Honigbienen schützen durch Futtersaftproduktion ihre Larven vor Giftstoffen im Pollen
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FORSCHUNG
Honigbienen schützen durch Futtersaftprodu
Gemeiner Natter
kopf (Echium
vulgare ) wird
häufig von
Honigbienen be
sucht und produ
ziert Pyrrolizidin-
Alkaloide (PA)
als sekundäre In
haltsstoffe. Eines
dieser Alkaloide
ist Echimidin,
welches für diese
Untersuchungen
aus Natterkopf
isoliert wurde.
Im Verlauf der Evolution haben Pflanzen verschiedene sekundäre Inhaltsstoffe unter anderem zur chemischen Abweh
Pflanzenteilen wie Wurzeln, Blättern und vor allem in den Blütenköpfen vor. Auch Nektar und Pollen können dies
diese Schadstoffe ins Volk ein. Der Wissenschaftler Matteo Lucchetti entdeckte während seiner Doktorarbeit an d
die Produktion von Futtersaft gelingt es aber den Bienen, ihre Larven vor den Giftstoffen im Pollen zu schützen. Wir ste
FLAVIE RONCORONI, MATTEO LUCCHETTI, VERENA KILCHENMANN UND CHRISTINA KAST,
AGROSCOPE, ZENTRUM FÜR BIENENFORSCHUNG, 3003 BERN
P ollen enthält oft eine besonders
hohe Konzentration an sekundä-
ren Inhaltsstoffen und stellt deshalb
Auch Ammenbienen konsumie-
ren Bienenbrot, um Futtersaft für die
Brutaufzucht zu produzieren. Sie ver-
Modellpflanze Natterkopf für
sekundäre Polleninhaltsstoffe
Für unsere Fragestellung wählten wir
ein Risiko für Bienen dar, wenn die- sorgen Arbeiterinnen- und Drohnen- den Gemeinen Natterkopf (Echium
se «giftigen» Pollen eintragen. Im larven mit Futtersaft, welcher für die vulgare, Fotos oben). Diese Pflanze ist in
Volk wird der gesammelte Pollen mit sehr jungen Larven eine sehr ähnliche der Schweiz weitverbreitet, produziert
Honig, Nektar und Drüsensekreten Zusammensetzung wie Gelée royale, grosse Mengen an Pollen und Nektar
vermischt und anschliessend als der Diät für Königinnenlarven, hat. In und ist für Bienen eine sehr beliebte
Bienenbrot in den Waben eingela- den ersten drei Tagen enthält Futter- Trachtpflanze mit langer Blütezeit von
gert. Frisch geschlüpfte, junge Bie- saft / Gelée royale fast keinen Pollen, Mai bis Oktober. Der Natterkopf enthält
nen konsumieren viel Bienenbrot. und später nur sehr wenig.3 Deshalb sogenannte Pyrrolizidin-Alkaloide (PA)
Es dient als Proteinquelle, um unter sind die Larven der Honigbiene kaum als sekundäre Inhaltsstoffe, wie zum Bei-
anderem ihre Futtersaftdrüsen und in direktem Kontakt mit «giftigem» spiel Echimidin oder Echivulgarin. In der
ihre Flugmuskulatur zu entwickeln.2 Pollen. Sekundäre Pflanzeninhaltsstof- Schweiz ist der Natterkopf die Haupt-
Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe im fe im Pollen könnten aber einen in- ursache für unerwünschte PA in den
Pollen können folglich direkt eine direkten Effekt auf die Larven haben, Bienenprodukten Honig und Pollen.4,5
negative Wirkung auf die jungen falls diese Giftstoffe in den Futtersaft / Natterkopfpollen enthält besonders
Bienen haben. Gelée royale übertragen werden. hohe PA-Gehalte.6
12 Schweizerische Bienen-Zeitung 07/2020
FORSCHUNG
uktion ihre Larven vor Giftstoffen im Pollen
FOTOS: RUEDI RITTER
hr gegen andere Organismen entwickelt. Diese Stoffe sind deshalb oft giftig für Tiere und Menschen. Sie kommen in verschiedenen
se chemischen Stoffe enthalten. Wenn Bienen Blütenpflanzen besuchen, um solchen Nektar oder Pollen zu sammeln, tragen sie
der Agroscope und Université de Neuchâtel, dass diese Pflanzeninhaltsstoffe die Entwicklung der Bienen beeinträchtigen. Durch
ellen hier die Ergebnisse vor, welche in der wissenschaftlichen Zeitschrift «Proceedings of the Royal Society B» veröffentlicht wurden.1
Unsere Experimente
Um die Giftigkeit des Natterkopfpollens
für Honigbienen in Laborversuchen zu
testen, isolierte Matteo Lucchetti ver- 3.
