Presentiamo un meccanismo non letale e automatizzato per raccogliere il polline dai lavoratori dei bombi(Bombus)che ritornano in un alveare. Sono incluse le istruzioni per la produzione, la preparazione, l'installazione e l'utilizzo dei dispositivi. Utilizzando oggetti stampati in 3D, la modifica del progetto è stata tempestiva, efficiente e ha consentito tempi di consegna rapidi per i test.
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Articolo metodologico
Una trappola per polline stampata in 3D per gli ingressi dell'alveare di Bombble Bee(Bombus)
In questo articolo
Sommario
Abstract
Per verificare le fonti vegetali da cui i bombi si foraggiano per il polline, gli individui devono essere raccolti per rimuovere i loro carichi di polline corbicolare per l'analisi. Questo è stato tradizionalmente fatto facendo rete ai raccoglitori agli ingressi del nido o sui fiori, raffreddando le api sul ghiaccio e quindi rimuovendo i carichi di polline dalle corbicole con una pince o un pennello. Questo metodo richiede tempo e lavoro, può alterare il normale comportamento di foraggiamento e può causare incidenti pungenti per il lavoratore che esegue l'attività. Le trappole per polline, come quelle utilizzate sugli alveari delle api da miele, raccolgono il polline rimuovendo i carichi di polline corbicolare dalle gambe dei lavoratori mentre passano attraverso gli schermi all'ingresso del nido. Le trappole possono rimuovere una grande quantità di polline dalle api forager di ritorno con un lavoro minimo, ma ad oggi nessuna trappola di questo tipo è disponibile per l'uso con colonie di bombi. I lavoratori all'interno di una colonia di bombi possono variare di dimensioni rendendo difficile la selezione delle dimensioni degli ingressi per adattare questo meccanismo agli alveari di bombi allevati commercialmente. Utilizzando programmi di progettazione di stampa 3D, abbiamo creato una trappola per polline che rimuove con successo i carichi di polline corbicolare dalle gambe dei raccoglitori di bombi di ritorno. Questo metodo riduce significativamente la quantità di tempo richiesta dai ricercatori per raccogliere il polline dai raccoglitori di bombi che ritornano alla colonia. Presentiamo il design, i risultati dei test di efficienza di rimozione del polline e suggeriamo aree di modifica per gli investigatori per adattare le trappole a una varietà di specie di bombi o progetti di cassette nido.
Introduzione
I bombi (Bombus spp.) sono grandi insetti robusti che si trovano nelle regioni temperate, alpine e artiche del mondo1. Sono importanti per le comunità vegetali e forniscono un importante servizio di impollinazione per le colture agricole che visitano2. Il recente declino dell'abbondanza e della distribuzione di diverse specie ha portato la loro importanza come impollinatori in prima linea nella consapevolezza pubblica3. I ricercatori hanno identificato diversi fattori di stress che probabilmente contribuiscono al declino della popolazione, tra cui la mancanza di risorse floreali diverse e abbondanti su cui i bombi si nutrono4. Identificare da quali specie vegetali i bombi si foraggiano consente ai ricercatori e ai gestori del territorio di capire come i bombi possono rispondere ai cambiamenti nella disponibilità delle risorse, nella competizione e nei disturbi antropogenici5,6.
Gli studi che indagano le preferenze di foraggiamento del polline dei bombi sono spesso condotti da ricercatori che catturano singole api che si foraggiano ai fiori e quindi rimuovono i carichi di polline corbicolare dai campioni per un'ulteriore elaborazione e identificazione7,8,9,10. Mentre questo metodo fornisce informazioni su come una specie o un assemblaggio di specie di bombi utilizza le risorse in un'area7, è dispendioso in termini di tempo e le potenziali differenze nelle preferenze tra gli alveari non possono essere individuate senza ulteriori analisi molecolari per identificare la colonia di origine dell'ape foraggiatrice11.
