Summary
ハイブに戻るバンブルミツバチ(ボンバス)の労働者から花粉を集める非致死的で自動化されたメカニズムを提示します。デバイスの製造、準備、インストール、および使用に関する説明書が含まれています。3D プリントオブジェクトを使用することで、設計の変更はタイムリーで効率的で、テストの迅速なターンアラウンドが可能になりました。
Abstract
花粉の飼育からバンブルミツバチの植物源を確認するには、個人を収集して、分析のためにコルボキュラー花粉の負荷を取り除く必要があります。 これは伝統的に、巣の入り口や花の上で飼料をネットし、氷の上でミツバチを冷やし、鉗子やブラシでコルビクエから花粉の負荷を取り除くことによって行われてきました。 この方法は時間と労力を要し、通常の採餌行動を変更する可能性があり、タスクを実行する作業者に対してインシデントが発生する可能性があります。 ミツバチのじんましんに使用されるような花粉トラップは、巣の入り口でスクリーンを通過する労働者の足からコルブロック花粉の負荷を取り除くことによって花粉を収集します。 トラップは、最小限の労働力でフォアガーミツバチを返すことから大量の花粉を取り除くことができますが、現在までにそのようなトラップはバンブルミツバチのコロニーで使用することはできません。バンブルミツバチコロニー内の労働者は、商業的に飼育されたバンブルミツバチのじんましんにこのメカニズムを適応させることが困難な入り口のサイズ選択を行うサイズが異なる可能性があります。 3D印刷デザインプログラムを使用して、私たちは正常にバンブル飼料の足から角膜花粉の負荷を除去する花粉トラップを作成しました。 この方法は、コロニーに戻るバンブルミツバチの飼育員から花粉を収集するために研究者が必要とする時間を大幅に削減する。我々は、設計、花粉除去効率試験の結果を提示し、様々なバンブルミツバチ種または巣箱の設計にトラップを適応させるために研究者のための変更の領域を提案する。
Introduction
バンブルミツバチ(ボンバスspp.)は、世界の温帯、高山、北極地域で発見された大きな堅牢な昆虫です1.彼らは、植物のコミュニティに重要であり、彼らが訪問する農作物のための重要な受粉サービスを提供します 2.最近、いくつかの種の豊富さと分布の減少は、受粉者としての重要性を国民の意識の最前線に持って来ています3.研究者は、ミツバチが飼育する多様で豊富な花資源の欠如を含む人口減少に寄与している可能性が高いいくつかのストレッサーを特定しました。ミツバチが飼育する植物種を特定することで、研究者や土地管理者は、バンブルミツバチが資源の入手可能性、競争、および人為的障害の変化にどれほど反応しているかを理解することができます5,6.
バンブルミツバチの花粉採餌の好みを調査する研究は、多くの場合、研究者が花で飼育する個々のミツバチを捕まえて、さらに処理し、7、8、9、10を同定するために標本からコルボリ花粉負荷を取り除くことによって行われます。この方法は、バンブルミツバチ種の種または集合体が領域7の資源をどのように利用しているかについての洞察を提供するが、それは時間がかかり、飼育蜂11の起源のコロニーを特定するために追加の分子分析なしには、じんましん間の好みの潜在的な違いを識別することができない時間がかかる。
採餌力学のいくつかの研究のために、 個々のコロニーで研究を行うことを望む。しかし、野生のバンブルミツバチの巣は、一般的に地下または地上階に位置し、12を見つけるのが困難です。商業的に生産されたバンブルミツバチのじんましんは、研究者により大きなアクセスとより良い実験的制御を提供し、労働者からの花粉の除去は、主に彼らがハイブに戻るときに飼料を捕獲し、手動で彼らのコルバスキュラー花粉負荷13、14を除去することによって行われます。ミツバチの角膜から手で花粉を除去することは、特に花粉飼料の戻る率が低い可能性があるハイブの入り口で花粉の低い毎時収量で時間がかかる。さらに、ミツバチから花粉を手動で取り除くことは、乱れた労働者から刺傷を引き起こす可能性があります。
