Популяционная морфология бурзянской бортьевой пчелы APIS MELLIFERA MELLIFERA L

Юмагужин, Фитрат Гилмитдинович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Популяционная морфология бурзянской бортьевой пчелы APIS MELLIFERA MELLIFERA L
ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Автореферат диссертации по теме "Популяционная морфология бурзянской бортьевой пчелы APIS MELLIFERA MELLIFERA L"

На правах рукописи

ЮМАГУЖИН Фитрат Гилмитдинович

ПОПУЛЯЦИОННАЯ МОРФОЛОГИЯ БУРЗЯНСКОЙ БОРТЕВОЙ ПЧЕЛЫ АР1в МЕЫЛРЕИА МЕЫЛРЕЯА Ь.

06.02.01 - диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

-6 ОКТ 2011

Уфа-2011

4856707

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Янбаев Юлай Аглямович

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Мусина Ляля Ахияровна

Ведущая организация:

заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Тельцов Леонид Петрович

доктор биологических наук Хохлов Роман Юрьевич

ФГБОУ ВПО «Московская академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина»

Защита состоится 28 октября 2011 г. в «10» часов на заседании диссертационного совета Д 220.003.02 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, г.Уфа, ул. 40 летия Октября, д. 34, корп. 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 2011 г. и размещен на сайте ВАК

РФ www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор ветеринарных наук, профессор ■¡¿¿/¡лг п Г^ Каримов Ф.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время наряду с другими глобальными экологическими проблемами мирового сообщества остро встают вопросы, связанные с уменьшением биоразнообразия (Кавтарадзе, Овсянников, 2002; Яблоков, Юсуфов, 2004). Особо тяжелое положение у видов, имеющих большое хозяйственное значение. Так в последние десятилетия отмечается массовая гибель медоносных пчел в Северном полушарии (Кривцов, 2006; Пономарев, 2009). Основной причиной данного явления служат антропогенные факторы - сокращение ресурсов медоносов из-за трансформации человеком окружающей среды, применение химикатов при производстве продуктов питания (Жиль Р., 2010), снижение генетического разнообразия и устойчивости к болезням в ходе массовой селекции (Огш1а1, 2008). В условиях России эта ситуация осложнена большим распространением болезней пчел и недостаточностью внимания к вопросам их диагностики и лечения (Смирнов, 2008). Усиливающаяся неконтролируемая гибридизация (Гранкин, 1997) приводит к деградации внутривидовой изменчивости локальных популяций, сформированных в течение многих поколений, к последующему снижению адаптационного потенциала и иммунитета. В условиях Южного Урала данный процесс затронул обитающую в природных условиях уникальную бурзянскую бортевую пчелу и привел к снижению ее выдающихся (Кожевников, 1929; Кривцов, 2008) хозяйственно-полезных признаков - высокой работоспособности, возможности сбора в короткие сроки максимального количества меда, выносливости, зимостойкости, устойчивости к болезням и др. (Ишемгулов, 2005). Будучи исключительно приспособленной к суровым горно-лесным условиям и короткому бурному медосбору с липы бурзянская бортевая пчела служит ценным генетическим фондом отечественного пчеловодства. Но даже с учетом механизмов избирательности спаривания и естественного отбора в перспективе невозможно гарантировать, ее чистопородность на ограниченной площади заповедника в 22,5 тыс. га (Косарев, 2008). Выделение бурзянской бортевой пчелы в ранг отдельной популяции или породного типа требует и генетического обоснования (Талипов и др., 2007). В настоящее время комплексных экспериментальных исследований и информативных методов (Никаноров и др., 1997), на основе которых можно было бы оценить современное состояние проблемы, недостаточно (Поздняков и др., 2000), что не позволяет разработать действенные меры по охране и оздоровлению природных популяций.

Цель исследования. Изучить популяционную морфологию бурзянской бортевой пчелы медоносной, эпизоотологию инфекционных и инвазионных болезней, изменения в генотипе, происходящие под воздействием комплекса природных и антропогенных факторов.

Задачи исследования:

1. Оценить значимость морфологических признаков для диагностики состояния популяции бурзянской бортевой пчелы.

2. Осуществить поиск информативных аллозимных генетических маркеров для изучения гибридизации бурзянской бортевой пчелы.

3. При помощи морфологических показателей провести сравнительное исследование уникальности бурзянских бортевых пчел.

4. С применением выбранных методологических и методических подходов изучить различия бурзянской бортевой пчелы и медоносных пчел прилегающих территорий.

5. С применением морфологических, генетических и ветеринарных показателей вьивить направление гибридизации бурзянских бортевых пчел, общие закономерности, факторы и механизмы изменения структурно-функционального состояния популяции.

6. Обосновать оптимальные размеры необходимой охраняемой территории и перечень мер для действенной охраны и рационального использования генофонда природной популяции бурзянской бортевой пчелы.

Научная новизна исследований. Впервые проведены сравнительные исследования информативности морфологических и генетических признаков для диагностики состояния популяции бурзянской бортевой пчелы. Прослежена многолетняя динамика состояния генофонда популяции и степень ее гибридизации. Показана в сравнительном плане уникальность бурзянской бортевой пчелы по комплексу морфологических, морфофункциональных и генетических параметров. Выявлено значительное отличие бурзянской бортевой пчелы от медоносных пчел большей части горно-лесной, степной и лесостепной зон Южного Урала. Определена существенная пространственная дифференциация структуры популяции. Показано, что существующая система охраны и размеры заповедника «Шульган-Таш», а также проводимые ветеринарно-санитарные мероприятия недостаточны для предотвращения процессов деградации генофонда бурзянской бортевой пчелы. Дано научное обоснование расширения площадей особо охраняемой природной территории для необходимости предотвращения выявленных неблагоприятных изменений.

Практическая ценность работы. Разработаны «Методические рекомендации по использованию изоферментных генетических маркеров для оценки состояния бурзянской популяции среднерусской породы пчелы медоносной» (утв. РАСХН 08.06. 2010 г., протокол №3/2) для использования в научно-исследовательских институтах и лабораториях, селекционно-племенных и матковыводных пасеках, а также в высших учебных заведениях. В соответствии с решением ФГУ «Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений» при Министерстве сельского хозяйства Российской Федерации от 14.06.2011 получен патент на селекционное достижение № 5956 бурзянская бортевая пчела (Apis mellifera L.) и авторское свидетельство № 54609. Доказано, что мед из зоны обитания бурзянской бортевой пчелы по качественным и количественным показателям значительно превосходит требования ГОСТ 19792-01 к натуральному меду. Разработан комплекс рекомендаций по предотвращению деградации популяции бурзянских бортевых пчел, сохранению, воспроизводству и рациональному использованию их генетических ресурсов. Обоснован оптимальный размер территории для охраны

популяции, в том числе за счет расширения Государственного природного заповедника «Шульган-Таш».

Результаты исследований могут быть использованы министерствами сельского хозяйства и министерствами природных ресурсов Российской Федерации и Республики Башкортостан, научно-исследовательскими организациями и лабораториями, хозяйствующими субъектами, особо охраняемыми природными территориями для охраны пчел в природных условиях и при выполнении селекционно-племенных работ. А также высшими учебными и средними специальными учебными заведениями при проведении занятий по курсам «Пчеловодство» и «Болезни пчел». Полученные данные можно использовать для мониторинга динамики генофонда бурзянской популяции дикой бортевой пчелы и ее диагностических, хозяйственно-ценных признаков, для научного обоснования и организации специализированных селекционных программ, в целях повышения продуктивности и устойчивости пчелы медоносной, для обоснования изменения структуры и совершенствования деятельности особо охраняемых природных территорий.

Связь работы с плановыми исследованиями и научными программами. Исследования выполнялись в 1990-2010 годах в рамках плановых научно-исследовательских работ в Башкирском государственном аграрном университете. Они поддержаны грантами Глобального Экологического Трастового фонда (Global Environment Facility Trust Fund) по проекту «Сохранение биологического разнообразия Российской Федерации» (соглашение № П-В / 02-99, задача В.4.1.1 «Содействие стабилизации популяции дикой медоносной пчелы, компонента «Особо охраняемые природные территории» от 19.02. 1999 года; соглашение № П-В / 34-99, задача В.2.5.60 «Анализ многолетних данных по динамике и долговременным изменениям в природных комплексах заповедника «Шульган-Таш» от 03.04. 1999 г., соглашения №№ 1-В/ 02-98 и 1-В/35а, задача В 3.2.9. «Модельный школьный проект в Государственном природном заповеднике «Шульган-Таш», соответственно от 09.02.98 и от 12.05.98; AHO «Мегапроект» (проект «Пчелиному лесу - жить», договор № 1/Я от 26.12.2002), Всемирного фонда дикой природы (WWF) (контракты №№ 0602/RU007902/GLP, O638/RU0079Û2/GLO и O699/RU007902/GLO по проекту «Сохранение биоразнообразия в Уральском экологическом регионе» («Biodiversity Conservation in the Ural Ecoregion») от 30.04.2004, 01.06.2004 и 25.09.2004, соответственно). Отдельные исследования в диссертации проведены по Межгосударственной программе сотрудничества в сфере аграрных исследований между Федеративной республикой Германия и Российской Федерацией (2007-2008 и 2009-2011 г.г.) по теме № 3/07 «Экологические и генетические исследования в отношении биологического разнообразия и вопросов мониторинга» («Ecological genetic investigations with respect to biodiversity and monitoring»); по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № 02.741.11.2233 от 11 мая 2010 г.). Исследования также выполнялись по хоздоговорной научно-исследовательской работе «Содействие в сохранении популяции бурзянской бортевой пчелы» (договор № 17/II - Б,

2010-2011 г.г.).

Декларация личного участия автора. В диссертации использованы полевые и экспериментальные материалы, полученные лично диссертантом в 1990-2010 гт. Суммарно личное участие автора диссертационной работы в совместных исследованиях составило 80%. Права всех соавторов публикаций соблюдены.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных научных конференциях: «Современные вопросы ветеринарной медицины и биологии» (Уфа, 2000), «Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных» (Саранск, 2005), «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельной территории» (Оренбург, 2006), «Интеграция науки в сельскохозяйственном производстве» (Рязань, 2011). Результаты диссертации апробированы на: VI Всероссийской научно-практической конференции (НПК) по апитерапии (Рязань, 1998), Всероссийской НПК «Экологические аспекты технологии производства, переработки и использования продуктов пчеловодства» (Рыбное, 2004), Всероссийской Сибирской зоологической научной конференции (Новосибирск,

2004), III Всероссийской НПК в рамках XVI Международной специализированной выставки «АгроКомплекс - 2006» «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа, 2006), IV Всероссийской НТП «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009). Они также изложены на научно-практических конференциях: «Вклад особо охраняемых природных территорий в экологическую устойчивость региона» (Уфа, 2005); «Проблемы и перспективы конкурентоспособного воспроизводства в Башкирском Зауралье» (Уфа, 2008); «Неделя науки в Сибайском институте БашГУ» (Сибай, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2010); «Животный мир Южного Урала и Северного Прикаспия» (Оренбург,

2005); «Экологические и технологические аспекты сохранения башкирской пчелы в Зауралье Республики Башкортостан» (Уфа, 2008); «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (Сибай, 2009); «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (Сибай, 2010). Итоги проведенных исследований доложены на расширенном заседании научно-образовательного центра Башкирского государственного аграрного университета (протокол № 3 от 11.11.2010).

