На правах рукописи
Калашникова
Марина Викторовна
ЭКОЛОГО-АДАПТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЧЕЛ
В УСЛОВИЯХ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
03.02.08 – экология (биология)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Тюмень – 2013
Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии
Научный руководитель: | доктор биологических наук, профессор
|
Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, с. н.с. Института экологии растений и животных УрО РАН
кандидат биологических наук, доцент, зав. кафедрой биологии и экологии Уральской государственной академии ветеринарной медицины
|
Ведущая организация: | Пермская государственная сельскохозяйственная академия |
Защита состоится «27» марта 2013 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.
Адрес: .
Тел./; E-mail: *****@***ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии
Автореферат разослан «25» февраля 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук | Литвиненко Наталья Владимировна |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Медоносная пчела – уникальный индикатор загрязнения окружающей среды (Колбина, 2009; Осинцева, Коркина, Волкова, 2009; Туктаров, Фархутдинов, 2010). Находящиеся в окружающей среде загрязняющие вещества могут аккумулироватьсяв почве и передаваться по трофической цепи «почва – растение – пчела – продукты пчеловодства
» (Кашина, 2009; Пашаян, 2009; Коркина, 2009).
Исследование спектра изменчивости эколого-физиологических параметров пчел является важным этапом в выяснении механизмов адаптации Apis mellifera к физическим, химическим, климатическим, антропогенным и другим факторам, сформировавшимся в природной экосистеме на территории юга Тюменской области. Взаимосвязь экстерьерных и интерьерных признаков пчел с местом их обитания представляет научный и практический интерес и обуславливает актуальность выбранной темы.
В настоящее время, одной из главных задач современной биологии является выявление состояния механизмов защиты живых организмов в разных условиях их обитания (Ball et al., 1987; Nardi and Miklasz, 1989; Зюман,1993; Салтыкова, 2000; Гайффулина, 2004). Исследование клеточных механизмов защитных реакций насекомых дает возможность приблизиться к решению задачи повышения устойчивости хозяйственно полезных видов (Dunn, 1990; Гайфулина, 2004).
Исследования являются частью научно-исследовательской работы, проводимой сотрудниками Института биотехнологии и ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» (номер государственной регистрации 0120.0503976).
Цель исследования: Изучение эколого-адаптационных возможностей организма пчел и их коррекции при комплексном воздействии биологически активных препаратов в условиях юга Тюменской области.
Задачи исследования:
- дать оценку
сезонной изменчивости морфологических признаков пчел разных почвенно-географических зон;
- изучить особенности биохимических и гемоцитарных реакций Apis mellifera в разных почвенно-географических зонах;
- оценить возможные последствия антропогенной нагрузки на организм Apis mellifera;
- разработать профилактические средства для повышения резистентности организма пчел.
Научная новизна. Исследованы популяции медоносной пчелы южного ареала Тюменской области с использованием классического морфометрического метода идентификации подвидов Apis mellifera. Определено процентное соотношение подвидов Apis mellifera на изучаемой территории. Проведен анализ сезонной динамики гемограмм гемолимфы имаго Apis mellifera. Установлена тенденция увеличения показателя соотношения гемоцитов с включениями и гемоцитов без включений к периоду подготовки пчелиных семей к зимовке. Выявлена зависимость изменения активности факторов клеточного иммунитета и биохимического состава гемолимфы, химического состава отдельных фрагментов организма пчел в природно-климатических зонах с разной интенсивностью антропогенной нагрузки. Разработаны средства повышения ресурсного потенциала организма пчел в меняющихся условиях внешней среды.
Практическая значимость. Изученные морфофункциональные показатели дополняют и расширяют имеющиеся сведения о популяциях пчел, адаптированных к конкретным почвенно-географическим условиям, и могут служить материалом для сравнения в последующих исследованиях, что наряду с дополнительными методами будет способствовать контролю породной принадлежности пчелиных семей и решать вопросы сохранения генофонда местных популяций пчел.
На основании результатов исследований разработаны препараты «МВК», «Калпасид», «Карбай», высокая биологическая активность которых подтверждается увеличением сохранности особей, стимуляцией роста и развития семей в целом.
Основные материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций, на лабораторно-практических занятиях биологических, ветеринарных и зооинженерных факультетах, а также при выполнении научных исследований аспирантами и соискателями Тюменской ГСХА, Тюменского ГУ, Пермской ГСХА, Уральской ГАВМ, Алтайской ГА им. . Результаты исследований вошли в рекомендации: учебно-методическое пособие «Биология пчел», 2006, (гриф УМО); «Методические рекомендации по методам отбора проб почвы, медоносных растений, пчел и продуктов пчеловодства и исследования их на токсические вещества», 2009; методическое пособие «Исследование гемолимфы пчел», 2010. По итогам выполненных работ получен патент на изобретение - Энтомологический садок. Пат. 104018., бюл. №С.1052.; Диплом I степени «Лучший инновационный проект Тюменской области», 2010; Диплом участника «Сельскохозяйственной выставки Агропромышленного комплекса Тюменской области», 2011.
Положения, выносимые на защиту:
1. Морфометрические параметры пчел, обитающих на территории юга Тюменской области, проявляют изменчивость в отношении сезона активного периода, природно-географической зоны, популяционной принадлежности.
2. Биохимический состав и гемоцитарные реакции гемолимфы Apis mellifera различаются по природно-климатическим зонам.
3. Разработанные препараты позволяют корректировать основные дизадаптационные механизмы пчел для поддержания биоресурсного потенциала организма пчел.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: Тюмень, ; Курган, 2003; Екатеринбург, 2008; Семей – Казахстан, 2009.
