3D-печатная пыльцевая ловушка для входов в улей шмелей(Bombus)

Резюме

Мы представляем нелетальный и автоматизированный механизм сбора пыльцы у шмелей(Bombus),возвращающихся в улей. Инструкции по изготовлению, подготовке, установке и использованию устройств включены. Благодаря использованию 3D-печатных объектов модификация дизайна была своевременной, эффективной и позволила быстро провести тестирование.

Аннотация

Чтобы проверить растительные источники, из которых шмели кормят пыльцу, необходимо собрать особей, чтобы удалить их корбикулярную пыльцевую нагрузку для анализа. Традиционно это делалось путем сетки фуражиров у входов в гнездо или на цветы, охлаждения пчел на льду, а затем удаления пыльцевой нагрузки с корбикул щипцами или кистью. Этот метод является трудоемким и трудоемким, может изменить нормальное поведение при добывающих пищу и может привести к инцидентам с жжом для работника, выполняющего задачу. Пыльцевые ловушки, такие как те, которые используются на ульях медоносных пчел, собирают пыльцу, вытесняя корбикулярные пыльцевые нагрузки с ног рабочих, когда они проходят через экраны у входа в гнездо. Ловушки могут удалять большое количество пыльцы с возвращающихся пчел-фуражиров с минимальным трудом, но на сегодняшний день такая ловушка недоступна для использования с пчелиными семьями шмещей. Рабочие в колонии шмелей могут различаться по размеру, что затрудняет выбор размеров входов для адаптации этого механизма к коммерчески выращиваемым ульям шмелей. Используя программы дизайна 3D-печати, мы создали пыльцевую ловушку, которая успешно удаляет корбикулярную пыльцевую нагрузку с ног возвращающихся шмельных пчел-фуражиров. Этот метод значительно сокращает количество времени, необходимое исследователям для сбора пыльцы у шмелевого пчелового фуражиров, возвращающихся в колонию. Мы представляем дизайн, результаты тестов эффективности удаления пыльцы и предлагаем области модификаций для исследователей, чтобы адаптировать ловушки к различным видам шмеле или конструкциям гнездовых ящиков.

Введение

Шмели(Bombus spp.) являются крупными устойчивыми насекомыми, которые встречаются в умеренных, альпийских и арктических регионах мира¹. Они важны для растительных сообществ и обеспечивают важную услугу опыления для сельскохозяйственных культур, которые они посещают². Недавнее снижение численности и распространения нескольких видов вывело их важность в качестве опылителей на передний план общественной осведомленности³. Исследователи определили несколько стрессоров, которые, вероятно, способствуют сокращению популяции, включая отсутствие разнообразных и обильных цветочных ресурсов, на которых кормятся шмели^4. Определение того, какие виды растений шмелевочные пчелы кормятся, позволяет исследователям и землеустройству понять, как шмежи могут реагировать на изменения в доступности ресурсов, конкуренции и антропогенных нарушениях^5,6.

Исследования, изучающие пыльцевые кормовые предпочтения шмельных пчел, часто проводятся исследователями, ловящими отдельных пчел, кормящихся на цветках, а затем удаляющими корбикулярные пыльцевые нагрузки с образцов для дальнейшей обработки и идентификации^7,8,9,10. Хотя этот метод дает представление о том, как вид или совокупность видов шмелей использует ресурсы в районе^7,он занимает много времени, и потенциальные различия в предпочтениях между ульями не могут быть различимы без дополнительного молекулярного анализа для определения колонии происхождения кормовой пчелы^11.

Для некоторых исследований динамики кормления желательно проводить исследования в отдельных колониях; однако гнезда диких шменей, как правило, расположены под землей или на уровне земли, что затрудняет их обнаружение^12. Коммерчески производимые ульи шмелей обеспечивают исследователям больший доступ и лучший экспериментальный контроль, а удаление пыльцы у рабочих по-прежнему в основном проводится путем захвата фуражиров, когда они возвращаются в улей, и ручного удаления их корбикулярной пыльцевой нагрузки^13,14. Удаление пыльцы вручную из корбикул пчелы является трудоемким с низким почасовым выходом пыльцы, особенно на входах в ульи, где скорость возврата пыльцы фуражиров может быть низкой. Кроме того, ручное удаление пыльцы с пчел может привести к укусам у потревоженных работников.

