Eine 3D-gedruckte Pollenfalle für Hummel (Bombus) Bienenstockeingänge

Zusammenfassung

Wir stellen einen nicht-tödlichen und automatisierten Mechanismus vor, um Pollen von Hummelarbeitern (Bombus) zu sammeln, die zu einem Bienenstock zurückkehren. Anleitungen zur Herstellung, Vorbereitung, Installation und Verwendung der Geräte sind enthalten. Durch die Verwendung von 3D-gedruckten Objekten war die Änderung des Designs zeitnah, effizient und ermöglichte eine schnelle Bearbeitungszeit für das Testen.

Zusammenfassung

Um die Pflanzenquellen zu überprüfen, aus denen Hummeln nach Pollen suchen, müssen Individuen gesammelt werden, um ihre korvikulären Pollenlasten für die Analyse zu entfernen. Dies geschieht traditionell, indem Futtersucher an Nesteingängen oder an Blumen genetzt, die Bienen auf Eis gekühlt und dann die Pollenlasten mit einer Pinzette oder einer Bürste von den Corbiculae entfernt wurden. Diese Methode ist zeit- und arbeitsintensiv, kann das normale Futtersuchverhalten verändern und zu Stichvorfällen für den Arbeiter führen, der die Aufgabe ausführt. Pollenfallen, wie sie bei Honigbienenstöcken verwendet werden, sammeln Pollen, indem sie korvikuläre Pollenlasten von den Beinen der Arbeiter entfernen, während sie durch Bildschirme am Nesteingang gehen. Fallen können eine große Menge Pollen von zurückkehrenden Futterbienen mit minimalem Arbeitsaufwand entfernen, aber bis heute ist keine solche Falle für die Verwendung mit Hummelvölkern verfügbar. Arbeiter innerhalb einer Hummelkolonie können in der Größe variieren, was die Größenauswahl der Eingänge schwierig macht, diesen Mechanismus an kommerziell aufgezogene Hummelstöcke anzupassen. Mit Hilfe von 3D-Druck-Designprogrammen haben wir eine Pollenfalle erstellt, die erfolgreich die korvikulären Pollenlasten von den Beinen der zurückkehrenden Hummelsucher entfernt. Diese Methode reduziert signifikant die Zeit, die Forscher benötigen, um Pollen von Hummelsuchern zu sammeln, die in die Kolonie zurückkehren. Wir präsentieren das Design, die Ergebnisse der Pollenentfernungseffizienztests und schlagen Den Forschern Bereiche für Modifikationen vor, um Fallen an eine Vielzahl von Hummelarten oder Nistkastendesigns anzupassen.

Einleitung

Hummeln (Bombus spp.) sind große robuste Insekten, die in den gemäßigten, alpinen und arktischen Regionen der Welt vorkommen¹. Sie sind wichtig für Pflanzengemeinschaften und bieten einen wichtigen Bestäubungsdienst für die landwirtschaftlichen Kulturen, die sie besuchen². Der jüngste Rückgang der Häufigkeit und Verbreitung mehrerer Arten hat ihre Bedeutung als Bestäuber in den Vordergrund des öffentlichen Bewusstseins gerückt³. Forscher haben mehrere Stressfaktoren identifiziert, die wahrscheinlich zum Bevölkerungsrückgang beitragen, einschließlich eines Mangels an vielfältigen und reichlich vorhandenen Blütenressourcen, auf denen Hummeln nach^{Futter suchen 4}. Die Identifizierung, aus welchen Pflanzenarten Hummeln suchen, ermöglicht es Forschern und Landmanagern zu verstehen, wie Hummeln auf Veränderungen der Ressourcenverfügbarkeit, des Wettbewerbs und anthropogener Störungen reagieren können^5,6.

Studien, die die Pollenfutterpräferenzen von Hummeln untersuchen, werden oft von Forschern durchgeführt, die einzelne Bienen fangen, die nach Blumen suchen, und dann die korvikulären Pollenlasten von Exemplaren zur weiteren Verarbeitung und Identifizierung entfernen^7,8,9,10. Während diese Methode einen Einblick gibt, wie eine Art oder eine Ansammlung von Hummelarten die Ressourcen in einem Gebiet^{nutzt 7}, ist es zeitintensiv und potenzielle Unterschiede in den Präferenzen zwischen Bienenstöcken können ohne zusätzliche molekulare Analysen nicht erkannt werden, um die Ursprungskolonie der Futterbiene¹¹zu identifizieren.

