Эколого-адаптационные особенности пчел в условиях юга Тюменской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат биологических наук Калашникова, Марина Викторовна

• Калашникова, Марина Викторовна
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Калашникова, Марина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Эколого-биологическая характеристика Apis mellifera.

1.2 Морфофункциональные особенности пчел разных пород.

1.3 Адаптивные реакции и биохимические системы устойчивости пчел.

1.4 Анализ экологических факторов среды обитания пчел.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Исследование экстерьерных признаков пчел.

2.2 Методы исследования сезонной изменчивости экстерьерных признаков пчел.

2.3 Методика исследования физиологических показателей гемолимфы пчел.

2.4 Исследование биохимического состава гемолимфы предкуколок трутней и рабочих пчел Apis mellifera.

2.5 Исследование химического состава отдельных фрагментов организма пчел.

2.6 Исследование влияния подкормок на организм пчел.

2.7 Схема исследования.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Морфометрическая характеристика популяций пчел юга Тюменской области.

3.1.1 Морфометрические показатели пчел разных почвенно-географических зон.

3.1.2 Экологические факторы, влияющие на сезонную динамику морфометрических показателей пчел в разных почвенно-географических зонах.

3.2 Адаптивные реакции гемолимфы пчел юга Тюменской области.

3.2.1 Влияние экологических факторов на сезонную динамику гемограмм гемолимфы имаго Apis mellifera.

3.2.2 Влияние экологических факторов на сезонную динамику факторов клеточного иммунитета пчел в гемолимфе имаго Apis mellifera.

3.3 Сравнительная характеристика адаптационных возможностей пчел, населяющих территории с разной антропогенной нагрузкой

3.3.1 Биохимический состав гемолимфы предкуколок рабочих пчел и трутней Apis mellifera.

3.3.2 Химический состав отдельных фрагментов организма пчел и его зависимость от антропогенного загрязнения.

3.4 Разработка средств, способствующих поддержанию адаптивных реакций организма пчел.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эколого-адаптационные особенности пчел в условиях юга Тюменской области»

Актуальность темы. Развитие и повышение продуктивности пчеловодства в современном мире возможно лишь при глубоком изучении условий обитания пчел, их биологических и физиологических особенностей как каждой особи, так семьи в целом. Вид Apis mellifera является единственным общественным насекомым, которое вступило в мутуалистические отношения с человеком, в результате чего по представлениям М. Брайена (1986) оно имеет теперь почти такой же широкий ареал, как и Homo sapiens.

Для человека перепончатокрылые имеют очень большое значение. Прежде всего, велика их роль как опылителей культурных растений, без чего продукция семян и плодов была бы во многих случаях невозможной или резко сниженной. Россия, являясь страной традиционного пчеловодства, располагает огромным медоносным потенциалом.

Медоносные пчёлы живут большими семьями (50-70 тысяч особей) и способны собирать много мёда и пыльцы в запас, посещая для этого большое количество цветов. Данные НИИ пчеловодства (Кривцов, 2007) свидетельствуют о том, что одна пчелиная семья оказывает экологически благоприятное влияние на 250 га угодий, а все имеющиеся в России пасеки — на 27 млн. га. Содержание пчёл на таких площадях увеличивает урожайность яблок до 300%, земляники - на 150%, вишен - на 30%, подсолнечника, гречихи - на 40%, клевера лугового и люцерны, по данным исследований Башкирских ученых, - на 40-100% (Акчурин, Зарипов, Бахтиярова, Зиннуров, 2002).

Н.И. Кривцов (2008) определил численность пчелиных семей в 2006 г. в 3,2 млн., среднегодовое производство мёда в 50-54 тыс. т. Но учитывая, то что Россия обладает огромным медоносным потенциалом и является страной традиционного пчеловодства, только в лесной зоне страны, возможно, получать ежегодно до 400-500 тыс. т товарного мёда. Медоносный запас России оценивается не менее чем в 3-4 млн. т, что позволит довести численность семей до 9-10 млн. (Ульяничев, Кривцов, 2001; Кривцов, 2008). Для успешного разведения и содержания пчелиных семей разработана Тюменская технология ухода за пчелами, учитывающая природно-климатические зоны региона (Елфимов, 1991, 2005).

