Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологическая оценка эффективности процесса получения пчелиной пыльцы на пасеках с использованием СВЧ облучения природной интенсивности

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиологическая оценка эффективности процесса получения пчелиной пыльцы на пасеках с использованием СВЧ облучения природной интенсивности"

Егорашин Валерий Геннадьевич

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПЧЕЛИНОЙ ПЫЛЬЦЫ НА ПАСЕКАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЧ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИРОДНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

03. 03. 01 - физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 [Л ДР Ш

Нижний Новгород 2012

005012362

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных.

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Орлов Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Козин Роберт Борисович

доктор биологических наук Иванова Ирина Павловна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный

аграрный университет», г. Уфа.

Защита состоится 15 марта 2012 г. в 12 00 часов

на заседании диссертационного совета Д 220.047.01 при ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» п адресу: 603107 г. Нижний Новгород, проспект Гагарина, 97.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» и н сайте www.agri.sci-nnov.ru/

Автореферат разослан 14 февраля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Иващенко М.Н.

1. Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Актуальной проблемой современной биологической и с.-х. науки является изучение механизмов повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и, в частности, медоносных пчёл, обеспечивающих опыление подавляющей части семенных растений.

Известно, что все живые организмы на Земле подчинены определённым ритмам. Основные внешние факторы, влияющие на биологические ритмы, имеют геофизическую природу, так как связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны, относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле закономерно изменяются, определяя развитие физиологических ритмических процессов, что отражается на деятельности функционально-регуляторных систем, адаптационных возможностях организма. Наиболее существенными из этих процессов являются циркадные и цирканнуальные ритмы — эндогенные ритмы, которые управляют ритмическими процессами в организме при отсутствии экзогенных сигналов (Чурмасов, Орлов, 1999; Мурсалиев, 2000).

На цирканнуальные ритмы влияют факторы, обуславливающие сезон года. С рассматриваемой точки зрения особый интерес представляют сверхвысокие частотные излучения (СВЧ). СВЧ излучение Солнца не зависит от метеорологических условий, обладает высокой степенью проницаемости и распространяется в границах инфракрасного и оптического излучений, от которых зависит скорость метаболических процессов и фотосинтезирование организмов. Установлено, что низкоинтенсивное СВЧ излучение оказывает разнообразное воздействие на биологические системы разной степени сложности (Веников, 1984; Владимирский, Волынский, 1975; Городецкая, 1964; Давыдов, Тихончук, Антипов, 1984; Минин, 1974; Толгская, Гордон, 1971; Чурмасов А.В., Орлов Б.Н., 1999; Мурсалиев, 2000; Орлов, Авзалов и др., 2011).

В связи с этим, в последнее время среди специалистов усилился интерес к изучению вопроса о влиянии СВЧ излучений природной интенсивности на цирканнуальные ритмы живых организмов: в частности пчёл, которые позволят повысить эффект получения разнообразных продуктов пчеловодства (Орлов, Корнева, 2009; Орлов, Егорашин, 2009; Орлов, Иващенко, 2010) и возможно могут использоваться для повышения пыльцесобираемой способности медоносных пчёл.

Цель диссертационной работы:

Исходя из вышеизложенного, перед нами была поставлена следующая цель исследования: показать влияние, производимое СВЧ излучением сверхнизких (природных) интенсивностей на изменение ритмов жизнедеятельности пчёл, их морфофизиологические и спектральные акустические характеристики, дать физиологическую оценку эффективности процесса получения цветочной пыльцы на пасеках с использованием СВЧ облучения пои-родной интенсивности.

Задачи исследования.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучить влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивно-стей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis mellifera carnica).

2. Проанализировать влияние различных режимов СВЧ облучения, аналогичных естественным, на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera caraica).

3. Оценить отдельные виды пыльцы и пчелиной обножки с целью изучения их качества и стандартизации.

4. Сопоставить влияние, производимое СВЧ излучением природной интенсивности, на спектральные характеристики акустического поведения пчелиных семей.

Научная новизна. Доказано информационное влияние СВЧ излучения сверхнизких интенсивностей на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл и маток (Apis mellifera carnica). Впервые апробированы результаты экспериментальных исследований влияния различных режимов информационного СВЧ облучения на пыльцесобираемую способность пчёл. Предложен методический приём определения качества пыльцы и пчелиной обножки по их водным растворам с использованием простых модельных систем (Daphnia magna). Впервые показана степень воздействия СВЧ облучения природной интенсивности на спектральные характеристики акустического поведения пчелиных семей.

Теоретическая и практическая значимость.

Разработанные в работе новые подходы, связанные с анализом информационного воздействия СВЧ излучения на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл и пчелиных маток, позволят глубже оценить их сезонные экологические адаптации и практически использовать их для повышения пыльцесобираемой способности пчёл. Показана возможность использования простого биологического тест-объекта (Daphnia magna) для целей стандартизации пыльцы и пчелиной обножки.

Результаты апробированных схем облучения открывают практические перспективы для управления жизнедеятельностью пчелиной семьи посредством информационного влияния СВЧ излучения с целью оптимизации их физиологических процессов в сторону увеличения пыльцесобираемой способности семей медоносных пчёл. Положения, выносимые на защиту.

1. Показано влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis mellifera carnica).

2. Проанализировано влияние различных режимов СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera carnica).

3. Изучено качество отдельных видов пыльцы и пчелиной обножки для решения вопросов их стандартизации.

4. Показано влияние СВЧ облучения природной интенсивности на изменение спектральных характеристик акустического поведения пчелиных семей.

Апробация работы. Основные материалы работы доложены на: Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса». - Брянск, 2006; Международной конференции «Пчеловодство 21 век. Пчеловодство, апитерапия и качество жизни». - Москва, 2010; 1-й и 2-й международной научно-практической конференции «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии» (Ярославль, 2010 и 2011 гг.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано одна методическая работа в учебном пособии для учителей по экологии, одиннадцать статей в научных журналах и сборниках всероссийских и международных научно-практических конференций, из них одна в центральном издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.

По результатам наших исследований написана книга Б.Н.Орлов, В.Г.Егорашин. «Цветочная пыльца - обножка - перга», ставшая лауреатом XI Всероссийской выставки (Москва, ноябрь 2011 г.), как лучшее учебно-методическое издание в отрасли (награждена дипломом и сертификатом). Структура и объём диссертации.

Диссертация изложена на 183 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, заключения и выводов. Библиографический указатель включает 176 наименований, в том числе 32 на иностранных языках. Работа иллюстрирована 70 рисунками и 27 таблицами. 2. Материалы и методы исследований.

Материалы данной диссертации получены в результате исследований, проведённых в 2005-2011 годах. Оценочное изучение трофической ёмкости основных и производных лесных ассоциаций растительности Нижегородской области для развития пчеловодства было проведено во время геоботанических исследований в 2005-2008 гг. по общепринятым методам (Ибрагимов, Полуяхтов, 1982; Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006).

В экспериментальной работе с пчёлами был использован портативный СВЧ генератор «Биоритм-1» (Орлов Б.Н., Борисов Д.С. Диплом на открытие №230, М.2003), имеющий следующие технические характеристики: Номинальное напряжение питающей сети, В 220 ± 22

Частота питающей сети, Гц 50 ± 0,5

Мощность, потребляемая от питающей сети, не более, Вт 5 Частота электромагнитных колебаний, ГГЦ 2,0 - 4,0

Мощность электромагнитных колебаний на выходе генератора, дБм -20 - +3

Габаритные размеры блока питания, не более, мм 90x80x60 Габаритные размеры блока генератора не более, мм 100x75x50 Габаритные размеры антенны не более, мм 170x90x25

Масса, не более, кг 0,5

Принцип работы аппарата основан на информационном взаимодействии электромагнитного излучения сантиметрового диапазона длин волн с биологическими объектами и средой. Общий вид портативного СВЧ генератора «Биоритм-1» представлен на рис. 1.