花粉トラップは、ミツバチから花粉を実験的に除去するために何十年も使用されてきました。しかし、バンブルミツバチから花粉を除去する受動的な方法は開発されていない。花粉を戻すフォアガーバンブルミツバチから除去するメカニズムを開発する際の主な障害は、バンブルミツバチコロニー16に存在する労働者サイズの大きな変動である。ミツバチの花粉トラップは、ミツバチの労働者の大きさがあまり変わらないので、主に効果的です。さらに、これらのトラップはインストール後にわずかな操作しか必要としないし、ミツバチを犠牲にする必要はありません17.これは、ハイブに戻るときに労働者の後ろ足から花粉を取り除くスクリーンまたはプラスチック表面を使用して達成されます。これらのトラップは、花粉の負荷の一部のみを飼料から取り除き、それらの様々なデザインは花粉の収集で多様な効率をもたらす。花粉がミツバチの足から取り除かれると、それはスクリーンを通って、ミツバチがアクセスできないコレクション盆地に落ちるので、研究者はハイブにわずかな妨害でしか取り除かれなくなります。
本研究の目的は、ミツバチのじんましんから花粉を採取するために使用される技術を適応させ、3Dプリント構造を使用してそれらをバンブルミツバチの巣に適用し 、Bombus huntiiのコロニー上のトラップデザインをテストすることです。設計プロセスは、トラップが生産するために安価で、様々なバンブルミツバチ種に適応可能で、ミツバチに害や妨害を最小限に抑え、花粉除去率が花粉の手のコレクションを超えるべきであるという仮定に従った。3次元印刷技術は、汎用性が高く、簡単にアクセスでき、費用対効果の高いツールであり、研究者は特定の目的のためにオブジェクトを複製および変更することができます18.ここに示す技術は、花粉トラップを構築し、市販のバンブルミツバチのコロニーにそれらを取り付けるためにユーザーに指示します。トラップは野生のコロニーで使用するようには設計されていません。これらのトラップは、巣箱に戻るときに、バンブルミツバチを運ぶ花粉の後ろ足からコルボキュラー花粉の負荷を受動的に取り除きます。
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Protocol
1. 花粉トラップ構造の印刷
- バンブルミツバチが巣を作っている巣箱に適したSTLファイルをダウンロードします(例えば、バイオベストやコッパート風のじんましん、https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/)。ファイルは、エンドユーザーがダウンロードおよび変更のために無料で、一般に利用可能です。
- STL ファイルをプリンタ プログラムで開きます。プリンタの製造元の指示に従って、4 つのトラップ コンポーネントを作成します。
注:トラップボディが印刷するには約3時間、キャッチ盆地が印刷する場合は2時間、フィルタとトラップクロージャ挿入でそれぞれ30分を印刷します。トラップ本体サイズは6cm×3.8cm×7cmです。
2. 花粉トラップアセンブリ
- トラップ本体とキャッチ盆地と共に印刷された支持構造を取り外し、トラップ本体の篩構造のものを含む(図1)。
- 3/16 in(0.476 cm)のドリルビットをハンドドリルに取り付けて、花粉フィルターの隆起した端を横切るプラスチックストランドを取り除き、ハエがフィルターホールを通過するのを妨げる可能性があります。花粉フィルターの平らな側面に任意のバンプや隆起エッジを均等にするために、カミソリの刃とサンドペーパーを切断ボックスを使用してください。
- プラスチックフィルターをトラップ本体の片側にそっと押し込んで、花粉フィルターをトラップ本体に入れます。トラップの左側には、上げられたフィルタコーンの通過に対応する大きな開口部が付いているため、フィルタは一つの方法でのみ適合します。
- 側面のスリットが小さすぎて花粉フィルターが滑らかに滑り落ちる場合は、一度にプラスチックの小さな部分を取り除くことができるカミソリまたは他のツールでトラップボディのスリットから十分なプラスチックを削ります。花粉フィルターとトラップ本体の間に 2 mm の隙間があって、花粉フィルターがしっかりと収まることを確認します。
- トラップボディの底部の隆起したエッジをキャッチ盆地の上部の溝にスライドさせて、キャッチ盆地をトラップボディに取り付けます。捕捉盆は、トラップ本体の篩領域の真下に配置する必要があります(図1A\u2012E)。
- プラスチックを切断またはサンディングして、トラップ本体からのキャッチ盆地の滑らかな配置と除去を可能にすることで、適切な修正を行います。キャッチ盆地の配置は、所定の位置に花粉フィルターを確保し、キャッチ盆地が取り外されるまで除去することはできませんし、また、キャッチ盆地が所定の位置にある間に花粉フィルターを挿入することはできません。
