En 3D-trykt pollenfelle for humlebi (Bombus) Bikubeinnganger

Summary

Vi presenterer en ikke-dødelig og automatisert mekanisme for å samle pollen fra humlebi (Bombus) arbeidere som vender tilbake til en bikube. Instruksjoner for produksjon, klargjøring, installasjon og bruk av enhetene er inkludert. Ved å bruke 3D-trykte objekter var endring av designet rettidig, effektivt og tillatt for rask behandling for testing.

Abstract

For å verifisere plantekildene som humlebier gjelder for pollen, må enkeltpersoner samles inn for å fjerne sine korbicular pollenbelastninger for analyse. Dette har tradisjonelt blitt gjort ved å nette foragere ved nestinnganger eller på blomster, kjøle biene på is, og deretter fjerne pollenbelastningen fra korbiculae med tang eller en børste. Denne metoden er tids- og arbeidsintensiv, kan endre normal foragingsadferd, og kan føre til stikkende hendelser for arbeideren som utfører oppgaven. Pollenfeller, som de som brukes på honningbikube, samler pollen ved å løsne korbicular pollenbelastninger fra arbeidernes ben når de passerer gjennom skjermer ved nestinngangen. Feller kan fjerne en stor mengde pollen fra å returnere foragerbier med minimal arbeidskraft, men til dags dato er ingen slik felle tilgjengelig for bruk med humlebikolonier. Arbeidere i en humlebikoloni kan variere i størrelse, noe som gjør størrelsesvalg av innganger vanskelig å tilpasse denne mekanismen til kommersielt oppdrettede humle bikube. Ved hjelp av 3D-utskriftsdesignprogrammer opprettet vi en pollenfelle som vellykket fjerner korbrusk pollenbelastningen fra bena for å returnere humle foragere. Denne metoden reduserer betydelig tiden som kreves av forskere for å samle pollen fra humlebi foragere som kommer tilbake til kolonien. Vi presenterer design, resultater av pollen fjerning effektivitet tester, og foreslår områder av modifikasjoner for etterforskere å tilpasse feller til en rekke humle bie arter eller nest boks design.

Introduction

Humlebier (Bombus spp.) er store robuste insekter som finnes over de tempererte, alpine og arktiske områdene i verden¹. De er viktige for plantesamfunn og gir viktig pollineringstjeneste for landbruksavlinger som de besøker². Nylig nedgang i overflod og distribusjon av flere arter har brakt sin betydning som pollinatorer i forkant av offentlig bevissthet³. Forskere har identifisert flere stressfaktorer som sannsynligvis bidrar til befolkningsnedgang, inkludert mangel på varierte og rikelige blomsterressurser som humlebier for salvie⁴. Ved å identifisere hvilke plantearter humlebier fra, kan forskere og landforvaltere forstå hvordan humlebier kan reagere på endringer i ressurstilgjengelighet, konkurranse og menneskeskapte^{forstyrrelser 5,6}.

Studier som undersøker pollenforaging preferanser av humlebier utføres ofte av forskere som fanger individuelle bier foraging på blomster, og deretter fjerner korbicular pollen laster fra prøver for videre behandling og identifikasjon^7,8,9,10. Mens denne metoden gir innsikt i hvordan en art eller en samling av humlebiarter utnytter ressursene i et område⁷, er det tidkrevende og potensielle forskjeller i preferanser blant elveblest kan ikke ses uten ytterligere molekylære analyser for å identifisere opprinnelseskolonien til foraging^{bie 11}.

For noen studier av foraging dynamikk, er det ønsket å gjennomføre studiene ved individuelle kolonier; Imidlertid er vill humlebier vanligvis plassert under jorden eller på bakkenivå, noe som gjør dem vanskelige å finne¹². Kommersielt produserte humle bikube gir forskere større tilgang og bedre eksperimentell kontroll, og fjerning av pollen av arbeidere utføres fortsatt først og fremst ved å fange foragere når de kommer tilbake til bikube og manuelt fjerner sine korbicular pollenbelastninger^13,14. Fjerning av pollen for hånd fra biens korbicula er tidkrevende med et lavt timeutbytte av pollen, spesielt ved bikubeinnganger der frekvensen av tilbakevendende pollenforagere kan være lav. I tillegg kan manuell fjerning av pollen fra bier føre til stikk fra forstyrrede arbeidere.

