Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Толерантность пчел Apis mellifera L. к кислородному голоданию

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Толерантность пчел Apis mellifera L. к кислородному голоданию"

На правах рукописи

СПАСИК СВЕТЛАНА ЕВГЕНЬЕВНА

ТОЛЕРАНТНОСТЬ ПЧЕЛ АРШ МЕЬЫРЕЛА Ь. К КИСЛОРОДНОМУ ГОЛОДАНИЮ

Специальность 03.02.08 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2014

2 г МАП ¿014

005548565

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук

Еськова Майя Дмитриевна

Официальные оппоненты: Маннапов Альфир Габдуллович, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А.Тимирязева», кафедра пчеловодства и рыбоводства, заведующий кафедрой

Орлова Валентина Сергеевна, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», кафедра системной экологии, профессор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Московская государственная

академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И.Скрябина»

Защита состоится 17 июня 2014 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, Московская обл., г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу Ьйр/Л^лту.^аги.га.

Автореферат разослан «24» апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Сойнова Ольга Леонидовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Медоносная пчела (А. mellifera L.) выделяется среди шести видов настоящих пчел рода Apis наивысшим уровнем социальной организации, что позволило ей освоить широкий ареал, включающий обширные территории на всех пяти континентах - от тропиков до субарктики. В этом важная роль принадлежит развитие у пчел совершенного механизма регуляции внутри-гнездовой температуры, влажности и газового состава воздуха (Е.К. Еськов, 1992, 1995).

Как один из видов насекомых медоносная пчела относится к пойкилотермным животным, но в своем гнезде поддерживает относительно высокую температуру, которая даже зимой в центре гнезда обычно не опускается ниже 30°. Особенно высокой стабильностью отличается в пчелином гнезде зона занятая расплодом. С этим связано приобретение стенотермии пчелиным расплодом и развитие на этой основе низкой вариабельности морфометрических признаков, что выделяет медоносную пчелу в классе одиночно живущих насекомых (Е.К. Еськов, М.Д. Еськова, 2014).

Распространение медоносной пчелы в зоны умеренного и холодного климата наряду с развитием этологических механизмов регуляции внутригнездового микроклимата во многом связано с приспособлением к жизни в слабо аэрируемых укрытиях (дуплах деревьев, расщелинах скал и др.). Этому способствовало приобретение толерантности к гипоксии. Но кислородное голодание, которому подвергаются взрослые и развивающиеся пчелы в периоды похолоданий и зимний период, когда активная регуляция газового состава воздуха в пчелином гнезде сильно ограничивается, влияет на их физиологическое состояние и жизнеспособность (Г.Ф.Таранов, 1961; М.В. Жеребкин, 1979; Е.К. Еськов, 1995 и ДР-)-

Высокие концентрации диоксида углерода анестезируют пчел. Это может влиять на ускорение физиологического старения рабочих пчел (W. Skowronek, 1976) и маток (O.W. Mackensen, 1947). Однако сведения о влиянии на пчел высокий концентраций диоксида углерода носят фрагментарный характер. Поэтому актуальным является изучение влияния на развитие, физиологическое состояние и жизнеспособность пчел высоких концентраций этого газа.

Цель н задачи исследований. Цель исследований заключалась в изучении толерантности взрослых и развивающихся пчел к гипоксии.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

1. Изучали влияние анестезии взрослых пчел в диоксиде углерода на их физиологическое состояние и продолжительность жизни.

2. Изучали элиминирующее влияние анестезии диоксидом углерода при изменении температуры от ее значений, стимулирующих холодовое оцепенение, до гипертермии.

3. Анализировали влияние высоких концентраций СО2 на развитие пчел от предкуколки до имаго в условиях оптимальных для развития расплода.

4. Изучали влияние гипоксии в условиях гипотермии развивающихся куколок рабочих пчел.

Научная новизна. Впервые установлено влияние анестезии взрослых пчел диоксидом углерода на уменьшение у них массы головных, грудных и брюшных отделов, а также потери ими воды. Установлено, что высокие концентрации СОг, достигающие 10-15 % в период развития запечатанного расплода, влияют на увеличение массы головных, грудных и брюшных отделов, на уменьшение у пчел размеров крыльев хоботков и количества крыльевых зацепок. Тератогенная эффективности высоких концентраций С02 выражается в недоразвитии крыльев и хоботков. Гипо- и гипетермия анестезированных пчел усиливает их элиминирующую эффективность.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость исследования выражается в том, что установлены общие закономерности влияния гипоксии на взрослых и развивающихся пчел, отличающихся высокой приспособленностью к жизни в условиях с высоким содержанием СО2. Практическое значение связано с определением летальных значений гипоксии в разных экологических условиях и с установлением отдаленных последствий анестезии пчел диоксидом углерода.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на различных конференциях: П1 Международная V Всероссийская научно-практическая конференция «Пчеловодство холодного и умеренного климата» (Псков, 14-15 августа 2012 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные научные тенденции в животноводстве и экологии» (Киров, 13 декабря 2012 г.); Международная конференции «Современные проблемы эволюции и экологии». XXVII Любищевские чтения (Ульяновск, 5-7 апреля 2013 г.); Ш Международная научно-техническая конференция «Информационно-измерительные диагностические и управляющие системы». Диагностика-2013 (Курск, 14-15 мая 2013 г.); Международная научно—практическая конференция «Современные научные тенденции в животноводстве и экологии» (Киров, 12 декабря 2013 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе 6 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, литературного обзора, материалов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, практических предложений и списка литературы (225 источников, из них 112 зарубежных).

Содержание диссертации изложено на 90 страницах машинописного текста, работа иллюстрирована 7 таблицами и 10 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются специфические особенности медоносной пчелы, позволившие ей освоить широкий ареал.

Литературный обзор

Приводится анализ литературных сведений по теме исследований. Рассматриваются сведения о влиянии гипоксии на взрослых и развивающихся пчел. Обосновываются задачи исследований.

Материал и методы исследований

Исследование выполнено на рабочих особях медоносной пчелы Apis mellifera L. В разных вариантах опытов кислородному голоданию подвергали развивающихся или взрослых пчел. Эффективность гипоксии изучали при оптимальной для них температуре, а также в условиях гипо-и гипертермии.

Во всех вариантах опытов для поддержания заданной концентрации СОг использовали эксикатор, снабженный двумя штуцерами, через которые в нем регулировали состав газовой среды. Обеспечение необходимой концентрации диоксида углерода в эксикатор нагнетали химически чистый диоксид углерода. Избыток диоксида углерода, выделяемого пчелами, замещали воздухом, а для поглощения водяных паров в эксикаторе использовали прокаленный сшшкагель.

Концентрация СО2, поддерживаемая в эксикаторе, соответствовала замещению такого же количества Ог- Для контроля газовой среды использовали оптико-интерференционный газоанализатор ИГА. В тех случаях, когда концентрация С02 в эксикаторе превышала предельное значение шкалы газоанализатора использовали «разбавление» анализируемых проб газа воздухом с помощью шприца.

Для наркотизации взрослых пчел их отлавливали из ульев в садки, которые помещали на определенное время в эксикатор. Пчелы после замещения воздуха диоксидом углерода, на что требовалось несколько секунд, наркотизировались в течение 5-15 с. Наркотизированные пчелы внешне напоминали пчел, оцепеневших под влиянием охлаждения. Это их состояние принимали за начало наркотизации. Действие С02 завершалось после изъятия садков из эксикатора. Но пчелы некоторое время продолжали находиться в оцепеневшем состоянии. Их высыпали их садков на лист бумаги и наблюдали за восстановлением локомо-ций. Время, необходимое для восстановления локомоторной активности, отсчитывали от изъятия садков из эксикатора до восстановления локомоций активности. За начало активизации принимали состояние, в котором пчелы начинали передвигаться по опорному субстрату. После этого их отлавливали и возвращали в садки.

