Honey production and Varroa destructor infestation of Africanized honey bee (Apis mellifera) colonies with high and low hygienic behavior

Carlos Aurelio Medina-Flores^a, Ernesto Guzmán-Novoa^b, Carlos Fernando Aréchiga Flores^a, Héctor Gutiérrez Bañuelos^a, Jairo Iván Aguilera Soto^a

^a Universidad Autónoma de Zacatecas, Unidad Académica de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Carretera Panamericana Zacatecas Fresnillo Km 31.5, El Cordovel, Enrique Estrada, Zacatecas, México. carlosmedina1@hotmail.com. Correspondencia al primer autor.

^b School of Environmental Sciences, University of Guelph, Guelph, ON N1G 2W1, Canada.

Recibido el 21 de agosto de 2013. ]]> Aceptado el 7 de enero de 2014.

Resumen

El objetivo del estudio fue comparar la producción de miel y los niveles de Varroa destructor entre colonias de abejas africanizadas (AA) (Apis mellifera) con alto y bajo comportamiento higiénico (CH) en el altiplano semiárido de México. Se midió el nivel de CH a 57 colonias por congelamiento de la cría con nitrógeno líquido (N₂). Las colonias se clasificaron en dos grupos: alto CH (> 95 %) y bajo CH (< 50 % de remoción de la cría muerta por congelamiento en 48 h). La producción de miel se evaluó durante el otoño y la primavera y el nivel de infestación por Varroa en abejas adultas se determinó antes y durante las cosechas de miel. En primavera, las colonias con CH alto produjeron significativamente más miel que las de CH bajo (21.4 ± 4.7 vs 13.4 ± 5.0 kg; P<0.01). No hubo diferencias entre los dos grupos de colonias para los niveles de Varroa (P>0.05). Estos resultados sugieren que aparentemente el comportamiento higiénico no tiene un efecto mayor en la resistencia de las AA al crecimiento poblacional del ácaro. También sugieren que el comportamiento higiénico alto podría contribuir a incrementar la producción de miel en épocas del año con flujo reducido de néctar.

Palabras clave: Abejas melíferas, Comportamiento higiénico, Varroosis, Tolerancia, Cosecha de miel.

Abstract

The aim of this study was to compare the honey yields and levels of Varroa destructor between colonies of Africanized honey bees (AHB) (Apis mellifera) showing high and low hygienic behavior (HB) in Mexico's semi-arid high plateau. The degree of HB of 57 colonies was measured using the liquid nitrogen (N₂) brood-freezing technique. The colonies were categorized into two groups: high HB (> 95 %) and low HB (< 50 % removal of freeze-killed brood at 48 h). Honey production was evaluated in fall and spring and the level of Varroa on adult bees was determined before and during the honey harvests. The colonies with high HB produced significantly more honey than the colonies with low HB only during the spring crop (21.4 ± 4.7 vs 13.4 ± 5.0 kg; P<0.01). There were no significant differences between the two groups of colonies for levels of infestation by V. destructor (P>0.05). These results suggest that apparently HB does not have a major role in restraining the growth of Varroa populations in AHB. They also suggest that high levels of HB could contribute to increase honey production in AHB colonies during times of the year with limited nectar flow.

Keywords: Honey bee, Hygienic behavior, Varroosis, Tolerance, Honey harvest.

El comportamiento higiénico (CH) de las abejas melíferas (Apis mellifera) es la habilidad de algunas abejas obreras, de detectar, desopercular y remover cría enferma, muerta o parasitada del interior de las celdas de un panal. Este mecanismo, interrumpe el ciclo de algunas enfermedades y limita sus posibilidades de dispersión^(1-4).

La expresión del CH en una colonia de abejas depende de factores como la proporción y edad de las abejas que realizan tareas higiénicas^(5-7), la entrada de néctar y polen colectados por las obreras^(8-11) y la fortaleza de la colonia⁽⁵⁾. Pero el factor más importante en la expresión de este comportamiento, es su componente genético. Numerosos estudios han demostrado que l os efectos genéticos sobre este comportamiento influyen más que los ambientales^(12-16). Los valores de heredabilidad del CH que se han publicado han sido variables, pero lo suficientemente altos (>0.5) como para establecer que esta característica puede ser usada como criterio de selección en un programa de mejoramiento genético^(17-20).

