3D-печатная пыльцевая ловушка для входов в улей шмелей(Bombus)
Summary
Мы представляем нелетальный и автоматизированный механизм сбора пыльцы у шмелей(Bombus),возвращающихся в улей. Инструкции по изготовлению, подготовке, установке и использованию устройств включены. Благодаря использованию 3D-печатных объектов модификация дизайна была своевременной, эффективной и позволила быстро провести тестирование.
Abstract
Чтобы проверить растительные источники, из которых шмели кормят пыльцу, необходимо собрать особей, чтобы удалить их корбикулярную пыльцевую нагрузку для анализа. Традиционно это делалось путем сетки фуражиров у входов в гнездо или на цветы, охлаждения пчел на льду, а затем удаления пыльцевой нагрузки с корбикул щипцами или кистью. Этот метод является трудоемким и трудоемким, может изменить нормальное поведение при добывающих пищу и может привести к инцидентам с жжом для работника, выполняющего задачу. Пыльцевые ловушки, такие как те, которые используются на ульях медоносных пчел, собирают пыльцу, вытесняя корбикулярные пыльцевые нагрузки с ног рабочих, когда они проходят через экраны у входа в гнездо. Ловушки могут удалять большое количество пыльцы с возвращающихся пчел-фуражиров с минимальным трудом, но на сегодняшний день такая ловушка недоступна для использования с пчелиными семьями шмещей. Рабочие в колонии шмелей могут различаться по размеру, что затрудняет выбор размеров входов для адаптации этого механизма к коммерчески выращиваемым ульям шмелей. Используя программы дизайна 3D-печати, мы создали пыльцевую ловушку, которая успешно удаляет корбикулярную пыльцевую нагрузку с ног возвращающихся шмельных пчел-фуражиров. Этот метод значительно сокращает количество времени, необходимое исследователям для сбора пыльцы у шмелевого пчелового фуражиров, возвращающихся в колонию. Мы представляем дизайн, результаты тестов эффективности удаления пыльцы и предлагаем области модификаций для исследователей, чтобы адаптировать ловушки к различным видам шмеле или конструкциям гнездовых ящиков.
Introduction
Шмели(Bombus spp.) являются крупными устойчивыми насекомыми, которые встречаются в умеренных, альпийских и арктических регионах мира1. Они важны для растительных сообществ и обеспечивают важную услугу опыления для сельскохозяйственных культур, которые они посещают2. Недавнее снижение численности и распространения нескольких видов вывело их важность в качестве опылителей на передний план общественной осведомленности3. Исследователи определили несколько стрессоров, которые, вероятно, способствуют сокращению популяции, включая отсутствие разнообразных и обильных цветочных ресурсов, на которых кормятся шмели4. Определение того, какие виды растений шмелевочные пчелы кормятся, позволяет исследователям и землеустройству понять, как шмежи могут реагировать на изменения в доступности ресурсов, конкуренции и антропогенных нарушениях5,6.
Исследования, изучающие пыльцевые кормовые предпочтения шмельных пчел, часто проводятся исследователями, ловящими отдельных пчел, кормящихся на цветках, а затем удаляющими корбикулярные пыльцевые нагрузки с образцов для дальнейшей обработки и идентификации7,8,9,10. Хотя этот метод дает представление о том, как вид или совокупность видов шмелей использует ресурсы в районе7,он занимает много времени, и потенциальные различия в предпочтениях между ульями не могут быть различимы без дополнительного молекулярного анализа для определения колонии происхождения кормовой пчелы11.
Для некоторых исследований динамики кормления желательно проводить исследования в отдельных колониях; однако гнезда диких шменей, как правило, расположены под землей или на уровне земли, что затрудняет их обнаружение12. Коммерчески производимые ульи шмелей обеспечивают исследователям больший доступ и лучший экспериментальный контроль, а удаление пыльцы у рабочих по-прежнему в основном проводится путем захвата фуражиров, когда они возвращаются в улей, и ручного удаления их корбикулярной пыльцевой нагрузки13,14. Удаление пыльцы вручную из корбикул пчелы является трудоемким с низким почасовым выходом пыльцы, особенно на входах в ульи, где скорость возврата пыльцы фуражиров может быть низкой. Кроме того, ручное удаление пыльцы с пчел может привести к укусам у потревоженных работников.
Пыльцевые ловушки использовались для экспериментального удаления пыльцы у медоносных пчел в течение десятилетий15; однако пассивный метод удаления пыльцы шмелю не разработан. Основным препятствием в разработке механизма удаления пыльцы у возвращающихся шмещей-фуражиров является большое изменение размеров рабочих, которые существуют в колонии шмещей16. Ловушки для пыльцы медоносных пчел эффективны во многом потому, что размер работника медоносной пчелы не сильно варьируется. Кроме того, эти ловушки требуют лишь незначительных манипуляций после установки и не требуют принесения пчел в жертву17. Это достигается с помощью экранов или пластиковых поверхностей, которые вытеснивают пыльцу с задних ног рабочих, когда они возвращаются в улей. Эти ловушки удаляют только часть пыльцевой нагрузки от возвращающихся фуражиров, и различные конструкции этих ловушек приводят к различной эффективности сбора пыльцы. Когда пыльца удаляется с ног пчелы, она попадает через экран и в сборный бассейн, к которому пчелы не имеют доступа, так что исследователь может удалить ее только с незначительным нарушением улья.
Целью настоящего исследования является адаптация методов, используемых для сбора пыльцы из ульев медоносных пчел, и применение их к гнездам шмелей с использованием 3D-печатных структур и тестирование конструкций ловушек на колониях Bombus huntii. Процесс проектирования следовал предположениям, что ловушки должны быть недорогими в производстве, адаптироваться к различным видам шмеле, причинять минимальный вред или беспокоить пчел и что скорость удаления пыльцы должна превышать ручной сбор пыльцы. Технология трехмерной печати является универсальным, легкодоступным и экономически эффективным инструментом, позволяющим исследователям воспроизводить и модифицировать объекты для конкретных целей18. Техника, представленная здесь, инструктирует пользователя строить пыльцевые ловушки и прикреплять их к коммерчески доступным пчелиным семьям шмежей. Ловушки не предназначены для использования с дикими колониями. Эти ловушки пассивно удаляют корбикулярную пыльцевую нагрузку с задних ног пыльцев, несущих шмели, когда они возвращаются в свои гнездовые ящики.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сбор пыльцы со входов в колонии шмелеев может позволить проводить различные экологические и сельскохозяйственные исследования. Определение цветочных источников, из которых шмели собирают пыльцу, дает ценную информацию и понимание разнообразия растений, которые вносят вклад в общий ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Колби Карпентера и Спенсера Матиаса за их помощь в разработке 3D-печати. Мы благодарим Эллен Клингер за помощь в создании фотографических рисунков и Джонатана Б. Коха за помощь в их пересмотре. Финансирование было предоставлено Отделом исследований биологии, управления и систематики насекомых USDA-ARS-Pollinating Insect.
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).