Per alcuni studi di dinamica del foraggiamento, si desidera condurre gli studi presso singole colonie; tuttavia, i nidi di bombi selvatici si trovano generalmente sottoterra o a livello del suolo, il che li rende difficili da individuare12. Gli alveari di bombi prodotti commercialmente forniscono ai ricercatori un maggiore accesso e un migliore controllo sperimentale e la rimozione del polline dai lavoratori è ancora condotta principalmente catturando i raccoglitori mentre tornano all'alveare e rimuovendo manualmente i loro carichi di polline corbicolare13,14. La rimozione del polline a mano dalla corbicola di un'ape richiede molto tempo con una bassa resa oraria di polline, specialmente agli ingressi dell'alveare dove il tasso di ritorno dei raccoglitori di polline può essere basso. Inoltre, la rimozione manuale del polline dalle api può provocare punture da parte di lavoratori disturbati.
Le trappole di polline sono state utilizzate per la rimozione sperimentale del polline dalle api mellifere per decenni15; tuttavia, non è stato sviluppato un metodo passivo per rimuovere il polline dai bombi. L'ostacolo principale nello sviluppo di un meccanismo per rimuovere il polline dai bombi raccoglitori di ritorno è la grande variazione delle dimensioni dei lavoratori che esistono in una colonia di bombi16. Le trappole per il polline delle api da miele sono efficaci in gran parte perché le dimensioni dei lavoratori delle api da miele non variano molto. Inoltre, queste trappole richiedono solo piccole manipolazioni dopo l'installazione e non richiedono che le api vengano sacrificate17. Ciò si ottiene utilizzando schermi o superfici di plastica che spostano il polline dalle zampe posteriori dei lavoratori mentre tornano all'alveare. Queste trappole rimuovono solo una parte dei carichi di polline dai raccoglitori di ritorno e i vari disegni di questi si traducono in varie efficienze nella raccolta del polline. Quando il polline viene rimosso dalle zampe delle api, cade attraverso uno schermo e in un bacino di raccolta a cui le api non hanno accesso, in modo che il ricercatore possa rimuoverlo con solo lievi disturbi all'alveare.
Lo scopo del presente studio è quello di adattare le tecniche utilizzate per la raccolta del polline dagli alveari delle api da miele e applicarle ai nidi di bombi utilizzando strutture stampate in 3D e testare i disegni delle trappole su colonie di Bombus huntii. Il processo di progettazione ha seguito i presupposti che le trappole dovrebbero essere poco costose da produrre, adattabili a una varietà di specie di bombi, causare danni o disturbi minimi alle api e che il tasso di rimozione del polline dovrebbe superare la raccolta manuale del polline. La tecnologia di stampa tridimensionale è versatile, facilmente accessibile e uno strumento economico che consente ai ricercatori di replicare e modificare oggetti per scopi specifici18. La tecnica qui presentata istruisce l'utente a costruire trappole per polline e attaccarle a colonie di bombi disponibili in commercio. Le trappole non sono progettate per essere utilizzate con colonie selvatiche. Queste trappole rimuovono passivamente i carichi di polline corbicolare dalle zampe posteriori dei bombi che trasportano i bombi mentre tornano alle loro cassette nido.
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Protocollo
1. Stampa le strutture delle trappole per polline
- Scarica il file STL appropriato per la scatola nido in cui nidificano i bombi (ad esempio, alveari in stile Biobest o Koppert, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). I file sono disponibili al pubblico, gratuitamente per il download e la modifica da parte dell'utente finale.
- Aprire il file STL nel programma della stampante. Seguire le istruzioni del produttore della stampante per creare i quattro componenti trap.
NOTA: consentire circa 3 ore per la stampa del corpo della trappola, 2 ore per la stampa del bacino di cattura e 30 minuti ciascuna per la stampa del filtro e dell'inserto di chiusura della trappola. La dimensione del corpo della trappola è di 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.
2. Assemblaggio della trappola del polline
- Rimuovere le strutture di supporto stampate con il corpo della trappola e il bacino di cattura, comprese quelle della struttura del setaccio del corpo della trappola (Figura 1).
- Utilizzare una punta da trapano da 3/16 pollici (0,476 cm) montata in un trapano a mano per eliminare eventuali fili di plastica che attraversano i bordi rialzati del filtro antipolline che potrebbero impedire a un'ape di muoversi attraverso i fori del filtro. Utilizzare una lama di rasoio e carta vetrata per uniformare eventuali urti o bordi rialzati sul lato piatto del filtro antipolline.