La identificación de colonias que expresan CH se basa en provocar enfermedad o muerte de las crías operculadas y evaluar el tiempo que las abejas tardan en removerlas. Esto se ha realizado infectando a la cría con esporas de P. larvae¹), insertando un alfiler a través del opérculo de celdas de cría⁽²¹⁾ y congelando cría operculada⁽²²⁾. Utilizando estas técnicas, se ha encontrado una baja frecuencia (10 a 20 %) de colonias comerciales con alto CH (que remueven > 95 % de cría congelada en 48 h) en poblaciones de abejas europeas (AE)(23,24).

El CH es considerado un mecanismo importante de resistencia y tolerancia a enfermedades de la cría, ya que se ha observado que colonias altamente higiénicas presentan menos problemas relacionados con las enfermedades de la cría como la loque americana (Paenibacillus larvae)^(1,110,25) y cría calcárea (Ascosphaera apis)^(26-28). Aunado a lo anterior, existen evidencias con resultados muy variables en diferentes partes del mundo respecto a la importancia del CH sobre el control de la varroosis (Varroa destructor)^(29-32).

Se ha reportado que en AA de Sudamérica, los niveles de infestación del ácaro V. destructor son menores que en AE⁽³³⁾ y se ha especulado que la tolerancia de las AA hacia el ácaro pudiera ser en parte atribuible a su alto CH⁽³⁴⁾. Sin embargo, es necesario realizar estudios que revelen el impacto relativo del CH sobre la tolerancia a Varroa en AA de México.

Por otro lado, la alta expresión del CH en una colonia, teóricamente pudiera contribuir a la obtención de una mayor producción de miel como consecuencia de una menor frecuencia de enfermedades de la cría. Sin embargo, aun cuando existen múltiples evidencias de la importan ci a del CH sobre el control de enfermedades bacterianas y micóticas de la cría, la relación de este comportamiento con la producción de miel aún no es clara, ya que existen pocos trabajos con resultados variables y que se han realizado con AE^(24,31,35).

No existen trabajos que muestren la influencia del CH sobre la producción de miel y sobre el grado de infestación de V. destructor en colonias de AA. Además, para la implementación de programas de mejoramiento genético, es importante conocer la proporción de colonias altamente higiénicas en poblaciones de AA de distintas regiones, lo cual presumiblemente podría contribuir a incrementar su resistencia a enfermedades y su producción de miel.

El objetivo de este estudio fue determinar la frecuencia de colonias de AA que expresan alto y bajo CH, y si existen diferencias significativas entre estos dos grupos de colonias para los niveles de infestación de Varroa, y para la producción de miel en el altiplano semiárido de México.

Ubicación

El presente trabajo se realizó en laboratorios y colonias pertenecientes a la Unidad Académica de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Autónoma de Zacatecas. El apiario experimental fue instalado en el municipio de Jalpa, Zacatecas, México, ubicado a 21° 38' N y 100° 51' O, a 1,380 msnm. El área de estudio presenta una vegetación de tipo selva baja caducifolia y un clima semiseco semicálido. La temperatura media anual es de 21.2 °C y una precipitación media anual de 700 mm⁽³⁶⁾.

Evaluación del comportamiento higiénico (CH)

Se evaluó el nivel de CH a 57 colonias de abejas alojadas en colmenas tipo Jumbo. Inicialmente y con la finalidad de establecer la relación entre el tamaño poblacional de las colonias con la expresión del CH, al momento de realizar las pruebas (dos meses previo a la cosecha de otoño), a cada colonia le fue registrado el número de panales cubiertos con abejas y con cría.

El método utilizado para medir el grado de CH en las colonias fue el descrito por Spivak y Reuter⁽¹⁰⁾, el cual consiste en congelar con nitrógeno líquido (N₂) una sección de panal conteniendo cría operculada. A cada colonia se le realizaron dos pruebas entre las 10 y 13 h, y hubo un lapso de siete días entre las dos pruebas.