Публикации. По теме диссертации опубликована 71 работа. Основные научные результаты диссертации отражены в 28 статьях, в том числе 10 в рецензируемых научных журналах и изданиях рекомендованных ВАК РФ и в 4 монографиях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований и обсуждения, выводов, практических предложений, библиографического списка из 419 наименований (в т.ч. 60 - иностранных) и приложения. В работе 303 страницы машинописного текста, 30 таблиц, 73 рисунка.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. В настоящее время существует угроза деградации генофонда локальных природных популяций пчелы медоносной, уменьшения их адаптационного потенциала, потери генетического своеобразия и ухудшения хозяйственно-ценных признаков.

2. Состояние генофонда медоносных пчел, уровень метизации, динамику структуры популяции можно оценить лишь на основе комплексного морфофункционального и генетического мониторинга. Морфологический, биохимический - и генетический уровни организации пчел иерархически взаимосвязаны и определяют устойчивость пчелы медоносной к болезням и экстремальным экологическим факторам.

3. Популяция бурзянской бортевой пчелы медоносной находится на пороге, за которым может начаться необратимая ее деградация, снижение продуктивности, адаптационного потенциала и устойчивости к болезням.

4. На сегодняшний день охрана генофонда бурзянской бортевой пчелы, сохранение и улучшение ее хозяйственно-ценных признаков неэффективны в рамках существующих систем и структур, ответственных за эту деятельность.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Рассмотрена научная литература об объекте исследования - медоносной пчеле, ее положение в систематике животных. Проанализировано прошлое и современное состояние пчеловодства и причины неустойчивого развития отрасли в России. Доказывается, что понижение устойчивости пчелы медоносной и массовое распространение болезней произошло в ходе крупномасштабной массовой селекции, из-за бессистемной гибридизации и исчезновения локальных популяций. Особое внимание уделено морфологии темной лесной пчелы, характеристике ее популяций и хозяйственно полезных признаков, причинам устойчивости к заразным болезням. Сделан анализ роли особо охраняемых природных территорий в сохранении генетического разнообразия живых организмов. Охарактеризованы проблемы идентификации медоносных пчел, особое внимание уделяется результатам, полученным при использовании морфологических признаков и генетических маркеров. Дан обзор истории возникновения пчеловодства в России и на Урале, внимание уделяется и возникновению бортничества среди башкирского народа. Проведен критический анализ результатов исследований бурзянской бортевой пчелы, главным образом в области изучения ее морфологии, полезных свойств и устойчивости к заразным болезням.

Охарактеризованы климат, геологическое строение и рельеф, гидрография и водные ресурсы, почвообразующие породы и почвы, ландшафт Южного Урала, дана общая характеристика флоры и фауны. Сделано заключение, что суровый климат региона сформировал морфологически выделяющуюся, экологически обособленную популяцию бурзянской бортевой пчелы с ее уникальной устойчивостью к экстремальным климатическим факторам и заразным болезням.

Изучение динамики морфологии и устойчивости бурзянской бортевой пчелы к болезням проведено на трех иерархически взаимосвязанных уровнях -морфологическом, морфофункциональном и генетическом (таблица 1). Морфометрические параметры анализировали в соответствии с общепризнанной методикой В.В. Алпатова (1948), далее усовершенствованной Г. Д. Билаш, Н.И. Кривцовым (1991). Использованы морфологические признаки: dk - длина переднего крыла, schk - ширина переднего крыла, dq (а) и dq (b) - длина жилок третьей кубитальной ячейки переднего крыла, QI -кубитальный индекс, dz - длина первого членика задней лапки, schz - ширина первого членика задней лапки, TI - тарзальный индекс, dt - длина тергита, seht - ширина тергита, ds - длина стернита, schs - ширина стернита, dws - длина воскового зеркальца, schw - ширина воскового зеркальца, dch - длина хоботка. Рассматривались абсолютные значения параметров, размах их изменчивости (в т.ч. через коэффициент вариации), особенности распределения значений морфологических показателей (путем построения гистограмм и оценки типа распределения), степень сходства генофонда групп пчел (путем построения дендрограмм различного типа), статистическая достоверность различий и т.д. Все эти исследования проведены как по отдельным выборкам, так и по их группам. Пчел после их отбора умерщвляли крутым кипятком или парами серного эфира, помещали в марлевый мешочек, заливали 70 %-ным этанолом и фиксировали. В каждой бутылочке хранили пчел только одной семьи. Измерения морфологических признаков проводили под микроскопом при помощи линейки окуляр-микрометра. При увеличении хЮ измеряли длину крыла, а размеры других параметров - при увеличении х20. Макроморфологические признаки изучали на временных глицериновых препаратах. Многомерный кластерный анализ проводили с использованием пакета SYN-TAX IV (Podani, 1990). В качестве меры различия выборок использовали Евклидово расстояние. Дендрограмму строили по методу «дальнего соседа» (Песенко, 1982).

При определении критериев качества меда использовали показатели, применяемые в ГОСТ 19792-01 РФ. В лабораториях центра стандартизации и сертификации Республики Башкортостан, а также в центре гигиены и эпидемиологии города Сибай по общепринятым методам произведено сравнение медов из районов Башкирского Зауралья, горно-лесной зоны Республики Башкортостан, пасек и бортей Бурзянского района.

Для выявления морфофункциональных особенностей бурзянской бортевой пчелы использовали световую и электронно-микроскопическую технику. Полученные результаты сравнивались с аналогичными данными (Мишуковская, 2008) для пчел из пасек хозяйств Республики Башкортостан, Челябинской области и учебной пасеки Башкирского государственного аграрного университета. Летательные мышцы фиксировали в 12 %-ном растворе нейтрального формалина, заливали в целлоидин и парафин. Поперечные, продольные срезы окрашивали общими и специальными методами. Сукцинатдегидрогеназу (СДГ) на поперечных срезах мышц выявляли с нитросиним тетразолием по Нахласу (1957). Активность АТФ-азы

миозина - по Падикула и Герман (1955) при pH - 9,4. Инкубационные среды готовили по прописям, приведенным в руководстве Э. Пирса (1962). Содержание и оптическую плотность СДГ и суммарного белка, проводили с помощью цитофотометра по рекомендациям Р. К. Данилова, В. Н. Сперанского (1988). Для исследования ультраструктуры мышечных тканей, их кусочки объемом 1 мм3, а также отдельные изолированные мышечные волокна, фиксировали в 1 %-ном растворе 0s04 на веронал ацетатном буфере (pH 7,4) по Колфилду и после стандартной проводки через спирты и ацетон заливали в аралдит ми эпон-арадцит. Готовили полутонкие и ультратонкие срезы, контрастировали нитратом свинца и просматривали в электронном микроскопе JEM-100. Получение мерных показателей органелл (объемные доли, площади поверхностей, их число измеренных в единице объема цитоплазмы) проводили по методике Э. Р. Вейбеля (1970) и Р. К. Данилова, В. Н. Сперанского (1988) непосредственно с негативов, увеличенных 3,5 раза.

Для исследования поражения бурзянских бортевых пчел гамазовым клещем (Varroa distuctor), многолетнюю сезонную динамику инвазий, закономерностей перезаражения, оценку факторов, уменьшающих болезни, брали образцы осенней генерации, когда в семьях нет расплода. При этом в стеклянную банку отбирали 50-200 живых пчел из гнезда, заливали 100-130 мл горячей воды, держали их 2-3 мин., периодически встряхивая. Раствор вместе с погибшими пчелами переливали из банки на белую тарелку. Подсчитывали число осыпавшихся клешей на дне тарелки и на трупах пчел. Заклещенность или степень поражения пчелиной семьи (в %) определяли как частное числа клещей к числу пчел. Исследования других болезней (табл. 1) проводили по общепринятым методикам.

Работы по выявлению генетических особенностей исследованного объекта (табл. 1.) построены по иерархическому принципу: анализ некоторых других рас (серая горная кавказская A.m. caucasica, желтая кавказская A.m. armenica), пчел популяций пасек России (темная лесная пчела A.m. mellifera, Смоленская область), семей разного происхождения из Зауралья, Предуралья и горнолесной зоны Республики Башкортостан (Абзелиловский, Баймакский, Зианчуринский, Зилаирский, Иглинский, Учалинский, Хайбуллинский районы), бурзянской бортевой пчелы (Бурзянский район). При отборе семей для исследования на территории каждого района пчелы отбирались как минимум с 2-3 пасек и с максимального числа семей. Как правило, с одного улья (борти, колоды, дупла) изучали по 13 рабочих пчел.

Для изучения изоферментов у медоносных пчел использован метод полиакриламидного диск-электрофореза со щелочным разделяющим гелем с pH 8,9 (Davis, 1964; Omstein, 1964). Гистохимическое выявление активности изоферментов в гелях после электрофореза осуществляли с использованием стандартных методик (Shaw, Prasad 1970), модифицированных нами применительно к объекту исследования.

Таблица 1. Объем проведенных исследований

Исследованные параметры, показатели и выборки Число изученных семей по годам исследований

1990-1999 гг. 2000-2010 гг.

