Summary
Subletale doser af pesticider kan påvirke kolonier på måder, der er vanskelig at opdage ved hjælp af kun periodiske eller visuelle metoder. Metoder til at måle samlede voksen bi masse, yngel og mad ressourcer ved vejning, bistader og hive dele, fotografere rammer og installere sensorer, leveres. Analyse af data er også rettet.
Abstract
Subletale pesticid udsættelse til honey bee kolonier kan være betydelige, men svært at opdage i feltet standard visuel vurderingsmetoder. Her beskriver vi metoder til at måle mængden af voksne bier, yngel og mad ressourcer ved vejning, bistader og hive dele, fotografere rammer og installere bistader på skalaer og med indre sensorer. Data fra disse periodiske evalueringer kombineres derefter med at køre gennemsnitlige og daglige detrended data på hive vægt og interne hive temperatur. De resulterende datasæt har været brugt til at opdage koloni-niveau virkninger af imidacloprid anvendes i et så lavt som 5 milliardtedele sukkersirup. Metoderne, der er mål, kræver lidt træning og give permanente poster i form af sensor output og fotografier.
Introduction
For nylig har været rejst tvivl om eksponering af honningbier til lave koncentrationer af landbrugskemikalier, især pesticider. Honningbier i feltet kan blive eksponeret via direkte anvendelse på foragers i feltet eller selv kolonierne, kontakt med behandlede overflader, støv fra seed behandlinger og forbrug af vegetabilske produkter såsom pollen, nektar og ekssudat1 , 2 , 3 , 4 , 5. akut toksicitet er klart skadelig for honningbier, men koncentrationerne, årsager 50% dødelighed i test insekter (LC50) af mange pesticider, herunder neonicotinoids som imidacloprid, er langt højere end det observerede i bi-brød og voks6 og højere end hvad der betragtes som en "field realistisk" vifte7. Nyere arbejde har imidlertid vist betydelige virkninger i subletale eksponering for pesticider på koloni niveau8, selv for koncentrationer fra så lavt som 5 dele pr mia (ppb)9.
Honey bee kolonier har været nævnt som "superorganisms", fordi mange funktioner forbundet med et enkelt dyr, herunder mad indkøb, reproduktion (som honning bikolonier gennemføre via koloni fission), og temperaturkontrol, er udført af grupper af voksne arbejdstager bier10,11,12,13,14. Honey bee kolonier, betragtes som organismer, tilbyde en enestående mulighed for at studere fordi de strukturer, som støtter kolonierne kan skilles, undersøgt, og samles med, hvis det gøres omhyggeligt, ringe eller ingen bivirkninger. Biavlere og forskere drage fordel af dette ved afmontering hives at inspicere dem, blandt andre ting, tilstedeværelse og status af dronning, skadedyr og patogener, tilstrækkeligheden af fødevarebutikker, mængden af yngel, og andre faktorer15. Bikolonier har en anden vigtig egenskab i modsætning til de fleste homeotherms, de er typisk stationær og få ressourcer ved implementering af forager bier, som kan indsamle mad på afstande op til 10 km16. Bee nældefeber kan dermed opretholdes på ubestemt tid på elektroniske vægte, og den resulterende kontinuerlig vægt data har vist sig at give oplysninger om honning lagring, fouragering aktivitet, fouragering succes, sværmer, sirup forbrug, letale og subletale pesticiders effekt, skadedyrsangreb og berøver9,17,18,19,20. Fordi alle dele af kolonien, herunder yngel, kan tilgås, kan sensorer for temperatur, luftfugtighed, CO2, lyd, og andre faktorer installeret i hiven og bruges til at få kontinuerlig data, der underretter på sundhed og status af kolonien 21.
Skøn over størrelsen af voksen bi og yngel populationer er nyttige, hvis ikke kritisk for at fortolke mange slags løbende data. Visuelle vurderinger er hurtigt og almindeligt anvendt i feltet undersøgelser22 men har mangler. Visuelle inspektioner udføres normalt i løbet af dagen og således hensyn ikke til fouragering bier, som kan komponere en betydelig del af befolkningen23. Præcision og nøjagtighed af skøn fra visuelle inspektioner afhænger også den træning og erfaring i vævscentret. Objektivitet er en anden overvejelse, især hvis hive inspektører er klar som nældefeber er hvor behandling grupper; antagelser om fordelingen af fejlen af sådanne foranstaltninger kan være vanskeligt at begrunde.
Sats af hive vægtøgning, størrelsen af den fouragering befolkning, og inden for hive temperaturer, at give et par eksempler, forventes at være kvantitativt forskellige mellem store og små kolonier, så måle og kontrollere for kolonien størrelse ofte meget letter påvisning af behandling effekter i randomiserede forsøg. Til forskningsformål, blev en præcis og objektiv målestok for de voksne bier udviklet baseret på princippet om, at forskellen mellem hiven samlede vægt i en periode med inaktivitet, som om natten, og summen af vægten af alle hive delene (herunder woodenware, voks, honning og yngel) er vægten af den samlede voksne bi masse. Ved vejning rammer og måle yngel masse brugen af frame billeder, estimeres mad ressourcer ligeledes ved at fratrække yngel massen fra ramme vægten, efter kontrol for vægten af den tomme ramme og voks. Disse metoder har til formål at forbedre præcisionen forventes fra visuelle vurderinger i feltet.
Protocol
protokollerne beskrevet nedenfor følger retningslinjerne dyrs pleje af USDA Agricultural Research Service.
