att parningen lyckas. Hos honungsbin är kvaliteten på drönarnas sperma en av de avgörande faktorerna. Låg livskraft hos spermierna kan försämra fortplantningen, en grundläggande fråga även i diskussioner om underarter och avel. För att förstå hoten mot honungsbin behöver man ta hänsyn till drönarnas roll vid befruktningen och för bisamhällenas fortlevnad.
Honungsbin påverkas av förlusten av naturliga livsmiljöer och av vissa moderna jordbruksmetoder. Förluster av bin och bisamhällen rapporteras över hela världen. Bidragande faktorer är bland annat förändrade säsongsförhållanden, bisjukdomar, bristfällig skötsel och kemiska bekämpningsmedel (Gregorc, 2020). Jordbrukets bekämpningsmedel och deras påverkan på honungsbin får allt större uppmärksamhet. Honungsbin pollinerar fruktodlingar (Halder et al., 2019). Jordbruksmark är därför en viktig plats för biodlare att ställa kupor på. Samtidigt kan överdriven användning av bekämpningsmedel eller behandling vid fel tidpunkt döda bin och påverka den biologiska mångfalden. Behandling under fruktträdens blomning innebär en särskild risk (Uhl & Brühl, 2019).
Tebukonazol (TEB), (RS)-1-(4-klorfenyl)-4,4-dimetyl-3-(1,2,4-triazol-1-ylmetyl)pentan-3-ol, är ett svampmedel som hämmar biosyntesen av ergosterol hos svampar och används för att bekämpa jordburna och bladangripande svamppatogener (Ito et al., 2013). Samtidigt har tidigare studier rapporterat skadliga effekter av TEB på vävnader, däribland fortplantningsorgan och reproduktiva celler. I humana trofoblastcellinjer från moderkakan minskade 10 µM TEB cellproliferationen och cellmigrationen, ökade apoptosen och sänkte nivåerna av mRNA kopplat till proteaser, hormoner, angiogena faktorer, tillväxtfaktorer och cytokiner (Zhou et al., 2016). I äggstocksvävnad från hamster uppges 0,1 µM TEB ha hämmat produktionen av testosteron och östrogener (Kjærstad et al., 2010). I lutealceller från nötkreatur hämmade 10 µM progesteronsyntesen (Atmaca et al., 2018). I testikelceller från nötkreatur uppges 1 µM ha ökat utsöndringen av testosteron och minskat spermiernas livskraft (Kabakci et al., 2021).
Studien tar upp akut toxicitet och rapporterade hormonella effekter av TEB. EU:s godkännande av det verksamma ämnet för växtskyddsmedel har förlängts till den 31 juli 2028 genom genomförandeförordning (EU) 2026/1421. Hos råttor har en medianletaldos (LD₅₀) på 1 700 mg/kg rapporterats (Efsa, 2015). För honungsbin var de rapporterade medianletalkoncentrationerna 2 770 mg/L efter två dagars exponering och 1 840 mg/L efter fyra dagar. Vid 20–30 gånger lägre koncentrationer minskade TEB aktiviteten hos enzymer för ämnesomsättning, matsmältning och avgiftning och påverkade uttrycket av gener kopplade till immunförsvar, tillväxt och apoptos (Cang et al., 2023).
Flera studier har påvisat TEB-rester i växter och frukter. Exponering under blomningen hos äppel-, päron-, körsbärs- och persikoträd, som ger honungsbin nektar och pollen, utgör en möjlig risk (Fang et al., 2020; Li et al., 2020; Lucini & Molinari, 2009; Mohapatra, 2015; Szarka & Ramanarayanan, 2021). Tidigare studier har kopplat exponering på behandlade blommor eller via förorenad föda till akut toxicitet eller larvdödlighet (Fine et al., 2017; Yoder et al., 2017). Johnson et al. (2010) rapporterade högre halter av TEB-rester i honungsbin och lägre halter i pollen och honung.
