Пути оптимизации гомеостаза и микроценоза пчел при содержании семей в ульях различного типа (стр. 1 )

На правах рукописи

ЛАРИОНОВА Ольга Сергеевна

ПУТИ ОПТИМИЗАЦИИ ГОМЕОСТАЗА И МИКРОЦЕНОЗА ПЧЕЛ ПРИ СОДЕРЖАНИИ СЕМЕЙ В УЛЬЯХ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

03.03.01 – физиология

06.02.02 –ветеринарная микробиология, вирусология,

эпизоотология, микология с микотоксикологией и

иммунология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва – 2012

Работа выполнена на кафедре пчеловодства
и рыбоводства Российского государственного аграрного университета – МСХА имени

Научный консультант:	доктор биологических наук, профессор
Официальные оппоненты:	- доктор биологических наук, профессор кафедры морфологии и физиологии РГАУ – МСХА имени - доктор биологических наук, профессор, заведующая отделом ФГБУ «Всероссийский государственный Центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов» (ФГБУ «ВГНКИ») - доктор биологических наук, профессор кафедры биологии, охотоведения и пчеловодства Башкирского ГАУ
Ведущая организация	Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им.

Защита состоится «27» июня 2012 г. в «1430» часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.09 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени » Москва, , тел.(факс): (4

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ – МСХА имени .

Автореферат разослан « » мая 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

1.  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Пчелиная семья как биологическая единица живет в тесной взаимосвязи с окружающей средой и реагирует на ее изменения. Однако аномально высокие температуры отрицательно сказываются на гомеостазе семей пчел. Ситуацию осложняет гибель семей пчел в России за зимне-весенний период – в среднем 12,6 % общего их количества ( с соавт., 2007). Экономический ущерб от плохой зимовки пчел примерно равен стоимости всего полученного от них товарного меда. Это приводит к устойчивому снижению численности и продуктивности семей пчел. В результате в России количество семей пчел уменьшилось за период с 1991 по 2009 г. на 1,4 млн, а производство товарного меда не превышает 53,5 – 57,4 тыс. т. в год.

Выявлено, что одной из причин вышеуказанных проблем является существующая техноло­гия и практика содержания и разведения пчел в ульях об­щепринятых систем – Дадана-Блатта, Рута и других по­добных, с их общими конструк­тивными недостатками. В деревянных конструкциях ульев с толстыми стенками со временем образуются микро - и макротрещины, нарушается газообмен, и пчелам становится трудно поддерживать микроклимат, особенно зимой. Гигроскопичность ульев данных систем способствует накоплению в трещинах влаги, возбудителей инфекционных и инвазионных заболеваний. Поскольку дезинфекция ульев – достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс, а новые ульи не изготавливаются, старые, инфицированные возбудителями различных заболеваний, передаются из рук в руки.

В 70-е гг. XX столетия был синтезирован ряд новых утеплительных материалов, из которых начали изготовлять ульи: это пенополистирол и пенополиуретан (ППУ). Интересны они тем, что плотность таких материалов достигает 100 кг/м3 и выше, и считается, что они абсолютно безвредны для человека и пчел.

Несмотря на активное внедрение ульев из синтетических материалов (пенополистирол, пенополиуретан) следует отметить, что научное обоснование гомеостаза семей пчел по периодам развития при содержании в таких ульях в литературе отсутствует.

Независимо от материала, из которого изготовлены ульи, наблюдается повсеместное заражение пасек клещом Varroa destructor, также среди патологий пчел, кроме варрооза, нозематоза, микозов и гнильцов, в настоящее время значительное место занимают инфекционные заболевания смешанной (бактериально-микозной, бактериально-вирусной) этиологии. При лечении этих заболеваний применение антибиотиков ограничено из-за вероятности загрязнения продуктов пчеловодства. Кроме того, неправильное применение антибиотиков, отрицательно воздействующих на иммунную систему пчел, приводит к появлению устойчивых и более вирулентных штаммов возбудителей (, , 2004).

Поэтому в настоящее время все большее внимание ветеринарных специалистов и практиков привлекают пробиотики – препараты из бактерий-сапрофитов, представителей нормальной микрофлоры животных и насекомых. В России разработан специфический, не имеющий аналогов препарат для наращивания силы пчелиных семей, относящийся к классу пробиотиков – апиник (, , 2000; с соавт., 2006). Уникальность данного препарата состоит в том, что он обладает способностью стимулировать пищеварительные процессы в кишечнике ра­бочих пчел, повышать их естественную резистентность и устойчивость к бактерийным и вирус­ным агентам.