1. fuld evaluering
Bemærk: en fuldstændig evaluering er nødvendig for at fastslå 1) vægte af alle hive dele, herunder låget, cover, kasser, bunden board, rammer og 2) mængder af yngel og mad ressourcer. Vægte af alle hive dele vil summeres og trækkes fra den samlede hive vægt, når alle bierne var til stede til at give vægten af alle de voksne bier. Data på vægtene af hive dele, der er stort set konstant, låget og bunden board og eller, kan bevares og anvendes i fremtidige evalueringer, dermed fremskynde evalueringerne. Foretage en fuld vurdering på eller nær begyndelsen af undersøgelsen. Træ dele kan ændre med hensyn til fugt indhold 24 så Gentag fuld evalueringer anbefales efter lange hvileperioder. Veje en del af bikuben, som låg, ved hver evaluering for at vurdere ændringer i andre hive dele. Placer en afskærmet forhallen omkring arbejdstagernes og hive under evaluering, hvis andre stader er tæt og røvede pres er en bekymring.
- Vejer alle hive dele. Bruge en skala med en præcision på 1 g eller derunder.
- Vejer låget, indvendige dæksel, dronning excluder, sirup feeder og andre dele på toppen hiven.
- Ved hjælp af en spatel eller hive værktøj, fjerne, og afveje mad eller behandling materiale, som proteintilskud eller fedt patty, hviler på toppen af frames. Erstatte bagefter hvis det er nødvendigt.
- Placer en tom hive boks (herefter den " midlertidig box ") ved siden af hive til at tjene som den midlertidige placering for rammerne. Placer boksen midlertidig oven på en flad overflade, såsom et låg eller en bunden bord, til at forhindre, at bierne, og især dronningen, falder ud af boksen på jorden.
- Flytte billeder hurtigt og forsigtigt, helst i grupper på to eller tre til at bevare dele af bi-klynge til midlertidig boksen så rammerne er i samme rækkefølge som de var i den originale kasse. Når alle rammerne er blevet flyttet, ryste enhver resterende bier på rammer i midlertidigt boks og vejer boksen hive.
- Hvis boksen var feltet laveste vejer bunden board, indgangen reduktionsgear og andre hive dele efter omrystning bierne i feltet midlertidig. Antal rammer med en uudslettelig mærke før du flytter dem, så de kan blive erstattet i deres originale retning.
- Geninstallere bunden bestyrelsen, indgangen reduktionsgear, kuld boks og andet udstyr. Flytte rammerne fra boksen midlertidigt tilbage til den oprindelige kuld boks i deres oprindelige rækkefølge og orientering, igen at tage sig til at undgå unødig forstyrrelse af bierne.
- Fjerne et billede fra den ene ende af boksen og visuelt at undersøge begge sider af rammen for tilstedeværelsen af dronningen. Hvis dronningen er fundet, placere hende blidt i en del af den boks, der allerede er blevet evalueret, for at undgå yderligere forstyrrelser. Ryst bier sagte men fast i boksen mellem rammer og ikke på toppen, hvis det er muligt.
- Vejer rammen og fotografere begge sider af hele rammen med et digitalt kamera, at komme så tæt som muligt på rammen så udjævnet yngel og honning celler er let kendetegnet, men på en tilstrækkelig afstand så hele rammen er inkluderet. Fotografere rammen, mens en anden medarbejder holder det.
- Brug en ' stelholder ' (enhver jig, der holder rammen oprejst mens på skalaen og ikke mar kammen) på skalaen. Veje i hive sirup foderautomater.
Bemærk: Størrelsen på rammen i fotografiet skal bruges til at konvertere overfladen områder fra i forhold til absolutte mål.
- Brug en ' stelholder ' (enhver jig, der holder rammen oprejst mens på skalaen og ikke mar kammen) på skalaen. Veje i hive sirup foderautomater.
- Erstatte ramme i sin oprindelige position og retning i boksen hive. Fjerne den næste ramme før geninstallere den tidligere rammen for at give mere plads til at sikkert ryste bier i boksen. Check for tilstedeværelse af dronning, ryste for at fjerne bier, vejer, fotografi, og erstatte hver efterfølgende ramme, indtil alle rammer har været behandlet.
- Hvis bikuben har to eller flere kasser, veje og fotorammer fra feltet laveste først.
- Fjerne øverste boksen eller boksene sekventielt, stabling dem ved siden af hiven i omvendt at deres oprindelige rækkefølge. Når den nederste boks er blevet evalueret, placere den næste boks for at blive evalueret på toppen af den nederste boks, placere den midlertidige boks oven på de resterende uvurderede kasser og flytte rammer fra den anden boks til midlertidig boks, som ovenfor. Flytte rammerne tilbage til deres originale kasse, i deres originale retning.
Bemærk: Ved at inspicere de nederste kasser første, rystet bier vil falde i en hive boks, der vil ikke længere være forstyrret.
- Fjerne øverste boksen eller boksene sekventielt, stabling dem ved siden af hiven i omvendt at deres oprindelige rækkefølge. Når den nederste boks er blevet evalueret, placere den næste boks for at blive evalueret på toppen af den nederste boks, placere den midlertidige boks oven på de resterende uvurderede kasser og flytte rammer fra den anden boks til midlertidig boks, som ovenfor. Flytte rammerne tilbage til deres originale kasse, i deres originale retning.
- Opnå samlede hive vægt i løbet af en periode med inaktivitet, som om natten eller tidligt om morgenen før bier flyver på dagen for evalueringen. Denne vægt repræsenterer hele kolonien herunder foragers.
- Beregne voksen bi massen ved Summering af vægtningen af alle hive delene (woodenware, rammer, bee foder, osv.) og derefter fratrække dette beløb fra den " total hive vægt " værdien opnået i det forrige trin. Forskellen mellem to er et skøn over den voksne bi Mass
Bemærk: Når den fulde evaluering er gennemført, efterfølgende evalueringer kan gennemføres på en delvis grundlag, forudsat at de ikke-frame hive dele, såsom kasser og bestyrelsens bunden ikke har ændret sig betydeligt i vægt. Delvis evalueringer tager mindre tid. - Til at foretage en delvis evaluering til en hive-fil med en enkelt kasse, fjerne, fotografere, veje, og erstatte rammerne uden at flytte billeder til en midlertidig boks. I en hive-fil med flere kasser, følge proceduren som beskrevet ovenfor (trin 1,5), men uden vejning boksene hive.