schiedene PA aus Natterkopfblüten. Die PA
in diesem Artikel beschriebenen Bie-
nenversuche wurden alle mit Echimidin
als Beispiel eines PAs durchgeführt. Das
isolierte Echimidin wurde dafür zu PA-
freiem Pollen, der Larvendiät oder Bie-
nenbrot beigemengt. Wir untersuchten 1. PA 2. PA
Gelée royale (und nicht Arbeiterinnen-
futtersaft), da wir dadurch genügende
Mengen an Drüsensekret für unsere
Analysen ernten konnten.
Folgende Fragestellungen wurden
untersucht (siehe Abbildung rechts):
1. Sind PA giftig für die jungen, er- Ein PA aus dem Natterkopf (Echimidin) wurde zu PA-freiem Pollen und zur Larvendiät zugegeben, um die
wachsenen Bienen? Giftigkeit für erwachsene Bienen (1. Experiment) und Larven (2. Experiment) zu untersuchen. Welcher
PA-Anteil wird aus dem Bienenbrot in den Futtersaft übertragen (3. Experiment)? Das PA Echimidin wurde zu
2. Sind PA giftig für Larven? PA-freiem Bienenbrot zugegeben. Ammenbienen konsumieren das PA-haltige Bienenbrot und produzieren
3. Welchen PA-Anteil finden wir im Gelée royale. Im Anschluss an die Bestimmung der PA-Konzentration im Gelée royale kann ein möglicher
Futtersaft? Filtereffekt ermittelt werden.
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FORSCHUNG
natürliche totale PA-Gehalt im Nat-
PA terkopfpollen. Die «Liebefelder Käst-
chen» wurden in einen Brutschrank
gestellt. Tote Bienen wurden jeden
Tag gezählt und entfernt. Diese Expe-
rimente wurden mehrmals wiederholt
Überlebensrate (%)
und in der nebenstehenden Grafik
zusammengefasst (Abbildung links).
Kontrolle Sie zeigten, dass erwachsene Bienen
PA tief Echimidin relativ gut vertragen, denn
wir beobachteten keine erhöhte Ster-
berate in den ersten 15 Tagen. Die
PA hoch
Bienen, welche mit den beiden tiefe-
Toxizität von PA ren Echimidin-Dosen (gelbe und rote
für die erwachse
Kurve) gefüttert wurden, zeigten eine
nen Bienen. Kon
trolle (schwarz) ähnliche Überlebensrate wie die Kon
und drei unter trollbienen (schwarz; keinen statistisch
schiedlichen relevanten Unterschied zur gelben und
Echimidin- roten Kurve). Die Überlebensrate der
Konzentrationen
Bienen, welche mit der hohen Dosis
in Pollen 0,2 mg / g
(gelb), 1,5 mg / g (grüne Kurve) gefüttert wurden, war
(rot) und 7,7 mg / g jedoch vermindert (statistisch relevant).
