Abstract
Pollen nutrient composition could be important in host-plant selection of oligolectic bees. In this study, pollen samples from 142 plant species were analysed separately for water-soluble and protein-bound amino acids. The composition of amino acids varied strongly among plant species, but taxonomically related species had similar compositions. All plant species contained the entire set of essential amino acids, although some in small quantities. Total concentration of freeand protein-bound amino acids was significantly lower in pollen sources used by oligoleges than in other pollen sources. Pollen sources of oligoleges showed a lower concentration of essential amino acids and deviated more strongly from the ideal composition of essential amino acids as determined for honey bees than plants not hosting oligoleges. However, this trend was not confirmed on a cruder phylogenetic plant family level, where pollen chosen by oligolectic bees was similar to other pollen.
Zusammenfassung
Die meisten Bienen ernähren sich ausschließlich von Pollen und Nektar, wobei Pollen die primäre Proteinquelle ihrer Larven darstellt. Während oligolektische Bienen auf den Pollen einer oder mehrerer nah verwandter Pflanzenarten spezialisiert sind, ist das Blütenspektrum polylektischer Bienen breiter. Der Vorteil der Oligolektie ist bisher weitgehend unbekannt, wobei eine Vielzahl von Hypothesen diskutiert wird. Dazu gehören eine höhere Effizienz der Pollenspezialisten beim Sammeln und bei der Verdauung des Pollens, sowie eine Spezialisierung auf Pollen mit höherem Stickstoffgehalt. Unser Ziel war, herauszufinden, ob die Pollenqualität, insbesondere der Anteil der essentiellen Aminosäuren (Abb. 1), für die Wahl bestimmter Pflanzenarten durch oligolektische Bienen verantwortlich sein könnte. Die Aminosäurezusammensetzung der Pollen von 142 Pflanzenarten (Tab. I) zeigte signifikante Unterschiede zwischen Pflanzenfamilien (Abb. 2). Von oligolektischen Bienen genutzter Pollen unterschied sich jedoch in der Komposition nicht signifikant von anderen Pollenarten. Allerdings enthielt der von oligolektischen Bienen genutzte Pollen eine signifikant geringere Konzentration an Aminosäuren (Abb. 3). Zudem zeigte sich eine verminderte Nahrungsqualität bei Pollenquellen oligolektischer Bienen: Die Komposition essentieller Aminosäuren zeigte eine signifikant größere Diskrepanz zu der für Honigbienen als ideal beschriebenen Komposition als die übrigen Pollenarten. Daher könnte spekuliert werden, dass oligolektische Bienen nährstoffärmeren Pollen nutzen, um interspezifische Konkurrenz mit anderen Pollenkonsumenten zu verringern. Hinweise auf tatsächlich verminderte Konkurrenz gibt es jedoch bislang nicht. Der Befund, dass oligolektische Bienen auf qualitativ minderwertigen Pollen spezialisiert sind, ist zudem stark geprägt durch die in der Analyse überrepräsentierten Asteraceen und Lamiaceen. Diese weisen ähnlich geringe Aminosäurekonzentrationen auf. Auf Familienniveau zeigte der von oligolektischen Bienen genutzte Pollen keine signifikant geringere Qualität.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
References
Alm J., Ohnmeiss T.E., Lanza J., Vriesenga L. (1990) Preference of cabbage white butterflies and honey bees for nectar that contains amino acids, Oecologia 84, 53–57.
Auclair J.L., Jamieson C.A. (1948) Qualitative analysis of amino acids in pollen collected by bees, Science 108, 357–358.
Blüthgen N., Fiedler K. (2004) Preferences for sugars and amino acids and their conditionality in a diverse nectar-feeding ant community, J. Anim. Ecol. 73, 155–166.
Bohart G.E., Youssef N.N. (1976) The biology and behavior of Evylaeus galpinsiae Cockerell (Hymenoptera: Halictidae), Wasmann J. Biol. 34, 185–234.
Budde J., Reckert A., Sporer F., Wink M., Eltz T., Lunau K. (2004) Beiträge zur Evolution der Oligolektie bei solitären Bienen der Gattung Andrena, Entomol. Heute 16, 191–200.
