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나노 콜로니: 작은 실험실 경기장에서 꿀벌 여왕벌과 그 자손 키우기

내용물

추상적인

꿀벌은 복잡한 집단에서 자체 조직화된 개체로 구성된 복잡한 사회를 만듭니다. 꿀벌에 대한 연구는 현장과 실험실에서 모두 수행됩니다. 그러나 현장 연구는 신뢰할 수 있는 관찰과 환경적 혼란 요인을 만드는 데 어려움이 있습니다. 한편, 실험실 실험은 자연 집단의 주요 특성이 부족하기 때문에 현장에서 현실적이지 않은 데이터를 생성합니다. 또한, 실험실에서 여왕벌을 기르는 신뢰할 수 있는 방법론 없이는 꿀벌 연구의 발전이 방해를 받았습니다. 여기서 우리는 실험실에서 여왕벌과 일벌 새끼를 안정적으로 생산할 수 있는 새로운 시스템을 제공하고 이 시스템이 꿀벌의 지속적인 자립적 공급원을 향한 단계로 여왕벌의 인공 수정과 어떻게 맞는지 설명합니다. 이 프로세스는 현장 연구와 실험실 실험 사이에 다리를 만들고 꿀벌 집단의 많은 본질적인 특성을 유지하면서 전염성 또는 규제 요소에 대한 안전한 시스템을 제공합니다.

소개

꿀벌은 많은 식량 작물에 대한 핵심 수분 서비스를 제공하고 꿀과 왁스를 생산함으로써 우리 경제에 중요한 사회적 유기체입니다 . 1 꿀벌 건강에 대한 지속적인 연구는 군집 건강에 영향을 미치는 요인을 이해하는 데 필수적입니다. 그러나 발전을 방해하는 연구 방법론의 격차가 있습니다. 실험실에서 꿀벌 여왕을 키우거나 실험실에서 벌이 키운 자손을 키우는 신뢰할 수 있는 방법은 없습니다 . 2

연구자들은 현장과 실험실 조건에서 꿀벌을 연구합니다. 전통적인 현장 실험은 실제 결과를 제공하고 모든 군집 조건을 유지하는 반면, 실험실 실험은 핵심 군집 특성이 부족합니다. 그러나 현장 실험은 비용이 많이 들고 힘들며 환경 변화에 취약합니다. 교란 변수는 미기후, 살충제 노출, 수 킬로미터에 달하는 비행 중에 마주치는 꿀벌과의 상호 작용을 포함한 조경 효과를 평가하고 설명하기 어렵기 때문에 현장 실험의 고유한 문제입니다. 3 .

실험실 실험은 연구자가 실험 설계의 모든 매개변수를 제어할 수 있으므로 보다 균일한 환경을 제공합니다.실험실은 일반적으로 투명한 플라스틱으로 만들어져 연구자가 완벽하게 볼 수 있습니다 .4 ,  5 ,  6. 설치가 쉽고 비용이 저렴하기 때문에 많은 수의 반복이 더 가능하고 교란 변수가 제한적입니다.실험실 실험은 꿀벌 연구, 특히 새로운 생물 검정과 관련하여 큰 진전을 이루었습니다 .5 ,  6. 그러나 실험실 실험은 군집 환경에 내재된 많은 구성 요소를 제외합니다.특히 실험실 군집에는 새끼, 밀랍, 여왕 및 관련 페로몬, 의사 소통 경로 및 야외 군집에 내재된 사회적 행동과 같은 핵심 군집 특성이 없습니다.이러한 핵심 특성이 없으면 실험실에서 얻은 결과를 현실 세계로 외삽하기 어렵습니다.

현재의  시험관 내  방법론은 연구자들이 실험실에서 인공적으로 새끼를 키울 수 있게 해줍니다 . 7 이 방법론은 간호 벌이 새끼를 돌보는 대신 기술자가 인공적으로 먹이를 공급하는 것을 활용합니다. 그 결과, 가공된 식량원을 생성하는 벌목에만 있는 독특한 샘인 하인두선이 완전히 우회됩니다. 8 필요한 것은 현장 시험에서 제공되는 실제 집단 환경과 케이지 시험의 낮은 비용과 신뢰성을 연결하는 것입니다.

