Prezentujemy nieśmiercionośny i zautomatyzowany mechanizm zbierania pyłku od robotnic trzmieli (Bombus) powracających do ula. W zestawie znajduje się instrukcja produkcji, przygotowania, instalacji i użytkowania urządzeń. Dzięki wykorzystaniu obiektów wydrukowanych w 3D, modyfikacja projektu była terminowa, wydajna i pozwoliła na szybki czas na testy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Wydrukowana w 3D pułapka na pyłki dla wejść do ula Bumble Bee (Bombus)
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Aby zweryfikować źródła roślinne, z których trzmiele zbierają pyłek, należy zebrać osobniki, aby usunąć ich ładunki pyłku do analizy. Tradycyjnie odbywało się to poprzez siatkę zbieraczek przy wejściach do gniazd lub na kwiatach, schładzanie pszczół na lodzie, a następnie usuwanie ładunków pyłku z corbiculae za pomocą kleszczy lub szczotki. Ta metoda jest czasochłonna i pracochłonna, może zmienić normalne zachowanie związane z żerowaniem i może skutkować użądleniem pracownika wykonującego zadanie. Pułapki pyłkowe, takie jak te stosowane w ulach pszczół miodnych, zbierają pyłek, usuwając ładunki pyłku z nóg robotnic, gdy przechodzą one przez ekrany przy wejściu do gniazda. Pułapki mogą usunąć dużą ilość pyłku z powracających pszczół zbieraczek przy minimalnym nakładzie pracy, jednak do tej pory żadna taka pułapka nie jest dostępna do użytku z koloniami trzmieli. Robotnice w kolonii trzmieli mogą różnić się wielkością, co utrudnia dostosowanie tego mechanizmu do uli hodowanych komercyjnie. Korzystając z programów do projektowania druku 3D, stworzyliśmy łapacz pyłku, który skutecznie usuwa cielesne ładunki pyłku z nóg powracających zbieraczek trzmieli. Metoda ta znacznie skraca czas potrzebny naukowcom na zebranie pyłku od trzmieli powracających do kolonii trzmieli. Przedstawiamy projekt, wyniki testów skuteczności usuwania pyłku oraz sugerujemy obszary modyfikacji dla badaczy w celu dostosowania pułapek do różnych gatunków trzmieli lub projektów budek lęgowych.
Wprowadzenie
Trzmiele (Bombus spp.) to duże, wytrzymałe owady, które występują w umiarkowanych, alpejskich i arktycznych regionach świata1. Są one ważne dla zbiorowisk roślinnych i świadczą ważne usługi zapylania dla odwiedzanych upraw rolnych2. Niedawny spadek liczebności i rozmieszczenia kilku gatunków sprawił, że ich znaczenie jako zapylaczy wysunęło się na pierwszy plan w świadomości publicznej3. Naukowcy zidentyfikowali kilka czynników stresogennych, które prawdopodobnie przyczyniają się do spadku populacji, w tym brak zróżnicowanych i obfitych zasobów kwiatowych, na których żerują trzmiele4. Określenie, z których gatunków roślin żerują trzmiele, pozwala badaczom i zarządcom gruntów zrozumieć, w jaki sposób trzmiele mogą reagować na zmiany w dostępności zasobów, konkurencji i zakłóceniach antropogenicznych5,6.
Badania badające preferencje trzmieli w zakresie zbierania pyłku są często przeprowadzane przez badaczy łapiących pojedyncze pszczoły żerujące na kwiatach, a następnie usuwających ładunki pyłku z próbek w celu dalszego przetwarzania i identyfikacji7,8,9,10. Chociaż metoda ta zapewnia wgląd w to, w jaki sposób gatunek lub grupa gatunków trzmieli wykorzystuje zasoby na danym obszarze7, jest czasochłonna i nie można dostrzec potencjalnych różnic w preferencjach między ulami bez dodatkowych analiz molekularnych w celu zidentyfikowania kolonii, z której pochodzi pszczoła żerująca11.
Dla niektórych badań dynamiki żerowania, pożądane jest przeprowadzenie badań na poszczególnych koloniach; jednak gniazda dzikich trzmieli są zazwyczaj zlokalizowane pod ziemią lub na poziomie gruntu, co utrudnia ich zlokalizowanie12. Komercyjnie produkowane ule trzmieli zapewniają naukowcom większy dostęp i lepszą kontrolę eksperymentalną, a usuwanie pyłku z robotnic jest nadal głównie prowadzone poprzez chwytanie zbieraczek podczas ich powrotu do ula i ręczne usuwanie ich ładunków pyłku w ciele sup13,14. Ręczne usuwanie pyłku z garnka pszczoły jest czasochłonne, a godzinowy plon pyłku jest niski, szczególnie przy wejściach do ula, gdzie wskaźnik zwracania pyłku może być niski. Dodatkowo ręczne usuwanie pyłku z pszczół może skutkować użądleniami zaniepokojonych robotnic.