Für einige Studien zur Dynamik der Nahrungssuche ist es wünschenswert, die Studien an einzelnen Kolonien durchzuführen; Wilde Hummelnester befinden sich jedoch im Allgemeinen unterirdisch oder am Boden, was es schwierig macht, sie zu finden¹². Kommerziell hergestellte Hummelstöcke bieten Forschern einen besseren Zugang und eine bessere experimentelle Kontrolle, und die Entfernung von Pollen von Arbeitern wird immer noch in erster Linie durchgeführt, indem Sammler gefangen werden, wenn sie zum Bienenstock zurückkehren, und ihre korvikulären Pollenlasten manuell entfernen^13,14. Die Entfernung von Pollen von Hand aus der Corbicula einer Biene ist zeitintensiv mit einem geringen stündlichen Pollenertrag, insbesondere an Bienenstockeingängen, wo die Rate der zurückkehrenden Pollensucher niedrig sein kann. Darüber hinaus kann das manuelle Entfernen von Pollen von Bienen zu Stichen von gestörten Arbeitern führen.

Pollenfallen werden seit Jahrzehnten zur experimentellen Entfernung von Pollen von Honigbienen verwendet¹⁵; Eine passive Methode zur Entfernung von Pollen von Hummeln wurde jedoch nicht entwickelt. Das Haupthindernis bei der Entwicklung eines Mechanismus zur Entfernung von Pollen von zurückkehrenden Sammlerhummeln ist die große Variation der Arbeitergrößen, die in einer Hummelkolonie existieren¹⁶. Honigbienenpollenfallen sind vor allem deshalb wirksam, weil die Größe der Honigbienenarbeiter nicht sehr unterschiedlich ist. Darüber hinaus erfordern diese Fallen nach der Installation nur geringfügige Manipulationen und erfordern nicht, dass Bienen geopfert werden¹⁷. Dies wird durch Siebe oder Kunststoffoberflächen erreicht, die den Pollen von den Hinterbeinen der Arbeiter entfernen, wenn sie in den Bienenstock zurückkehren. Diese Fallen entfernen nur einen Teil der Pollenlasten von zurückkehrenden Sammlern, und die verschiedenen Designs dieser fallen zu unterschiedlichen Wirkungsgraden bei der Pollensammlung. Wenn der Pollen von den Bienenbeinen entfernt wird, fällt er durch ein Sieb und in ein Auffangbecken, zu dem die Bienen keinen Zugang haben, so dass der Forscher ihn mit nur geringfügigen Störungen des Bienenstocks entfernen kann.

Der Zweck der vorliegenden Studie ist es, die Techniken, die zum Sammeln von Pollen aus Honigbienenstöcken verwendet werden, anzupassen und sie unter Verwendung von 3D-gedruckten Strukturen auf Hummelnester anzuwenden und die Fallendesigns an Kolonien von Bombus huntiizu testen. Der Designprozess folgte den Annahmen, dass die Fallen kostengünstig herzustellen und an eine Vielzahl von Hummelarten angepasst werden sollten, den Bienen nur minimalen Schaden oder Störungen zufügen sollten und dass die Rate der Pollenentfernung die Pollenentnahme an der Hand übersteigen sollte. Die dreidimensionale Drucktechnologie ist vielseitig, leicht zugänglich und ein kostengünstiges Werkzeug, mit dem Forscher Objekte für bestimmte Zwecke replizieren und modifizieren können¹⁸. Die hier vorgestellte Technik weist den Anwender an, Pollenfallen zu bauen und an handelsüblichen Hummelvölkern zu befestigen. Die Fallen sind nicht für den Einsatz bei wilden Kolonien ausgelegt. Diese Fallen entfernen passiv die korvikulären Pollenlasten von den Hinterbeinen pollentragender Hummeln, wenn sie zu ihren Nistkästen zurückkehren.

Protokoll

1. Pollenfallenstrukturen drucken

1. Laden Sie die entsprechende STL-Datei für den Nistkasten herunter, in dem Hummeln nisten (z. B. Bienenstöcke im Biobest- oder Koppert-Stil, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Die Dateien sind für die Öffentlichkeit verfügbar, kostenlos zum Herunterladen und Ändern durch den Endbenutzer.
2. Öffnen Sie die STL-Datei im Druckerprogramm. Befolgen Sie die Anweisungen des Druckerherstellers, um die vier Trap-Komponenten zu erstellen.
   HINWEIS: Warten Sie ca. 3 h für den Druck des Fallkörpers, 2 h für den Druck des Auffangbeckens und jeweils 30 Stunden für den Druck des Filters und des Trap-Verschlusseinsatzes. Die Gehäusegröße der Falle beträgt 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.