En cada colonia, se seleccionó un panal de cría operculada con pupas de 3 a 4 días⁽³⁷⁾, ya que esta etapa es la más adecuada para la evaluación del CH⁽³⁸⁾. El panal se identificó con el mismo número de la colonia y posteriormente se insertó un cilindro metálico de 8 cm de diámetro x 10 cm de altura, sin tapa en ambos extremos, que abarcó aproximadamente 200 celdas operculadas. Colocado el cilindro en el área seleccionada se agregaron 300 ml de N₂ (a -195 °C) para congelar y matar las pupas. Posteriormente, el cilindro se retiró del panal y se registró el número de celdas congeladas. Finalmente, los panales se regresaron a las colonias de origen. Cuarenta y ocho (48) horas después de la congelación, los panales se retiraron nuevamente de las colonias para registrar el número de pupas que fueron removidas por las abejas del área congelada.

El porcentaje de CH se estimó mediante el conteo de las celdas que se removieron entre el total de las celdas que se congelaron inicialmente, y el resultado se multiplicó por 100. Las colonias que en las dos pruebas realizadas desopercularon y removieron el 95 % o más de la cría congelada se clasificaron como de CH alto, mientras que aquéllas que removieron 50 % o menos de la cría congelada fueron clasificadas como de CH bajo⁽²²⁾. Por ello, a partir de los resultados obtenidos en estas evaluaciones, se formaron dos grupos; uno de ellos integrado con 18 colonias que presentaron un CH alto y otro con 11 colonias que mostraron un CH bajo.

Las reinas de cada una de las colonias seleccionadas fueron marcadas con tinta indeleble en el tórax para su identificación. Además, se realizó un análisis morfométrico a las abejas⁽³⁹⁾, con el propósito de confirmar la africanización de las colonias.

Evaluación de la producción de miel en las colonias con alto y bajo CH

Evaluación del nivel de infestación de V. destructor

Se determinó el nivel de infestación del ácaro V. destructor en abejas adultas en cada una de las colonias de los dos grupos (alto y bajo CH) 60 días antes de las cosechas y durante éstas, mediante la metodología descrita por de Jong et al⁽⁴¹⁾. Esta técnica consiste en colectar una muestra de aproximadamente 300 abejas adultas en un recipiente con etanol al 75 %, para posteriormente mediante agitación mecánica desprender los ácaros adheridos a las abejas. El porcentaje de infestación por el ácaro se determinó mediante el conteo total de ácaros, divididos entre el número de abejas que fueron analizadas y el resultado se multiplicó por 100.

Análisis estadístico

Con la finalidad de normalizar los datos porcentuales de los valores del CH y de los niveles de infestación por Varroa de las colonias, estos fueron transformados con la función arcoseno de la raíz cuadrada. El análisis de los datos se realizó utilizando el programa estadístico SAS⁽⁴²⁾. Para comparar los dos grupos de colonias en cuanto al número de panales con cría y con abejas (población), en cuanto a la producción de miel, y en cuanto a los niveles de varroosis, se utilizó una prueba "t" de Student. Además, se utilizó la prueba de correlación de Pearson para determinar la relación entre el número de panales con cría y con abejas sobre la expresión del CH, así como para determinar la relación de los datos del CH entre la primera y la segunda evaluación de las colonias.

RESULTADOS

Los resultados del análisis morfométrico mostraron que todas las colonias experimentales eran africanizadas y que después de realizar dos pruebas de CH a 57 colonias, se encontró una correlación positiva y significativa en el nivel de CH registrado entre la primera y la segunda evaluación (r=0.62, n=57, P= 0.0001), lo cual indica que las colonias que remueven un alto porcentaje de la cría congelada en la primera prueba, lo realizan de una manera similar en la segunda. El 31.5 % de las colonias evaluadas (18 de 57) expresaron un CH alto (>95 %), mientras que 19.2 % de ellas (11 de 57) mostraron un CH bajo (<50 %). El promedio general del CH en ambas pruebas realizadas a las 57 colonias fue del 75 ± 3.24 % con un rango de 19 a 100 %.

Debido a la pérdida de dos reinas en cada grupo, el análisis comparativo entre ambos grupos de colonias respecto a la producción de miel y los niveles de infestación de V. destructor se realizó con 16 y 9 colonias con CH alto y bajo, respectivamente.