注: 複数のじんましんが互いに近くに配置されている場合、各ハイブにトラップボディの一意の色の組み合わせを提供し、さまざまな方向のハイブを展開することに加えて、流域と花粉フィルタ構造をキャッチすると、戻ってくる作業者が巣を見つけるのに役立ちます。
3. バンブルミツバチコロニーの準備
- コロニーを展開する前に24\u201248 hの花粉の給餌を停止します。これにより、労働者は保存された花粉を使い切り、花粉を求めて巣を離れるように刺激します。
- トラップのインストール中にミツバチがエスケープするのを防ぐために、フィルタースロットにトラップクロージャ挿入を挿入して、インストール用のハイブトラップ本体を準備します。
- 赤い光の下でミツバチが飛ぶのを防ぐために、段ボールの外側の箱からプラスチック製の巣箱を持ち上げます。
- 巣の前にプラスチック製の巣の入り口を見つけます。巣の供給者に応じて入り口の2つのスタイルがあります:コッパースタイルのボックス(ステップ3.5)とBiobestスタイルのボックス(ステップ3.6)。。
- コッパースタイルのハイブの入り口の場合は、両方の入り口の穴が開くまで入り口タブを引き上げて巣の入り口に花粉トラップを取り付けます。
- 花粉トラップの2本のチューブを入口穴に挿入し、花粉トラップのふるいが底にあることを確認します。プラスチック製の入り口タブをそっと押し下げて、花粉トラップを所定の位置に固定します。
- バイオベストスタイルのハイブの入り口に花粉トラップを取り付けるには、平らなヘッドドライバーを使用して、巣箱からプラスチック製の入り口装置をそっとこじてください。花粉トラップを巣にしっかりと当てはめて入口穴に入れ込む(図1E)。
- 必要に応じて、トラップが巣箱に接触するテープまたはクイックドライ接着剤を使用して、ネストにトラップを固定します。
- プラスチック製の巣箱を段ボール箱に戻します。花粉トラップに対応するために段ボールを切り取る必要があるかもしれません。
4. 巣の展開
- 分析範囲にネスト ボックスを配置します。これらは、収集される花粉の質と量に悪影響を与える可能性がありますので、風のための降水量と停泊から保護するためにカバーを提供します。温室に入れたじんましんに十分な日焼け止めを施して過熱を減らします。
- トラップボディからトラップクロージャ挿入物を取り外して、飼育者が周囲の領域とその巣の位置を自分で向けることができるように、ミツバチが自由に飼育できるようにします。オリエンテーション飛行時間は、通常の条件下で24時間で完了する必要があります。
5. 花粉コレクション
- トラップを固定するには、花粉フィルターをフィルター スロットにスライドさせて、確実に適切な位置に配置します。
- キャッチ洗面器を、完全に閉じるまで、前部からトラップ本体にスライドさせて設置します。捕捉盆が過度に緩んでいる場合や、トラップ本体から落ちる場合は、ゴムバンドを使用してトラップボディに固定します。
- 最初の展開で花粉トラップに出入りするミツバチを観察し、花粉フィルターの穴がミツバチを収容するのに十分な大きさであることを確認します。
- 作業者が花粉フィルターを通過できない場合は、フィルターを取り外し、3/16 in (0.476 cm) より大きいドリル ビットを使用して穴のサイズを大きくします。大きすぎる穴は花粉を集めないので、毎回穴径1/32インチ(0.079 cm)を増やして、連続的に行います。
- ミツバチがフィルターを通過できるようになると、入り口を観察し続け、再入国時に花粉が取り除かれていることを確認します。
注:ミツバチは花粉フィルターの穴、特に彼らが通過する最初の数回を動かすのに苦労するはずです。彼らがあまりにも簡単に通過した場合、花粉はコルビキュラから外れない可能性があります。
- 花粉の収集の指定期間の後、滑り、トラップ本体から捕まえる盆地を除去します。
- 実験計画に従って花粉の負荷を処理します。
- 花粉の収集の次の期間まで労働者が自由に飼育できるように花粉フィルターを削除します。トラップボディは、実験の間ハイブにアタッチされたままになることがあります。
注:研究者がコロニーから花粉を収集することを望む限り、花粉トラップが従事している可能性があります。しかし、1週間に24時間以上の花粉トラップの展開は、ハイブと遅滞コロニーの発達中のブロードの飢餓をもたらす可能性があります。
