バンブルビー(ボンバス)ハイブ入口のための3Dプリント花粉トラップ
Summary
ハイブに戻るバンブルミツバチ(ボンバス)の労働者から花粉を集める非致死的で自動化されたメカニズムを提示します。デバイスの製造、準備、インストール、および使用に関する説明書が含まれています。3D プリントオブジェクトを使用することで、設計の変更はタイムリーで効率的で、テストの迅速なターンアラウンドが可能になりました。
Abstract
花粉の飼育からバンブルミツバチの植物源を確認するには、個人を収集して、分析のためにコルボキュラー花粉の負荷を取り除く必要があります。 これは伝統的に、巣の入り口や花の上で飼料をネットし、氷の上でミツバチを冷やし、鉗子やブラシでコルビクエから花粉の負荷を取り除くことによって行われてきました。 この方法は時間と労力を要し、通常の採餌行動を変更する可能性があり、タスクを実行する作業者に対してインシデントが発生する可能性があります。 ミツバチのじんましんに使用されるような花粉トラップは、巣の入り口でスクリーンを通過する労働者の足からコルブロック花粉の負荷を取り除くことによって花粉を収集します。 トラップは、最小限の労働力でフォアガーミツバチを返すことから大量の花粉を取り除くことができますが、現在までにそのようなトラップはバンブルミツバチのコロニーで使用することはできません。バンブルミツバチコロニー内の労働者は、商業的に飼育されたバンブルミツバチのじんましんにこのメカニズムを適応させることが困難な入り口のサイズ選択を行うサイズが異なる可能性があります。 3D印刷デザインプログラムを使用して、私たちは正常にバンブル飼料の足から角膜花粉の負荷を除去する花粉トラップを作成しました。 この方法は、コロニーに戻るバンブルミツバチの飼育員から花粉を収集するために研究者が必要とする時間を大幅に削減する。我々は、設計、花粉除去効率試験の結果を提示し、様々なバンブルミツバチ種または巣箱の設計にトラップを適応させるために研究者のための変更の領域を提案する。
Introduction
バンブルミツバチ(ボンバスspp.)は、世界の温帯、高山、北極地域で発見された大きな堅牢な昆虫です1.彼らは、植物のコミュニティに重要であり、彼らが訪問する農作物のための重要な受粉サービスを提供します 2.最近、いくつかの種の豊富さと分布の減少は、受粉者としての重要性を国民の意識の最前線に持って来ています3.研究者は、ミツバチが飼育する多様で豊富な花資源の欠如を含む人口減少に寄与している可能性が高いいくつかのストレッサーを特定しました。ミツバチが飼育する植物種を特定することで、研究者や土地管理者は、バンブルミツバチが資源の入手可能性、競争、および人為的障害の変化にどれほど反応しているかを理解することができます5,6.
バンブルミツバチの花粉採餌の好みを調査する研究は、多くの場合、研究者が花で飼育する個々のミツバチを捕まえて、さらに処理し、7、8、9、10を同定するために標本からコルボリ花粉負荷を取り除くことによって行われます。この方法は、バンブルミツバチ種の種または集合体が領域7の資源をどのように利用しているかについての洞察を提供するが、それは時間がかかり、飼育蜂11の起源のコロニーを特定するために追加の分子分析なしには、じんましん間の好みの潜在的な違いを識別することができない時間がかかる。
採餌力学のいくつかの研究のために、 個々のコロニーで研究を行うことを望む。しかし、野生のバンブルミツバチの巣は、一般的に地下または地上階に位置し、12を見つけるのが困難です。商業的に生産されたバンブルミツバチのじんましんは、研究者により大きなアクセスとより良い実験的制御を提供し、労働者からの花粉の除去は、主に彼らがハイブに戻るときに飼料を捕獲し、手動で彼らのコルバスキュラー花粉負荷13、14を除去することによって行われます。ミツバチの角膜から手で花粉を除去することは、特に花粉飼料の戻る率が低い可能性があるハイブの入り口で花粉の低い毎時収量で時間がかかる。さらに、ミツバチから花粉を手動で取り除くことは、乱れた労働者から刺傷を引き起こす可能性があります。
花粉トラップは、ミツバチから花粉を実験的に除去するために何十年も使用されてきました。しかし、バンブルミツバチから花粉を除去する受動的な方法は開発されていない。花粉を戻すフォアガーバンブルミツバチから除去するメカニズムを開発する際の主な障害は、バンブルミツバチコロニー16に存在する労働者サイズの大きな変動である。ミツバチの花粉トラップは、ミツバチの労働者の大きさがあまり変わらないので、主に効果的です。さらに、これらのトラップはインストール後にわずかな操作しか必要としないし、ミツバチを犠牲にする必要はありません17.これは、ハイブに戻るときに労働者の後ろ足から花粉を取り除くスクリーンまたはプラスチック表面を使用して達成されます。これらのトラップは、花粉の負荷の一部のみを飼料から取り除き、それらの様々なデザインは花粉の収集で多様な効率をもたらす。花粉がミツバチの足から取り除かれると、それはスクリーンを通って、ミツバチがアクセスできないコレクション盆地に落ちるので、研究者はハイブにわずかな妨害でしか取り除かれなくなります。