.антенна генератор

Рис. 1. Общий вид портативного СВЧ генератора «Биоритм-1»

блок питания

Во время проведения исследования, проходившего в тёплое время года, для опытных семей моделировался режим СВЧ излучения природной интенсивности, характерный для зимнего сезона года, точнее, для декабря месяца. Для этого выбранные семьи подвергались каждодневному семичасовому СВЧ облучению с частотой 2580 МГц. Мощность на выходе генератора, равную Ш"5 Вт ослабляли с помощью аттенюаторов до мощности 1x10"12 Вт, что приблизительно соответствует излучаемой мощности для спокойного Солнца на частоте 2580 МГц, равной 6,784x10"13 Вт, рассчитанной по формуле оценки эквивалентной мощности генератора, т.е. мощности, которая создаёт такую плотность потока энергии (Вт/м2) на частоте V, как и радиоизлучение «спокойного» Солнца:

Р0 —V—,

где:

Р0 - эквивалентная мощность генератора, выраженная через плотность потока радиоизлучения Солнца и коэффициента усиления антенны [Вт]; Яо = 8,37 х Ю-' - плотность потока радиоизлучения Солнца [Вт м"2 Гц"1] (Физика космоса, 1986); V- частота радиоизлучения, [Гц]; г - расстояние от антенны до объекта излучения, [м]; в- коэффициент усиления антенны, [относит, ед.];

- КПД кабеля.

Расчёты были проведены при расстоянии от антенны до объекта облучения 0,3 м, коэффициент усиления антенны 1,5 и КПД кабеля 0,8. В качестве излучателя применялась штыревая антенна. Время облучения регулировалось

электронным таймером.

С 2008 по 2011 годы была проведена серия опытов на пчёлах. Исследование проводилось на пасеке в Богородском районе Нижегородской области, в окрестностях ж/д. станции Зимёнки. Объектом исследования выбраны пчелы карпатской породы (Apis mellifera carnica). Для эксперимента подобраны одинаковые экспериментальные и контрольные пчелиные семьи: силой по шесть обсиженных пчёлами в начале мая улочек и с годовалыми (прошлогодними) матками, с 15-17 кг мёда в рамках (площадью 300x435 мм), одной перговой рамкой и с расплодом на 3-4-х рамках в середине мая.

Анализ морфофизиологических изменений влияния СВЧ излучений природной интенсивности проводился на пчёлах и пчелиных матках. Были изучены изменения сырой массы, содержание гигроскопической воды, содержание липидов, общего азота в теле насекомых, размеров их крыльев (Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006). Определено влияние различных режимов СВЧ облучения природной интенсивности на изменение данных показателей у пчел и пчелиных маток. У пчелиных маток, к тому же, изучены изменения в развитии яичников под влиянием разных режимов СВЧ излучений природной интенсивности.

Физиологическое состояние пчелиных семей оценивалось с помощью метода, определяющего уровни активности рабочих пчёл по анализу их внутри-ульевого акустического поведения. Об уровне активности семьи медоносных пчёл судили по интенсивности генерируемых ими звуков. Она обычно увеличивается с ростом активности насекомых. При этом величина, на которую изменяется интенсивность звуков, находится в обратной зависимости от исходного уровня активности насекомых. Показателем физиологического состояния семей медоносных пчёл служит соотношение интенсивностей спектральных составляющих звуков в диапазоне 200-400 Гц. Частотное положение максимума спектральной энергии в этом диапазоне прямо связано с уровнем активности пчёл (Еськов, 1991). Спектральный анализ акустического поведения пчелиных семей был осуществлён с использованием компьютерной программы Audacity 1.3.

Учёт приноса мёда и пыльцы в условиях эксперимента проводился с помощью механических пасечных весов, пыльцеотборников пчелиных ПСП-1 с 30%-м отбором приносимой пчёлами в улей обножки и во время помесячного осмотра исследуемых семей, с учетом площади перговых ячеек и площади засева сот пчелиной маткой, исходя из того, что диаметр ячеек равен 5,38 мм, и что в одной ячейке может содержаться в среднем 160 мг перги (Орлов Б.Н., Егорашин В.Г., 2009).

Во время геоботанических исследований лесных ассоциаций растительности Нижегородской области была выявлена значительная доля встречаемости в них ядовитых растений, требующая при развитии в таких местах пчеловодства, достоверной информации о качестве пыльцы, посещаемых пчёлами растений, и приносимой в улей обножки (Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006).

Нами разработан методический приём определения качества цветочной пыльцы и пчелиной обножки с помощью гидробионтов (дафнии). Качество пыльцы и обножки определялось по степени токсичности их водных растворов для дафний (Daphnia magna). Оценке качества были подвергнуты 45 образцов пыльцы и обножки 15 ботанических видов растений. Для её проведения были использованы водные растворы пыльцы и обножки в концентрациях 12,5, 25, 50 об. %, в 20 мл объёма культивационной воды. Для контроля использовалась культивационная вода в аналогичном объёме.

Видовая принадлежность пыльцевых зёрен исследуемой обножки определялась визуально под микроскопом путём их сравнения с микрофотографиями и описаниями пыльцевых зёрен (Бурмистров, 1990).

Общий объём проведённых исследований представлен в таблице 1.

Таблица 1

Общий объём проведённых исследований

Вид Количество, экз. Количество исследований

Фитоценотнческие исследования 126 43

Тест-объект: Daphnia magna (дафнии) 240 60

Apis mellifera carnica, рабочие пчёлы 148 584

Apis mellifera carnica, пчелиные матки 17 87

Учёт приноса пчелами нектара (взвешивание контрольного улья) 15 900

Учёт отбора пыльцы-обножки пыльцеотборниками 15 630

Учёт запасов перги в ульях 15 135

Запись акустического поведения пчёл 7 7

Спектральная характеристика акустического поведения пчёл 7 7

Итого: 590 2453

Полученные результаты были подвергнуты статистической обработке. В опытах с дафниями применяли регрессионный анализ (Бейли, 1964; Лакин, 1973; Терентьев, Ростова, 1977), с нахождением коэффициента аппроксимации Я регрессионных уравнений эмпирическим данным. При определении достоверности различий в изменении морфофизиологических показателей рабочих пчёл и пчелиных маток, количества принесённой обножки, перги под влиянием СВЧ облучения природной интенсивности был использован метод расчёта г критерия Стьюдента с уровнем надёжности Р>0,95 (Плохин-ский, 1981).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Распространение и состав цветковой растительности на территории

Нижегородской области и роль медоносных пчёл в её опылении

На предварительном этапе работы, под руководством доцента лесного факультета НГСХА А.К.Ибрагимова, были проведены исследования, касающиеся изучения вопросов экологического значения лесного пчеловодства [3], биологических, экологических и рекреационных ресурсов лесного пчеловодства, проблем их оценки и классификации [2], биологического разнообразия как конструктивного фактора стабилизации деградирующих лесных экосистем [4]. Была разработана методика индикации критических состояний лесных экосистем по степени выраженности биоразнообразия [5]. Проведена ориентировочная оценка нектарной и пыльцевой продуктивности по типам леса Нижегородского Поволжья [8], изменения качества продуктов лесного пчеловодства в связи с антропогенной деградацией растительности [1]. Отмеченные работы позволили глубже подойти к пониманию эволюции стратегии опыления растений и роли в этом процессе медоносных пчёл [7]. Пчёлы являются одновременно и опылителями и сборщиками цветочной пыльцы, которая является для них важнейшим белковым кормом, а для человека перспективным продуктом, использование которой в апитерапии и косметологии физиологически обосновано и пользуется заслуженным успехом [6].

Ниже мы приводим суммарную таблицу результатов исследований предварительного этапа.

Таблица 2

Сводные данные по нектаро- и пыльцепродуктивности основных

Растительные зоны Изменение нектаро-продуктивности кг/ га Пыльцепродуктивность

Широколиственные леса 380-780 Высокая, высокостабильная

Мелколиственные леса 180-780 Высокая, стабильная

Хвойные леса 133-408 Средняя и низкая, мало стабильная

------------ "Гг Г 'Г^^шу^кии Г " .ь/Чр'ХХ V ЛДЧРУ| I -

ми растениями, вызывающими в иные годы массовый токсикоз пчёл. Ядовитые растения Нижегородской области способны произрастать в разных фи-тоценозах. Так, к луговым фитоценозам принадлежит - 17% всех известных ядовитых растений области, лесным растениям - 28 %, прибрежно-водным -26 %, придорожным - 12%, рудеральным - 14 %. Таким образом, наиболее богатыми ядовитыми растениями являются лесные и прибрежно-водные фи-тоценозы. Кроме того, на качество пыльцы влияет продолжительность её хранения. Для пыльцы, как гигроскопического продукта, очень важно условия хранения, степень её обсеменённости патогенными микроорганизмами. Несоблюдение условий хранения приводит к порче белкового продукта и появлению у него признаков токсичности, всё это может нанести непоправимый вред, как пчёлам, так и человеку. Поэтому столь важным представляется умение определять степень токсичности пыльцы, свойственной многим ядовитым растениям и часто возникающей у пыльцы неядовитых растений при её длительном и неправильном хранении.

Мы провели исследования пыльцы и пчелиной обножки и предложили но-

вый метод оценки их токсичности, который может лечь в основу определения качества цветочной пыльцы и обножки и их стандартизации.

2. Исследования по определению качества пыльцы и обножки

В работе было исследовано 15 образцов цветочной пыльцы и пчелиной обножки, среди них подозрение на ядовитость изначально вызвали 3 экземпляра пыльцы: цветочная пыльца лилии кудреватой (Lilium martagón), лука репчатого (Allium сера), относящихся к богатому ядовитыми представителями, семейству лилейные (Liliaceae), а также пыльца картофеля Solánum tuberósum, обработанного дважды инсектицидом. При проведении в течение 96 часов наблюдений за поведением дафний в водных растворах пыльцы и пчелиной обножки разной степени концентрации было обнаружено, что 33,3 % их образцов, имеющих концентрацию 12,5 об. %, способствовали появлению у данного тест-объекта признаков острой степени токсичности (J1T50 меньше 96 ч). При увеличении концентрации до 25 об. % уже 60,0% образцов пыльцы и обножки стали вызывать у дафний признаки острой степени токсичности. А при концентрации 50 об. % - 66,7 % экземпляров стали способны вызывать у дафний признаки острой степени токсичности. При этом 33,3 % экземпляров пыльцы и обножки не спровоцировали у дафний наступления острой степени токсичности в течение 96 часов наблюдений и оказались для них малотоксичными. Среди изученных образцов пыльцы малотоксичной оказалась пыльца подсолнечника масличного (Helianthus annuus) и моркови посевной (Daucus sativa), а среди образцов пчелиной обножки - обножки трёх видов клевера: белого или ползучего (Trifolium repens), гибридного (Т. hybridum) и красного или лугового (T.pratense).

3. Сравнительная характеристика различных моделей СВЧ облучения на пчёлах

Жизнедеятельность пчёл в гнезде протекает в известной мере автономно от основных факторов, влияющих на цирканнуальные ритмы, таких как освещение (фотопериод), температура и кормовые запасы. Это заставило нас искать другие факторы, которые также могут оказывать влияние на цирканнуальные ритмы пчел, так как пчелы четко подвержены цирканнуалъным ритмам, от протекания которых зависит продуктивность и жизнедеятельность пчел.

Для этого был проведён ряд экспериментов с изменением режимов СВЧ облучения природной интенсивности. Чтобы показать влияние природных ЭМИ на пчел, нами были проведены предварительные опыты по экранированию пчелосемей от естественного ЭМИ Солнца, путем сокращения времени естественного облучения в июне-июле. Опыты были проведены на пчелах Apis mellifera caraica. Пчелы располагались на пасеке в Богородском районе, в 3 км к северо-западу от железнодорожной станции Зимёнки. Для постановки опыта были взяты две примерно одинаковые по запасам и силе пчелосемьи, таблица 3.

Таблица 3

Сила опытных семей.

Показатели Опыт Контроль

Возраст матки, лет 2 2

Сила семьи, кг 3 3

Расплод; открытый, рамки 2 1

печатный, рамки 0 3

Запасы: мед, кг 20 18

перга, кг 1,0 0,6

Опытную семью экранировали от излучения Солнца с востока и запада алюминиевыми заземленными щитами, так что прямое излучение Солнца, особенно СВЧ излучение как обладающее низкой дифракцией могло попадать на семью только с 10 до 17 ч. Таким образом, мы получили коротко-дневный период экспозиции ЭМИ равный 7:17 ч. При создании искусственного режима СВЧ облучения с использованием СВЧ генератора «Биоритм-1» его штыревая антенна располагалась на расстоянии 1 метр от передней стороны ульев.

По окончанию эксперимента, через 21 день, была проведена оценка результатов опыта. Визуально оценили силу экспериментальных семей, что позволило сделать заключение, что сила опытной семьи, подвергавшейся при помощи алюминиевых заземленных щитов сокращенному естественному ЭМ облучению Солнца равному 7 ч в сутки, была примерно в два раза больше, чем контрольной. Была проведена визуальная оценка продуктивности семей по содержанию в ульях запасов меда. По результатам этих наблюдений было выявлено, что при сокращенном - короткодневном периоде СВЧ облучения пчелиная семья заполнила два магазина медом, в отличие от контрольной семьи, которая находилась при естественных условиях облучения на июнь-июль месяц, и которая заполнила один магазин. Была проведена визуальная оценка пчел по летной активности. Из этих наблюдений была четко прослежена высокая летная активность опытной семьи по сравнению с семьей, содержащейся при естественных условиях СВЧ облучения.

Для выявления того, оказало ли это непосредственное влияние на развитие пчел, был проведен одновозрастной засев в опыте и в контроле, для чего был подготовлен сот, на который матка произвела засев, находясь под ганиметов-ским колпачком. После засева матка была выпущена из под колпачка, а сот с одновозрастным засевом был поставлен в центр гнезда. Засев в опытной и контрольной семье был проведен в одно время. Через 21 день перед выходом пчел из ячеек, сот с расплодом был извлечен из гнезда, и вышедшие пчелы были проанализированы по сырой массе и по содержанию воды, как по наиболее важным показателям сезонной изменчивости у пчел.

Для сравнения влияния СВЧ излучения различной продолжительности, мы сопоставили продолжительности излучения с сезонами года: зима (21 декабря) - 7:17 ч, искусственное облучение, весна (И мая) - 16:8 ч, искусственное облучение и контроль лето (28 июня) -17,5:6,5 ч, естественное облучение.

Пчелы во всех группах опытов были проанализированы по сырой массе (рис. 1).

Как видно из гистограммы, сырая масса хтчел при моделировании зимних и весенних условий облучения достоверно изменяется и отражает сезонную динамику изменения сырой массы пчел. При моделировании зимних условий живая масса пчел на 7,33 % выше, чем весной за счет достоверного (Р > 0,999, к!= 4,01) повышения липидов в теле пчел, что видно из рис. 1.

Рис. 1. Сравнение сырой массы при различной продолжительности СВЧ облучения.

Зима

йссиа

Летом живая масса достоверно больше (Р > 0,999, = 6,31) на 15,19 %, чем зимой и достоверно больше (Р > 0,999,1с1= 8,81) на 21,41 %, чем весной за счет высокого содержания гигроскопической воды в теле для протекания активных метаболических процессов, что видно из рис. 3. Эти изменения наблюдаются при достоверно низком (Р > 0,999, и = 4,72) содержании запасных питательных веществ в виде липидов по сравнению с зимой на 50,66 % и достоверно низком (Р « 0,999,1с1 = 3,22) содержании липидов по сравнению с весной на 41,59 %, что видно из рис. 2.

Сезонное изменение достоверно (Р ~ 0,98, 1с1 = 2,28) проявляется в увеличении длинны крыла по жилке, проходящей снизу дискоидальной ячейки, у летних пчел по сравнению с зимними пчелами па 1,64 % и высокодостоверно (Р > 0,999, = 3,63) увеличивается у летних пчел по сравнению с весенними пчелами на 2,19 %! что видно из рис.4.

Зима Вссня Лсго

Рис. 2. Сравнение содержания липидов в сухом веществе при различной продолжительности СВЧ облучения

Эмми Нссиь Лею

Рис. 3. Сравнение содержания гигроскопической воды в сухом веществе при различной продолжительности СВЧ облучения

Из гистограммы видно, что наиболее развиты крылья у летних пчел, что соответствует более высокой летной нагрузке у летних пчел во время главного медосбора, чем у весенних и зимних. Это также подтверждается и различием по содержанию общего азота (рис. 5).

Из гистограммы можно предположить, что более развитой мускулатурой

обладают летние пчелы по сравнению с пчелами зимней регенерацией, которым фактически не требуется хорошо развитая мускулатура для зимовки, так как основная часть мускулатуры представлена летными мышцами, а по сравнению с весенней регенерацией различие по содержанию общего азота не выражено.

в лабораторных условиях без СВЧ обучения.

Рис. 4. Сравнение длинны жилки лрохо- Рис' 5' С1,аш1ение удержания об-

дящей снизу дискоидальной ячейки при щего 330X3 в сухом обезжиренном веще-

различной продолжительности СВЧ об- стае при различной продолжительное™

лучения СВЧ облучения.

Чтобы доказать, что условия содержания расплода в опытах не оказывали влияние на развитие пчел мы сравнили пчел вышедших в естественных условиях с пчелам вышедшими в лабораторных условиях без СВЧ обучения. Результаты приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Сравнение пчел вышедших в естественных условиях с пчелами вышедшими

Зим» Вест Дп-о

}чт Betu* Лето

Показатели Естественное СВЧ излучение Экранирование от СВЧ излучения Достоверность разности при Р -0,95,

Сырая масса 115,76 ±2,50 И 3,97 ±2,51 0,51 < 1,96 не достоверна

% воды в теле 81,46 ±0,54 82,73 ± 0,39 1,90 < 1,96 не достоверна

% липидов в сухом веществе 12,02 ±1,83 15,68 ±1,89 1,39 < 1,96 не достоверна

% общего азота 13,94 ±0,07 14,68 ±0,57 1,27 <2,78 не достоверна

Из таблицы видно, что различия в показателях при развитии пчел в естественных и в лабораторных условиях не достоверны при Р = 0,95, что говорит о том, что пчелы не ощущали существенной разницы в условиях содержания, так как температура и влажность поддерживались на оптимально уровне. Поэтому при отсутствии какого либо ритмоводителя в изолированных от света и ЭМИ камерах, пчелы поддерживали в экранированной камере циркануаль-ные ритмы, которые были заданы до помещения их в постоянные условия содержания, т.е. летний циркаритм, равный 17,5:6,5 ч.

4. Сравнительная характеристика различных моделей СВЧ облучения

на матках

Получив положительные результаты о влиянии СВЧ облучения на циркан-нуальные ритмы пчел, нами были продолжены опыты на пчелиных матках. Для выявления влияния СВЧ излучения на цирканнуальные ритмы пчелиных маток, нами были поставлены опыты с различной продолжительностью СВЧ облучения, которые моделировали излучение Солнца при различных сезонах года: зима -21 декабря, с аналогичной продолжительность облучения 7:17 ч при искусственном СВЧ облучении эквивалентном по интенсивности солнечному, весна -11 мая с аналогичной продолжительностью облучения 16:8 ч, также при искусственном СВЧ облучении эквивалентном по интенсивности солнечному. Для контроля использовалась пчелосемья находящаяся в естественных условиях на пасеке летом - 28 июня при естественной продолжительности солнечного СВЧ облучения 17,5:6,5 ч.

Для получения опытного материала 10 июня из улья убрали матку, в этот же день пчелы заложили свищевые маточники на ячейках с одно-двух дневными личинками, через 4-3 дня маточные личинки перешли в стадию пред-куколки и пчелы начали запечатывать маточники, 15 июня пчелы запечатали маточники. Две части полученных запечатанных маточников по 6 штук были помещены в одинаковые термостаты при 35±0,5 °С и относительной влажности 95 %. Одну часть из 5 маточников оставили в улье при естественных условиях, за день перед выходом маток из ячеек, их так же поместили в термостат во избежание уничтожения первой вышедшей маткой остальных маточников.

Условия содержания личинок в термостатах различались только по режимам СВЧ облучения. Одна группа подвергалась короткодневному СВЧ облучению в течение 7 часов в сутки, что позволяло нам моделировать коротко-дневные условия СВЧ облучения 7:17 ч, вторая груша подвергалась длинно-дневному СВЧ облучению в течение 16 часов в сутки, что позволяло нам моделировать длиннодневные условия СВЧ облучения 16:8 ч. Температура и влажность находились на оптимальном для развития личинок уровне, как и у личинок, которые находились в улье при естественных условиях микроклимата на 15 июня. Через 6-7 дней из маточников во всех группах опытов вышли матки, которых исследовали по физиологическим и морфологическим показателям. Для этого брюшко было отчленено от груди для изготовления гистопрепаратов яичников, одно из передних крыльев также было отчленено для изучения его пропорций и жилкования, оставшаяся голова с грудью подвергались морфофизиологическому исследованию.

СВЧ излучение влияет на цирканнуальные ритмы пчелиных маток. При этом, как и у пчел наблюдаются характерные изменения морфофизиологиче-ских показателей - увеличение сырой массы, снижение относительных размеров крыла, уменьшению содержания общего азота при короткодневном СВЧ облучении по сравнению с длиннодневным облучением. Кроме того,

большее количество обнаруженных компартментов в яйцевых трубочках при короткодневном искусственном СВЧ облучении говорит о большем количестве развивающихся яиц в яичниках у маток, в отличие от длиннодневного облучения.

5. Влияние СВЧ излучения природной интенсивности на пыльцесобираемую способность пчёл

5.1. Влияние различных режимов СВЧ природной интенсивности на сбор пчёлами обножки

Полученные данные о распространении пыльценосных растений по природным зонам Нижегородской области, результаты сбора медоносными пчелами пыльцы в естественной природной среде и данные по морфофизиоло-гическому изменению важнейших показателей рабочих пчёл и маток под влиянием различных режимов СВЧ излучения природных интенсивностей, побудило нас продолжить исследования по изучению влияния, которое могут внести в эффективность сбора пчелами пыльцы различные режимы СВЧ излучения природной интенсивности.

Опыты были проведены на пчёлах Apis mellifera carnica. Для выявления степени влияния искусственного СВЧ-излучения сверхнизкой интенсивности на пыльцесобираемую способность пчёл в начале июня были отобраны три одинаковые по силе развития пчелиные семьи, табл. 5.