Отдаленные последствия гипоксии оценивали по продолжительности жизни активизировавшихся пчел. Их содержали в энтомологических садках при 24±2"С. В качестве корма использовали 50%-ный раствор сахарозы. Гибель пчел учитывали через каждые сутки.

Непосредственное влияние разных экспозиций кислородного голодания оценивали по изменению массы головных, грудных и брюшных отделов тела. Для этого у пчел контрольной группы (не подвергавшихся наркотизации) и восстановившихся после наркотизации ампутировали головные, грудные и брюшные отделы тела и раздельно их взвешивали. Содержание воды в теле пчел определяли посредством высушивания до постоянной массы при 102°С.

Влияние гипоксии на развивающихся пчел изучали на расплоде, который до завершения личиночной стадии и запечатывания ячеек сотов, развивался в гнездах своих семей. Каждый из сотов с запечатанным расплодом разрезали по вертикали на равные части. Одну из них заключали в сетчатый изолятор (контроль), а другую помещали в эксикатор (опыт) с заданной газовой средой. Контрольную и опытную группы развивающихся пчел инкубировали при оптимальной температуре (34±0,1°С) и влажности (70±4%) в суховоздушном термостате ТС-80.

Влияние кислородного голодания оценивали по количеству пчел, завершавших развитие выходом из ячеек, и их состоянию. У пчел контрольной и опытной групп ампутировали головные отделы, хоботки и крылья. Массу ампутированных отделов тела определяли на торсионных или электронных весах с точностью 0,05 мг. Длину и ширину крыльев измеряли окуляр-микрометром стереоскопического микроскопа МБС-10 с ценой деления 0,01 мм. Под микроскопом подсчитывали также количество зацепок на задних крыльях.

Толерантность анестезированных пчел к гипер- и гипотермии изучали на пчелах, которых разное время содержали при 0, 25, 35 или 45°С. Температура на уровне 25 и 35°С соответствовала ее внутриульевым значениям. Охлаждение пчел до 0°С стимулировало у них холодовое оцепенение. Для содержания пчел при указанных плюсовых температурах использовали суховоздушный термостат ТС-80, нулевую температуру поддерживали в холодильной камере. Чтобы исключить затраты времени на нагревание или охлаждение эксикатора, его перед началом каждого опыта выдерживали в течение 2-3 ч при заданной температуре в термостате или холодильной камере.

Статистический анализ цифровых материалов выполнен с использованием Microsoft Excel для office ХР и профессионального пакета для обработки и анализа многомерной статистической информации (Протасов, 2005).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние гипоксии на развитие пчел

Исследования выполнено на расплоде, который до стадии предкуколки развивался в условиях благоприятных и относительно неблагоприятных для пчелиных семей. Эти периоды отличались по внешней температуре и продуктивности кормового участка. В благоприятный период внешняя температура находилась в пределах 22-28°С, при которой, как известно (Е.К. Еськов, 1995), пчелы затрачивают минимальное количество энергии на обеспечение. При этом продуктивность кормового участка находилось на уровне, который обеспечивал или немного превосходил суточную потребность пчелиных семей в углеводном и бел-

ковом корме. В неблагоприятное время стояла дождливая погода, препятствующая вылету пчел из улья, а температура не превышала 20°С.

Благоприятный период. Жизнеспособность и аномалии развития. Значительное повышение концентрации С02 в течение развития пчел от предкуколки до имаго отражалось на уменьшении их жизнеспособности. Среди пчел, инкубируемых в оптимальных условиях по температуре, относительной влажности и концентрации С02 (контрольная группа), не отмечалось их гибели. В случае инкубации расплода при 5%-ной концентрации С02 гибель пчел не превышала 0,1%. Она значительно возрастала при повышении концентрации этого газа в среднем до 10 и 15%, составляя, соответственно, 14,4±2,5 и 24,8±4,1%.

Недоразвитие крыльев, выражающееся в отсутствии крыльевых пластин, встречалось только у тех пчел, которые развивались при 10 и 15%-ном содержании С02. Наличием такой аномалии отличалось у 5,1±1,4% пчел, развивавшихся при 10%-ной и 14±2,4 % - при 15%-ной концентрации С02. Эти же пчелы имели недоразвитые хоботки. Их минимальная длина у первых составляла 4,5 мм, у вторых - 4,2 мм, а средние значения - 5,47±0,327 мм и 4,65±0,401 мм соответственно.

Масса тела и содержание воды в нем. У пчел, развивавшихся при свободном доступе воздуха, масса головных отделов составляла 11,7±0,27 мг, грудных -37,4±0,39 мг и брюшных - 44,9±1,16. Развитее в условиях гипоксии отражается на увеличении массы разных отделов и, соответственно, всего тела пчел. Под влиянием повышения содержания С02 от 0,1% до 5% масса головных отделов увеличивалась в среднем на 3,9%, грудных - на 1,1% и брюшных - на 0,5%.

В случае повышения концентрации газа до 10% эти изменения достигали 5,9; 3 и 4%, а до 15 % - 6,5; 3,4 и 4,3 % соответственно.

С увеличением массы отделов тела под влиянием гипоксии сопряжено увеличение содержания в них воды. Незначительное ее повышение происходило у пчел, развивавшихся при 5%-ной концентрации С02. Увеличение содержания воды было особенно существенным в брюшных отделах пчел, которые развивались при 10- и 15%-ной концентрациях С02. У них содержание воды возрастало в среднем на 17 и 19,3%. На меньшую величину, составлявшую 3,3 и 4,1%, возрастало ее содержание в головных отделах и меньше всего - на 1,1 и 1,3% в грудных. У пчел, развивавшихся в при свободном доступе внешнего воздуха, содержание воды в головных отделах составляло 71,6±0,69%, грудных -72,1 ±0,52% и брюшных - 83,8±0,61%.

Морфометрические признаки. У пчел, не имеющих выраженных морфологических аномалий, длина хоботков, крыльев и количество зацепок находилась в обратной зависимости от концентрации диоксида углерода (табл. 1). Соответственно увеличению его концентрации с 0,1 до 5, 10 и 15% длина хоботков уменьшалась на 4,5; 6,4 и 7,5% (Р>0,99).

Длина передних крыльев при повышении С02 с 0,1 до 5, 10 и 15% уменьшалась на 2,7; 5,4 и 9,7 %, а задних - на 5,3; 6,8 и 11,5% (Р>0,99) соответственно. Подобно размерам крыльев изменение количества зацепок на них имело сходную тенденцию уменьшения под влиянием увеличения концентрации диоксида

углерода (табл. 1). Соответственно повышению его концентрации до 5, 10 и 15% количество зацепок уменьшалось на 0,9; 2,1 и 5,1% (Р>0, 9).