(grün). Zeit (Tage) nach dem Schlüpfen
2. Beeinträchtigung der Larven
Die Larventests (Abbildung unten) wur-
1. Beeinträchtigung von frisch wachsenen Bienen zu testen. Für die den nach dem Protokoll von Aupinel
geschlüpften Bienen Kontrolle wurden Bienen mit Pollen et al. durchgeführt.7 Der Diät wurden
Das aus dem Natterkopf isolierte ohne Echimidin gefüttert. Für die jeweils unterschiedliche Konzentra-
Echimidin wurde mit PA-freiem Pol- Testserien wurden den Bienen drei tionen des isolierten Echimidins bei-
len gemischt und in «Liebefelder unterschiedliche Echimidin-Konzen- gemengt.
Kästchen» frisch geschlüpften Bie- trationen in Pollen angeboten. Die Bei einer Konzentration von
nen gefüttert, um mögliche Effekte höchste Konzentration ist in einer 15 µg / g Echimidin (hellblaue Kurve
der PA auf die Lebensdauer von er- ähnlichen Grössenordnung wie der in Abbildung rechts) beobachteten
Larventest: Die
Larven wurden
im Labor mit
einer Diät aus
Zucker, Hefeex
trakt und Gelée
royale gefüttert
und in einem
Brutschrank
aufgezogen.
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FORSCHUNG
wir keinen negativen Effekt auf das PA
Überleben der Larven. Die Schlupf- 100
rate der Bienen nach 21 Tagen war
für diese Konzentration ca. 75 %
und damit vergleichbar zur Kontrol-
le ohne Echimidin (schwarze Kurve;
Schlupfrate ebenfalls ca. 75 %). Bei 75
Überlebensrate (%)
einer leicht höheren Konzentration
von 20 µg / g Echimidin (rote Kur-
ve) war die Schlupfrate ca. 50 %
und damit deutlich geringer. Noch
50 Toxizität vom PA
deutlicher war dieser Effekt für hö- für Larven. Kon
here Echimidin-Konzentrationen. trolle (schwarze
Die Überlebensrate der Larven wie Kurve) und fünf
Kontrolle unterschiedliche
auch die Schlupfrate der Bienen war
PA tief Echimidin-
stark vermindert bei einer Echimidin-
Konzentration von 40 µg / g (grüne
25 Konzentrationen:
15 µg / g (hell
Kurve) oder höheren Konzentratio- blaue Kurve),
nen (orange und olivfarbenen Kur- PA hoch 20 µg / g (rote
ven). Bei diesen Konzentrationen Kurve), 40 µg / g
schlüpften keine oder nur noch ver- (grüne Kurve),
400 µg / g (oran
einzelte Bienen. Im Gegensatz zu den ge Kurve) und
erwachsenen Bienen reagierten die 4000 µg / g (oliv
Larven sehr empfindlich auf Zugabe Zeit (Tage) nach dem Umlarven farbene Kurve).
von PA in der Diät.
3. Übertragung von PA vom Damit war der durchschnittliche Risikoeinschätzung für die
Bienenbrot in den Gelée royale Echimidin-Gehalt im Gelée royale erwachsenen Bienen
Unsere Hypothese «Larvenpflege deutlich geringer als 15 µg / g, einer Erwachsene Bienen vertragen die
schützt Larven vor sekundären Pflan- PA-Konzentration in der Larvendiät, untersuchten Giftstoffe relativ gut,
zeninhaltsstoffen» ist gültig, falls der für welche keine verminderte Schlupf- denn wir beobachteten keine akuten
PA-Gehalt im Gelée royale (3. Experi- rate beobachtet wurde (Abbildung Vergiftungserscheinungen innerhalb
ment) in einem Konzentrationsbereich oben, hellblaue Kurve, ähnlich wie der ersten Tage. Hohe Gehalte beein-
liegt, für welchen im Larventest (2. Ex- schwarze Kontrollkurve). Die Ammen- trächtigten allerdings die Überlebens-