2. Pollenfallenmontage

1. Entfernen Sie die mit dem Fangkörper und dem Auffangbecken bedruckten Stützstrukturen, einschließlich derjenigen der Siebstruktur des Fangkörpers (Abbildung 1).
2. Verwenden Sie einen 3/16 Zoll (0,476 cm) Bohrer, der in einem Handbohrer montiert ist, um alle Kunststoffstränge zu entfernen, die die erhöhten Kanten des Pollenfilters überqueren und eine Biene daran hindern könnten, sich durch die Filterlöcher zu bewegen. Verwenden Sie eine Schneideklinge und Schleifpapier, um Unebenheiten oder erhöhte Kanten auf der flachen Seite des Pollenfilters auszugleichen.
3. Legen Sie den Pollenfilter in den Fangkörper, indem Sie den Kunststofffilter vorsichtig durch eine Seite des Fallenkörpers drücken. Der Filter passt nur auf eine Weise, da die linke Seite der Falle eine größere Öffnung hat, um den Durchgang der erhöhten Filterkegel aufzunehmen.
   1. Wenn die seitlichen Schlitze zu klein sind, als dass der Pollenfilter reibungslos durchrutschen könnte, kratzen Sie mit einem Rasierer oder einem anderen Werkzeug, das kleine Teile des Kunststoffs auf einmal entfernen kann, genügend Plastik vom Schlitz im Fallenkörper weg. Stellen Sie sicher, dass der Pollenfilter sicher sitzt und nicht mehr als 2 mm Abstand zwischen Pollenfilter und Fangkörper hat.
4. Befestigen Sie das Auffangbecken am Fangkörper, indem Sie die erhöhten Kanten an der Unterseite des Fangkörpers in die Nut auf der Oberseite des Auffangbeckens schieben. Das Auffangbecken sollte direkt unter dem Siebbereich des Fangkörpers positioniert werden (Abbildung 1A\u2012E).
5. Nehmen Sie geeignete Änderungen vor, indem Sie den Kunststoff schneiden oder schleifen, um eine reibungslose Platzierung und Entfernung des Auffangbeckens vom Fangkörper zu ermöglichen. Durch die Platzierung des Auffangbeckens wird der Pollenfilter an Ort und Stelle gesichert, und er kann nicht entfernt werden, bis das Auffangbecken entfernt ist, noch kann der Pollenfilter eingeführt werden, während das Auffangbecken vorhanden ist.
   HINWEIS: Wenn mehrere Bienenstöcke nahe beieinander platziert sind, hilft es den zurückkehrenden Arbeitern, ihre Nester mit einer einzigartigen Farbkombination aus Fallenkörper, Auffangbecken und Pollenfilterstrukturen auszustatten und zusätzlich Bienenstöcke mit unterschiedlicher Ausrichtung einzusetzen.

3. Hummelvolk Vorbereitung

1. Stoppen Sie die Pollenfütterung 24 \ u201248 h, bevor Sie Kolonien einsetzen. Dies führt dazu, dass die Arbeiter alle gespeicherten Pollen verbrauchen und sie dazu anregen, das Nest auf der Suche nach Pollen zu verlassen.
2. Bereiten Sie den Beutenfallekörper für die Installation vor, indem Sie einen Fallenverschlusseinsatz in den Filterschlitz einführen, um zu verhindern, dass Bienen während der Installation der Falle entweichen.
3. Arbeiten Sie unter rotem Licht, um zu verhindern, dass die Bienen fliegen, heben Sie den Plastiknistkasten aus dem Pappaußenkasten.
4. Suchen Sie den Eingang des Plastiknestes an der Vorderseite des Nestes. Je nach Nestanbieter gibt es zwei Arten von Eingängen: Koppert-Boxen (Schritt 3.5) und Biobest-Boxen (Schritt 3.6).
5. Für Bienenstockeingänge im Koppert-Stil montieren Sie die Pollenfalle am Nesteingang, indem Sie an der Eingangslasche hochziehen, bis beide Eingangslöcher geöffnet sind.
   1. Führen Sie die beiden Röhren der Pollenfalle in die Eingangslöcher ein und stellen Sie sicher, dass sich das Sieb der Pollenfalle auf der Unterseite befindet. Drücken Sie vorsichtig auf die Kunststoffeingangslasche, um die Pollenfalle an Ort und Stelle zu befestigen.
6. Um die Pollenfalle in Bienenstockeingänge im Biobest-Stil zu installieren, verwenden Sie einen Flachkopfschraubendreher, um die Kunststoffeingangsvorrichtung vorsichtig aus dem Nistkasten zu hebeln. Setzen Sie die Pollenfalle in die Nesteingangslöcher ein, bis sich die Pollenfalle fest gegen das Nest befindet (Abbildung 1E).
   1. Befestigen Sie die Falle mit Klebeband oder schnell trocknendem Klebstoff am Nest, wo die Falle bei Bedarf den Nistkasten berührt.
7. Bringen Sie den Plastiknistkasten in den Karton zurück. Pappe muss möglicherweise weggeschnitten werden, um die Pollenfalle unterzubringen.

