Summary
Sublethal doser av plantevernmidler kan påvirke kolonier på måter som er vanskelige å oppdage bruker bare periodisk eller visuelle metoder. Metoder for å måle totale voksen bee masse, kull og matressurser etter veiing elveblest og strukturen deler fotografering rammer og installere sensorer, tilbys. Dataanalyse er også adressert.
Abstract
Effekten av sublethal plantevernmidler eksponering for honey bee kolonier kan være betydelige, men vanskelig å oppdage i feltet ved hjelp av standard visuelle vurderingsmetoder. Her beskriver vi metoder for å måle antall voksne bier og brood matressurser ved veiing elveblest og strukturen deler, ved å ta bilder og ved å installere elveblest på skala og med interne sensorer. Data fra disse periodiske evalueringene er deretter kombinert med kjøre gjennomsnitt og daglige detrended data på strukturen vekt og interne strukturen temperatur. Resulterende datasett ha brukt påvise koloni-nivå effekter av imidacloprid brukt i en sukker sirup så lavt som 5 deler per milliard. Metodene er målet, krever lite trening, og gir permanente dataposter i form av sensoren utgang og fotografier.
Introduction
Spørsmål har blitt reist nylig om eksponering for honning bier lave konsentrasjoner av plantevernmidler, spesielt plantevernmidler. Honning bier i feltet utsettes via direkte søknad på sankere i feltet eller selv koloniene, ved kontakt med behandlede flater av støv fra frø behandlinger og av forbruk av planteprodukter som pollen nektar og sårvæske1 , 2 , 3 , 4 , 5. Akutt toksisitet er åpenbart er uheldig honning bier, men konsentrasjonene som forårsaker 50% dødelighet i test insekter (LC50) mange plantevernmidler, inkludert neonicotinoids som imidacloprid, er langt høyere enn i bie brød og voks6 og høyere enn det som er ansett som en "feltet realistisk" område7. Nyere arbeid har imidlertid vist signifikant effekt av sublethal eksponering for plantevernmidler på kolonien nivå8, selv for konsentrasjoner så lavt som 5 deler per milliard (ppb)9.
Honey bee kolonier har blitt referert til som "superorganisms" fordi mange funksjoner knyttet til et enkelte dyr, inkludert mat anskaffelser, reproduksjon (som honey bee kolonier utføre via kolonien fisjon), og temperaturkontroll, er utført av grupper av voksen arbeidstaker bier10,11,12,13,14. Honey bee kolonier, betraktet som organismer, tilbyr en unik mulighet for studien fordi strukturene som støtter koloniene kan deles, undersøkt, og igjen, hvis gjort nøye, liten eller ingen bivirkninger. Dra nytte av dette ved demontere hives å undersøke dem, blant annet, tilstedeværelsen og statusen til dronning, skadedyr og patogener, tilstrekkelighet i matbutikker, antall Foreldreomsorg og yngelens og andre faktorer15beekeepers og forskere. Bee kolonier har en annen viktig egenskap ved at, i motsetning til de fleste homeotherms, de er vanligvis stasjonære og hente ressurser ved å distribuere forager bier som kan samle mat på avstander opp til 10 km16. Bikuber kan dermed opprettholdes på ubestemt tid på elektroniske vekter og kontinuerlig vekt resultatdataene har vist seg å gi informasjon om honning lagring, foraging aktivitet, foraging suksess, svermet, sirup forbruk, dødelige og sublethal plantevernmidler effekter, skadedyrangrep og rane9,17,18,19,20. Fordi alle deler av kolonien, inkludert brood, kan nås, kan sensorer for temperatur, fuktighet, CO2, lyd og andre faktorer installeres i strukturen og brukes for å få sammenhengende data som informerer om tilstanden og statusen av kolonien 21.
Anslag over størrelsen av voksen bee og Foreldreomsorg og yngelens bestander er nyttig hvis ikke kritisk for å tolke mange typer kontinuerlige data. Visuelle vurderinger er rask og mye brukt i feltet studier22 men har mangler. Visuelle inspeksjoner er vanligvis utført på dagtid og dermed ikke gjøre rede for foraging bier, som kan skrive en betydelig del av befolkningen23. Presisjon og nøyaktighet av anslag fra visuelle inspeksjoner også avhenge opplæring og erfaring med inspector(s). Objektivitet er en annen vurdering, særlig hvis strukturen inspektørene er klar som strukturer er i hvilken behandlingsgrupper. forutsetninger om utbredelsen av slike tiltak kan være vanskelig å rettferdiggjøre.