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Representative Results
8つの異なる花粉フィルター設計は、戻ってくるバンブルミツバチ労働者から角膜花粉の負荷を除去する際の有効性と効率を決定するためにテストされた。すべての設計は、戻ってくる偽造者から少なくとも1つのコルキュール花粉の負荷を取り除くことに成功しました。しかし、一部の労働者がハイブを離れたり入ったりするのを遅くしたり、花粉の負荷を取り除くことができなかったことが判明しました(表1)。様々なフィルターを持つ花粉トラップは、7日間にわたって収集された7日間(3/2/16\u20123/86)で収集された累積合計138.5時間および229個のコルボラー花粉負荷のために温室で栽培されたファセリア・タナセチフォリアのB.ハンティ・グリーン飼育コロニー4つの実験室飼育コロニーで順次試験された(表1)。花粉トラップが偽造活動を記録するために従事している間、ビデオカメラは巣の入り口の前に置かれました。トラップの入り口の設計は、その期間にわたって試行錯誤によって進めました。試験期間中に52時間のビデオ観察と142回のコーブリキュラー花粉負荷を採取した(表1)。効率は、フィルターを通過した観察された花粉を積んだ飼料の数で収集されたコルボキュラー花粉の負荷の数を割ることによって計算された。花粉フィルターの設計効率は2\u201258.9%から取除かれた完全なコーブラキュラー花粉の負荷の範囲であった。コルバスキュラー花粉の負荷は脚から取り除かれ、キャッチ盆地に花粉のまとまりのあるペレットとして落ちた。この骨盤状の負荷がペレットとして除去される傾向があるため、部分的な角膜花粉負荷除去は珍しかったが、一部の部分的な負荷は、ブチが巣に入った後に角膜に一部の花粉が残っていることを確認できなかったため、完全な除去としてカウントされた可能性がある。全体のフィルター開口部は、循環的に花粉の収集とネスト環境への作業者の移動を改善しました。さらに、巣箱から遠ざかっていた構造を上げたフィルターデザインも、飼育者の後ろ足からの花粉除去を改善しました。以前のフィルター設計を用いた以前のフィールドスタディでは、24時間の収集後に収集された花粉の平均重量は、11ハイブ日採取期間にわたって1.017 gであった。各巣から採集された花粉の総質量の中には、高い変動(1日当たり0.22\u20122.94 g)がありました。これらの値は、この方法を使用して花粉を収集できる予想される質量範囲を表します。ダウンロード花粉トラップ印刷ファイルの最終的な設計は、デザイン番号8、上げられたエッジを持つ円形トラップ入り口です。
図1:ミツバチの巣にマウントされた花粉トラップ。 (A)労働者が飛び地を通過し、花粉フィルターに向かってふるいを渡って移動する花粉トラップの正面図。(B)キャッチ盆地が滑って取り付けられるトラップ本体の溝付きエッジを示す組み立てられた花粉トラップの後部図。(C)花粉フィルターをトラップ本体に入れ、捕捉盆によって固定することを可能にする花粉フィルタースリットを示す組み立てられた花粉トラップの側面図。(D) 花粉フィルターが挿入されたトラップボディの下部ビューは、篩は、コルバスキュラー花粉の負荷が漁獲盆地に落ちるようにし、収集された花粉にアクセスすることから労働者を制限します。(E)巣箱に取り付けられた組み立て花粉トラップの側面図。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:作業者の足からコルボリ花粉の負荷を取り除くメカニズム。(A) 労働者のサイドビューと、組み立てられた花粉トラップに対する相対的なサイズ。(B) 花粉フィルター穴に近づく作業者の側面図。(C)花粉フィルター穴を通過する作業者の側面図は、腹部のフィルターと腹側表面に接触するように、コーブラキュラー花粉の負荷を強制する。(D) 花粉フィルター穴を通過する作業者の後側図は、腹部のフィルターと腹側表面に接触するように、コーブリキュラー花粉の負荷を強制する。(E)コルバスラから角花粉の負荷が取り除かれ、ふるいを通って漁獲盆地に落とされると、労働者の後方の視点は、コルバスの花粉の負荷がコルビキュアから取り除かれ、ふるいを通って、ふるいを通って、漁場に落とし込む。
| 累積合計 | ビデオ観察 | ||||||||