Таблица 5

Сила опытных семей на момент начала эксперимента

Показатели Опыт 1 Опыт 2 Контроль

Возраст матки, лет 1 1 1

Сила семьи, кг 3 3,2 3

Расплод:

открытый, рамки 4 3 4

печатный, рамки 2 3 2

Запасы:

мёд, кг 15 16 15

перга, кг 0,8 0,7 0,8

Первая и вторая опытные семьи были экранированы с запада и востока заземлёнными алюминевыми щитами. С помощью портативного СВЧ-генератора «Биоритм-1» для семьи № 1 моделировался зимний (декабрьский) режим СВЧ-излучения (7:17 ч), для семьи № 2 - длиннодневный (июньский) режим СВЧ-излучения (17:7 ч) с частотой облучения 2580 МГц и мощностью 10" -10"5 Вт. Семья № 3 была выбрана в качестве контроля, не была экранирована и подвергалась только естественному СВЧ-излучению Солнца июньского режима. Об эффективности опыления энтомофильной растительности косвенно судили по величине, приносимой в улей пыльцы-обножки, третья часть которой отбиралась пыльцеотборниками, и запасов перги у трёх пчелиных семей в ходе эксперимента.

Эксперимент проводился с 20 мая по 1 июля 2011 года. В это время в пче-

линых семьях происходила полная замена старых зимовавших пчёл новыми молодыми особями. Результаты представлены на рис. 6._______

Рис. 6. Влияние короткодневного, длиннодневного искусственного СВЧ облучения и естественного длиннодневного СВЧ облучения (контроль) на количество собранной в среднем за сутки пыльцеотборником обножки

Средний принос пыльцы-обножки за сутки в семье №1 во время эксперимента оказался достоверно на 9,7% больше аналогичного приноса семьи № 2 (t=2,53, р<0,05) и достоверно больше на 11,8% приноса контрольной семьи №3 0=2,95, р<0,05). Принос же пыльцы в семье №2 был на 2,3% недостоверно больше (t=0,53, р>0,05), чем в контрольной семье.

В результате оценки массы отобранной пыльцеотборниками пыльцы обножки у семьи, подвергавшейся длиннодневному искусственному СВЧ облучению можно видеть, что динамика изменений сходна с естественным длин-нодневным СВЧ облучением, а незначительное увеличение при искусственном длиннодневном СВЧ облучении можно объяснить большей на 1,5 ч продолжительностью СВЧ облучения в естественных условиях, чем в опыте.

5.2, Влияние различных режимов СВЧ природной интенсивности на количество перги в гнёздах пчёл

Для более полного составления мнения о влиянии разных режимов СВЧ облучения природной интенсивности на сбор пчёлами пыльцы было решено сопоставить наличие в гнёздах пчёл и запасов перги между двумя крайними датами их осмотра: с 20 мая по 29 июня 2011 г. (см. рис. 6).

Различие в обнаруженном количестве перги между короткодневным режимом облучения и контролем оказалось достоверным tst=5,229, при Р=0,999, между длиннодневным режимом облучения и контролем оказалось достоверным ts.=4,577, при Р<0,997. Различие между короткодневным режимом облучения и длиннодневном режимом облучения в обнаруженном количестве перги, в отличие от собранной пыльцесборниками обножки в аналогичных режимах СВЧ облучения, оказалось достоверным tsl=2,957, при Р=0,98.

Различие между крайними датами определения количества перги при ко-роткодневном режиме СВЧ облучения составило 945 г, при длиннодневном режиме СВЧ облучения - 995 г, в контроле - 775 г. Несколько большее, в 50 г, количество перги во втором случае, видимо можно, объяснить, несколько большим количеством открытого расплода при короткодневном режиме СВЧ

облучения.

7:17 17:07 контроль

Рис. 6. Количество перги в ульях при разных режимах СВЧ облучения природной интенсивности

Результаты положительного влияния короткодневного режима СВЧ излучения природной интенсивности на увеличение пыльцесобираемой способности пчёл нам представляется возможным логично объяснить общими закономерными изменениями биоритмов пчёл и их влияния в свою очередь на морфофизиологические показатели рабочих пчёл. Одним из следствий таких изменений может стать увеличение количества расплода, а значит будущих пчёл фуражиров, возможно увеличение эффективности пчёл как фуражиров и опылителей в отыскании и приносе нектара и пыльцы в свой улей.

6. Оценка акустического поведения рабочих пчёл при использовании информационного СВЧ облучения природной интенсивности

В начале июня 2011 г. была произведена запись звука, издаваемого пчелиными семьями при естественном и короткодневном режимах СВЧ облучения природной интенсивности, во время сбора пчёлами пыльцы-обножки. Аудиозаписи были подвергнуты спектральному анализу, с выявлением положения максимума спектральной энергии в диапазоне 200-400 Гц и в его ближайших окрестностях (см. рис. 6, 7).

Рис. 6. Частотная характеристика издаваемых звуков пчёлами при работе пыльцеотборни-ка, при режиме естественного СВЧ облучения

В физиологически активном спектре частот при естественном СВЧ облучении (см. рис. 6) было зафиксировано два пика частотной мощности со следующими характеристиками: 211 Гц - 41,3 Дб и 416 Гц - 40 ДБ.

Рис. 7. Частотная характеристика издаваемых звуков пчёлами при работе пыльцеотборни-ка во время короткодкевного облучения

При короткодневном СВЧ облучении в семье во время работы пыльцеот-борника звуковой фон работающих пчёл в физиологически активном диапазоне имел следующие характеристики: 174 Гц - 45 Дб и 369 Гц - 31,3 Дб (см. рис. 7). В первом выявленном диапазоне частотный пик пришёлся на область акустического поведения пчёл-вентилировщиц гнезда, чья активизация была вернее всего связана с наметившимся увеличением приноса пчёлами в улей свежей пыльцы. Второй частотный пик в семье, подверженной короткоднев-ному СВЧ облучению, пришелся на высокочастотную часть физиологически активного для пчёл звукового спектрального коридора (200-400 Гц). Он оказался на 47 Гц меньше, чем в семье без облучения, но на целых 8,7 Дб мощнее, что может говорить о большей вовлеченности пчел в работу по заготовке пыльцы.

Выводы

1. Доказано информационное влияние СВЧ излучения сверхнизких ин-тенсивностей на циркануалыше ритмы рабочих пчёл и маток (Apis mellifera carnica). Пчёлы, развивашиеся при короткодневном искусственном СВЧ облучении, приобретают физиологические процессы, направленные на подготовку к зимовке: повышенное содержание запасных питательных веществ, замедленный метаболизм, слабо развитый летательный аппарат, о чём можно судить по значительному увеличению содержания липидов на 4,2 % (Р>0,999, td=4,12), уменьшению содержания общего азота на 16,93 %, при меньшей на 15,19% (Р>0,999, td=6,31) сырой массе с меньшими относительными размерами крыла на 1,64 % (Р>0,999, td=3,63) по сравнению с естественным длиннодневным летним облучением.

2. Установлено, что пчёлы, которые развивались при длиннодневном искусственном СВЧ облучении, приобретают морфофизиологические изменения, характерные для весенних или позднелетних пчёл с активными физиологическими процессами, небольшим количеством запасных питательных веществ и хорошо развитым летательным аппаратом, о чём можно судить по увеличению гигроскопической воды на 2,52 % (Р>0,98, td=2,34) при уменьшении запасных питательных веществ в виде липидов на 15,51 %, увеличе-

нию общего азота на 16,81 % при меньшем отношении сырой массы, приходящейся на единицу длины крыла на 6,71 % (Р>0,999, ^=3,44), по сравнению с пчёлами, которые развивались при короткодневном искусственном СВЧ облучении.

3. Выявлено, что СВЧ излучение влияет на цирканнуальные ритмы пчелиных маток. При этом, как и у пчёл, наблюдаются характерные морфофи-зиологические изменения: увеличение сырой массы головы и груди на 11,44%, снижение относительных размеров крыла на 10,45%, уменьшение содержания общего азота на 9,04% при короткодневном СВЧ облучении по сравнению с длиннодневным облучением.

4. Показано, что СВЧ облучение посредством сдвига цирканнуальных ритмов влияет на половую систему маток, что отражается на повышении запасных питательных веществ в яичниках, увеличении диаметра яйцевых трубочек и количества компартментов в них при короткодневном СВЧ облучении в отличие от длиннодневного СВЧ облучения.

5. Установлено, что пыльцесобираемая способность пчёл зависит от различных режимов СВЧ облучения. Так, при короткодневном режиме СВЧ облучения количество отобранной пыльцеотборниками обножки оказалось достоверно больше на 11,8% (Р>0,95, ^=2,95), отобранного количества обножки в контрольной семье при естественном СВЧ облучении и достоверно больше на 9,7% аналогичного приноса семьи с длиннодневным режимом СВЧ облучения (1=2,53, р<0,05), количество которой оказалось недостоверно больше на 2,3% (Р<0,95,1=0,53), чем в контрольной семье.

6. Установлено различие в количестве заготовленной пчёлами в ульях перги между семьями с разным режимом СВЧ облучения. Так, количество перги при короткодневном режиме облучения оказалось достоверно больше, чем в контроле на 17,99% (%{=5,229, Р=0,999). При длиннодневном режиме облучения количество отложенной пчёлами перги оказалось на 22,11% достоверно больше, чем в контроле (^=4,577, Р<0,997). При короткодневном режиме облучения количество отложенной пчёлами перги оказалось на 5,03 % меньше, чем при длиннодневным режимами СВЧ облучения (^=2,957, Р=0,98).

7. Среди изученных образцов пыльцы, только у 33, 3% их водных растворов с концентрацией 12,5 % об. были обнаружены в течение 96 часов признаки острой степени токсичности дафний. В 25 об % водных растворах пыльцы уже 60,0% экземпляров пыльцы вызвали у дафний признаки острой степени токсичности в течение 96 часов. А в 50 об. % водных растворах пыльцы 66,7 % экземпляров пыльцы вызвали у дафний признаки острой степени токсичности в течение 96 часов. 33,3 % экземпляров пыльцы не спровоцировали наступления острой степени токсичности дафний в течение 96 часов наблюдений.

8. При проведении короткодневного СВЧ облучения замечен дрейф пиков мощности издаваемых звуков влево - в сторону низких частот, с формированием достаточно мощного звука в спектре акустических частот пчёл-

вентилировщиц (174 Гц, -45Дб), что можно связать с вовлечением большего количества пчёл в процесс вентиляции улья, что обычно наблюдается при увеличении количества приноса пчелами в улей пыльцы. Второй, сместившийся влево пик мощности издаваемого пчёлами звука, оказался в 1,5 раза мощнее (-31,3 Дб.) первого и располагался он в наиболее физиологически активном звуковом частотном спектре (200 - 400 Гц) пчёл, занимая его наиболее (369 Гц) активную часть.

Практические рекомендации.

1. Разработанный метод информационного влияния СВЧ излучением сверхнизких интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл позволяет рекомендовать его для оптимизации физиологических процессов маток и рабочих пчёл, в направлении увеличения продуктивности семей медоносных пчёл в целом и, в частности, для увеличения масштабов и темпов заготовки пчёлами пыльцы.

2. Установленные закономерности определения токсичности пыльцы могут быть использованы для экспресс-анализа при тестировании и сертификации пыльцы и пчелиной обножки.

3. Полученный в работе материал об информационном влиянии СВЧ излучений природной интенсивности на пчёл рекомендуется использовать в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по физиологии с.-х. животных, биоритмологии и пчеловодству при подготовке специалистов биологического, медицинского и сельскохозяйственного профиля.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Егорашин В. Г. Изменение качества природных адаптогенов из продуктов лесного пчеловодства в связи с антропогенной деградацией растительности. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 15-16 декабря 2005 г. «Актуальные вопросы реабилито-логи и пути их решения». - Н.Новгород: НФ СГУТиКД, 2006.

2. Ибрагимов А.К., Егорашин В.Г. Биологические, экологические и рекреационные ресурсы: проблемы оценки и классификации. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 15-16 декабря 2005 г. «Актуальные вопросы реабилитологи и пути их решения». -Н.Новгород: НФ СГУТиКД, 2006.

3. Егорашин В.Г. Экологическое значение лесного пчеловодства. // Сборник трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 15. «Актуальные проблемы лесного комплекса». -Брянск, 2006.

4. Ибрагимов А.К., Лебедев Е.В., Егорашин В.Г. Биологическое разнообразие как конструктивный фактор стабилизации деградирующих лесных экосистем.// Сборник материалов II Всероссийской научной конференции 28-31 января 2006 г. - Йошкар-Ола, 2006.

5. Ибрагимов А.К., Егорашин В.Г., Лапшин Д.А. Изучение биоразнооб-

разия для индикации критических состояний. // Учебное пособие для учителей и педагогов дополнительного образования. Методическое обеспечение исследовательской деятельности школьников и студентов по экологии. - Нижний Новгород, 2008.

6. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. К физиологическому обоснованию применения пчелиной пыльцы (обножки и перги) в современной апитерапии и косметологии. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. -Орёл, 2010. -с. 77-84.

7. Егорашин В.Г., Орлов Б.Н. Эволюция стратегии опыления. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. - Орёл, 2010. -с. 127-143.

8. Егорашин В.Г., Ибрагимов А.К. Нектарная и пыльцевая продуктивность по типам леса Нижегородского Поволжья. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. - Орёл, 2010. -с. 148-156.

9. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Перспективы использования СВЧ излучения сверхмалых мощностей в пчеловодстве. // Международная научно-практическая конференция «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии». Ярославль, 12-13 августа 2010 г. - Ярославль, 2010. -с. 170-173.

10. Егорашин В.Г., Орлов Б.Н. Использование информационного СВЧ-излучения и звуковой диагностики в исследованиях на медоносных пчёлах. И Аграрная наука Евро-Северо-Востока. Научный журнал Северо-Восточного регионального научного центра Россельхозакадемии. №3 (22).-Киров, 2011. -с. 40-42.

И. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Цветочная пыльца - обножка - перга (Происхождение, технологии производства и переработки, практическое использование), /под ред. Б.Н. Орлова. - Нижний Новгород: Изд. Ю.А Николаев, 2009. -176 е., ил.

12. Егорашин В.Г. Влияние искусственного СВЧ-излучения природной интенсивности на пыльцепродуктивность пчелиных семей. // Международная научно-практическая конференция «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии». Ярославль, 6-8 октября 2011 г. -Ярославль, 2011.

13. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Экологические основы сертификации и тестирования продуктов пчеловодства с помощью простых биосистем. // Нижегородский аграрный Вестник. - Н.Новгород: НГСХА. - февраль 2012.-с. 243-246.