2. Installation af bistader på skalaer
Bemærk: hive skalaer anvendes i denne undersøgelse er udendørs elektronisk bænk skala med en maksimal kapacitet på mindst 100 kg, en belastning celle præcision af omkring en del i 5000 med temperaturkompensation, og en panorere størrelse på 460 mm x 610 mm. Disse skalaer er tilsluttet en 24 VDC indikator og en 12-bit datalogger. Indikator output kan være digital eller analog; skala systemer anvendes her havde udgang i mA og påkrævet kalibrering kurver til at konvertere data til kg.
- Installere skalaer på et fast, plan overflade.
Bemærk: Opløftende skalaer fra jorden ved hjælp af beton eller keramik blokke eller stykker af ovntørret træ, vil holde den skala og elektriske forbindelser kan komme i kontakt med jord eller vand. - Cover skala pan på toppen med plast, klud, pap eller andre materialer til at forhindre overdreven lysrefleksion og opvarmning af hive indgangen.
- At sikre, at indgange til bistader, der er tæt på hinanden ansigt forskellige retninger for at reducere drift blandt kolonier.
- Kalibrer hive skaleres efter installation og derefter med regelmæssige mellemrum, især hvis skalaerne er flyttet.
- Sted skala kalibrering vægte på vejning pan og optage skala output. Sikre, at de samlede vægt overstiger 50% af den maksimale kapacitet af skalaen.
Bemærk: Hvis skala output spænding eller aktuelle enheder, snarere end masse enheder, derefter bruge hældning og skæring af kalibreringskurven (forholdet mellem kendte totalvægt på pan og skala output) til at konvertere skala output til masse enheder.
- Sted skala kalibrering vægte på vejning pan og optage skala output. Sikre, at de samlede vægt overstiger 50% af den maksimale kapacitet af skalaen.
3. Installation af temperaturfølere
Bemærk: temperatursensorer anvendes i denne undersøgelse var af to typer: 1) termoelementer knyttet til kabler direkte forbundet til en batteridrevet datalogger (som kan placeres inde i eller uden for det hive, hvis kablet er lang nok); og 2) små, batteridrevet udstyr med integrerede sensorer og dataloggers, og som krævede fjernelse fra hiven for data der skal hentes.
- Få en temperatursensor, der kan passe mellem rammer, er resistente over for høj luftfugtighed betingelser i indre en hiven og har tilstrækkelig batteristrøm og hukommelse (eller er tilgængelige via kabel eller trådløs forbindelse).
- Sted sensorer, der kan blive berørt af voks eller propolis i en beskyttende beholder, såsom en væv indlejring kassette (lille, engangs plastik kasse med et snap-luk låget og ventilationshullerne). Den beskyttende container reducerer voks og propolis ansamlinger, der kan tilstoppe sensor adgang porte af sensorer eller anden måde påvirke data download.
- Lægger sensor lige under topbjælken i midten af boksen giver informativ data om yngel opdræt (se nedenfor).
Bemærk: Et kort stykke ledning er knyttet til beholderen med sensoren og wiren hæftet til toppen af rammen, så beholderen hænger ned den ene side. Sensorer placeret direkte på yngel massen kan interferere med yngel og kam vedligeholdelse og følere placeret på rammer i nærheden af udvendige, eller placeret på indre dæksler eller dæksler, kan blive påvirket en hel del af eksterne forhold, navnlig i køligt vejr.
4. Forberedelse af Syrup behandling
Bemærk: gøre behandling løsninger frisk dagen for hver fodring ved hjælp af analysekvalitet imidacloprid. Imidacloprid er særdeles vand opløselige og derfor nemt indarbejdet i sukkerlage; nogle pesticider har lav vandopløselighed og bør anvendes ved hjælp af andre midler. Formuleringer af 1 kg af behandling løsning blev anvendt ved hjælp af en 1 L plastflaske som følger:
- Mix kontrol (ingen pesticider) rørsukkeropløsning 1:1 w:w (f.eks. 500 g saccharose: 500 mL destilleret vand). Opløs saccharose i destilleret vand ved hjælp af en stor blanding kolbe med blande bar på en varmeplade opvarmes til mere end 60 ° C.
- Løsninger, der vil omfatte imidacloprid, bland rørsukkeropløsning som ovenfor, men tilbageholde 100 mL (dermed " kort ") at give mulighed for den ekstra volumen af respektive imidacloprid " spike " løsninger.
- Opløse 500 g sukker i 400 mL destilleret vand til at tillade tilføjelse af et 100 mL spike at opnå 1 kg af behandling løsning. For nemheds skyld i feltet, overføre 900 g " kort " sukker løsning til endnu en flaske og derefter tilføje spidsen til hver enkelt flaske.
- Forberede en 10 ppm imidacloprid stamopløsning ved at måle 1,0 mg af pesticider på en Analysevægt og opløse den i 100 mL destilleret vand ved hjælp af en blanding bar uden varme.
Bemærk: For at undgå problemer med statisk elektricitet, vejer imidacloprid i små, nonreactive plast beholdere og placere disse beholdere direkte i løsningen. Opløsningen omrøres og fjerne beholderne efter imidacloprid har opløst. - For et 5 ppb løsning, blandes 0,5 mL af stamopløsningen til 99,5 mL destilleret vand til at opnå 100 mL af spike løsning. Tilføj dette til 900 g af den korte rørsukkeropløsning at opnå 1 kg 5 ppb sirup. 20 ppb løsning, Bland 2,0 mL af stamopløsningen i 98.0 mL destilleret vand til at producere 100 mL spike løsning. For en 100 ppb løsning mix, 10,0 mL af stamopløsningen til 90.0 mL destilleret vand til spike løsning.