Таблица 1. Морфометрическпе признаки пчел, развивавшихся от предкуколки до имаго

при разной концентрации СО2

Концентрация СОз, % Длина крыльев, мм Количество Длина хоботков,

передних задних зацепок мм

М±т Ит Су, % М±т Ит Су, % М±т Ит Су, % М±т Ит Су, %

0,1±0,01 9,74±0,036 9,3-10 1,8 7,02±0,027 6,6-7,2 3,8 21,74±0Д45 19-24 6,5 5,61±0,084 4,7-6,4 8,7

5±0,5 9,48±0,060 8,5-10 2.1 6,65±0,052 6.2-7,1 4,4 21,54±0,30 18-24 7,6 5,36±0,095 4,5-6 10,7

10±1 9,21±0,074 8,2-10 3.6 6,54±0,072 5-7 5,8 21,29±0,31 19-24 7,4 5,25±0,127 4,3-6,3 12,6

15±1,5 8,80±0,056 8,4-9,4 4.2 6,21±0,064 5,5-7 5,6 20,64±0Д4 19-23 6,3 5,19±0,128 4,3-6 13,3

Итак, гипоксия влияет не только на размеры, но и симметричность крыльев по их размеру и количеству зацепок. Соответственно повышению концентрации СО2 от 0,1 до 10% асимметричность, обусловленная левосторонним превышением длины крыльев и количества зацепок на задних крыльях, уменьшается. При 10%-ной концентрации СОг средние значения указанных признаков утрачивают статистически значимые различия. Дальнейшее повышение СОг отражается на проявлении асимметричности за счет некоторого превышения длины правых крыльев по отношению к левым. Соответственно этому изменяется соотношение зацепок на правых и левых задних крыльях. Следовательно, влияние гипоксии на изменчивость асимметричности крыльев обуславливается изменчивостью их размеров и количества зацепок.

Неблагоприятный период. Абсолютной летальной эффективностью обладала газовая смесь, содержавшая 10±1% СОг. Но имела значение также фаза развития пчел. Если они находились в указанной концентрации СОг в течение первых шести суток, а затем в течение такого же времени в естественной воздушной среде, то до стадии имаго не доживало 68±2,7% пчел. Изменение порядка изменения условий развития (вначале в воздушной среде, а затем в условиях гипоксии) отражалось на сокращении гибели пчел до 59±2,6%. В случае развития в течение 12 суток при 5±1%-ной концентрации СОг до имаго доживало не менее 97% пчел. Среди пчел, развивавшихся при неограниченном доступе внешнего воздуха, их гибель не превышала 1%.

У 33±11,7% пчел, которые в течение первой половины периода развития от предкуколки до имаго находились в 10±1%-ной СО2, были недоразвиты крылья (имелись лишь их зачатки или неразвернутые крыльевые пластинки). Таких пчел было в 2,6 раза (Р>0,99) меньше, если расплод подвергался гипоксии в течение последних шести суток развития в запечатанных ячейках.

Развитие в течение всего периода от предкуколки до имаго в 5±1%-ной атмосфере СОг влияло на уменьшение длины хоботков на 6% (,Р>0,99), передних крыльев - на 6,7% (Р>0,99), задних - на 5,4% (Р>0,99), зацепок - на 1,5% (Р =0,9) (табл. 2). Уменьшение массы тела составило 14,6% (Р>0,999). Наиболее существенным было недоразвитие головных отделов. Их масса равнялась 7,73±0,16 мг, что меньше, чем в контроле, на 21,8% (Р>0,999). Крылья отсутствовали у 13±7,5% пчел.

С уровнем гипоксии связаны изменения морфометрических признаков пчел, доживавших до имаго (табл. 2). Под влиянием развития в 10±1%-ной С02 в течение первых 6 суток длина передних крыльев уменьшалась в среднем на 16% (Р>0,999), задних - на 15,1% (Р>0,999), количество зацепок на них - на 3,2% (Р>0,9). У пчел, развивавшихся в таких условиях в течение последних 6 суток, длина передних крыльев уменьшалась на 4,8% (Р>0,9), задних - на 13,7 (Р>0,999), а количество зацепок - на 2,5% (Р =0,9). Укорочение хоботков у первых составило 8%, у вторых - 6,4% (Р>0,99).

Таблица 2. Влияние 5±1%-ной концентрации С02 на развитие пчел от предкуколки

до имаго

Развитие

Морфометрические в естественной в условиях

признаки, мм атмосфере гипоксии

М±т Су, % М±т СУ, %

Длина передних крыльев

левые 9,32±0,03 2,2 8,69±0,09 14

правые 9,38±0,04 2,3 8,76±0,08 13

Длина задних крыльев

левые 6,67*0,03 2,6 6,29±0,08 9,9

правые 6,68±0,02 2,4 6,33±0,09 И

Количество зацепок на крыльях

левых 20,1±0,3 6,9 19,8±0,4 14

правых 20,2±0Д 6,1 19,9±0,5 15

Длина хоботков 5,03±0,07 9,6 4,73±0,08 16

Влияние гипоксии на развитие охлаждавшегося расплода.

Эти исследования выполнены на запечатанном расплоде, который развивался в своих семьях до стадии куколки. Соты с запечатанным одновозрастным расплодом извлекали из ульев и разрезали на три равные части. Этим исключалось влияние случайных факторов (трофического обеспечения личинок, температуры в зонах их развития и др.) на физиологическое состояние особей к достижению стадии предкуколки. В каждом варианте опытов одну из частей расплода инкубировали в сухо воздушном термостате ТС-80 в оптимальных условиях - при температуре 34±0,ГС, относительной влажности воздуха в пределах 70-75% и газовой среде, содержание С02 в которой не превышало 0,1%. Две другие части расплода подвергали в течение определенного времени охлаждению при свободном доступе воздуха или в атмосфере диоксида углерода.

Под влиянием охлаждения расплода до 0°С в естественной воздушной среде в течение 1,5 ч к завершению развития до стадии имаго элиминировалось 15,1±3,1% пчел. Из расплода, подвергавшегося охлаждению в течение 3 ч, до имаго не доживало 20,4±7,6% пчел. Кислородное голодание при 0°С интенсифицировало элиминацию пчел. За 1,5 ч их гибель составляла 26,6±4,9%, а за 3 ч -100%.

Таблица 3. Масса отделов тела пчел, подвергавшихся на стадии куколки охлаждению _в естественной газовой среде (А) или атмосфере СОг (Б); К - контроль_

Условия развития Отделы тела

головной грудной брюшной

Л/±т Нт. Су, % М±т Нт. Су, % М±т Нт. Су, %

Контроль 12,43 ±0,21 9-14 9,3 37,95±0,58 30-44 8,2 57,55±1,81 40-72,5 17,1

А ег «Л £ 11,01 ±0,23 9-14 10,2 35,61±0,84 30-42 12,8 52,46±1,54 38-70 13,9

Б 11,22±0,22 9-13,5 10,6 35,22±0,57 30-39 9Л 48,35±1,54 32-66 17,2

А ЕГ О (Ч О о «О сч 11,16±0,41 9-14 15,2 37,51±0,91 33,5-47 10,3 53,19±2,73 43,5-70 22,5

Б 11,07±0,31 7-13 14,5 36,93±0,78 31-47 10,9 47,17±1,91 30-71 21,1

Развитие пчел в течение 3 ч при 25°С в естественной воздушной среде и 100%-ной атмосфере СО2 не отражалось на их гибели. Среди пчел, развивавшихся при такой температуре в течение 20 ч при свободном доступе воздуха, гибель составляла 0,4±0,2%, а в условия гипоксии - 40±5,2%.

Охлаждение и гипоксия расплода влияла на уменьшение массы тела пчел к достижению стадии имаго (табл. 1). Масса головных отделы под влиянием охлаждения до 0°С в течение 1,5 ч при свободном доступе воздуха уменьшались в среднем на 5%, грудных - на 6,2 и брюшных - на 8,9, а в условиях гипоксии - на 9,7; 7,2 и 16% (Р> 0,95).