Медоносная пчела - уникальный индикатор загрязнения окружающей среды (Колбина, 2009; Осинцева, Коркина, Волкова, 2009; Туктаров, Фархутдинов, 2010). Это связано с тем, что в течение одного дня она облетает территорию площадью 12 км2 вокруг пасеки. Находящиеся в окружающей среде загрязняющие вещества могут аккумулироваться в почве и передаваться по трофической цепи «почва - растение - пчела - продукты пчеловодства» (Пашаян, Калашникова, 2004; Кашина, 2009; Пашаян, 2009; Коркина, 2009). Результаты биологической индикации оценивают отклик популяции на многокомпонентную экологическую нагрузку и увеличивают вероятность правильного выбора методов проведения последующих химических, токсикологических и других анализов (Батлуцкая, 2004). Пчеловоды, поддавшись возможности обильного взятка, зачастую пренебрегают значимостью данной проблемы и располагают свои пасеки в населенных пунктах, вблизи автомобильных магистралей и промышленных предприятий. Так как продукты пчеловодства широко используются в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, в апитерапии, а их качество напрямую зависит от состояния окружающей среды, в данных ситуациях полезность пчеловодческой продукции подвергается сомнениям. Возрастающее техногенное загрязнение природной среды и воздействие опасных веществ на пчел и продукты пчеловодства являются существенной проблемой, требующей решения.

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; 3юман,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 и задачи исследования. Цель данной работы заключалась в изучении эколого-адаптационных возможностей организма пчел и их коррекции при комплексном воздействии биологически активных препаратов в условиях юга Тюменской области.

Были поставлены следующие задачи:

- 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. Установлена сезонная изменчивость морфометрических показателей пчел разных почвенно-географических зон юга Тюменской области. 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 в природно-климатических зонах с разной интенсивностью антропогенной нагрузки. Проведен биохимический анализ состава гемолимфы предкуколок рабочих пчел и трутней, химический состав отдельных фрагментов организма пчел из зон юга Тюменской области с разной степенью 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 популяций медоносных пчел. Полученные значения характеристик могут стать основой для ежегодного мониторинга популяций, на основе которых можно определить устойчивость популяций, популяционно-генетические процессы и характерные для них стандарты значений.

Результаты исследований позволяют составить морфофункциональную характеристику пчел, разводимых на территории юга Тюменской области, 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 государственной академии имени В.М. Шукшина. Результаты исследований вошли в следующие 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. №13.- 2011. - 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 для поддержания биоресурсного потенциала организма пчел.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы биологии, экологии и ветеринарной медицины домашних животных» (Тюмень, 2002), научно-практической конференции «Теоретически обосновать, разработать новые и усовершенствовать старые средства профилактики и терапии медоносных пчел при смешанном течении инвазии и инфекций» (Тюмень, 2003), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию со дня образования Курганской области и 90-летию сельскохозяйственной науки Зауралья (Курган, 2003), координационном совещании: «Разработать теоретически обоснованные регионально адаптированные системы профилактики паразитарных болезней животных, новые экологические безопасные средства и способы оздоровления хозяйств» (Тюмень, 2006), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы ветеринарно-зоотехнической науки и практики» (Екатеринбург, 2008), Международной научно-практической конференции «Высшее образование и аграрная наука - сельскому хозяйству» (Семей -Казахстан, 2009). Материалы диссертации в процессе ее выполнения докладывались на ежегодных итоговых научных конференциях Тюменской государственной сельскохозяйственной академии в период с 2002 по 2011 годы.

Диссертационная работа рассмотрена на межкафедральном совещании сотрудников ИБ и ВМ Тюменской ГСХА 21.06.2012 (протокол №11). 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, приложения. Материал изложен на 155 страницах компьютерного текста, содержит 14 таблиц, 46 рисунка. Список использованной литературы включает 358 источников, из них 38 иностранных авторов.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Калашникова, Марина Викторовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За 56 миллионов лет существования генные структуры медоносной пчелы не были подвержены изменениям, мутациям. Основные продукты пчеловодства остались неизменны,такие, какие использовались людьми с незапамятных времен, с теми же целебными свойствами и характером воздействия на организм.

Территория юга Тюменской области обладает отличными характеристиками для успешного ведения пчеловодства. Решающим фактором, влияющим на направление пчеловодческой отрасли является наличие медоносной растительности в течении всего активного периода, отдаленность пасеки от промышленных зон и автомагистралей, благоприятные погодные условия.

Анализируя условия почвенно-географических зон юга Тюменской области, антропогенную нагрузку на данные территории можно заключить, что наиболее напряженная ситуация по загрязненности окружающей среды поллютантами формируется в районах более «цивилизованного» социума. К таким территориям относится Тюменский район, загрязненность атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ от автотранспорта л составляет 4 т/км , от стационарных источников 70,4 тыс. т, суммарное содержание подвижных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте - 3,6 мг/кг. Более благополучным в этом отношении является Нижнетавдинский район: загрязненность атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ от автотранспорта составляет 0,34 т/км2, суммарное содержание подвижных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте - 1,6 мг/кг.