Следовательно, изучение влияния стимулирующих подкормок на закономерности роста и развития, физиологические показатели и функциональные способности семей пчел совмеcтно с возможностями современных ульев из синтетических материалов имеет научное и прикладное значение.

Связь работы с крупными общероссийскими научными программами, темами. Государственные программы развития сельского хозяйства на 2008–2012 гг., программы фундаментальных и прикладных исследований РАСХН по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001–2005 и 2006–2010 гг.

Цель и задачи исследований. Разработка научно-обоснованной концепции эффективного содержания качественных семей пчел в пенополиуретановом улье и изучение влияния стимулирующих подкормок на закономерности роста и развития пчелиных семей.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.

При содержании пчел в пенополиуретановом улье в сравнительном аспекте:

- исследовать физиологические и биологические параметры жизнеобеспечения семей пчел;

Изучить влияние стимулирующих подкормок на:

- воспроизводительные способности пчелиных маток, физиологическое состояние, летную активность, нагрузку медового зобика рабочих пчел;

- развитость глоточных желез, количество маточного молочка в ячейках трехдневных личинок, биохимические показатели летательной мускулатуры рабочих пчел в весенний, летний и осенний периоды;

- на продолжительность жизни рабочих пчел в садковых опытах;

- расход корма, физиологическое состояние и отход рабочих особей по результатам зимовки;

- активность ферментов сукцинатдегидрогеназы, АТФ-азы митохондриальной и миозина в летательной мышце, каталазы и расход резервных веществ организма рабочих пчел в процессе зимовки, микробиоценоз кишечника молодых рабочих пчел и пчел в конце зимовки.

Научная новизна. Впервые дана комплексная системная оценка гомеостаза, микроценоза пчел при содержании семей в пенополиуретановом улье. Установлено влияние биологически активных веществ (оксиметилурацила, янтарной муки, сыворотки гидролизованной, обогащенной лактатами, пробиотика апиник) на физиологические показатели семьи, влияющие на репродуктивные и продуктивные показатели в различные периоды жизнедеятельности медоносных пчел. Разработана научно обоснованная концепция эффективного содержания семей в пенополиуретановом улье на фоне стимулирующих подкормок.

Впервые проведены в динамике сравнительные исследования влияния препарата пиримидинового производного - оксиметилурацила, янтарной муки, сыворотки гидролизованной, обогащенной лактатами, и пробиотика апиник на яйценоскость пчелиных маток и функциональную активность рабочих пчел различных генераций; установлены гистохимические показатели перестройки в летательной мышце (сукцинатдегидрогеназа, АТФ-аза митохондриальная и АТФ-аза миозина); выявлено состояние интерьерных показателей (каталазная активность, сухая и сырая масса, содержание общей воды, реактивность глоточных желез); предложены пути восстановления уровня белкового, липидного и углеводного обменов, параметров микроценоза кишечника молодых и зимовавших пчел, соотношения нормофлоры и условно-патогенной групп микроорганизмов.

Выявлены направления развития биохимических реакций в организме и микроценозе пчел в онтогенезе под влиянием подкормок с биостимуляторами с учетом изменения активности ферментов, показателей белкового, углеводного, липидного обменов. Разработана концепция восстановления гомеостаза пчел при содержании в пенополиуретановом улье коррекцией содержания в организме азота, жира, гликогена, определяющих характер белкового, углеводного, липидного обменов и экстерьерные морфометрические параметры пчел. Доказана целесообразность применения стимулирующих подкормок с биостимуляторами для активизации функциональных способностей пчелиных семей (летная, медособирательная активность, воспитание расплода, содержание маточного молочка в ячейках трехдневных личинок и стабилизация массы трехдневных личинок) и рабочих пчел (повышение массы тела до соответствующей стандарту породы).

Впервые доказана возможность нивелирования аномальных температурных перепадов на физиологическое состояние пчел (лето, зима) при содержании семей в пенополиуретановом улье, стабилизации уровня нормофлоры кишечника влияющих на физиологические показатели обеспечивающие гомеостаз организма медоносных пчел.