Существенное влияние на изменение массы головных отделов оказывало развитие пчел в течение 20 ч при 25°С. При свободном доступе воздуха она уменьшалась в среднем на 10,2%, в условиях гипоксии - на 11%. Брюшные отделы уменьшались на 7,6 и 18%, а грудные — всего на 1,2 и 2,7% соответственно (табл. 3).

Подобно массе отделов тела, под влиянием гипотермии происходило уменьшение морфометрических признаков (табл. 4). У пчел, развивавшихся в течение 1,5 ч при 0°С, длина передних левых крыльев уменьшилась по отношению к контролю в среднем на 2,5%, правых - на 1,8%, а задних - на 3,3 и 2,3% (Р> 0,99). Развитие в течение 20 ч при 25°С отражалось на укорочении передних левых крыльев на 3%, правых - на 2,2% и задних - соответственно на 4,3 и 4% (Р>0,99).

Таблица 4. Морфометрнческие признаки пчел, подвергавшихся на стадии куколки охлаждению в естественной газовой среде (А) или атмосфере СОа (Б); К - контроль

Условия Длина крыльев, мм Длина хоботков, мм

передних задних

левых правых левых правых

МШ Нт. Су, % М±т Нт. Су, % Мш Нт. Су, % М±т Нт. Су, % М±т Нт. Су, %

К 9,34±0,03 9-9,6 1,6 9,31 ±0,03 9-9,7 2,1 6,68±0,03 6,3-7 2,7 6,64±0,04 6,2-7 3,1 б,14±0,03 5,5-6,25 3

А V о о о 9,11±0,05 8,5-9,4 2,9 9,14±0,03 8,5+9,5 2,1 6,46±0,22 6,2-7 2,4 6,49±0,31 6,2-6,9 2 5,15±0,11 4-6 11

Б 8,82±0,07 7,5-9,1 3,1 8,89±0,08 7-9,1 2,9 6,41±0,04 5,9-6,9 4,1 6,45±0,05 5,9-7,1 4,2 4,97±0,19 3,5-6 12

А ВТО сч о о СМ 9,06±0,06 3 8,3-9,3 2,8 9,11±0,10 8,2-9,2 2,7 6,39±0,05 5,5-6,8 3,3 6,44±0,08 5,6-6,7 5,2 5,75±0,13 4,25-5,9 9,6

Б 8,8б±0,07 8,6-9,5 3,6 8,97±0,10 8-9,5 4,9 6,32±0,08 5,9-6,7 5,9 6,34±0,07 5,7-7 5 4,94±0,97 4,7-6 12,4

Под влиянием гипоксии эти различия у пчел, развивавшихся в течение указанного времени при 0°С, возрастали, соответственно, на 5,6; 4,5; 4; 2,9, а при 25 °С - на 5,1; 3,7; 5,4 и 4,5% (Р>0,99). Уменьшению длины задних крыльев в значительной мере соответствовало изменение количества зацепок (табл. 5).

Таблица 5. Количество зацепок на задних крыльях пчел, подвергавшихся на стадии куколки охлаждению в естественной газовой среде (А) или атмосфере СО2 (Б);

К — контроль

Условия Количество зацепок на крыльях

левых правых

М±т Су, М±т Су,

Нт. % Нт. %

К 21,24±0,26 6,3 21,22±0,26 6,4

19-24 19-24

А V 20,23±0,40 10,3 20,29±0,37 9,3

18-23 18,23

Б и 20,16±0,29 7,6 20,19±0,29 7,1

Ъ 19-22 18-23

А р 20,47±0,93 18,6 20,54±0,62 12,8

о 17-23 18-23

Б и о 20,13±0,75 16,3 20,18±0,62 13

<4 19-24 18-24

Охлаждение и гипоксия развивающихся пчел сильнее всего влияли на длину хоботков. Под влиянием охлаждения до 0°С в течение 1,5 ч при свободном доступе воздуха их длина уменьшалась на 16,1%. Под влиянием гипоксии это изме-

нение возрастало до 19,1%. Близкие к указанным изменения происходили под влиянием развития в течение 20 ч при свободном доступе воздуха и в атмосфере СОг, составляя соответственно 16,4 и 19,6 % (Р >0,999).

Влияние гипоксии на взрослых пчел.

Физиологические эффекты анестезии. Анестезия пчел в атмосфере СОг обладает непосредственным и пролонгированным элиминирующим эффектом. Под влиянием разных периодов воздействия С02 (от 30 до 120 мин) гибель пчел варьировала в широких пределах (от 3 - 7 до 23 - 29%) . Увеличение экспозиции анестезии в четыре раза отражалось примерно на двукратном увеличении гибели пчел. Но из-за высокой вариабельности процента элиминации пчел доверительная вероятность различия находилась на низком уровне (Р ~ 0,9).

Пролонгированный элиминирующий эффект гипоксии выражался в наличии сильной связи между экспозицией анестезии пчел и продолжительностью их жизни после активизации. Под влиянием 30-минутной экспозиции в С02 продолжительность жизни пчел по отношению к средней норме уменьшалась в 2.1±0,17, 60-минутной — в 3±0,21 и 120-минутной — в 10,3±1,11 раза.

Время, которое требуется для активизации анестезированных пчел, находится в прямой зависимости от экспозиции анестезии. При этом имеет значение исходное физиологическое состояние пчел. Физиологически молодые пчелы (почти или совсем не участвовавшие в выкармливании расплода) после однократного 30-минутного воздействия С02 активизировались быстрее физиологически старых в 1,29 раза, после 60-минутного - в 1,16 и 120-минутного - в 1,23 раза. В последовательности 30-минутных периодов анестезии в С02 от первого из них к четвертому время, необходимое для активизации у физиологически молодых, возрастало в 1,52, у физиологически старых — в 1,31 раза (табл. 6, 7).

Таблица б. Динамика массы частей тела и продолжительность активизации физиологически молодых пчел в зависимости от экспозиции анестезии в СО2

Гипоксия Продолжительность активизации, мин Масса отделов, мт

ч экспозиция, мин головного грудного брюшного

о а и с М±т Су, % М±т Су, % М±т Су, % М±т Су, %

0 0* - - 12,1 ±0,3 19 37,9±0,5 9,8 52,8±1,8 13

1 30 14,7±0,9 6,4 11,7±0,5 9,1 37,1±0,6 6,6 52,7±2,7 21

2 30 15,3 ±0,6 24 11,4±0,4 9,6 36,5±0,5 7,4 50,4±1,8 19

3 30 20,2±1,1 26 10,9±0,3 8,9 36,1 ±0,8 5,5 48,1±4Д 21

4 30 22,3±1,5 24 10,4±0,6 13,2 35,7±0,8 4,6 47,7±7,1 32

1 60 25,8±0,9 25 10,8±0,2 8,1 36,1±0,3 7,4 48,9±1,1 20

1 120 33,3±1,1 21 10,6±0,3 9,9 35,9±0,6 9,5 48,4±1,5 20

* Исходное состояние

В процессе анестезии происходило уменьшение массы головных, грудных и брюшных отделов. У физиологически молодых пчел под влиянием 4-кратного воздействия С02 головные отделы уменьшались на 14,1%, грудные - на 5,8 и брюшные - на 12%. У физиологически старых эти изменения составляли 16; 13,1 и 14,9%. Масса грудных отделов у физиологически молодых и старых пчел уменьшалась на 5,8; 4,8; 5,3 и 7,2; 5,5; 5,9% соответственно.

