Título: Multiplicación a gran escala de las colonias de abejas sin aguijón para servicios de polinización del sector agrícola Informaciones generales de la institución Institución: Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuaria Unidad: Embrapa Amazonia Oriental País: Brasil Tipo de organización: Empresa de investigación científica y tecnológica Responsable por el proyecto Cristiano Menezes, Embrapa Amazônia Oriental Dirección: Tv. Dr. Enéas Pinheiro, s/n., Belém-PA-Brasil Contacto: 55-91-32041063 o 55-91-81499923 E-mail: [email protected] Resumen ejecutivo del proyecto La polinización constituye un servicio esencial en la producción de 1/3 de los alimentos cultivados por el hombre. En la América del Sur, por ejemplo, el valor del servicio de polinización fue estimado en torno a US$ 20 billones por año. En muchos países las abejas son utilizadas en la polinización agrícola, sin embargo, en Brasil y en otras áreas tropicales del mundo el manejo de abejas para la polinización es prácticamente inexistente. La indisponibilidad de colonias para compra o alquiler es el principal obstáculo para la adopción de esa práctica. En las regiones tropicales y subtropicales del mundo existe un grupo de abejas sociales (Apidae, Meliponini), conocidas como abejas sin aguijón que son importantes polinizadoras de plantas nativas e cultivadas. Cerca de 30 culturas agrícolas económicamente importantes pueden ser beneficiadas por la polinización promovida por estas abejas, como fresa, tomate e café. Sin embargo, la dificultad de producir colonias en escala suficiente inviabilizaba su uso comercial. Nuestro grupo de investigación ha actuado en los últimos 10 años en el perfeccionamiento de las técnicas de manejo de estas abejas buscando optimizar los procesos de multiplicación de los nidos para satisfacer esa necesidad. Desenvolvemos un método para capturar enjambres en la naturaleza sin perjudicar las poblaciones naturales; verificamos que el control de temperatura para la formación de nuevas colonias es importante y desenvolvimos un calentador de bajo costo para las colmenas; desenvolvimos substitutos para los alimentos naturales y mejoramos las técnicas de alimentación artificial; creamos una nueva técnica para la producción de reinas en laboratorio en larga escala; avanzamos en el control de la copulación de las reinas e inseminación artificial, permitiendo la mejora genética de las abejas manejadas; e desenvolvimos una metodología para producir nuevas colonias utilizando apenas una pequeña cantidad de material biológico (abejas jóvenes e panales de cría) de la colonia madre. Los avances fueron representativos e hoy conseguimos producir colonias en una escala mayor e de forma más eficiente. Anteriormente, utilizando métodos de multiplicación tradicionales, una colonia podría generar apenas una hija por año. Utilizando los métodos que desenvolvimos, es posible producir hasta 10 hijas por año. Actualmente estamos instalando la primera biofábrica de abejas sin aguijón con capacidad para producir 3000 colonias por año y a partir de 2015 se pondrán a la disposición de los productores rurales de Brasil para la polinización de sus cultivos. Antecedentes do proyecto Importancia de las abejas en la polinización Se estima que cerca de 73% de las especies vegetales cultivadas en el mundo es polinizada por al menos una especie de abeja e sin ellas la producción de frutos e semillas está comprometida (FAO, 2004). En términos económicos, solamente en la América del Sur, el valor del servicio de polinización fue estimado en torno de US$ 20 billones por año (Gallai et al., 2009). No en tanto, por causa de la destrucción de los ambientes naturales, de las extensas áreas de mono cultura y el uso excesivo de agro tóxicos la población de polinizadores en la agricultura está en declive y ya es insuficiente en culturas agrícolas económicamente importantes, especialmente en la fruticultura (Freitas e Nunes-Silva, 2012). Los servicios comerciales de la polinización agrícola, provistos por polinizadores manejados, se tornaron realidad en diversos países debido al aumento en la productividad que su uso proporcionó. En los EUA, por ejemplo, los agricultores invierten cerca de US$ 150 millones anualmente en la contratación de servicios de polinización, ofrecidos principalmente por apicultores que transportan e alquilan colonias de Apis mellifera durante el período de floración de sus culturas (Committee