- Posizionare il filtro antipolline nel corpo della trappola spingendo delicatamente il filtro di plastica attraverso un lato del corpo della trappola. Il filtro si adatta solo in un modo, poiché il lato sinistro della trappola ha un'apertura più grande per ospitare il passaggio dei coni filtranti sollevati.
- Se le fessure laterali sono troppo piccole perché il filtro antipolline possa scorrere senza intoppi, raschiare abbastanza plastica lontano dalla fessura nel corpo della trappola con un rasoio o un altro strumento in grado di rimuovere piccole porzioni di plastica alla volta. Assicurarsi che il filtro antipolline si adatti saldamente in posizione con uno spazio non superiore a 2 mm tra il filtro antipolline e il corpo della trappola.
- Attaccare il bacino di cattura al corpo della trappola facendo scorrere i bordi rialzati sul fondo del corpo della trappola nella scanalatura sulla parte superiore del bacino di cattura. Il bacino di cattura deve essere posizionato direttamente sotto la regione del setaccio del corpo della trappola (Figura 1A\u2012E).
- Apportare le modifiche appropriate tagliando o levigando la plastica per consentire un posizionamento e una rimozione fluidi del bacino di cattura dal corpo della trappola. Il posizionamento del bacino di cattura proteggerà il filtro antipolline in posizione e non potrà essere rimosso fino a quando il bacino di cattura non viene rimosso, né il filtro antipolline può essere inserito mentre il bacino di cattura è in posizione.
NOTA: se più alveari sono posizionati l'uno vicino all'altro, fornire a ciascun alveare una combinazione di colori unica del corpo della trappola, del bacino di cattura e delle strutture del filtro antipolline, oltre a distribuire alveari con orientamento vario, aiuterà i lavoratori di ritorno a trovare i loro nidi.
3. Preparazione della colonia di bombi
- Interrompere l'alimentazione del polline 24\u201248 h prima di dispiegare colonie. Ciò farà sì che i lavoratori utilizzino il polline immagazzinato e li stimolino a lasciare il nido in cerca di polline.
- Preparare il corpo della trappola dell'alveare per l'installazione inserendo un inserto di chiusura della trappola nello slot del filtro per evitare che le api fuoriesceno durante l'installazione della trappola.
- Lavorando sotto la luce rossa per impedire alle api di volare, sollevare la scatola del nido di plastica dalla scatola esterna di cartone.
- Individua l'ingresso del nido di plastica nella parte anteriore del nido. Esistono due stili di ingresso a seconda del fornitore del nido: scatole in stile Koppert (passaggio 3.5) e scatole in stile Biobest (passaggio 3.6).
- Per gli ingressi dell'alveare in stile Koppert, montare la trappola per polline sull'ingresso del nido tirando su la linguetta d'ingresso fino a quando entrambi i fori di ingresso sono aperti.
- Inserire i due tubi della trappola per polline nei fori di ingresso, assicurandosi che il setaccio della trappola per polline sia sul fondo. Spingere delicatamente verso il basso sulla linguetta d'ingresso in plastica per fissare la trappola antipolni in posizione.
- Per installare la trappola per polline negli ingressi dell'alveare in stile Biobest, utilizzare un cacciavite a testa piatta per estrarre delicatamente il dispositivo di ingresso in plastica dalla scatola del nido. Inserire la trappola per polline nei fori di ingresso del nido fino a quando la trappola per polline non è saldamente contro il nido (Figura 1E).
- Fissare la trappola al nido usando del nastro adesivo o della colla a secco rapido in cui la trappola contatta la scatola del nido, se necessario.
- Restituire la scatola nido di plastica alla scatola di cartone. Potrebbe essere necessario tagliare il cartone per ospitare la trappola del polline.
4. Distribuzione dei nidi
- Posiziona le cassette nido nell'area di studio. Fornire copertura per proteggere dalle precipitazioni e dall'ancoraggio per il vento in quanto questi possono influire negativamente sulla qualità e sulla quantità di polline che viene raccolto. Fornire alveari collocati in serre con un'adeguata copertura solare per ridurre il surriscaldamento.