Относительно большим изменением массы отличались брюшные отделы физиологически молодых пчел, уменьшавшиеся под влиянием 4-кратного воздействия С02 по 30 мин на 9,7%. В случае однократных 60- и 120- минутных воздействий брюшные отделы уменьшались на 7,4 и 8,3%. Эти изменения у физиологически старых пчел были намного меньше, составляя, соответственно, 4,5 и 8,5%. Однако из-за высокой вариабельности массы брюшных отделов (табл. 6, 7), зависевшей от наполнения медовых зобиков и ректумов, указанные различия у пчел, которые отличались по физиологическому состоянию, имели низкую статистическую вероятность.

Таблица 7. Динамика массы частей тела и продолжительность активизации физиологически старых пчел в зависимости от экспозиции анестезии в СОг

Гипоксия Продолжительность активизации, мин Масса отделов, мг

период экспозиция, мин М±т СУ, % ГОЛОВНОГО грудного брюшного

М±т СУ, % Мш СУ, % М±т СУ, %

0 0* - - 9,4±0,3 17 34,6±0,5 8,4 57,5±2,2 21

1 30 18,9±1,1 27 8,6±0,2 10 33,4±0,9 9,1 56,7±1,9 18

2 30 20,4±1,4 26 8,0±0,2 18 32,6±0,5 9,9 56,3±3,1 29

3 30 22,3±1,7 24 8,1±0,2 17 32,4±1,1 9,6 55,4±1,1 20

4 30 24,8±2,2 23 7,9±0,2 19 32,1±0,5 5,6 54,1 ±2,9 23

1 60 29,8±2,6 19 8,1±0,1 12 32,7±0,3 5,2 54,9±0,9 15

1 120 41,1±2,3 14 8,0±0,1 13 32,2±0,2 4,4 53,6±1,1 16

* Исходное состояние

Влияние на динамику массы головных и грудных отделов однократного 60-или 120-минутного воздействия С02 отличалось от равных по суммарной продолжительности 30-минутных воздействий (табл. 5, 6). Усиление влияния гипоксии прослеживалось при ее одинаковом по продолжительности воздействии с перерывами, в течение которых происходила активизация пчел. Очевидно, сопутствовавшее этому насыщение организма пчел кислородом при резкой смене анаэробного обмена на аэробный усиливало эффективность гипоксии, что выражалось в возрастании необратимых морфофизиологических изменений.

Следовательно, анестезия обладает выраженным летальным эффектом, возрастающим с увеличением продолжительности воздействия С02. иЭ5о обеспечивает

замещение этим газом воздушной среды на 60 мин. Сублетальной эффективностью обладает 120- минутная экспозиция С02. Исходя из этого, биологически нецелесообразна анестезия этим газом искусственно осеменяемых пчелиных маток или рабочих для их временного обездвиживания, что используется в пчеловодстве.

Толерантность к гипо- и гипертермии анестезированных пчел.

Исследование выполнено на разновозрастных пчелах, которых подвергали анестезии в диоксиде углерода, а затем в 100 %-ной атмосфере С02 подвергали охлаждению или перегреву. Установлено, что при свободном доступе атмосферного воздуха минимальной летальной эффективностью (от 8 до 12%) обладало охлаждение пчел до 0°С в течение 6±0,5 ч. В таких условиях около 50% пчел погибало через 55 ч. Все оцепеневшие пчелы погибали через 65-70 ч (рис. 1).

Минимальная гибель оцепеневших пчел, подвергавшихся исходно и в течение жизни при 0°С анестезии диоксидом углерода, происходила через 3=0,5 ч. Средней летальной эффективностью обладало содержание пчел в указанных условиях в течение 43±5 ч. Абсолютная летальная экспозиция не превышала 63 ч (рис. !)•

время, часы

Рис. 1. Зависимость гибели пчел от продолжительности жизни при 0°С (ось абсцисс): А - в условиях кислородного голодания, В - в воздушной среде

С повышением температуры летальная эффективность анестезии пчел диоксидом углерода возрастала. При 25°С около 50% пчел погибало через 4,4±0,4 ч, при 35°С - через 1,7±0,2 ч и при 45°С - через 0,7±0,1 ч, а все они погибали, соответственно ,через 7; 5,5 и 2 ч.

Время, необходимое для активизации оцепеневших и/или анестезированных пчел, варьирует в широких пределах (рис. 2). Под влиянием анестезии пчелам, находившимся при 0°С от 2 до 60 ч, продолжительность активизации возрастала в среднем в 2,2±0,13 раза (Р > 0,999). Пчелы, находившиеся в течение 5 ч в состоянии холодового оцепенения при свободном доступе воздуха, активизировались в среднем за 31,1±3,6 мин. В такой же ситуации после охлаждения в те-

чение 2 сут время активизации составляло 68,7±5,1 мин. Пчелы, подвергавшиеся в течение 5 ч анестезии и охлаждению, активизировались за 56,5±4,9 мин, а в течение 2 сут - за 165±13,7 мин.

Рис. 2. Время, необходимое для активизации пчел, находившихся разное время при 0°С: А - в условиях кислородного голодания, В - в воздушной среде

Пчелы, находившиеся в состоянии анестезии при 25°С в течение 1 ч, в естественной атмосфере воздуха активизировались в течение 22,3±3,1 мин. При анестезии в течение 3 ч время активизации составляло 51,9±4,3 мин. С повышением температуры время активизации анестезированных пчел возрастало. Пчелы, находившиеся в течение 1 ч при 35°С, активизировались в течение 67,4±5,6 мин. На их активизацию после 3 ч жизни в таких условиях требовалось 133,5±8,7 мин. При 45°С пчелы, анестезированные в течение 30 мин, активизировались за 21±1,6 мин, а после 1 ч-за 182±12,8 мин.

Гибель пчел, выживавших после анестезии в течение 60 мин при 25 °С, через 8±0,7 сут составляла 50%. Все пчелы погибали через 14±1,9 сут. Под влиянием анестезии в течение 120 мин 50% пчел погибало через 5±0,6 сут, а максимальная продолжительность их жизни не превышала 8 сут. Гипоксия усиливала элиминирующую эффективность охлаждения до состояния холодового оцепенения. Пчелы, подвергавшиеся охлаждению до 0°С в течение 7 ч при свободном доступе воздуха, погибали через 10±1,5 сут, а анестезированные - через 7±0,9 сут. Увеличение продолжительности холодового оцепенения до 48 ч отражалось на сокращении продолжительности жизни до 3,2±0,5 сут. В случае анестезии продолжительность жизни пчел при 0°С составляла всего 2,1 ±0.4 сут. Пчелы, не подвергавшиеся анестезии и охлаждению, жили в течение 34±2,8 сут.

Таким образом, скорость активизации пчел и элиминирующая эффективность анестезии диоксидом углерода зависит от температуры. Толерантность пчел к гипоксии с повышением температуры понижается. Анестезия диоксидом углерода пчел, оцепеневших под влиянием охлаждения, замедляет восстановление их активности. Отдаленные последствия анестезии выражаются в снижении их жизнеспособности. Поэтому в жаркое время весенне-летнего периода пчеловоду необходимо заботиться не только о защите ульев от перегрева, но и создании условий, обеспечивающих их аэрацию. Она требуется также зимующим пчелам, особенно той их части, которая находясь на периферии гнезда, где может подвергаться интенсивному охлаждению.

ВЫВОДЫ

1. Скорость активизации пчел и элиминирующая эффективность анестезии диоксидом углерода зависит от температуры. Толерантность пчел к гипоксии с повышением температуры понижается. Летальная эффективность анестезии диоксидом углерода возрастает с увеличением продолжительности воздействия СО2.