periment) keine verminderte Schlupf- bienen wirken so quasi als «Filter» für rate. Falls Bienen fast ausschliesslich
rate der Larven beobachtet wurde. die Larven, denn durch die Futtersaft- Natterkopfpollen sammeln, kann folg-
Um dies zu untersuchen, wurden produktion wird die PA-Konzentration lich ihre Lebensdauer verkürzt sein. Da
Versuche in modifizierten Miniplus- im Futtersaft ungefähr tausendfach die Honigbienen in natürlicher Um-
Systemen (Minivolk mit Bienen und reduziert. gebung Pollen verschiedener Blüten-
Futterreserven, ohne Königin) durch- pflanzen sammeln (man spricht dann
geführt, welchen ein netzbespanntes von einem polylektischen Insekt) und
Käfig vorgeschaltet war, sodass die als Bienenbrot einlagern, werden Pol-
Bienen keinen Pollen von aussen ein- lentypen verschiedener Pflanzenarten
tragen konnten (Foto rechts). gemischt und somit allfällige Giftstoffe
Das PA Echimidin wurde in einer verdünnt. Zudem kann ein hoher PA-
Konzentration von 2000 µg / g Gehalt eine abschreckende Wirkung
(2 mg / g) in Bienenbrot gemischt und auf die Bienen haben, sodass sie we-
in einer Wabe ins Minivolk gegeben. niger Pollen mit sehr hohen PA-Ge-
Ebenso wurden junge Larven in Näpf- halten sammeln.8 Aus den genannten
chen umgelarvt und ins Minivolk ge- Gründen ist vermutlich das Risiko für
geben, damit die Bienen Weiselzellen die erwachsenen Honigbienen gering,
ziehen, aus denen wir Gelée royale falls die Völker in einer Umgebung mit
entnehmen konnten. vielfältigem Trachtangebot stehen.
Gelée royale wurde jeweils nach
drei Tagen geerntet und der Echimidin- Risikoeinschätzung
Gehalt bestimmt. Die durchschnitt- für die Larven
liche Echimidin-Konzentration war Im Gegensatz dazu bewirkten schon
2 µg / g (Abbildung nächste Seite). Modifiziertes Miniplus-System. geringe Mengen der untersuchten
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PA hoch Pflegebiene als «Filter» PA tief
Ammenbienen
konsumierten Giftstoffe eine verminderte Schlupf- Schutz vor Pollen consumption in honey bee
Bienenbrot mit rate. Larven sind folglich extrem Pflanzenschutzmitteln larvae: a step forward in the risk
einer Echimidin-
Konzentration empfindlich gegenüber PA. Da aber Im Pollen können nicht nur natürlich assessment of transgenic plant.
von 2000 µg / g Futtersaft höchstens sehr wenig Pol- Giftstoffe, sondern auch Pflanzen- Apidologie 35: 293–300.
und produzierten len enthält, sind sie im Volk diesen schutzmittel vorhanden sein. Pesti- 4. Kast, C.; Dübecke, A.; Kilchen-
Gelée royale. In Giftstoffen kaum ausgesetzt. Es ist zide können auf dem gleichen Weg mann, V.; Bieri, K.; Böhlen, M.;
diesem wurde aber wichtig, zu verstehen, welche wie die natürlichen Pflanzengiftstof- Zoller, O.; Beckh, G.; Lüllmann, C.
anschliessend
Menge der Giftstoffe vom Bienen- fe von Blütenpflanzen zu Pollen, zu (2014) Analysis of Swiss honeys
eine durch
schnittliche brot in den Futtersaft übertragen Bienenbrot und in den Futtersaft ge- for pyrrolizidine alkaloids. Journal of
Echimidin- wird, um das eigentliche Risiko für langen und damit die Entwicklung Apicultural Research 53(1): 75–83.