91 | 93 94 | 96 | 97 | 98 | 99 | 01 05 I 08 I 09 |10

Исследование морс юлогии бурзянской бортевой пчелы

Морфологические признаки 87 - - 129 47 70 87 75 102 - ¡09

Морфофункциональные особенности летательной мышцы бурзянской бортевой пчелы

Особенности летательной мышцы - - - - 42 - 37 - - - -

Диагностика болезней и изучение инвазий и инфекций у бурзянской бортевой пчелы

Варроатоз 52 66 87 63 84 51 62 32 56 102 120 91

Аскосфероз 37 46 87 36 31 51 62 32 56 51 59 45

Нозематоз 37 - 87 36 31 51 62 32 56 51

Европейский гнилец 10 - - 40 30 22 34 32 56 20 _ _

Анализ гиб! зидизации пчелы медоносной

А. т. mellifera, A.m. caiTcasica и A.m.remipes 77

Пчелы хозяйств Республики Башкортостан 47 - 26

Бурзянские бортевые пчелы - - - ■ 17 80 - - 11 116 - 4

Для обозначения локуса использовано сокращенное латинское название контролируемого им фермента с заменой второй и последующих букв с прописных на строчные (Prakash et. al., 1969). При определении генетического разнообразия вида использованы ферментные системы малатдегидрогеназы (MDH, 1.1.1.37), малик-энзима (ME, 1.1.1.40), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G-6-PDH, 1.1.1.49), алкогольдегидрогеназы (ADH, 1.1.1.1), глутаматдегидрогеназы (GDH 1.4.1.2), изоцитратдегидрогеназы (ГОН 1.1.1.42), шикиматдегидрогеназы (SKDH 1.1.1.25), лейцинаминпептидазы (LAP 3.4.11.1), 6-фосфоглюконатдегидрогеназы (6-PGD 1.1.1.44), сорбитолдегидрогеназы (SRDH, 1.1.1.14), диафоразы (DIA, 1.6.4.3) и неспецифических эстераз (EST, 3.1.1...). Статистическая обработка данных изоферментного анализа выполнена с применением общепринятых показателей (Swofford, Selander, 1981). Частоты генотипов (я0) определялись прямым подсчетом численности каждого из них в семьях (бортях, пасеках) делением каждого из них на общее число исследованных особей. Частоты аллелей вычисляли по формуле г = 2HO + lHE/2N (НО и НЕ - численности гомо- и гетерозигот по локусу, N -число особей). Соотношения наблюдаемых распределений генотипов и их ожидаемых частот при равновесии Харди-Вайнберга сопоставлялись по

стандартному %2~ критерию (Животовский, 1991). Последний использовался также при определении статистической достоверности различий семей и их групп по частотам аллелей и генотипов. Из параметров F-статистики Райта (Wright, 1969) использовали меру дифференциации выборок F^ (доля генетического разнообразия, приходящейся на долю межвыборочной компоненты, представляющий выборку). Его вычисляли по уравнению FiT = II т - Il s /11 т ( нs ( Hs = 1 - £ pf, где p - частота i -го аллеля в локусе) и Н0 -

средняя ожидаемая и наблюдаемая гетерозиготность отдельных выборок по данному локусу, соответственно). Ожидаемая гетерозиготность всех выборок

— 2

одновременно определяли по уравнению Нт = 1- ¿_,р, (р,- средняя по выборкам частота ¿-го аллеля в локусе) (Nei, 1977). При характеристике ожидаемой гетерозиготности отдельных выборок для показателя использовали более распространенное обозначение НЕ. Генетическое расстояние М. Нея (Nei, 1972) между семьями и их группами вычисляли по формуле D = IJJJJJ) (Jn = Y.X.Y, ,JX = , J y = Л У,2, где X и У - частоты /-го аллеля в локусе в двух сравниваемых выборках. Для автокорреляционного анализа (определения пространственных закономерностей размещения гибридных генотипов в ареале бурзянской бортевой пчелы) использована программа Spatial Genetic Software SGS, основанная на GIS-технологиях (Degen et al., 2001). Для тестирования статистической значимости степени отклонения фактического размещения данных от случайной картины использована симуляция Монте-Карло (Manly, 1997). Как мера степени генетической дифференциации особей в пределах ареала выбрано генетическое расстояние Г.- Р. Грегориуса d0 (Gregorius, 1978). На основе полученных данных построены дистограммы (Degen, Scholz, 1998), которые представляют график зависимости среднего генетического расстояния между всеми возможными парами генотипов от физического расстояния между

ними: d(S9)= где d:j представляет генетическое расстояние между

/-той и /-той генотипами, d(Sq) - среднее генетическое расстояние всех пар популяции, принадлежащих определенному интервалу дистанции Sq.

Статистические анализы стандартных вариационных рядов выполнены при помощи пакетов «Excel», а также "STATISTICA 5.0" (версия 5.1.), разработанной компанией StatSoft. Были выбраны статистические методы, процедуры и параметры, используемые как в аналогичных работах по изучению морфологии пчелы (Алпатов, 1948, Кривцов, 1999), так и в других работах по популяционной биологии (Яблоков, 1987, Сатгаров, 2007), проведенных с использованием качественных и количественных рядов данных.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 1 Морфология бурзянской бортевой пчелы и ее динамика

Бурзянске бортевые пчелы отличаются темно-серой окраской тела, отсутствием желтизны на брюшных кольцах. На 1990 г. (период, когда их гибридизация существенно не проявлялась и генофонд характеризовался определенной целостностью) морфологические признаки бурзянской бортевой пчелы были следующими: Dk (9,14+0,01), Schk (3,12+0,01), Dg(a) ((16,1+0,25), Dg (b) (37,3+5,59), QI (59,75+1,59 %), Dz (4,33+0,01), Schz (2,37+0,05), TI (54,23+0,75), Dt (2,37±0,01), Seht (4,90±0,01), Ds (2,75±0,01), Schs (4,82±0,02), Dws (1,56+0,01), Schws (2,46+0,01) и Dch (6,24+0,03). По большинству из использованных морфологических параметров выявлена высокая дифференциация выборок пасек вне ареала бурзянской бортевой пчелы (таблица 2, рисунок 1). Главной причиной закономерности может быть бесконтрольный завоз в Башкортостан других пород и популяций, гибридизация местных пчел, вызывающая изменение их морфологии.

Большинство показателей не позволили выявить своеобразие бурзянских бортевых пчел, главным образом из-за малой изменчивости. Наиболее информативным морфологическим показателем для выявления своеобразия бурзянских бортевых пчел признан кубитальный индекс (рисунок 2), что соответствует литературным данным (Гранкин,1978; Кривцов,1995; Ишемгулов,2001). Значения QI составили для них 59,02±0.61, изменения в пределах 55,2-61,8, коэффициент вариации 1,05 % (в пасеках Бурзянского района обнаружены величины 56,97±0,69, 53,3 - 64,2 и 3,45 %; в хозяйствах других районов - 51,58±0,69, 48,2-54,3 и 4,24 %, соответственно). Однако в семьях Бурзянского района распределения кубиталыюго индекса сильно отличаются (рисунок 3), а существенная вариабельность выявляется у рабочих пчел даже в пределах отдельных семей. В большинстве учтенных семей показатель изменяется в диапазоне 58-60 %, но обнаружены семьи, где значение QI находятся в интервале 55-56 %, более характерном для пчел вне Бурзянского района (таблица 2). Видимо, процессы гибридизации с пчелами из других местностей уже затрагивают бурзянскую бортевую пчелу. Нестабильность и неконтролируемость этого процесса, а также отсутствие генетической изоляции бурзянских бортевых пчел и небольшой их ареал, видимо, обуславливают отсутствие направленных изменений морфологических признаков во времени.

Многомерный кластерный анализ наиболее информативных морфологических признаков показал, что в пределах ареала уже формируются пространственно дифференцированные субпопуляции. Среди использованных морфологических признаков при помощи многомерного кластерного анализа нами была выявлена наиболее информативная группа (рисунок 4), включающая кубитальный и тарзапьный индексы. На дендрограмме выделяются 3 группы кластеров, которые разветвляются на евклидовом расстоянии от 1,45 до 1,64.

Таблица 2. Морфологические признаки медоносных пчел _в Республике Башкортостан _

Признаки Выборки М + т 1лт С,%

Оч(а) Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 18,1510,19 20,4310,52 20,82±0,48 16,76-19,70 12,93-22,17 10,87-23,20 3,98 10,44 9,24

Оя(Ь) Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 36,13+0,25 34,8110,89 35,19+0,74 34,95-38,14 20,67-37,40 19,45-38,20 2,65 10,50 8,43

<31 Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 50,67±0,67 58,96±0,55 59,32±0,67 44,26-55,79 52,86-63,34 49,86-66,05 5,12 3,82 4,52

Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 2,38±0,01 2,36±0,01 2,35±0,01 2,28-2,45 2,25-2,43 2,24-2,55 2,46 1,68 1,73

ёг Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 4,21±0,02 4,28±0,01 4,31 ±0,02 4,04-4,33 4,13-4,39 4,11-4,52 1,88 1,38 1,51

Т1 Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 56,6210,36 55,00±0,34 54,53±0,24 52,94-58,31 50,91-56,93 52,75-56,67 2,46 2,58 1,74

йк Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 9,08+0,03 9,24±0,02 9,23±0,01 8,88-9,30 9,16-9,44 9,08-9,40 1,19 0,70 0,56

¡скк Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 3,08±0,01 3,17+0,02 3,20+0,01 2,97-3,13 3,06-3,26 3,08-3,27 1,44 2,07 1,55

а Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 2,29+0,01 2,39±0,01 2,41±0,01 2,25-2,34 2,27-2,50 2,27-2,60 1,02 2,50 1,99

&сЫ Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 4,56±0,03 4,8810,03 4,8810,02 4,32470 4,66-5,08 4,59-5,09 2,23 2,23 1,77

Л Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 2,9310,01 2,9710,01 2,96Ю,01 1,88-2,97 2,86-3,06 2,69-3,05 0,98 1,47 1,56

ЭС}25 Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 4,4110,03 4.6410.03 4.5910.04 4,21-4,62 4,45-4,93 4,10-4,93 2,43 3,07 3,05

Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 1.5710.01 1.6210.02 1,6310,02 1,51-1,60 1,47-1,75 1,51-1,79 1,62 5,51 4,83

Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 2,4510,02 2,5110,01 2,51Ю,01 2,39-2,65 2,43-2,67 2,32-2,67 2,54 2,17 2,34

¿¡СП Пчелы хозяйств Башкортостана Пчелы пасек Бурзянского района Бурзянские бортевые пчелы 6,3110,02 6,2710,01 6,26+0,02 6,17-6,41 6,20-6,33 5,56-6,50 0,96 0,58 1,58

В пределах первого кластера можно выделить две подгруппы с евклидовым расстоянием 1,28. В подгруппе 1АХ объединенные средние данные длины жилки (сЦа) третьей кубитальной ячейки равно 20,92 мм, а длины жилки (<ЦЬ) - 35,42 мм. Соответственно, кубитальный индекс (С>1) составляет 59,2,6 %.

---1.__________

■СП

(О

м (

а СО

о1

- _ N

С I С

(Л сл со

ГО 01

I I

а £

Ш <

з СО

Рисунок 1. Дендрограмма, показывающая относительные различия групп семей по совокупности морфологических параметров. Примечание. Обозначения групп семей: Ва - Баймакский, АЬ -Абзелиловский, 8п - Зианчуринский, 57 - Зилаирский, С/у/г - Учалинский районы; Ви- пасеки Бурзянского района, Вп - бурзянские бортевые пчелы).

РБ -1

РБ-2

Б(п) Борт.