5. Forberedelse af Bee nældefeber og anvendelsen af behandling
- Evaluer kolonier til at bestemme voksen bi og yngel populationer før og efter anvendelsen af behandling. Prøve materiale(r) af interesse som honning, bi-brød, bier eller voks, til at bestemme baseline pesticider inden behandling.
- Prøve voks, åbne et 50 mL centrifugeglas, vælge en sektion af Tom kam og skrabe åbne munden af rør langs kammen, indtil den ønskede mængde af voks er blevet indsamlet. Undgå at berøre voks i røret. Erstatte fælles landbrugspolitik på røret og etiket røret. Erstatte indramme i hiven.
- At prøve honning eller nektar, åbne et centrifugeglas, og tryk på mundingen af røret mod del af kam der indeholder honning eller nektar. Tillad materiale til at flyde ind i røret, snarere end at skrabe det rør, for at reducere mængden af voks i prøven. Erstatte fælles landbrugspolitik på røret og etiket røret. Erstatte indramme i hiven.
- At prøve bi-brød, Vælg en ramme, der indeholder bi-brød og bruge en ren metal eller plast spatel til at fjerne indholdet af flere celler af bi-brød og placere materialet i et centrifugeglas. Erstatte indramme i hiven.
Bemærk: Indsamle tilstrækkeligt materiale vil normalt tage adskillige minutter pr. ramme. Et typisk eksempel for pesticider analyse har mindst 3 g af materiale; prøve honning, voks og bi-brød mindst 2 eller 3 forskellige punkter i hver hive og kombinere disse delprøver for hver hive.
- Kort tid efter evalueringen, som den næste dag, fjerne enhver broodless rammer, der indeholder honning og nektar og erstatte disse rammer med enten foundation eller tomme trukket kam til at lette sirup opbevaring.
Bemærk: Målet er at øge både Tom lagerkapacitet og efterspørgslen efter nektar. Hvis behandling skal anvendes blandet i et proteintilskud, fjernelse af fødevarer rammer må ikke være nødvendig. - Sikre bikuben har en feeder. Så snart som muligt efter forbehandling evaluering, gælde behandling ved at hælde sirup (trin 4.4) i feeder så hurtigt som muligt. Passe på ikke for at spilde nogen sirup hiven hvor bier fra andre kolonier kan finde den.
Bemærk: Interne foderautomater kan fungere bedst for at reducere berøver; nogle pesticider påvirker voksen bi aktivitet og behandlede nældefeber kan være mindre på vagt beskytte foderautomater fra berøver bier 9.
6. Analyse af Hive ramme fotografier
Bemærk: ramme fotografier er lavet under hver hive evaluering. Oplysninger kan udvindes fra fotografier ved hjælp af følgende protokol.
- Aktivere et billede analyse software, såsom ImageJ, der giver mulighed for at vælge en figur på et fotografi med en sporing værktøj og måling inden for den markerede figur.
- Hente et digitalt foto af en ramme. Vælg ' fil ' og klik på ' åbne '. Naviger til den mappe, hvor fotografierne holdes til at vælge et foto til analyse. Billedet vil nu åbnes i programmet ImageJ, og værktøjslinjen ImageJ bliver aktive.
- Vælg den ' Polygon ' værktøj fra værktøjslinjen. Brug musen til at klikke på hvert hjørne for at definere området af rammen dækkes med kam. Figuren fastgøres sammen når den begyndende hjørne nås.
- Når området kam er defineret ved hjælp af polygonværktøjet Klik på ' analyser ' og vælg ' MeasureƆ en ny dialogboks vil poppe op med målingen. Bruge kolonnen ' område ' til at måle pixel inden for det afgrænsede område, der var trukket.
Bemærk: Første gang programmet bruges, definere de ønskede resultater skal rapporteres.- Klik på ' resultater ' resultaterne i dialogboksen, og vælg ' sæt målinger '. Kontrollere område, og fjern markeringen af alle andre.
- Til at definere området omfattet af reducerede kuld, vælge den ' Freehand ' værktøj. Tryk på knappen på musen på et udgangspunkt og spore omkring yngel. Når udgangspunktet er nået, slip museknappen; figuren vil snap på plads.
- Klik ' analyser ' og vælg ' foranstaltning '. Hvis det yngel mønster ikke er fast, på grund af faktorer såsom sygdom, bruger de ' multi-punkt ' markeringsværktøjet til at tælle cellerne i stedet. Konvertere celletal direkte til cm 2 for at lette sammenligning; der er typisk omkring 4.01 celler/cm 2 20.
- Dividere værdien af den vektoriserede yngel figur med værdien af interiøret i rammen til at opnå en procent søgerdækning af udjævnede brood.
- Måler indre af repræsentative rammer for at få en så yngel areal kan konverteres til cm 2.
NOTE: Et typisk Langstroth dyb ramme har et areal på omkring 880 cm 2 20. For eksempel, hvis 20% af indre af en Langstroth dyb ramme er fundet at være omfattet af yngel, så overflade arEA ville være 0,20 x 880 cm 2 = 176 cm 2. - Sum yngel areal for Bikuben. For at konvertere denne foranstaltning til masse, ganger arealet med 0,77 g/cm 2 20.
- Beregne areal af honning, ikke-reducerede nektar og lagrede pollen, for eksempel ved hjælp af metoden beskrevet i trin 6.3-6.6.
Bemærk: Hvis nektar og pollen betragtes sammen som " fødevarebutikker " dette reducerer komponenterne i en ramme til to (fødevarebutikker og yngel). En typisk Langstroth ramme med plast foundation og Tom trukket kam vejer omkring 556 g 20, så for at beregne vægten af fødevarebutikker, sum vægten af rammen med tomme trukket kam og vægten af yngel massen, og fratræk der vægten fra den konstaterede vægt af den pågældende ramme.