本研究の目的は、ミツバチのじんましんから花粉を採取するために使用される技術を適応させ、3Dプリント構造を使用してそれらをバンブルミツバチの巣に適用し 、Bombus huntiiのコロニー上のトラップデザインをテストすることです。設計プロセスは、トラップが生産するために安価で、様々なバンブルミツバチ種に適応可能で、ミツバチに害や妨害を最小限に抑え、花粉除去率が花粉の手のコレクションを超えるべきであるという仮定に従った。3次元印刷技術は、汎用性が高く、簡単にアクセスでき、費用対効果の高いツールであり、研究者は特定の目的のためにオブジェクトを複製および変更することができます18.ここに示す技術は、花粉トラップを構築し、市販のバンブルミツバチのコロニーにそれらを取り付けるためにユーザーに指示します。トラップは野生のコロニーで使用するようには設計されていません。これらのトラップは、巣箱に戻るときに、バンブルミツバチを運ぶ花粉の後ろ足からコルボキュラー花粉の負荷を受動的に取り除きます。
Protocol
Representative Results
Discussion
バンブルミツバチコロニーの入り口からの花粉のコレクションは、生態学的および農業的研究の様々なことができます。バンブルミツバチが花粉を収集する花の源を特定することは、コロニーの全体的な食事に貢献する植物の多様性に関する貴重な情報と洞察を提供します19.花粉源を特定することは、野生の土地における生態系サービスの農業生産と研究の両方に影響?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
コルビー・カーペンターとスペンサー・マティアスが3Dプリンティングデザインを支援してくれたことに感謝します。エレン・クリンガーが写真の人物を制作し、ジョナサン・B・コッホが改訂を支援してくれたことに感謝します。資金は、USDA-ARS受粉昆虫生物学、管理、系統研究ユニットによって提供されました。
Materials
| MakerBot Replicator+ | MakerBot | Model PABH65 | |
| MakerBot Tough Material | PLA Filament | various colors | |
| Nest Box | Biobest | Not sold publicly without bee purchase |
References
- Michener, C. D. . The bees of the world. , (2000).
- Corbet, S. A., Williams, I. H., Osborne, J. L. Bees and the pollination of crops and wild flowers in the European Community. Bee world. 72 (2), 47-59 (1991).
- Cameron, S. A., et al. Patterns of widespread decline in North American bumble bees. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (2), 662-667 (2011).
- Goulson, D., Nicholls, E., Botías, C., Rotheray, E. L. Bee declines driven by combined stress from parasites, pesticides, and lack of flowers. Science. 347 (6229), 1255957 (2015).
- Jha, S., Stefanovich, L. E. V., Kremen, C. Bumble bee pollen use and preference across spatial scales in human-altered landscapes. Ecological Entomology. 38 (6), 570-579 (2013).
- Thomson, D. Competitive interactions between the invasive European honey bee and native bumble bees. Ecology. 85 (2), 458-470 (2004).
- Kleijn, D., Raemakers, I. A retrospective analysis of pollen host plant use by stable and declining bumble bee species. Ecology. 89 (7), 1811-1823 (2008).
- Harmon-Threatt, N. H., Kremen, C. Bumble bees selectively use native and exotic species to maintain nutritional intake across highly variable and invaded floral resource pools. Ecological Entomology. 40, 471-478 (2015).
- Harmon-Threatt, N. H., Valpine, P., Kremen, C. Estimating resource preferences of a native bumblebee: the effects of availability and use-availability models on preference estimates. Oikos. , (2016).