10 12 14 16 18 20 Относительное расстояние

Рисунок 2. Дендрограмма для кубитального индекса (РБ-1 и РБ-2 - две группы семей из пасек лесостепной и степной части Башкортостана, Б(п) и Борт — группы семей из пасек и бортей Бурзянского района, соответственно)

Длина задней лапки (ск) в этой подгруппе равняется 4,28 мм, а ширина задней (эсИг) - 2,35 мм. Для тарзального индекса (ТТ) характерно значение 55,04 %. В подгруппе 1В* значение (1ца равняется 21,66 мм, сЦЬ - 36,22 мм, а С>1 составляет 59,91 %. Для длины задней лапки (с!г) характерно значение 4,33 мм, для ширины задней лапки (БсЬг) - 2,33 мм, а тарзальный индекс (Т1) составляет 53,70 %. Очевидно, что выборки пчел в подгруппах 1АХ и 1ВХ образуют две

субпопуляции бурзянской бортевой пчелы. На рисунке 4 территория подгруппы 1АХ обозначена сплошной тонкой линией, а подгруппы 1В" - пунктиром. Как видно из рисунка 5, данные субпопуляции территориально не отделяются друг' от друга, а образуют единый ареал. В группе П и III подгруппы не выделяются. Для группы II характерны следующие значения морфологических параметров: dqa равняется 19,09 мм, dqb - 35,56 мм, QI - 53,95 %, а dz равняется 4.33 мм, schz - 2,43 мм, TI - 56,25 %. Здесь явно прослеживается то, что в ареале обитания бурзянской бортевой пчелы присутствуют выборки пчел с параметрами кавказской пчелы. При этом числа пчелиных семей достаточно, чтобы шла метизация внутри ареала распространения бурзянской бортевой пчелы. В группе Ш значение dqa третьей кубитальной ячейки равняется 12,74 мм, dqb - 21,43 мм, а QI составляет 59,99 %. Значение кубитального индекса у первой и третьей группы выше 59 %. Здесь следует обратить внимание на то, что параметры длины жилки а (20,92 мм и 21,66 мм) и длины жилки в (35,42 мм и 36,22 мм) в первой группе намного выше, чем у третьей группы (12,74 мм и 21,43 мм, соответственно). При этом значения кубитального индекса получаются почти одинаковыми, в первую очередь у подгруппы 1ВХ первой группы и третьей группы. Видимо, для характеристики пчел по морфологическим признакам следует анализировать не относительные величины в процентах, а сами значения. В данном случае длину жилки а и длину жилки в третьей кубитальной ячейки переднего крыла. Кластерный анализ наглядно демонстрирует, что родство группы I и III не выражено. Группа выборок медоносных пчел, отнесенных к кластеру III, на рис.5, обозначена жирным пунктиром. Распространение данного кластера имеет точечный характер. По тарзальному индексу подгруппа 1А* первой группы и третья группа имеют почти идентичные значения, а в подгруппе 1В*, наоборот, наблюдаются существенные различия.

QI, Бурзянский

Рисунок 3. Значения кубитального индекса (%) в семьях бурзянских бортевых пчел.

IB1

III

I'"......111 II l-H+H+H+l рЕа~Г,

1.05 1.17 1.28 1.40 1.51 1.64 Рисунок 4. Дендрограмма, показывающая различие бурзянских бортевых пчел по наиболее информативным морфологическим признакам (1А* и 1ВХ подгруппы I группы кластеров)

Таким образом, по наиболее информативным морфологическим признакам (кубитальному и тарзальному индексам) среди выборок бурзянских бортевых пчел выделяются три пространственно разделенных групп кластеров, причем кластер П показывает на наличие в ареале обитания бурзянских иной породы пчел.

Как видно на рисунке 5, поток медоносных пчел другой породы в ареал обитания бурзянской бортевой пчелы идет с востока и юго-востока, где имеются населенные пункты и подходят дороги из других районов Башкортостана. В районе д. Гадельгареево южные пчелы начинают проникать и на территорию заповедника «Шульган-Таш». Подобную экспансию иных пород пчел в ареал обитания бурзянской бортевой пчелы можно объяснить кочевкой пчеловодов со степной и лесостепной зоны в горно-лесную во время взятка с липы, а также, бесконтрольным завозом пчелиных семей с этих же районов для летнего содержания у местных пчеловодов.

Рисунок5. Характер распределения групп и подгрупп кластеров по наиболее информативным морфологическим признакам в ареале обитания бурзянской бортевой пчелы.

- подгруппа кластера 1 Ах,

- подгруппа кластера 1ВХ

- группа кластера II

- группа кластера Ш

2 Морфофункциональные особенности летательной мышцы бурзянской бортевой пчелы

Ранее нами было установлено и подтверждено, что бурзянская бортевая пчела отличается высокой медопродуктивностью в условиях короткого медосбора с липы мелколистной и дягиля лекарственного. Показано, что в период интенсивного развития матки откладывают до 2000 и более яиц в сутки. От каждой семьи за сезон можно получить по одному отводку и до 2-3 роев. Рои выделяются способностью быстро отстраивать качественные соты и с повышенной энергией приступать к медосбору, собирая до 50 кг товарного меда. Такие выдающиеся признаки, а также, устойчивость к болезням, определяются рядом морфофункциональных особенностей. Среди последних, особо важным, является исследование летательной мышцы (таблица 3). Показано, что число мышечных волокон в мышце увеличивается до 4-7 суточного возраста, площадь волокна, диаметр миозинового миофиламента, длина саркомера возрастают до 13-20 суток. С 4-7 суточного до 20 суточного возраста у молодых пчел происходит созревание структурно-сократительного аппарата летательной мышцы. К 20 суточному возрасту у пчел повышается летная деятельность в 1,6 раза по сравнению с 3 суточными, и они приступают к ашпвной работе по сбору нектара и пыльцы. Стереометрическое изучение содержания миофибрилл показывает, что относительная численность их в единице объема увеличивается за 10-12 суток в 2,2 раза по сравнению с 3-х суточными особями. Объем, поверхностная и численная плотность митохондрий к 20-суточному возрасту пчел превышает аналогичный показатель периферических митохондрий в 3-3.5 раза. Активность АТФазы миозина в летательной мышце достигает максимума в 21-30 суточном возрасте, а СДГ - к 13-20 суточному возрасту, что свидетельствует о стабилизации биохимических процессов в дефинитивной мышце летных пчел.

Таблица 3. Сравнительная динамика морфофункциональных показателей летательной мышцы бурзянской бортевой пчелы в онтогенезе

Возраст Параметры и показатели

куколки и Площадь Число мышечных Диаметр

рабочих мышечного волокон в мышце миозиновых

пчел, в волокна, (шт.) миофиламентов

сутках мкм2 (ангстрем)

1999 2007 1999 2007 1999 2007

19 (к) 79±4,5 78±3,7 145±8,9 146±7,1 122±5,6 121±2,6

1-3 (р.п.) 92±5,7 90±6,3 185±7,6 184±4,3 140±6,8 136±4.2

4-7 (р.п.) 106±8,8 104±7,1 226±6,4 227±2,5 175±7,4 171±4,9

10-12(р.п.) 110±9,4 107±3,1 228±6,8 228±5,4 186±8,1 180±9.2

13-20(р.п.) 115±8,3 113±6,7 213±7,9 226±6,9 224±9,2 221 ±7,4

21-30(р.п.) 114±7,1 113±5,4 229±8,7 228±4,7 221 ±9,5 220±8,3

Примечание: к - куколка; р.п. - рабочая пчела

Показано, что изученные морфофункциональные показатели летательной мышцы бурзянской бортевой пчелы в онтогенезе, а также стереометрические характеристики соотношения некоторых органелл в мышечных волокнах и активность ферментов в исследованиях 2007 года, по сравнению с 1999 годом, несколько ухудшаются.

3 Характеристика меда бурзянских бортевых пчел

В настоящее время, как показал проведенный анализ статистических данных, бортевой мед в Республике Башкортостан производится в основном в пределах Бурзянского административного района, и в меньшей степени на прилегающих территориях Белорецкого, Ишимбайского и Мелеузовского районов. Сравнение медов из разных районов Башкортостана приведено в таблице 4. Показано, что бортевой мед имеет своеобразный приятный аромат с ощущением восковых примесей и сладкий вкус с привкусом пыльцы и воска. Для нее характерна особая мелкозернистая кристаллизация наподобие сливочного масла. Мед степной зоны Зауралья имеет крупнозернистые кристаллы, сладкий и горьковатый привкус, а мед с горно-лесной зоны — мелкозернистые кристаллы, приятный сладкий вкус. Массовая доля редуцирующих Сахаров в наших исследованиях для бортевого меда составила 90,6 %, для меда со степной зоны -74,6 %, для горно-лесной - 84,6 % (по ГОСТУ - 82 %), массовая доля сахарозы -соответственно 0,7 %, 7,0% и 5,9% (по ГОСТУ - 6 %). Показатель фермента диастазы (диастазное число) для бортевого меда составил 30,1 единиц Готе, для меда со степной зоны - 6,1, для горно-лесной - 21,2 (по ГОСТУ - 7 единиц Готе). Содержание оксиметилфурфурола по ГОСТу не должно превышать 25 мг в 1 кг меда. В бортевом меде оксиметилфурфурол составил 14,0 мг на 1 кг меда, в меде со степной зоны - 22,3 мг, горно-лесной - 15,3 мг. Общая кислотность для бортевого меда составила 2,4 мл, для степного - 1,6 мл, для горно-лесного - 0,5 мл (по ГОСТу не должна превышать 4,0 мл). В меде горно-лесной зоны массовая доля воды составила 17,6 %, степной - 15,4 %, бортевой - 15,7 % (по ГОСТу не более 21 %).

Таблица 4. Результаты сравнительного испытания медов разных регионов _Башкортостана_

Показатель Значение показателей меда по регионам

Мед горно- Мед степной Бортевой

лесной зоны зоны мед

Массовая доля воды (21,0) 17,6 15,4 15,7

Массовая доля редуцирующих Сахаров (82 %) 84,6 74,6 90,6

Массовая доля сахарозы (6 %) 5,9 7,0 0,7

Диастазное число в ед. Готе (7,0) 21,2 6,1 30,1

Оксиметилфурфурол мг/кг (25) 15,3 22,3 14,0

Общая кислотность, см3 №ОН 1 моль/дм3 в 100 г меда (5 4,0) 0,5 1,6 2,4

Примечание: в скобках приведены значения по ГОСТу 19792-01

Таким образом, бортевой мед отличается особой зрелостью, обилием пыльцы и микроэлементов, отсутствием вредных примесей. Определяющим фактором качества бортевого меда является и флороспециализация, т.е. он собирается с ограниченного количества медоносов, а именно с липы мелколистной (Tilia cordata Mill.), дягиля лекарственного (Angelica archangelica), дудника лесного (.Angelica sylvestris L.) и реброплодника уральского (Pleurospermum uralense Hoffm.) и др.. Динамика численности пчелиных семей в бортях во многом зависит от нектаропродуктивности липы мелколистной. Именно из-за данного вида, благодаря своему морфологическому, биохимическому и генетическому своеобразию, бурзянская бортевая пчела адаптирована обеспечивать короткий и сильный медосбор.