Drönarspermans kvalitet är avgörande för fortplantningen. Spermiernas rörlighet (MOT) används ofta för att bedöma befruktningsförmågan. Efter parningen samlas sperman först i drottningens äggledare. En del av spermierna vandrar till sädesbehållaren, spermatekan. Vid äggläggningen kan spermier som frigörs därifrån befrukta ägg som kan utvecklas till arbetsbin. Spermiernas rörlighet bidrar både till lagringen i spermatekan och till befruktningen vid äggläggning (Cobey et al., 2013). Plasmamembranets integritet (PMI) och mitokondriernas membranpotential (MMP) är också viktiga mått på spermakvaliteten. PMI ger information om cellens livskraft via membranets selektiva genomsläpplighet. MMP speglar mitokondriernas funktion, som bidrar till cellens ATP-syntes (Kaya & Uysal, 2023).Låg kvalitet på drönarnas sperma kan äventyra bisamhällets fortlevnad.
Miljöföroreningar kan påverka spermakvaliteten. Skadliga effekter av TEB på fortplantningen hade rapporterats hos flera djurarter och i humana cellmodeller, men konsekvenserna för drönarnas sperma var oklara (Kabakci et al., 2021; Taxvig et al., 2007; Yan et al., 2023; Zhou et al., 2016). Studien undersökte därför in vitro hur koncentration och exponeringstid påverkade spermiernas MOT, PMI och MMP.
Drönarna kom från forskningscentret för biodling vid Kırıkkale universitet. Sperman samlades in i maj och juni, då könsmogna drönare är som talrikast i detta kontinentala klimat. Forskarna använde sex ungefär lika starka samhällen med jämnåriga drottningar och samlade sammanlagt 100 µL sperma med ett Schley-instrument för instrumentell insemination. De testade 0, 1, 10, 100 och 1 000 µM TEB vid 33 °C. Spermakvaliteten mättes vid start och efter 24 timmars inkubation (Cobey et al., 2013). Alla försök upprepades minst sex gånger.
Efter 24 timmars inkubation minskade den högsta TEB-koncentrationen (1 000 µM) spermiernas MOT, PMI och MMP signifikant jämfört med övriga koncentrationer (p < 0,05, figur 4). Effekterna varierade med koncentrationen och exponeringstiden. Vid 1 000 µM var MOT och PMI lägre redan vid den första mätningen (figur 1). Även MMP minskade efter 24 timmar (figur 2).
Andra in vitro- och in vivo-studier har visat effekter av triazolsvampmedel, inklusive TEB, på fortplantningen hos olika arter. I testikelceller och sperma från nötkreatur ökade 1 µM TEB testosteronproduktionen i Leydigceller och minskade spermiernas livskraft (Kabakci et al., 2021). Effekterna på tjursperma sågs vid en lägre koncentration än i drönarförsöket. Skillnader i spermiernas struktur och livslängd kan bidra till detta. Under de förvaringsförhållanden som författarna hänvisar till var drönarspermier livskraftiga vid rumstemperatur i omkring sex veckor och tjurspermier i omkring två till tre dagar (Burley et al., 2008; De Pauw et al., 2003). Oral exponering för TEB hos dräktiga råttor har förknippats med feminisering av hanavkomman och förändrad produktion av testosteron och progesteron (Taxvig et al., 2007). Hos zebrafisk försämrade TEB testikelutvecklingen och minskade spermiernas rörlighet (Yan et al., 2023).
I fält kan honungsbin utsättas för flera bekämpningsmedel, däribland TEB. Det finns få studier om effekterna på bisamhällen och deras fortplantning.I en studie på drönare minskade oral exponering för 200 ppb imidakloprid spermiernas rörlighet och påverkade MMP, medan PMI var oförändrad (Ciereszko et al., 2017).I en annan studie minskade rester av amitraz, fluvalinat och kumafos i bivax som användes för uppfödning drönarspermiernas livskraft med 5–20 % (Fisher & Rangel, 2018). Kairo et al. (2016) observerade att exponering för fipronil minskade PMI och ATP-nivån hos drönarspermier jämfört med kontrollgruppen (Kairo et al., 2016). På liknande sätt minskade exponering av drönare för neonikotinoider spermiernas PMI med 20 % jämfört med kontrollgruppen (Straub et al., 2021).