Antall strukturen vektøkning, størrelsen på foraging befolkning, og i-hive temperaturer, å gi noen eksempler, forventes å være kvantitativt forskjellig mellom små og store kolonier, så måling og kontroll for kolonien størrelse ofte sterkt forenkler påvisning av behandling effekter randomisert eksperimenter. Til forskningsformål, ble en presis og objektive mål på voksen bier utviklet basert på prinsippet om at forskjellen mellom totale strukturen vekt under en periode med inaktivitet, som om natten, og summen av vekten av alle strukturen deler (inkludert woodenware, voks, honning og brood) er vekten av totale voksen bee masse. Av vekt rammer og måler Foreldreomsorg og yngelens masse med ramme fotografier, kan matressurser likeledes beregnes ved å trekke Foreldreomsorg og yngelens massen fra rammen vekten, etter kontroll for vekten av den tomme rammen og voks. Disse metodene er ment å forbedre presisjonen forventet fra visuelle vurderinger i feltet.
Protocol
protokollene beskrevet nedenfor følger retningslinjene dyr omsorg USDA Agricultural Research Service.
1. full vurdering
Merk: en full vurdering er nødvendig å bestemme 1) vekten av alle strukturen deler, inkludert lokket, cover, bokser, nederst styret, rammer og 2) mengder kull og mat. Vekten av alle strukturen deler oppsummerte og trukket fra den totale struktur vekten når alle bier fantes til vekten av alle voksne bier. Data på vekten av strukturen deler som er i stor grad konstant, som lokk, nederst styret og kassen, kan lagres og brukes i fremtiden evalueringer, dermed påskynde evalueringene. Utføre en fullstendig vurdering på eller nær begynnelsen av studien. Tre deler kan endring i fuktighet innhold 24 så gjenta hele evalueringer anbefales etter lange perioder. Veie en del av strukturen, som lokket, på hver evaluering å beregne endringer i andre strukturen deler. Plasser vist entré rundt arbeiderne og struktur under evaluering hvis andre strukturer er nær og rane press er en bekymring.
- Veie alle strukturen deler. Bruke en skala med en presisjon på 1 g eller mindre.
- Veie lokket, innercover, dronning excluder, sirup mater og andre deler på strukturen.
- Med en spatula eller strukturen, fjerne og veier mat eller behandling materiale, for eksempel protein supplement eller fett patty, hviler på toppen av rammene. Erstatte etterpå eventuelt.
- Plasserer en tom struktur for (heretter den " midlertidig boksen ") ved siden av strukturen som overgangsordning plasseringen i rammer. Plassere midlertidig boksen på flatt underlag, som et lokk eller en nederst styret, å unngå bier, og spesielt dronningen falt ut av boksen på bakken.
- Flytte rammene raskt og forsiktig, helst i grupper på to eller tre beholde deler av bee klyngen, i boksen midlertidig slik at rammene er i samme rekkefølge som de var i originalemballasjen. Når alle rammene er flyttet, riste eventuelle gjenværende bier på rammene i midlertidige boksen og veie boksen strukturen.
- Hvis boksen var boksen laveste veie nederst styret, inngangen redusering og andre strukturen deler etter risting bier i boksen midlertidig. Antall rammer med en uutslettelig merket før du flytter dem så de kan bli erstattet i den opprinnelige retningen.
- Installere nederst styret, inngangen reducer, Foreldreomsorg og yngelens boksen og annet utstyr. Flytte rammene i boksen midlertidig tilbake til opprinnelige Foreldreomsorg og yngelens i deres opprinnelige rekkefølge og retning igjen å ta vare for å unngå unødvendig forstyrrelse av bier.
- Fjerne en ramme fra en ende av boksen og visuelt inspisere begge sider av rammen for tilstedeværelsen av dronningen. Hvis dronningen, plasser henne forsiktig i en del av boksen har allerede blitt vurdert, for å unngå ytterligere forstyrrelser. Riste arbeideren bier forsiktig men bestemt i boksen mellom rammer, og ikke på toppen, hvis mulig.
- Veier rammen og fotografere begge sider av hele rammen med et digitalt kamera, å komme så nær som mulig til rammen så avkortet brood og honning celler er lett skilles, men tilstrekkelig avstand slik at hele rammen er inkludert. Fotografere rammen mens en arbeidstaker har den.
- Bruk en ' ramme holder ' (noen jig som inneholder rammen oppreist mens på skala og ikke mar kammen) på skalaen. Veie i strukturen sirup matere.
Merk: Størrelsen på rammen i bildet skal brukes til å konvertere flater fra relativ til absolutt tiltak.
- Bruk en ' ramme holder ' (noen jig som inneholder rammen oppreist mens på skala og ikke mar kammen) på skalaen. Veie i strukturen sirup matere.
- Erstatte rammen i sin opprinnelige posisjon og retning i boksen struktur. Fjerne det neste bildet før installere forrige rammen for å gi mer plass å trygt riste bier i boksen. Se etter dronningen, riste for å fjerne bier, veier, fotografi og erstatte hver påfølgende ramme til alle rammer er behandlet.
- Hvis strukturen har to eller flere bokser, veier og fotografere bilder fra boksen laveste først.
