Исследование влияния на репродуктивную функцию пчелиных маток и активность сперматогенеза трутней функциональных кормовых добавок, потребляемых пчелиными семьями

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет 83 с., 9 табл., 6 рис., 117 источника, в т. ч 48 иностр. источники.

медоносная пчела, пчелиные матки, трутни, функциональные кормовые добавки, продуты пчеловодства, поллютанты, эссенциальные элементы

Объекты исследований: медоносные пчелы, пчелиные матки, трутни, сперматогенез, поллютанты, продукты пчеловодства, поведение пчел

Цель работы: изучение влияния широкого комплекса кормовых добавок и микродоз биологически активных веществ на репродуктивную активность пчелиных маток и связанное с этим развитие и продуктивность пчелиных семей.

Результаты исследования. Исследования выполнены в полевых и лабораторных условия. В лабораторных условиях на связи и зависимости между морфометрическими признаками трутней и продуцированием ими спермы, а также влияние аккумуляции в теле химических элементов и активностью сперматогенеза. Исследовали связи между накоплением поллютантов и эссенциальных элементов в медоносной растительности, продукции пчеловодства и теле пчел. В полевых исследованиях изучали влияние функциональных кормовых добавок на репродуктивную функцию маток и активность сперматогенеза у трутней.

Установлено, что применение в подкормках пчелиным семьям функциональных кормовых добавок влияет на повышение репродуктивной активности пчелиных маток и связанную с нею продуктивность пчелиных семей. Эффективность полизина связана с наличием в этом препарате незаменимых аминокислот, способствующих росту и развитию организма. Биологические эффекты ДКВ обуславливается его капилляропротекторными и антиоксидантными свойствами, способствующими активизации обменных процессов.

С этим связано влияние ДКВ на интенсификацию выведения из организма пчел тяжелых металлов. Влияние селена на повышение активности сперматогенеза у трутней объясняется его участием в антиоксидантной защите организма, регуляции таких процессов, как клеточная пролиферация, транскрипция генов, репарация ДНК и дифференцировка половых клеток. Селен наряду с полизином и ДКВ, ускоряющими обменные процессы, способствуют реабилитации пчел, подвергавшихся воздействиям акарицидных препараторов. По влиянию на процессы физиологического старения пчел, определяющих их жизнеспособность в условиях возрастающего техногенного прессинга, испытанные биологически активные препараты ранжируются в следующем порядке – ДКВ, селен и полизин.

Перечень сокращений и обозначений

В настоящем отчете о НИР применяют следующие сокращения и обозначения:

Тяжелые металлы — ТМ

Содержание элемента в пробе (в 1 кг число миллиграмм) – мг/кг

Число микрограмм элемента в килограмме – мкг/кг

Число миллиграмм элемента в литре раствора – мг/л

Число микрограмм элемента в литре раствора – мкг/л

Коэффициент биологического поглощения – КБП

Дигидрокверцетин – ДКВ

Йодсодержащая кормовая добавка для пчел (в 1 мг препарата содержится 7 мкг йода – VitaBeeN

Cv – коэффициент вариации

n – число особей в выборке

Lim – границы

σ – среднее квадратическое отклонение

Р — уровень доверительной вероятности

НСР — наименьшая существенная разница

К – контрольный вариант опыта

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире в последние годы отмечается массовая гибель семей медоносной пчелы (Масленникова, 2014; Королев, 2015; Ильясов, 2017; Claudianos C, et al., 2006; Cox-Foster, 2007; Burgett, 2009; Dainat, 2012). Во многих случаях гибель пчелиных семей происходит в результате внешне немотивированного осенне-зимнего слета пчел. Они в дневное время при относительно низкой температуре поодиночке покидают улей, оставляя кормовые запасы. В семьях, слетающих в осенний период, в гнездах нередко остается расплод и большое количество кома (Еськов, Еськова, 2018, 2019).

Одна из причин осенне-зимних слетов пчел связана с аккумуляцией в их теле поллютантов при потреблении корма, загрязненного токсическими веществами. Они накапливаются в теле пчел после их прекращения вылетов из улья. Критический уровень поллютантов, модифицирующих поведение пчел, зависит от их токсичности. В частности, критический уровень для свинца составляет 1,6 ± 0,1 мг/кг, а для более токсичного элемента – кадмия 0,5–0,6 мг/кг (Еськов, Еськова, 2019).

Кснижению потенциала развития пчелиных семей, очевидно, имеет отношение, нередко обнаруживаемое при искусственном осеменении маток, отсутствие спермы у трутней, достигающих половой зрелости. Предполагается, что нарушения сперматогенеза у трутней связаны с заболеванием пчелиных семей варроатозом (Collins, Pettis, 2001), аномалиями индивидуального развития (Schlüns et al., 2003), возрастными изменениями и генетическими отклонениями (Rhodes et al. 2011; Koeniger, 2015). В результате матки, вылетая на спаривание, недополучают необходимое количество спермы, что снижает их потенциальную воспроизводительную функцию (Gontarzi et al., 2016).

Брачные вылеты маток начинаются в 7–9-дневном возрасте и завершаются к 30-дневному возрасту. Вылеты маток на спаривание происходят в безветренную погоду при температуре не ниже 20 ^оС (Гайдак, 1969). При благоприятных погодных условиях за несколько вылетов из улья матка спаривается с 10–15 трутнями (Тряско, 1956). Репродуктивная продолжительность жизни маток определяется количеством жизнеспособной спермы, заполняющей семяприемники. От этого зависит воспроизводство рабочих особей, обеспечивающих функционирование пчелиных семей.

На снижение жизнеспособности пчел, как и других сельскохозяйственных животных, влияет техногенное загрязнение окружающей среды. Наибольшему загрязнению тяжелыми металлами подвергаются кормовые участки пчел, находящиеся вблизи автомагистралей и предприятий тяжелой промышленности. Тяжелые металлы накапливаются в цветочной пыльце и нектаре, которые перерабатываются в пергу и мед (Temizer K, 2018). Поллютанты, потребляемые с кормом, усиливают процессы свободнорадикального окисления. Этим обуславливается целесообразность применения препаратов, содержащих антиоксиданты. Их эффективность доказана экспериментально и подтверждается применением в производственных условиях на разных видах животных (Roman, Popiela-Pleban, 2016).

Наряду с химическими поллютантами организм животных подвергается действию геомагнитных бурь, относящиеся к одному из важнейших элементов космической погоды. Они влияют на физиологическое состояние, воспроизводительную функцию и поведение организмов, населяющих Землю. В периоды магнитных бурь изменяется локомоторная активность и размножение животных. Магнитные бури посредством воздействия на нервную систему влияют на изменение физиологического состояния, что может порождать неадекватное реагирования на естественные внешние стимулы. Болезни усиливают отрицательные эффекты вариаций ГМП. В последние годы сильно возрос электромагнитный фон антропогенного происхождения, который в некоторых биологических ситуациях может существенно влиять на развитие и физиологическое состояние животных.