Cane J.H., Payne J.A. (1988) Foraging ecology of the bee Habropoda laboriosa (Hymenoptera: Anthophoridae), an oligolege of blueberries (Ericaceae: Vaccinium) in the southeastern United States, Ann. Entomol. Soc. Am. 81, 419–427.
Cane J.H., Sipes S.D. (2006) Characterizing floral specialization by bees: Analytical methods and a revised lexicon for oligolecty, in: Waser N.M., Ollerton J. (Eds.), Specialization and Generalization in Plant-Pollinator Interactions, University of Chicago Press, Chicago, pp. 99–122.
Danforth B.N., Conway L., Ji S. (2003) Phylogeny of eusocial Lasioglossum reveals multiple losses of eusociallity within a primitively eusocial clade of bees (Hymenoptera: Halictidae), Syst. Biol. 52, 23–36.
Day S., Beyer R., Mercer A., Ogden S. (1990) The nutrient composition of honeybee-collected pollen in Otago New Zealand, J. Apicult. Res. 29, 138–146.
De Groot A.P. (1952) Amino acid requirements for the growth of the honeybee (Apis mellifera L.), Experentia 8, 1992–1994.
De Groot A.P. (1953) Protein and amino acid requirements of the honey bee (Apis mellifera L.), Phys. Comp. Oec. 3, 197–285.
Dobson H.E.M., Peng Y.-S. (1997) Digestion of pollen components by larvae of the flower-specialist bee Chelostoma florisomne (Hymenoptera: Megachilidae), J. Insect Physiol. 43, 89–100.
Erhardt A., Rusterholz H.P. (1998) Do peacock butterflies (Inachis io L.) detect and prefer nectar amino acids and other nitrogenous compounds? Oecologia 117, 536–542.
Gilbert L.E. (1972) Pollen feeding and reproductive biology of Heliconius butterflies, Proc. Natl Acad. Sci. (USA) 69, 1403–1407.
Guirguis G.N., Brindley W.A. (1974) Insecticide susceptibility and response to selected pollens of larval alfalfa leafcutting bees, Megachile pacifica (Panzer) (Hymenoptera: Megachilidae), Environ. Entomol. 3, 691–694.
Houston T.F. (1989) Leioproctus bees associated with Western Australian smoke bushes (Conospermum spp.) and their adaptations for foraging and concealment (Hymenoptera: Colletidae: Paracolletini), Rec. West. Aust. Mus. 14, 275–292.
Larkin L.L., Neff J.L., Simpson B.B. (2008) The evolution of a pollen diet: host choice and diet breath of Andrena bees (Hymenoptera: Andrenidae), Apidologie 39, 133–145.
Leonhardt S., Dworschak K., Eltz T., Blüthgen N. (2007) Foraging loads of stingless bees and utilisation of stored nectar for pollen harvesting, Apidologie 38, 125–135.
Michener C.D. (1954) Records and describtions of North American megachilid bees, J. Kansas Entomol. Soc. 27, 65–78.
Michez D., Patiny S., Rasmont P., Timmermann K., Vereecken N.J. (2008) Phylogeny and hostplant evolution in Melittidae s.l. (Hymenoptera: Apoidea), Apidologie 39, 146–162.
Minckley R.L., Roulston T.H. (2006) Incidental mutualisms and pollen specialization among bees, in: Waser N.M., Ollerton J. (Eds.), Plant-pollinator interactions from specialization to generalization, University of Chicago Press, Chicago, Illinois, USA, pp. 69–98.
Müller A. (2006) Unusual host plant of Hoplitis pici, a bee with hooked bristles on its mouthparts (Hymenoptera: Megachilidae: Osmiini), Eur. J. Entomol. 103, 497–500.
Müller A., Bansac N. (2004) A specialized pollenharvesting device in western palearctic bees of the genus Megachile (Hymenoptera, Apoidea, Megachilidae), Apidologie 35, 329–337.