Pollenfeller har blitt brukt til eksperimentell fjerning av pollen fra honningbier i flere tiår¹⁵; Likevel er det ikke utviklet en passiv metode for å fjerne pollen fra humlebier. Det primære hinderet for å utvikle en mekanisme for å fjerne pollen fra å returnere forager humlebier er den store variasjonen av arbeiderstørrelser som eksisterer i en humlebikoloni¹⁶. Honningbi pollen feller er effektive i stor grad fordi honningbiarbeiderstørrelse ikke varierer mye. I tillegg krever disse fellene bare mindre manipulasjoner etter installasjon og krever ikke bier for å bli ofret¹⁷. Dette oppnås ved hjelp av skjermer eller plastoverflater som løsner pollen av bakbenene til arbeidere når de kommer tilbake til bikube. Disse fellene fjerner bare en del av pollenbelastningene fra å returnere foragere, og de ulike designene til disse resulterer i variert effektivitet ved pollensamling. Når pollen fjernes fra bibenene, faller den gjennom en skjerm og inn i et oppsamlingsbasseng som biene ikke har tilgang til, slik at forskeren kan fjerne det med bare mindre forstyrrelser i bikube.

Hensikten med den nåværende studien er å tilpasse teknikkene som brukes til å samle pollen fra honningbikube elveblest og bruke dem på humlebier ved hjelp av 3D-trykte strukturer og teste felledesignene på kolonier av Bombus huntii. Designprosessen fulgte antagelsene om at fellene skulle være billige å produsere, tilpasningsdyktige til en rekke humlebiarter, forårsake minimal skade eller forstyrrelse på biene, og at pollenfjerningshastigheten skulle overstige håndsamlingen av pollen. Tredimensjonal utskriftsteknologi er allsidig, lett tilgjengelig og et kostnadseffektivt verktøy som gjør det mulig for forskere å replikere og endre objekter for bestemte formål¹⁸. Teknikken som presenteres her instruerer brukeren til å bygge pollenfeller og feste dem på kommersielt tilgjengelige humlekolonier. Fellene er ikke designet for å brukes med ville kolonier. Disse fellene fjerner passivt korbrusk pollenbelastningen fra bakbenene til pollen som bærer humlebier når de går tilbake til sine redebokser.

Protocol

1. Skriv ut pollenfellestrukturer Last ned den aktuelle STL-filen for nesteboksen som humlebier hekker i (f.eks. biobest- eller koppertstilstrukturer, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Filene er tilgjengelige for publikum, gratis for nedlasting og endring av sluttbrukeren. Åpne STL-filen i skriverprogrammet. Følg instruksjonene fra skriverprodusenten for å bygge de fire overlappingskomponentene.MER…

Representative Results

Åtte forskjellige pollenfilterdesign ble testet for å bestemme deres effekt og effektivitet ved å fjerne korbicular pollenbelastninger fra returnerende humlebiarbeidere. Alle designene var vellykkede med å fjerne minst en korbrusk pollenbelastning fra en tilbakevendende forager. Noen ble imidlertid funnet å bremse arbeidere fra å forlate eller gå inn i bikube eller ikke klarte å fjerne pollenbelastninger (tabell 1). Pollenfeller med ulike filtre ble testet sekvensielt på 4 laboratorieoppdretted…

Discussion

Samling av pollen fra humlebikoloniinnganger kan tillate en rekke økologiske og landbruksstudier. Identifisering av blomsterkildene som humlebier samler pollen fra, gir verdifull informasjon og innsikt i mangfoldet av planter som bidrar til koloniens generelle diett¹⁹. Identifisering av pollenkilden har implikasjoner for både landbruksproduksjon og studier av økosystemtjenester i ville land^12,20. Ved å samle relativt store utvalgsstør…

Materials

MakerBot Replicator+	MakerBot	Model PABH65
MakerBot Tough Material	PLA Filament		various colors
Nest Box	Biobest		Not sold publicly without bee purchase