Пыльцевые ловушки использовались для экспериментального удаления пыльцы у медоносных пчел в течение десятилетий^15; однако пассивный метод удаления пыльцы шмелю не разработан. Основным препятствием в разработке механизма удаления пыльцы у возвращающихся шмещей-фуражиров является большое изменение размеров рабочих, которые существуют в колонии шмещей^16. Ловушки для пыльцы медоносных пчел эффективны во многом потому, что размер работника медоносной пчелы не сильно варьируется. Кроме того, эти ловушки требуют лишь незначительных манипуляций после установки и не требуют принесения пчел в жертву^17. Это достигается с помощью экранов или пластиковых поверхностей, которые вытеснивают пыльцу с задних ног рабочих, когда они возвращаются в улей. Эти ловушки удаляют только часть пыльцевой нагрузки от возвращающихся фуражиров, и различные конструкции этих ловушек приводят к различной эффективности сбора пыльцы. Когда пыльца удаляется с ног пчелы, она попадает через экран и в сборный бассейн, к которому пчелы не имеют доступа, так что исследователь может удалить ее только с незначительным нарушением улья.

Целью настоящего исследования является адаптация методов, используемых для сбора пыльцы из ульев медоносных пчел, и применение их к гнездам шмелей с использованием 3D-печатных структур и тестирование конструкций ловушек на колониях Bombus huntii. Процесс проектирования следовал предположениям, что ловушки должны быть недорогими в производстве, адаптироваться к различным видам шмеле, причинять минимальный вред или беспокоить пчел и что скорость удаления пыльцы должна превышать ручной сбор пыльцы. Технология трехмерной печати является универсальным, легкодоступным и экономически эффективным инструментом, позволяющим исследователям воспроизводить и модифицировать объекты для конкретных целей¹⁸. Техника, представленная здесь, инструктирует пользователя строить пыльцевые ловушки и прикреплять их к коммерчески доступным пчелиным семьям шмежей. Ловушки не предназначены для использования с дикими колониями. Эти ловушки пассивно удаляют корбикулярную пыльцевую нагрузку с задних ног пыльцев, несущих шмели, когда они возвращаются в свои гнездовые ящики.

протокол

1. Печать структур пыльцевой ловушки

1. Загрузите соответствующий файл STL для гнездового ящика, в который вложены шмели (например, ульи в стиле Biobest или Koppert, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Файлы доступны для общественности, бесплатны для загрузки и изменения конечным пользователем.
2. Откройте файл STL в программе принтера. Следуйте указаниям производителя принтера, чтобы создать четыре компонента ловушки.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Подождите приблизительно 3 ч для печати корпуса ловушки, 2 ч для печати в раковине для улавливания и 30 мин для печати фильтра и вставки для закрытия ловушки. Размер тела ловушки 6 см х 3,8 см х 7 см.

2. Пыльцевая ловушка в сборе

1. Снимите опорные конструкции, напечатанные вместе с корпусом ловушки и ловушки, в том числе с ситовой структуры корпуса ловушки(рисунок 1).
2. Используйте сверло 3/16 дюйма (0,476 см), установленное в ручном сверле, чтобы очистить любые пластиковые нити, пересекающие приподнятые края пыльцевого фильтра, которые могут помешать пчеле перемещаться через отверстия фильтра. Используйте лезвие бритвы и наждачную рамку, чтобы выровнять любые удары или приподнятые края на плоской стороне пыльцевого фильтра.
3. Поместите пыльцевой фильтр в корпус ловушки, осторожно протолкнув пластиковый фильтр через одну сторону корпуса ловушки. Фильтр будет подходить только одним способом, так как левая сторона ловушки имеет большее отверстие для размещения прохода приподнятых конусов фильтра.
   1. Если боковые щели слишком малы, чтобы пыльцевой фильтр мог плавно скользить, соскоблите достаточное количество пластика от щели в корпусе ловушки бритвой или другим инструментом, который может удалить небольшие части пластика за один раз. Убедитесь, что пыльцевой фильтр надежно прилегает к месту с зазором не более 2 мм между пыльцевым фильтром и корпусом ловушки.
4. Прикрепите уловной таз к корпусу ловушки, сдвинув приподнятые края на дне корпуса ловушки в канавку на верхней части уловного бассейна. Водосборный бассейн должен быть расположен непосредственно под решетной областью тела ловушки(рисунок 1A\u2012E).
5. Внесите соответствующие изменения путем резки или шлифовки пластика, чтобы обеспечить плавное размещение и удаление уловного бассейна из корпуса ловушки. Размещение водосборного бассейна обеспечит установку пыльцевого фильтра на место, и его нельзя удалить до тех пор, пока не будет удален водосборный бассейн, а также нельзя будет вставить пыльцевой фильтр, пока бассейн для улова находится на месте.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Если несколько ульев размещены близко друг к другу, предоставление каждому улью уникальной цветовой комбинации тела ловушки, раковины улова и структуры пыльцевого фильтра в дополнение к развертыванию ульев с различной ориентацией поможет возвращающимся работникам найти свои гнезда.