Få studier har undersökt effekterna av bekämpningsmedel på drönarsperma in vitro. Tillgängliga studier har rapporterat förändringar i rörlighet, plasmamembranets integritet och/eller ATP-innehåll efter exponering för vissa bekämpningsmedel (Abdelkader et al., 2015; Inouri-Iskounen et al., 2020).
Författarna beskriver arbetet som den första in vitro-studien av hur tebukonazol påverkar drönarspermans kvalitet. Vid 1 000 µM sjönk MOT och PMI vid båda mättillfällena och MMP efter 24 timmar. Vid 0–100 µM upptäcktes inga statistiskt signifikanta skillnader i dessa mått.Spermiernas rörlighet är ett viktigt mått på fortplantningsförmåga. Rörligheten minskade vid båda mättillfällena i gruppen med 1 000 µM TEB. Försämrad integritet hos plasmamembranet kan skada cellen och minska spermiernas rörlighet. Flera studier har visat ett samband mellan rörlighet och PMI (Ahmad et al., 2014; Fraser et al., 2001; Varisli et al., 2009). Spermiernas rörelser kräver ständig tillgång till energi. ATP tillhandahåller energin, och mitokondrierna bidrar till dess produktion (Abdelkader et al., 2015).MMP minskade signifikant efter 24 timmars exponering för 1 000 µM TEB. Detta kan ha bidragit till den minskade rörligheten i slutet av exponeringen. PMI mäts ofta för att bedöma drönarspermiernas livskraft (Kaya & Uysal, 2023). Exponering för 1 000 µM TEB minskade PMI in vitro. Författarna diskuterar en möjlig påverkan på cellmembranet. Hos svampar hämmar TEB ett cytokrom P450-enzym som deltar i ergosterolsyntesen, vilket påverkar membranets integritet (Ito et al., 2013). Hos råttor rapporterade Hajer et al. (2020) hämmad aktivitet hos P450 och glutation-S-transferas i testiklarna, inflammation i bitestiklarna och färre spermier. In vivo-studier hos råttor (Hajer et al., 2020) och kycklingar (Serra et al., 2023) har rapporterat fler spermieavvikelser och minskad rörlighet, hastighet, mängd och/eller livskraft.
Oxidativ stress kan också bidra till minskad PMI. Tidigare forskning har kopplat TEB till lipidperoxidation, proteinoxidation och omfattande DNA-nedbrytning i hanliga fortplantningsorgan (Hajer et al., 2020).MMP är ett mått på mitokondriernas funktion. Tidigare studier har visat att bekämpningsmedel i miljön kan påverka spermiernas ATP-nivåer (Abdelkader et al., 2015; Kairo et al., 2016). I detta försök minskade 1 000 µM TEB MMP efter 24 timmar. Författarna diskuterar möjliga subletala effekter av långvarig exponering eller ansamling vid lägre koncentrationer.
Rester av svampmedel, däribland TEB, har påvisats i miljön, i honungsbin och i biprodukter från kupan. Långvarig exponering vid låga koncentrationer är en separat fråga. Hormonella, metabola eller systemiska effekter beror på organism, koncentration och exponeringstid (Johnson et al., 2010).
Slutsats Studien undersökte möjliga effekter in vitro av triazolsvampmedlet TEB på drönarspermans kvalitet. Plasmamembranets integritet och mitokondriernas funktion bidrar till spermiernas livskraft och rörlighet. De observerade förändringarna motiverar vidare studier av möjliga följder för honungsbinas fortplantning och produktionen av honung och andra produkter från kupan under fältförhållanden.
Abdulkadir KAYA (Institutionen för reproduktion och artificiell insemination, veterinärmedicinska fakulteten, Kırıkkale universitet, Kırıkkale, Türkiye; Institutet för hälsovetenskap, Ankara universitet, Ankara, Türkiye) och Ruhi KABAKÇI (Institutionen för fysiologi, veterinärmedicinska fakulteten, Kırıkkale universitet, Kırıkkale, Türkiye)
Turkish Veterinary Journal, 6(2), s. 71–77, 2024 · DOI 10.51755/turkvetj.1577784
Kommentarer