Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
1.1 Особенности внутривидовой таксономии Apis mellifera L 11
1.2 Краткая характеристика среднерусского подвида Apis mellifera L 14
1.3 Краткая характеристика карпатского подвида Apis mellifera L 17
1.4 Жизненный цикл пчелиной семьи в условиях северо-западного Предуралья
1.4.1 Периоды жизненного цикла пчелиной семьи 20
1.4.2 Зимовка пчелиной семьи 30
1.4.3 Особенности зимнего питания пчел 40
1.5 Строение пищеварительного тракта пчел 42
1.5.1 Задняя кишка 46
2. Методы проведения исследований 50
2.1 Отбор и подготовка материала для исследования 52
2.1.1 Оптимизация методики 57
2.2 Методика проведения измерений на срезах 59
2.3 Обработка результатов измерений 61
2.4 Автоматизация обработки материала 63
3. Анализ полученных результатов 66
3.1 Динамика параметров ректальных желез в жизненном цикле среднерусских пчел
3.1.1 Линейные параметры ректальных желез 68
3.1.2 Функциональная активность ректальных желез 74
3.2 Различия показателей ректальных желез между среднерусским и карпатским подвидами 93
3.2.1 Сравнение линейных параметров ректальных желез 79
3.2.2 Сравнение диаметра внутренней полости ректальных желез 84
3.2.3 Сравнительный анализ активности секреторной ткани ректальных желез между подвидами
3.2.4 Сравнительный анализ активности газообменной функции ректальных желез между подвидами
3.3 Значимость полученных результатов 97
Выводы 101
Приложение 103
Cписок литературы
- Жизненный цикл пчелиной семьи в условиях северо-западного Предуралья
- Строение пищеварительного тракта пчел
- Методика проведения измерений на срезах
- Различия показателей ректальных желез между среднерусским и карпатским подвидами
Жизненный цикл пчелиной семьи в условиях северо-западного Предуралья
Пчелы карпатского подвида (A. m. carpathica) сформировались в условиях предгорных и горных районов Карпат, при среднегодовых температурах около +4,5С (Угроватов, 1973), продолжительном и прерывистом медосборе. Данные особенности обуславливают способность пчел данного подвида наиболее полно использовать кормовую базу, собирая нектар со всех доступных медоносов. Высокая выраженность роевого инстинкта в условиях влажного и прохладного климата и, следовательно, нестабильного медосбора снижает силу семьи и количество запасаемых кормов. В случае роения во время или после цветения основных медоносов (третья декада июня) вновь сформированная семья не сможет обеспечить себя запасами кормов, так как значимого цветения медоносов в горных районах во второй половине лета нет.
По этой причине карпатские пчелы склонны роиться до начала главного медосбора (в отличие от среднерусских пчел, склонных к роению во время главного медосбора при малом количестве нектара и большом количестве не занятых рабочих пчел). Инстинкт роения выражен у карпатских пчел слабее, чем инстинкты обуславливающие сбор кормов, семья переходит к сбору кормов даже из состояния подготовки к роению (Губин, 1969, 1970, 1976, 1985).
Пчелы карпатского подвида меньше среднерусских пчел по размерам, менее агрессивны и обладают менее выраженным роевым инстинктом, легко осуществляют самосмену маток.
Зимостойкость карпатских пчел в центральных районах России и Сибири удовлетворительная. Опылительная деятельность пчел по сравнению с другими подвидами отличается широким использованием медоносов разных видов. Карпатские пчелы отличаются меньшей флороспецифичностью и большей склонностью к флоромиграции, чем среднерусские пчелы. Рабочие пчелы карпатского подвида предпочитают медоносы с обильным выделением нектара и пыльцы, легко переключаются с одного вида медоносов на другие (Черевко, 2006).
Окраска рабочих пчел серого оттенка, хоботок 6,3-7,0 мм длины, условная ширина третьего тергита 4,8 мм, масса молодой рабочей пчелы суточного возраста в среднем составляет 110 мг, неплодных маток 185, плодных - 205 мг (Н.И. Кривцов, В.И. Лебедев, Г.М. Туников, 2007). Матки карпатских пчел обладают относительно высокой плодовитостью и откладывают до 1800 яиц в сутки в период интенсивного роста семьи.
Агрессивность карпатских пчел низкая, при осмотре семей даже в прохладную и влажную погоду можно не использовать сетки и дымарь. Пчелы продолжают ульевые работы на извлеченном соте, а матка не прекращает кладку яиц.
Пчелы карпатского подвида отличаются значительной медособирательной предприимчивостью и способны выделять большое количество воска для строительства сотов. Данный параметр у карпатских пчел связывают с большей интенсивностью обмена веществ в отличие от среднерусских пчел (Талипов, 2002; Фрунзе и др., 2009; Лаврский и др., 2011).