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и патент на изобретение РФ.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Материал изложен на 155 страницах компьютерного текста, содержит 14 таблиц, 46 рисунков и приложение. Список использованной литературы включает 358 источников, из них 38 иностранных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 Обзор литературы
Важнейшим показателем физиологического статуса насекомого является состояние его внутренней среды, которая непосредственно соприкасается со всеми органами и тканями. Индивидуальная невосприимчивость определена присутствием в организме медоносных пчел нескольких структурных и функциональных механизмов естественной резистентности.
Анализ литературных данных позволил выделить приоритетные проблемы современного пчеловодства: критическое состояние генофонда пчел, сложившееся в результате отсутствия государственного контроля при завозе пчел с южных территорий страны и многофакторное загрязнение агробиоценоза экотоксикантами, что повлекло за собой снижение резистентности организма насекомых и активацию инфекционных и инвазионных агентов.
2 Материалы и методика исследования
Исследования выполнялись с 2001 по 2012 гг. на кафедре анатомии и физиологии Института биотехнологии и ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия».
В процессе научной работы под наблюдение были взяты пасеки юга Тюменской области, расположенные в следующих районах: Вагайский, Нижнетавдинский, Сорокинский, Тюменский, Ишимский, Бердюжский. За основу при выборе районов исследования принято почвенно-географическое районирование юга Тюменской области, сформулированное (1990). Экспериментальные работы проведены на 24 пасеках. Всего подвергнуто исследованиям 360 пчелиных семей Apis mellifera. Для опытов были подобраны семьи-аналоги с матками одного возраста, одинаковым количеством меда, перги, расплода.
Измерения экстерьерных признаков пчел проводили под бинокулярным микроскопом (МБС–10), с помощью окуляр-микрометра, по методике (1948) в доработке и (1991). Анализировали основные морфометрические признаки: длину хоботка, длину переднего правого крыла, ширину переднего правого крыла, определяли кубитальный и тарзальный индексы. Для исследования сезонной изменчивости экстерьерных признаков пчел, пчелиные семьи делили на группы по морфологическим признакам: I – карпатские, II – помесные, III – среднерусские. Пчелы содержались в стандартных шестнадцатирамочных ульях лежаках и находились в одинаковых условиях. Для анализа брали пробы рабочих пчел (n=30) в течение теплого периода года, учитывая период жизнедеятельности пчелиной семьи: весенней генерации – апрель, главного взятка – июнь и подготовки к зимовке – сентябрь.
Исследования физиологических показателей гемолимфы пчел проводились на рабочих пчелах стационарных и кочевых пасек. Для определения гемограмм, пробы пчел отбирали в разные периоды жизнедеятельности пчелиной семьи. Гемоцитарную формулу определяли согласно морфофункциональной классификации гемоцитов, разработанной (1976). Расчет соотношения гемоцитов без включений и гемоцитов с включениями проводился после выведения гемограммы каждой группы пчел. При определении поглотительной активности фагоцитов использовались частицы латекса.
Показатели гемолимфы расплода пчел определяли на полуавтоматическом биохимическом анализаторе «Clima MC-15» с использованием стандартных реактивов -ДС», Россия; Диагностикс СПб», Россия; Hospitex Diagnostics, Италия.
Химический состав отдельных фрагментов организма пчел проводился в лаборатории НИИ почвоведения и агрохимии СО РАН. Пробы подмора имаго рабочих пчел расчленяли на фрагменты: крылышки, ножки, брюшки, головки, грудки. В лаборатории пробы предварительно подвергали автоклавной минерализации с помощью прибора АНКОН–АТ-2, затем определяли наличие ТМ в минерализате атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «ААS-3» и «Квант-ЭТА» (ГОСТ ).
Влияние разработанных нами рецептур препаратов «МВК», «Калпасид», «Карбай» изучали в лабораторных и пасечных условиях. Действующее вещество препарата «Карбай» представлено провитамином А, «Калпасид» – природным компонентом, по составу близким к прополису, с добавлением кобальта (II) сернокислого 7-водного, «МВК» – растительным пектином. В препараты введена настойка цветков мать-и-мачехи. В лабораторных условиях выявлены оптимальные концентрации препаратов. При постановке опытов на пасеках пчелиным семьям давали подкормки при достаточном запасе пыльцы (корма) в гнездах. После осмотра и формирования гнезд в ульи по их краям ставили гнездовые кормушки с 1 л в каждой сахарного сиропа (1:1). При этом контрольные семьи получили кормушки только с сиропом, экспериментальные семьи первой группы – кормушки с сиропом с добавлением препарата «МВК» в концентрации 0,3%, второй группы – с сиропом с добавлением препарата «Калпасид» в концентрации 0,2%, третьей группы – с сиропом и препаратом «Карбай» в концентрации 0,75%. Комиссионный осмотр гнезд пчелиных семей был проведен через 30 суток после внесения подкормки в ульи.
Математическая обработка результатов исследований выполнена с использованием пакета прикладных программ в составе Excel 2003. Достоверность различия средних значений определяли по параметрическому критерию Стьюдента (Плохинский, 1969; Лакин, 1990).
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Морфометрическая характеристика популяции пчел юга Тюменской области. В результате неконтролируемой селекции и под влиянием естественного отбора на приспособленность к суровым природно-климатическим условиям на юге Тюменской области сформировался массив пчел, обладающий определёнными качественными признаками (Елфимов, 2005).