Исходя из изложенного, следует учитывать влияния на организм животных широкого спектра отрицательных факторов – от химических веществ до электромагнитных колебаний разной модальности. Поэтому необходимо использование биологических препаратов, повышающих адаптивность животных и к химическим, и электромагнитным повреждающим воздействиям.

К эффективным средствам стимуляции роста и развития животных, повышающих их устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям, относятся естественные метаболиты – витамины, ферменты, незаменимые аминокислоты, микроэлементы, гормоны и другие препараты, обладающие стимулирующей эффективностью (Фомичев и др., 2018; Vertuani et al., 2004; Del et. al., 2004; Bjelakovic et.al., 2007; Sayin et al., 2014). Их применение приводит к ускорению развития животных, повышению их жизнеспособности и продуктивности (Свечин и др., 1990; Бледнов, 1995; Анисова, 2000). Однако витамины не относятся к лечебным средствам. Исключение составляют случаи применения витаминов при авитаминозе (Hansen et al., 2014; Jacobsa et al., 2015).

Настоящей работой предпринято изучение эффективности применения биологически активных веществ, способствующих повышению адаптивности пчел к широкому спектру отрицательного воздействия. Актуальность этих сведений обуславливается наблюдаемой в последние годы массовой гибелью пчелиных семей и низкой активностью сперматогенеза трутней медоносной пчелы.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Природная среда подёргается прогрессивно возражающему физическому и химическому воздействиям, нарушающим нормальное функционирование живых организмов. Из физических факторов угрозу безопасности жизнедеятельности представляет расширение сети беспроводной передачи, телевидения, радиолокации и Глобальной сети мобильной связи. Биологическая опасность использования этих средств связана с генерацией высокочастотных электромагнитных полей (ЭМП). Локальную опасность для пчел представляют высоковольтные линии электропередачи.

Химические загрязнения сопряжены с расширяющимся использованием химических препаратов в сельскохозяйственной практике. Большой вклад в загрязнение среды тяжелыми металлами вносят предприятия тяжелой индустрии и автомобильный транспорт. Это приводит к химической деформации биосферы, что проявляется в перераспределении природных веществ, их концентрировании, нарушении геохимических циклов миграции веществ.

1.1 Биологические эффекты высокочастотных ЭМП

Наметившуюся в последние годы массовую гибель пчел («коллапс») связывают с расширением Глобальной сети мобильной телефонной связи, использующей в качестве не-сущих частот сантиметровые волны в диапазоне 0.4 – 1.88 ГГц (СВЧ-излучение).

Поглощение биологическими объектами СВЧ-излучений определяют по нагреванию всего организма или участка его тела. Под влиянием поглощения мощности излучения около 1 Вт/см² темпера участка тела возрастает примерно на 1–2 ^оС. По санитарным нормам мощность СВЧ-излучения ограничивается несколькими единицами или десятками мкВ/см². Предельно допустимый уровень (ПДУ) СВЧ-излучения определяется по SAR (Specific Absorption Rate). SAR – удельный коэффициент поглощения электро- маг-нитного излучения организмом человека. При этом величина SAR зависит от частоты. На частоте 900 МГц этот показатель может быть выше, чем на 1800 МГц на 100–200%.

Принятые в США и Европе стандарты определения величины SAR базируются на нормировании микроволнового излучения от сотовых телефонов на термическом эффекте, контролируемом по нагреванию тканей организма человека. Однако опасность представляют эффекты нетермического воздействия. Среди них немаловажное значение, очевидно, имеет то, что мобильные телефоны стандарта GSM (глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени и частоте) осуществляют передачу информации импульсами, скомпонованными в блоки, каждый из которых состоит из 8 импульсов. Но каждый абонент имеет доступ только к одному из восьми этих импульсов. Семью другими импульсами на данной частоте одновременно могут пользоваться другие абоненты. Продолжительность одного GSM-блока составляет 4.616 мс. Поэтому частота пульсации мобильного телефона составляет 216.6 Гц (1:4.616 мс), т.е. около 217 Гц. Генерации каждого восьмого импульса сопутствует пропорциональное выделение энергии. Если номинальная мощность сотового аппарата составляет 2 Вт, то мощность, выделяемая им при каждом импульсе, составит 0.25 Вт (2 Вт:8).

Поскольку блоки импульсов связи между мобильным телефоном и базовой станцией группируются в мультиблоки, включающие 26 повторений, сотовые телефоны генериру-ют вторую частоту. Она рассчитывается по соотношению 217:26 и составляет 8.35 Гц. А некоторые мобильные телефоны, работающие в энергосберегающем режиме (DTX), генерируют еще и третью частоту – 2 Гц.

Низкие частоты, генерируемые мобильными телефонами, могут оказывать, повреждающее действие на функционирование центральной нервной системы. Это обуславливается тем, что низкие частоты, порождаемые средствами сотовой связи, совпадают с частотами естественной биоэлектрической активности головного мозга человека. Частота 217 Гц совпадает с гамма-ритмом мозга, 8.35 Гц – с альфа-ритмом и 2 Гц – с дельта-ритмом (Анохин, 1998; Свидерская, 1987; Янсен, 1991). Вероятно, резонансное взаимо-действие между биоэлектрической активностью мозга и низкочастотными колебаниями ЭМП может порождать физиологические аномалиям функционирования мозга человека. Не исключено, что функционирование высокоразвитого мозга медоносной пчелы, подоб-но мозгу человека, нарушается под действие низкочастотных ЭМП мобильной телефонии.

Исследования на простейших. В специальных исследованиях на лабораторной популяции инфузорий (Spirostomum ambiguum), культивированных в пробирках с водой при температуре 20 ± 1 ºС изучали биологические эффекты, излучений частотой 1 и 10 ГГц нетепловой интенсивности. В этих исследованиях наряду с изучением влияния ЭМП на активность инфузорий предпринята попытка выявления отдаленных последствий этого стимула (Иголкина и др., 2009).

Установлено, что ЭМП изучаемых частот в пределах мощностей, не превышающих тех, что используются в мобильной телефонной связи, ра-диолокации и телевидении влияет на двигательную активность инфузорий. Она не изменяется в течение 7-часового воздействие ЭМП частотой 1 МГц интенсивностью 5 мкВт/см². Но резное понижение двигательной активности инфузорий ⁓ 40% происходит после 8-часовой экспозиции в ЭМП. После этого дальнейшего изменения двигательной активности не наблюдается.

В ЭМП интенсивностью 10 мкВт/см² активность инфузорий практически не меняется в течение 30 мин. Ее резкое понижение на ⁓ 40% происходит через ⁓ 45 мин. В дальнейшем в течение последующих 10 ч наблюдений понижение двигательной активности варьировало в пределах 45 – 62%.

