Un piège à pollen imprimé en 3D pour les entrées de ruche Bumble Bee (Bombus)

Résumé

Nous présentons un mécanisme non létal et automatisé pour collecter le pollen des travailleurs des bourdons(Bombus)retournant dans une ruche. Des instructions pour la production, la préparation, l’installation et l’utilisation des appareils sont incluses. En utilisant des objets imprimés en 3D, la modification de la conception a été opportune, efficace et a permis un délai d’exécution rapide pour les tests.

Résumé

Pour vérifier les sources végétales à partir desquelles les bourdons se nourrissent de pollen, les individus doivent être collectés pour enlever leurs charges de pollen corbiculaire pour analyse. Cela se fait traditionnellement en filet les butineuses à l’entrée des nids ou sur les fleurs, en refroidissant les abeilles sur la glace, puis en enlevant les charges de pollen des corbicules avec une pince ou une brosse. Cette méthode demande beaucoup de temps et de main-d’œuvre, peut modifier le comportement normal de recherche de nourriture et peut entraîner des incidents cinglants pour le travailleur effectuant la tâche. Les pièges à pollen, tels que ceux utilisés sur les ruches d’abeilles mellifères, recueillent le pollen en délogeant les charges de pollen corbiculaire des pattes des travailleurs lorsqu’elles traversent des écrans à l’entrée du nid. Les pièges peuvent éliminer une grande quantité de pollen des abeilles butineuses qui reviennent avec un minimum de travail, mais à ce jour, aucun piège de ce type n’est disponible pour une utilisation avec les colonies de bourdons. Les travailleurs d’une colonie de bourdons peuvent varier en taille, ce qui rend difficile le choix de la taille des entrées pour adapter ce mécanisme aux ruches de bourdons élevées commercialement. En utilisant des programmes de conception d’impression 3D, nous avons créé un piège à pollen qui élimine avec succès les charges de pollen corbiculaire des pattes des butineuses bourdons de retour. Cette méthode réduit considérablement le temps nécessaire aux chercheurs pour collecter le pollen des butineuses bourdons retournant dans la colonie. Nous présentons la conception, les résultats des tests d’efficacité de l’élimination du pollen et suggérons aux chercheurs des zones de modifications pour adapter les pièges à une variété d’espèces de bourdons ou de nichoirs.

Introduction

Les bourdons(Bombus spp.) sont de grands insectes robustes que l’on trouve dans les régions tempérées, alpines et arctiques du monde^1. Ils sont importants pour les communautés végétales et fournissent un service de pollinisation important pour les cultures agricoles qu’ils visitent². Le déclin récent de l’abondance et de la répartition de plusieurs espèces a mis leur importance en tant que pollinisateurs au premier plan de la sensibilisation du public³. Les chercheurs ont identifié plusieurs facteurs de stress qui contribuent probablement au déclin de la population, notamment un manque de ressources florales diverses et abondantes sur lesquelles les bourdons se nourrissent⁴. L’identification des espèces végétales dont les bourdons se nourrissent permet aux chercheurs et aux gestionnaires des terres de comprendre comment les bourdons peuvent réagir aux changements dans la disponibilité des ressources, la concurrence et les perturbations anthropiques^5,6.

Les études portant sur les préférences de recherche de pollen des bourdons sont souvent menées par des chercheurs attrapant des abeilles individuelles en train de se nourrir des fleurs, puis enlevant les charges de pollen corbiculaire des spécimens pour un traitement et une identification ultérieurs^7,8,9,10. Bien que cette méthode donne un aperçu de la façon dont une espèce ou un assemblage d’espèces de bourdons utilise les ressources d’une zone^7,elle prend beaucoup de temps et les différences potentielles de préférences entre les ruches ne peuvent être discernées sans analyses moléculaires supplémentaires pour identifier la colonie d’origine de l’abeille butineuse¹¹.