2. Анестезия диоксидом углерода стимулирует резкое уменьшение массы тела пчел что, сопряжено с потерями воды. Эти процессы интенсифицируются при повышении температуры. В отличие от этого в состоянии холодового оцепенения анестезия замедляет динамику уменьшения массы и содержания воды в разных отделах тела пчел.

3. У пчел, переживших анестезию диоксидом углерода, продолжительность жизни сокращается соответственно увеличению периода, в течение которого пчелы находились а атмосфере СОг.

4. Повышение концентрации С02 в течение развития пчел со стадии предку-колки до имаго отражается на увеличении их гибели, увеличении массы тела и отклонении от нормы морфометрических признаков. Наряду с этим высокие уровни концентрации СОг, достигающие 10-15% обладают выраженным тератогенным эффектом, что выражается в недоразвитии у части пчел хоботков и отсутствии крыльев.

5. Элиминирующая эффективность гипоксии на стадии предкуколки возрастает под влиянием охлаждения до температуры, стимулирующей холодовое оцепенение. Гипоксия оцепеневших пчел усиливает влияние охлаждения на уменьшение у них массы тела и отклонение от средней нормы морфометрических признаков.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Исходя из этого, что под влиянием гипоксии взрослых пчел, биологически нецелесообразна анестезия этим газом искусственно осеменяемых пчелиных маток или рабочих для их временного обездвиживания, что используется в пчеловодстве.

2. По массе тела головных отделов пчел в период, предшествующей зимовке можно прогнозировать исход их зимовки. Уменьшение массы головных отделов

может происходить в гнездах семей с повышенным содержанием С02. Поэтому в период подготовки пчелиных семей к зимовке, когда они выращивают последние предзимние генерации пчел, требуется высокая аэрация ульев.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК

1. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Изменение параметров тела у пчел, развивавшихся в условиях гипоксии // Пчеловодство. 2013. № 10. С. 20-21.

2. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Содержание свинца в теле взрослых и развивающихся пчел, потреблявших корм, загрязненный этим элементом // Аграрная Россия. 2013. № 4. С. 34-36 .

3. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е.Специфические эффекты наркотизации пчел С02 // Пчеловодство. 2013. № 5. С. 19 -20.

4. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Развитие пчел от предкуколки до имаго в условиях гипоксии // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. №. 4. С. 57-58.

5. Еськов Е.К., Еськова М.Д. Спасик С.Е. Изменение массы тела и продолжительности жизни пчел Apis mellifera L. под влиянием наркотизации диоксидом углерода // Журн. эволюционной биохимии и физиологии. 2013. Т. 49. № 6. С. 459-461.

6. Еськов Е.К., Еськова М.Д. Спасик С.Е. Толерантность анестезированных пчел к гипо- и гипертермии // Пчеловодство. 2014. №1. С. 16-17.

7. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Температурная зависимость изменения массы тела и содержания воды в нем у пчел (Apis mellifera L.) при анестезии диоксидом углерода // Сельскохозяйственная биология. 2014. № 2. С. 89-93.

8. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Зависимость развития пчел от продолжительности кислородного голодания на стадии куколки // Аграрная Россия. 2014. № 1.С. 31-34.

Статьи в других изданиях

9. Спасик С.Е. Продолжительность активизации пчел, находившихся разное время в атмосфере диоксида углерода.// Пчеловодство холодного и умеренного климата: Ш Международная V Всероссийская научно-практическая конференция. (Псков, 14-15 августа 2012 г.). Псков: ГНУ Псковский НИИСХ. 2012. С. 2930.

10. Спасик С.Е. Элиминирующая эффективность разных экспозиций наркотизации пчел диоксидом углерода // Современные научные тенденции в животноводстве и экологии: Международная научно-практическая конференция (Киров,13 декабря 2012 г.). Киров: Вятская ГСХА. 2012. С. 167.

11. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Влияние кислородного голодания на развитие пчелы от предкукоки до имаго // Современные проблемы эволюции

и экологии. XXVII Любищевские чтения: Материалы международной конференции (Ульяновск, 5-7 апреля 2013 г.). Ульяновск: УлГПУ. 2013. С. 312-314.

12. Спасик С.Е. Опасен ли для пчел диоксид углерода // Журнал союза Белорусских пчеловодов. 2013. №1. С. 27-28.

13. Спасик С.Е. Развитие пчелиного расплода в условиях кислородного голодания // Аграрный Вестник Верхневолжья. Ивановский ГСХА имени академика Д.К. Беляева. №2. 2013. С. 40-41.

14. Еськов Е.К., Еськова М.Д., Спасик С.Е. Адаптация пчел к кислородному голоданию // Информационно-измерительные диагностические и управляющие системы. Диагностика-2013: Сборник материалов Ш Международной научно-технической конференции (Курск, 14-15 мая 2013 г.). Курск: ФГБОУ ВПО ЮЗ-ГУ. 2013. С. 303-305.

15. Спасик С.Е Влияние повышенной концентрации С02 на развитие пчел // Современные научные тенденции в животноводстве и экологии: Международная научно-практическая конференция (Киров, 12 декабря 2013 г.). Киров: Вятская ГСХА. 2013. С.178-179.

Подписано в печать 23.04.2014 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1,0 п.л. Заказ 138 Тираж 100 экз.

Издательство ФГБОУ ВПО РГАЗУ 143900, Балашиха 8 Московской области

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Спасик, Светлана Евгеньевна, Балашиха

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет»

На правах рукописи

04201458093

Спасик Светлана Евгеньевна

ТОЛЕРАНТНОСТЬ ПЧЕЛ APIS MELLIFERA L. К КИСЛОРОДНОМУ ГОЛОДАНИЮ

Специальности 03.02.08 - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -

доктор биологических наук, доцент М.Д. Еськова

Балашиха 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение 3 Общая характеристика работы 3

2. Обзор литературы 5

2.1. Изменчивость морфометрических признаков пчел 5

2.2. Фенотипическая изменчивость Ю

2.3. Сезонная изменчивость 11

2.4. Внутригнездовая температура и ее влияние на развитие пчел 17

2.4.1. Механизм терморегуляции 17

2.4.2. Температура в зонах локализации развивающихся членов пчели- 19 ной семьи

2.4.3 Влияние температуры на развитие и жизнеспособность пчел 21

2.5. Асимметричность парных органов и систем 24

2.6. Влияние техногенного загрязнения среды на физиологическое со- 27 стояние пчел

2.6.1. Техногенные загрязнения окружающей среды 27

2.6.2. Физиологические эффекты гипоксии 33

2.6.3. Загрязнение среды обитания пчел 35

2.7. Физиологические эффекты гипоксии позвоночных животных 35

2.8. Эффекты гипоксии насекомых ^

3. Материалы и методы проведения исследований 46

4. Результаты исследований 49

4.1. Влияние гипоксии на развитие пчел. 49

4.2. Влияние гипоксии на развитие охлаждавшегося расплода. 56

4.3. Влияние гипоксии на взрослых пчел. Физиологические эффекты 61 гипоксии

4.4. Толерантность к гипо-и гипертермии анестезированных пчел 66

5. Выводы 70

6. Предложения 71

7. Список литературы 72

ВВЕДЕНИЕ

Медоносная пчела освоила зоны умеренного и холодного климата, распространившись вплоть до полярного круга. В этом, наряду с развитием средств регуляции внутри гнездовой температуры (Еськов, 1995), важная роль принадлежит приспособлению к жизни в укрытиях, ограничивающих доступ кислорода. Однако гипоксия влияет на физиологическое состояние взрослых и развивающихся пчел, что выражается увеличении значения дыхательного коэффициента, нарушении возрастной последовательности смены функций и сокращении продолжительности жизни (Еськов, 1995; Еськов, Еськова, 2011; Бкоитопек, Уаукох,1976).