- Martin, A. P., Carreck, N. M. L., Swain, J. L., Goulson, D. A modular system for trapping and mass-marking bumblebees: applications for studying food choice and foraging range. Apidologie. 37, (2006).
- Saifuddin, M., Jha, S. Colony-level variation in pollen collection and foraging preferences among wild-caught bumble bees. (Hymenoptera: Apidae). Environmental Entomology. 42 (2), 393-401 (2014).
- Heinrich, B. . Bumblebee Economics. , (2004).
- Leonhart, S. D., Bluthgen, N. The same, but different: pollen foraging in honeybee and bumblebee colonies. Apidologie. 43, (2012).
- Kriesell, L., Hilpert, A., Leonhardt, S. D. Different but the same: bumblebee species collect pollen of different plant sources but similar amino acid profiles. Apidologie. 48, 102-116 (2017).
- Al-Tikrity, W. S., Benton, A. W., Hillman, R. C., Clarke, W. W. The relationship between the amount of unsealed brood in honeybee colonies and their pollen collection. Journal of Apicultural Research. 11 (1), 9-12 (1972).
- Spaethe, J., Weidenmüller, A. Size variation and foraging rate in bumblebees (Bombus terrestris). Insectes Sociaux. 49 (2), 142-146 (2002).
- Goodwin, R. M., Perry, J. H. Use of pollen traps to investigate the foraging behaviour of honey bee colonies in kiwifruit. New Zealand Journal of Crop and Horticulture Science. 20 (1), 23-26 (1992).
- Chua, C. K., Leong, K. F. . 3D PRINTING AND ADDITIVE MANUFACTURING: Principles and Applications (with Companion Media Pack) of Rapid Prototyping. , (2014).
- Kearns, C. A., Inouye, D. W. . Techniques for Pollination Biologists. , (1993).
- Velthuis, H. H., van Doorn, A. A century of advances in bumblebee domestication and the economic and environmental aspects of its commercialization for pollination. Apidologie. 37 (4), 421-451 (2006).
- Moisan-Deserres, J., Girard, M., Chagnon, M., Fournier, V. Pollen loads and specificity of native pollinators of lowbush blueberry. Journal of Economic Entomology. 107 (3), 1156-1162 (2014).
- Medler, J. T. A nest of Bombus huntii Greene (Hymenoptera: Apidae). Entomological News. 70, 179-182 (1959).
- Husband, R. W. Observation on colony of bumblebee species (Bombus spp). Great Lakes Entomologist. 10, 83-85 (1977).
- Buttermore, R. E. Observations of successful Bombus terrestris (L), (Hymenoptera: Apidae) colonies in Southern Tasmania. Australian Journal of Entomology. 36, 251-254 (1997).
- Goulson, D., Peat, J., Stout, J. C., Tucker, J., Darvill, B. Can alloethism in workers of the bumblebee, Bombus terrestris, be explained in terms of foraging efficiency. Animal Behaviour. 64 (1), 123-130 (2002).
- Couvillon, M. J., Jandt, J. M., Duong, N. H. I., Dornhaus, A. Ontogeny of worker body size distribution in bumble bee (Bombus impatiens) colonies. Ecological Entomology. 35 (4), 424-435 (2010).
- Russell, A. L., Morrison, S. J., Moschonas, E. H., Papaj, D. R. Patterns of pollen and nectar foraging specialization by bumblebees over multiple timescales using RFID. Scientific Reports. 7 (1), 1-13 (2017).
- Hagbery, J., Nieh, J. C. Individual lifetime pollen and nectar foraging preferences in bumble bees. Naturwissenschaften. 99 (10), 821-832 (2012).
- Baur, A., Strange, J. P., Koch, J. B. Foraging economics of the Hunt bumble bee, a viable pollinator for commercial agriculture. Environmental Entomology. 48 (4), 799-806 (2019).
- Winter, K., et al. Importation of non-native bumble bees into North America: potential consequences of using Bombus terrestris and other non-native bumble bees for greenhouse crop pollination in Canada, Mexico, and the United States. San Francisco. 33, (2006).
- Ruz, L., Herrera, R. Preliminary observations on foraging activities of Bombus dahlbomii and Bombus terrestris (Hym: Apidae) on native and non-native vegetation in Chile. Acta Horticulturae. 561, 165-169 (2001).