Pour certaines études de la dynamique de la recherche de nourriture, il est souhaitable de mener les études dans des colonies individuelles; cependant, les nids de bourdons sauvages sont généralement situés sous terre ou au niveau du sol, ce qui les rend difficiles à localiser¹². Les ruches de bourdons produites commercialement offrent aux chercheurs un meilleur accès et un meilleur contrôle expérimental et l’élimination du pollen des travailleurs est toujours principalement effectuée en capturant les butineuses lorsqu’elles retournent à la ruche et en retirant manuellement leurs charges de pollen corbiculaire^13,14. L’élimination du pollen à la main de la corbicule d’une abeille prend beaucoup de temps avec un faible rendement horaire de pollen, en particulier aux entrées de ruches où le taux de retour des butineuses de pollen peut être faible. De plus, l’élimination manuelle du pollen des abeilles peut entraîner des piqûres de travailleurs perturbés.

Les pièges à pollen sont utilisés pour l’élimination expérimentale du pollen des abeilles mellifères depuis des décennies¹⁵; pourtant, une méthode passive pour éliminer le pollen des bourdons n’a pas été mise au point. Le principal obstacle à la mise au point d’un mécanisme permettant d’éliminer le pollen des bourdons butineux qui reviennent est la grande variation de la taille des travailleurs qui existe dans une colonie de bourdons¹⁶. Les pièges à pollen d’abeilles mellifères sont efficaces en grande partie parce que la taille des travailleurs des abeilles mellifères ne varie pas beaucoup. De plus, ces pièges ne nécessitent que des manipulations mineures après l’installation et ne nécessitent pas que les abeilles soient sacrifiées¹⁷. Ceci est réalisé à l’aide d’écrans ou de surfaces en plastique qui délogent le pollen des pattes postérieures des travailleurs lorsqu’ils retournent à la ruche. Ces pièges n’enlèvent qu’une partie des charges de pollen des butineuses qui reviennent et les différentes conceptions de celles-ci se traduisent par des efficacités variées lors de la collecte du pollen. Lorsque le pollen est retiré des pattes d’abeille, il tombe à travers un écran et dans un bassin de collecte auquel les abeilles n’ont pas accès, de sorte que le chercheur peut l’enlever avec seulement une perturbation mineure de la ruche.

Le but de la présente étude est d’adapter les techniques utilisées pour collecter le pollen des ruches d’abeilles mellifères et de les appliquer aux nids de bourdons en utilisant des structures imprimées en 3D et de tester les conceptions de pièges sur des colonies de Bombus huntii. Le processus de conception a suivi l’hypothèse selon laquelle les pièges devraient être peu coûteux à produire, adaptables à une variété d’espèces de bourdons, causer un minimum de dommages ou de perturbations aux abeilles, et que le taux d’élimination du pollen devrait dépasser la collecte de pollen à la main. La technologie d’impression tridimensionnelle est polyvalente, facilement accessible et constitue un outil rentable permettant aux chercheurs de reproduire et de modifier des objets à des fins spécifiques¹⁸. La technique présentée ici demande à l’utilisateur de construire des pièges à pollen et de les attacher à des colonies de bourdons disponibles dans le commerce. Les pièges ne sont pas conçus pour être utilisés avec des colonies sauvages. Ces pièges enlèvent passivement les charges de pollen corbiculaire des pattes postérieures du pollen transportant les bourdons lorsqu’ils retournent dans leurs nichoirs.

Protocole

1. Imprimer les structures des pièges à pollen

1. Téléchargez le fichier STL approprié pour le nichoir dans lequel nichent les bourdons (p. ex., ruches de style Biobest ou Koppert, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Les fichiers sont disponibles au public, gratuitement pour téléchargement et modification par l’utilisateur final.
2. Ouvrez le fichier STL dans le programme d’impression. Suivez les instructions du fabricant de l’imprimante pour créer les quatre composants d’interruption.
   REMARQUE: Prévoyez environ 3 h pour que le corps du piège imprime, 2 h pour que le bassin de captage imprime et 30 min chacun pour que le filtre et l’insert de fermeture du piège impriment. La taille du corps du piège est de 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.