Газовая среда в жилище пчел в период их активной жизнедеятельности зависит от количества расплода и численности взрослых особей. С увеличением числа особей, находящихся на стадии личинки, содержание кислорода в гнезде весной уменьшается, а диоксида углерода возрастает. При прочих равных условиях концентрации диоксида углерода в летнее время резко возрастает при похолоданиях, в результате чего и взрослые пчелы, и развивающиеся пчелы подвергаются гипоксии. При оптимальной внешней температуре концентрация диоксида углерода понижается до десятых долей процента. Минимального значения этот показатель газового состояния среды достигает при жаркой погоде. Высокая температура побуждает пчел аэрировать жилище, для чего они машут крыльями. Активность пчел вентилировщиц и их количество зависит от температуры и концентрации диоксида углерода в гнезде (Еськов, 1992; 1995).

Кислородное голодание на личиночной стадии развития рабочих пчел отражается на уменьшении у них длины хоботков и массы тела, но увеличении содержания в нем жира. У маток, наряду с уменьшением массы тела,

происходит сокращение овариол, что имеет отношение к снижению плодовитости (Еськов, Торопцев, 197В). Кислородное голодание влияет на интенсивность метаболизма и величину дыхательного коэффициента (Еськов, Есько-ва, 2011). Высокие концентрации С02 (от 30% и выше) наркотизируют пчел. Это ускоряет у рабочей особи процессы физиологического старения, а матки утрачивают способность к спариванию (Mackensen, 1947). Остается невыясненным влияние на развивающихся пчел гип-о и гипертермии в условиях кислородного голодания.

У медоносной пчелы, как и одиночно живущих насекомых, интенсивность дыхания находится в прямой зависимости от температуры, понижаясь с ее приближением к верхней границе витального диапазона (Еськов, 1995). Потери воды телом пчел под влиянием гипертермии подвержены возрастной изменчивости (Еськов, Бабкина,1990). В регуляции водного обмена пчел важная роль принадлежит метаболической воде, аккумулируемой в ректумах. Эта вода накапливается в ректумах в то время весенне-летнего периода жизни, когда пчелы из-за неблагоприятной погоды не могут вылетать из улья (Еськов, 1995).

Специфическая особенность медоносной пчелы выражается в высокой толерантности к гипоксии. Действию особенно высоких концентраций СОг пчелы подвергаются в период зимовки, когда интенсивное охлаждение стимулирует их агрегирование в небольшой зоне гнездового пространства (Еськов, 2003) Но гипоксия влияет на интенсивность метаболизма (Еськов, Есь-кова, 2011).

Высокие концентрации диоксида углерода анестезируют пчел. Это может влиять на ускорение физиологического старения рабочих пчел (Skow-ronek, 1976) и маток (Mackensen, 1947). Однако сведения о влиянии на пчел высокий концентраций диоксида углерода носят фрагментарный характер. Поэтому актуальным является изучение закономерностей влияния гипоксии

на развитие, физиологическое состояние и жизнеспособность пчел, а также выявление их толерантности анестезии в атмосфере диоксида углерода.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. ИЗМЕНЧИВОСТЬ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ПЧЕЛ

Виды настоящих пчел. Пчелы рода Apis (настоящие пчелы) включают в себя 6 видов: Apis mellifera, A. indica (A.cerana), A. dorsata, A. laboriosa, А. florea и A. andeniformis. Самый большой ареал занимает медоносная пчела {Apis mellifera L.). Это связано с наличием у этого вида специфических адап-таций к неблагоприятным условиям и накоплению в гнезде больших кормовых запасов. Важное значение имеет высокая внутривидовая дифференциация.

Внутривидовая дифференциация медоносной пчелы.

В настоящее время выделяют 8 подвидов медоносной пчелы: западно-средиземноморский (А.т.intermissiá), северо-сибирский (A.m.mellifera), средневосточный (A.m.meda), фаро-тропический (A.m.adonsoni), капский (A.m.capensis), восточно-северо-африканский (A.m.lamarskii), мадагаскарский (A.m.unicolor) и кавказский (A.m.remipes). Имеются и другие подходы к классификации. Одна из них включает пять внутривидовых структур (Cakau et al., 1985). По этой классификации вид распадается на следующие группировки: европейскую, северо-западную, европейскую, юго-восточную, средневосточную, центрально-южно-африканскую и египетско-суданскую. Ф. Рутт-нер (1969) выделяет всего три группы: европейскую, азиатскую и африканскую. Эти группы имеют множество переходных форм.

В Европейской части России медоносная пчела представлена большим разнообразием рас и популяций, которые по приведенным выше классификациям относятся к той или иной мере к западно-средиземноморским, кавказским, северо-сибирским (по первой из указанных классификаций), европей-

ским северо-западным, европейским юго-восточным (по второй классификации). Четкой дифференциацией отличаются следующие расы, обитающие на территории Европы и принимавшие участие в формировании генотипа пчел Европейской части России, - темные среднеевропейские (A. mellifera mellifera L.), краинские (A. mellifera carnica Polem.), карпатские (А. т. carpatica), украинские степные (А. т. acervorum), серые горные кавказские (А. т. caucasica Gorb.), желтые кавказские (A.m.remipes Gerst) и итальянские (A.m.ligustica Spin).

В изолированных регионах формируются популяции, отличающиеся от исходных рас по комплексу морфофизиологических признаков. В частности, на севере Пермской области локализована прикамская популяция. Она выделяется среди темных среднеевропейских пчел высокой холодостойкостью, более высоким наполнением зобика и, соответственно, преимуществом в использовании обильного и непродолжительного нектаровыделения (Еськов, Петухов, Симанков, 1995; Петухов, Шураков, Коробов, Симанков, 1995; Петухов, Шураков, Еськов, Коробов, 1996).

Темные среднеевропейские пчелы обитают в центре европейской части России и на северо-западе Европы. Эти пчелы были интродуцированы в Сибирь, Северную и Южную Америку (Руттнер, 1969).

Отличительные признаки этих пчел — относительно небольшая длина хоботка, варьирующая преимущественно в пределах 5,7-6,4 мм, ширина 4-го брюшного тергита (3-й в брюшном отделе, 4-й - анатомическом) - от 4,8 до 5,2 мм. Окраска хитина обычно бывает однородной темной. Но иногда встречаются пчелы с небольшими участками тела, имеющими желтую окраску.

К особенностям поведения этих пчел относится высокая активность размножения. Она выражается и в высокой плодовитости маток (до 2000 яиц в сутки) и склонность размножению посредством роения. Запечатывание меда в ячейках отличается у этих пчел тем, что они оставляют воздушное про-

странство (зазор) между медом и крышечками. По этой причине они имеют светлую окраску (ее называют в пчеловодстве "белой печаткой"). Среднеевропейским пчелам свойственна высокая агрессивность (Кожевников, 1929; Алпатов, 1945, 1948; Руттнер, 1969).