4 Эпизоотология инфекционных и инвазионных болезней бурзянской

бортевой пчелы

Варроатоз стал впервые отмечаться на территории заповедника «Шульган-Таш» в 1977-1979 гг. До 1986 года ситуация с заклещенностью пчелиных семей Varroa distructor в пределах ареала бурзянских бортевых пчел считалась относительно благополучной. Заклещенность пчел в бортях (таблица 5) в большинстве случаев (в 8 из 10) ниже, чем в рамочных ульях, содержащихся в одних и тех же урочищах и экологических условиях. Чаще эти различия были статистически достоверны, в том числе для средних многолетних данных - на уровне р< 0,001. В одном случае, когда этот параметр был ниже у пчел из пасек, заклещенность в этот год в целом была низкой. Кроме того, на пасеках заповедника, по сравнению с бортями, проводились лечебно-профилактические мероприятия. Без регулярного применения ветеринарных препаратов различия сравниваемых групп были бы еще более выраженными. Причин большей устойчивости бортевых пчел может быть несколько. Одна из них - адаптация к обитанию в бортях и дуплах, которые, по сравнению с рамочными ульями, из-за особенностей конструкции создают условия к меньшей заклещенности. Но главной причиной, по которой бортевые пчелы меньше страдают от инвазий и быстрее к ним приспосабливаются, является их более выраженный иммунитет из-за того, что в ходе жесткого естественного отбора без вмешательства человека выживает потомство только наиболее жизнеспособных и сильных пчелиных семей. Как показали наши наблюдения, сильно пораженные варроатозом бортевые семьи более склонны покидать гнездо с расплодом и кормами в поисках нового жилища (дупла, борти). При этом они в значительной степени освобождаются от клещей. Нежизнеспособные, больные рабочие пчелы и трутни не долетают до нового жилища, а клещи в расплоде погибают без хозяина. Очищению пчел от клещей способствует активное роение бортевых пчелиных семей. При этом происходит роевая перегруппировка пчел по возрасту и заклещенности, потеря паразитов при перелетах роев и задержка в размножении клещей при двух-трехнедельном отсутствии во вновь заселившихся пчелиных семьях печатного

расплода. Более устойчивые к инвазиям бортевые пчелы, видимо, повышают устойчивость пчел и из пасек при их переселении в целях племенной работы.

Значительный урон семьям в рамочных ульях был нанесен аскосферозом, появившимся в регионе в 1987 г. Сравнительные исследования семей из бортей позволили подтвердить заключение, сделанное по заклещенности, т.е. меньшую заболеваемость бурзянской бортевой пчелы данной инфекционной болезнью, а также нозематозом, падевым токсикозом и европейским гнильцом. Эти болезни не смогли подорвать существенно численность пчел в бортях, подтвердив их большую устойчивость. Нами установлено, что наиболее уязвимыми бортевые пчелы становятся в периоды снижения нектаропродуктивности липы мелколистной. В последние 12 лет гибель бортевых пчелиных семей происходила, главным образом, вследствие повреждения и опада цветков липы мелколистной. Например, в 1989 году 50 % семей погибли из-за наличия пади в кормах, а в 1993 и 1996 годах почти в половине случаев (50 и 41 % соответственно) пчелы погибли из-за недостатка кормов в дуплах. В эти годы отмечалось повреждение цветочных бутонов или опад цветков как следствие поздних весенних заморозков.

Таблица 5. Межсезонные различия заклещенности пчел из бортей и пасек __на территории Бурзянского района___

Годы Бортевые пчелы Пчелы из пасек % В

X ±т N Х±т N превышения

1 13,0± 1,7 32 - - . 3

2 32,4 ±6,1 8 50 ±3,4 10 147,1 0

3 21,2 + 2,1 41 24,4 ±3,7 10 115,1 1

4 28,8 + 2,6 45 47,1 ±4,5 12 163,5 0

5 12,7± 1,1 74 18,4± 1,5 42 144,9 0

6 29,8 ±4,2 13 28,3 ±3,5 130 95,0 0

7 5,5± 1,7 23 8,7+1,2 22 158,2 4

8 22,6+5,4 14 - - - 2

9 21,5±3,4 17 31,5±2,3 20 146,5 1

10 15,0 ±2,7' 26 17,0± 1,7 9 113,3 2

11 6,8±0,7 27 1,6 + 0,4 14 23,5 4

12 3,7±0,15 7 4,0 ±0,74 15 108,2 4

Х±т 17,77±2,83 23,10±5,26 121,5+13,1

Lim 3,67 - 32,40 1,60-50,00

Cv,% 539,8 1119,9 \

Примечание: Х±т - средняя и ее ошибка, N - число изученных семей, Lim - пределы изменения, С - коэффициент вариации, В- характеристика главного взятка с липы (0-отсутствует, баллам 1, 2, 3 и 4 соответствуют значения «слабый», «средний» и хороший, соответственно).

5 Генетическое своеобразие бурзянской бортевой пчелы

Среди изученных ферментов бурзянских бортевых пчел (MDH, ME, G6PDH, ADH, GDH, ШН, SKDH, LAP, 6PGD, SRDH, DIA, EST) в 8 изменчивость не выявлена. Полиморфизм обнаружен у малик-энзима, сорбитолдегидрогеназы, неспецифических эстераз и малатдегидрогеназы. Малик-энзим кодируется локусом Ме-1, где полиморфизм (изофермент с измененной электрофоретической подвижностью) обнаружен всего у одной рабочей пчелы. В единственном локусе сорбитолдегидрогеназы (Sdh-1) редкий второй аллель обнаружен всего в трех семьях. Полиморфными по двум локусам Est-1 и Est-2 (по два аллеля в каждом) являются и неспецифические эстеразы. Изменчивость в одном из них нами обнаружена лишь у пчел из станции пчеловодства "Улу-Теляк" и по этой причине Est-2 не использовался. На электрофореграммах малатдегидрогеназы наблюдалось гистохимическое окрашивание трех зон активности, из которых MDH-2 являлась инвариантной. В двух других областях активности (контролируемых локусами Mdh-1 и Mdh-3) у Apis mellifera были изменчивыми. Из-за того, что электрофореграммы по некоторым ферментам характеризовались недостаточной воспроизводимостью, локусы Ме-1, Sdh-1, Est-1, Est-2 , Mdh-2 и Mdh-3 исследованы лишь в относительно небольшой выборке семей. При использовании 5 %-ного критерия полиморфности изменчивыми являются только три локуса Est-1, Mdh-1 и Mdh-2. Доля полиморфных локусов при этом составляет Р = 17,6 %, среднее число аллелей на локус А= 1,18, наблюдаемая гетерозиготность Н0= 0,022, ожидаемая гетерозиготность НЕ= 0,025. Эти уровни генетической изменчивости, причиной которой является гапло-диплоидность организма, хорошо согласуются с данными зарубежных исследователей(НаП1, 1971;Badino et al., 1985).

Объект исследования сравнивали по изоферментным данным с темной лесной пчелой (Салаватский район Башкортостана, 66 семей 2 пасеки; Демидовский район Смоленской области, пчелы из 29 семей 4 пасек) и кавказскими таксонами (горная кавказская, Л. т. caucasica, с Краснополянского ОПХ и желтая кавказская A.m. remipes, с Адлера, образцы из 44 и 34 семей, соответственно). В выборках установлена относительная близость сравниваемых генофондов. Показатель генетической подразделенности FST =0,023 - на долю внутривыборочной компоненты приходится более 98 % изменчивости. Близость генофондов изученных выборок подтверждается и при вычислении генетических расстояний Нея D. Максимальное его значение не превышало £>= 0,010, изменяясь в относительно небольших пределах (D = 0,001-0,010). Тем не менее, на дендрограмме (рисунок 6) выявляются определенные закономерности. Обращает на себя внимание то, что выборка бортевых пчел генетически существенно отличается от пчел из Салаватского района Башкортостана - последняя генетически ближе к географически отдаленной группе из Смоленской области (находятся в одном кластере). Относящиеся к двум разным таксонам породы A.m. caucasica и А.т remipes

дифференцированы гораздо меньше, чем две группы темной русской пчелы из одного региона - Башкортостана. Таким образом, своеобразие бурзянских бортевых пчел, в дополнение к приведенным выше результатам исследования на других иерархических уровнях организации, показано уже на генетическом уровне

0.13

0.11

0.08

Я £

0.04

Бортевые

Салаватский район РБ

Смоленская область

А.т. caucásico

2 -

$ g

§ А.т. remipes

Рисунок 6. Дендрограмма, показывающая кластеризацию выборок пчел из разных регионов. Цифрами показаны значения генетических расстояний Кавалли-Сфорца и Эдвардса меяоду кластерами и выборками.

6 Гибридизация бурзянской бортевой пчелы в пределах ареала

В основе рекомендуемого способа оценки степени гибридизации бурзянской бортевой пчелы лежит выявленный нами в начале исследований практически полный мономорфизм Mdh-1. Возрастание гетерозиготности исследуемого объекта, таким образом, будет свидетельствовать о генетической экспансии извне. В семьях пчел из Башкирского Зауралья и горно-лесной зоны Республики частоты аллеля Mdh-1' (практически отсутствовавшего у бурзянской бортевой пчелы в 1998 г.) в 2005 г. изменялись в пределах 0,2220,750. Все это привело к тому, что гетерогенность аллельных частот статистически высоко достоверна (Р < 0,001). Генетическое расстояние D = 0,121 - это уровень межвидовых различий по аллозимам. Показатель F-статистики Райта составил относительно высокую величину (7^= 0,134), нехарактерную для внутривидового уровня. Главной причиной выявленной существенной генетической дифференциации групп семей вне ареала бурзянской бортевой пчелы, видимо, следует признать бесконтрольный завоз пчел других таксонов на территорию Республики Башкортостан, что приводит к гибридизации местных пчел. Доказательством является рост наблюдаемой гетерозиготности к 2010 г., особенно в отдельных семьях - феномен, не наблюдавшийся в предыдущие периоды исследований. В среднем для 116 исследованных семей параметр составил 6,44±1,15 %, доходя до 61,50 % (коэффициент вариации 236,5 %). Генотипов Mdh-11/1 (сравнительно часто

встречающихся за пределами ареала бурзянской бортевой пчелы) содержится в пересчете на одну полиморфную особь 0,83 + 0.15 (6,38 % рабочих пчел), с изменениями от 0 до 8 (61,54 %) - коэффициент вариации 190.76 %. Их наличие означает, что сами матки являются обладателями аллеля 1 в гомо- или гетерозиготной форме. Распределение наблюдаемой гетерозиготности приведено на рисунке 7.

