Im Original zu lesen: Bienen aktuell Heft Oktober 2024

Kristina Gratzer & Robert Brodschneider
Institut für Biologie, Universität Graz, Universitätsplatz 2, 8010 Graz

Email: robert.brodschneider@uni-graz.at

Die von der EU geförderten Monitoring-Projekte INSIGNIA und das Nachfolgeprojekt INSIGNIA-EU wurden bereits im Bienen aktuell vorgestellt. Bei den Projekten wurden nicht-invasive Methoden entwickelt, die angewandt werden um mit Honigbienen die Umwelt zu untersuchen. Insgesamt 315 Imkerinnen und Imker aus allen 27 Ländern der europäischen Union, davon 10 Imkereien aus Österreich, unterstützten das Vorhaben mit ihren Bienenvölkern und ihrem Einsatz als Citizen Scientists. In insgesamt 5 Kurzartikeln werden wir in den kommenden Monaten die europäischen und österreichischen Ergebnisse präsentieren – heute: die Pollendiversität.

Zur Erinnerung

Seit 2018 entwickeln wir gemeinsam mit Citizen Scientists – freiwilligen Imkerinnen und Imkern –  Methoden zum Umweltmonitoring mit Honigbienen. Wie in vergangenen Artikeln berichtet gab es dabei immer wieder Anpassungen an das Studiendesign um bestmögliche Ergebnisse für die Fragestellung «Was finden wir mit Honigbienen in unserer Umwelt?» zu erzielen.  Verschiedene Methoden wurden getestet, manche wieder verworfen (Fluglochröhrchen, Bienen oder Bienenbrot) und neue Analyten wurden dem Protokoll hinzugefügt. Für 2023 ergab sich daraus ein Protokoll bestehend aus 6 teils innovativen Matrizen und 5 Analyten: API-Strips für die Untersuchung von nicht-polaren Pestiziden, Honig für polare Pestizide, Silikonbänder für Luftverschmutzung (VOCs – Flüchtige organische Verbindungen  und PAHs – Polyaromatische Kohlenwasserstoffe), Propolis für Schwermetalle, APITraps für Mikroplastik und Höschenpollen für die Pollendiversität. Letztere wird in diesem Artikel vorgestellt. 2023 waren 315 Imkerinnen und Imker von Ende April bis Ende August simultan im Einsatz. Alle 2 Wochen entnahmen sie innerhalb eines 4-Tage-Zeitfensters Proben aus ihren Völkern und lagerten sie bis zum Versand an ihre nationalen AnsprechpartnerInnen in ihren Kühlgeräten. Für Österreich war die Universität Graz Schnittstelle zwischen den 10 österreichischen Citizen Scientists und den Partnerlabors aus Portugal, Spanien, Griechenland und den Niederlanden. 

Danksagung

An dieser Stelle möchten wir uns einmal mehr bei den allen freiwilligen TeilnehmerInnen bedanken, speziell bei den ImkerInnen aus Österreich. Wir konnten so maßgeblich an der Erforschung unserer Umwelt mitwirken und zum Erkenntnisgewinn beitragen. Insgesamt wurden für ganz Europa ca. 17000 Proben gesammelt und analysiert.

Pollenanalyse und Methodik

Nicht nur die Probenahme-Methoden und zu untersuchenden Komponenten, sondern auch die Analysemethodik für die Untersuchung von Höschenpollen basierend auf dem genetischen „ITS2 Metabarcoding“ wurden verbessert. In der Pilotstudie INSIGNIA wurden Trocknungsexperimente durchgeführt, um Lagerung und Versand von Pollen zu erleichtern. Dabei wurden die Auswirkungen auf die molekularbiologische Pollenanalyse untersucht, indem die Lagerung bei -20 °C, Ethanol und die Verwendung von Silikagel (Kieselgel) verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass frisch gesammelter Pollen, der mit Silikagel getrocknet wurde, gut konserviert werden konnte, ohne die DNA, die taxonomische Klassifizierung und die relativen Häufigkeiten von Pollen zu beeinflussen (Quaresma et al. 2021). In der Praxis wird die DNA des Pollens im Labor extrahiert und mit Online-Datenbanken verglichen. So schließt man auf die Häufigkeit und Art der Pollenspender. Diese Datenbanken enthalten jedoch oft taxonomische und andere Fehler, daher konnten wir in den früheren Phasen der beiden Projekte nur auf taxonomische Familien bzw. höchstens auf Gattungsebene schließen. Um diese Lücke zu füllen, sammelten wir europaweit Trachtpflanzen, extrahierten ihre DNA und komplementierten so die Referenzdatenbank für Gefäßpflanzen im europäischen Raum (Quaresma et al. 2024). Dadurch war es für die Hauptstudie meistens möglich die Pollenherkunft auf Artniveau zu ermitteln. Obwohl wir mit der Erweiterung der Referenzdatenbank maßgeblich zur Verbesserung von genetischen Pollen-Analysemethoden beitrugen, müssen wir hier anmerken, dass die Bestimmung bis auf Artebene nachwievor nicht 100% sicher ist. Dafür braucht es noch weitere Forschung. Für die Probennahme durch die ProjektteilnehmerInnen wurden europaweit handelsübliche Pollenfallen benutzt, die 24-72 h gschlossen waren. Der Pollen in den Pollenfallen wurde zuerst gut durchgemischt, danach wurde je 1 Teelöffel aus den beiden Testvölkern entnommen und gemeinsam in einem Teefilter verwahrt. Die Trocknung fand mit Silikagel statt. Das Probengefäß wurde gut zugeschraubt und bis zum Versand kühl und dunkel bei Raumtemperatur gelagert (Abb. 2).