Проведенный анализ свидетельствует, о том, что более высокие показатели длины хоботка (6,30±0,09 мм), длины правого переднего крыла (9,90±0,05 мм), кубитального индекса (51,85±1,56%) характерны для имаго пчел южной лесостепи Бердюжского района (рис. 1, 2), однако у этих пчел самые низкие показатели индекса «широколапости» (тарзальный индекс – 49,30±2,98%).
|
|
Рис. 1 – Показатели длины хоботка рабочих пчел | Рис. 2 – Показатели кубитального индекса рабочих пчел |
По мнению (2007) наибольшие параметры морфологических признаков (длина хоботка и крыльев, количество зацепок) увеличивают возможности пчел в получении нектара от большего числа видов медоносных растений. Для пчел южной тайги Вагайского района характерны минимальные показатели длины (9,30±0,08 мм), ширины правого крыла (3,02±0,04 мм) и кубитального индекса (48,42±2,41%), но максимальные показатели тарзального индекса (56,88±2,73%). Зонам подтайги и северной лесостепи присущи средние значения исследуемых показателей. На территории юга Тюменской области под действием разных экологических факторов и неконтролируемой гибридизации сформировалась группа местной популяции, не относящаяся к чистопородным пчелам. Она представляет собой лишь помесную популяцию. Довольно редко встречаются пчелосемьи, по экстерьерным показателям, которых их можно с уверенностью отнести к среднерусской и даже к дальневосточной породам, которые являются наиболее зимостойкими и приспособленными к условиям нашего климата. Большая часть пчел с пасек юга Тюменской области в большей или меньшей степени метизирована пчелами южных пород, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на их зимостойкости и продуктивности.
Из исследованных 360 пчелиных семей юга Тюменской области 63% составили пчелы помесного происхождения (тайга – 23, подтайга – 50, северная лесостепь – 116, южная лесостепь – 37 семей); 20% – среднерусской породной группы (тайга – 5, подтайга – 20, северная лесостепь – 33, южная лесостепь – 14 семей); 12% – карпатской породной группы (тайга – 3, подтайга – 14, южная лесостепь – 6, северная лесостепь – 21 семья); дальневосточной породной группы – 5% (тайга – 1, подтайга – 4, северная лесостепь – 10, южная лесостепь – 3 семьи).
Экологические факторы, влияющие на сезонную динамику морфометрических показателей пчел в разных почвенно-географических зонах. Для исследования сезонной изменчивости морфометрических показателей в почвенно-географических подзонах Тюменской области были сформированы три группы семей: I группа – темные лесные пчелы (среднерусские), II группа – помесные, III группа – карпатские пчелы. Исследование морфологических признаков проводили у пчел: первой весенней генерации, периода главного взятка и периода подготовки семей к зимовке.
Установлено, что показатель длины хоботка пчел помесной группы не проявляет какой-либо зависимости, как между разными районами, так и между временными периодами. Если для местных пчел Вагайского района характерно наличие максимальных показателей в период главного взятка (6,21±0,07 мм), а к периоду подготовки наблюдается снижение значений длины хоботка (6,15±0,07 мм), то для пчел Нижнетавдинского, Тюменского, Бердюжского районов типичным является постепенное увеличение значений длины хоботка (6,00±0,09 мм; 5,97±0,08 мм; 6,21±0,04 мм соответственно) с максимумом значений в период подготовки к зимовке (6,24±0,08 мм; 6,20±0,07 мм; 6,30±0,09 мм, соответственно). Тогда как для длины хоботка пчел Сорокинского, Ишимского районов весенней генерации характерны минимальные значения (5,90±0,45 мм и 6,00±0,09 мм соответственно), а показатели периодов главного взятка и подготовки к зимовке держаться на одном уровне (6,20±0,64 мм и 6,02±0,28 мм, соответственно). Сезонная динамика длины хоботка рабочих пчел темной лесной породной группы Вагайского района южной тайги проявляет тенденцию к постепенному увеличению значений на протяжении всего активного периода весенняя генерация – 6,00±0,05 мм, главного взятка – 6,16±0,09 мм; подготовки к зимовке – 6,20±0,06 мм. Для всех остальных районов изучаемых почвенно-географических зон характерно наличие максимального значения в период главного взятка. Показатели длины хоботка карпатской породной группы имеют тенденцию к увеличению показателей от южной тайги (6,20±0,06 мм), к южной лесостепи (6,40±0,06 мм) – прослеживается «клинальная изменчивость», установленная (1948) и (1924, 1930), свидетельствующая о генотипической однородности группы пчел. «Нарушение» этого закона у пчел с морфологическими признаками темной лесной и карпатской пород в почвенно-географической подзоне – северная лесостепь, возможно, связано или с генотипической неоднородностью изучаемой группы пчел, или с повышенной нагрузкой на организм и снижением адаптационного потенциала насекомых.
В период главного взятка в зоне южной лесостепи отмечены высокие значения кубитального индекса (61,60±1,32%) и низкие значения тарзального (49,70±1,40%). Таким образом, если в весенний период большим ростом отличались ножки пчел (тарзальный индекс), то в период главного взятка его сменил рост крыльев (кубитальный индекс, длина крыла) – что видимо, связано с увеличением летной активности, необходимостью совершать большее количество вылетов.