- Rimuovere l'inserto di chiusura della trappola dal corpo della trappola per consentire alle api di foraggiare liberamente in modo che i raccoglitori possano orientarsi con l'area circostante e la posizione del loro nido. Il tempo di volo di orientamento dovrebbe essere completato in 24 ore in condizioni normali.
5. Raccolta del polline
- Per innestare la trappola, far scorrere il filtro antipolline nello slot del filtro, assicurandosi che sia saldamente in posizione.
- Installare il bacino di cattura facendolo scorrere sul corpo della trappola dalla parte anteriore fino a quando non è completamente chiuso. Se il bacino di cattura è eccessivamente allentato o cade dal corpo della trappola, utilizzare un elastico per fissarlo al corpo della trappola.
- Osserva le api che entrano ed escono dalla trappola del polline al primo dispiegamento per assicurarti che i fori del filtro antipolline siano abbastanza grandi da ospitare le api.
- Se i lavoratori non sono in grado di passare attraverso il filtro antipolline, rimuovere il filtro e quindi utilizzare punte più grandi di 3/16 pollici (0,476 cm) per aumentare le dimensioni dei fori. Fallo in modo sequenziale, aumentando il diametro del foro di 1/32 in. (0,079 cm) ogni volta, poiché i fori troppo grandi non raccoglieranno alcun polline.
- Una volta che le api sono in grado di passare attraverso il filtro, continua a osservare l'ingresso per assicurarti che il polline venga rimosso al rientro.
NOTA: Le api dovrebbero avere qualche difficoltà a muoversi attraverso i fori del filtro antipolline, specialmente le prime volte che passano. Se passano troppo facilmente, il polline non può essere rimosso dalle corbicole.
- Dopo il periodo designato di raccolta del polline, far scorrere e rimuovere il bacino di cattura dal corpo della trappola.
- Elabora i carichi di polline secondo il tuo progetto sperimentale.
- Rimuovere il filtro antipolline per consentire ai lavoratori di foraggiare liberamente fino al prossimo periodo di raccolta del polline. Il corpo della trappola può rimanere attaccato all'alveare per tutta la durata dell'esperimento.
NOTA: Le trappole di polline possono essere impegnate per tutto il tempo in cui il ricercatore desidera raccogliere il polline da una colonia. Tuttavia, il dispiegamento di trappole di polline per oltre 24 ore in una settimana può causare la fame di covata in un alveare e ritardare lo sviluppo della colonia.
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Risultati
Sono stati testati otto diversi progetti di filtri antipolline per determinarne l'efficacia e l'efficienza nel rimuovere i carichi di polline corbicolare dai lavoratori dei bombi di ritorno. Tutti i progetti sono riusciti a rimuovere almeno un carico di polline corbicolare da un raccoglitore di ritorno. Tuttavia, alcuni sono stati trovati per rallentare i lavoratori dall'uscire o entrare nell'alveare o non sono riusciti a rimuovere i carichi di polline(Tabella 1). Le trappole di polline con vari filtri ...
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Discussione
La raccolta di polline dagli ingressi delle colonie di bombi può consentire una varietà di studi ecologici e agricoli. Identificare le fonti floreali da cui i bombi raccolgono il polline fornisce preziose informazioni e informazioni sulla diversità delle piante che contribuiscono alla dieta generale di una colonia19. Identificare la fonte di polline ha implicazioni sia per la produzione agricola che per gli studi sui servizi ecosistemici nelle terreselvagge12,
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Ringraziamo Colby Carpenter e Spencer Mathias per la loro assistenza nella progettazione della stampa 3D. Ringraziamo Ellen Klinger per l'assistenza nella produzione delle figure fotografiche e Jonathan B. Koch per aver fornito assistenza con le revisioni. Il finanziamento è stato fornito dall'USDA-ARS-Pollinating Insect Biology, Management, and Systematics Research Unit.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| MakerBot Replicator+ | MakerBot | Modello PABH65 | |
| MakerBot Tough Material | PLA Filamento | vari colori | |
| Nest Box | Biobest | Non venduto pubblicamente senza l'acquisto di api |
Riferimenti
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