En 3D-utskriven pollenfälla för humlor(Bombus) Hive-ingångar
Summary
Vi presenterar en icke-dödlig och automatiserad mekanism för att samla pollen från humle bi (Bombus) arbetare återvänder till en bikupa. Instruktioner för att producera, förbereda, installera och använda enheterna ingår. Genom att använda 3D-utskrivna objekt var modifieringen av designen läglig, effektiv och möjliggjorde snabb vändning för testning.
Abstract
För att kontrollera de växtkällor från vilka humlor foder för pollen måste individer samlas in för att avlägsna sina korbicular pollenbelastningar för analys. Detta har traditionellt gjorts genom att näta födosökare vid boingångar eller på blommor, kyla bina på is och sedan ta bort pollenbelastningen från korbiculae med tång eller en borste. Den här metoden är tids- och arbetsintensiv, kan ändra normalt födosöksbeteende och kan resultera i stickande incidenter för arbetaren som utför uppgiften. Pollenfällor, som de som används på honungsbikupor, samlar pollen genom att lossa korbicular pollenbelastningar från arbetarnas ben när de passerar genom skärmar vid boets ingång. Fällor kan ta bort en stor mängd pollen från att returnera foderbin med minimal arbetskraft, men hittills är ingen sådan fälla tillgänglig för användning med humlebikolonier. Arbetare inom en humle bikoloni kan variera i storlek vilket gör storleksval av ingångar svåra att anpassa denna mekanism till kommersiellt uppfödda humlor. Med hjälp av 3D-utskriftsprogram skapade vi en pollenfälla som framgångsrikt tar bort korbicular pollenbelastningarna från benen på återvändande humlebrädsfoder. Denna metod minskar avsevärt den tid som forskare kräver för att samla pollen från humle bifoder som återvänder till kolonin. Vi presenterar designen, resultaten av pollenborttagningseffektivitetstester och föreslår områden med modifieringar för utredare för att anpassa fällor till en mängd olika humlearter eller bokartongdesigner.
Introduction
Humlor (Bombus spp.) är stora robusta insekter som finns över de tempererade, alpina och arktiska regionerna i världen1. De är viktiga för växtsamhällen och ger viktig pollineringstjänst för de jordbruksgrödor som de besöker2. Den senaste tidens minskningar av förekomsten och utbredningen av flera arter har fört deras betydelse som pollinatörer till förgrunden för allmänhetens medvetenhet3. Forskare har identifierat flera stressfaktorer som sannolikt bidrar till befolkningsminskningar, inklusive brist på olika och rikliga blommiga resurser på vilka humlor foder4. Genom att identifiera vilka växtarter humle bin från kan forskare och markförvaltare förstå hur humlor kan svara på förändringar i resurstillgänglighet, konkurrens och antropogena störningar5,6.
Studier som undersöker pollenförädlingspreferenser hos humlor utförs ofta av forskare som fångar enskilda bin som födosöker på blommor och sedan tar bort korbicular pollenbelastningarna från prover för vidare bearbetning och identifiering7,8,9,10. Medan denna metod ger insikt i hur en art eller en sammansättning av humlebiarter utnyttjar resurserna i ett område7, är det tidsintensivt och potentiella skillnader i preferenser bland nässelfeber kan inte urskiljas utan ytterligare molekylära analyser för att identifiera kolonin av ursprunget för födosöksbiet11.
För vissa studier av födosöksdynamik är det önskvärt att genomföra studierna vid enskilda kolonier; Vilda humlebo ligger dock i allmänhet under jord eller på marknivå vilket gör dem svåra att hitta12. Kommersiellt producerade humlor ger forskare större tillgång och bättre experimentell kontroll och avlägsnandet av pollen från arbetare utförs fortfarande främst genom att fånga födosökare när de återvänder till bikupan och manuellt avlägsnar sina korbicular pollenbelastningar13,14. Avlägsnandet av pollen för hand från biets korbicula är tidsintensivt med ett lågt timutbyte av pollen, särskilt vid bikupor där andelen återvändande pollenfoder kan vara låg. Dessutom kan manuell borttagning av pollen från bin resultera i sting från störda arbetare.
Pollenfällor har använts för experimentellt avlägsnande av pollen från honungsbin i årtionden15; Ändå har en passiv metod för att avlägsna pollen från humlor inte utvecklats. Det främsta hindret för att utveckla en mekanism för att avlägsna pollen från återvändande födosöks humlor är den stora variationen av arbetarstorlekar som finns i en humlebikoloni16. Honungsbipollenfällor är effektiva till stor del eftersom honungsbiarbetarens storlek inte varierar mycket. Dessutom kräver dessa fällor endast mindre manipuleringar efter installationen och kräver inte att bin offras17. Detta uppnås med hjälp av skärmar eller plastytor som lossar pollen från bakbenen hos arbetare när de återvänder till bikupan. Dessa fällor tar bara bort en del av pollenbelastningen från återvändande födosökare och de olika designerna av dessa resulterar i varierande effektivitet vid pollenuppsamling. När pollen avlägsnas från bibenen faller det genom en skärm och in i en uppsamlingsbassäng som bina inte har tillgång till, så att forskaren kan ta bort den med endast mindre störningar i bikupan.
Syftet med denna studie är att anpassa de tekniker som används för att samla pollen från honungsbikupor och applicera dem på humlebibo med hjälp av 3D-tryckta strukturer och testa fällans mönster på kolonier av Bombus huntii. Designprocessen följde antagandet att fällorna skulle vara billiga att producera, anpassningsbara till en mängd olika humlearter, orsaka minimal skada eller störning för bina och att pollenborttagningen bör överstiga handinsamlingen av pollen. Tredimensionell tryckteknik är mångsidig, lättillgänglig och ett kostnadseffektivt verktyg som gör det möjligt för forskare att replikera och modifiera objekt för specifika ändamål18. Tekniken som presenteras här instruerar användaren att bygga pollenfällor och fästa dem på kommersiellt tillgängliga humlebikolonier. Fällorna är inte utformade för att användas med vilda kolonier. Dessa fällor tar passivt bort de korbicular pollenbelastningarna från bakbenen på pollen som bär humlor när de återvänder till sina bolådor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Insamling av pollen från humlekoloniingångar kan möjliggöra en mängd olika ekologiska och jordbruksstudier. Att identifiera de blommiga källorna från vilka humlor samlar pollen ger värdefull information och insikt i mångfalden av växter som bidrar till en kolonis totala kost19. Identifiering av pollenkällan har konsekvenser för både jordbruksproduktion och studier av ekosystemtjänster i vilda länder12,20. Genom att samla rel…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Colby Carpenter och Spencer Mathias för deras hjälp med 3D-utskriftsdesign. Vi tackar Ellen Klinger för hjälpen med att producera de fotografiska figurerna och Jonathan B. Koch för att ha hjälpt till med revideringar. Finansiering tillhandahölls av USDA-ARS-Pollinating Insect Biology, Management, and 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 |
Referências
- 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).