Увеличение мощности излучения до 50 мкВт/см² сокращало продолжительность периода действия ЭМП, в течение которого резкого изменения локомоторной активности инфузорий не происходило. Она изменялась в среднем на 45% под влиянием 10-минутной экспозиции в ЭМП и варьировала небольших пределах в последующие 50 мин.

Сходное влияние на двигательную активность инфузорий оказывало ЭМП частотой 10 ГГц. При интенсивности 5 мкВт/см² через 8 ч происходило резкое понижение двигательной активности инфузорий на ⁓ 40%. Примерно такой уровень их активности сохранялся в течение следующих 8 ч наблюдений. Увеличение интенсивности ЭМП до 10 и 50 мкВт/см² сокращало время, после которого происходило резкое понижение локомоций до 45 и 10 мин.

Прослежено наследование эффекта воздействия ЭМП в ряду поколений инфузорий, Для этого у инфузорий, подвергавшихся воздействию ЭМП, контролировали изменение активности на ЭМП частотой 10 ГГц с интенсивностью 10 мкВт/см², через 4, 14, 21 и 30 сут. Во всех случаях понижение активности прослеживалось через 4 ч. За 4 сут сменялось как минимум одно поколение, за 30 – до 12 поколений (продолжительность клеточного цикла у S. ambiguum составляет 2–3 сут).

ЭМП влияет не только на понижение локомоторной активности инфузорий, но и их жизнеспособность. Признаки снижения жизнеспособности выражаются в развитии у этих простейших аномалий и нарушении стереотипности двигательных поз. Судорожные деформации тела наблюдаются у 5–7% особей непосредственно после воздействия ЭМП. После возникновения аномалий в поведении инфузории вскоре погибают.

Поскольку в исследованиях на инфузориях применялись ЭМП слабой интенсивности, то влияние температурного фактора (разогрева) можно исключить с высокой вероятностью. К вероятным физиологическим механизмам действия ЭМП можно отнести опосредованное действие воды или изменение концентрации активных форм кислорода, участвующих в биохимических реакциях. В результате возможны окислительные повреждения нуклеиновых кислот, белков и жиров.

Итак, инфузории с некоторой задержкой реагируют изменением локомоторной активности на ЭМП. Из этого следует, что ЭМП мобильной сотовой связи воспринимается простейшими и влияет на их физиологическое состояние.

Исследования на насекомых. На пчелах предпринимались попытки зарегистрировать реагирование пчел на включение мобильных телефонов, установленных в улье. В одном из таких исследований (Harst et al., 2009) отмечалось, что включение телефона дезориентировало пчел, подлетающих к улью. Но пчеловод нередко пользуется мобильной телефонной связью, находясь на пасеке, и это не влияет на летную активность пчел.

Даниил Фавр (Favre, 2011) использовал метод акустической диагностики состояния пчелиных семей для выявления их реагирования на включение в режиме переговоров телефонов, помещаемых в ульи. В результате автор отмечал случайные акустические всплески, сходные с пением маток, что нельзя принять за ответные реакции пчелиных семей, т. к. в них не было конкурирующих маток. Представленные Д. Фавром исходные спектры звуков пчелиных семей и их изменения при включении телефонов также не соответствовали естественной структуре звуков генерируемых пчелиными семьями в ответ на различные физические воздействия и в т. ч. на низкочастотные электрические поля (Еськов, 1979, 1992).

У пчел не обнаружено достоверных доказательств влияния Глобальной системы мобильных телекоммуникаций и СВЧ-излучений включенных мобильных телефонов, на репродуктивную функцию пчелиных маток. Но на дрозофиле (Drosophila melanogaster) обнаружено существенное понижение ее репродуктивной активности под воздействием СВЧ-излучений с несущей частотой 900 МГц. Мух, находившихся в пробирке, подергали воздействию антенны мобильного телефона в течение 6 мин на стадии имаго в возрасте 2–5 сут. Мощность излучения, генерируемая телефоном, зависела от режима его работы. Под влиянием работы телефона в ждущем режиме плодовитость мух понижалась на 15–20, а в активном (в течение переговоров) – на 50–60% (Димитрис и др., 2004). Следова-тельно, модуляция несущей частоты сигнала человеческим голосом увеличивала влияние СВЧ-облучения. Могли также иметь значения низкочастотные пульсации мобильного те-лефона, связанные с использованием пульсирующей системы связи.

Влияние ЭМП на репродуктивную функцию мух возможно связано с уменьшением содержания в их теле запасных питательных веществ. На это указывают исследования на рыбе теляпии, подвергавшейся действию ЭМП. У теляпии это приводило к значительному уменьшению в теле белков, липидов и золы. Матку медоносной пчелы, в отличие от плодовых мушек и теляпии, рабочие пчелы в период яйцекладки обильно снабжает высококалорийным кормом – маточным молочком. Однако СВЧ-излучения могут влиять на снижение плодовитости в результате расходования запасных питательных веществ.

СВЧ-излучения могут провоцировать слеты пчелиных семей. Пчелиные семьи в последние годы стали слетать без видимых причин в конце осени начале зимы во время зимних оттепелей. Позднее осенние и зимние слеты пчелиных семей отличаются от слетов, происходящих в летнее время. Летние слеты побуждаются воздействием неблагоприятных экологических условий и особенно скудностью кормового участка, а также несоответствием гнезда или всего жилища биологическим потребностям пчелиных семей. По стратегии поведения летние слеты пчелиных семей представляют собой их переселение в новые жилища, заранее подобранное пчелами-квартирмейстерами, что сходно по своему выражению с социотомией (роением). При этом все взрослые пчелы переселяются одновременно.

Спонтанное покидание пчелами своих жилищ, в отличие от социотомии и слетов переселения, происходит в течение длительного времени. В течение периода слета из жилища вылетают отдельные или небольшие группы пчел. Они не совершают облеты, а направляются преимущественно по прямолинейной траектории, удаляясь от жилища подобно пчелам-фуражирам. Но в отличие от них не предпринимают попытки возвращения в жилище. Это в значительной мере исключается тем, слеты происходят осенью и зимой в периоды оттепелей при температуре, стимулирующей холодовое оцепенение. Поэтому пчелы, вылетевшие из гнезда, быстро цепенеют, а затем погибают. Стратегия осенне-зимнего слета пчел, а именно постепенный вылет из улья отдельных особей, затрудняет выявление пчеловодом слетающих пчелиных семей.

К аномалиям поведения, которые обычно предшествует слетам, относится стремление больших групп пчел в теплое время годичного цикла жизни пчелиных семей собираться за пределами гнезда – под дном улья или под крышей. Эти пчелы в течение нескольких дней, а иногда недель остаются в малоподвижном состоянии. Их практически невозможно вернуть к нормальному внутригнездовому функционированию. После искусственного возвращения в гнездо, они вскоре вновь собираются за пределами гнездового пространства.