- Fjerne øvre boksen eller boksene sekvensielt, stable dem ved siden av strukturen i revers i deres opprinnelige rekkefølge. Når den nederste boksen er evaluert, plassere i neste for å bli vurdert på den nederste boksen plasser boksen midlertidig på de resterende unevaluated boksene og flytte bilder fra den andre boksen til boksen midlertidig som ovenfor. Flytte rammene tilbake til sin originale eske, i den opprinnelige retningen.
Merk: Ved å undersøke boksene lavere første, ristet bier vil falle i en bikube boks som ikke vil bli forstyrret.
- Fjerne øvre boksen eller boksene sekvensielt, stable dem ved siden av strukturen i revers i deres opprinnelige rekkefølge. Når den nederste boksen er evaluert, plassere i neste for å bli vurdert på den nederste boksen plasser boksen midlertidig på de resterende unevaluated boksene og flytte bilder fra den andre boksen til boksen midlertidig som ovenfor. Flytte rammene tilbake til sin originale eske, i den opprinnelige retningen.
- Få totale strukturen vekten under en siste periode med inaktivitet, som kvelden eller tidlig på morgenen før bier flyr ved evaluering. Denne vekten representerer hele kolonien inkludert sankere.
- Beregne voksen bee massen ved summering vekten av alle strukturen deler (woodenware, rammer, bee feed, etc.) og deretter trekke den summen fra den " struktur totalvekt " verdien i forrige trinn. Forskjellen mellom to er estimert voksen bee Mass
Merk: Når full vurdering er gjennomført, etterfølgende evalueringer kan utføres på en delvis basis, forutsatt at de ikke-ramme struktur delene, som boksene og nederst styret, ikke endret merkbart i vekt. Delvis evalueringer tar mindre tid. - Til å utføre en delvis evaluering for en struktur med en enkelt boks, fjerne, fotografi, veier og erstatte rammer uten å flytte bilder til en midlertidig. I en struktur med flere bokser, følge prosedyren som beskrevet ovenfor (trinn 1.5), men uten veier boksene strukturen.
2. Installasjon av strukturer på skalaer
Merk: strukturen skalaer brukt i denne studien er utendørs elektronisk benk skalaer med en maksimal kapasitet på minst 100 kg, en belastning celle presisjon om én del i 5000 temperatur kompensasjon, og Pan størrelsen på 460 x 610 mm. Disse skalaer er koblet til en 24 VDC indikator og en 12-biters datalogger. Indikator for utdata kan være digital eller analog; skala systemer brukes her hadde utdata i mA og nødvendige kalibrering kurver å konvertere data til kg utstyr
- Installere skalaer i en fast, jevn flate.
Merk: Elevating skalaer fra bakken med betong eller keramiske blokker eller ovn-tørket trestykker, vil holde omfanget og elektriske tilkoblinger fra komme i kontakt med jord eller vann. - Dekke skala panorere på toppen med plast, klut, papp eller annet materiale å hindre overdreven lyset refleksjon og oppvarming av strukturen inngangen.
- Kontroller at innganger til strukturer som er nær hverandre ansikt forskjellige retninger for å redusere drift blant kolonier.
- Kalibrer strukturen skalerer ved installasjon og regelmessig etterpå, spesielt hvis vekten flyttes.
- Plass skala kalibrering vekter på vekt panorere og registrere skala produksjon. Sikre at totale vekten overstiger 50% av maksimal kapasitet av skalaen.
Merk: Hvis skala utdataene er voltage eller nåværende enheter, i stedet for masse enheter, deretter bruke stigningstallet og skjæringspunktet av kalibreringskurven (forholdet mellom kjent totalvekt på pannen og skala utgang) konvertere skala produksjon masse enheter.
- Plass skala kalibrering vekter på vekt panorere og registrere skala produksjon. Sikre at totale vekten overstiger 50% av maksimal kapasitet av skalaen.
3. Installasjon av temperatursensorer
Merk: temperatursensorer som er brukt i denne studien var av to typer: 1) thermocouples knyttet til kabler koblet direkte til et batteri-drevet datalogger (som kan plasseres i eller utenfor det strukturen hvis kabelen er lang nok); og 2) små, batteridrevne enheter med integrerte sensorer og dataloggers og som kreves for fjerning av strukturen for dataene lastes.
- Innhente en temperatursensor som kan passe mellom rammer, er motstandsdyktig mot høy luftfuktighet i innlandet en strukturen, og har tilstrekkelig batteristyrke og minne (eller er tilgjengelig via kabel eller trådløs tilkobling).
- Sted sensorer som kan bli påvirket av voks eller propolis i en beskyttende beholder, for eksempel en vev innebygging kassett (små, engangs plast boksen med snapin-lukket lokk og ventilasjonsåpningene). Beholderen beskyttende reduserer voks og propolis oppbygging som kan tette sensor tilgangsporter av sensorer eller måte påvirke data nedlasting.