Сравнительный анализ сезонной изменчивости морфологических признаков помесной, темной лесной и карпатской пчел показал, что более высокие показатели ряда морфологических признаков пчелы сохраняют в течение всего активного периода жизни в зоне южной лесостепи. Максимальные показатели признаков наблюдаются в середине лета (период главного взятка), когда идет основной медосбор, а осенью они незначительно снижаются. Низкие значения морфометрических признаков, характерных для зоны северной лесостепи, свидетельствуют о негативной экологической обстановке, сложившейся на данной территории. Карпатские пчелы при интродукции в условиях юга Тюменской области сохранили такие морфологические признаки как тарзальный и кубитальный индекс, тогда как показатель длины хоботка имеет тенденцию к снижению и выявляется в нижних пределах стандартных значений для этого породного типа пчел. Следовательно, экстерьерные показатели являются изменчивыми и зависят от множества факторов: развития пчелы, физиологического состояния пчелиной семьи, наличия в природе тех или иных источников нектара и пыльцы, природно-климатических условий и т. п.
3.2 Адаптивные реакции гемолимфы пчел юга Тюменской области
Влияние экологических факторов на сезонную динамику гемограмм гемолимфы имаго Apis mellifera. При исследовании влияния экологических факторов на сезонную динамику гемограмм установили, что для имаго рабочих пчел весенней генерации всех природно-климатических зон характерно высокое содержание фагоцитов (до 67,00±5,22%). Гемограммы имаго пчел северной лесостепи при этом отличаются более высокими показателями нейтрофильных фагоцитов (до 70,40±5,58%). Гемолимфа имаго пчел южной тайги содержит наименьшее количество нейтрофильных фагоцитов (до 43,8±4,31% у пчел помесной породной группы). Среднее положение по этому показателю занимают пчелы южной лесостепи (59,40±5,86%).
Во всех исследуемых природно-климатических зонах наиболее высокие показатели зарегистрированы у имаго пчел с морфологическими признаками карпатской породы. Это может свидетельствовать о меньшей приспособленности данного вида пчел к зимовке в условиях юга Тюменской области. Вероятно, роль фагоцитов возрастает в связи с адаптационной нагрузкой на организм насекомых в более техногенной зоне. Выраженность таких реакций в зоне северной лесостепи у всех видов пчел исследуемых территорий указывает на неблагоприятные условия среды обитания.
Показатели гемограмм периода главного взятка подтверждают стабильное состояние системы гомеостаза (рис. 3). Выявление гемограмм со значительным содержанием эноцитоидов (карпатские пчелы зоны южной тайги – 1 0,10±1,60%) свидетельствует об увеличении в семье количества пчел старшего возраста. На этом этапе пчелиная семья растет медленно. В данный период для всех исследуемых районов характерны значительные вариации в соотношении разных форм гемоцитов.
Рис. 3 – Гемограммы имаго рабочих пчел периода главного взятка
Гемограммы имаго пчел периода подготовки к зимовке характеризуются значительным количеством пролейкоцитов (до 72±6,23% в зоне южной лесостепи), низкими показателями нейтрофильных фагоцитов (19,00±2,52%), сферулоцитов (4,90±0,35%) и эноцитоидов (3,80±0,20%).
Этот период является переходным от активной жизнедеятельности к пассивной зимней жизни, характеризуется образованием клуба, сначала только в холодное ночное время, а затем и днем. Количественные значения разных форм гемоцитов говорят о перестройке внутри как всего пчелиного сообщества, так и в организме каждого индивидуума семьи. Исходные подвиды медоносной пчелы сформировались в различных природных условиях, и потому они обладают неодинаковой способностью адаптироваться к неблагоприятным факторам среды (Глупов, 1998; Салтыкова, 2009).
Таким образом, использование гемограммы гемолимфы для оценки физиологического состояния насекомых обитающих в той или иной среде позволяет оценить адаптационную способность их организма. Изучая количественные изменения разных форм гемоцитов можно предсказать последствия того или иного воздействия на живой организм.
Для нашего исследования за объективный показатель при оценке физиологичекого статуса пчел взято предложенное Капустиной (1999) соотношение между процентом гемоцитов без внутриклеточных включений (прогемоциты, фагоциты) и процентом гемоцитов с включениями (эноцитоиды, сферулоциты). Увеличение форменных элементов с внутриклеточными включениями и одновременное снижение содержания гемоцитов без включений связано с накоплением запасных питательных веществ. Обратное явление, то есть преобладание в данном соотношении гемоцитов без включений, свидетельствует об увеличении показателя данного соотношения.
Среднее значение соотношения гемоцитов с включениями и без включений в период весенней генерации установлено на уровне 2,77-3,86. Выделяются своими значениями показатели пчел северной лесостепи темной лесной и карпатской породной групп (7,13 и 11,05 соответственно). Вероятно, необходимость в присутствии в гемолимфе значительного числа трофических клеток у этих пчел в период весенней генерации ведет к неоправданному снижению количества фагоцитов, то есть к снижению защитной функции насекомых исследуемой территории. Среднее значение соотношения гемоцитов с включениями и без включений в период главного взятка определено на уровне 2,50-4,18. Показатели пчел северной лесостепи (3,83-4,78) превышают таковые показатели других почвенно-географических зон (2,25-2,83 – подтайга, 2,54-3,46 – южная лесостепь). Среднее значение соотношения гемоцитов с включениями и без включений в период подготовки к зимовке составило 8,96. Наиболее интенсивно происходит накопление питательных веществ и соответственно увеличивается количество трофических клеток у рабочих пчел помесной популяции, обитающих в южной лесостепи (до 15,4±0,09).