Чаще в изменчивых семьях встречаются от 1 до 3 гетерозиготных рабочих пчел. Численности составили в среднем 2,49±0,30 (19,15 % рабочих пчел), изменения от 1 (7,69 %) до 8 (61,54 %) на семью, коэффициент вариации 75,90 %.

полиморфных семей Рисунок 7. Распределение семей бурзянской бортевой пчелы, полиморфных по локусу МсШ-1, по наблюдаемой гетерозиготности (А) и по генетическому расстоянию (Б).

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 А. Наблюдаемая гетерозиготность

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Б. Генетические расстояния

сччг Ю О V О-г- О т-0> СО ОСО О)Ю ч-Г*- СО Г- п Т С0 от счч- СО О Ю СО03 т- оэ ©о

еч ю^-гчо-ч-от-

^оооооооооооооооооооооо

го о

со

о см о

Рисунок 8. Кластеризация семей по генетическому расстоянию в Бурзянском районе (жирным выделены обозначения выборок пчел из пасек)

Рисунок 9. Распределение гетерозигот в ареале бурзянской бортевой пчелы (красным цветом обозначены пасеки, синим - борти, по секторам - доля гетерозигот в семьях)

и К X к о

о Й о.

и у

Ё я и

0.15

0.10

0.05

86Д&..^.17236.... 25944 РЭССТОЯНИЯ, М

Рисунок 10. Изменения генетического расстояния с увеличением дистанции между парами семей

Такая высокая межсемейная генетическая дифференциация приводит к появлению относительно высокой внутрипопуляционной подразделенности и генетически сильно выделяющихся семей (рисунок 8). Заключение справедливо как в отношении бортевых пчел, так и семей в пасеках. Среднее генетическое расстояние Нея между 39 выборками с изменчивостью по локусу Mdh-1 составило 0,042±0,003, с изменениями в пределах 0 - 0,385 (коэффициент вариации 226,2 %). Гибридные особи относительно равномерно распределены по территории, занимаемой ареалом бурзянской бортевой пчелы (рисунок 9). Об этом свидетельствуют результаты автокорреляционного анализа (рисунок 10). Генетическое расстояние Грегориуса между любой парой семей не увеличивается статистически достоверно, а флуктуирует в пределах 95 %-ного доверительного интервала, свидетельствуя об отсутствии его связи с расстоянием между семьями.

7 Пути сохранения полезных свойств и устойчивости к заболеваниям бурзянской бортевой пчелы (практические рекомендации)

Заключения, приведенные в предыдущих разделах автореферата, доказывают, что для сохранения морфофункционального своеобразия, хозяйственно-полезных свойств и устойчивости к заболеваниям бурзянской бортевой пчелы, крайне важно осуществление двух главных и взаимосвязанных групп мер. Одна из них - расширение охраняемой зоны и естественного ареала популяции бурзянской бортевой пчелы, вторая - предотвращение гибридизации с пчелами извне.

Представляется актуальным предложение придать статус федеральной особо охраняемой природной территории энтомологическому заказнику «Алтын Солок» (площадь 90,6 тыс. га, организован в 1997 г.), находящемуся в настоящее время в ведении Бурзянского лесничества Министерства лесного хозяйства Республики Башкортостан, или включить его в состав ФГУ «Государственный природный заповедник «Шульган-Таш» в качестве буферной зоны. Расчетным путем показано, что существующая территория ГПЗ «Шульган-Таш», созданного специально для охраны бурзянской бортевой пчелы в условиях уникального народного промысла - бортничества, недостаточна для решения данной задачи. При проектировании и открытии заповедника не был соблюден принцип равной удаленности центра ООПТ от его границ. Территория заповедника «Шульган-Таш» площадью в 225 км2 представлена сложной вытянутой фигурой в междуречье рек Белая и Нугуш с размерами 27-35 км в длину и 3-15 км в ширину. Расширить территорию Заповедника «Шульган-Таш» на 36,6 тыс. га в северо-западном направлении можно за счет экологически ценных старо-возрастных широколиственных лесов в междуречье Нугуша и Урюка, где практически отсутствует прошлая и настоящая хозяйственная деятельность и где возможно развитие бортничества. В итоге площадь ООПТ увеличится до 59,1 тыс. га (591 км2), что будет соответствовать природоохранными нормативам и способствовать поднятию статуса заповедника до уровня ландшафтного. С учетом примыкания к

территории заповедника с востока и северо-востока государственного природного энтомологического заказника "Алтын Солок" с площадью 90,6 тыс. га с аналогичной задачей охраны бурзянской бортевой пчелы и национального парка "Башкирия" с площадью 82,3 тыс. га с юга и запада, заповедник "Шульган-Таш" в будущем сможет претендовать на статус ядра биосферного резервата на Южном Урале с площадью примерно 2320 км2. Такая территория способна будет поддержать и сохранить природные комплексы, увеличит биологическое разнообразие всего региона и изолировать генофонд уникальной бурзянской бортевой пчелы. Предлагается оформить свидетельство или патент на бортевой мед по месту происхождения данного товара, что обеспечило бы экономическую защиту пчеловодов-бортевиков, их материальную заинтересованность в развитии бортевого пчеловодства и привело бы к расширению ареала бурзянской бортевой пчелы. На основе диссертационных исследований подготовлено предложение проводить селекционную и племенную работу с бурзянской бортевой пчелой на базе заповедника «Шульган-Таш» с соответствующим финансированием из бюджета Республики Башкортостан, восстановить лицензию, разрешающую осуществление данной деятельности. Перспективным направлением является создание опорных дочерних пасек бурзянской бортевой пчелы по всей горно-лесной зоне Республики Башкортостан для репродукции и распространения племенного материала.

Для уменьшения усиливающейся гибридизации и распространения болезней в ареале популяции и в прилегающих (буферных) территориях необходимо введение комплекса ветеринарно-санитарных, зоотехнических мер, включающих систему эпизоотологического мониторинга, запрет на ввоз передвижных пасек извне, проведение ветеринарно-санитарных и профилактических мер борьбы с заразными болезнями пчел на местных пасеках.

ВЫВОДЫ

1. Большинство морфологических признаков бурзянских бортевых пчел не позволяют достичь их достоверной идентификации из-за их невысокой изменчивости и стабильности у темной лесной пчелы. Наибольшая точность при выявлении особенностей бурзянской бортевой пчелы и интенсивности гибридизации с пчелами других популяций и рас предоставляет многомерный кластерный анализ кубитального и тарзального индексов, как наиболее информативных морфологических признаков.

2. Выявление первоначально практически полностью мономорфного локуса изоферментного гена Мс111-1 у бурзянской бортевой пчелы, изменчивого вне ее ареала, дает возможность ведения мониторинга популяции и обеспечивают количественную оценку степени гибридизации с пчелами иного происхождения.

3. Бурзянская бортевая пчела выделяется от пчел другого происхождения по комплексу морфофункциональных и генетических показателей,

обуславливающих ее выдающиеся полезные свойства, высокое качество и своеобразие меда. Выявлены статистически достоверные различия между семьями с пасек и бортей в пределах ее ареала по заболеваемости инфекционными и инвазионными болезнями - варроатозом, аскосферозом, нозематозом и европейским гнильцом.

4. На Южном Урале пчеловодческие хозяйства характеризуются относительно высокой изменчивостью морфологических признаков пчел, отсутствием ее межсезонной стабильности и высоким уровнем межсемейной подразделенное™. Между пасеками выявлена высокая генетическая дифференциация семей по локусу Mdh-1. Показано отсутствие связи между генетическим расстоянием и физическими дистанциями между хозяйствами, высокие различия по уровню гетерозиготности.

5. В пределах ареала бурзянской бортевой пчелы происходит усиливающиеся со временем гибридизация с пчелами иного происхождения. Многомерный кластерный анализ и электрофоретические исследования изоферментов показали сдвиг морфометрических признаков бурзянской бортевой пчелы, увеличение гетерозиготности маркерного изоферментного локуса Mdh-1, появление в ее ареале субпопуляций с признаками кавказских пчел. Причиной этого с одной стороны является завоз сторонних пчелиных семей" при кочевке из степной и лесостепной зон во время взятка с липы мелколистной, с другой - содержание местными пчеловодами на условиях контракта пчелиных семей из других регионов в летнее время. Этот процесс приводит к снижению выдающихся полезных свойств и устойчивости бурзянской бортевой пчелы

6. Надежную охрану популяции бурзянской бортевой пчелы в зоне ее ареала, сохранение полезных свойств, в том числе устойчивости к заразным болезням, можно осуществить при увеличении территории и повышении статуса существующих особо охраняемых природных территорий. А также, за счет принятия комплекса ветеринарно-санитарных, административных и экономических мер для противодействия завоза пчел со стороны, создания систем репродукции и распространения племенного материала, организации мониторинга генофонда популяции.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в научных журналах, рекомендованный ВАК РФ

1. Юмагужин, Ф.Г. Бурзянская бортевая пчела - перспективы сохранения генофонда / А.М. Ишемгулов, М.Н. Косарев, Ф.Г. Юмагужин // Пчеловодство. - 1997. - № 3. - С. 15-18.

2. Юмагужин, Ф.Г. Асимметрия экстерьера пчел / Ф.Г. Юмагужин, А.Г. Маннапов // Пчеловодство. - 2002. - № 2. - С. 28.

3. Юмагужин, Ф.Г. Морфологическая характеристика восковой железы у пчел в онтогенезе / Ф.Г. Юмагужин, Р.Г. Нугуманов, А.Г. Маннапов // Морфология. - № 2-3. - СПб: Эскулап, 2002. - С. 187.

4. Юмагужнн, Ф.Г. Свойства бортевого меда / Ф.Г. Юмагужин // Пчеловодство. - 2008. - № 7. - С. 50-52.

5. Юмагужин, Ф.Г. Зависимость численности бортевых пчелиных семей от сроков цветения и нектаропродуктивности липы / Ф.Г. Юмагужин // Естественные и технические науки. - 2008. - № 1. - С. 158 - 160.

6. Юмагужин, Ф.Г. К вопросу о расширении территории заповедника «Шульган-Таш» / Ф.Г. Юмагужин И Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 6. - С. 461-463.

7. Юмагужин, Ф.Г. Об использовании морфологических признаков для решения проблем сохранения генофонда бурзянской бортевой пчелы / Ф.Г. Юмагужин, А.Н. Талипов, Ю.А. Янбаев, А.Б. Сафаргалин // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 6. - С. 464-465.

8. Юмагужин, Ф.Г. Генетическая изменчивость пчелы медоносной из разных регионов России / Ф.Г. Юмагужин // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 10. - С. 222-223.

9. Юмагужин, Ф.Г. Активность каталазы ректальных желез у медоносных пчел / Ф.Г. Юмагужин, А.Б. Сафаргалин // Аграрная наука. - 2009. - № 10. - С. 24-25.