- Feste sensoren like under tittellinjen i midten av boksen å gi informative data om Foreldreomsorg og yngelens bakside (se nedenfor).
Merk: En kort stykke wire er festet til beholderen med sensoren og ledningen stiftes til toppen av rammen, slik at beholderen henger ned én side. Sensorer som er plassert direkte på Foreldreomsorg og yngelens massen kan forstyrre brood og kam vedlikehold og sensorer plassert på rammer nær eksteriør, eller plassert på indre dekker eller lokk, påvirkes mye av eksterne forhold, spesielt under kjølig vær.
4. Utarbeidelse av sirup behandling
Merk: gjøre behandling løsninger frisk dag hver fôring med analytiske førsteklasses imidacloprid. Imidacloprid er svært vann løselig og derfor lett innarbeidet i sirup; noen plantevernmidler har lav vannløselighet og bør brukes med andre midler. Formuleringer av 1 kg behandling løsning ble brukt med en 1 L plastflaske som følger:
- Mix kontroll (ingen plantevernmidler) sucrose løsning 1:1 w:w (f.eks 500 g sukrose: 500 mL destillert vann). Oppløse sukrose i destillert vann en stor blanding kolbe med blande bar på en kokeplate oppvarmet til mer enn 60 ° C.
- For løsninger som inkluderer imidacloprid, bland sucrose løsning som ovenfor, men holde 100 mL (dermed " kort ") å gi ekstra volumet av respektive imidacloprid " pigg " løsninger.
- Oppløse 500 g sukker i 400 mL destillert vann å tillate tillegg av en 100 mL topp å oppnå 1 kg behandling løsning. For bekvemmelighet i feltet overføre 900 g " kort " sukker løsning til en annen flaske, og deretter legge innsamlingslageret til hver enkelt flaske.
- Forberede en 10 ppm imidacloprid lager løsning ved å måle 1.0 mg av plantevernmidler på en analytical balanse og løse opp det i 100 mL destillert vann med en blande bar uten varme.
Merk: For å unngå problemer med statisk elektrisitet, veie imidacloprid i små, nonreactive plast beholdere og plassere de beholderne direkte i løsningen. Rør løsningen og fjerne beholderne etter imidacloprid har oppløst. - For et 5 ppb løsning, bland 0,5 mL av lager løsningen i 99,5 mL destillert vann å oppnå 100 mL spike løsning. Legge denne til 900 g kort sucrose løsning å oppnå 1 kg av 5 ppb sirup. 20 ppb løsningen, blande 2.0 mL lagerløsning i 98.0 mL destillert vann å produsere 100 mL spike løsningen. For en 100 ppb løsningen blanding, 10,0 mL lagerløsning i 90.0 mL destillert vann for det spike.
5. Utarbeidelse av Bee Hives og programmet for behandling
- Evaluer kolonier å finne voksne bee og Foreldreomsorg og yngelens bestander før og etter behandling. Prøve materiale steder som honning, bie brød, bier eller voks, for å fastsette baseline plantevernmidler nivåer før behandling.
- å prøve voks, åpne en 50 mL sentrifuge tube, Velg en del av Tom kam og skrape den åpne munnen av røret langs kammen til ønsket antall voks har vært samlet. Unngå å berøre voks i røret. Sett hetten på røret og etiketten røret. Erstatte rammen strukturen.
- Smak honning eller nektar, åpne en sentrifuge rør og trykk munningen av røret mot delen av kam som inneholder honning eller nektar. Tillate materialet å strømme inn i røret, snarere enn skraping røret, for å redusere mengden av voks i utvalget. Sett hetten på røret og etiketten røret. Erstatte rammen strukturen.
- Prøve bie brød, velger en ramme som inneholder bie brød og bruke en ren metall- eller plastplate slikkepott å fjerne innholdet i flere celler bie brød og plassere materialet i en sentrifuge rør. Erstatte rammen strukturen.
Merk: Å samle nok materiale vil vanligvis ta flere minutter per bilde. Et typisk eksempel for plantevernmidler analyse har minst 3 g av materiale; honning, voks og bie brød minst 2 eller 3 forskjellige punkter i hver struktur og kombinere disse underutvalg for hver strukturen.
- Kort tid etter evaluering, som neste dag, fjerne alle broodless rammer, honning og nektar og erstatte disse rammene foundation eller tomme tegnet kam å lette sirup lagring.
Merk: Målet er å øke både tomme lagringskapasitet og etterspørselen etter nektar. Hvis behandlingen er brukes blandet i et protein supplement, fjerning av mat rammer ikke være nødvendig. - Kontroller strukturen har en mater. Så snart som mulig etter pre-behandling evaluering, kan du bruke behandling ved å helle sirup (trinn 4.4) i materen så raskt som mulig. Ta vare ikke for å søle noen sirup utenfor strukturen der biene fra andre kolonier kan finne filen
Merk: Intern matere fungerer best for å redusere rane; noen plantevernmidler påvirke voksen bee aktivitet og behandlet elveblest kan være mindre årvåken beskytte forer fra rane bier 9.