Приняв, что многократные и длительные воздействия на пчел слабых СВЧ-излучений мобильной сети связи, влияют на затухание у них ориентировочных условных рефлексов, можно объяснить осенне-зимние слеты пчел. Осенью после прекращения полетов исключается возможность подкрепления условного рефлекса на местоположения своего жилища, которое пчелы запоминают в процессе ориентировочных облетов, совершаемых во время первых вылетов из улья. Облеты требуются пчелам после возобновления полетов, прерванных неблагоприятными погодными условиями. То обстоятельство, что из группы пчелиных семей, расположенных на одной территории слетают только некоторые из них, вероятно, обуславливаются широким диапазоном естественной изменчивости их толерантности к СВЧ-полям.

Пчелиные семьи подвергаются воздействию базовых станций или вышек сотовой связи на протяжении всего годичного цикла их жизни. На отдельных особей воздействие передатчиков базовых станций и других излучателей ЭМП возрастает в течение весеннего сезона, когда летная активность пчел достигает максимума. В отличие от радиолокаторов, радио- и телепередатчиков, мощность базовых станций сотовой связи невелика, варьируя от нескольких до десятков Ватт. Но особенность этой связи заключается в том, что общая зона, делящаяся на ячейки (соты), перекрывается, образуя сеть, которая на ровной поверх-ности без застройки имеет вид шестиугольных ячеек. В таких условиях летающие пчелы постоянно подвергаются воздействию одной или нескольких базовых станций. Радиолокаторы и другие мощные источники ЭМП имеют ограниченное распространение и потому не представляют для пчел большой угрозы.

Пчелиные семьи, находящиеся вблизи базовых станций, подвергаются интенсивному воздействию генерируемых ими ЭМП. Стенки улья не зачищают от СВЧ-полей, но с удалением от стации мощность излучения, проникающего в улей, понижается. Без изменения расстояния до станции снижению электромагнитной энергии, поступающей в пчелиное гнездо, способствует использование отражающих экранов. Эффективность экранирования (экранное затухание) представляют в логарифмических единицах — децибелах (дБ). ЭМП в диапазоне частот от 30 МГц до 400 ГГц металлический лист, толщиной 1.4 мм, снижает примерно на 100 дБ, тонкая алюминиевая или медная фольга – на 80 дБ, сетка стальная тканевая – на 30 дБ (Грачев, Мырова, 2005). Поэтому, если вблизи пасеки находится вышка мобильной сети телефонной связи, ульи следует защищать экранами, устанавливая их со стороны улья, обращенной к вышке.

Таким образом, несмотря на неудачные попытки регистрации ответных реакций пчел на ЭМП, генерируемые мобильными телефонами и СВЧ-поля базовых станций, нельзя исключать их непосредственных и, тем более, отдаленных физиологических последствий. Судя по результатам биологических эффектов слабых СВЧ-излучений, они при многократных повторных воздействиях на организм могут обладать кумулятивным эффектом (Пресман, 1968). Поэтому, слеты и другие аномалии поведения пчел, вероятно, связаны с затуханием под влиянием многократных воздействий СВЧ условных рефлексов, приобретенных в онтогенезе, что обуславливается разрушением электрофизических, химических и морфо-логических структур головного мозга. Сходное явление обнаружено у крыс, подвергав-шихся СВЧ облучению. У них происходило затухание условного рефлекса на звуковой стимул, ассоциирующийся с пищевым подкреплением (Кицовская, 1954). Подобно этому воздействие на собак слабых дециметровых волн приводило к угнетению условных рефлексов и увеличению латентных периодов, предшествующих развитию мотивированного реагирования (Лобанова, 1964). Слабые СВЧ-излучения, возможно, влияют на иммунную систему, что обнаружено у млекопитающих (Fesenko et al., 1999).

1.2 Отношение пчел к низкочастотным ЭМП

В системе коммуникаций и пространственно ориентации пчелы используют ЭП. Они способны генерировать и воспринимать ЭП (Еськов, 2013). Минимальная напряженность переменного ЭП, воспринимаемая пчелами, зависит от его частоты. Максимальной эффективностью обладает ЭП частотой 500 Гц. На этой частоте порог чувствительности пчелиной семьи, содержащей 14 ± 0,4 тыс. пчел, составляет 0,45 ± 0,05 кВ/м. При понижении частоты до 10 Гц или ее повышении до 5 кГц порог чувствительности возрастает соответственно до 0,95 ± 0,15 кВ/м и 5,9 ± 1,3 кВ/м.

Для восприятия ЭП пчелы используют специализированные механорецепторы и/или неспецифические структуры. Один из механизмов восприятия ЭП основан на использовании первичных преобразователей механорецепторных органов. Под действием низкочастотных ЭП колеблются волоски быстроадаптирующихся трихоидных сенсилл, расположенных между фасеточными глазами и затылочным швом, и антенны.

Антенны пчелы в низкочастотном ЭП совершают колебательные движения в латеральной плоскости тела. Максимальное отклонение антенн статически незаряженной пчелы происходит под действием ЭП частотой ~50 Гц, а заряженной любым знаком – на частоте ~100 Гц. У незаряженной пчелы ЭП напряженностью 70 кВ/м отклоняет антенны примерно на 3о. Двукратное увеличение угла отклонений антенн происходит в ЭП напряженностью 95 кВ/м. При прочих равных условиях наличие на теле пчелы статического заряда влияет на увеличение угла отклонения антенн.

Неспецифический механизм восприятия ЭП основан на раздражении наведенными токами, протекающими в местах контактирования пчел друг с другом и/или токопроводящими поверхностями. Частотная характеристика чувствительности к ЭП определяется в основном величиной наводимого им тока и эффективностью его контактного действия. Поскольку ток наводится в покровах тела, характеризующихся высоким сопротивлением, то величина наводимого тока нелинейно связана с частотой ЭП.

Величина наводимого тока достигает максимума на частоте ~ 500 Гц, что согласуется с областью наибольшей чувствительности пчел к ЭП. Повышение частоты ЭП отражается на уменьшении чувствительности к току. Поэтому с повышением частоты за пределы 500 Гц порог восприятия ЭП резко возрастает (чувствительность падает). При понижении частоты ЭП порог чувствительности плавно понижается. Но под действием постоянного ЭП ток не наводится. Поэтому пчелы не реагируют на ЭП постоянного тока.

Пчелиные семьи помещают иногда в просеках высоковольтных линий электропередач, которые зарастают медоносной растительностью. Но ЭП линий электропередачи возбуждает пчел. Они повышают внутригнездовую температуру и концентрацию СО₂. Значительная и продолжительная дестабилизация микроклимата пчелиного гнезда происходит под действием ЭП напряженностью 20 кВ/м. За 15 мин такого воздействия на семью, содержащую ~ 35 тыс. пчел, температура в центре гнезда повышается от 33,7 – 34,6 ^оС до 42,1–43 ^оС., а концентрация СО² – от 0,3–0,4 до 3,8–4,9%. Сходные изменения микроклимата улья происходят у пчел, помещенных под высоковольтные линии электропередачи. К тому же понижается продуктивность пчелиных семей. У них понижается активность пчел-фуражиров.