По результатам исследований на пенополиуретановый улей оформлена заявка на патент, и получено положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент) о выдаче патента на полезную модель от 01.01.2001.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований расширяют знания о содержании пчел в ульях, изготовленных из дерева и пенополиуретана, и представляют по-новому физиологические, экологические, микробиологические параметры управления жизнедеятельностью в критические периоды роста и развития семей. Содержание семей в пенополиуретановом улье на фоне стимулирующих подкормок препаратами нового поколения, в особенности осенью, повышает физиологический статус и гомеостаз организма пчел. При этом пчелы осенней генерации дольше сохраняют показатели, характерные для физиологически «молодых», что обеспечивает им способность к ускоренному весеннему росту и обновлению семей молодыми пчелами весенней генерации на 10 дней раньше.

Исследованные функциональные показатели организма пчел дополняют имеющиеся сведения о возрастной физиологии пчелы медоносной, расширяют представления о биохимическом гомеостазе в постэмбриональном онтогенезе, белковом, углеводном, липидном обмене в процессе роста и развития организма, ферментативных реакциях в летательных мышцах, которые служат биологической основой для разработки оптимальных методов содержания, коррекции роста, развития рабочих пчел в различные периоды онтогенеза и медособирательной деятельности семей пчел.

В практическом отношении доказана эффективность содержания семей в пенополиуретановом улье, а применение биостимуляторов: производного пиримидинового ряда - оксиметилурацила, янтарной муки, сыворотки гидролизованной, обогащенной лактатами и пробиотика апиник - усиливает биологические, технологические возможности ульев из синтетических материалов, оптимизируя процессы, не только весеннего роста и обеспечения колонизационной резистентности нормофлоры кишечника, но и осеннего развития, восстановления нормофлоры и качественной зимовки семей пчел.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Башкирского государственного аграрного университета (г. Уфа, гг.), Международной научно-практической конференции «Новые достижения в повышении продуктивности пчелосемей, профилактика и лечение болезней пчел» (2002, г. Троицк), Международных научно-практических конференциях-выставках «Интермед» (г. Москва, гг.,), Всероссийской научно-практической конференции в рамках Международной специализированной выставки «АгроКомплекс» (г. Уфа, ), ежегодной Международной научно-практической конференции профессорско-преподава-тельского состава и аспирантов РГАУ - МСХА имени , (г. Москва ); на X Юбилейной Всероссийской выставке-презентации учебно-методических изданий Российской академии естествознания монография «Оптимизация биологических показателей и технологии использования медоносных пчел в защищенном грунте» отмечена дипломом за лучшее учебно-методическое издание в отрасли, г. Сочи, 22-25 сентября 2011; на расширенном заседании кафедры пчеловодства и рыбоводства РГАУ - МСХА имени , (2012).

Основные положения, выносимые на защиту:

- гомеостаз и микроценоз пчел при содержании семей в ульях различного типа;

- физиологические и биологические параметры жизнеобеспечения при содержании семей в пенополиуретановом улье;

- продолжительность жизни рабочих пчел в садковых опытах;

- расход резервных веществ организма и корма, физиологическое состояние рабочих особей, активность каталазы рабочих пчел и качество зимовки;

- показатели активности ферментов каталазы, сукцинатдегидрогеназы (СДГ), аденозинтрифосфатазы митохондриальной и миозина летательной мускулатуры медоносных пчел;

- воспроизводительные способности пчелиных маток, физиологическое состояние рабочих пчел весенней, летней и осенней генераций на фоне стимулирующих подкормок;

- температурный режим гнезда, летная активность, нагрузка медового зобика, развитость глоточных желез, содержание маточного молочка в ячейках трехдневных личинок, биохимические показатели летательной мускулатуры рабочих пчел в весенний, летний и осенний периоды;

- микробиоценоз кишечника молодых рабочих пчел и улья;

- физиологическое, микробиологическое обоснование содержания качественных семей пчел в пенополиуретановых ульях на фоне стимулирующих подкормок.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 55 работ, в том числе 6 монографий и 28 работ в изданиях, по списку ВАК.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, девяти глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов и практических предложений. Список литературы включает 295 работ, в том числе 18 иностранных. Диссертация написана на 285 страницах, иллюстрирована 74 таблицами, 14 рисунками.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал и методы. Работа выполнялась с 2003 по 2011 г. в условиях пасек хозяйств Республики Башкортостан, (г. Челябинск), учебно-опытных пасек и лабораторий кафедры пчеловодства и рыбоводства Российского государственного аграрного университета – МСХА имени , Саратовского государственного аграрного университета имени , Башкирского государственного аграрного университета.