10. Юмагужин, Ф.Г Селекция породного типа «Бурзянская бортевая пчела / М.Н. Косарев, А .Я. Шарипов, Ф.Г. Юмагужин, Л.Н. Савушкина // Пчеловодство. - 2011. - № 6. - С. 10-13.

Статьи в других изданиях

1. Косарев, М.Н. К вопросу о способах учета диких медоносных пчел на обширных лесных территориях / М.Н. Косарев, М.В. Красноярская, Ф.Г. Юмагужин // Леса Башкортостана - современное состояние и перспективы. -Уфа, 1997. - С. 235-237.

2. Ишемгулов, A.M. Медоносные и пыльценосные ресурсы степной и горно-лесной зон Республики Башкортостан / A.M. Ишемгулов, З.Р.Акъюлова, Ф.Г. Юмагужин, З.Ф. Урманцева, Н.С. Юмагужина // Матер. VI всеросс. науч,-практ. конференции, по апитерапии. - Рязань, 1998. - С. 36-39.

3. Юмагужин, Ф.Г. Экстерьерные признаки пчел пасеки №2 «Капова пещера» природного заповедника «Шульган-Таш» / Ф.Г. Юмагужин, А.Г. Маннапов // Современные вопросы в ветеринарной медицине и биологии: Матер. I междун. научн. конференции. - Уфа, 2000. - С. 219-223.

4. Юмагужин, Ф.Г. Ассиметрия экстерьерных признаков бурзянских бортевых пчел / Ф.Г. Юмагужин // Современные вопросы ветеринарной медицины и биологии: Матер. I междун. научн. конференции. - Уфа, 2000. - С. 223-229.

5. Юмагужин, Ф.Г. Влияние синтетического феромона «Апирой» на содержание сукцинатдегидрогеназы, развития клеток восковой железы пчел летнего воспитания / Ф.Г. Юмагужин, Р.Г. Нугуманов, А.Г. Маннапов, Г.Ю. Ишмуратов // Апитерапия сегодня - с биологической аптекой пчел в XXI: Матер. II междун. науч.-прак. конференции. - Уфа, 2000. - С. 462-464.

6. Косарев, М.Н. Расширение территории заповедника «Шульган-Таш» -

путь сохранения генофонда дикой бортевой пчелы на Южном Урале / М.Н. Косарев, Ф.Г. Юмагужин, Н.М. Сайфуллина // Экологические аспекты Юмагузинского водохранилища: Матер, всеросс. научн.-практ. конференции -Уфа: Гилем, 2002,- С. 114-124.

7. Юмагужин, Ф.Г. Охрана и селекция бурзянской пчелы / Ф.Г. Юмагужин // Пчеловодства и апитерапия. - 2003. - №1. - С.12-13.

8. Юмагужин, Ф.Г. Бортевой мед / Ф.Г. Юмагужин // Пчеловодство и апитерапия. - Уфа: Скиф. - 2004. - № 4. - С. 10-11.

9. Косарев, М.Н. Опыт применения оригинальной методики учетов бурзянской пчелы, обитающей в естественных дуплах (Южного Урала) / М.Н. Косарев, А.Я. Шарипов, Ф.Г. Юмагужин, Н.М. Сайфуллина, М.В. Бакалова // Сибирская зоологическая конференция: матер, всеросс. конференции. -Новосибирск, 2004. - С. 274-275.

10. Косарев, М.Н. Влияние метизации на породные особенности бортевых пчел в заповеднике «Шульган-Таш» (Южный Урал) / М.Н. Косарев, А.Я. Шарипов, Ф.Г. Юмагужин // Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных: Матер, междун. науч. конференции. - Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2005. - С. 112-114.

11. Косарев, М.Н. Динамика заселения и гибели бортевых пчелиных семей (Южный Урал) / М.Н. Косарев, А.Я. Шарипов, Ф.Г. Юмагужин // Животный мир Южного Урала и Северного Прикаспия: Матер. V всеросс. конференции. - Оренбург, 2005. - С. 70-73.

12. Юмагужин, Ф.Г. О породных особенностях бурзянской бортевой пчелы и специфике бортевого меда / Ф.Г. Юмагужин // Перспективы агропромышленного производства регионов Росси в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»: Матер, всеросс. науч,-практ. конференции, в рамках XVI Междунар. специализированной выставки «АгроКомплекс-2006»). - Уфа, 2006. - С. 296-301.

13. Косарев, М.Н. Горный массив Шайтан-Тау: прошлое и настоящее заповедания уникального биогеоценоза / М.Н. Косарев, Н.М. Сайфуллина, Ф.Г. Юмагужин, М.В. Бакалова // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельной территории: Матер. III междун. конференции.' - Оренбург, 2006. -С. 283-284.

14. Косарев, М.Н. Селекционная работа с бурзянской бортевой пчелой / М.Н. Косарев, А.Я. Шарипов, Ф.Г. Юмагужин, Л.Н. Савушкина // Интеграция науки в сельскохозяйственном производстве: Матер, междун. научн.- практ. конференции. -Рязань, Изд-во РГАТУ, 2011,- С.173-177.

Монографии

1. Юмагужин, Ф.Г. Генетические аспекты сохранения биологического разнообразия / колл. авторов (под ред. Ю.А. Янбаева, М.Н. Косарева). - Уфа: БГУ, 2000.- 108 с.

2. Юмагужин, Ф.Г. Морфологическая и генетическая изменчивость пчелы медоносной (Apis mellifera mellifera) в Башкирском Зауралье / А.Н. Талипов, Ю.А. Янбаев, Ф.Г. Юмагужин. - Уфа: РИО БашГУ, 2007. - 107 с.

3. Юмагужин, Ф.Г. История и современное состояние бурзянской бортевой пчелы / Ф.Г. Юмагужин. - Уфа: АН РБ, Гилем, 2010. -112 с.

4. Юмагужин, Ф.Г. Медовые ресурсы заповедника «Шульган-Таш» / Р.Г. Курманов, АЛ. Шарипов, М.Н. Косарев, Н.М. Сайфуллина] \ Ф.Г. Юмагужин, А.Р. Ишбирдин. - Уфа: РИЦ Баш ГУ, 2010. - 100 с.

Сокращения, применяемые в диссертации (автореферате)

Dq (а) - длина жилки (а) третьей кубитальной ячейки;

Dq (b) - длина жилки (Ь) третьей кубитальной ячейки;

QI- кубитальный индекс;

Schz — ширина задней лапки;

Dz - длина задней лапки;

77 - тарзальный индекс;

Dk - длина переднего крыла;

Schk - ширина переднего крыла;

Dt - длина третьего тергита;

Seht - ширина третьего тергита;

Ds - длина третьего стернита;

Schs- ширина третьего стернита;

Dws - длина воскового зеркальца;

Schws - ширина воскового зеркальца;

Dch — длина хоботка.

Подписано в печать 20.09.2011 г. Формат бумаги 60x84Vi6. Усл. печ. л. 1,80 ira офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 479. Тираж 100 экз.

тография ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора биологических наук, Юмагужин, Фитрат Гилмитдинович, Уфа

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

УДК 638.12 Ю-41

05201100454

ЮМАГУЖИН Фитрат Гилмитдинович

ПОПУЛЯЦИОННАЯ МОРФОЛОГИЯ БУРЗЯНСКОЙ БОРТЕВОЙ ПЧЕЛЫ APIS MELLIFERA MELLIFERA L.

06.02.01 — диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор

Янбаев Юлай Аглямович

Уфа - 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Пчеловодство России - история, проблемы и современное состояние

1.1.1: Краткая история пчеловодства и бортничества на Южном Урале

1.1.2. Состояние и проблемы пчеловодства России на рубеже XX и XXI веков

1.1.3. Состояние,генофонда медоносной пчелы, ее гибридизация, как причина упадка пчеловодства

1.2. Медоносная пчела (Apis mellifera L.) и расы медоносных пчел.

1.2.1. Темная лесная (среднерусская) пчела (Apis mellifera mellifera L.)

1.2.1.1. Локальные популяции темных лесных (среднерусских) пчел

1.2.1.2. Дальневосточные.пчелы

1.2.2. Серая горная кавказская пчела (Apis mellifera caucasica)

1.2.3. Желтая (долинная) кавказская пчела (Apis mellifera remipes)

1.2.4. Карпатская пчела (Apis mellifera carpatica).

1.2.5. Украинская степная пчела (Apis mellifera acervorum)

1.2.6. Итальянская пчела (Apis mellifera ligustica)

1.2.7. Краинская пчела (Apis mellifera carnica)

1.3. Проблемы чистопородного разведения медоносных пчел, способы их идентификации по морфофункциональным признакам и с помощью генетических маркеров. Этиология болезней медоносных пчел и критерии натуральности меда

1.3.1. Проблемы идентификации медоносных пчел (Apis mellifera mellifera L.) по экстерьерным признакам

1.3.2. Морфофункциональные особенности в соматической ткани локоматорного аппарата позвоночных и насекомых

1.3.3. Исследование генофонда пчелы медоносной с использованием изоферментных генетических маркеров

i! I,

¡ (f t, I

1.3.4. Этиология болезней пород медоносных пчел 72 ll

¡ i

I М Ííl

l'r\

1.3.5. Натуральный мед, его биологическое происхождение,

состав и свойства 74Í

1.4. Охрана генофонда пчелы медоносной в общей системе •]

сохранения биологического разнообразия 78! 1 ¡|}j¡'

1 ;¡r

2. Характеристика природных условий 89 '')

2.1. Характеристика природных условий района исследований 89

2.2. Климат 89

2.3. Геологическое строение и рельеф 93

2.4. Гидрография и водные ресурсы 97. j, 'j

2.5. Почвообразующие породы и почвы 100

2.6. Флора и растительность 104

2.7. Фауна и животное население 109 i i Д

■

3. Объект, материал и методы исследований 112 'j\¡

3.1. Медоносная пчела (Apis mellifera L.), ее положение в I ¡'l систематике животных 112

3.2. Морфологические, хозяйственно-полезные, этологические

особенности бурзянской бортевой пчелы П5| Г',»'

М ;

3.3. Методика анализа морфологических признаков медоносных :' пчел 118

3.4. Методика электрофоретических исследований 123

3.5. Методика гистохимических исследований, определения ' ^ критериев качества меда и поражения заболеваниями 1271 ! Й

3.6. Статистическая обработка результатов исследований 129

4. Морфологическая изменчивость пчелы медоносной 133

4.1. Морфологическая изменчивость пчелы медоносной в

регионе исследований 133 !

4.2. Динамика изменчивости экстерьерных признаков у : 1 бурзянской бортевой пчелы 154

4.3. Кластерный анализ морфологических признаков у бурзянских бортевых пчел 173

5. Особенности морфофункциональной структуры летательной ' мышцы бурзянской бортевой пчелы 188!