Таким образом, пчелы генерируют, воспринимают и используют электрические поля. Но поля высокой напряженности дестабилизируют внутригнездовой микроклимат и сильно возбуждают пчел. Это нарушает нормальное функционирование пчелиных семей. При размещении пчелиных семей вблизи высоковольтных источников напряжения необходимо экранировать ульи (Еськов, 1992). Для этого достаточно заземлять металлические крыши.

1.3 Биологические эффекты химических поллютантов

Накопление в биосфере поллютантов приводит к нарушению химического равновесия между биофильными и биофобными элементами. В поверхностные слои литосферы вовлекаются тяжелые металлы и радиоактивные элементы, которые включаются в миграцию и нарушают устойчивость экосистем вплоть до полного их исчезновения. Кроме того, в биосферу поступают ксенобиотики – синтетические вещества, которые не имеют аналогов в природе и для которых практически не существует деструкторов. Даже в случае крайне медленного разложения подобных соединений под действием внешних факторов и микроорганизмов возникают чрезвычайно токсичные продукты распада, т.е. протекает процесс токсификации (Кайгородов, 2010).

Компоненты биогеоценозов, в том числе живые организмы, обладают химическим составом, отражающим геохимические особенности территории. Между всеми компонентами биогеоценоза происходит постоянный обмен веществом и энергией, в связи с чем, стабильность химического состава среды обитания является необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом (Добровольский, 1998).

Многие токсиканты способны к биоаккумуляции, которая усиливается в пищевой цепи и представляет угрозу здоровью человека. К особенно опасным последствиям загрязнения относится снижение почвенного плодородия и ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Среди живых организмов высшие растения в силу прикрепленного образа жизни в большей степени подвержены влиянию загрязнения. Стойкие органические загрязнители хорошо растворяются в жирах и накапливаются в тканях живых организмов в концентрациях, в десятки тысяч раз превышающих фоновые уровни (Майстренко, Клюев, 2004).

Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). Считается, что именно ТМ являются наиболее токсичными элементами для живых организмов, в том числе для растений (Foy et al., 1978). Их токсичность обусловлена определенными физическими и химическими особенностями: электронной конфигурацией, электроотрицательностью, ионизацией, величиной окислительно-восстановитель-ного потенциала, сродством к отдельным химическим группам, а также способностью проникать через клеточную оболочку и образовывать прочные соединения на поверхности и внутри клетки (Кожанова, Дмитриева, 1989).

Среди ТМ более 10 из них признаны приоритетными загрязнителями биосферы из-за их высокой токсичности, широкой распространенности и способности накапливаться в пищевых цепях (Добровольский, 1983; Гуральчук, 1994; Башкин, Касимов, 2004).

Термин «тяжелые металлы» был впервые употреблен еще в 1817 году немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin), который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие металлы и тяжелые металлы (Habashi, 2009). К тяжелым металлам было отнесено 25 элементов с плотностью от 5.31 до 22.00 г/см³

Однако до настоящего времени не существует единого понимания, что же такое «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – Международный союз теоретической и прикладной химии) за 2002 год отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное толкование из-за противоречивых определений. К настоящему времени выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. Среди них: плотность, атомный вес и атомное число. Тем не менее, словосочетание «тяжелые металлы» часто рассматривается с природоохранной точки зрения (Duffus, 2002), и тогда при включении элемента в эту группу учитываются не столько его физические и химические свойства, сколько биологическая активность, токсичность для живых организмов, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы.

Обычно к ТМ относят элементы, обладающие свойствами металлов или металлоидов, имеющие плотность более 5 г/см3, атомную массу свыше 40 Да, атомное число 23 и выше (Кузнецов, Дмитриева, 2006).

ТМ, загрязняющие почву, могут поглотиться растениями и по пищевой цепи поступать в организмы разных видов животных, включая и человека. Изучение ТМ в начальных звеньях пищевой цепи – почве и растениях предусматривает решение частных вопросов, таких как фоновая концентрация и подвижность ТМ в почвах; содержание их в растениях в норме; количество и формы ТМ, поступающих в почву при загрязнении; влияние их концентраций на урожай и минеральный состав растений. Пыль, накапливающаяся вблизи наиболее загруженных автомагистралей, содержат ТМ в повышенных концентрациях, которые могут в значительных количествах накапливаться в системе почва — растение» (Шашурин, Журавская 2007).

Среди ТМ имеются элементы, необходимые для жизнедеятельности растений (микроэлементы), а также элементы, функциональная роль которых в настоящее время неизвестна (Clemens et al., 2003). Микроэлементы (Co²⁺, Cr²⁺, Сu²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ и Zn²⁺) участвуют практически во всех процессах, проходящих в растительной клетке: энергетическом обмене, первичном и вторичном метаболизме, гормональной регуляции, передаче сигнала и др. При этом 25-50% всех белков функционируют только в присутствии ионов металлов (Blindauer, Schmid, 2010), из них наибольшее количество (более 1200) функционально связаны с цинком (Krämer et al., 2007; Hänsch, Mendel, 2009; Husted et al., 2011). Некоторые металлы, как микроэлементы присутствуют в качестве кофакторов в молекулах целого ряда ферментов. Обычно концентрации микроэлементов в растениях невелики (0.001% от сухой массы клетки и ниже), но при повышении их уровня в окружающей среде их содержание в органах растений может значительно увеличивается, что представляет угрозу их жизнедеятельности (Williams, Salt, 2009).

ТМ, не относящиеся к микроэлементам, наибольшую угрозу окружающей среде представляют кадмий, ртуть и свинец. Они негативно влияют на растения даже в относительно невысоких концентрациях (Башкин, Касимов, 2004; Hassan, Aarts, 2011).

Для ТМ характерно весьма неравномерное распределение в природных средах. При сравнительно невысоком естественном содержании ТМ в окружающей среде в районах рудных месторождений концентрации некоторых из них (Cu,Pb, Zn, Mo, Ni и др.) могут в сотни раз превышать фоновые значения (Косицин, Алексеева-Попова, 1983; Башкин, Касимов, 2004). Существенное влияние на увеличение в природной среде ТМ оказывает интенсивное развитие современной промышленности и сельского хозяйства (Ягодин и др., 1989; Prasad, 1995; Sanità di Toppi, Gabbrielli, 1999).

Поскольку ТМ относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, то загрязнению ими подвергается не только земная поверхность, в частности, почвенный покров, но и гидросфера, и атмосфера (Добровольский, 1983, 2004). Поэтому повышение концентрации ТМ в окружающей среде, наблюдаемое в последние десятилетия, носит не только локальный, но и глобальный характер.