Pułapki na pyłki są używane do eksperymentalnego usuwania pyłku z pszczół miodnych od dziesięcioleci15; jednak nie opracowano pasywnej metody usuwania pyłku z trzmieli. Główną przeszkodą w opracowaniu mechanizmu usuwania pyłku z powracających trzmieli zbieraczek jest duże zróżnicowanie wielkości robotnic, które występują w kolonii trzmieli16. Pułapki na pyłek pszczół miodnych są skuteczne głównie dlatego, że wielkość robotnic pszczół miodnych nie różni się zbytnio. Dodatkowo, te pułapki wymagają tylko drobnych manipulacji po instalacji i nie wymagają poświęcania pszczół17. Osiąga się to za pomocą ekranów lub powierzchni z tworzywa sztucznego, które usuwają pyłek z tylnych nóg robotnic, gdy wracają do ula. Pułapki te usuwają tylko część ładunków pyłku z powracających zbieraczek, a różne ich konstrukcje skutkują różną wydajnością zbierania pyłku. Gdy pyłek jest usuwany z nóg pszczół, wpada przez sito i wpada do miski zbiorczej, do której pszczoły nie mają dostępu, dzięki czemu badacz może go usunąć przy niewielkim zakłóceniu ula.
Celem niniejszego badania jest dostosowanie technik używanych do zbierania pyłku z uli pszczół miodnych i zastosowanie ich do gniazd trzmieli za pomocą struktur drukowanych w 3D oraz przetestowanie projektów pułapek na koloniach Bombus huntii. W procesie projektowania założono, że pułapki powinny być tanie w produkcji, przystosowane do różnych gatunków trzmieli, powodować minimalne szkody lub zakłócenia dla pszczół oraz że tempo usuwania pyłku powinno przekraczać ręczne zbieranie pyłku. Technologia druku trójwymiarowego jest wszechstronnym, łatwo dostępnym i opłacalnym narzędziem umożliwiającym badaczom replikowanie i modyfikowanie obiektów do określonych celów18. Przedstawiona tutaj technika instruuje użytkownika, aby zbudował pułapki na pyłek i przymocował je do dostępnych na rynku kolonii trzmieli. Pułapki nie są przeznaczone do użytku z dzikimi koloniami. Pułapki te pasywnie usuwają ładunki pyłku z tylnych nóg trzmieli przenoszących pyłek, gdy wracają do swoich budek lęgowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Drukuj struktury pułapek pyłku
- Pobierz odpowiedni plik STL dla budki lęgowej, w której gniazdują trzmiele (np. ule typu Biobest lub Koppert https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Pliki są dostępne publicznie, bezpłatnie do pobrania i modyfikacji przez użytkownika końcowego.
- Otwórz plik STL w programie drukarki. Postępuj zgodnie ze wskazówkami producenta drukarki, aby zbudować cztery składniki pułapki.
UWAGA: Odczekaj około 3 godzin na wydrukowanie korpusu pułapki, 2 godziny na wydrukowanie zbiornika wychwytującego i 30 minut na wydrukowanie filtra i wkładki zamykającej pułapkę. Wymiary korpusu pułapki to 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.
2. Zespół pułapki na pyłki
- Usuń struktury wsporcze wydrukowane z korpusem pułapki i zbiornikiem wychwytowym, w tym struktury sita korpusu pułapki (Rysunek 1).
- Użyj 3/16 cala. Wiertło (0,476 cm) zamontowane w wiertarce ręcznej w celu usunięcia wszelkich plastikowych pasm przecinających podniesione krawędzie filtra przeciwpyłkowego, które mogłyby utrudnić pszczołie przejście przez otwory filtra. Użyj żyletki do cięcia pudełek i papieru ściernego, aby wyrównać wszelkie nierówności lub podniesione krawędzie po płaskiej stronie filtra przeciwpyłkowego.
- Umieść filtr przeciwpyłkowy w korpusie pułapki, delikatnie przepychając plastikowy filtr przez jedną stronę korpusu pułapki. Filtr będzie pasował tylko w jeden sposób, ponieważ lewa strona syfonu ma większy otwór, aby pomieścić przejście podniesionych stożków filtra.