6. Analyse av strukturen ramme fotografier
Merk: ramme fotografier utføres under hver strukturen evaluering. Informasjonen kan hentes fra bildene ved hjelp av følgende protokollen.
- Aktivere en image analyseprogramvare, som ImageJ, som gir mulighet for å velge en figur på et fotografi med sporing verktøyet og måle området for den merkede figuren.
- Hente et digitalt bilde av en ramme. Velg ' filen ' og klikk ' åpne '. Naviger til mappen der bildene holdes for å velge et bilde for analyse. Bildet vil nå åpnes programmet ImageJ, og verktøylinjen ImageJ blir aktive.
- Velg den ' Polygon ' verktøyet fra verktøylinjen. Bruk musen til å klikke på hvert hjørne å definere området av rammen dekket med kam. Figuren festes sammen når starter hjørnet.
- Når kam området er definert med polygonverktøyet, klikk på ' analyser ' og velg ' MeasureƆ en ny dialogboks vil dukke opp med målingen. Bruk kolonnen ' området ' å måle bildepunktene innenfor definerte området ble trukket.
Merk: Første gang programmet brukes, definere de ønskede resultatene rapporteres.- Klikk på ' resultater ' i resultatene dialogboksen, og velg ' angi målinger '. Når området, og Fjern alle andre.
- å definere området som dekkes av avkortet brood, Velg den ' Frihånd ' verktøyet. Trykker på knappen på musen på et utgangspunkt og spore rundt brood. Når utgangspunktet nås, slipper du museknappen; figuren festes på plass.
- Klikk ' analyser ' og velg ' mål '. Hvis Foreldreomsorg og yngelens mønsteret ikke er solid, følge av sykdom, bruker den ' multi-Point ' verktøyet telle celler i stedet. Konvertere celletall direkte til cm 2 for enkel sammenligning; Det er vanligvis om 4.01 celler/cm 2 20.
- Dele verdien av spores Foreldreomsorg og yngelens form av verdien av indre rammen for å få en prosent ramme dekning av avkortet brood.
- Måle interiøret representant rammer for å få en standard så Foreldreomsorg og yngelens arealet kan konverteres til cm 2.
Merk: En typisk Langstroth dyp ramme har et areal på ca 880 cm 2 20. For eksempel hvis 20% av indre av en Langstroth dyp ramme er funnet å være dekket av brood, deretter overflate arEA ville være 0,20 x 880 cm 2 = 176 cm 2. - Sum Foreldreomsorg og yngelens arealet for strukturen. Slik konverterer dette tiltaket til masse, multiplisere arealet ved 0.77 g/cm 2 20.
- Beregne arealet av honning, uncapped nektar og lagrede pollen, for eksempel ved hjelp av metoden beskrevet i trinnene 6.3 til 6.6.
Merk: Hvis nektar og pollen regnes sammen som " matbutikker " dette reduserer komponentene i en ramme til to (matbutikker og brood). En typisk Langstroth ramme med plast foundation og tom trukket kam veier ca 556 g- 20, så å beregne vekten av matbutikker og summen vekten av rammen med tomme tegnet kam og vekten av Foreldreomsorg og yngelens massen og trekke som vekt fra observert vekten av rammen i spørsmålet.
Representative Results
Honey bee kolonien vekst og phenology, målt ved hjelp av vanlige strukturen inspeksjoner kontinuerlig vekt overvåking, avslørte betydelig lavere Foreldreomsorg og yngelens produksjon blant kolonier utsatt for imidacloprid på 100 ppb.
Strukturen inspeksjoner viste at voksne bee massene ikke ble betydelig påvirket av eksponering for begge sublethal konsentrasjoner av 5 og 100 ppb, men analyse av fotografier av Foreldreomsorg og yngelens rammer avdekket at Foreldreomsorg og yngelens produksjon i 100 ppb behandling var signifikant lavere ( Figur 1). Kontinuerlig strukturen vekt data viste ulike kolonien vekstrater grupper av elveblest utsatt for ulike konsentrasjoner av imidacloprid. Kontinuerlig strukturen vekt dataene ble delt i to deler: 25 h kjører gjennomsnittlig data som er knyttet til koloni vekst og foraging suksess, og forskjellen mellom hourly rådata og 25 h glidende gjennomsnitt, timebasert detrended data. De daglige amplitudes detrended dataene er relatert til beite aktivitet19,20 (figur 2). Mens veier elveblest innimellom kan har oppdaget snittvekt forskjeller på et tidspunkt, gitt kontinuerlig veier detrended data for informasjon om kolonien atferd.
Toppen skinnen på midten rammen i en typisk kommersielle struktur er et effektivt sted for temperatursensorer.