Карпатские пчелы обладают хорошей зимостойкостью, хотя и уступают среднерусским. В отличие, от последних, карпатские пчелы в условиях естественного ареала обитания не формируют зимой плотного клуба и имеют возможность осуществлять очистительные облеты. В условиях северозападного Предуралья при затянувшейся зиме ректум карпатских пчел перегружается, а пониженная ферментативная активность каталазы обуславливает быстрое развитие в содержимом ректума патогенной микрофлоры. В результате этого, в условиях севера средней полосы России семьи карпатских пчел могут страдать от опонашивания и значительно ослабляться во время зимовки (Лебедев, 1991; Мурылёв, Петухов, 2010, 2011; Фрунзе, 2007, 2009).
Отрицательными качествами пчел карпатского подвида можно отметить, высокую тенденцию к воровству, которое представляет проблему при работах на пасеке в периоды малого выделения нектара медоносами; незначительное образование прополиса, который в Карпатах пчелами практически не используется. Карпатские пчелы не противостоят размножению в гнездах восковой моли, что требуется учитывать при разведении пчел данного подвида (Гайдар и др., 2001; Комлацкий, Плотников, 2004).
Низкая злобливость и эффективное использование слабых медоносов делают карпатских пчел привлекательными для разведения, однако гибриды между среднерусским и карпатским подвидами демонстрируют меньшие адаптивные способности, в частности к условиям зимовки. Таким образом, при метизации пчел в больших масштабах безвозвратно исчезают их устойчивые особенности, сформировавшиеся в результате длительного естественного отбора (Ломаев и др., 2004).
Строение пищеварительного тракта пчел
При необходимости фиксации большого количества проб становятся ощутимыми сложности классической методики приготовления срезов, связанные с человеческим фактором такие как: необходимость осуществлять перенос материала из одного реагента в другой практически каждый час, при длительности всей обработки составляющей 6-8 часов. Необходимость снижения механического воздействия на фиксируемый материал, который, особенно на парафиновых стадиях проводки, становится довольно хрупким. Необходимость термостатирования парафиновых стадий. Токсичность таких химических веществ как ксилол.
Данные проблемы устраняются за счет автоматизации процесса гистологической проводки. В ходе работы был сконструирован гистопроцессор (аппарат для автоматического осуществления гистологической проводки) с компьютерным управлением, осуществляющий все стадии гистологической проводки и заливку в парафин.
Гистопроцессоры карусельного типа выпускаются и существуют в продаже, однако кроме высокой стоимости их отличает от сконструированного образца ряд особенностей. Сконструированный гистопроцессор уникален тем, что производит не только заливку в парафин но и формирование парафинового блока с препаратом, из которого легко формировать блоки для нарезки. Данный гистопроцессор работает под управлением ПК, программное обеспечение позволяет осуществлять гибкую настройку процесса проводки. В случае необходимости присутствует и возможность ручного управления гистопроцессором как с компьютера, так и независимо от него. Как и любой гистопроцессор карусельного типа данный имеет ограничение на количество обрабатываемых за один раз образцов, однако данное ограничение не существенно для исследовательских работ.
Для гистологической проводки кишечника медоносной пчелы был разработан контейнер особой конструкции, но аппарат может быть использован практически для любых образцов.
Кишечник закрепляется в хромированном двустороннем контейнере, металл и кишечник разделяет тонкий слой парафина (наносимый заранее), который не растворяется до попадания материала в ксилол. Одновременно в контейнер помещается от 8 до 12 кишечников (по 4-6 на каждую сторону). Контейнер крепится к подвижному манипулятору, который опускается в емкости с жидкостями. Ёмкости находятся на вращающемся диске, перекладка материала осуществляется подъемом манипулятора, при котором диск поворачивается и под манипулятором оказывается следующая ёмкость.
Контейнер имеет технические особенности, обеспечивающие равномерное затвердевание парафина не на стенах ёмкости, а начиная с середины ёмкости, что предотвращает образование пустот вокруг материала.
Емкость для заливки в парафин снабжена специальными направляющими, формирующими парафиновый блок.
Блок формируется путем разогрева парафина у стен ёмкости, при этом манипулятор пытается поднять контейнер из емкости. Как только парафин размягчается в достаточной степени, блок по направляющим выскальзывает из емкости. Крепления, фиксирующие материал в контейнере устроены таким образом, что при извлечении их из парафинового блока механическое воздействие на материал отсутствует, повреждения кишечника не происходит.