В группе темных среднеевропейских пчел выделяются среднерусские пчелы. Эволюция пчел среднерусской породы проходила у северной границы ареала вида Apis mellifera L. D в достаточно суровых климатических условиях. Эти пчелы характеризуются исключительной зимостойкостью, устойчивостью к нозематозу, гнильцовым заболеваниям, а так же к падевому токсикозу. Эти качества позволяют успешно разводить их на севере страны, где безоблетный период продолжается более шести месяцев. Пчелы этой породы отличаются более поздним, но интенсивным весенним развитием. Слабый медосбор не влияет на откладку яиц маткой. Матки этой породы обладают высокой яйценоскостью, и способны увеличивать семью к главному медосбору (до 60 тыс. и более) Такие семьи рекомендуют эффективно использовать при медосборе с липы, гречихи, вереска (Кривцов, 1993; 1995). Благодаря хорошей приспособленности к суровым условиям, среднерусские пчелы рекомендуют для разведения в 52 субъектах Российской Федерации.

Пчелы этой породы распадаются на популяции, многие из которых поглощены в процессе интродукции в их ареалы пчел других группировок. В частности, на территории Башкирии выделялась популяция бурятских пчел (Кожевников, 1931; Шереметьев и соавт., 1965; Шакиров, 1977; Шафиков, 1977; Петров, 1980; Косарев и соавт., 1987). На территории Кировской области была обнаружена кильмезская популяция пчел, отличающаяся высокой зимостойкостью и продуктивностью. Эти пчелы отличались темной окраской дорсальной части груди и брюшка. Вентральная часть этих отделов тела имела бурую окраску (Шабардин, 1954). Эти пчелы были выявлены в шестидесятых годах. Однако они оказались полностью поглощенными под влиянием

интродукции южных популяций, что было установлено исследованиями В.В. Шабалина (1998).

Итальянские пчелы названы по первоначальному местообитанию. В середине 19 в. они были завезены в Германию и США. Для итальянских пчел характерна светлая окраска брюшных стернитов и двух-четырех тергитов. В их части, обращенной к брюшку, имеются желтые полосы. Длина хоботка находится в пределах от 6,3 до 6,7 мм, четвертого тергита - от 4,7 до 5,2 мм. Плодовитость маток достигает 2500 яиц в сутки (Руттнер, 1969).

Итальянские пчелы сформировались в условиях теплого средиземноморского климата. Обладая большой численностью рабочих пчел, семьи итальянских пчел в состоянии собирать большие запасы корма. Одни эти пчелы не приспособлены к длительной зимовке.

В южной части Австрийских Альп и на севере Балкан сформировались краинские пчелы. Они имеют темную окраску тела (серые). Длина хоботка колеблется в основном в пределах от 6,4 до 6,8 мм, четвертого тергита - от 4,7 до 5,1 мм. Суточная яйцекладка матки достигает 2000.

В Западной Украине локализуются карпатские пчелы, сформировавшиеся в процессе расселения Украинских. В связи с этим Украинские и карпатские пчелы имеют во многом сходные морфологические признаки. Длина хоботка находится обычно в пределах 6,3-6,7 мм, четвертого тергита - от 4,4 до 5,1 мм. Те и другие пчелы оставляют воздушный зазор между медом и закрывающей его восковой крышечкой (Аветисян , Губин, Давыденко, 1969).

В высокогорных районах Кавказа сформировались серые горные кавказские пчелы. Эти пчелы отличаются наибольшей длиной хоботка среди среднеевропейских пчел. У серых горных кавказских пчел длина хоботка колеблется от 6,7 до 7,2 мм. Длина четвертого тергита относительно небольшая. Она находится в пределах 4,4-5,0 мм. Матки этих пчел имеют невысо-

кую плодовитость, откладывая за сутки от 1000 до 1500 яиц (Хидешели, Мгедлишвили, 1969).

По данным последних исследований ГНУ Краснополянская опытная станция пчеловодства НИИП Россельхозакадемии выявлена высокая устойчивость серых горных кавказских пчел к холодным климатическим условиям. При разведении серых горных кавказских пчёл в центральных и северных областях прекрасно зимуют, многолетний опыт показал хорошую зимовку кавказянок даже в районах с очень низкой зимней температурой южного Урала, Магнитогорска и Челябинска (Снежногорск), Омска и других районов с морозной зимой. Однако для успешной зимовки требуется повышенное внимание пчеловода при сборке гнезда. Очень чувствительны к примесям пади в зимних кормах. Рейтинг пчёл серой горной кавказской породы остается очень высоким, после среднерусской она является второй основной породой России. ГНУ Краснополянская опытная станция пчёловодства НИИП Россельхозакадемии в настоящее время является широко известным центром разведения пчёл серой горной кавказской породы. Пасеки хозяйства расположены в трех зонах: Черноморского побережья на высоте 50-400 м над уровнем моря с теплым климатом, мягкой зимой и ранней весной; в горной зоне на высоте 400-600 м над уровнем моря с устойчивым снежным покровом, достигающим 1,5 м и с температурами, опускающимися до -15°; в высокогорной зоне на высоте 500-1500 м над уровнем моря (окрестности Красной Поляны, Эсто-Садка и Рудинки по ущельям рек Мзымта и Лаура). Снежный покров достигает здесь 2 м, а температура в отдельные дни снижается до -22°. Пчёлы здесь зимуют на воле. Климат горной и высокогорной зон позволяет вести отбор на зимостойкость, что является важнейшим условием при поставке маток в центральные районы. Горная местность с ущельями и долинами горных рек, ограниченными горами, обеспечивает идеальный контроль над спариванием (Сокольский, 2013).Эти пчелы выделяются среди перечис-

ленных популяций низкой агрессивностью, слабо выраженным инстинктом размножения пчелиных семей посредством роения. Запечатывая ячейки, наполненные медом, пчелы не оставляют между ним и крышечками воздушных зазоров. Прикосновение меда к крышечкам обеспечивает им темную окраску (в пчеловодстве это называется "мокрой печаткой").

Украинская степная пчела имеет некоторые черты, отличающие ее от соприкасающихся с ее ареалом среднерусских и карпатских пчел. Украинской степной пчеле характерна серая окраска. Длина хоботка колеблется от 6,3 до 6,7 мм, 4-го тергита - от 4,6 до 5,1 мм. Плодовитость матки достигает 1800 яиц за сутки. Между медом и крышечками пчелы оставляют воздушный зазор (Билаш, Кривцов, 1991).

2.2. ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Как известно, фенотип (совокупность всех признаков) формируется в процессе взаимодействия генотипа с факторами внешней среды. Для медоносной пчелы важное адаптивное значение имеет сезонная изменчивость. При этом на онтогенетические преобразования влияет качество и количество корма, температура, влажность и другие меняющиеся факторы среды.

Социальная организация медоносной пчелы отражается на специфике ее изменений. Она выражается в изменчивости состояния всей семьи, представляющую собой биологическую единицу, индивидуально подлежащую действию естественного отбора и других элементарных факторов эволюции (мутационному процессу, изоляции и колебаниям численности). Вместе с тем семья представлена отдельными особями, продолжительность жизни которых и их жизнедеятельность, определяется их индивидуальными свойствами. Указанная причина обуславливает необходимость двух подходов к анализу фенотипической изменчивости у медоносной пчелы - изменчивость пчелиной семьи и изменчивость ее членов.

2.3. СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ Изменчивость состава пчелиной семьи.

Семья медоносной пчелы включает в себя матку (самка, обеспечивающая репродукцию рабочих пчел и трутней, а также воспроизводство других маток), рабочих пчел и трутней. Рабочие пчелы и трутни могут находиться на разных стадиях развития. Облигатным условием существования семьи является наличие взрослых пчел. Взрослые пчелы и матка составляют семью в период зимовки, а также в условиях, неблагоприятных для воспроизводства касты рабочих пчел и трутней.

В зонах с умеренным и холодным климатом репродукция рабочих пчел начинается чаще всего в середине - конце зимо