No se encontró correlación entre el nivel de CH y el número de panales con cría (r= 0.15, n= 57, P= 0.47) ni entre el CH y el número de panales cubiertos con abejas (r= 0.16, n= 57, P= 0.44). Tampoco hubo diferencia significativa entre los dos grupos de colonias con respecto al número de panales con cría (t=1.58; gl= 23; P=0.52); en las colonias con CH alto se registraron 9.31 ± 0.14 (media ± ee) y en las de CH bajo 9.29 ± 0.23 panales con cría. Así mismo, el número de panales cubiertos con abejas no varió (t=1.26; gl=23; P=0.77) entre las colonias con CH alto (6.6 ± 0.05) y CH bajo (6 ± 0.09), lo cual permite relacionar las diferencias de producción de miel con el CH y no con la población de las colonias.

El grado de infestación promedio de V. destructor en las colonias con bajo CH fue de 5.3 ± 0.03 % (rango: 0.0 a 17.2 %), mientras que el de las colonias con alto CH fue de 6.7 ± 0.08 (rango: 0.4 a 31.3 %), sin encontrarse diferencias significativas para esta variable entre ambos grupos de colonias ni en los meses previos a las cosechas, ni durante éstas (Cuadro 2).

DISCUSIÓN

No obstante que se encontró una considerable variación en el nivel de expresión del CH entre las colonias evaluadas, se observaron porcentajes de CH similares entre la primera y la segunda evaluación, evidencia que respalda la capacidad discriminatoria y de confiabilidad de la prueba de congelamiento con N₂, como lo reportaron anteriormente Espinosa-Montaño et al⁽⁴³⁾.

El porcentaje de colonias con alto CH encontrado en el presente trabajo fue de 31.5 %, superior al registrado en otros países con AE. Oldroyd⁽²³⁾ reportó que el 20 % de colonias evaluadas en Australia, presentaron un CH alto, mientras que este porcentaje fue de sólo 10 % en otro estudio realizado en los EUA⁽¹⁰⁾. Resultados similares a estos (12 %) se encontraron en AA de Yucatán, México⁽⁴⁴⁾. Sin embargo, es difícil saber cuál es la frecuencia representativa de colonias con alto CH en una población de abejas, debido al relativamente bajo tamaño de muestra (n= 57) de este estudio y de los estudios arriba mencionados, con los que se le puede comparar (n <50 colonias). Futuros trabajos tendrían que confirmar este indicador con mayor precisión.

Aún cuando se ha reportado que la expresión del CH se debe en parte a diversos factores no genéticos, entre ellos la fortaleza de la población de abejas en las colonias^(5,45), en este estudio, la expresión del CH no estuvo influenciada por este factor, ya que no hubieron diferencias en población entre colonias con alto y bajo CH, ni tampoco se encontró correlación entre el nivel de CH y el número de panales cubiertos con cría o con abejas adultas. Este resultado permite un análisis más objetivo de la asociación del nivel de CH con la producción de miel y con el nivel de infestación de V. destructor en las colonias de abejas. No se podría especular que la diferencia en grado de expresión del CH entre los grupos de colonias pudo haber sido influido por diferencias en población. Además, todas las colonias estuvieron sometidas al mismo manejo y a los mismos efectos ambientales de apiario. Por ello, las posibles influencias ambientales en la expresión del CH de las colonias experimentales fueron limitadas y puede inferirse que las diferencias observadas entre ambos grupos de colonias se debieron más a efectos genotípicos que a ambientales.

El grupo de colonias de alto CH produjo significativamente más miel (23 % más) que el grupo de colonias con CH bajo durante la cosecha de primavera. Estos resultados coinciden con los reportados en AE por Spivak y Reuter⁽²⁴⁾, quienes encontraron que las colonias seleccionadas para alto CH, con reinas apareadas naturalmente, produjeron 26 % más miel que las colonias comerciales no seleccionadas para este comportamiento. En otro estudio en el que se usaron AE seleccionadas para alto y bajo CH, mantenidas mediante inseminación instrumental, también se encontró que las colonias higiénicas produjeron significativamente más miel que las no higiénicas⁽³⁵⁾. Además de lo anterior, está bien establecido que el CH reduce la manifestación de enfermedades de la cría^{(26-32,35,46)}. Por ello, la expresión del CH puede contribuir indirectamente a la obtención de una mayor producción de miel, al reducir la frecuencia de enfermedades en las colonias.