Возможно увеличение трофических клеток (сферулоциты и эноцитоиды) в зоне южной лесостепи, каким то образом связано с природными почвенно-географическими особенностями изучаемой территории. Установлено, что количественный показатель соотношения имеет тенденцию к увеличению значений от периода главного взятка к периоду подготовки к зимовке. При анализе показателей разных почвенно-географических зон выявлены высокие значения пролейкоцитов в гемограммах пчел южной лесостепи (сравнительно показателей двух других природно-климатических зон), которая расположена в более выгодном положении относительно природных условий обитания. Более высокие показатели нейтрофильных фагоцитов в гемограммах с пасек северной лесостепи свидетельствуют о напряженном состоянии иммунитета организма пчел данной территории.
Влияние экологических факторов на сезонную динамику факторов клеточного иммунитета пчел в гемолимфе имаго Apis mellifera. Исследования показателей фагоцитоза у имаго пчел выявило следующее: наиболее активно процесс фагоцитоза отмечен в период подготовки к зимовке (фагоцитарный индекс (ФИ) в среднем 31,03%), наименее активно в период весенней генерации (ФИ в среднем 18,86%). Та же тенденция прослеживается и по фагоцитарному числу Райта (ФЧ): в период весенней генерации ФЧ в среднем по районам составило 0,76%, в период главного взятка – 2,1%, максимальное значение данного показателя выявлено в период подготовки к зимовке (в среднем 2,2%).
Установлено, что низкие показатели фагоцитоза характерны для гемолимфы имаго рабочих пчел весенней генерации Тюменского района (ФИ –17,2±0,42%; ФЧ – 0,7±0,08%). Более высокие значения этого показателя наблюдаются в периоды главного взятка и при подготовке пчел к зимовке у пчел Бердюжского района (ФИ – 33,5±0,27%; ФЧ – 2,2±0,01%).
Во все исследуемые периоды активной деятельности пчел отмечены достоверно низкие значения изучаемых показателей, характерные для гемолимфы пчел Тюменского района, что свидетельствует о сниженной реактивности и соответственно большей уязвимости организма насекомых данной территории.
3.3 Сравнительная характеристика адаптационных возможностей пчел, населяющих территории с разной антропогенной нагрузкой
Достаточно широкое исследование и освещение получили факторы разрушительного воздействия на организм насекомых-опылителей, в том числе и пчел (Гробов, Литохин, 2003; Кашина, 2009), но не менее ценным является изучение влияния длительного антропогенного загрязнения биогеоценозов. Результаты исследования были получены при сравнении пчелиных сообществ юга Тюменской области, подверженных хроническому действию разного рода загрязнителей (г. Тюмень), с фоновыми (п. Боровое). Нами изучено влияние на организм пчелы многофакторного загрязнения поллютантами разной агрессивности атмосферного воздуха, пахотного слоя и достаточно урбанизированной среды обитания в подзоне северной лесостепи.
Биохимический состав гемолимфы предкуколок рабочих пчел и трутней Apis mellifera. Полученные в ходе исследования низкие значения общего белка и альбумина, триглицеридов, кальция, фосфора, калия в гемолимфе пчел, обитающих в урбанизированной среде г. Тюмени, вероятнее всего связаны как с недостаточным разнообразием медоносной растительности данной территории, так и с угнетающим действием неблагоприятных факторов, в частности с техногенным загрязнением окружающей среды (рис. 4, 5), в отличие от соответствующих показателей гемолимфы пчел территорий кочевой пасеки п. Боровое, которая обладает более богатым полифлерным набором, менее подвержена антропогенному загрязнению, имеет низкий уровень урбанизации.
При анализе данных гемолимфы предкуколок выявили, что часть биохимических показателей у трутней превышает таковые значения у рабочих пчел: общий белок – на 8,17% (Тюмень) и 8,92% (Боровое), альбумин – на 38,46% (Тюмень) и 46,55% (Боровое), триглицериды – на 7,56% (Тюмень) и 12,79% (Боровое), кальций – на 35,60% (Тюмень) и 40,17% (Боровое), калий – на 47,48% (Тюмень) и 42,40% (Боровое), магний – на 26,73% (Тюмень) и 21,29% (Боровое) (рис. 4, 5). Уровень общего белка гемолимфы предкуколок трутней п. Боровое определен на уровне 50,98±1,63 г/л, г. Тюмени – 42,16±0,98 г/л, уровень альбумина гемолимфы п. Боровое – 18,71±0,45 г/л, г. Тюмени – 13,00±0,70 г/л. Количество общего белка и альбумина в гемолимфе предкуколок рабочих пчел составило: п. Боровое 46,43±1,27 г/л и 10,00±0,07 г/л соответственно; г. Тюмени 38,77±0,67 г/л и 8,00±0,70 г/л соответственно.
При анализе данных липидного обмена выявлено, что более высокие показатели триглицеридов в гемолимфе предкуколок трутней и рабочих пчел характерны для особей, обитающих на территории п. Боровое (3,44±0,11 ммол/л и 3,00±0,21 ммол/л соответственно), что превышает аналогичные показатели по г. Тюмени почти в 2 раза (1,72±0,03 ммол/л и 1,59±0,01 ммол/л соответственно). Показатели по холестерину не выявили подобной зависимости. В результате проведенных исследований установлены достоверные отличия по содержанию основных ионов в гемолимфе предкуколок пчел с пасек, расположенных на территориях с разной экологической нагрузкой.
|
|
Рис. 4 – Сравнительный биохимический анализ гемолимфы предкуколок рабочихпчел | Рис. 5 – Сравнительный биохимический анализ гемолимфы предкуколок трутней |
Значения кальция в гемолимфе предкуколок трутней и рабочих пчел с пасек п. Боровое составили 3,41±0,08 ммол/л и 2,04±0,15 ммол/л соответственно, с пасек г. Тюмени – 2,05±0,15 ммол/л и 1,32±0,04 ммол/л соответственно. Кальций является составной частью клеточного ядра, осуществляет межклеточные связи, его концентрация и баланс с другими ионами имеет существенное значение для организма насекомых.