- Jeśli boczne szczeliny są zbyt małe, aby filtr przeciwpyłkowy mógł się przez nie płynnie przesuwać, zeskrob wystarczającą ilość plastiku ze szczeliny w korpusie pułapki za pomocą brzytwy lub innego narzędzia, które może usunąć małe porcje plastiku na raz. Upewnij się, że filtr przeciwpyłkowy jest dobrze dopasowany do miejsca, a odstęp między filtrem pyłkowym a korpusem pułapki nie przekracza 2 mm.
- Przymocować zlewnię do korpusu syfonu, wsuwając podniesione krawędzie na spodzie korpusu syfonu w rowek w górnej części zbiornika ściekowego. Zbiornik wychwytowy powinien być umieszczony bezpośrednio pod obszarem sita korpusu pułapki (Rysunek 1A\u2012E).
- Dokonaj odpowiednich modyfikacji, przycinając lub szlifując tworzywo sztuczne, aby umożliwić płynne umieszczenie i wyjęcie zbiornika ściekowego z korpusu syfonu. Umieszczenie zbiornika ściekowego zabezpieczy filtr przeciwpyłkowy na miejscu i nie będzie można go wyjąć, dopóki zbiornik nie zostanie usunięty, ani nie można włożyć filtra przeciwpyłkowego, gdy zbiornik jest na miejscu.
UWAGA: Jeśli wiele uli zostanie umieszczonych blisko siebie, zapewnienie każdemu ulowi unikalnej kombinacji kolorów korpusu pułapki, zbiornika wychwytującego i konstrukcji filtrów pyłkowych, a także rozmieszczenie uli o różnej orientacji pomoże powracającym robotcom znaleźć swoje gniazda.
3. Przygotowanie kolonii trzmieli
- Przestań karmić pyłkiem na 24–48 godzin przed rozmieszczeniem kolonii. Spowoduje to, że robotnice zużywają zmagazynowany pyłek i pobudzą je do opuszczenia gniazda w poszukiwaniu pyłku.
- Przygotuj korpus pułapki do instalacji, wkładając wkładkę zamykającą pułapkę do szczeliny filtra, aby zapobiec ucieczce pszczół podczas instalowania pułapki.
- Pracując w czerwonym świetle, aby zapobiec lataniu pszczół, wyjmij plastikową budkę lęgową z kartonowego pudełka zewnętrznego.
- Zlokalizuj plastikowe wejście do gniazda z przodu gniazda. W zależności od dostawcy gniazda dostępne są dwa rodzaje wejść: skrzynki w stylu Koppert (krok 3.5) i skrzynki w stylu Biobest (krok 3.6).
- W przypadku wejść do ula typu Koppert zamontuj łapacz pyłku przy wejściu do gniazda, pociągając do góry zaczep wejściowy, aż oba otwory wejściowe zostaną otwarte.
- Włóż dwie rurki łapacza pyłku do otworów wejściowych, upewniając się, że sitko łapacza pyłku znajduje się na dnie. Delikatnie dociśnij plastikową klapkę wejściową, aby zabezpieczyć łapacz pyłków na miejscu.
- Aby zainstalować łapacz pyłku w wejściach do ula w stylu Biobest, użyj płaskiego śrubokręta, aby delikatnie podważyć plastikowe urządzenie wejściowe z budki lęgowej. Włóż łapacz pyłku do otworów wejściowych do gniazda, aż łapacz pyłku mocno przylega do gniazda (Rysunek 1E).
- W razie potrzeby przymocuj pułapkę do gniazda za pomocą taśmy lub szybkoschnącego kleju w miejscu, w którym pułapka styka się z budką lęgową.
- Włóż plastikową budkę lęgową z powrotem do kartonu. Może być konieczne odcięcie kartonu, aby pomieścić pułapkę na pyłki.
4. Rozmieszczenie gniazd
- Umieść budki lęgowe w obszarze badań. Należy zapewnić osłonę chroniącą przed opadami atmosferycznymi i zakotwiczenie dla wiatru, ponieważ mogą one niekorzystnie wpłynąć na jakość i ilość zbieranego pyłku. Zapewnij ule umieszczone w szklarniach z odpowiednią osłoną przeciwsłoneczną, aby zmniejszyć przegrzanie.
- Wyjmij wkładkę zamykającą pułapkę z korpusu pułapki, aby umożliwić pszczołom swobodne żerowanie, tak aby zbieraczki mogły zorientować się w otoczeniu i lokalizacji swojego gniazda. Czas lotu orientacyjnego powinien być ukończony w ciągu 24 godzin w normalnych warunkach.