on the Status of Pollinators in North America, 2007). En Europa, fueron establecidas varias biofábricas para la cría a larga escala de las mamangavas (Bombus spp.). Además de desenvolver el sistema de multiplicación en laboratorio, las empresas innovaron con la implantación de servicios de entrega de los nidos directamente a los agricultores ofreciendo, también, servicios de control biológico en substitución a los defensivos químicos incompatibles con las abejas. Actualmente, son comercializadas por año más de 1.000.000 de colonias de mamangavas para la polinización en invernaderos, principalmente de tomates (Velthuis and Van Doorn, 2006). En Brasil es prácticamente inexistente el servicio de polinización en áreas agrícolas, que todavía dependen de los polinizadores disponibles en la naturaleza. Hay apenas algunas iniciativas puntuales de polinización asistida utilizando Apis mellifera en las cultivos de melón y de manzana. Además de esa especie, existe en Brasil una enorme diversidad de especies de abejas sociales, que también forman colonias pobladas, conocidas como abejas sin aguijón. Estas abejas polinizan eficientemente por lo menos 30 cultivos agrícolas de importancia económica (Heard, 1999; Castro et al., 2006; Slaa et al., 2006), inclusive en invernaderos cerrados, y algunos, como tomate, berenjena e pimentón, no son polinizados por Apis mellifera. Algunas de estas especies se destacan por la amplia distribución geográfica, resistencia a la manipulación y posibilidad de ser multiplicadas a larga escala, como a Tetragonisca angustula, Scaptotrigona spp., Plebeia spp. e Nannotrigona testaceicornis. Contexto actual de la meliponicultura La cría racional de las abejas sin aguijón, conocida como meliponicultura, avanzó bastante en los últimos años y la demanda por colonias aumenta a cada día (Nogueira-Neto, 1997; Heard e Dollin, 2000; Cortopassi-Laurino et al., 2006). A pesar de que sea una actividad también indicada para la preservación y uso de los recursos naturales, el foco de los criadores en Brasil todavía es la producción de miel, un producto altamente valorizado debido a sus peculiaridades de sabor y textura. Además de la producción de miel, nuevas demandas han surgido y aumentado la búsqueda de colonias considerablemente, llevando a algunos criadores a dedicarse también a la multiplicación y venta de colonias. Actualmente, una de las demandas más crecientes en el sureste y sur de Brasil es la cría de abejas sin aguijón por recreación y entretenimiento (Cortopassi-Laurino et al., 2006), proceso en el cual muchas personas son estimuladas por las ideas de conservación ambiental. En Australia, por ejemplo, las personas con estas características representan cerca del 90% del mercado consumidor (T. Heard, comunicação pessoal). También otra actividad que está despertando bastante interés popular es la educación ambiental utilizando las abejas como instrumento de concientización. Las abejas sin aguijón representan un óptimo material didáctico para educar niños, pues atraen su atención, despiertan la curiosidad, no representan riesgo, debido a que no pican, e están directamente relacionadas con los conceptos relacionados a la educación ambiental (Freitas et al., 2007; Sá & Prato, 2007). Otros productos de las abejas aún son poco aprovechados, como el polen, el própolis y el cerumen (que consiste en la mezcla de cera e resinas vegetales). Delante de la amplia diversidad de especies, sub-productos también poseen un potencial muy interesante para uso/explotación, así como la miel es actualmente. El género Scaptotrigona, por ejemplo, posee un óptimo potencial para ser usado para la producción de polen, en cuanto el género Frieseomelitta produce bastante própolis. Con todo, la mayor demanda que está surgiendo es la utilización de las abejas sin aguijón en la polinización de culturas agrícolas. El papel efectivo en la polinización ya fue confirmado para 30 cultivos agrícolas diferentes y su utilización en invernaderos fue exitosa (Heard, 1999; Castro et al., 2006; Slaa et al., 2006). Sin embargo, en la actualidad, no hay en el mercado brasilero oferta de nidos de abejas sin aguijón que esté disponible para polinización de los cultivos agrícolas. A meliponicultura es una actividad con enorme potencial socio-económico y con una gran ventaja sobre la mayoría de las actividades agropecuarias, no perjudica al medio ambiente. Existen todavía importantes demandas por