Магний и калий являются преобладающими катионами в клетке. Уровень магния в исследуемых образцах гемолимфы составил: предкуколки трутней п. Боровое – 1,08±0,01 ммол/л, г. Тюмень – 1,01±0,01 ммол/л; предкуколки рабочих пчел п. Боровое – 0,85±0,03 ммол/л, г. Тюмень – 0,74±0,001 ммол/л. Важное значение для жизнедеятельности организма имеет и соотношение катионов кальция и магния, которое составляет 1:0,5. В гемолимфе предкуколок трутней п. Боровое это соотношение 1,5:0,5; в гемолимфе предкуколок рабочих пчел – 1,2:0,5; в гемолимфе предкуколок г. Тюмени – 1,01:0,5 и 0,89:0,5 соответственно.
Калий в гемолимфе предкуколок трутней и рабочих пчел зарегистрирован на следующем уровне: п. Боровое – 6,98±0,16 ммол/л, Cv – 5,87%, 4,02±0,11, Cv – 3,87% соответственно; г. Тюмень 5,96±0,47 ммол/л, Cv – 11,17%, 3,13±0,14 ммол/л, Cv – 6,44% соответственно. Показатели калия гемолимфы п. Боровое достоверно превышают аналогичные показатели г. Тюмени: предкуколок трутней на 14,61% и рабочих пчел на 21,14% соответственно.
Химический состав отдельных фрагментов организма пчел. Е. Крейном (1930), доказана связь между пчелами и содержанием металлов в окружающей среде. Большая часть тяжелых металлов в определенных концентрациях необходимы для жизнедеятельности живых организмов, при содержании же их в почве в избыточном количестве микроэлементы накапливаются в растениях, от которых по трофической цепи передаются пчелам и далее через продукты пчеловодства человеку (Лебедев, Мурашева, 2003; Кашина, 2009; Пашаян, 2012).
Значительное накопление никеля происходит в крыльях пчел (до 0,326±0,001 мг/кг – в п. Боровое; 0,188±0,001 мг/кг – в г. Тюмени). У пчел с пасеки в п. Боровое содержание никеля в головках, ножках и крылышках превышает аналогичные показатели пчел г. Тюмени на 68,63%, 75,69% и 42,25% соответственно. Тогда как в брюшках и грудках пчел г. Тюмени содержание никеля оказалось выше аналогичных показателей пчел п. Боровое на 54,34% и 57,79% соответственно. Что касается марганца, то для него характерно проявление накопительных свойств в крылышках (до 3,213±0,001 мг/кг – в г. Тюмени, 3,174±0,002 мг/кг – в п. Боровое) в брюшках (до 2,273±0,002 мг/кг – в г. Тюмени, до 2,214±0,003 мг/кг – в п. Боровое) и ножках (до 1,793±0,004 мг/кг – в г. Тюмени, до 1,744±0,002 мг/кг – в п. Боровое). Разница между районами не достоверна.
Интенсивное накопление железа (Тюмень – 0,143±0,0001 г/кг, п. Боровое –0,092±0,0001 г/кг), свинца (Тюмень – 0,947±0,001 мг/кг, п. Боровое – 0,850±0,001 мг/кг) и меди (Тюмень – 6,264±0,004 мг/кг, п. Боровое – 6,212±0,002 мг/кг) отмечено в брюшках пчел. Тропность железа, свинца и меди характеризует концентрирующие свойства жирового тела. Это подтверждается наличием положительной корреляционной связи между количеством триглицеридов в гемолимфе и содержанием свинца и меди в теле пчел. Цинк концентрируется в ножках пчел (до 84,375±0,004 мг/кг в г. Тюмени, до 76,747±0,009 мг/кг в п. Боровое). Выявлена средняя положительная связь между количеством цинка в теле пчел и концентрацией магния в гемолимфе. Отмечено, чем выше уровень цинка в теле пчел, тем ниже показатели по общему белку (r=-0,75; -0,89), что отражается и на количестве альбумина (r= -0,14; -0,57). Высокое поступление свинца, железа, меди в организм пчел снижает количественные показатели калия (r=-0,44; -0,82) и магния (r=-0,63; -0,72), ионов, которые являются преобладающими в гемолимфе. В ответ на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами отмечается активация биохимических реакций организмов, способствующая их адаптации к загрязнению. В результате исследования выявлена территориальная и тканевая специфичность в накоплении тяжелых металлов медоносными пчелами. Пчелы г. Тюмени в большей степени содержат такие вещества, как железо (до 0,143±0,001 г/кг), свинец (0,949±0,001 мг/кг), что связанно с высоким содержанием этих поллютантов в окружающей среде данной территории и отрицательно влияют на обменные процессы и функционирование организма.
3.4 Разработка средств природного происхождения, способствующих поддержанию адаптивных реакций организма пчел
Благополучное содержание и разведение пчел в природно-климатических условиях Тюменской области возможно лишь при селекции их по хозяйственно полезным признакам, то есть зимостойкости, устойчивости к болезням и продуктивности. Необходимостью является разработка средств, обеспечивающих улучшение условий содержания семей, а также применение веществ, способствующих как подавлению патогенной микрофлоры, так и повышению жизнеспособности самих пчел с помощью различных адаптогенов.
Анализ результатов показал (табл. 1), что подкормка сахарным сиропом с добавлением препаратов «МВК», «Калпасид», «Карбай» в указанных дозах описанным методом повышает жизнеспособность медоносных пчел.