여기서 우리는 그러한 연결 중 하나를 설명합니다. 우리는 소수의 일벌이 실험실의 한계 내에서 여왕벌을 키우고 알을 낳는 여왕벌을 부양하고 그녀의 자손을 키우는 방법을 개발했습니다. 이러한 실험실 군집은 일반적인 인큐베이터에 최소 100마리의 벌을 수용하여 만들 수 있습니다. 이 군집은 여왕 사육 또는 여왕 권리 "나노" 또는 "나노 군집"이라고 합니다. 이는 군집의 복잡성과 실험실 환경의 단순성을 연결하는 데 도움이 되는 실험실 방법론의 다음 단계를 제공합니다.

이 연구에서 우리는 실험실 환경에서 실험적으로 여왕벌을 생산했습니다. 여러 실험에서 이 여왕벌은 짝짓기를 할 수 있었고, 우리는 그들의 짝짓기 성공률과 형태를 전통적으로 생산된 자매 여왕벌과 비교했습니다. 또 다른 실험에서 우리는 실험실에서 여왕벌을 생산하고 기구적으로 수정한 다음,  이 여왕벌을 현장에 노출시키지 않고 생체 내  번식 사육을 지원했습니다. 마지막으로, 우리는 신뢰할 수 있는  생체 내  실험실 설계를 통해 번식벌을 실험적으로 생산했습니다.

행동 양식

개요

퀸-라이트 나노스

퀸-라이트 나노는 일벌 100~240마리와 여왕벌로 구성되어 있습니다. 벌집은 #8 하드웨어 천과 노지엄 그물로 환기되는 변형 플라스틱 컵으로 만들어졌습니다. 비어 있고 어두운(일벌 생산을 여러 차례 거친 후 군체에서 양념한) 벌집의 일부는 군체의 벌집 구역으로 사용됩니다. 어린 일벌은 부화 직후에 설치하거나 벌집 틀에서 떠내려 설치합니다.

여왕을 키우는 나노

여왕벌 사육 나노는 변형 플라스틱 케이지에 약 100마리의 벌이 있는 여왕이 없는 군체로, 스스로 여왕벌을 사육합니다. 군체는 실험실에서 쉽게 만들고 유지할 수 있습니다. 2단계에 걸쳐 설치가 완료됩니다. 첫째, 충분한 식량과 어린 일벌('세포 구축자' 군체)이 있는 강력한 여왕이 없는 군체를 현장에서 만듭니다. 1령 유충을 플라스틱 여왕벌 사육 케이지에 접목하여 12~24시간 동안 세포 구축자에 넣습니다. 다음으로, 나노에 개시된 여왕벌 세포를 고정한 다음 세포 구축자에서 소수의 벌(약 100마리)을 수확하여 변형 플라스틱 케이지에 고정하여 나노 군체를 만듭니다. 그런 다음 나노 군체에 먹이통을 주고 밀봉한 다음 인큐베이터에 넣습니다.

변형된 케이지 만들기

케이지는 16온스 투명 플라스틱 컵의 아랫부분 1/3을 제거한 다음 뜨거운 접착제로 #8 하드웨어 메시를 바닥 개구부에 고정하여 변형합니다. 케이지의 뚜껑은 두 가지 소재로 구성되어 있습니다. 4x4인치 '노시엄' 메시 조각과 중앙이 잘린 플라스틱 컵 뚜껑입니다. 파라핀 왁스 벌집(Betterbee, Inc.)을 잘라서 여왕을 키우는 나노를 위해 컵 중앙에 맞춥니다. 반면에 비어 있고 어두운 번식용 빗은 알과 어린 유충을 쉽게 관찰할 수 있기 때문에 여왕이 맞는 나노에 가장 적합합니다. 빗을 -20 냉동고에 10분간 넣은 다음 변형된 플라스틱 컵 안에 맞도록 테이블 톱에서 사각형으로 자릅니다.