investigación básica y aplicada para que la actividad alcance su plenitud. Por otro lado, actualmente no es necesario recurrir a las reservas naturales para obtener nuevas colonias, pues cerca de 40 especies son mantenidas en cajas racionales y por lo menos 10 de esas especies ya son criadas en números razonables en Brasil. A pesar de los avances considerables obtenidos en la meliponicultura en las últimas décadas, el sistema de producción de colonias aún no conseguiría atender las crecientes demandas. En general, apenas una colonia hija es formada a partir de una colonia fuerte por año (Kerr et al., 1996; Nogueira-Neto, 1997; Oliveira e Kerr, 2000; Klump, 2007; Venturieri, 2008). Esa dificultad de producir colonias a gran escala es la principal razón para que las abejas sin aguijón todavía no sean utilizadas comercialmente en la polinización agrícola. Objetivo El objetivo central de este proyecto fue generar conocimiento e innovaciones tecnológicas que permitan la implementación de un sistema de producción de colonias de abejas sin aguijón a gran escala para su uso en la polinización. Desenvolvimiento Producción a gran escala de colonias de abejas sin aguijón El método convencional de multiplicación de abejas sin aguijón consiste básicamente en la división de la colonia al medio, o sea, cerca de 50% del material biológico de la colonia madre (panales de cría y obreras adultas) son transferidos para la colonia hija. Para la mayoría de las especies es posible hacer ese procedimiento apenas una vez al año (Kerr et al., 1996; Nogueira-Neto, 1997) lo que dificulta la multiplicación a gran escala. Por eso, una serie de cambios metodológicos se pusieron a prueba para acelerar la recuperación de las colonias madre y el desarrollo de las hijas y se obtuvieron tasas de éxito prometedoras. Entre esas innovaciones se destacan: la producción de reinas in vitro con 98% de sobrevivencia y control de la cópula (Menezes, 2010; Menezes et al., submetido); confinamiento de las colonias hijas durante su crecimiento, produciendo dos veces más células de cría en comparación con colonias en ambiente abierto (Vollet-Neto et al., 2010b); alimentación suplementar con dieta proteica e energética, permitiendo acelerar el crecimiento de las hijas (Costa e Venturieri, 2009; Vollet-Neto et al., 2010b); control de la temperatura del nido, permitiendo producir nuevas colonias durante el invierno (Vollet- Neto et al., 2011); y la utilización de menor cantidad de material biológico para la formación de mini-colonias, apenas 5-10% de material biológico de la colonia-madre (Menezes e Imperatriz-Fonseca, 2008; Menezes, 2010). Con estas mejoras técnicas será posible producir hasta diez colonias hijas por año a partir de una colonia madre. En el presente proyecto evaluamos el desempeño reproductivo de la especie Scaptotrigona depilis, bajo la aplicación de esas nuevas técnicas y del manejo intensivo que ellas exigen para la producción de colonias en escala comercial. La elección de esta especie fue hecha con base en experiencias anteriores de multiplicación, mostrándose bastante resistente, y por presentar compatibilidad con polinización de diversas culturas. Nidos-trampa para capturar enjambres Desenvolvimos y colocamos a prueba la utilización de trampas para capturar los enjambres reproductivos de abejas sin aguijón. Las trampas son confeccionadas con recipientes plásticos e pintadas con extracto alcohólico de própolis de estas abejas. En seguida fueron colocadas en el ambiente para atraer los enjambres y verificar su eficiencia (Oliveira et al., 2012). Control de la temperatura Elaboramos un sistema de bajo costo para calentamiento de las colonias. El sistema consta de una lámpara de 7W colocada bajo la colmena e inter ligada con un termostato. Estudiamos el efecto que el calentamiento proporcionaba al desenvolvimiento de las colonias y tasas de postura de las reinas durante o período de invierno (Vollet-Neto et al., 2011). Cajas para mantenimiento y división de las colonias Las colonias son mantenidas en cajas de madera (Fig. 1). La caja es dividida en módulos huecos, donde se localiza el nido con panales de cría. Los módulos pueden ser acrecentados de acuerdo con el crecimiento de la colonia. Fig 1: Esquema de la caja que será usada para la cría y multiplicación de las colonias. El ancho y profundidad será de 17 cm internamente y la altura de 7 cm. Los tres pisos inferiores son huecos, destinados al