Основной источник поступления ТМ в окружающую среду – техногенный, связанный с интенсивным развитием современной промышленности: угледобывающей, металлургической, химической, энергетической (Ягодин и др., 1989; Ильин, 1991; Снакин, 1998; Merrington, Alloway, 1994). Загрязнение воздуха происходит при сжигании угля и других горючих ископаемых, а также вызвано выбросами промышленных предприятий. Причем, если загрязнение от промышленных предприятий, как правило, носит локальный характер, выбросы при сжигании топлива распространяются повсеместно (Барсукова, 1997). Основная часть (60–80%) от выбросов в атмосферу кадмия, цинка и меди приходится на предприятия по переработке руд Содержание некоторых тяжелых металлов в атмосфере, таких как Pb, Cd, Sn, Te, может более чем в 1000 раз превышать их обычные концентрации в воздухе. Например, в пыли ряда машиностроительных предприятий обнаружено до 2800 мг/кг свинца, а при производстве цемента – до 1400 мг/кг (Сает, 1982).

Получение экологически безопасных продуктов пчеловодства в условиях интенсивного техногенного загрязнения становится все более затруднительным. В настоящее время практически не существует экосистем, которые прямо или косвенно не испытывали бы антропогенного влияния (Пшеничная, 2010).

Основными источниками поступления токсических веществ в окружающую среду могут быть природные вещества, образуемые в процессе извержения вулканов, выветривания горных пород, эрозии почв и др., и благодаря антропогенной деятельности. Причем большие количества токсикантов, выбрасываются в атмосферу при переработке полезных ископаемых, сжигания топлива, применения минеральных удобрений и др.

По мере старения животного концентрация токсических веществ, аккумулируемых организмом обычно возрастает. Однако нередки исключения из этой зависимости. Приведем некоторые примеры, отклонения от этого суждения. Некоторые кабаны, в возрасте до года, содержали в свинца в жировых отложениях, которое превышало ПДК в 4-7 раз, а в печени в 17 раз. Зрелые животные содержат свинца или выше или ниже, чем молодые особи. Хотя у старых особей отмечена высокая доля поллютантов в теле, чем у молодых. У некоторых кабанов в возрасте до 4 х лет, накопление свинца превышало ПДК в 13-17 раз. В печени одного из 4-х летних кабанов, превышало допустимую норму для субпродуктов в 75 раз. Накопление ТМ в теле и органах животных, является причиной возникновения различных уродств у новорожденных особей, увеличение доли мертворожденных особей и наличие иммунодефицита. Накапливая токсиканты, организм загрязняется ТМ при контакте с внешней средой, в которой концентрация токсинов в несколько раз превышает ПДК. Особое значение имеет то, что аккумуляция разных токсинов может приводить к усилению каждого элемента в отдельности. Так для околоводных и водоплавающих птиц опасность представляет заглатывание вместе с пищей свинцовой дроби. Свинец оказывающейся в желудке, быстро распространяется в тонкий кишечник и всасывается в кровь. Затем распределяется в наибольшей мере в печени и перьях. В связи с этим возможно использовать водоплавающих и околоводных птиц в качестве биомониторинга, контроля загрязнения окружающей среды. Достаточно взять перо птицы и методом атомно-абсорбционной спектрометрии проанализировать, накопление ТМ животным (Еськов, Кирьякулов, 2010).

Пчел, как и растительные объекты (Еськов, Еськова, 2013; Еськов, Еськова, Серая, 2014; Еськов, Выродов, 2015а, 2015б), можно использовать в системе биомониторинга окружающей природной среды (Осинцева, 2004; Еськов, Еськова, 2012; Еськов, Выродов, 2016). Биологические особенности пчелиной семьи позволяют контролировать состояние (загрязненность) биогеоценозов, площадью 2,5 тыс. га вокруг каждой пасеки. Пыльца и мед подлежат обязательному анализу на содержание ТМ. Но мед не может служить модельным объектом для мониторинга экосистем потому, что что при переработке нектара в мед пчелы поглощают ТМ и другие химические элементы (Еськов, 1992). Поэтому целесообразнее для контроля за загрязнение растительных объектов использовать пыльцу.

В России численность пчелиных семей составляет ⁓ 3,5 млн. Обнаруживаемые нарушения физиологического состояния и аномалии морфометрических признаков могут быть связаны с загрязнение нектара, перерабатываемого в мед, и цветочной пыльцы ТМ.

1.4 Биоэкологические особенности пчел

Экологическая значимость медоносных пчел определяется их присутствием в самых разнообразных типах биогеоценозов. Пчелы Apis mellifera L. в настоящее время широко распространены по всей территории земного шара, занимая различные почвенно-климатические зоны. Естественный ареал медоносной пчелы охватывает Африку, Европу и Ближний Восток.

Возможность расселения медоносных пчел связана с высоким адаптивным потенциалом вида, позволяющим ему жить в условиях с высокой изменчивостью метеорологических условий и нестабильной продуктивностью медоносной растительности. К широкому расселению пчел имеет отношение человек, создавший сельскохозяйственную отрасль – пчеловодство.

В значительной мере широкая экологическая валентность пчел обеспечивается социальной организацией, а также дифференциацией и специализацией особей внутри пчелиной семьи. С этим связано развитие совершенных средств регуляции внутригнездового микроклимата, мобильное использование кормовой базы, способность накапливать и хранить в гнезде значительные запасы корма (Еськов, 1995, 2016).

Исследованиями последних лет установлено, что пчелы и их продукты избирательно накапливают химические элементы, которые неравномерно распределяются в теле пчел. Наименьшей аккумуляцией ТМ отличается головной отдел, наибольшей – брюшной и особенно пищеварительный тракт (Еськов (Еськов, Еськова, 2012; Еськов, Выродов, 2016).

В продуктах пчеловодства могут присутствовать как необходимые пчеле и человеку эссенциальные элементы, а также макроэлементы, так и токсичные микроэлементы (мышьяк, свинец, сурьма, торий, ртуть). К нутриентам (незаменимым пищевым веществам) относятся железо, медь, цинк, хром, селен, молибден, кобальт, йод, к условно эссенциальным – серебро, бор, бром, магний, литий, никель, кремний, марганец. Элемент относятся к эссенциальным, если при их отсутствии или недостаточном поступлении организм перестает расти и развиваться, не может осуществлять свой биологический цикл, в частности не способен к репродукции. Введение недостающего элемента устраняет признаки его дефицита и возвращает организму жизнеспособность (Скальная и др. 2004).