각 군집 유형에 대한 공급기로 2ml 에펜도르프 튜브를 사용합니다. 자당 및 물 공급기의 경우 튜브 바닥에 2mm 구멍을 뚫어 벌이 내용물을 먹을 수 있도록 합니다. 구멍은 작은 브래드 못이나 5/64 드릴 비트로 튜브에 구멍을 뚫어 만들었습니다. 해부 가위로 코 뚜껑을 약간 자른 다음 공급기를 이 틈에 압착합니다. 튜브를 삽입하면 원단이 늘어납니다. 튜브 뚜껑은 바닥에 뚫린 구멍보다 넓기 때문에 공급기는 뚜껑에 매달려 있습니다. 꽃가루 공급기는 면도날로 에펜도르프 튜브 바닥에 직경 5mm의 구멍을 뚫은 다음 제조업체의 지침에 따라 혼합된 벌빵이나 꽃가루 대용품(MegaBee)으로 튜브를 채워 만들었습니다. 꽃가루 공급기는 이틀에 한 번씩 교체했습니다. 각 여왕벌 사육 나노는 물 공급기 1개, 자당 공급기 2개(1:1 자당 w/v) 및 꽃가루 공급기 1개를 가지고 있었습니다( 그림 3 ). 이 공급기는 매일 교체되었습니다. 보충 사료 7ml( 보충 정보 표 1-2 참조 )를 꿀 43ml와 섞었습니다. 꿀 혼합물은 꽃가루 공급기와 동일한 공급기에 넣고 아래에서 케이지에 삽입하여 Shpigler et al  5  과 유사하게 꿀벌이 꿀에 접근할 수 있도록 합니다 . 케이지 구성에 대한 단계별 가이드는  보충 자료에서 찾을 수 있습니다.

여왕벌 사육 나노 군집 구축

여왕벌 사육 나노 군집은 확립하기 위해 두 가지 구성 요소가 필요합니다. 여왕벌 사육을 완료하기 위한 시작된 여왕벌 세포와 둥지 동료 벌입니다. 먼저, 여왕벌 세포는 1 령  일벌 유충을 플라스틱 여왕벌 컵(JZ/BZ)에 접목하여 전통적인 세포 빌더에 12~24시간 동안 넣어서 확립합니다. 이 시간 동안 세포 빌더의 둥지 동료 벌은 로얄 젤리 침대에서 유충을 부풀립니다. 우리는 이것을  시작된 여왕벌 세포 로 간주합니다 . 여왕 컵은 삽입 후 12~24시간 후에 검사하고, 부드럽게 위로 굴리고 C자 모양의 유충 아래에 작은 젤리 웅덩이가 있는지 시각적으로 검사합니다. 빈 컵이나 유충이 없는 컵은 생존 가능한 것으로 간주되지 않습니다.

두 번째 구성 요소는 여왕벌 셀을 돌보고 기르는 것을 마무리할 일벌로 케이지를 채우는 것입니다. 일벌은 두 가지 방법 중 하나로 얻을 수 있습니다. 부화한 새끼의 틀을 인큐베이터에 넣고 부화하게 한 다음, 새로 부화한 벌 100마리를 나노 컵에 넣고 단백질 공급원, 자당, 물을 제공한 다음 33oC의 인큐베이터에 3일 동안 다시 넣어 성숙 시킵니다. 반대로 일벌은 세포 빌더에서 직접 얻을 수 있는데, 세포 빌더의 중앙 틀에서 간호벌을 플라스틱 통으로 흔들어 넣은 다음 벌의 1/3컵을 나노에 떠서 빠르게  밀봉합니다. 첫 번째 방법의 경우 여왕벌 셀을 나노의 덮개에 삽입하여 벌이 접근할 수 있도록 합니다. 두 번째 방법의 경우, 시작된 셀 컵을 나노 내부의 왁스 빗에 직접 누른 다음 간호벌을 추가합니다. 우리는 디지털 저울을 사용하여 100-130그램의 벌을 측정하여 간호벌 개체수를 추정했습니다. 우리는 여왕벌 세포에 눈에 띄는 스트레스나 손실 없이 10개 세트로 이를 수행했습니다.

나노 콜로니 검사

알 낳기, 새끼 발달, 여왕 세포 발달 및 둥지 친구 사망은 모두 여왕-오른쪽 또는 여왕-양육 나노 군체에서 관찰할 수 있습니다. 플라스틱 컵 경기장은 저렴하고 쉽게 구할 수 있지만 컵의 오목한 특성으로 인해 알 낳기 또는 새끼 발달을 정량화할 수 없습니다. 관찰자는 컵을 기울여 케이지에 빛을 비추면 알을 보고 유충 발달을 추적할 수 있습니다. 나노 확립 전에 화이트아웃 도포기를 일련의 세포에 넣어 참조 세포를 만들었습니다. 검사하는 동안 이러한 표시된 세포는 인접한 세포에서 알 낳기와 새끼 발달을 위한 편리한 참조 지점 역할을 합니다. 관찰자는 단순히 인접한 세포의 상태를 기록해야 합니다. 일반적인 퀸-오른쪽 나노 군체의 예는  그림 1 에서 볼 수 있습니다 .

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