Representative Results
Honey bee koloni vækst og Fænologi, målt ved hjælp af regelmæssig hive inspektioner med kontinuerlig vægt overvågning, viste markant lavere kuld produktion blandt kolonier udsat for imidacloprid på 100 ppb.
Hive inspektion viste, at voksne bee masserne ikke var påvirket væsentligt af eksponering for begge subletale koncentrationer af 5 og 100 ppb, men analyse af fotografier af yngel rammer viste, at yngel produktion i 100 ppb behandling var betydeligt lavere ( Figur 1). Kontinuerlig hive vægt data viste forskellige koloni vækstrater blandt grupper af bistader udsat for forskellige koncentrationer af imidacloprid. Kontinuerlig hive vægt data blev opdelt i to dele: 25 h kører gennemsnitlige data, som er relateret til kolonien vækst og fouragering succes, og forskellen mellem den rå timedata og 25 h løbende gennemsnit, timeløn detrended data. De daglige amplituder af de detrended data er relateret til fouragering aktivitet19,20 (figur 2). Mens vejer nældefeber lejlighedsvis kan have opdaget gennemsnitsvægt forskelle på et tidspunkt, leverede kontinuerlig vejning detrended data til oplysninger om kolonien adfærd.
Det midterste billede i et typisk kommercielle hive top jernbane er en effektiv placering for temperatursensorer.
Voksen arbejdstager bier i kolonier generere og opretholde høje temperaturer (33-36° C) især i overværelse af yngel14 og klyngen sig er mobile til at drage fordel af mad butikker i forskellige dele af hive25,26. For at reducere varmetabet, undgår klynger en stor kontakt flade med udvendige dele af bikuben, som sider og bund, så afstanden fra den øverste midten af boksen til klyngen er sjældent stor. Øverst i midten af feltet yngel har vist sig at have reduceret temperatur variation i forhold til andre steder i hiven, såsom øverst i midten af en ydre ramme og på toppen af en anden boks ("super") i sommer og falder betingelser20. I vinterforhold, hvor forskellen i omgivende temperatur og klyngen forventes at være den største, den samme placering blev fundet for at have den højeste temperatur og laveste variation i forhold til omgivende betingelser, med angivelse af den største bidrag fra klyngen sig(figur 3 og 4; Tabel 1). Forskelle i temperatur regimer kunne ikke tilskrives forskelle i voksen bi massen (tabel 2).
Amplituder af sinus kurver passer til kontinuerlig temperatur data var betydeligt højere i 100 ppb behandlingen end 5 ppb behandling mens hverken behandling gruppen var signifikant forskellig fra kontrolgruppen 9 .
Amplituder er direkte proportional med temperatur variation, så de højere amplituder angive mere varierende temperaturer på det tidspunkt i bikuben. Lavere amplituder afspejler højere yngel produktionen i de 5 ppb og kontrol behandlingsgrupper i forhold til gruppen 100 ppb behandling (figur 5). Disse resultater, kombineret med dem fra hive inspektioner og kontinuerlig hive vægt data, bekræfte, at koloni-niveau adfærd var påvirket væsentligt af eksponering for 100 ppb imidacloprid.
Figur 1: Voksen bi og yngel foranstaltninger. Hive inspektion data fra maj, 2014, til marts, 2015, for kolonier udsat for sirup indeholdende 0 (kontrol), 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) gennemsnittet (+ SEM) total voksen bi massen; (B) gennemsnittet (+ SEM) forseglet yngel areal. Grå zone angiver behandlingsperioden (4-6 kg af behandlede saccharosesirup pr. uge pr. bistade i 6 uger). Fire kolonier pr. behandling gruppe; en koloni i 100 ppb døde i løbet af vinteren. Voksen bi masserne blev ikke registreret i August. Data her var tidligere offentliggjorte og bruges her med tilladelse9. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Honning bi hive vægt data. Kontinuerlig vægt data fra juni til December, 2014, for honning bikolonier udsat for sirup indeholdende 0, 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) samlede hive vægt (± SEM); (B) amplituder af sinus kurver passer til detrended vægt data fra samme periode. Grå zone angiver behandlingsperioden (4-6 kg af behandlede saccharosesirup pr. uge pr. bistade i 6 uger). Fire kolonier pr. behandling gruppe; en koloni i 100 ppb døde i løbet af vinteren. Data her var tidligere offentliggjorte og bruges her med tilladelse9. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Inden for hive temperaturer på forskellige steder. Daglige gennemsnit (± SEM) temperaturer (° C) til 3 sensor steder inde i honey bee nældefeber. (A) 4 enkelt-box nældefeber holdt på et højtliggende websted (MLEM: 2412 m); og (B) 3 nældefeber holdt på et lavere højde websted (SRER: 719 m) i nærheden af Tucson, AZ fra December 2013 til februar 2014. Nældefeber var træ Langstroth dybe bokse (43.65 l kapacitet) monteret med træ indvendig covers og metal-foret teleskopfunktion låg. Termoelement temperatur prober var fastgjort til de øverste barer af frames, og en integreret datalogger/temperaturføler blev placeret på bunden jernbane af det midterste billede. Disse data viser, at Temperaturføleren placeret på toppen af det midterste billede var konsekvent højere end omgivende sammenlignet med de andre holdninger, sensor og dermed informativt om temperatur styring af bikolonier. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Temperatur variation på forskellige lokationer inden for hiven. Daglige gennemsnit (± SEM) amplituder for sinus curves passer til detrended temperatur timedata for 3 sensor steder inde i honey bee nældefeber. (A) 4 nældefeber holdt på på højtliggende websted (MLEM: 2412 m); og (B) 3 nældefeber holdt på et lavere højde websted (SRER: 719 m) i nærheden af Tucson, AZ fra December 2013 til februar 2014. Nældefeber var træ Langstroth dybe bokse (43.65 l kapacitet) monteret med træ indvendig covers og metal-foret teleskopfunktion låg. Termoelement temperatur prober var fastgjort til de øverste barer af frames, og en integreret datalogger/temperaturføler blev placeret på bunden jernbane af det midterste billede. Disse data viser, at Temperaturføleren placeret på toppen af det midterste billede var konsekvent lavere i variation (her måles som amplitude af sinus kurver passer til detrended timedata) end omgivende sammenlignet med de andre holdninger, sensor og dermed informativt om temperatur styring af bikolonier. Skalaer for den omgivende temperatur (sort streg) er på højre side af hver graf. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Inden for hive temperaturer for behandlede kolonier. Kontinuerlig temperatur data fra juni til December, 2014, for honning bikolonier udsat for sirup indeholdende 0, 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) gennemsnitlige hive temperatur (± SEM); (B) amplituder af sinus kurver passer til detrended temperatur data fra samme periode. Grå zone angiver behandlingsperioden (4-6 kg af behandlede saccharosesirup pr. uge pr. bistade i 6 uger). Fire kolonier pr. behandling gruppe; en koloni i 100 ppb døde i løbet af vinteren. Data her var tidligere offentliggjorte og bruges her med tilladelse (Meikle et al. 2016a). venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Sammenligning | t-test | adj. Pedersen | Site | AVG. diff. (° C) |
| Pos. 2 - Pos. 1 | 2,05 | 0.0485 | MLEM | 1.00 ±0.25 |
| SRER | 4,38 ±0.12 | |||
| Pos. 2 - Pos. 3 | 0,84 | 1 | MLEM | 2.05 ±0.21 |
| SRER | 0,12 ±0.11 |
Tabel 1: Gennemsnitlige temperaturforskelle og post hoc sammenligninger mellem forskellige sensor positioner inden for honey bee nældefeber. Position 1: øverste ydre ramme; Position 2: øverste midterste ramme; Position 3: nederste midterste ramme. 4 single-box nældefeber blev holdt på et højtliggende websted (MLEM: 2412 m) og 3 nældefeber blev holdt på et lavere højde websted (SRER: 719 m) i nærheden af Tucson, AZ fra December 2013 til februar 2014. Nældefeber var træ Langstroth dybe bokse (43.65 l kapacitet) monteret med træ indvendig covers og metal-foret teleskopfunktion låg. Termoelement temperatur prober var fastgjort til position 1 og 2, og en integreret datalogger/temperaturføler var fastgjort til position 3.
| Gruppe | Dato | Gennemsnitlig (± SEM) voksen bi masse (g) | Gennemsnitlig (± SEM) yngel areal (cm2) |
| MLEM | 18 Nov. 2013 | 2119 ±412 | 1372 ±396 |
| SRER | 15 Nov. 2013 | 2270 ±312 | 53 ±30 |
| MLEM | 13 februar 2014 | 2171 ±105 | 0 |
| SRER | 11 februar 2014 | 2027 ±487 | 867 ± 79 |
Tabel 2: Gennemsnitlig voksen bi masserne og yngel masserne, anslået ved hjælp af de protokoller, der er beskrevet her, for fire bistader holdt på et højtliggende websted (MLEM: 2412 m); og tre nældefeber holdt på et lavere højde websted (SRER: 719 m) i nærheden af Tucson, AZ fra December 2013 til februar 2014. Nældefeber var træ Langstroth dybe bokse (43.65 l kapacitet) monteret med træ indvendig covers og metal-foret teleskopfunktion låg. Termoelement temperatur prober var fastgjort til position 1 og 2, og en integreret datalogger/temperaturføler var fastgjort til position 3.
Discussion
Bare som en afgrøde videnskabsmand kræver nøjagtige og præcise data til at vurdere virkningerne af forskellige behandlinger på planternes vækst og udbytte, honey bee forskere kræver nøjagtige og præcise data til at vurdere bee koloni vækst og aktivitet. Disse former for data er især vigtigt, når effekterne behandling kan være subtile og lang sigt, som man kunne forvente når bierne er udsat for lave koncentrationer af pesticider.
Kontinuerlig hive vægt data indeholder mange oplysninger om væksten og aktiviteten af kolonierne undersøgt, samt svar på disse kolonier udefrakommende forstyrrelser, såsom fra berøver bier og tilsætning af sukkersirup til en feeder9. Korrekt fortolkning af kontinuerlig vægt og temperatur data kræver dog nogle viden om størrelsen af kolonien på en regelmæssig basis. Mens størrelsen af voksen bibestandene kan estimeres ud fra de daglige amplituder af detrended timedata under en nektar flow, på grund af den øgede forager trafik, uden for en nektar flow holder forholdet ikke godt20. Ligeledes koloni vægt ændringer fouragering succes, fødevareforbrug og bibestandene stiger og falder (fx bee dræber) er delvis en funktion af kolonien størrelse. Mindre kolonier kan være sunde, men vise lavere vækstrater og mindre forager masse, for eksempel, simpelthen skyldes en mindre forager befolkning.
At identificere en konsekvent og informative fast position for en temperaturføler inden for bikuben er afgørende for reproducerbare resultater, især med overvintring. Tidligere forskning har vist at temperaturovervågning på den top jernbane af en central ramme i boksen brood (nederst) var mindre korreleret med (eksterne) omgivelsestemperatur end flere andre positioner i hiven og var mere påvirket af kolonien, selv 20. i løbet af vinteren, temperatur forskelle mellem koloni bee klynge og omgivende ville forventes at være høje, og så vil forskelle blandt positioner inden for bikuben ligeledes forventes at være større end i de varmere måneder. Derudover vil bee klynge flytte til forskellige placeringer i bikuben at udnytte mad ressourcer25,26. Vinter undersøgelsen beskrives her viste, at temperaturer på vandret stilling, fra øverste midten til øverste ydre rammer, var væsentligt anderledes mens vertikale forskelle på det midterste billede ikke blev. Tværgående luftbevægelse på tværs af rammer er relativt begrænset, mens lodret bevægelse langs en ramme er ikke, så lodret blanding ville forventes at være større. Disse resultater bekræfter, at en sensor position på top jernbane midterste rammens er tilbøjelige til at være informative med hensyn til temperatur påvirkninger fra kolonien.
