Here are methods to quantify nutrients in pollen before and after its conversion to beebread by two subspecies of honeybees. We describe techniques to measure beebread consumption and resulting protein titers in both subspecies.
Honningbier få næringsstoffer fra pollen de samler inn og lagrer i bikuben som beebread. Vi utviklet metoder for å kontrollere pollen kilde som bier samle og konvertere til beebread ved å plassere kolonier i en spesialkonstruert vedlagte flight området. Fremgangsmåter ble utviklet for å analysere protein og aminosyre-sammensetningen av pollen og beebread. Vi beskriver også hvordan forbruket av beebread ble målt og metoder som brukes til å bestemme voksen arbeidstaker bee hemolymph protein titer etter fôring på beebread for 4, 7 og 11 dager etter fremveksten. Metoder ble brukt for å avgjøre om genotype påvirker konvertering av pollen til beebread og hastigheten som bier forbruker og skaffe protein fra det. To underarter (europeiske og Africanized honningbier, henholdsvis EHB og AHB) var utstyrt med den samme pollen kilde. Basert på de utviklede metoder, beebread gjort av begge underarter har lavere protein konsentrasjoner og pH-verdier enn pollen. Generelt aminosyre contrasjoner i beebread laget av enten EHB eller AHB var lik og oppstod på et høyere nivå i beebread enn i pollen. Både AHB og EHB konsumert betydelig mer av beebread gjort av AHB enn ved EHB. Selv EHB og AHB forbrukes tilsvarende mengder hver type beebread, hemolymph proteinkonsentrasjonen i AHB var høyere enn i EHB. Forskjeller i protein oppkjøp mellom AHB og EHB kan reflektere miljø tilpasninger knyttet til det geografiske området hvor hver underarter utviklet seg. Disse forskjellene kan bidra til en vellykket etablering av AHB populasjoner i den nye verden på grunn av virkningene på stamfisk stell og kolonivekst.
Ernæring spiller en fundamental rolle i helse og kraft honningbie kolonier og i sin etablering som populasjoner. Næringsstoffer fra mat gir energi og de biokjemiske komponentene som trengs for stamfisk stell, termoregulering, beite og immunrespons. For honningbie kolonier, de næringsstoffene som trengs for å vokse koloni populasjoner og opprettholde sin helse kommer fra nektar og pollen. Nectar gir karbohydrater og pollen leverer de resterende matbehov som proteiner, lipider, vitaminer og mineraler en.
Underarter av honningbier kan variere i ernæringsmessig basert koloni-nivå parametere som arbeidstaker levetid, stamfisk stell, og mekanismer for sosial immunitet 2-6. Disse forskjellene kan være knyttet til hvor maten, spesielt pollen er behandlet av koloni og spaltet i individer. Pollen er lagret i comb celler og gjennom mikrobielt mediert melkesyrefermentering er kjemisk endret <sup> 7-10. Den gjæret pollen kalles beebread. Det kan være genotypiske forskjeller mellom underarter i deres evne til å tilegne seg næringsstoffer fra pollen de samler inn og lagrer, og dette kan påvirke koloni vekst og overlevelse. Genotypiske effekter på matvareindustrien og nærings oppkjøpet har blitt dokumentert i andre organismer forårsaker noen individer for å få mer næringsstoffer og kalorier enn andre mens forbruker samme mat 11-14.
Her beskriver vi metodene som brukes for å sammenligne sammensetningen og forbruk av beebread laget av forskjellige underarter av honningbier. Metoder for å måle de resulterende hemolymph protein titer i arbeideren bier også er beskrevet. Tidligere studier på den ernæringsmessige sammensetningen av beebread var ferdig med europeiske honningbier (EHB) 10,15,16. Imidlertid kan det være forskjeller i beebread laget av bier av forskjellige underarter, selv når de beiter på samme pollen. EHB og AHB ble sammenlignet fordi disse ubåterpecies har forskjellige atferdsmessige og fysiologiske forskjeller som kan være knyttet til matvareindustrien og nærings oppkjøpet 17. Noen av de mest bemerkelsesverdige forskjellene er at AHB samle og forbruke mer pollen enn EHB og ser ut til å konvertere den lettere inn stamfisk 18. AHB kolonier har høyere swarming priser enn EHB og stikke av når matressurser blir begrenset 19-23. Unnslipper er sjelden i EHB. AHB har også høyere stoffskifte enn EHB 24. Den ernæringsmessige grunnlaget for koloni-nivåforskjeller mellom EHB og AHB kan være relatert til frekvensen av pollen samling og også til sin næringsinnhold (f.eks, aminosyrer og protein) etter at den er konvertert til beebread. Beebread forbruk og den resulterende protein oppkjøpet også kan spille en rolle i koloni-nivåforskjeller mellom EHB og AHB. Ved hjelp av de utviklede metoder, EHB og AHB gjort beebread fra samme pollen kilde. Den beebread ble deretter ført tilbake til biene fra each underarter og kunne fastslå om bier skaffe protein fra beebread på en måte som er karakteristisk for deres underarter eller til kilden for beebread.
Ved hjelp av metodene beskrevet ovenfor, fant vi at beebread gjort av AHB ble konsumert i større mengder av både AHB og EHB. Selv EHB og AHB forbrukes tilsvarende mengder hver type beebread, AHB hadde høyere hemolymph protein titer. Funn basert på våre metoder var lik tidligere rapporter der hemolymph proteinnivåer i AHB var høyere enn i EHB selv om begge var lei de samme dietter 26. Ved å måle forbruket av EBB og ABB som ble konsumert på ulike priser av både EHB og AHB, ble det bestemt at hemolymph proteinkonsentrasjonen i hver underarter ikke kan heves ved å øke matforbruk. Det synes å være et platå for hemolymph proteinkonsentrasjonen i arbeidere av sykepleier bee alder og at settpunkt for platået er høyere i AHB enn EHB.