En el presente estudio, no se detectaron diferencias para los niveles de infestación de V. destructor entre las colonias con CH alto y bajo. Este resultado abona a la inconsistencia de resultados reportados en la literatura respecto a la influencia del CH sobre el grado de varroosis de las colonias de abejas. A la fecha, resulta difícil afirmar que el CH confiere o no, resistencia a las colonias de abejas contra V. destructor de acuerdo a lo reportado en la literatura, ya que los resultados de diferentes experimentos varían considerablemente. Aún en trabajos realizados con abejas seleccionadas por varias generaciones para mayor expresión del CH y reproducidas por medio de inseminación instrumental, se ha encontrado variación en la resistencia a V. destructor entre colonias con CH alto, lo cual ha sido atribuido a diferentes condi ciones ambientales o metodológicas presentes en cada estudio^(29,35).

Existen estudios realizados con AE en los cuales se concluye que el CH no es uno de los principales mecanismos de resistencia de las abejas contra Varroa. Por ejemplo, en un experimento realizado en los EUA donde se evaluó el CH, el periodo de operculación de las celdas, la supresión de la reproducción de V. destructor y el comportamiento de acicalamiento de las abejas, se encontró que el único mecanismo de resistencia relacionado con el crecimiento poblacional del ácaro fue la supresión de la reproducción de las hembras de Varroa⁽⁴⁷⁾; también se ha mencionado que el CH es efectivo sólo cuando una colonia expresa esta característica a un nivel muy alto^(24,35,48).

Varroa ha ocasionado grandes pérdidas de colonias en países de clima templado o frío y ha eliminado a la población de colonias silvestres⁽⁴⁸⁾. Sin embargo, esto no parece ser un serio problema en lugares del mundo donde existen AA, en donde se reportan bajos niveles de infestación del ácaro y diferentes mecanismos de defensa de las abejas han sido descritos. Por lo anterior y basándonos en los resultados del presente estudio, se puede especular sobre la posibilidad de que otros mecanismos de tolerancia diferentes al CH estén operando frente a Varroa en las abejas del altiplano semiárido de México.

Los factores que contribuyen a la resistencia de las abejas a Varroa, pueden no ser los mismos en todas las poblaciones de abejas. La baja fertilidad del ácaro se ha considerado como el principal mecanismo de tolerancia a la varroosis en los EUA⁽⁴⁷⁾, sin embargo, en otros países, la baja atracción de la cría, el comportamiento de acicalamiento y el CH muestran asociación con nivel es bajos de infestación por V. destructor^(30,49), por lo que algunas características que tienen una fuerte influencia en conferir tolerancia al ácaro en ciertas poblaciones de abejas y regiones del mundo, pueden no tenerla en otras.

El presente estudio muestra la primera evidencia que sugiere una posible influencia del CH alto en la producción de miel en colonias de AA. De confirmarse este resultado, la selección de colonias con CH alto pudiera ser una alternativa para contribuir a la obtención de colonias con mayor producción de miel, particularmente donde las floraciones no generan flujos intensos de néctar. El CH se hereda principalmente a través de la madre, probablemente por herencia extra-nuclear⁽¹⁵⁾, por ello, sería posible llevar a cabo programas de selección vía materna sin necesidad de seleccionar el lado paterno, lo cual sería fácil de adoptar por la mayoría de los criadores de reinas en México.

CONCLUSIONES E IMPLICACIONES

Con base en los resultados obtenidos se concluye que el 31.5 % de las colonias analizadas expresaron CH alto (> 95 %), y esta característica no estuvo influenciada por la fortaleza de las colonias. Además, los niveles de infestación por V. destructor en abejas adultas de colonias con CH alto y bajo no vari aron significativamente. Durante la primavera, las colonias con CH alto produjeron significativamente más miel que las colonias con CH bajo. Estos resultados no permiten afirmar que el CH tiene una influencia significativa sobre su grado de infestación por V. destructor, aunque es posible que tenga efecto sobre la producción de miel bajo condiciones de flujo limitado de néctar.

Se agradece al Concejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) y al Gobierno estatal de Zacatecas, por el financiamiento otorgado (proyecto: FOMIX:ZAC-2003-C01- 0058).

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