2. Assemblage du piège à pollen

1. Retirer les structures de support imprimées avec le corps du piège et le bassin de captage, y compris celles de la structure du tamis du corps du piège (Figure 1).
2. Utilisez un foret de 3/16 po (0,476 cm) monté dans une perceuse à main pour dégager tous les brins de plastique traversant les bords surélevés du filtre à pollen qui pourraient empêcher une abeille de se déplacer à travers les trous du filtre. Utilisez une lame de rasoir de coupe de boîte et du papier de verre pour égaliser les bosses ou les bords surélevés sur le côté plat du filtre à pollen.
3. Placez le filtre à pollen dans le corps du piège en poussant doucement le filtre en plastique à travers un côté du corps du piège. Le filtre ne s’adaptera que d’une seule façon, car le côté gauche du piège a une ouverture plus grande pour permettre le passage des cônes de filtre surélevés.
   1. Si les fentes latérales sont trop petites pour que le filtre à pollen puisse glisser en douceur, grattez suffisamment de plastique loin de la fente dans le corps du piège avec un rasoir ou un autre outil qui peut enlever de petites portions de plastique à la fois. Assurez-vous que le filtre à pollen s’adapte solidement en place avec un espace ne dépassant pas 2 mm entre le filtre à pollen et le corps du piège.
4. Fixez le bassin de captage au corps du piège en faisant glisser les bords surélevés au bas du corps du piège dans la rainure en haut du bassin de capture. Le bassin de captage doit être placé directement sous la région du tamis du corps du piège (Figure 1A\u2012E).
5. Apportez les modifications appropriées en coupant ou en ponçant le plastique pour permettre un placement et un retrait en douceur du bassin de captage du corps du piège. L’emplacement du bassin de capture fixera le filtre à pollen en place et il ne pourra pas être retiré tant que le bassin de capture n’est pas retiré, et le filtre à pollen ne peut pas non plus être inséré pendant que le bassin de capture est en place.
   REMARQUE: Si plusieurs ruches sont placées à proximité les unes des autres, fournir à chaque ruche une combinaison de couleurs unique du corps du piège, du bassin de capture et des structures de filtre à pollen en plus de déployer des ruches avec une orientation variée aidera les travailleurs de retour à trouver leurs nids.

3. Préparation de la colonie de bourdons

1. Arrêtez de nourrir le pollen 24\u201248 h avant de déployer les colonies. Cela amènera les travailleurs à utiliser tout pollen stocké et les incitera à quitter le nid à la recherche de pollen.
2. Préparez le corps du piège à ruche pour l’installation en insérant un insert de fermeture du piège dans la fente du filtre pour empêcher les abeilles de s’échapper lors de l’installation du piège.
3. En travaillant sous la lumière rouge pour empêcher les abeilles de voler, soulevez le nichoir en plastique hors de la boîte extérieure en carton.
4. Localisez l’entrée du nid en plastique à l’avant du nid. Il existe deux styles d’entrée selon le fournisseur du nid : les boîtes de style Koppert (étape 3.5) et les boîtes de style Biobest (étape 3.6).
5. Pour les entrées de ruche de style Koppert, montez le piège à pollen sur l’entrée du nid en tirant sur la languette d’entrée jusqu’à ce que les deux trous d’entrée soient ouverts.
   1. Insérez les deux tubes du piège à pollen dans les trous d’entrée, en vous assurant que le tamis du piège à pollen est sur le fond. Appuyez doucement sur la languette d’entrée en plastique pour fixer le piège à pollen en place.
6. Pour installer le piège à pollen dans les entrées de ruche de style Biobest, utilisez un tournevis à tête plate pour arracher doucement le dispositif d’entrée en plastique du nichoir. Insérez le piège à pollen dans les trous d’entrée du nid jusqu’à ce que le piège à pollen soit fermement contre le nid (Figure 1E).
   1. Fixez le piège au nid à l’aide de ruban adhésif ou de colle à séchage rapide à l’endroit où le piège entre en contact avec le nichoir si nécessaire.
7. Retournez le nichoir en plastique dans la boîte en carton. Le carton peut avoir besoin d’être coupé pour accueillir le piège à pollen.