5. Zbieranie pyłku
- Aby włączyć pułapkę, wsuń filtr pyłków do szczeliny filtra, upewniając się, że jest bezpiecznie zamocowany.
- Zamontuj zbiornik ściekowy, wsuwając go na korpus syfonu od przodu, aż zostanie całkowicie zamknięty. Jeśli zbiornik ściekowy jest nadmiernie luźny lub spada z korpusu syfonu, użyj gumki, aby przymocować go do korpusu syfonu.
- Obserwuj pszczoły wchodzące i wychodzące z pułapki pyłku przy pierwszym rozłożeniu, aby upewnić się, że otwory filtra pyłku są wystarczająco duże, aby pomieścić pszczoły.
- Jeśli pracownicy nie są w stanie przejść przez filtr przeciwpyłkowy, wyjmij filtr, a następnie użyj wierteł większych niż 3/16 cala. (0,476 cm), aby zwiększyć rozmiary otworów. Zrób to w sposób sekwencyjny, zwiększając średnicę otworu o 1/32 cala. (0,079 cm) za każdym razem, ponieważ zbyt duże otwory nie będą zbierać pyłku.
- Gdy pszczoły będą w stanie przejść przez filtr, kontynuuj obserwację wejścia, aby upewnić się, że pyłek jest usuwany po ponownym wejściu.
UWAGA: Pszczoły powinny mieć pewne trudności z poruszaniem się przez otwory filtra pyłku, zwłaszcza podczas pierwszych kilku przelotów. Jeśli przechodzą zbyt łatwo, pyłek może nie zostać usunięty z corbiculae.
- Po upływie wyznaczonego okresu zbierania pyłku należy przesunąć i wyjąć zbiornik ściekowy z korpusu pułapki.
- Przetwarzaj ładunki pyłku zgodnie z projektem eksperymentalnym.
- Wyjmij filtr przeciwpyłkowy, aby umożliwić robotnicom swobodne żerowanie do następnego okresu zbierania pyłku. Korpus pułapki może pozostać przymocowany do ula przez cały czas trwania eksperymentu.
UWAGA: Pułapki pyłkowe mogą być stosowane tak długo, jak długo badacz życzy sobie zebrać pyłek z kolonii. Jednak rozmieszczenie pułapek pyłkowych na ponad 24 godziny w tygodniu może spowodować zagłodzenie czerwiu w ulu i opóźnienie rozwoju kolonii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Przetestowano osiem różnych konstrukcji filtrów pyłkowych, aby określić ich skuteczność i efektywność w usuwaniu ładunków pyłku z koszyczków nóżnych powracających robotnic trutni. Wszystkie konstrukcje skutecznie usunęły co najmniej jeden ładunek pyłku z koszyczków powracającej zbieraczki. Jednakże stwierdzono, że niektóre z nich spowalniały robotnice opuszczające lub wchodzące do ula lub nie usuwały ładunków pyłku (Tabela 1). Pułapki pyłkowe z różnymi filtrami testowano sekwencyjnie na 4 koloniach B...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Pobieranie pyłku z wejść do rodzin trzmieli może pozwolić na przeprowadzenie różnorodnych badań ekologicznych i rolniczych. Identyfikacja źródeł florystycznych, z których trzmiele zbierają pyłek, dostarcza cennych informacji i wglądu w różnorodność roślin, które składają się na ogólną dietę rodziny19. Identyfikacja źródła pyłku ma implikacje zarówno dla produkcji rolnej, jak i badań nad usługami ekosystemowymi na dzikich terenach12,20. Zbi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Dziękujemy Colby'emu Carpenterowi i Spencerowi Mathiasowi za pomoc w projektowaniu druku 3D. Dziękujemy Ellen Klinger za pomoc w tworzeniu figur fotograficznych oraz Jonathanowi B. Kochowi za pomoc w poprawkach. Finansowanie zostało zapewnione przez USDA-ARS-Pollinating Insect Biology, Management, and Systematics Research Unit.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| MakerBot Replicator+ | MakerBot | Model PABH65 | |
| MakerBot Wytrzymały materiał | Filament | różne kolory | |
| Nest Box | Biobest | Nie sprzedawany publicznie bez zakupu pszczół |
Bibliografia
- Michener, C. D. The bees of the world. , JHU press. (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. , Harvard University Press. (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. , World Scientific Publishing Co Inc. (2014).
- Kearns, C. A., Inouye, D. W. Techniques for Pollination Biologists. , University Press of Colorado. (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).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