Voksen arbeidstaker bier i koloniene generere og opprettholde høye temperaturer (33-36° C) spesielt i nærvær av Foreldreomsorg og yngelens14 og klyngen selv er mobile utnytte mat butikker i ulike deler av strukturen25,26. For å redusere varmetap, unngå klynger å ha en stor kontakt overflate med ytre delene av strukturen, som sidene eller bunnen, slik at avstanden fra øverst i midten på boksen til klyngen er sjelden stort. Øverst i midten på boksen Foreldreomsorg og yngelens har vist å ha redusert temperatursvingninger sammenlignet med andre steder i strukturen, for eksempel topp en ytre ramme og øverst på en ny boks («super») i sommer og falle forhold20. Om vinteren, som forskjellen mellom omgivelsestemperaturen og klyngen forventes å være den største, samme sted ble funnet for å ha den høyeste temperaturen og laveste variasjon sammenlignet forholdene, som indikerer at størst bidrag fra klyngen (tall 3 og 4; Tabell 1). Forskjeller i temperatur regimer kan ikke tilskrives forskjeller i voksen bee massen (tabell 2).
Amplituder sinus kurver tilpasses til kontinuerlig temperaturdata var betydelig høyere i 100 ppb behandling enn i 5 ppb behandlingen mens verken behandling var signifikant forskjellig fra kontrollgruppen 9 .
Amplituder er direkte proporsjonal med temperatursvingninger, så de høyere amplituder angi mer variabel temperaturer på det punktet i strukturen. Lavere amplituder gjenspeiler høyere Foreldreomsorg og yngelens produksjon i 5 ppb og kontroll behandlingsgrupper sammenlignet med 100 ppb behandlingsgruppe (figur 5). Disse resultatene, kombinert med de fra strukturen inspeksjoner og kontinuerlig strukturen vekt data, bekrefter at koloni-nivå oppførsel var betydelig påvirket av eksponering for 100 ppb imidacloprid.
Figur 1: Voksen bee og brood tiltak. Hive inspeksjon data fra mai, 2014, til mars, 2015, for koloniene utsatt for sirup som inneholder 0 (kontroll), 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) gjennomsnitt (+ SEM) totalt voksen bee massen; (B) gjennomsnitt (+ SEM) forseglet Foreldreomsorg og yngelens areal. Grå sonen angir behandling periode (4-6 kg av behandlet sukrose sirup per uke per struktur for 6 uker). Fire kolonier per behandlingsgruppe; One koloni i 100 ppb døde vinteren. Voksen bee massene ble ikke registrert i August. Her ble tidligere publisert og brukes her med tillatelse9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Honey bee hive vekt data. Kontinuerlig vekt data fra juni til desember, 2014, for honey bee kolonier utsatt for sirup som inneholder 0, 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) totale strukturen vekt (± SEM); (B) amplituder sinus kurver passer til detrended vekt data fra samme periode. Grå sonen angir behandling periode (4-6 kg av behandlet sukrose sirup per uke per struktur for 6 uker). Fire kolonier per behandlingsgruppe; One koloni i 100 ppb døde vinteren. Her ble tidligere publisert og brukes her med tillatelse9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: i strukturen temperaturer på forskjellige steder. Daglig gjennomsnittlig (± SEM) temperaturer (° C) 3 sensor steder inne honning bikuber. (A) 4 single-boksen elveblest holdt hos en stor høyde (MLEM: 2412 m); og (B) 3 elveblest holdt på en lavere høyde-området (SRER: 719 m) nær Tucson, AZ fra desember 2013 til februar 2014. Elveblest var tre Langstroth dyp bokser (43.65 l kapasitet) utstyrt med tre indre dekker og metal foret telescoping lokk. Thermocouple temperatur sonde ble knyttet til de beste barene i rammer, og en integrert datalogger/temperatur sensor ble plassert på den nederste skinnen midten rammen. Disse dataene viser at sensoren posisjonen øverst i midten rammen ble stadig høyere enn ambient sammenlignet med andre sensor posisjonene og dermed informativ om temperatur styring av bee kolonier. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 : Temperatursvingninger på forskjellige steder i strukturen. Daglig gjennomsnittlig (± SEM) amplituder sinus curves passer til timebaserte detrended temperaturdata for 3 sensor steder inne honning bikuber. (A) 4 elveblest holdt på på høyden nettsted (MLEM: 2412 m); og (B) 3 elveblest holdt på en lavere høyde-området (SRER: 719 m) nær Tucson, AZ fra desember 2013 til februar 2014. Elveblest var tre Langstroth dyp bokser (43.65 l kapasitet) utstyrt med tre indre dekker og metal foret telescoping lokk. Thermocouple temperatur sonde ble knyttet til de beste barene i rammer, og en integrert datalogger/temperatur sensor ble plassert på den nederste skinnen midten rammen. Disse dataene viser at sensoren posisjonen øverst i midten rammen var konsekvent lavere variasjon (her målt når amplituden til sine kurver passer til timebaserte detrended data) enn ambient sammenlignet med andre sensor posisjonene og dermed informativ om temperatur behandling av bee kolonier. Skalaer for temperaturen (svart heltrukket) er til høyre for hvert enkelt diagram. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Temperaturer for behandlet kolonier i strukturen. Kontinuerlig temperaturdata fra juni til desember, 2014, for honey bee kolonier utsatt for sirup som inneholder 0, 5 og 100 ppb imidacloprid nær Tucson, AZ. (A) gjennomsnittlig strukturen temperatur (± SEM); (B) amplituder sinus kurver passer til detrended temperaturdata fra samme periode. Grå sonen angir behandling periode (4-6 kg av behandlet sukrose sirup per uke per struktur for 6 uker). Fire kolonier per behandlingsgruppe; One koloni i 100 ppb døde vinteren. Her ble tidligere publisert og brukes her med tillatelse (Meikle et al. 2016a). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Sammenligning | t-test | adj. P | Nettstedet | Gj.snittlig 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 |
Tabell 1: Gjennomsnittlig temperatur og post hoc sammenligninger mellom ulike sensor stillinger i honning bikuber. Posisjon 1: ytre topprammen; Posisjon 2: middels topprammen; Posisjon 3: nedre midtre ramme. 4 single-boksen elveblest ble holdt på en stor høyde-området (MLEM: 2412 m) og 3 elveblest ble holdt på en lavere høyde-området (SRER: 719 m) nær Tucson, AZ fra desember 2013 til februar 2014. Elveblest var tre Langstroth dyp bokser (43.65 l kapasitet) utstyrt med tre indre dekker og metal foret telescoping lokk. Thermocouple temperatur sonde ble knyttet til stillinger 1 og 2, og en integrert datalogger/temperatur sensor var festet til posisjon 3.
| Gruppe | Dato | Gjennomsnittlig (± SEM) voksen bee masse (g) | Gjennomsnittlig (± SEM) Foreldreomsorg og yngelens areal (cm2) |
| MLEM | 18 november 2013 | 2119 ±412 | 1372 ±396 |
| SRER | 15 november 2013 | 2270 ±312 | 53 opp til ±30 |
| MLEM | 13 februar 2014 | 2171 ±105 | 0 |
| SRER | 11 februar 2014 | 2027 ±487 | 867 ± 79 |
Tabell 2: Gjennomsnittlig voksen bee massene og Foreldreomsorg og yngelens massene, beregnet ved hjelp av protokoller som beskrevet her, for fire elveblest holdt hos en stor høyde (MLEM: 2412 m), og tre elveblest holdt på en lavere høyde-området (SRER: 719 m) nær Tucson, AZ fra desember 2013 til februar 2014. Elveblest var tre Langstroth dyp bokser (43.65 l kapasitet) utstyrt med tre indre dekker og metal foret telescoping lokk. Thermocouple temperatur sonde ble knyttet til stillinger 1 og 2, og en integrert datalogger/temperatur sensor var festet til posisjon 3.
Discussion
Akkurat som en avling forsker krever nøyaktig og presis data å evaluere effekten av ulike behandlinger på plantevekst og gi, honey bee forskere krever nøyaktig og presis data for å evaluere bee kolonien vekst og aktivitet. Slike data er spesielt viktig i behandling effektene kan være subtile og lang sikt, som kan forventes når bier er utsatt for lave konsentrasjoner av plantevernmidler.
Kontinuerlig strukturen vekt dataene inneholder mye informasjon om vekst og aktivitet koloniene blir studert, og svaret de kolonier ytre forstyrrelser, som fra rane bier og tillegg av sukker sirup til en mater9. Riktig tolkning av kontinuerlig vekt og temperaturdata krever imidlertid litt kjennskap til størrelsen på kolonien på periodisk basis. Mens størrelsen på befolkningen voksen bee kan estimeres fra de daglige amplitudes detrended timebaserte data under en nektar flyt, på grunn av økt forager trafikk, utenfor en nektar flyt holder forholdet ikke godt20. Likeledes kolonien vekt endrer foraging suksess, matforbruk og bee befolkningen øker og minsker (f.eks bee dreper) er delvis en funksjon av kolonien størrelse. Koloniene kan være sunn men viser lavere vekst og mindre forager masse, for eksempel bare grunn mindre forager innbyggere.