Исследования проводили на пчелах карпатской породы. Для весенне-летних опытов подбирали семьи пчел, у которых сила семей составляла 11 улочек, количество корма в гнезде 8 кг, печатного расплода 140 квадратов, открытого – 126 квадратов. Для осенне-зимнего эксперимента отбирали пчел с силой семей в пределах от 17,2 до 17,6 улочки, количеством печатного расплода в пределах от 58,9 до 65,8 квадрата, кормового меда в пределах 10 кг. Матки во всех вариантах опыта были в возрасте 1 года. В соответствии с целью исследований опыты проводили в двух вариантах по 10 пчелосемей в каждом. В первом варианте семьи содержались в деревянных ульях Дадана-Блатта (первый тип) и многокорпусном (второй тип) с рамками размером в стандартную гнездовую рамку (435×300 мм), во втором – в многокорпусном из пенополиуретана (третий тип) также с рамками размером в стандартную гнездовую рамку (435×300 мм) улья Дадана-Блатта. В каждом варианте было по 5 групп, 1-е контрольные, а 2–5-я опытные. При отсутствии поддерживающего медосбора семьям обоих вариантов весной в качестве стимулирующей подкормки давали только сахарный сироп, используя потолочные кормушки в дозе по 300 мл, 10 раз, через день. Осенью семьям 1-й контрольной групп обоих вариантов давали только сахарный сироп. В опытных группах осуществляли стимулирующую подкормку сахарным сиропом, но с добавлением биопрепаратов: во 2-й группе давали в составе сахарного сиропа оксиметилурацил, из расчета 50 мг на 1 литр, в 3-й группе – янтарную муку, в количестве 500 мг на литр сиропа, в 4-й группе – сыворотку гидролизованную, обогащенную лактатами, в 5-й группе – пробиотик апиник согласно инструкции. Для зимнего опыта осенью, 20–25 октября, подбирали семьи пчел с массой в пределах 2,58–2,67 кг. Количество корма в гнезде – 25 кг, матки в возрасте 1 года. Схема весенне-летних и осенне-зимних опытов представлена в табл. 1.

Таблица 1

Общая схема опытов

Группа и использованные подкормки	Улей Дадана-Блатта	Многокорпусный улей	Изучаемые показатели
из дерева	из пенополиуретана
	Весенне-летний период	1. Закономерности развития семей по периодам роста. 2. Репродуктивные способности маток. 3. Температурный режим в жизненно важных зонах улья. 4. Развитость глоточных желез. 5. Физиологические показатели состояния организма пчел и семьи. 6. Биохимические изменения в организме пчел по периодам роста семьи. 7. Функциональные показатели и работоспособность семей на поддерживающем и главном медосборах. 8. Микробиоценоз кишечника молодых рабочих пчел. 9. Биохимические изменения в летательной мышце рабочих пчел. 10. Показатели качества зимовки семей: а) масса семей осенью и весной; б) каловая нагрузка заднего отдела кишечника; в) активность каталазы; г) расход корма; д) микробиоценоз кишечника рабочих пчел в конце зимовки; е) биохимические показатели пчел.
Сахарный сироп	10	10	10
	Осенне-зимний период
1. Сахарный сироп, контроль	–	10	10
2. Оксиметилурацил	–	10	10
3. Янтарная мука	–	10	10
4. СГОЛ	–	10	10
5. Апиник	–	10	10

Исследование влияния стимулирующих подкормок на продолжительность жизни пчел проводили в садковых опытах. Для определения яйценоскости маток учитывали количество печатного расплода рамкой-сеткой 5×5 см. Силу пчелиной семьи определяли в улочках и переводили в массу, исходя из того, что пчелы, покрывающие с обеих сторон сот стандартной рамки (435×300 мм), весят 300 г.

Регистрацию температуры в зоне воспитания расплода проводили с помощью встроенных чипов-датчиков, имеющих программное обеспечение для компьютерного считывания. Количество общего азота в теле пчел определяли по методу Кьельдаля. Определение активности каталазы ректальных желез у пчел проводили по методике (1979). Активность каталазы определяли газометрическим методом. Физиологическое состояние жирового тела определяли путем изучения анатомического строения этих органов под микроскопом МБС-2.