4. Einsatz von Nestern

1. Legen Sie Nistkästen in den Untersuchungsbereich. Bieten Sie Deckung zum Schutz vor Niederschlag und Verankerung für Wind, da diese die Qualität und Quantität der gesammelten Pollen beeinträchtigen können. Stellen Sie Bienenstöcke, die in Gewächshäusern platziert sind, eine ausreichende Sonnendecke zur Verfügung, um eine Überhitzung zu reduzieren.
2. Entfernen Sie den Fallenverschlusseinsatz vom Fallenkörper, damit bienen frei nach Futter suchen können, damit sich die Sammler an der Umgebung und dem Standort ihres Nestes orientieren können. Die Orientierungsflugzeit sollte unter normalen Bedingungen in 24 Stunden abgeschlossen sein.

5. Pollensammlung

1. Um die Falle zu aktivieren, schieben Sie den Pollenfilter in den Filterschlitz und stellen Sie sicher, dass er sicher an Seinem Platz ist.
2. Installieren Sie das Auffangbecken, indem Sie es von vorne auf den Fangkörper schieben, bis es vollständig geschlossen ist. Wenn das Auffangbecken übermäßig locker ist oder vom Fangkörper fällt, verwenden Sie ein Gummiband, um es am Fangkörper zu befestigen.
3. Beobachten Sie Bienen, die beim ersten Einsatz in die Pollenfalle ein- und aussteigen, um sicherzustellen, dass die Pollenfilterlöcher groß genug sind, um die Bienen aufzunehmen.
   1. Wenn arbeiter nicht in der lagen, den Pollenfilter zu passieren, entfernen Sie den Filter und verwenden Sie dann Bohrer größer als 3/16 Zoll (0,476 cm), um die Lochgrößen zu erhöhen. Tun Sie dies sequentiell und erhöhen Sie den Lochdurchmesser jedes Mal um 1/32 Zoll (0,079 cm), da zu große Löcher keine Pollen sammeln.
   2. Sobald bienen in der Lage sind, den Filter zu passieren, beobachten Sie weiterhin den Eingang, um sicherzustellen, dass Pollen beim Wiedereintritt entfernt werden.
      HINWEIS: Bienen sollten Schwierigkeiten haben, sich durch die Pollenfilterlöcher zu bewegen, besonders wenn sie die ersten Male passieren. Wenn sie zu leicht passieren, können die Pollen nicht von den Corbiculae entfernt werden.
4. Nach der festgelegten Zeit der Pollensammlung gleiten sie und entfernen Sie das Auffangbecken aus dem Fangkörper.
5. Verarbeiten Sie die Pollenlasten nach Ihrem Versuchsentwurf.
6. Entfernen Sie den Pollenfilter, damit die Arbeiter bis zur nächsten Phase der Pollensammlung frei nach Futter suchen können. Der Fallenkörper kann für die Dauer des Experiments am Bienenstock befestigt bleiben.
   HINWEIS: Pollenfallen können so lange eingeschaltet werden, wie der Forscher Pollen aus einer Kolonie sammeln möchte. Der Einsatz von Pollenfallen für mehr als 24 Stunden in einer Woche kann jedoch zum Verhungern der Brut in einem Bienenstock führen und die Entwicklung der Kolonie verzögern.

Ergebnisse

Acht verschiedene Pollenfilterdesigns wurden getestet, um ihre Wirksamkeit und Effizienz bei der Entfernung von korvikulären Pollenbelastungen von zurückkehrenden Hummelarbeitern zu bestimmen. Alle Konstruktionen waren erfolgreich darin, mindestens eine korvikuläre Pollenlast von einem zurückkehrenden Futterhäuschen zu entfernen. Es wurde jedoch festgestellt, dass einige Arbeiter daran hinderten, den Bienenstock zu verlassen oder zu betreten, oder es versäumten, Pollenlasten zu entfernen(Tabelle 1).

Diskussion

Das Sammeln von Pollen von Hummelkolonieneingängen kann eine Vielzahl von ökologischen und landwirtschaftlichen Studien ermöglichen. Die Identifizierung der Blütenquellen, aus denen Hummeln Pollen sammeln, liefert wertvolle Informationen und Einblicke in die Vielfalt der Pflanzen, die zur Gesamternährung einer Kolonie beitragen¹⁹. Die Identifizierung der Pollenquelle hat Auswirkungen sowohl auf die landwirtschaftliche Produktion als auch auf Die Untersuchung von Ökosystemleistungen in wilden...

Materialien

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