Не менее 1000 видов растений медоносных растений используются в различных странах мира в качестве пищевых культур сельскохозяйственного производства и более 1000 в качестве декоративных. Медоносные пчелы являются основными опылителями как дикорастущих, так и культурных цветковых растений, что определяется их типом питания. В среднем 80% посещений цветков совершаются пчелами, и только 20% — другими насекомыми: шмелями, осами, жуками и бабочками (Фэгри, Пэйл, 1982).

От экологической ситуации и видов медоносной растительности, используемой пчелами, зависит накопление в продуктах пчеловодства и теле пчел различных химических элементов. Некоторые незаменимые элементы при высокой концентрации становятся токсичными. Например, избыток цинка в организме увеличивает выработку молочной кислоты и, как следствие, повышение рН крови и нарушение функции почек. Большое количество меди может вызывать интоксикацию организма. Изучение минерального состава продуктов пчеловодства позволит определить возможность их использования в качестве альтернативных источников для коррекции макро и микроэлементов в организме (Сокольский и др. 2004).

Как отмечалось выше, кормовую базу пчел представляет медоносная растительность – растения, продуцирующие нектар и пыльцу (Глухов, 1955). Травянистые медоносы начинают цветение с появления в массиве нескольких (5–10) растений с раскрывшимися цветками. Началом полного цветения считается момент, когда в цветущем массиве распускается не менее трети цветков. Когда раскрывается и цветет более половины цветков – это массовое цветение. Заканчивается полное цветение, когда в массиве остается не более трети всех раскрывшихся цветков. (Самсонова, 2011).

К ранним медоносным растениям относится ивы. С них пчелы собирают нектар, пыльцу, медвяную росу. Медопродуктивность ивы козьей составляет 150 кг с 1 га. Медосбор с ивы очень устойчив, и даже в неблагоприятную весну растение производит достаточное количество нектара пыльцы. (Глухов, 1955).

Клены при наличии больших массивов дают продуктивный медосбор. Медопродуктивность клена остролистного 150-200 кг с га. Саженцы клена серебристого значительно отстают в росте при содержании кадмия в почве 5 мг/кг (Lamoreaux et al., 1977). Клены, зацветая перед цветением плодовых культур, обеспечивают пчельные семьи запасами белкового корма. Общая нектаропродуктивность сомкнутых посадок клена остролистного составляет 150-200 кг с 1 га. (Самсонова, 2011).

Из древесных растений важное место в кормовом обеспечении пчел принадлежи липе, зацветающей в июне. Липа во многих регионах выделяет за время цветение большое количество нектара. Но в некоторых местах, цветущая липа не выделяет нектар, что может быть связано с видовыми особенностями или типом почв.

В летний период кормовые потребности пчел удовлетворяются травянистой растительностью. Обычно высокой нктаропродукивностью отличается сорная растительность. Она не подвергается химизации (удобрениям и ядохимикатам, уничтожающих вредителей). Поэтому нектар и пыльца с сорняков отличается невысоким загрязнением токсическими веществами, что нельзя сказать о сельскохозяйственных культурах. Так, в 2019 г обработка посевов люпина ядохимикатами в период цветения растений приводила к массовой гибели пчел.

Высокой загрязненность ТМ отличается растительность близи автомагистралей. Вблизи автотрасс содержание свинца в аэрозолях достигает 25% на расстоянии 400 м оно снижается до 1,2-1,6%, а большом удалении от дорог составляет всего лишь 0,1%. Содержание свинца в растениях увеличивается вместе с повышением интенсивности автомобильного движения. Но разные виды растений, произрастающие на одном и том же расстоянии от дорог, содержат неодинаковое количество свинца.

Загрязнение придорожной растительности свинцов связано преимущественно с применением на автотранспорте этилированного бензина. В последние годы этилирование бензина не применяется, но свинец в больном количестве аккумулировался в почве.

Растения относятся к начальному звену большинства трофических цепей. Поэтому актуальным является оценка содержания в них ТМ и радионуклидов. Растения избирательно поглощают и аккумулируют различные химические элементы (Башмаков и др. 2004; Еськов, Еськова, Выродов, 2016).

В атмосфере большинство ТМ встречается в виде твердых частиц, адсорбированных на других частицах или в виде солей. Из атмосферы они оседают на растения или почву. ТМ, оседающие на поверхности почвы, накапливаться в ее верхних слоях. Концентрация их зависит от содержания в почве глины и органического вещества. ТМ устойчивы к выщелачиванию и распаду. При продолжительном воздействии их концентрация увеличивается и может стать токсичной. Свинец, осаждаясь на листьях, локализуется в пузырьках диктиосом и откладывается в клеточной оболочке.

На загрязненных почвах содержание ТМ в растениях может возрастать в несколько раз, особенно в случаях, когда фоновое содержание этих элементов в результате антропогенных нагрузок многократно увеличивается (Овчаренко и др. 1997). Вследствие присущей растениям генетической изменчивости различные виды и сорта растений, по-разному, реагируют на воздействие загрязняющих веществ. Один вид растений может определенным образом реагировать на воздействие только одного загрязняющего вещества. Некоторые виды растений реагируют на воздействие двух или более загрязняющих веществ; другие виды не реагируют вообще или их ответная реакция на воздействие того же вещества очень слаба. Реакции некоторых сортов и видов растений на воздействие загрязняющих веществ или их смеси очень разнообразны (Berry, 1964).

Скорости поглощения и транспорта металлов могут различаться у растений разных видов, это является одной из причин, определяющих особенности их накопления и распределения (Coughtrey, Martin, 1978; Yang et al., 1995).

Накопление тяжелых металлов в растениях может также зависеть от сезона и погодных условий года. Например, у растений бука концентрация кадмия в ксилемном соке резко повышалась в апреле и ранней осенью, а в летние месяцы сохранялась на сравнительно низком уровне (Glavac et al., 1990). Аналогичные результаты получены и в отношении травянистых растений: наименьшее содержание кадмия и свинца в фитомассе пастбищных растений отмечено в летние месяцы, а ранней весной и поздней осенью оно повышалось. Вероятно, это обусловлено несовпадением темпов прироста биомассы растений (которые летом достигают максимума) с более или менее равномерным поступлением тяжелых металлов из почвы (Ильин, 1991).

Локализация ТМ в различных органах растений не зависит от эдафических и сезонных факторов и определяется главным образом свойствами металлов и видовыми особенностями растений (Сhoudhary et al., 1994; Yang et al., 1995). Возможно, распределение ТМ в растении в большей степени определяется генотипом.

Поступление ТМ в растения корневым путем может регулироваться механизмами, которые уменьшают их концентрацию на наружной поверхности мембраны клеток корня, в результате чего меньшее количество металлов попадает в клетку. Например, связывание кадмия слизью, выделяемой кончиками корней кукурузы, снижало его концентрацию в плазмалемме (Morel et al., 1986).