Подписано в печать 10.02.2012,

Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 01/0112

Издательство: Нижегородская областная общественная организация «Компьютерный экологический центр». 603005, Нижний Новгород, ул. Минина, д.З

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Егорашин, Валерий Геннадьевич, Нижний Новгород

61 12-3/843

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

Л ХГ Л ТТТ7А лтлст

На правах рукописи

ЕГОРАШИН ВАЛЕРИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПЧЕЛИНОЙ ПЫЛЬЦЫ НА ПАСЕКАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЧ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИРОДНОЙ

ИНТЕНСИВНОСТИ

03. 03. 01 - физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель

д. б. н., профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Орлов Борис Николаевич

Нижний Новгород 2012

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Современное состояние вопроса об эффективности процесса получения пыльцы на пасеках

1. Пыльца как мужской элемент цветка И

2. Пыльца, пчелиная обножка и перга 21

3. Методы получения пыльцы, пчелиной обножки и перги 34

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 1. Материалы и методы исследования 50

50

1.1. Материалы исследований

1.2. Оборудование и расчёты

1.3. Морфофизиологическая оценка цирканнуальных ритмов у пчел

52

1.3.1. Определение сырой массы и размеров крыла 5 5

1.3.2. Определение содержания гигроскопической воды 56

1.3.3. Определение липидов экстрагированием бензином 57

1.3.4. Определение содержания общего азота методом Къельдаля 1.4. Биотестирование пыльцы на степень её токсичности

58 60

Глава 2. Распространение и состав цветковой растительности на территории Нижегородской области и роль медоносных пчёл в её

опылении

Глава 3. Исследования но определению качества пыльцы и 69 обножки

89

3.1. Исследование пыльцы лилии кудреватой

, 90

3.2. Исследование пыльцы картофеля

3.3. Исследование пыльцы моркови

3.4. Исследование пыльцы подсолнечника

3.5. Исследование пыльцы лука репчатого

3.6. Исследование обножки золотарника канадского

3.7. Исследование обножки кипрея узколистного 94

Глава 4. Анализ действия СВЧ излучения на цирканнуальные

90

91

92

93

3.8. Исследование обножки василька лугового 95

95

3.9. Исследование обножки горошка мышиного

ЗЛО. Исследование обножки кульбабы осенней 96

3.11. Исследование обножки осота огородного 97

3.12. Исследование обножки гречихи посевной 98

3.13. Исследование обножки клевера красного 99

3.14. Исследование обножки клевера гибридного

3.15. Исследование обножки клевера белого

99

100 101

ритмы пчел ^

4.1. Влияние природных фоновых ЭМИ при модельном экранировании на цирканнуальные ритмы пчел

4.2. Условия для выявления влияния СВЧ излучения на рабочих 103 пчел

4.3. Влияние короткодневного и длиннодневного СВЧ облучения на основные физиологические и морфометрические показатели

4.4. Сравнительная характеристика различных моделей СВЧ

11 о

облучения 11У

106

107

Глава 5. Анализ действия СВЧ облучения на цирканнуальные ритмы маток пчел 124

5.1. Влияние короткодневного и длиннодневного СВЧ облучения на основные физиологические и морфометрические

125

показатели

5.2. Сравнение короткодневного и длиннодневного СВЧ облучения по развитию яичников

Глава 6. Влияние СВЧ природной интенсивности на

пыльцесобираемую способность пчёл Глава 7. Оценка акустического поведения рабочих пчёл при использовании информационного СВЧ облучения природной интенсивности

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157

ВЫВОДЫ 162

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 165

ЛИТЕРАТУРА 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 184

134

141 148

ВВЕДЕНИЕ

Актуальной проблемой современной биологической и с.-х. науки является изучение механизмов повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и, в частности, медоносных пчёл, обеспечивающих опыление подавляющей части семенных растений.

Известно, что все живые организмы на Земле подчинены определённым ритмам. Закономерные изменения физических условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптации к этой периодичности. Благодаря им самые важные функции организма, такие как питание, рост, размножение, совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток и года. Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему, и в конечном итоге выступают как общая периодичность поведения организма. Наиболее существенными из них являются циркадные и циркануальные ритмы - эндогенные ритмы, которые управляют ритмическими процессами в организме при отсутствии экзогенных сигналов (Чурмасов A.B., Орлов Б.Н., 1999; Мурсалиев А.М., 2000).

На цирканнуальные ритмы влияют факторы, обуславливающие сезон года. С рассматриваемой точки зрения особый интерес представляют сверхвысокие частотные излучения (СВЧ). СВЧ излучение Солнца не зависит от метеорологических условий, обладает высокой степенью проницаемости и распространяется в границах инфракрасного и оптического излучений, от которых зависит скорость метаболических процессов и фотосинтезирование организмов. Установлено, что низкоинтенсивное СВЧ излучение оказывает разнообразное воздействие на биологические системы разной степени сложности (Веников, 1984; Владимирский, Волынский, 1975; Городецкая, 1964; Давыдов, Тихончук, Антипов, 1984; Минин, 1974; Толгская, Гордон, 1971; Чурмасов A.B.,

Орлов Б.Н., 1999; Мурсалиев, 2000; Орлов, Авзалов и др., 2011).

В связи с этим, в последнее время среди специалистов усилился интерес к изучению вопроса о влиянии СВЧ излучений природной интенсивности на цирканнуальные ритмы живых организмов: в частности пчёл, которые позволят повысить эффект получения разнообразных продуктов пчеловодства (Орлов, Корнева, 2009; Орлов, Егорашин, 2009; Орлов, Иващенко, 2010) и возможно могут использоваться для повышения пыльцесобираемой способности медоносных пчёл.

Цель диссертационной работы:

Исходя из вышеизложенного, перед нами была поставлена следующая цель исследования: показать влияние, производимое СВЧ излучением сверхнизких (природных) интенсивностей на изменение ритмов жизнедеятельности пчёл, их морфофизиологические и спектральные акустические характеристики, дать физиологическую оценку эффективности процесса получения цветочной пыльцы на пасеках с использованием СВЧ облучения природной интенсивности.

Задачи исследования.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучить влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis mellifera carnica).

2. Проанализировать влияние различных режимов СВЧ облучения, аналогичных естественным, на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera carnica).

3. Оценить отдельные виды пыльцы и пчелиной обножки с целью изучения их качества и стандартизации.

4. Сопоставить влияние, производимое СВЧ излучением природной интенсивности, на спектральные характеристики акустического

поведения пчелиных семей.

Научная новизна.

Доказано информационное влияние СВЧ излучения сверхнизких интенсивностей на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл и маток (Apis mellifera carnica). Впервые апробированы результаты экспериментальных исследований влияния различных режимов информационного СВЧ облучения на пыльцесобираемую способность пчёл. Предложен методический приём определения качества пыльцы и пчелиной обножки по их водным растворам с использованием простых модельных систем (Daphnia magna). Впервые показана степень воздействия СВЧ облучения природной интенсивности на спектральные характеристики акустического поведения пчелиных семей.

Теоретическая и практическая значимость.

Разработанные в работе новые подходы, связанные с анализом информационного воздействия СВЧ излучения на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл й пчеишных маток, позволят глубже оценить их сезонные экологические адаптации и практически использовать их для повышения пыльцесобираемой способности пчёл. Показана возможность использования простого биологического тест-объекта (Daphnia magna) для целей стандартизации пыльцы и пчелиной обножки.

Результаты апробированных схем облучения открывают практические перспективы для управления жизнедеятельностью пчелиной семьи посредством информационного влияния СВЧ излучения с целью оптимизации их физиологических процессов в сторону увеличения пыльцесобираемой способности семей медоносных пчёл.

Положения, выносимые на защиту.

1. Показано влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis meffifera carnica).

2. проанализировано влияние различных режимов СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera carnica).

3. Изучено качество отдельных видов пыльцы и пчелиной обножки для решения вопросов их стандартизации.

4. Показано влияние СВЧ облучения природной интенсивности на изменение спектральных характеристик акустического поведения пчелиных семей.

Апробация работы. Основные материалы работы доложены на:

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса». - Брянск, 2006; Международной конференции «Пчеловодство 21 век. Пчеловодство, апитерапия и качество жизни». - Москва, 2010; 1-й и 2-й международной научно-практической конференции «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии» (Ярославль, 2010 и 2011 гг.).