| デザイン ID | エントランス形状 | 展開 (時間) | コーブラキュラー花粉の負荷を収集 | 回収率 (花粉負荷/時間) | 観察(時間) | コーブラキュラー花粉の負荷を収集 | 花粉飼料 | 個人の効率* | 総効率** |
| 1 | ダイヤモンド | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 9 | 0.11 | 5.56% |
| 2 | ダイヤモンド | 3.5 | 2 | 0.57 | 3.5 | 2 | 50 | 0.04 | 2.00% |
| 3 | 正方形 | 4.5 | 2 | 0.44 | 4.5 | 2 | 2 | 1 | 50.00% |
| 4 | 円 | 9.5 | 7 | 0.74 | - | - | - | - | - |
| 5 | 円 | 17.5 | 10 | 0.57 | 5.75 | 5 | 23 | 0.22 | 10.87% |
| 6 | 円 | 18 | 36 | 2 | 13 | 35 | 54 | 0.65 | 32.41% |
| 7 | 円 | 49.5 | 48 | 0.97 | 6.25 | 11 | 17 | 0.65 | 32.35% |
| 8 | 円 | 35 | 123 | 3.51 | 18 | 86 | 73 | 1.18 | 58.90% |
| トータル | 138.5 | 229 | - | 52 | 142 | 228 | - | - | |
| *戻り花粉の飼育から収集されたコルビキュラー花粉の平均数。 | |||||||||
| **戻る飼育者から集められた総コルボキュラー花粉負荷の割合(個人/2)。 | |||||||||
表1:ビデオ映像を通じて検証された総展開時間、採取された花粉負荷、時間と共に収集率、花粉飼育器の数、個人および全効率の要約表。
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Discussion
バンブルミツバチコロニーの入り口からの花粉のコレクションは、生態学的および農業的研究の様々なことができます。バンブルミツバチが花粉を収集する花の源を特定することは、コロニーの全体的な食事に貢献する植物の多様性に関する貴重な情報と洞察を提供します19.花粉源を特定することは、野生の土地における生態系サービスの農業生産と研究の両方に影響を及ぼす12,20.比較的大きなサンプルのコルボキュラー花粉負荷を集めることで、研究者は、バンブルミツバチが21に配備された目標作物、バンブルミツバチダイエット8の他の重要な構成成分、および領域7内の特定の種の好ましい飼料に飼育されているかどうかを判断することができる。花粉トラップを使用してバンブルミツバチのコロニーからの花粉収集を自動化することは、バンブルミツバチの採餌、栄養および農薬暴露の拡大研究を可能にする。
バンブルミツバチ花粉の嗜好を調査する研究の大半に使用されているミツバチからの花粉の手の除去は、時間と労働集約的な10です。対照的に、花粉トラップ設計を用いた花粉の受動的なコレクションは、1週間の間に4つのコロニーから200以上の角膜花粉負荷を集めた。したがって、この方法は、研究者が将来の研究のためのサンプリング努力と統計的堅牢性の両方を増加させる異なる場所にまたがる複数のじんましんから花粉を収集することを可能にする。
花粉フィルターの設計を開発し、改善するためには、トラップ機構を通過するバンブルミツバチの労働者のビデオ録画が不可欠でした。バンブルミツバチが狭い空間を通過すると、後ろ足が腹部の後ろと下に伸びるのを観察しました(図2C\u2012E)。この現象を観察すると、花粉フィルターの3D印刷設計と試行錯誤テストが変更されました (表 1)。トラップを展開する際の観察のためのビデオ録画の利用は、トラップが適切かつ効率的に機能していることを確認するために、必要に応じて変更を行うことができるように、正式な実験を開始する前に推奨されます。ハイブ内とじんましんの両方の体の大きさの違いを説明するために、研究の目標は、トラップの入り口のサイズを変更することができます。我々は、より大きな飼育者が出てハイブに入ることができるようにトラップの入り口を調整することは、採餌活動とコルボキュラー花粉負荷の合理的な効率(>50%)除去に最小限の混乱を提供することを観察した。3Dプリントプラスチックは、ハンドツールで簡単に変更され、印刷デザインは、特定のプロジェクトのために、またはボックスの入り口のデザインが変更されるように操作することができます18.