Группы пчелиных семей | Экспериментальные семьи (n=5) | Контрольные семьи | |||
Показатели семей | Препарат «МВК» | Препарат «Карбай» | Препарат «Калпасид» | - | |
Сила семей (в улочках), М±m | до | 5,6 ±0,3 | 5,5±0,2 | 5,4±0,3 | 5,5±0,4 |
после | 9,5±0,2 | 9,7±0,9 | 9,7±0,4 | 8,5±0,5 | |
Количество расплода (на рамках), М±m | до | 39,2±0,5 | 36,4±0,3 | 37,3±0,3 | 37,6±0,5 |
после | 86,6±3,3 * | 89,5±4,1 * | 84,3±2,2 * | 60,4±3,5 * | |
Примечание: * - р≤0,05 при сравнении с показателями контрольных семей |
Таблица 1 – Результаты применения подкормок
В последующее весеннее и летнее время опытные пчелиные семьи хорошо развивались и активно участвовали в медосборе.
В результате лабораторных опытов, по выяснению продолжительности жизни пчел установлено: применение препарата «Карбай» (0,3%) увеличивает продолжительность жизни пчел на 4,2 дня, «Калпасид» (0,2%) – 7,3 дня, «МВК» (0,75%) – 4,6 дней.
На основании результатов опыта можно сделать заключение о положительном влиянии подкормок и о возможности их использования на целых семьях в пасечных условиях, в ранневесенний период, что приведет к повышению жизнеспособности пчелиных семей при подготовке их к медосбору.
ВЫВОДЫ
1. В условиях пасек юга Тюменской области 60% пчел с пасек юга Тюменской области являются метизированными, 20% – пчелы с морфологическими признаками среднерусских пчел, 15% – с признаками карпатских пчел и 5% – с признаками дальневосточных пчел. Более высокие показатели длины хоботка (6,30±0,09 мм), длины правого крыла (9,90±0,05 мм), кубитального индекса (51,85±1,56%) характерны для имаго пчел южной лесостепи Бердюжского района, однако у этих пчел самые низкие показатели индекса «широколапости» (тарзальный индекс – 49,30±2,98%). Для пчел южной тайги Вагайского района характерны минимальные показатели длины (9,30±0,08 мм), ширины правого крыла (3,02±0,04 мм) и кубитального индекса (48,42±2,41%), но максимальные показатели тарзального индекса (56,88±2,73%). Зонам подтайги и северной лесостепи присущи средние значения исследуемых показателей.
2. На протяжении всего активного периода жизни пчел наблюдается увеличение показателей экстерьерных признаков: длина хоботка увеличивается на 5,3%, показатели кубитального и тарзального индексов на 1,2 и 1,1% соответственно, при этом более высокие показатели морфологических признаков пчелы сохраняют в течение всего активного периода жизни в зоне южной лесостепи, низкие значения морфометрических признаков, характерны для зоны северной лесостепи.
3. В гемограммах гемолимфы имаго рабочих пчел весенней генерации преобладает количество фагоцитов (до 67,00±5,22%), причем гемограммы имаго пчел зоны северной лесостепи отличаются более высокими показателями; в период главного взятка в гемограммах наблюдается незначительное снижение количества фагоцитов (в среднем 25±1,23%), увеличение числа пролейкоцитов (до 59,30±4,20% в зоне северной лесостепи), сферулоцитов (до 23,50±2,90% в зоне южной тайги) и эноцитоидов (до 10,10±1,60% в зоне южной лесостепи). Гемограммы имаго пчел в период подготовки пчелиных семей к зимовке характеризуются высокими количественными показателями пролейкоцитов (до 72±6,23% в зоне южной тайги).
4. Среднее значение соотношения гемоцитов с включениями и без включений в период весенней генерации установлено на уровне 2,77-3,86, в период главного взятка определено на уровне 2,50-4,18. Показатели пчел северной лесостепи (3,83-4,78) превышают таковые показатели других почвенно-географических зон (2,25-2,83 – подтайга, 2,54-3,46 – южная лесостепь). Среднее значение соотношения гемоцитов с включениями и без включений в период подготовки к зимовке составило 8,96. Наиболее интенсивно происходит накопление питательных веществ и соответственно увеличивается количество трофических клеток у рабочих пчел помесной популяции, обитающих в южной лесостепи (до 15,4±0,09).
5. Минимальные показатели фагоцитоза характерны для гемолимфы имаго рабочих пчел весенней генерации (ФЧ до 17,20±0,42% – Тюменский район). Более высокие значения этого показателя наблюдаются в периоды главного взятка и при подготовке пчел к зимовке (ФЧ до 33,50±0,27% и 32,70±0,41% –Бердюжский район).
6. Уровень показателей гемолимфы предкуколок трутней с пасек п. Боровое превышает аналогичные показатели особей г. Тюмени: общего белка на 17,29%, альбумина на 30%, триглицеридов на 50%, калия на 14,61%, кальция на 39,88%, фосфора на 69,94%. Показатели гемолимфы предкуколок рабочих пчел проявляют ту же тенденцию: общий белок – 16,43%, альбумин – 20%, триглицериды – 47%, калий – 22,14%, кальций – 35,29%. Содержание меди в гемолимфе предкуколок рабочих пчел с пасеки г. Тюмени на 10,31% выше соответствующего показателя п. Боровое.