Ergebnisse

Von allen geplant möglichen Pollenproben wurden 89,6% an das Labor in Portugal geschickt, und 88,5% (2508/2835) analysiert (einige waren durch Schimmelpilze oder Raupen verunreinigt, bei manchen funktionierte die Polymerase-Kettenreaktion nicht). Diese Rücklaufquote ist dennoch sehr hoch für ein so komplexes Studiendesign, an dem zahlreiche Personen aus verschiedenen Ländern beteiligt sind. Für Europa wurden 501 taxonomische Gattungen identifiziert: Pollen von Klee (Trifolium), Wegerichgewächse (Plantago), Senf (Brassica), Beeren (Rubus) und Edelkastanie (Castanea) waren dabei am Häufigsten. Die mittlere Diversität der von Bienen gesammelten Pollen war im künstlichen/urbanen Raum (mittlere Anzahl der Gattungen = 9,1) höher als im landwirtschaftlichen (mittlere Anzahl der Gattungen = 8,5) und Forst/natürlichen (mittlere Anzahl der Gattungen = 8,0) Raum. Eine nur durch diese großangelegte Studie ermöglichte Erkenntnis wird bald publiziert: Modellrechnungen sagen den Bienen einen Rückgang der Pollendiversität durch veränderte Klimabedingungen voraus. Vor allem der Süden Europas, aber auch Teile Nordeuropas werden davon betroffen sein (Quaresma et al., in Vorbereitung). 

Für Österreich konnten 87 von 90 möglichen Proben ausgewertet werden. Dabei wurden 168 Pollenspezies aus 132 Gattungen und 49 taxonomischen Familien identifiziert. Ein farbenfroher Überblick über die Gattungen im Lauf der Saison ist in Abbildung 3 ersichtlich. Auch wenn man in der Abbildung nicht genau erkennen kann, um welche Pollenspender es sich handelt, sieht man gut, dass manche das ganze Jahr über, und manche nur zu bestimmten Zeiten zur Verfügung stehen. Jede Farbe symbolisiert eine andere Gattung.

Die 10 häufigsten Gattungen sind in Tabelle 1 dargestellt. In Österreich decken sich die wichtigsten drei Gattungen mit denen aus Gesamt-Europa. Das ist nicht überraschend, da sowohl Wegerichgewächse, als auch Klee und Senfgewächse lange während der Bienensaison blühen und den Bienen als Nahrung dienen (Brodschneider et al. 2019).

Tabelle 1 : TOP 10 in Österreich gefundenen Gattungen und deren relative Häufigkeiten in Prozent, zusammengefasst über alle Probenahme-Runden. 

	Gattung	Relative Häufigkeit [ %]
1	Plantago	10.05
2	Trifolium	8.95
3	Brassica	3.24
4	Impatiens	3.17
5	Clematis	2.72
6	Rubus	2.47
7	Castanea	2.33
8	Sinapis	2.19
9	Ranunculus	2.18
10	Salix	2.16

Im nächsten Kurzartikel werden die Resultate der Silikonbänder vorgestellt. Mit ihnen wurden die Umweltschadstoffe PAHs und VOCs untersucht.

Literatur:

Brodschneider, R., Gratzer, K., Kalcher-Sommersguter, E., Heigl, H., Auer, W., Moosbeckhofer, R., & Crailsheim, K. (2019). A citizen science supported study on seasonal diversity and monoflorality of pollen collected by honey bees in Austria. Scientific Reports, 9(1), 16633.

Quaresma, A., Brodschneider, R., Gratzer, K., Gray, A., Keller, A., Kilpinen, O., Rufino, J., van der Steen, J., Vejsnæs, F., and Pinto, M.A. (2021). Preservation methods of honey bee-collected pollen are not a source of bias in ITS2 metabarcoding. Environmental Monitoring and Assessment 193, 1-20.

Quaresma, A., Ankenbrand, M. J., Garcia, C. A. Y., Rufino, J., Honrado, M., Amaral, J., … & Keller, A. (2024). Semi-automated sequence curation for reliable reference datasets in ITS2 vascular plant DNA (meta-) barcoding. Scientific Data, 11(1), 129.

Quaresma, A. et al. (in  Vorbereitung). Honey bee food resources threatened by climate change.