Det er flere viktige forutsetninger for å etablere kolonier for beebread produksjon som vil optimalisere frekvensen av pollen lagring. Først, kolonies trenger rammer med åpen stamfisk. Uten åpen stamfisk for å mate, vil arbeiderne ikke samle mye pollen. Dernest må kolonien være queenless slik at ingen ekstra stamfisk er produsert. Brood oppdrett krever store mengder pollen, og bare overflødig pollen er lagret. I de små kolonier etablert i EFA, ville det være lite pollen blir lagret som beebread hvis stamfisk områder ble vokser så kolonier må være queenless. Til slutt, for beebread skal gjøres, pollen må samles som corbicular belastninger og lagres i kam celler. Hvis pollen oppsamles i pollen feller må det males til et fint pulver før de presenteres til det biene slik at de kan samle den som corbicular belastninger.
Metodene for å måle forbruket av beebread generert kvalitative heller enn absolutte anslag. Den eneste forbruket som ble regnet var da cellene ble helt tømt for bee brød. En mer nøyaktig estimat av totalt bie brød forbruk kan oppnås ved å fjerne bie brEAD fra cellene og gjør det til en Patty som kan veies før og etter undersøkelsesperioden. Men vi ønsket å holde bee brød i cellene slik at biene kan beite på det som de ville i en koloni, og kanskje fortsette å behandle det i løpet av studieperioden. Forskjellen i vekt av kammen deler før og etter at studien ble ikke brukt som et estimat på forbruket fordi vekten kan ha økt fordi bier sette fortynnet honning matet til dem i noen celler.
Arbeiderne også kanskje har lagt noen av fortynnet honning til bee brød. Av disse grunner, ble celler inneholdende tilnærmet like store mengder av bie brød før og etter foringsperioden telles og genererte en kvalitativ måling. Likevel var det en slående forskjell mellom de to typer av beebread i antall tomme ABB celler tellet sammenlignet med EBB etter 11 dager.
Bestemme når lagret pollen blir beebread kan være difficult fordi bier kontinuerlig legge pollen til cellene. Koloniene som brukes for å produsere beebread ble etablert med rammer av åpen stamfisk så bier ville samle pollen. Men koloniene var queenless så det var larver å mate for bare ca 9 dager etter at kolonien ble etablert. For resten av den periode på 3 uker når koloniene var i EFA, pollen at biene oppsamlede ble lagret og som blir omdannet til beebread. Holde den lagrede pollen i kammen cellene i ytterligere 11 dager når fôring det til bier i bur også kan ha fortsatt behandling av pollen til beebread. Konvertering av pollen til bee brød tar ca 7 dager 8. Den beebread matet til EHB og AHB hadde lavere pH og redusert proteinkonsentrasjoner sammenlignet med pollen matet. Lignende funn av endringer i pollen etter konvertering beebread har blitt rapportert av andre 7,10,27. Våre resultater skilte seg fra tidligere rapporter men i at det var forskjeller i konsentrasjoner of visse aminosyrer mellom beebread og pollen. Endringene i både protein og aminosyre konsentrasjoner kan være på grunn av aktiviteten til proteolytiske enzymer, kan kilden til hvilken være biene selv eller de mikrobielle samfunn etablert i beebread 7,8,28,29.
Metodene som brukes for å måle proteinkonsentrasjonen var lik de tidligere beskrevet å fastslå effekten av protein på Africanized og europeiske bier 26. Som en forlengelse av metodene, var vi i stand til å anslå løselig protein i pollen og beebread. Disse metodene generert lignende funn til tidligere rapporter 7,10,27. Våre funn gir ytterligere bevis for at AHB mer effektivt assimilere protein enn EHB, og at dette kan være en viktig faktor i den økologiske dominans av AHB i de fleste regioner der det har innvandret og blitt etablert 30-32.
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Mona Chambers, Geoffrey Hidalgo and Maurissa Two Two for their technical assistance. We also thank Dr. Earl White for amino acid analysis, Dr. Roger Simonds for analysis of pollen for pesticides, and Drs. Stanley S. Schneider, Vanessa Corby-Harris and Kirk Anderson for their reviews and discussion of earlier versions of the manuscript and many helpful suggestions.
Name of the Material/Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
waterproof double junction pH spear | Thermo Fisher | ||
Scientific | |||
Coffee Grinder | Mr. Coffee | model 1DS77 | |
Dulbecco's phosphate buffer solution | Emd-millipore | BSS-1005-B | |
EIA/RIA polystyrene plate | Sigma-Aldrich-Corning | CLS3590-100EA | |
microcapillary pipets | Kimble Glass Inc. | ||
Quick Start Bradford Protein Assay Kit 2 | Bio-Rad | #500-0202 | |
Laboratories | |||
Spectrophotometer | Biotek Synergy HT | ||
Mass Selective Detector | Agilent | 5973N | |
HLB cartridge | |||
gas chromatograph | Agilent | 6930 | |
gas chromatography column | A J&W Scientific | DB-1701 | |
d4-alanine | Sigma-Aldrich | 488917 | |
d23-lauric acid | Sigma-Aldrich | 451401 | |
13C6-glucose | Sigma-Aldrich | 389374 | |
Pyridine | Sigma-Aldrich | 270970 | |
N,O-Bis (trimethylsilyl)trifluoroacetamide + | |||
Trimethylchlorosilane (BSTFA + TMCS) | Sigma-Aldrich | 33148 | |
Perfluorotributylamine (PFTBA) | Sigma-Aldrich | 442747-U | |
d39-arachidiac acid | Cambridge Isotope | ||
Laboratories |