nido. Los dos pisos superiores poseen una base, son destinados para el almacenamiento de miel e polen. Alimentación artificial de colonias Realizamos la prueba de la utilización de alimentos substitutos de la miel y el polen. La miel fue substituida por solución de azúcar, en cuanto el polen fue substituido por extracto de soya. Las nuevas colonias formadas son alimentadas con estos alimentos hasta hacerse independientes para buscar sus propios alimentos. Producción de reinass in vitro Para producir reinas de Scaptotrigona depilis es necesario proporcionar más alimento para las larvas hembras que originarían obreras. El alimento larval es colectado de panales recién-construidos y distribuido en céldas de cría artificiales (Fig. 2) en la cantidad necesaria para la producción de reinas: 150μL para S. depilis. Larvas recién-nacidas son colectadas de los panales de cría y colocadas sobre ese alimento, donde se desenvuelven. Ellas son mantenidas en estufas a 28-30°C, con humedad controlada, durante 50-55 días, tiempo necesario para que las reinas surjan. Estudiamos todos los detalles de la técnica y diferentes posibilidades para aumentar las tasas de excito (Menezes et al., 2013). Fig. 2: Placa de acrílico usada para la producción de las reinas de S. depilis. Control de la cópula e inseminación artificial Las reinas producidas en laboratorio son mantenidas con un pequeño grupo de obreras surtidoras (cerca de 30-50 obreras con edades entre 5-20 días), miel y polen de la propia especie y agua durante 10-15 días. Después de eso, son introducidas en una caja con cerca de 30 machos maduros colectados previamente de agrupaciones que ocurren cerca de las colonias. Las reinas maduras son copuladas inmediatamente (Fig. 3) y después devueltas para su grupo de obreras, donde permanecen durante siete días para el desenvolvimiento del ovario (llegando a la condición fisogástrica). Este procedimiento ya fue probado con éxito en escala experimental para S. depilis (Engels e Engels, 1988; Menezes, 2010) y su viabilidad ya está siendo puesta a prueba en mayor escala. La inseminación artificial también ya está siendo probada y los métodos están siguiendo los protocolos utilizados para la inseminación de otras abejas. Fig. 3: Cópula controlada dentro de placa de petri entre reina de S. depilis producida in vitro y macho colectado en el ambiente (izquierda). Reina de S. depilis después del desenvolvimiento del ovario. Formación de mini-colonias y confinamiento La reina fisogástrica é introducida en una mini-colonia, que está compuesta por un o dos panales de cría con pupas a punto de surgir, cerca de 100-150 obreras jóvenes (5-20 días), cera, un pote de miel y otro de polen de la propia especie (Fig. 4). Este material representa 5-10% de una colonia fuerte y puede ser retirado de la colonia madre mensualmente sin daños a ella. Las hijas son mantenidas cerradas con temperatura y alimentación controlada durante dos-tres meses, lo que acelera el proceso de producción de células de cría (Vollet-Neto, et al. 2010), y después son liberadas para alimentarse libremente. Después de la liberación, ellas continúan siendo alimentadas con solución de azúcar 50% y alimento proteico y llevarán de dos a cuatro meses para desarrollarse, alcanzando una condición que permitirá ser usada para una nueva multiplicación. Fig. 4: Mini-colonia de S. depilis recién formada. Resultados Producción a gran escala de colonias de abejas sin aguijón Con los avances técnicos probados fue posible producir nuevas colonias a partir de 5-10% del material biológico proveniente da colonia madre. De esta forma cada colonia madre produjo 10 colonias hijas por año, permitiendo alcanzar la escala de producción necesaria para posibilitar el uso de estas abejas en la polinización agrícola (Menezes & Imperatriz-Fonseca, 2008; Menezes, 2010; Menezes et al., 2013). El resumen de los resultados de cada etapa del proceso de producción se presenta a continuación y los detalles pueden ser verificados en los trabajos ya publicados y citados abajo. Nidos-trampa para capturar enjambres Los nidos trampas se mostraron bastante eficientes para capturar enjambres de diversas especies de abejas sin aguijón (Fig. 5). En dos años de experimento capturamos 61 enjambres de nueve especies diferentes que podrían ser utilizados para iniciar la cría de estas abejas. Vea detalles en Oliveira et al., 2012. Figura 5: Colonia de abeja sin aguijón capturada en