Müller A., Diener S., Schnyder S., Stutz K., Sedivy C., Dorn S. (2006) Quantitative pollen requirements of solitary bees: Implications for bee conservation and the evolution of bee-flower relationships, Biol. Conserv. 130, 604–615.
Müller A., Krebs A., Amiet F. (1997) Bienen — Mitteleuropäische Gattungen, Lebensweise, Beobachtung, Naturbuch Verlag, Augsburg.
Müller A., Kuhlmann M. (2008) Pollen hosts of western palearctic bees of the genus Colletes (Hymenoptera:Colletidae): the Asteraceae paradox, Biol. J. Linn. Soc. 95, 719–733.
Nation J.L. (2002) Insect physiology and biochemistry, CRC Press, Boca Raton, Florida.
Praz C.J., Müller A., Dorn S. (2008) Specialized bees fail to develop on non-host pollen: do plants chemically protect their pollen? Ecology 89, 795–804.
Rabie A.L., Wells J.D., Dent L.K. (1983) The nitrogen content of pollen protein, J. Apicult. Res. 22, 119–123.
Roulston T.H., Buchmann S.L. (2000) A phylogenetic reconsideration of the pollen starch-pollination correlation, Evol. Ecol. Res. 2, 627–643.
Roulston T.H., Cane J.H. (2000) Pollen nutritional content and digestibility for animals, Plant Syst. Evol. 222, 187–209.
Roulston T.H., Cane J.H. (2002) The effect of pollen protein concentration on body size in the sweat bee Lasioglossum zephyrum (Hymenoptera: Apiformes), Evol. Ecol. 16, 49–65.
Roulston T.H., Cane J.H., Buchmann S.L. (2000) What governs protein content of pollen: pollinator preferences, pollen-pistil interactions, or phylogeny? Ecol. Monogr. 70, 617–643.
Sedivy C., Praz C.J., Müller A., Widmer A., Dorn S. (2008) Patterns of host-plant choice in bees of the genus Chelostoma: the constraint hypothesis of host-range evolution in bees, Evolution 62, 2487–2507.
Standifer L.N. (1967) A comparison of the protein quality of pollens for growth stimulation and hypopharyngeal glands and longevity of honey bees (Apis mellifera, Hymenoptera, Apidae), Insect. Soc. 14, 415–426.
Strauss S.Y., Zangerl A.R. (2002) Plant-insect interactions in terrestrial ecosystems, in: Herrera C.M., Pellmyr O. (Eds.), Plant-animal interactions — an evolutionary approach, Blackwell Publishing, Malden, pp. 77–106.
Strickler K. (1979) Specialization and foraging efficiency of solitary bees Hoplitis anthocopoides, Ecology 60, 998–1009.
Thorp R.W. (1969) Systematics and ecology of bees of the subgenus Diandrena (Hymenoptera: Andrenidae), University of California Publications in Entomology 52, 1–146.
Thorp R.W. (2000) The collection of pollen by bees, Plant Syst. Evol. 222, 211–223.
Wäckers F.L. (1999) Gustatory response by the hymenopteran parasitoid Cotesia glomerata to a range of nectar and honeydew sugars, J. Chem. Ecol. 25, 2863–2877.
Westrich P. (1990) Die Wildbienen BadenWürttembergs II, Eugen Ulmer Verlag, Hohenheim.
Wille H., Wille M., Kilchenmann V., Imdorf A., Bühlmann G. (1985) Pollenernte und Massenwechsel von drei Apis mellifera-Völkern auf demselben Bienenstand in zwei aufeinanderfolgenden Jahren, Rev. Suisse Zool. 92, 897–914.
Williams N.M. (2003) Use of novel pollen species by specialist and generalist solitary bees (Hymenoptera: Megachilidae), Oecologia 134, 228–237.
Wisskirchen R., Haeupler H. (1998) Standardliste der Farn- und Blütenpflanzen Deutschlands, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Manuscript editor: Jean-Noël Tasei
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Weiner, C.N., Hilpert, A., Werner, M. et al. Pollen amino acids and flower specialisation in solitary bees. Apidologie 41, 476–487 (2010). https://doi.org/10.1051/apido/2009083
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1051/apido/2009083