'I'»

i i <

5.1. Микроскопическое и электронно-микроскопическое

строение летательной мышцы бурзянской бортевой пчелы в онтогенезе

1 и

5.2. Динамика морфофункциональных показателей летательной

мышцы бурзянской бортевой пчелы в онтогенезе 191

6. Изучение генофонда бурзянской бортевой пчелы с использованием изоферментных генетических маркеров 212

6.1. Аллельные частоты выборок пчел из разных регионов

России 212

6.1.1. Различие выборок пчел из разных регионов России по параметрам генетического разнообразия 213

6.1.2. Уровень дифференцированности локусов выборок пчел из разных регионов России 212

6.2. Оценка состояния генофонда бурзянской бортевой пчелы и степени ее гибридизации . 218

6.2.1. Динамика гибридизации бурзянской бортевой пчелы в

пределах ареала 229

7. О различиях в качестве медов в Зауралье Республики Башкортостан и о свойствах бортевого меда 232

8. Эпизоотология инфекционных и инвазионных болезней бурзянской бортевой пчелы 239

9. Расширение территории заповедника «Шульган-Таш» один

из надежных путей сохранения бурзянской бортевой пчелы 247

Выводы 258

Практические рекомендации 259

Список литературы 262 Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время наряду с другими глобальными экологическими проблемами мирового сообщества остро встают вопросы, связанные с уменьшением биоразнообразия (Кавтарадзе Д.Н., Овсянников A.A., 2002; Яблоков A.B., Юсуфов А.Г., 2004). Особо тяжелое положение у видов, имеющих большое хозяйственное значение. Так в последние десятилетия отмечается массовая гибель медоносных пчел в Северном полушарии (Кривцов Н.И., 2006; Пономарев A.C., 2009). Основной причиной данного явления служат антропогенные факторы - сокращение ресурсов медоносов из-за трансформации человеком окружающей среды, применение химикатов при производстве продуктов питания (Жиль Р., 2010), снижение генетического разнообразия и устойчивости к болезням в ходе массовой селекции (Drivdal, 2008). В условиях России эта ситуация осложнена большим распространением болезней пчел и недостаточностью внимания к вопросам их диагностики и лечения (Смирнов A.M., 2008). Усиливающаяся неконтролируемая гибридизация (Гранкин H.H., 1997) приводит к деградации внутривидовой изменчивости локальных популяций, сформированных в течение многих поколений, к последующему снижению адаптационного потенциала и иммунитета. В условиях Южного Урала данный, процесс затронул обитающую в природных условиях уникальную бурзянскую бортевую пчелу и привел к снижению ее выдающихся (Кожевников Г.А., 1929; Кривцов Н.И., 2008) хозяйственно-полезных признаков - высокой работоспособности, возможности сбора в короткие сроки максимального количества меда, выносливости, зимостойкости, устойчивости к болезням и др. (Ишемгулов A.M., 2005). Будучи исключительно приспособленной к суровым горнолесным условиям и короткому бурному медосбору с липы бурзянская бортевая пчела служит ценным генетическим фондом отечественного пчеловодства. Но даже с учетом механизмов избирательности спаривания и

естественного отбора в перспективе невозможно гарантировать ее чистопородность на ограниченной площади заповедника в 22,5 тыс. га (Косарев М.Н., 2008). Выделение бурзянской бортевой пчелы в ранг отдельной популяции или породного типа требует и генетического обоснования (Талипов А.Н. и др., 2007). В настоящее время комплексных экспериментальных исследований и информативных методов (Никаноров Ю.М. и др., 1997), на основе которых можно было бы оценить современное состояние проблемы, недостаточно (Поздняков В.Н. и др., 2000), что не позволяет разработать действенные меры по охране и оздоровлению природных популяций.

Задачи исследования:

1. Оценить значимость морфологических признаков для диагностики состояния популяции бурзянской бортевой-пчелы.

2. Осуществить поиск информативных аллозимных генетических маркеров для изучения гибридизации бурзянской-бортевой пчелы.

5. С применением морфологических, генетических и ветеринарных показателей выявить направление гибридизации бурзянских бортевых пчел, общие закономерности, факторы и механизмы изменения структурно-функционального состояния популяции.

Научная новизна исследований. Впервые проведены сравнительные исследования информативности морфологических и генетических признаков для диагностики состояния популяции бурзянской бортевой пчелы. Прослежена многолетняя динамика состояния генофонда популяции и степень ее гибридизации. Показана в сравнительном плане уникальность бурзянской бортевой пчелы по комплексу морфологических, морфофункциональных и генетических параметров. Выявлено значительное отличие бурзянской бортевой пчелы от медоносных пчел большей части горно-лесной^ степной и лесостепной зон Южного Урала. Определена существенная пространственная дифференциация структуры популяции. Показано, что существующая система охраны и размеры заповедника «Шульган-Таш», а также проводимые ветеринарно-санитарные мероприятия недостаточны для предотвращения процессов деградации генофонда бурзянской бортевой пчелы. Дано научное обоснование расширения площадей особо* охраняемой природной территории' для необходимости предотвращения выявленных неблагоприятных изменений.

Практическая ценность работы. Разработаны «Методические рекомендации по использованию изоферментных генетических маркеров для оценки состояния бурзянской популяции среднерусской породы пчелы медоносной» (утв. РАСХН 08.06. 2010 г., протокол №3/2) для использования в научно-исследовательских институтах и лабораториях, селекционно-племенных и матковыводных пасеках, а также в высших учебных заведениях (приложение 1). В соответствии с решением ФГУ «Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений» при-Министерстве сельского'хозяйства Российской Федерации от 14.06.2011 получен патент (приложение 3) на селекционное достижение № 5956 бурзянская бортевая пчела (Apis mellifera L.) и авторское свидетельство № 54609 (приложении 2). Доказано, что мед из зоны обитания бурзянской бортевой пчелы по качественным и количественным показателям значительно превосходит требования ГОСТ 19792-01 к натуральному меду.

Разработан комплекс рекомендаций по предотвращению деградации популяции бурзянских бортевых пчел, сохранению, воспроизводству и рациональному использованию их генетических ресурсов. Обоснован оптимальный размер территории для охраны популяции, в том числе за счет расширения Государственного природного заповедника «Шульган-Таш».

Результаты исследований могут быть использованы министерствами сельского хозяйства и министерствами природных ресурсов Российской Федерации и Республики Башкортостан, научно-исследовательскими организациями и лабораториями, хозяйствующими субъектами, особо охраняемыми природными территориями для охраны пчел в природных условиях и при выполнении селекционно-племенных работ. А также высшими- учебными и средними специальными учебными заведениями при проведении занятий по курсам «Пчеловодство» и «Болезни пчел». Полученные данные можно использовать для мониторинга динамики генофонда бурзянской популяции дикой бортевой пчелы и ее диагностических, хозяйственно-ценных признаков, для научного обоснования и организации специализированных селекционных программ, в целях повышения продуктивности и устойчивости пчелы медоносной, для обоснования изменения структуры и совершенствования деятельности особо охраняемых природных территорий.

заповедника «Шульган-Таш» от 03.04. 1999 г., соглашения №№ 1-В/ 02-98 и I— В/35а, задача В 3.2.9. «Модельный школьный проект в Государственном природном заповеднике «Шульган-Таш», соответственно от 09.02.98 и от 12.05.98; AHO «Мегапроект» (проект «Пчелиному лесу — жить», договор № 1 /Я от 26.12.2002), Всемирного фонда дикой природы (WWF) (контракты №№ 0602/RU007902/GLP, O638/RU007902/GLO и O699/RU007902/GLO по проекту «Сохранение биоразнообразия в Уральском экологическом регионе» («Biodiversity Conservation in the Ural Ecoregion») от 30.04.2004, 01.06.2004 и 25.09.2004, соответственно). Отдельные исследования в диссертации проведены по Межгосударственной программе сотрудничества в сфере аграрных исследований между Федеративной республикой Германия и Российской Федерацией (2007-2008 и 2009-2011 г.г.) по теме № 3/07 «Экологические и генетические исследования в отношении биологического разнообразия и вопросов мониторинга» («Ecological genetic investigations with respect to biodiversity and monitoring»); по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № 02.741.11.2233 от 11 мая 2010 г.). Исследования также выполнялись по хоздоговорной научно-исследовательской работе «Содействие в сохранении популяции бурзянской бортевой пчелы» (договор № 17/П-Б, 2010-2011 г.г.).

Декларация личного участия автора. В диссертации использованы полевые и экспериментальные материалы, полученные лично диссертантом в 1990-2010 гг. Суммарно личное участие автора диссертационной работы в совместных исследованиях составило 80%. Права всех соавторов публикаций соблюдены.

(Оренбург, 2006), «Интеграция науки в сельскохозяйственном производстве» (Рязань, 2011). Результаты диссертации апробированы на: VI Всероссийской научно-практической конференции (НПК) по апитерапии (Рязань, 1998), Всероссийской НПК «Экологические аспекты технологии производства, переработки и использования продуктов пчеловодства» (Рыбное, 2004), Всероссийской Сибирской зоологической научной конференции (Новосибирск,-2004), III Всероссийской НПК в рамках XVI Международной специализированной выставки «АгроКомплекс — 2006» «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа; 2006), IV Всероссийской НТП «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009). Они также изложены на научно-практических конференциях: «Вклад особо охраняемых природных территорий в экологическую- устойчивость региона» (Уфа, 2005); «Проблемы и перспективы; конкурентоспособного воспроизводства в Башкирском Зауралье» (Уфа, 2008); «Неделя науки в Сибайском институте БашГУ» (Сибай, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2010); «Животный мир Южного Урала и Северного Прикаспия» (Оренбург, 2005); «Экологические и технологические аспекты сохранения башкирской пчелы в Зауралье Республики Башкортостан» (Уфа, 2008); «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (Сибай, 2009); «Уральский регион Республики; Башкортостан: человек, природа, общество» (Сибай, 2010). Итоги проведенных исследований доложены на расширенном заседании научно-образовательного центра Башкирского государственного аграрного университета (протокол № 3 от 11.11.2010).

Публикации. По теме диссертации опубликована: 71 работа. Основные научные результаты диссертации отражены в 28 статьях, в том числе 10 в рецензируемых научных журналах и изданиях рекомендованных ВАК РФ и в 4 монографиях.

Структура и объем диссертации.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

2. Состояние генофонда медоносных пчел, уровень метизации, динамику структуры популяции можно оценить лишь н

Информация о работе

Юмагужин, Фитрат Гилмитдинович
доктора биологических наук
Уфа, 2011
ВАК 06.02.01

Диссертация

Популяционная морфология бурзянской бортьевой пчелы APIS MELLIFERA MELLIFERA L - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы