En 3D-printet pollenfælde til humlebi(Bombus)Hive Indgange
Summary
Vi præsenterer en ikke-dødbringende og automatiseret mekanisme til at indsamle pollen fra humlebi(Bombus)arbejdere vender tilbage til en bikube. Instruktioner til fremstilling, forberedelse, installation og brug af enhederne er inkluderet. Ved at bruge 3D-printede objekter var ændring af designet rettidig, effektiv og tilladt til hurtig vending til test.
Abstract
For at kontrollere de plantekilder, hvorfra humlebier foder til pollen, skal enkeltpersoner indsamles for at fjerne deres corbicular pollen belastninger til analyse. Dette er traditionelt blevet gjort ved at nette foragere ved redeindgange eller på blomster, nedkøle bierne på is og derefter fjerne pollenbelastningen fra corbiculae med sammentrækninger eller en børste. Denne metode er tids- og arbejdskrævende, kan ændre normal fourageringsadfærd og kan resultere i stikkende hændelser for den arbejder, der udfører opgaven. Pollenfælder, som dem, der anvendes på honningbibistader, indsamler pollen ved at løsne corbicular pollenbelastninger fra arbejdernes ben, når de passerer gennem skærme ved redens indgang. Fælder kan fjerne en stor mængde pollen fra at returnere foragerbier med minimal arbejdskraft, men til dato er der ingen sådan fælde tilgængelig til brug med humlebikolonier. Arbejdere inden for en humlebikoloni kan variere i størrelse, hvilket gør størrelsesvalg af indgange vanskelige at tilpasse denne mekanisme til kommercielt opdrættede humlebibier. Ved hjælp af 3D-print design programmer, skabte vi en pollen fælde, der med succes fjerner corbicular pollen belastninger fra benene på tilbagevendende humlebi foragers. Denne metode reducerer betydeligt den tid, der kræves af forskere til at indsamle pollen fra humlebi foragers vender tilbage til kolonien. Vi præsenterer design, resultater af pollen fjernelse effektivitet tests, og foreslår områder af ændringer for efterforskere til at tilpasse fælder til en række humlebi arter eller redekasse design.
Introduction
Humlebier(Bombus spp.) er store robuste insekter, der findes på tværs af de tempererede, alpine og arktiske regioner i verden1. De er vigtige for at plante samfund og yde vigtig bestøvning service for landbrugsafgrøder, som de besøger2. Nylige fald i overflod og fordeling af flere arter har bragt deres betydning som bestøvere på forkant med den offentlige bevidsthed3. Forskere har identificeret flere stressfaktorer, der sandsynligvis bidrager til befolkningsnedgange, herunder mangel på forskellige og rigelige blomsterressourcer, hvorpå humlebier foder4. Identifikation af, hvilke plantearter humlebier foder fra giver forskere og jordforvaltere mulighed for at forstå, hvordan humlebier kan reagere på ændringer i ressourcetilgængelighed, konkurrence og menneskeskabte forstyrrelser5,6.
Undersøgelser, der undersøger pollen fourageringspræferencer af humlebier, udføres ofte af forskere, der fanger individuelle bier, der fouragerer ved blomster, og fjerner derefter corbicular pollenbelastninger fra prøver til videre behandling og identifikation7,8,9,10. Mens denne metode giver indsigt i, hvordan en art eller en samling af humlebiarter udnytter ressourcerne i et område7, er det tidskrævende, og potentielle forskelle i præferencer blandt bistader kan ikke skelnes uden yderligere molekylære analyser for at identificere oprindelseskolonien af fourageringsbien11.
For nogle undersøgelser af fourageringsdynamikken ønskes det at gennemføre undersøgelserne på individuelle kolonier; vilde humlebi reden er generelt placeret under jorden eller på jordoverfladen gør dem vanskelige at finde12. Kommercielt producerede humlebibibier giver forskerne større adgang og bedre eksperimentel kontrol, og fjernelsen af pollen fra arbejdere udføres stadig primært ved at fange foragere, når de vender tilbage til bikuben og manuelt fjerner deres corbicular pollenbelastninger13,14. Fjernelsen af pollen i hånden fra biens corbicula er tidsintensiv med et lavt timeudbytte af pollen, især ved bikubeindgange, hvor hastigheden af tilbagevendende pollenforagere kan være lav. Derudover kan manuel fjernelse af pollen fra bier resultere i stik fra forstyrrede arbejdere.
Pollenfælder har iårtierværet anvendt til eksperimentel fjernelse af pollen fra honningbier; der er dog ikke udviklet en passiv metode til at fjerne pollen fra humlebier. Den primære hindring for at udvikle en mekanisme til at fjerne pollen fra tilbagevendende forager humlebier er den store variation af arbejdstagerstørrelser, der findes i en humlebikoloni16. Honningbi pollen fælder er effektive i vid udstrækning fordi honningbi arbejdstager størrelse ikke varierer meget. Derudover kræver disse fælder kun mindre manipulationer efter installationen og kræver ikke, at bier ofres17. Dette opnås ved hjælp af skærme eller plastoverflader, der fjerner pollen ud af bagbenene af arbejdere, når de vender tilbage til bikuben. Disse fælder fjerner kun en del af pollenbelastningen fra tilbagevendende foragere, og de forskellige designs af disse resulterer i varierede effektivitetsgevinster ved pollenopsamlingen. Da pollen fjernes fra bibenene, falder den gennem en skærm og ind i et opsamlingsbassin, som bierne ikke har adgang til, så forskeren kan fjerne det med kun mindre forstyrrelse af bikuben.
Formålet med denne undersøgelse er at tilpasse de teknikker, der anvendes til indsamling af pollen fra honningbibier og anvende dem på humlebi reden ved hjælp af 3D trykte strukturer og teste fælden design på kolonier af Bombus huntii. Designprocessen fulgte antagelserne om, at fælderne skulle være billige at producere, kan tilpasses en række humlebiarter, forårsage minimal skade eller forstyrrelse af bierne, og at hastigheden af pollenfjernelse skulle overstige håndindsamlingen af pollen. Tredimensionel udskrivningsteknologi er alsidig, let tilgængelig og et omkostningseffektivt værktøj, der gør det muligt for forskere at replikere og ændre objekter til specifikke formål18. Den teknik, der præsenteres her instruerer brugeren til at bygge pollen fælder og vedhæfte dem på kommercielt tilgængelige humlebi kolonier. Fælderne er ikke designet til at blive brugt med vilde kolonier. Disse fælder fjerner passivt corbicular pollen belastninger fra bagbenene af pollen transporterer humlebier, når de vender tilbage til deres rede kasser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Indsamling af pollen fra humlebikoloni indgange kan give mulighed for en række økologiske og landbrugsmæssige undersøgelser. Identifikation af blomsterkilder, hvorfra humlebier indsamler pollen, giver værdifuld information og indsigt i mangfoldigheden af planter, der bidrager til en kolonis samlede kost19. Identifikation af pollenkilden har konsekvenser for både landbrugsproduktionen og undersøgelser af økosystemtjenester i vilde lande12,<sup class="xref"…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Colby Carpenter og Spencer Mathias for deres hjælp i 3D-print design. Vi takker Ellen Klinger for hjælp til at producere de fotografiske figurer og Jonathan B. Koch for at yde bistand til revisioner. Finansiering blev ydet af USDA-ARS-Bestøvende Insect Biology, Management, og Systematics Research Unit.
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).