Hive evalueringer løse som de beskrives her nogle af disse spørgsmål. Ved at fratrække summen af bikuben dele fra den samlede hive vægt målt under inaktivitet, som natten, estimatet af voksen bi massen er uafhængig af antallet af fouragering bier og dermed ufølsomme til vurderingstidspunktet. Registrering af data fra en skala giver mulighed for lidt plads til subjektivitet, og ramme fotografier have en permanent resultatregistrering, så analyser af kuld eller mad overfladen områder kan revideres, hvis det er nødvendigt, hvorved afhængigheden af uddannelse af den person, der udfører analyser.
Metoderne beskrevet her er ikke uden fejlkilder. Hive dele skal være så fri af bier som muligt, og nogen betydelig stykker af kam eller andet materiale, der er fjernet skal vejes før kasseret. Vandindhold i træ komponenter kan ændre sig over tid og Tom nældefeber kan udstille målbare daglige svingninger i vægt på grund af daglige ændringer i omgivende luftfugtighed24. En hive-fil som indeholder en koloni vil sikkert ikke ændre så meget fordi honningbier har tendens til at opretholde en forholdsvis konstant fugtighed inde den hive27, som ville dæmpe de omgivende virkninger. Disse metoder afhænger også arbejder hurtigt. Når en hive er taget fra hinanden, temperatur og gas forhold ændre sig drastisk og kølige temperaturer kan påvirke yngel sundhed14. At tage fra hinanden en hive-fil uden en skærm til at holde bier fra nærliggende kolonier kan fremme berøver, især i tider med nektar dyrtid.
Ændringer af disse procedurer er undertiden nødvendig. Mens det er i forskere at samle så mange data som muligt, nogle gange, når mange stader skal kontrolleres, når røvede pres er høj eller hvor vejrforholdene er ikke optimal, skal arbejdstagerne hurtigt og give afkald på nogle data. Hvis data på fødevarelagre ikke er afgørende, rammer, der indeholder kun honning og/eller pollen eller rammer med kun voks eller foundation, vejes men ikke fotograferet. Niveauer af ikke-reducerede larver og æg er også af interesse for nogle forskere og de er ofte opdaget i rammen fotografier; Men, for at undgå prøveudtagning bias en forsker skal være sikker på at være i stand til at finde dem i alle fotografier. Ofte kun udjævnede yngel kan pålideligt og konsekvent identificeret på fotografier taget under markforhold. Med hensyn til anvendelsen af behandling, nogle nældefeber, navnlig fodret højere doser af imidacloprid, kan blive sløv, forårsager en reduktion i deres forbrug af sirup og deres evne til at forsvare deres bistade. Hvis en koloni undlader at indtage sine syrup efter 5-7 d, sirup skal fjernes, vejes og kasseret (for at undgå forurening som følge af gæring) og kolonien tilbydes friske sirup. Ved at veje den kasserede sirup, forskere vil have registrering af hvor meget hver koloni forbruges, og dermed kan beregne total dosis. Endelig er anvendelsen af behandlinger i sukkersirup mest effektiv, når der er få eller ingen alternative nektar kilder. Alternative nektar kilder vil udvande behandling i et ukendt omfang. Forskerne bør huske på, som blev påpeget i afsnittet protokollen at pesticider såsom imidacloprid er forbundet med reduceret aktivitetsniveau, herunder hive beskyttelse, afhængigt af koncentrationen. Reduceret koloni forsvar kan også føre til øget stjæler og mulige forstyrrende af behandlinger.
Resultaterne præsenteres her vis at kontinuerlig overvågning af hive vægt og indre temperatur er følsomme over for koloni-niveau opførsel, selv med hensyn til adfærdsændringer forårsaget af meget lav (5 ppb) koncentrationer af en neurotoksiske pesticider. Yderligere anvendelse af disse metoder til andre nervegifte og pesticider med andre former for handling, såsom insekt vækstregulatorer, ville øge vores forståelse af virkningerne af felt-realistisk doser på honey bee kolonier.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne takke varmt K. Anderson, J.J. Adamczyk, E. Beren, jeg Carstensen, M. Giansiracusa B. Mott, N. Holst og A.R. Stilwell for drøftelser om projektering og udførelse og for hjælp til feltet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Langstroth hive equipment (box) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | KD-700 | |
| Langstroth hive equipment (frame) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-900 | |
| Langstroth hive equipment (lid and cover) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-302 |
|
| Langstroth hive equipment (base) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-316 | |
| Langstroth hive equipment (internal feeder) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | FD-505 | |
| Cordovan Italian queens and bee packages | C.F. Koehnen & Sons, Glenn, CA | ||
| Scale, bench (100 kg max. capacity): model B-2418 | TEKFA, Copenhagen, Denmark | discontinued | |
| Scale, bench (100 kg max. capacity): Diamond Series | Avery Weigh-Tronix , Fairmont, MN | 1824-200 | |
| Imidacloprid, analytical-grade CAS # 138261-41-3 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO 63103 | 37894 | |
| Electronic scale, precision (precision = 0.1 mg): Adventurer Pro 260 | Ohaus, Parsippany, NJ | AV264C | |
| Electronic scale, portable (15 kg max. cap.): Ranger Count 3000 | Ohaus, Parsippany, NJ | RC31P15 | |
| Thermocouple probe: TMC6-HD | Onset Computer Corp., Bourne, MA | TMC6-HD | |
| Datalogger, 12-bit: Hobo U-12 | Onset Computer Corp., Bourne, MA | U12-012 | |
| Temperature and r.h. datalogger: iButton Hygrochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1923 | |
| Temperature datalogger: iButton Thermochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1922L | |
| Nalgene plastic bottle | Thermo Scientific, Rochester, NY | 2104-0032 | |
| Tissue embedding cassette | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | B1000731WH | |
| Digital camera: Pentax K-01 | Ricoh Imaging Co., Ltd. | 15241 | |
| ImageJ version 1.47 software | W. Rasband, National Institutes of Health, USA | ||
| Centrifuge tubes, 50 ml | Fisher Scientific, Asheville, NC | 14-959-49A |
References
- Krupke, C. H., Hunt, G. J., Eitzer, B. D., Andino, G., Given, K. Multiple routes of pesticide exposure for honey bees living near agricultural fields. PLoS ONE. 7 (1), e29268 (2012).