3. Подготовка шмелевой колонии

1. Прекратите подачу пыльцы за 24\u201248 ч до развертывания колоний. Это заставит рабочих изыскать любую накопленную пыльцу и стимулировать их покидать гнездо в поисках пыльцы.
2. Подготовьте корпус ловушки улья к установке, вставив вставку затвора ловушки в слот фильтра, чтобы предотвратить побег пчел при установке ловушки.
3. Работая под красным светом, чтобы предотвратить полет пчел, поднимите пластиковый гнездовой ящик из картонной внешней коробки.
4. Найдите пластиковый вход в гнездо в передней части гнезда. Существует два стиля входа в зависимости от поставщика гнезда: коробки в стиле Копперта (шаг 3.5) и коробки в стиле Биобест (шаг 3.6).
5. Для входов в улей в стиле Копперта установите пыльцевую ловушку на вход гнезда, подтягиваясь на входной вкладке, пока оба входных отверстия не будут открыты.
   1. Вставьте две трубки пыльцевой ловушки во входные отверстия, убедив, что сито пыльцевой ловушки находится на дне. Осторожно надавите на пластиковую входную вкладку, чтобы закрепить пыльцевую ловушку на месте.
6. Чтобы установить пыльцевую ловушку на входы в улей в стиле Biobest, используйте отвертку с плоской головкой, чтобы аккуратно вырвать пластиковое входное устройство из гнездового ящика. Вставьте пыльцевую ловушку во входные отверстия гнезда до тех пор, пока пыльцевая ловушка не будет твердо прижата к гнезду(рисунок 1E).
   1. Закрепите ловушку в гнезде с помощью ленты или быстросохнущего клея, где ловушка при необходимости контактирует с гнездовым ящиком.
7. Верните пластиковый гнездовой ящик в картонную коробку. Картон, возможно, придется срезать, чтобы приспособить пыльцевую ловушку.

4. Развертывание гнезд

1. Поместите гнездовые ящики в исследуемую зону. Обеспечьте укрытие для защиты от осадков и крепление для ветра, так как это может негативно повлиять на качество и количество собранной пыльцы. Обеспечьте ульи, размещенные в теплицах, достаточным солнцезащитным покрытием, чтобы уменьшить перегрев.
2. Снимите вставку с крышки ловушки с тела ловушки, чтобы пчелы могли свободно добираться, чтобы фуражиры могли ориентироваться в окружающей местности и месте своего гнезда. Время полета ориентации должно быть завершено за 24 ч в нормальных условиях.

5. Сбор пыльцы

1. Чтобы задействовать ловушку, вставьте пыльцевой фильтр в слот фильтра, убедив, что он надежно закреплен на месте.
2. Установите уловивной таз, сдвинув его на корпус ловушки спереди до полного закрытия. Если уловимый бассейн чрезмерно рыхлый или падает с корпуса ловушки, используйте резинку, чтобы закрепить его на корпусе ловушки.
3. Наблюдайте за пчелами, входящими и выходящими из пыльцевой ловушки при первом развертывании, чтобы убедиться, что отверстия фильтра пыльцы достаточно велики, чтобы вместить пчел.
   1. Если рабочие не могут пройти через пыльцевой фильтр, снимите фильтр, а затем используйте сверла размером более 3/16 дюйма (0,476 см) для увеличения размеров отверстий. Делайте это последовательно, увеличивая диаметр отверстия на 1/32 дюйма (0,079 см) каждый раз, так как слишком большие отверстия не будут собирать пыльцу.
   2. Как только пчелы смогут пройти через фильтр, продолжайте наблюдать за входом, чтобы убедиться, что пыльца удаляется при повторном входе.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пчелы должны испытывать некоторые трудности с перемещением через отверстия пыльцевого фильтра, особенно в первые несколько раз, когда они проходят. Если они проходят слишком легко, пыльца может не вытесниться из корбикул.
4. По истечении назначенного срока сбора пыльцы сдвиньте и снимите с тела ловушки уловку.
5. Обрабатывайте пыльцевые нагрузки в соответствии с вашим экспериментальным дизайном.
6. Удалите пыльцевой фильтр, чтобы рабочие могли свободно добираться до следующего периода сбора пыльцы. Тело ловушки может оставаться прикрепленным к улью в течение всего эксперимента.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Пыльцевые ловушки могут быть задействованы до тех пор, пока исследователь желает собрать пыльцу из колонии. Однако развертывание пыльцевых ловушек более 24 ч в неделю может привести к голоданию расплода в улье и замедлению развития колонии.

Результаты

Восемь различных конструкций пыльцевых фильтров были протестированы, чтобы определить их эффективность и действенную эффективность при снятии корбикулярной пыльцевой нагрузки с возвращающихся рабочих шмеля. Все конструкции были успешными в удалении по крайней мере одной корбикуля?...

Обсуждение

Сбор пыльцы со входов в колонии шмелеев может позволить проводить различные экологические и сельскохозяйственные исследования. Определение цветочных источников, из которых шмели собирают пыльцу, дает ценную информацию и понимание разнообразия растений, которые вносят вклад в общий ?...

Материалы

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