nido-trampa Control de la temperatura En los experimentos realizados sobre el calentamiento de colmenas concluimos que las reinas de las colonias calentadas colocaban huevos cerca de 5 veces más que las no calentadas. De esta forma las colonias tendrían un desenvolvimiento mucho más acelerado y con menor gasto energético. Vea detalles en Vollet-Neto et al., 2011. Cajas para mantenimiento y división de las colonias El desenvolvimiento de nuevas cajas para la cría de abejas sin aguijón fue un paso muy importante para mejorar la multiplicación de las colonias. Las cajas son compuestas por módulos que permiten manejar las abejas sin dañar las estructuras del nido. Vea detalles en Venturieri, 2008. Alimentación artificial de colonias Los alimentos substitutos puestos a prueba fueron plenamente asimilados por las colonias y permiten la cría densificada y en ambientes con pocos recursos alimenticios. Ya tenemos resultados consistentes sobre la utilización de estos alimentos por las obreras (Fig 6) y hasta el momento no detectamos efectos dañinos para la salud de las colonias (Costa e Venturieri, 2009; Pires et al., 2009; Vollet-Neto et al., 2010a). La evaluación detallada de estos efectos a largo plazo está en andamiento e será publicado en breve. Figura 6: obreras de S. depilis alimentandose de alimento substituto a base de extracto de soya. Producción de reinas in vitro La técnica que desenvolvimos para criar reinas a gran escala obtuvo tasas de excito de 98% de sobrevivencia y permitirá producir un número suficiente para producción de colonias a gran escala (Fig. 7). Cada colonia tendría capacidad para producir hasta 2000 reinas por mes. Vea los detalles en Menezes et al., 2013. Figura 7: Reinas producidas en laboratorio con altas tasas de sobrevivencia. Formación de mini-colonias y confinamiento Las colonias formadas utilizando apenas 5-10% del material biológico de la madre y mantenidas en confinamiento durante las fases iniciales de desenvolvimiento tuvieron desenvolvimiento saludable (Fig. 8). Esta innovación permitió acelerar el tiempo de desenvolvimiento de 6 meses para 3 meses. Parte de los resultados ya fue publicada y puede ser vista en detalles en Menezes et al., 2013, y Vollet-Neto et al., 2010b. Sin embargo, otros resultados aún están en proceso de redacción y publicación. Figura 8: Producción de colonias de S. depilis a gran escala. Las nuevas colonias son mantenidas en confinamiento hasta crecer lo suficiente para ser llevadas al campo. Control de la cópula e inseminación artificial Todavía enfrentamos algunos desafíos para dominar completamente la cópula y la inseminación artificial, sin embargo, ya avanzamos considerablemente. Conseguimos inducir la cópula en confinamiento, pero la mortalidad de las reinas después del procedimiento todavía es muy alta. Situación semejante ocurre con la inseminación artificial, en la cual ya conseguimos inseminar 100% de las reinas que pasan por el procedimiento (Fig. 9), a pesar de que aún no conseguimos activar la postura de ellas. Hasta ahora, la solución que encontramos para la producción de colonias a gran escala fue mantener núcleos de fecundación, que son pequeñas colmenas que sirven apenas para la reina realizar la cópula naturalmente. Las reinas producidas en laboratorio son introducidas semanalmente en las cajas y podemos retirar una reina copulada por semana a partir de cada núcleo de fecundación. Figura 9: Espermateca llena de semen de una reina inseminada artificialmente (izquierda) y semen dentro de la espermateca (derecha) Conclusión Los avances fueron representativos y hoy conseguimos producir colonias de abejas sin aguijón en una escala mayor y de forma más eficiente. Anteriormente, utilizando métodos de multiplicación tradicionales, una colonia podría generar apenas una hija por año. Utilizando los métodos que desenvolvimos, es posible producir hasta 10 hijas por año. Actualmente estamos instalando la primera biofábrica de abejas sin aguijón con capacidad para producir 3000 colonias por año y a partir de 2015 serán puestas a la disposición de los productores rurales de Brasil para la polinización de sus cultivos. Referencias Bibliográficas Castro, M.S.; Koedam, D.; Contrera, F.A.L.; Venturieri, G.C.; Parra, G.N.; Malagodi-Braga, K.S.; Campos, L.A.O.; Viana, M.; Cortopassi-Laurino, M.; NogueiraNeto, P.; Peruquetti, R.C.; Imperatriz-Fonseca, V.L. 2006. 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