- Pochi, D., Biocca, M., Fanigliulo, R., Pulcini, P., Conte, E. Potential exposure of bees, Apis mellifera L., to particulate matter and pesticides derived from seed dressing during maize sowing. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 89, 354-361 (2012).
- Reetz, J., Zühlke, S., Spiteller, M., Wallner, K. Neonicotinoid insecticides translocated in guttated droplets of seed-treated maize and wheat: a threat to honeybees? Apidologie. 42, 596-606 (2011).
- Stoner, K. A., Eitzer, B. D. Movement of soil-applied imidacloprid and thiamethoxam into nectar and pollen of squash (Cucurbita pepo). PLoS ONE. 7 (6), e39114 (2012).
- Zhu, Y. C., et al. Spray toxicity and risk potential of 42 commonly used formulations of row crop pesticides to adult honey bees (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Entomol. , 1-8 (2015).
- Mullin, C. A., et al. High levels of miticides and agrochemicals in North American apiaries: implications for honey bee health. PLoS ONE. 5, e9754 (2010).
- Cresswell, J. E. A meta-analysis of experiments testing the effects of a neonicotinoid insecticide (imidacloprid) on honey bees. Ecotoxicol. 20, 149-157 (2011).
- Dively, G. P., Embrey, M. S., Kamel, A., Hawthorne, D. J., Pettis, J. S. Assessment of chronic sublethal effects of imidacloprid on honey bee colony health. PLoS ONE. 10 (3), e0118748 (2015).
- Meikle, W. G., et al. Sublethal effects of imidacloprid on honey bee colony growth and activity at three sites in the U.S. PLoS ONE. 11 (12), e0168603 (2016).
- Johnson, B. R. Within-nest temporal polyethism in the honey bee. Behav. Ecol. Sociobiol. 62 (5), 777-784 (2008).
- Moritz, R. F. A., Southwick, E. E. Bees as superorganisms: An evolutionary reality. , Springer. Heidelberg, Germany. (1992).
- Schmolz, E., Lamprecht, I., Schricker, B. A method for continuous direct calorimetric measurements of energy metabolism in intact hornet (Vespa crabro) and honeybee (Apis mellifera) colonies. Thermochem. Acta. 251, 293-301 (1995).
- Southwick, E. E., Mugaas, J. N. A hypothetical homeotherm: The honey bee hive. Comp. Biochem. Physiol. 40A, 935-944 (1971).
- Stabentheiner, A., Kovac, H., Brodschneider, R. Honeybee colony thermoregulation - regulatory mechanisms and contribution of individuals in dependence on age, location and thermal stress. PLoS ONE. 5 (1), e8967 (2010).
- Delaplane, K. S., van der Steen, J., Guzman-Novoa, E. Standard methods for estimating strength parameters of Apis mellifera colonies. The COLOSS BEEBOOK. Dietemann, V., Ellis, J. D., Neumann, P. Volume I: standard methods for Apis mellifera research, J. Apic. Res. 52 (1) (2013).
- Beekman, M., Ratnieks, F. L. W. Long-range foraging by the honey-bee, Apis mellifera L. Functional Ecology. 14, 490-496 (2000).
- Buchmann, S. L., Thoenes, S. C. The electronic scale honey bee colony as a management and research tool. Bee Sci. 1, 40-47 (1990).
- Lecocq, A., Kryger, P., Vejsnæs, F., Bruun Jensen, A. Weight watching and the effect of landscape on honeybee colony productivity: Investigating the value of colony weight monitoring for the beekeeping industry. PLoS ONE. 10 (7), e0132473 (2015).
- Meikle, W. G., Rector, B. G., Mercadier, G., Holst, N. Within-day variation in continuous hive weight data as a measure of honey bee colony activity. Apidologie. 39, 694-707 (2008).
- Meikle, W. G., Weiss, M., Stilwell, A. R. Monitoring colony phenology using within-day variability in continuous weight and temperature of honey bee hives. Apidologie. 47, 1-14 (2016).
- Meikle, W. G., Holst, N. Application of continuous monitoring of honey bee colonies. Apidologie. 46, 10-22 (2015).
- De Smet, L., et al. Stress indicator gene expression profiles, colony dynamics and tissue development of honey bees exposed to sub-lethal doses of imidacloprid in laboratory and field experiments. PLoS ONE. 12 (2), e0171529 (2017).
- Danka, R. G., Rinderer, T. E., Hellmich, R. A., Collins, A. M. II Foraging population sizes of African and European honey bee (Apis mellifera L.) colonies. Apidologie. 17 (3), 193-202 (1986).
- Meikle, W. G., Holst, N., Mercadier, G., Derouané, F., James, R. R. Using balances linked to dataloggers to monitor honeybee colonies. J. Apic. Res. 45 (1), 39-41 (2006).
- Owens, C. D. The thermology of wintering honey bee colonies. , United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service. Technical Bulletin no. 1429 (1971).
- Szabo, T. I. Thermology of wintering honey-bee colonies in 4-colony packs. Am. Bee J. 189, 554-555 (1989).
- Human, H., Nicolson, S. W., Dietemann, V. Do honeybees, Apis mellifera scutellata, regulate humidity in their nest? Naturwissenschaften. 93, 397-401 (2006).