7. Интенсивное накопление железа (до 0,143±0,001 г/кг – г. Тюмень), свинца (до 0,949±0,001 мг/кг – г. Тюмень) и меди (до 6,264±0,004 мг/кг – г. Тюмень) происходит в брюшках пчел; никеля (до 0,326±0,001 мг/кг – п. Боровое), марганца (до 3,213±0,001 мг/кг – г. Тюмень) – в крылышках; цинка (до 84,375±0,004 мг/кг – п. Боровое) – в ножках.
8. Установлена положительная корреляционная сопряженность средней интенсивности между количеством меди в гемолимфе и марганцем (r=0,56-0,82), никелем (r=0,52-0,61)в теле пчел. Выявлена средняя положительная связь между количеством цинка в теле пчел и концентрацией магния в гемолимфе и отрицательная связь между уровнем цинка в теле пчел и показателями по общему белку (r=-0,75; -0,89), что отражается и на количестве альбумина (r= -0,14; -0,57). Высокое поступление свинца, железа, меди в организм пчел снижает количественные показатели калия (r=-0,44; -0,82) и магния (r=-0,63; -0,72).
9. Под влиянием препаратов «МВК», «Калпасид», «Карбай» повышается естественная резистентность пчелиных особей, биологические признаки развития семьи, о чем свидетельствует увеличение продолжительности жизни пчел и силы семей.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1. Положительные результаты, полученные при использовании препарата «Карбай» (0,3%) с целью регуляции адаптационных ресурсов организма пчел позволяют рекомендовать его к использованию в практическом пчеловодстве. Препарат «Карбай» принадлежит к группе витаминных препаратов, стимулирует окислительно-восстановительные процессы в организме насекомых, активизирует фагоцитоз, рекомендуется к применению в зимне-весенний период.
2. В районах неблагополучных по содержанию свинца в окружающей среде с целью предотвращения отрицательного влияния ксенобиотиков, коррекции морфофункциональных изменений в организме пчел на фоне хронической антропрессии рекомендуем для применения препарат «МВК» (0,75%), который является растительным пектином и выводит свинец из организма пчел.
3. Для активации биоресурсного потенциала организма пчел рекомендуем препарат «Калпасид» (0,2%) – близкий по составу к прополису. Он обладает дезинтоксикационным эффектом, присутствующий в нем хлорид кобальта стимулирует ферментативные процессы в организме.
4. При отборе пчелиных семей для воспроизводства в качестве показателей аддаптированности к условиям окружающей среды рекомендуется использовать показатели гемограмм гемолимфы, а также соотношение гемоцитов без включений и гемоцитов с включениями.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Пашаян организационные проблемы пчеловодства /, (Калашникова), // Актуальные вопросы биологии, экологии и ветеринарной медицины домашних животных: Сб. науч. тр. Тюмень, 2002. С. 82-83.
2. Байдашева (Калашникова) антропогенных факторов на пчел / //Новый взгляд на проблемы АПК: Сб. науч. тр. Тюмень, 2002. С. 67-69.
3. Пашаян сокращения численности семей пчел в Тюменской области / , , //Актуальные вопросы в АПК: Сб. тр. Тюмень, 2002. С. 115-117.
4. Пашаян тяжелых металлов в организме пчел на пасеках Зауралья / , , // Наука – сельскому хозяйству: Мат. Всеросс. науч.-практ. конф. Курган, 2003. С. 281-184.
5. Калашникова как биоиндикаторы окружающей среды / , // Сб. мат. конф. молодых ученых, посвящ. 45-летию академии и 60-летию Тюменской области. Тюмень, 2004. С. 219-221.
6. Пашаян. металлы в трофической цепи: почва-растение-пчелы-пчелопродукты/, , // Мат. V Междунар. биогеохим. школы. Семипалатинск, 2005. С. 301-302.
7. Пашаян пчел (брошюра) / , , //Учебное пособие «гриф УМО». Тюмень, 2006, 112 с.
8. Пашаян пчелиных семей в условиях техногенного воздействия /, // Сб. тр. ВНИИВЭА. Тюмень, 2006. №48. С. 172-174.
9. Пашаян макро - и микроэлементов в весенних медоносах /, , // Современные проблемы загрязнения почв: Мат. II Междунар. науч. конф. М., 2007. С.195-198.
10. Пашаян варроатоза на пчел среднерусской и карпатской породы пчел в условиях Тюменской области / , , // Аграрный вестник Урала. 2008. №11 (53). С. 64-65.
11. Пашаян рекомендации по методам отбора проб почвы, медоносных растений, пчел и продуктов пчеловодства и исследования их на токсические вещества (брошюра) / , , // Тюмень, 20с.
12. Сидорова гемолимфы пчел (методическое пособие) / , , // Тюмень, 2010, 24 с.
13. Калашникова признаки пчел юга Тюменской области в течение активного периода // / Сб. мат. рег. конф. Тюмень, 2010. С. 139-142.
14. Пашаян повышения зимостойкости пчел / , , // Сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 420-летию земледелия Зауралья. Тюмень, 2010. С. 509-512.
15. Пашаян рамок-ловушек для снижения численности клещей Varroa destructor / , , // Аграрный вестник Урала. 2011. №С.44-46.
16. Энтомологический садок: пат. 104018 Российская Федерация /заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Тюменская государственная сельскохозяйственная академия. , , Калашникова №, опубл. 10.05.2011 г./ бюл. №С. 1052.
17. Пашаян в годовом цикле жизни пчел / , , // Пчеловодство. М., 2012. №6. С. 12-13.
18. Калашникова нейтрофильных фагоцитов гемолимфы пчел [Электр. ресурс]/, // Междунар. конф. Ставрополь, . Режим доступ www. ***** / science/conference/internet-conference/.y20.pdf/.