この方法の制限は、花粉フィルターの設計がサンプリングされているバンブルミツバチの種に固有であるということです。この方法では、入口孔の均一なサイズを使用し、理論的には、巣の中のより大きな個体を採餌から制限し、飼育をサンプリングできない小規模な労働者を制限する可能性があります。しかし、私たちの設計は、大規模な労働者が通過することを許可し、我々は体のサイズに基づいて効率を定量化しませんでした。ダウンロード可能な設計は、B.huntiiワーカーの平均サイズ(3.22 mm胸部幅22)で設計されているため、B.impatiens(3.38 mm23)またはB.terrestris(4.77 mm24)の労働者に説明されているように拡張する必要があります。B.terrestrisを使用したある研究では、より大きな個体が小さな労働者よりも頻繁に花粉を集めることが指摘された25;しかし、その後の作業では、労働者の規模と北米のバンブルミツバチB.impatiens26、27、28の花粉採餌旅行の頻度に相関関係は見つからなかった。さらに、作業者のサイズはシーズン12を通して変化する可能性があるため、花粉の収集が効率的に行われていることを確認するために、定期的に検査する必要があります。関心のある種と取り組まれている特定の研究の質問を理解することは、ケースバイケースでこのトラップ設計の有用性を評価する上で重要です。
従事する花粉トラップの存在に飼料を戻すことによって示された行動応答は可変であった。これには、(i)巣環境に再び入るために必要な追加の努力に順応する労働者、(ii)フィルタを通過するために複数の試みを取る労働者、(iii)フィルタの開口部を回避し、代わりにトラップボディふるいを通過させようとする労働者、および(iv)労働者はフィルターを避け、口当ての集まりに切り替え、巣の底に沿って巣の穴を通って巣の巣に入れ子に移す。巣の入り口が塞がれていない場合でも、この種29 の以前の研究では、ハイブへの代替入り口を見つけようとするバンブルミツバチの飼育者が観察されていました。これらの応答は、トラップの存在のために行動を変えた飼育者の割合を定量化しなかったほど珍しいことが観察されましたが、トラップ展開直後にほとんどのミツバチがトラップに順応したことを除いて。
この方法の将来の用途は、他の商業的に生産されたバンブルミツバチ種、特にB.テレストリスおよびB.インパティエンスに既存の設計を適応させることを含む世界的な温室作物の受粉に主に使用される19。これらの花粉トラップをネイティブの範囲外の場所の商業用じんましんに使用することで、研究者はどのようなニッチな重複を決定し、競争力のある相互作用が在来のBombus種30,31と起こっている可能性があるかを判断することができます。
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Disclosures
著者らは開示するものは何もない。
Acknowledgments
コルビー・カーペンターとスペンサー・マティアスが3Dプリンティングデザインを支援してくれたことに感謝します。エレン・クリンガーが写真の人物を制作し、ジョナサン・B・コッホが改訂を支援してくれたことに感謝します。資金は、USDA-ARS受粉昆虫生物学、管理、系統研究ユニットによって提供されました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MakerBot Replicator+ | MakerBot | Model PABH65 | |
| MakerBot Tough Material | PLA Filament | various colors | |
| Nest Box | Biobest | Not sold publicly without bee purchase |
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