Благодаря автоматизации кишечник не испытывает механических воздействий в течение всего времени фиксации и обработки. Так как температура парафина контролируется непосредственно в ёмкостях, удается поддерживать его оптимальную температуру, избегая перегрева или преждевременного застывания. Кроме того, способ прикрепления кишечника в контейнере обеспечивает его вертикальное положение, что облегчает последующую работу с материалом.
Термостатирование ёмкостей с парафинами и смесью парафина и ксилола осуществляется независимо, поддержание оптимальных температур обеспечивает максимальную сохранность материала. Так, например, при ручной проводке с выполнением указанных стадий в термостате при перегреве первого парафина ксилол, содержащийся в гистологическом материале, не растворяется в парафине, а закипает, повреждая ткани. После выкипания ксилола ткани сморщиваются и становятся жёсткими. Анализ эпителиальных тканей после этого невозможен. Получаемые парафиновые блоки имеют удобные размеры и пригодны для длительного хранения.
Методика проведения измерений на срезах
В целом динамика изменений объёма секреторной ткани ректальных желез подтверждает выдвинутые выше предположения о наличии у карпатских пчел адаптационных механизмов, отличающих их от среднерусских пчел и не имеющих положительного адаптационного значения в условиях за пределами естественного распространения подвида. Причем эти же адаптационные механизмы, очевидно детерминированные генетически, играют важную роль в условиях естественного ареала распространения карпатских пчел. Аналогично, биологические особенности среднерусских пчел обеспечивают их высокую выживаемость и успешность размножения в условиях естественного ареала распространения. Рассмотрим полученные данные подробно (таблица 9). Как было отмечено выше, для удобства чтения объемные величины приведены в нанолитрах (1 мм3 = 1000 нл).
Итак, полученные данные действительно повторяют сделанные выше предположения. Поскольку размеры среднерусских пчел в целом больше, объём желез так же в основном больший у них.
На фоне этого факта равные объемы ректальных желез в июле свидетельствуют о крайне высокой нагрузке на рабочих пчел карпатского подвида и, следовательно, высокой активности ректальных желез. Огромная разница в объеме желез, характеризующаяся высокой активностью ректальных желез среднерусского подвида и низкой у карпатского, в мае-июне вероятно, следствие интенсивного наращивания численности семьи перед главным медосбором у среднерусских пчел и отсутствия таких механизмов у карпатского подвида, о чём уже было сказано выше. Плодовитость среднерусских пчел по данным А.В. Мурылёва в летний период превышает таковую у карпатских и составляет максимум 2528±286 яиц/сут. у карпатских пчел 1918±225 яиц/сут (Мурылёв, 2014).
Выход из зимующего состояния у карпатских пчел сопровождается изменениями активности секреторной ткани ректальных желез, аналогичными таковым у среднерусских пчел. Причем, если у среднерусских пчел объем ректальных желез увеличивается всего на 24,46% по отношению к объему в течение периода покоя (сентябрь-февраль), то у карпатских пчел за этот период происходит увеличение объема секреторной ткани на 46,8%.
Это свидетельствует о большей физиологической активности ректальных желез, что связано с большей наполненностью ректума каловыми массами, и большей интенсивностью развития в них патогенной микрофлоры. Можно сказать, что условия зимовки: такие как длительный безоблетный период с выведением расплода до очистительного облета, являются для карпатских пчел фактором близким к экстремальным значениям. Т.е. если зима, характерная для климата северо-западного Предуралья для среднерусских пчел является совокупностью экологических факторов лежащих в пределах физиологического оптимума или незначительно отступающих от него, то для пчел карпатского подвида это условия близкие к критическим значениям фактора.
Таким образом, на уровне развития секреторной ткани ректальных желез, находит подтверждение распространенное мнение (Петухов и др., 2014) о большем физиологическом износе (ослаблении) семей пчел карпатского подвида в процессе зимовки.
В мае-июне, как уже было сказано выше, пчелы среднерусского подвида интенсивно наращивают численность семьи, что повышает нагрузку, приходящуюся на отдельную рабочую особь в начале периода. Активность секреторной ткани ректальных желез у среднерусского подвида медоносной пчелы остаётся на уровне показателей весеннего роста семьи (объем уменьшается на 1,7%). Данная особенность обеспечивает эффективное функционирование семьи во время главного медосбора или роение в случае отсутствия выделения значительного количества нектара медоносами. Карпатские пчелы летом имеют меньшую плодовитость и не наращивают численность семьи настолько интенсивно в этот период, активность ректальных желез в промежутке с мая по июнь у них низкая.