Согласно взглядам ученых (Лобашев, Инге-Вечтомов, 1976; Онегин, 2007) в основе биологического разнообразия лежит генетический полиморфизм - необходимое условие сохранения обилия видов и базис микроэволюционных процессов. Изменения природной среды, как эколого-климатического, так и антропогенный характера, предъявляют повышенные требования к способности видов, приспосабливаться к новым условиям, а

120 также сохранять и расширять границы ареалов (Сергиевский, 1985; Васильева, Халифман, 1981). Эта способность является адаптивным или биоэкологическим (Завадский, 1961) потенциалом.

Нашими исследованиями установлено, что морфологические признаки пчел подвержены, значительным вариациям даже внутри одной породной группы и зависят, как от географической широты распространения пчел, так и от возраста, питания.

A.B. Яблоков (1987) указывает, что, от того насколько адекватными будут способы оценки адаптивного потенциала зависит точность и своевременность прогнозов - как долгосрочных, определяющих направленность микроэволюционных процессов, так и краткосрочных, позволяющих оценить сиюминутное состояние популяции и принять решение о мерах воздействия. Полиморфизм генов способен обеспечить множество путей адаптогенеза (Лобашев, Инге-Вечтомов, 1976). Демографические показатели, считающиеся достоверными характеристиками искусственных популяций (Монастырский, 1994; Злотин, Головко, 1998), позволяют на ряде поколений сделать вывод о роли отдельных регулируемых факторов в динамике состояния искусственной популяции и предположить, какое значение будут иметь изменения эколого-климатического и антропогенного характера в жизни природных популяций.

В результате анализа полученных данных можно заключить, что довольно редко встречаются пасеки, пчелосемьи, по данным показателей, 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 метизированы пчелами южных пород, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на их зимостойкости и продуктивности.

Сравнительный анализ сезонной изменчивости морфологических признаков местной, 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. Результаты исследований также показали, что 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.

Известно, что локальные экологические группы медоносной пчелы имеют специфические этолого-физиологические адаптации к условиям среды обитания, и первую очередь, связанные с использованием определенного типа медосбора (Луво, 1969; Danka, Hellmich, Rinderer, Collins, 1987; Rutner, Milner, Dews, 1990). Как массовый, так и единичный завоз пчелиных маток и семей южных пород при отсутствии квалифицированной селекционной работы приводят к разрушению местных популяций. А при метизации пчел в больших масштабах безвозвратно исчезают их устойчивые породные особенности, сформировавшиеся в результате длительного естественного отбора (Ломаев, Колбина, Хан, Непейвода, Бондарева, 2004).

Последствия гибридизации семей, относящихся к разным подвидам, проявляются как дисгармоничная изменчивость, обусловленная расщеплением сложных полигенных систем, разрушением адаптивных генных комплексов (Беньковская, 2009). Жизнеспособность в каждой линии определяется как выживаемостью в ходе онтогенеза, так и продолжительностью жизни на стадии имаго. 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. Сопоставив полученные данные с экологической характеристикой района Тюменской области можно заключить о неблагоприятном влиянии окружающей среды на организм местных пчел. Экологическое состояние окружающей среды является центральным звеном, которое определяет жизнеспособность и продуктивность полезных насекомых, в частности медоносных пчел. Возникновение различных заболеваний, неспецифических изменений реактивности, трансформация наследственных свойств генетического потенциала роста и развития, искажение физиологических процессов репродуктивной системы - результат взаимодействия разнообразных форм ксенобиотиков с организмом животных, в том числе и пчел (Аргунов, Василенко, Сащенко 2007; Смирнов, Симецкий, Таланов, 2001; Гугушвили, Сенченко, 2001; Кашин, 2002; Шахов, Аргунов, Бузлама, 2003; Кашина, 2009). Доказано, что развитие неспецифических инфекционных заболеваний в различных сочетаниях и ассоциациях происходит на фоне хронического комбинированного антропрессинга экотоксикантов малой интенсивности, которые у популяции медоносных пчел вызывают вторичные иммунодефициты (Кашина, 2009). Этиологическим фактором в данном случае являются представители сапрофитной, условно-патогенной микрофлоры, которые являются естественной микрофлорой организма (Джупина, 2001; Бутовский, 1987).

В заключении вышесказанного можно 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.

Таким образом, выявление механизмов адаптации живых организмов к неблагоприятным воздействиям окружающей среды является одной из центральных проблем современной биологии. Изучение механизмов защитных реакций насекомых позволит более целенаправленно подойти к проблеме повышения устойчивости хозяйственно полезных видов насекомых.

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. 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 являются необходимыми. Результаты производственной проверки подтвердили эффективность применения подкормок сахарным сиропом с добавлением препаратов «МВК», «Калпасид», «Карбай» после зимовки пчел. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о повышении жизнеспособности пчелиных семей при подготовке их к медосбору.