Identifisere en konsekvent og informativ fast stilling for en temperatursensor i strukturen er avgjørende for reproduserbar resultater, spesielt med overwintering. Tidligere undersøkelser har vist at temperaturen overvåking på toppen skinnen på en sentral ramme i boksen brood (nederst) var mindre korrelert med temperaturer (ekstern) enn flere andre stillinger i strukturen og var mer påvirket av kolonien selv 20. om vinteren temperatur forskjeller mellom kolonien bee klyngen ambient ville forventet å være høyt og så forskjeller stillinger i strukturen ville likeledes forventes å være større enn i de varmere månedene. I tillegg vil bee klyngen flytte til ulike steder innen strukturen å utnytte mat ressurser25,26. Vinter-studie som er beskrevet her viste at temperaturer på horisontale posisjoner, fra øverst på midten toppen ytre rammer, var signifikant forskjellig mens loddrett forskjellene på midten rammen ikke var. Vannrett luft bevegelse over rammer er relativt begrenset mens vertikal bevegelse langs en ramme ikke er så vertikal blande forventes å være større. Disse resultatene bekrefter at en sensor posisjon på den øverste skinnen midten rammen er sannsynlig å være informativ forhold til temperaturen påvirkninger fra kolonien.
Strukturen evalueringer løse som de er beskrevet her noen av disse problemene. Ved å trekke summen av strukturen deler fra den totale struktur vekten målt under inaktivitet, som om natten, estimatet av voksen bee er uavhengig av antallet foraging bier og dermed ufølsom for tidspunktet for evaluering. Innspilling av data fra en skala gir lite rom for subjektivitet, og ramme fotografier gir en permanent post, så analyser av brood eller mat flater kan bli revisited hvis nødvendig, dermed redusere avhengigheten av opplæring av personen gjør analysene.
Metodene som er beskrevet her er ikke uten feilkilder. Strukturen deler må være gratis av bier som mulig, og noen betydelige bitene av kam eller annet materiale som er fjernet vurderes før forkastet. Fuktighetsinnhold i tre komponenter kan endres over tid og tomme strukturer kan vise målbare daglige svingninger i vekt på grunn av daglige endringer i relativ luftfuktighet24. En struktur som inneholder en koloni endres sannsynligvis ikke så mye fordi honning bier pleier å opprettholde en relativt konstant fuktighet inne i strukturen27, som ville dempe ambient effektene. Disse metodene avhenger også arbeider raskt. Når en struktur er demontert, temperatur og gass forholdene endres drastisk og temperaturer kan påvirke Foreldreomsorg og yngelens helse14. Ta fra hverandre en struktur uten en skjermen å holde ut biene fra nærliggende kolonier kan fremme rane, spesielt i tider med nektar mangel.
Endringer av disse prosedyrene er noen ganger nødvendig. Mens det er av interesse for forskerne å samle så mye data som mulig, i enkelte tilfeller, som når mange elveblest kontrolleres når rane press er høy og når værforholdene ikke er optimal, må arbeidstakere flytte raskt og avkall noen data. Hvis dataene på mat reserver ikke avgjørende, bør rammer bare honning og/eller pollen, eller rammer med bare voks eller foundation, veide men ikke fotografert. Uncapped larver og egg er også av interesse for noen forskere og de oppdaget ofte i rammen fotografier; men for å unngå prøvetaking må bias forsker være sikker på å kunne oppdage dem i alle bildene. Ofte bare avkortet brood kan pålitelig og konsekvent identifiseres på fotografier tatt under feltforhold. Om anvendelsen av behandling, noen elveblest, spesielt de matet høyere doser av imidacloprid, kan bli lethargic, forårsaker en reduksjon i både forbruket av sirup og deres evne til å forsvare sin struktur. Hvis en koloni mislykkes å forbruke sine sirup etter 5-7 d, sirup bør fjernes, veid og forkastet (for å unngå forurensning på grunn av gjæring) og kolonien tilbys ferske sirup. Ved veiing kasserte sirup, forskere vil ha oversikt over hvor mye hver kolonien fortært, og dermed kan beregne totale dosering. Til slutt, bruk av behandlinger i sukker sirup er mest effektivt når det er få eller ingen alternativ nektar kilder. Alternative nektar kilder vil utvanne behandling til en ukjent grad. Forskere bør huske på, som ble påpekt i delen protokollen at plantevernmidler som imidacloprid er forbundet med redusert aktivitetsnivå, inkludert strukturen beskyttelse, avhengig av konsentrasjonen. Redusert kolonien forsvar kan også føre til økt rane og mulig confounding behandlinger.
Resultatene presenteres her viser at kontinuerlig overvåking av strukturen vekt og temperaturen er følsomme for koloni-nivå oppførsel, selv med hensyn til atferdsendringer indusert av svært lav (5 ppb) konsentrasjoner av en neurotoxic plantevernmidler. Ytterligere anvendelsen av disse metodene plantevernmidler og andre neurotoxins med andre moduser handling insekt vekst regulatorer, ville øke vår forståelse av effektene av feltet-realistisk doser på honey bee kolonier.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Forfatterne takker hjertelig K. Anderson, JJ Adamczyk, E. Beren, jeg Carstensen, M. Giansiracusa B. Mott, N. Holst og AR Stilwell for diskusjoner på design og gjennomføring og hjelpe i 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).