Публикации:

1. Егорашин В. Г. Изменение качества природных адаптогенов из продуктов лесного пчеловодства в связи с антропогенной деградацией растительности. /У Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 15-16 декабря 2005 г. «Актуальные вопросы реабилитологи и пути их решения». - Н.Новгород: НФ СГУТиКД, 2006.

2. Ибрагимов А.К., Егорашин В.Г. Биологические, экологические и рекреационные ресурсы: проблемы оценки и классификации. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 15-16 декабря 2005 г. «Актуальные вопросы реабилитологи и пути их решения». - Н,Новгород: НФ СГУТиКД, 2006.

3. Егорашин В.Г. Экологическое значение лесного пчеловодства. //

Сборник трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 15. «Актуальные проблемы лесного комплекса». - Брянск, 2006.

4. Ибрагимов А.К., Лебедев Е.В., Егорашин В.Г. Биологическое разнообразие как конструктивный фактор стабилизации деградирующих лесных экосистем.// Сборник материалов II Всероссийской научной конференции 28-31 января 2006 г. - Йошкар-Ола, 2006.

5. Ибрагимов А.К., Егорашин В.Г., Лапшин Д.А. Изучение биоразнообразия для индикации критических состояний. // Учебное пособие для учителей и педагогов дополнительного образования. Методическое обеспечение исследовательской деятельности школьников и студентов по экологии. - Нижний Новгород, 2008.

6. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. К физиологическому обоснованию применения пчелиной пыльцы (обножки и перги) в современной апитерапии й косметологии. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. - Орёл, 2010. -с. 77-84.

7. Егорашин В.Г., Орлов Б.Н. Эволюция стратегии опыления. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. - Орёл, 2010. -с. 127-143.

8. Егорашин В.Г., Ибрагимов А.К. Нектарная и пыльцевая продуктивность по типам леса Нижегородского Поволжья. // Сборник трудов по пчеловодству. Выпуск 18. - Орёл, 2010. -с. 148-156.

9. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Перспективы использования СВЧ излучения сверхмалых мощностей в пчеловодстве. // Международная научно-практическая конференция «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии». Ярославль, 12-13 августа 2010 г. -Ярославль, 2010. -с. 170-173.

10. Егорашин В.Г., Орлов Б.Н. Использование информационного СВЧ-излучения и звуковой диагностики в исследованиях на медоносных

пчёлах. // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. Научный журнал Северо-Восточного регионального научного центра

Россельхозакадемии. №3 (22). - Киров, 2011. -с. 40-42.

11. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Цветочная пыльца - обножка - перга (Происхождение, технологии производства и переработки, практическое использование), /под ред. Б.Н. Орлова. - Нижний Новгород: Изд. Ю.А Николаев, 2009. -176 е., ил.

12. Егорашин В.Г. Влияние искусственного СВЧ-нзлучения природной интенсивности на пыльцепродуктивность пчелиных семей. // Международная научно-практическая конференция «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии». Ярославль, 6-8 октября 2011 г. - Ярославль, 2011.

13. Орлов Б.Н., Егорашин В.Г. Экологические основы сертификации и тестирования продуктов пчеловодства с помощью простых биосистем. /7 Нижегородский аграрный Вестник. - Н.Новгород: НГСХА. -февраль 2012. -с. 243 - 246.

Структура и объём диссертацйбннбй работы.

Диссертация изложена на 183 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, заключения и выводов. Библиографический указатель включает 176 наименований, в том числе 32 на иностранных языках. Работа иллюстрирована 70 рисунками и 27 таблицами.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Современное состояние вопроса об эффективности процесса получения пыльцы на пасеках

1. Пыльца как мужской элемент цветка

В начале исследования были проанализированы общие сведения о пчелиной обножке и перге, включающие в себя: происхождение и общую характеристику, их значение для жизни пчелиной семьи, основные виды пыльценосных растений. Зависимость пыльцесобираемой способности пчёл от экологических условий и морфофизиологических особенностей пчёл фуражиров.

Исходным компонентом для производства пчелиной обножки и перги является цветочная пыльца определённой части цветковых растений, имеющих консортивные (трофические) связи с насекомыми опылителями.

Пыльца представляет собой мужской элемент цветка — мужские половые клетки цветущих растений, образующиеся в расширенной части тычинок (в пыльниках цветка). У большинства растений пыльца состоит из отдельных пыльцевых зерен, невидимых простым глазом. По внешнему виду она представляет собой тончайший порошок, который бывает окрашен в разные цвета — от ослепительно-белого, желтого, коричневого, зеленоватого, темно-красного, других цветов, до густочёрного, в заййсимостй от принадлежности к тому или иному вйду цветкового растения. Однако чаще всего встречается пыльца желтая или светло-коричневая (см. табл. 1).

За исключением нескольких сахаристых сортов, вкус у пыльцы горький; она оставляет во рту привкус, который, правда, вскоре становится незаметным.

Различают два вида пыльцы — анемофильных (ветроопыляемых)

растений и энтомофильных (насекомоопыляемых) растений. Это — пыльца специфическая, она не так богата по своему составу, как пыльца энтомофильных растений, собираемая пчелами. Анемофильная пыльца выбрасывается из пыльников, растрескивающихся в сухую погоду.

Таблица 1

Окраска обножки пчел при сборе пыльцы с различных растений,

по Комарову, (1992) и Омарову и др., (2006)

Название растений Цвет обножки

Малина, белена Беловато-серый

Яблоня (культурные сорта) Желтоватый

Мак посевной Зеленовато-желтый

Гречиха Светло-желтый

Дягиль Серо-желтый

Горчица, рапс Лимонно-желтый

Подсолнечник, одуванчик Оранжевый

Донник желтый То же или золотисто-жёлтый

Жимолость татарская Глиняно-желтый

Ива Яично-желтый

Персик, абрикос, каштан, грунта Темно-красньти

Вишня, боярышник Коричневый

Клевер луговой красный Темно-коричневый

Лен, дуб, ясень Желто-зеленый

Эспарцет, василек луговой (розовый), красный клевер, белый клевер Коричневый

Кипрей узколистный, липа, клён, рябина Зеленый

Фацелия рябинколистная Голубой

Синяк обыкновенный Темно-синий

Колокольчик Фиолетовый

В зависимости от способа переноса с тычинок на пестики пыльца имеет специфические черты. У ветроопыляемых растений она сухая, лишена скульптуры, большей частью имеет поры, вырабатывается в большом количестве. Пыльца насекомоопыляемых растений более крупная (иногда достигает 250 мкм) или очень мелкая (2—5 мкм), клейкая, снабжена скульптурой и большим количеством апертур.

Установлены следующие группы пыльцевых зерен по длине наибольшей оси (в мкм): очень мелкие — до 10; мелкие — 10—25;

средние — 25—50; крупные — 50—100; очень крупные — 100—200; гигантские — более 200 (Бурмистров и др., 1990).

Оболочка пыльцевых зерен (см. рис. 1) состоит из двух основных слоев: наружного (экзины) и внутреннего (интины). Экзина обладает высокой устойчивостью к различного рода воздействиям, в частности к высокой температуре и химическим агентам. Иногда она состоит из трех подслоев: верхнего (эктоэкзины), составляющего скульптурную часть оболочки, и средних (мэкзины и нэкзины).

Рис. 1. Оболочки пыльцевых зерен, Исследования методом сканирующей электронной микроскопии (Ролан, Сёлоши, Сёлоши, 1974). Видны споровые крышечки. Форма и расположение споровых крышечек являются специфическими признаками для каждого вида растений и используются для палинологического анализа.

Эктоэкзина большей частью представлена колонками, которые являются ее основным элементом. Если головки колонок не соединяются, они могут быть различной формы — шаровидной, цилиндрической, сплющенной. Соединенные головки образуют покров. У пыльцы многих растений имеется еще и надпокров. К надпокровным образованиям относятся различного вид