4. Déploiement des nids

1. Placez les nichoirs dans la zone d’étude. Fournir une couverture pour protéger des précipitations et un mouillage contre le vent, car ceux-ci peuvent nuire à la qualité et à la quantité de pollen collecté. Fournir aux ruches placées dans les serres une couverture solaire adéquate pour réduire la surchauffe.
2. Retirez l’insert de fermeture du piège du corps du piège pour permettre aux abeilles de se nourrir librement afin que les butineuses puissent s’orienter avec la zone environnante et l’emplacement de leur nid. Le temps de vol d’orientation doit être complet en 24 h dans des conditions normales.

5. Collecte de pollen

1. Pour engager le piège, faites glisser le filtre à pollen dans la fente du filtre, en vous assurant qu’il est bien en place.
2. Installez le bassin de captage en le faisant glisser sur le corps du piège par l’avant jusqu’à ce qu’il soit complètement fermé. Si le bassin de captage est trop lâche ou tombe du corps du piège, utilisez un élastique pour le fixer au corps du piège.
3. Observez les abeilles entrer et sortir du piège à pollen lors du premier déploiement pour s’assurer que les trous de filtre à pollen sont suffisamment grands pour accueillir les abeilles.
   1. Si les travailleurs ne peuvent pas passer à travers le filtre à pollen, retirez le filtre, puis utilisez des forets de plus de 3/16 po (0,476 cm) pour augmenter la taille des trous. Faites-le de manière séquentielle, en augmentant le diamètre du trou de 1/32 po (0,079 cm) à chaque fois, car les trous trop grands ne collecteront pas de pollen.
   2. Une fois que les abeilles sont capables de passer à travers le filtre, continuez à observer l’entrée pour vous assurer que le pollen est éliminé à la rentrée.
      REMARQUE: Les abeilles devraient avoir de la difficulté à se déplacer dans les trous du filtre à pollen, en particulier les premières fois qu’elles passent. S’ils passent trop facilement, le pollen ne peut pas être délogé des corbicules.
4. Après la période désignée de collecte du pollen, glissez et retirez le bassin de capture du corps du piège.
5. Traitez les charges de pollen selon votre conception expérimentale.
6. Retirez le filtre à pollen pour permettre aux travailleurs de se nourrir librement jusqu’à la prochaine période de collecte du pollen. Le corps du piège peut rester attaché à la ruche pendant toute la durée de l’expérience.
   REMARQUE: Les pièges à pollen peuvent être engagés aussi longtemps que le chercheur souhaite collecter le pollen d’une colonie. Cependant, le déploiement de pièges à pollen pendant plus de 24 heures en une semaine peut entraîner la famine du couvain dans une ruche et retarder le développement de la colonie.

Résultats

Huit modèles différents de filtres à pollen ont été testés pour déterminer leur efficacité et leur efficacité à éliminer les charges de pollen corbiculaire des travailleurs des bourdons de retour. Toutes les conceptions ont réussi à éliminer au moins une charge de pollen corbiculaire d’une butineuse de retour. Cependant, certains ont été trouvés pour ralentir les travailleurs de quitter ou d’entrer dans la ruche ou n’ont pas réussi à éliminer les charges de pollen(tableau 1). D...

Discussion

La collecte du pollen des entrées des colonies de bourdons peut permettre une variété d’études écologiques et agricoles. L’identification des sources florales à partir desquelles les bourdons collectent le pollen fournit des informations précieuses et un aperçu de la diversité des plantes qui contribuent à l’alimentation globale d’une colonie¹⁹. L’identification de la source de pollen a des implications à la fois pour la production agricole et les études des services écosyst...

matériels

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MakerBot Replicator+	MakerBot	Model PABH65
MakerBot Tough Material	PLA Filament		various colors
Nest Box	Biobest		Not sold publicly without bee purchase