Биохимические исследования содержания в организме пчел РНК проводили по Спирину в модификации Раецкой, гликогена – по Бертрану. Активность АТФ-азы определяли по методу Падикула и Герман при рН 9,4. Активность сукцинатдегидрогеназы определяли тетразолиевым методом по Нахласу.

Валовой сбор меда определяли путем взвешивания откачанного и оставленного в гнезде меда. Массу пыльцы, медового зобика с содержимым, трехдневных личинок и личиночного корма определяли взвешиванием на торсионных весах ВТ-500.

С целью сравнительного изучения микробиоценоза у вышедших из ячеек пчел тотчас извлекали кишечник и содержимое высевали на различные среды, которые готовили по общепринятым методикам: на МПА – для выявления общего количества аэробных бактерий, на среду Сабуро – для выделения дрожжей, Бликфельдта – для идентификации молочнокислых бактерий, Эндо – для выделения энтеробактерий. Таксономическую принадлежность изолированных микроорганизмов оценивали на основании изучения их морфологических, тинкториальных и биохимических свойств, характера роста на селективных средах.

Количество микроорганизмов X, КОЕ/г, каждого рода подсчитывали по формуле (для плотных сред):

Х = 20nk

где n – количество выросших колоний, k – разведение, из которого произведен посев, с обратным знаком степени.

Таксономическое положение определяли в соответствии с данными «Bergey’s manual of Systematic Bacteriology» (Krieg N. R. et al., 1984; Staley S. T. et al., 1989). В ходе нашей работы микрофлора кишечника была исследована у 1860 особей пчел. С учетом восьмикратного разведения и посева на разные среды сделано более 12300 посевов содержимого кишечного тракта пчелы медоносной.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате научных изысканий нами было проведено усовершенствование пенополиуретанового улья и оформлена заявка на патент, на который получено положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент) о выдаче патента на полезную модель от 01.01.2001.

Создание комфортного температурного режима в жизненно важных зонах улья необходимо как для секреции воска и строительства сотов, так и обеспечения роста и развития пчелиных особей в процессе онтогенеза. Установлено, что функция выращивания расплода обеспечивается в том случае, если в гнезде в зоне воспитания расплода поддерживается оптимальная температура, составляющая 34–35,5 °С.

Ульи, изготовленные из различных материалов, по-разному способствуют поддержанию температурного режима в разных зонах улья (табл. 2).

Таблица 2

Показатели температурного режима в различных зонах улья

в весенний и летний периоды, ºС

Зоны улья	Статистический показатель	Дадана-Блатта, из дерева	Многокорпусный из дерева	Многокорпусный из пенополиуретана
Зона воспитания расплода	M	Весной	Летом	Г. м.*	Весной	Летом	Г. м.*	Весной	Летом	Г. м.*
34,40	35,61	36,40	35,18	35,65	36,00	35,60	35,53	35,50
±m	0,19	0,19	0,81	0,11	0,17	0,32	0,06	0,09	0,16
Сv, %	2,43	2,35	4,99	1,42	2,08	1,96	0,77	1,18	1,00
С внутренней стороны летка	M	34,55	35,71	35,90	35,05	35,72	35,60	35,45	35,32	35,20
±m	0,16	0,17	0,33	0,16	0,13	0,24	0,10	0,15	0,37
Сv, %	2,05	2,12	2,07	2,02	1,61	1,54	1,26	1,90	2,38
У задней стенки со стороны противоположной летку	M	31,80	34,28	34,80	33,30	34,37	35,10	34,10	33,41	33,38
±m	0,19	0,36	0,37	0,12	0,19	0,40	0,12	0,26	0,22
Сv, %	2,63	4,68	2,40	1,64	2,43	2,55	1,61	3,41	1,50
У кормовых рамок	M	21,20	24,70	24,60	23,00	24,85	24,20	23,75	23,43	23,20
±m	0,19	0,26	0,40	0,19	0,19	0,58	0,19	0,26	0,37
Сv, %	3,95	4,62	3,64	3,64	3,37	5,39	3,52	4,87	3,61
Число пчел-вентилировщиц, шт.	M	–	–	33,80	–	–	36,40	–	–	20,00
±m	–	–	3,18	–	–	2,94	–	–	1,82
Сv, %	–	–	21,07	–	–	18,08	–	–	20,31

* Г. м. – главный медосбор.