Konzentration das Überleben der Larven ermitteln der Honigbienen beeinträchtigen. 5. Kast, C.; Kilchenmann, V.; Reinhard, H.;
von 2 µg / g er zu können. Wir konnten zeigen, Solche Testsysteme eignen sich des- Droz, B.; Lucchetti, M. A.; Dübecke, A.;
mittelt. Bienen
dass nur ein kleiner Bruchteil der halb zur Beurteilung der Pflanzen- Beckh, G.; Zoller, O. (2018) Chemi-
wirken als
«Filter»: Durch im Pollen und Bienenbrot vorhan- schutzmittel. Es ist wichtig, dieses cal fingerprinting identifies Echium
die Futtersaft denen PA auch wirklich in den von Risiko für die Bienen einzuschätzen, vulgare, Eupatorium cannabinum
produktion wird Ammenbienen produzierten Futter- um ihre Gesundheit garantieren zu and Senecio spp. as plant species
die Echimidin- saft/Gelée royale gelangt. Dadurch können. mainly responsible for pyrrolizidine
Konzentration stellen diese Pflanzengiftstoffe für Diese Arbeit war eine Zusammen- alkaloids in bee-collected pollen.
durchschnittlich
1000 × reduziert. die empfindlichen Larven kaum ein arbeit zwischen dem Zentrum für Bie- Food Additives & Contaminants:
Risiko dar. Im Verlaufe der Evolution nenforschung und Christophe Praz Part A 35(2): 316–327.
haben sich die Honigbienen gut an- und Gaetan Glauser von der Université 6. Lucchetti, M. A.; Glauser, G.;
gepasst, da sie ihre Larven mit Fut- de Neuchâtel. Den Link zu dieser Pu- Kilchenmann, V.; Dübecke, A.;
tersaft versorgen. blikation sowie weitere Informatio- Beckh, G.; Praz, C.; Kast, C. (2016)
nen zu PA in Bienenprodukten finden Pyrrolizidine alkaloids from Echium
Vorteile der Sie auf unserer Webseite: www.apis. vulgare in honey originate primar-
Futtersaftproduktion admin.ch Bienen > Bienenprodukte ily from floral nectar. Journal of
Die Futtersaftproduktion bietet für > Honig > Schadstoffe im Honig > agricultural and food chemistry
soziale Insekten wie die Honigbie- Pyrrolizidin Alkaloide. 64(25): 5267–5273.
nen wesentliche Vorteile. Futtersaft 7. Aupinel, P.; Fortini, D.; Dufour, H.;
ist leichter verdaulich im Vergleich Literatur Tasei, J.; Michaud, B.; Odoux, J.;
zu einer ausschliesslichen Pollendiät 1. Lucchetti, M. A.; Kilchenmann, Pham-Delegue, M. (2005). Im-
wie dies für die Larven von Wild- V.; Glauser, G.; Praz, C.; Kast, C. provement of artificial feeding in a
bienen und Hummeln der Fall ist. (2018) Nursing protects honeybee standard in vitro method for rear-
Futtersaft bewirkt eine schnellere larvae from secondary metabo- ing Apis mellifera larvae. Bulletin
Reifung der Larven und damit eine lites of pollen. Proceedings of the of insectology 58(2): 107–111.
raschere Volksentwicklung und hat Royal Society B: Biological Sciences, 8. Reinhard, A.; Janke, M.; von der
eine antimikrobielle Wirkung, die 285(1875),20172849.(DOI:10.1098/ Ohe, W.; Kempf, M.; Theuring, C.;
Infektionen bei Larven verhindern rspb.2017.2849). Hartmann, T.; Schreier, P.; Beuerle, T.
kann. Ausserdem schützen die Pfle- 2. Crailsheim, K. (1990) The protein (2009). Feeding deterrence and
gebienen durch die Produktion von balance of the honey bee worker. detrimental effects of pyrrolizidine
Futtersaft die Larven vor Giftstof- Apidologie 21(5): 417–429. alkaloids fed to honey bees (Apis
fen im Pollen, wie in dieser Unter- 3. Babendreier, D.; Kalberer, N.; mellifera). Journal of chemical
suchung gezeigt wurde.1 Romeis, J.; Fluri, P.; Bilger, F. (2004) ecology 35(9): 1086–1095.
16 Schweizerische Bienen-Zeitung 07/2020
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