Именно по этой причине главный медосбор является тем фактором, к которому карпатские пчелы не адаптированы. Семья среднерусских пчел вступает в период главного медосбора, нарастив численность молодых рабочих пчел. Физиологический износ пчел во время главного медосбора очень интенсивен, но исследуемая нами группа молодых ульевых пчел подвергается в этот период даже меньшим нагрузкам, так как расплода в этот период выращивается меньше, а численность ульевых пчел после интенсивного размножения в июне очень высокая. Снижение нагрузки на организм ульевых пчел отражается уменьшением объёма секреторной ткани на 67,8%, по сравнению с показателями мая-июня. Соответственно, можно говорить о значительно меньшей активности ректальных желез у среднерусского подвида пчелы в июле.
Различия показателей ректальных желез между среднерусским и карпатским подвидами
Период роста численности семьи у среднерусских пчел (май-июнь) сопровождается значительным увеличением полости ректальных желез (до 1,66±0,17 нл, увеличение на 55,14% по сравнению с показателями марта-апреля) при значительно развитой секреторной ткани (11,5±0,69 нл). По этой причине достаточно сложно однозначно судить о функции полости ректальных желез в жизнедеятельности среднерусских пчел летом. У карпатских пчел в мае-июне происходит значительное уменьшение объема секреторной ткани (до 2,9±0,52 нл). При сохранении объема полости соответствующим показателям марта-апреля (1,10±0,228 мм3, без достоверных отличий от показателей марта-апреля). Наблюдаемые особенности данного периода позволяют предположить, что секреторная функция ректальных желез на данном этапе жизненного цикла играет меньшую роль, чем их возможное участие в водном обмене. Поскольку в семьях карпатских пчел не наблюдается резкое увеличение количества откладываемых пчеломаткой яиц перед главным медосбором физиологическая нагрузка рабочих пчел в мае-июне относительно низкая. При этом на фоне низкого медосбора, и высоких температур воздуха возникают достаточно сложные условия, связанные с водным обменом пчел. Причем в соответствии с данными А.В.Мурылева содержание воды в организме рабочих пчел в этот период выше у карпатских пчел, чем у среднерусских (Мурылёв, Липатов, Петухов, 2012; Мурылёв, Петухов, 2012).
Вероятно в данном временном промежутке существующий комплекс адаптаций карпатских пчел, направленный на существование в условиях переменной влажности и скудного медосбора, соответствует условиям окружающей среды. Таким образом, участие ректальных желез в водном обмене, скорее всего, является не просто побочной, а важной функцией, наряду с секрецией каталазы и фосфатазы.
В период главного медосбора объем полости ректальных желез увеличивается на 26,36% (по сравнению с маем-июнем) у пчел карпатского подвида, что объясняется увеличением нагрузки на ульевых рабочих пчел в этот период (в этот же период увеличивается и активность секреторной ткани ректальных желез). Уменьшение (на 55,42% по сравнению с предыдущим промежутком) объема полости у среднерусских пчел в период главного медосбора, вероятно, объясняется теми же факторами, что и снижение объема секреторной ткани в этот период. Анализ показателей объема полости в июне позволяет предположить, что первостепенной функцией полости ректальных желез в этот период является снабжение тканей железы кислородом.
Объём полости ректальных желез карпатских пчел в августе остается большим и имеет максимальное отличие от показателей среднерусского подвида (1,30±0,077 нл, что составляет 171,1% от объема полости желез среднерусских пчел в августе). Данная особенность плохо поддается объяснению, однако её можно связать с особенностями водного обмена карпатских пчел. По данным А.В.Мурылева содержание воды в организме среднерусского подвида медоносной пчелы начинает снижаться и достигает минимальных значений во время зимовки. Причем, содержание влаги в организме карпатских пчел в среднем выше, чем в организме среднерусских. Снижение содержания воды перед зимовкой начинается у среднерусских пчел в августе, а у карпатских в сентябре, в августе же содержание воды близко к показателям июля и июня (Мурылёв, Липатов, Петухов, 2012; Мурылёв, Петухов, 2012).
Таким образом, предположение о роли ректальных желез в водном обмене пчел находит ещё одно подтверждение.
О характере данного участия, опираясь на полученные данные, сложно сделать конкретные предположения. Если рассматривать изменения объёма полости среднерусских пчел, то возникает предположение об участии ректальных желез в экономии воды. На основании же данных для карпатских пчел, можно предположить, напротив, об испарительной функции полости ректальных желез.
Полость ректальных желез однозначно тем или иным образом участвует в водном обмене организма рабочих пчел и в снабжении кислородом секреторной ткани ректальных желез. О соотношении значимости данных физиологических функций и механизмах реализации водного обмена сделать однозначные выводы на основании полученных данных невозможно.