Способность корней задерживать ТМ снижает их транспорт в надземные органы растений (Wagner, 1993; Grant et al., 1998). Но с увеличением концентрации ТМ во внешней среде наряду с возрастанием их содержания в корнях повышается количество металлов и в надземных органах – стеблях и листьях. Следовательно, защитные механизмы и барьеры, функционирующие на уровне клеток и тканей корня, не в состоянии полностью предотвратить попадание тяжелых металлов в побеги растений. В среднем надземные органы содержат в 10–15 раз (Krupa, Basźynski, 1995; Kovačević et al., 1999), а по некоторым данным в 200 раз меньше ТМ (Шевякова и др., 2003), чем в корни.

Известно, что поступление ТМ в растения представляет сложный и комплексный процесс, зависящий от множества факторов: почвенных, экологических, биологических. Возможность поглощения металлов 2 путями через корни и листья повышают их содержание в растениях, усиливая тем самым опасность загрязнения как самого растения, так и других организмов, включая человека Титов и др., 2006). В условиях сильного загрязнения через листья в растения может проникать до 50% свинца, содержащегося в воздухе (Godzik, 1993).

ТМ, изменяя течение физиологических процессов в растениях, замедляют их рост и развитие, уменьшают урожайность. Миграции ионов ТМ из почвы в растения — это многофакторные процессы. Если аккумулирование веществ растениями может рассматриваться как проявление воздействия загрязнения, то использование растений чрезвычайно удобно для определения уровня и состава загрязнения и мониторинга эффектов воздействия загрязняющих веществ, таких как ТМ. Для такого мониторинга чрезвычайно важно соблюдение следующих условий: а) воздействие должно приводить к заметной реакции растения на загрязнение воздуха) эффекты воздействия должны хорошо воспроизводиться при использовании растений генетически подобных популяций, что гарантирует представительность результатов) эффекты воздействия доли характеризуется специальными симптомами воздействия индивидуальных загрязняющих веществ) растения должны быть очень чувствительны даже к чрезвычайно низким концентрациям загрязняющих веществ) растения должны хорошо расти и быть устойчивы к заболеваниям, воздействию насекомых (Трешоу,1967).

1.5 Загрязнение ТМ кормовых участков пчел

Токсиканты, загрязняющие почву, концентрируются в верхнем (0-10 см) слое (Будин, 1975; Davis, 1976; Hinesly еt аl., 1977; Cartwright еt al., 1977; Блинов, Вертинская, 1978.). По некоторым сведениям 57-74% свинца при антропогенном загрязнении закрепляется в слое 0-10 см и только 3-8% мигрирует до глубины 30-40 см (Stevenson, Weich, 1979).

Мобильность ТМ и их токсичность для растений в условиях загрязнения зависят от многих компонентов и свойств почвы, обуславливающих ее буферность, или, ее защитные свойства. На примере кадмия показано (Levy-Munzi 1976), что в почвах с низкой катионной емкостью из-за небольшого содержания или и гумуса адсорбция токсиканта невелика. Подвижность металла в таких почвах высокая. Кислые почвы демонстрируют намного меньшую способность удерживать ТМ, чем нейтральные (Cavallaro, Mebride, 1978).

В поведении металлов загрязнителей почв много общего. В то же время установлено, что они обладают неодинаковыми адсорбционными свойствами, от чего зависит токсичность для растений. ТМ могут обменно или необменно захватываться разными компонентами почвы, выпадать в виде нерастворимых солей. Возможности перевода токсикантов в малоподвижное состояние неодинаковы у разных почв. Чем они выше, тем сильнее затормаживается поступление ТМ в растение (Ильин, Степанова, 1980).

Химические элементы, проникая в растения, используются для синтеза ферментов. Ткани живого вещества в настоящее время насыщены микроэлементами больше, чем при зарождении жизни на Земле (Бойченко, 1976). Это обусловлено тем, что каталитические реакции ферментативных систем в процессе эволюции все более дифференцировались и потребность живой клетки в микроэлементах качественно (ассортимент необходимых элементов) и количественно возросла.

Избыток химических элементов в питательной среде и почве вызывает токсикозы у растений. По мере увеличения концентрации ТМ в окружающей среде растения их накапливают, что сказывается на их росте, пожелтении листовых пластинок, омертвлении тканей листа и повреждением корневой системы, что в свою очередь может наступить гибель растения.

Содержание микроэлементов в растениях различно и обусловлено как неодинаковой потребностью в них, так и распространенностью в почвах. Вероятно, растения, наследственно концентрирующие какой либо химический элемент, будут толерантнее относиться к его увеличению в среде по сравнению с растениями, которым он мало нужен. Например, избыточность ТМ у маиса и люцерны начинает проявляться с одинаковых или близких концентраций. Концентрация, рассматриваемая как избыточная, у ТМ неодинакова: самая низкая – у редкого для земной коры молибдена, самая высокая – у широко распространенного железа. Избыточное содержание ТМ в растении всего в 1,1 – 3,0 раза превышает нормальную концентрацию, свидетельствуют о том, как легко при усилении загрязнения среды благополучие для растений может смениться бедствием. В этом случае важное значение приобретает среда, в которой выращиваются растения, точнее, ее возможности понизить токсическое воздействие солей.

Одна и та же концентрация соли в водной культуре в 10 раз токсичнее, чем в песчаной (Hewitt, 1951). Почва же, в свою очередь, в еще большей степени способна уменьшить токсичность ионов. Поэтому содержание элементного состава растения является, прежде всего, результатом действия генетического и экологического факторов (Ильин, 1977).

Однако генетический фактор обуславливает содержание химического элемента стабильным, то экологический, напротив, его дестабилизирует. Диапазон дестабилизации может быть чрезвычайно широким, поскольку в природных условиях возможны разные варианты содержания элементов в почве – от очень малого до избыточного. Даже при исключении экстремальных условий, сохраняются большие различия в снабжении растений элементами. Спектр концентраций, обнаруживаемых в растениях в данном случае в представителях одного вида, остается высоким.

Современные представления физиологов сводятся к следующему: попавшие в корень ионы металлов занимают свободное пространство, адсорбируясь на стенках. Чтобы участвовать в метаболизме корней, им необходимо преодолеть плазмаллему.

Преодоление клеточных мембран требуется для достижения ионами ксилемы. Обойти преграду-поясок Каспари ионы могут только путем перехода из апопласта в симпласт. Однако этот путь преодолевается с трудом, поскольку на мембранах локализован механизм избирательного поглощения ионов, который ограничивает проникновение в клетку балластных и избыточных ионов.

При передвижении по ксилеме металлы могут адсорбционно поглощаться ее стенками, а также закомплексовываться присутствующими в клеточном соке органическими веществами. Проходя преимущественно транзитом по ксилеме, ионы попадают в листья, прежде всего в апопласт. Для того, чтобы проникнуть в клетки листа, в которых совершается основная синтетическая деятельность растения, ионам вновь требуется преодолеть клеточную мембрану. По аналогии с корнями здесь действует механизм избирательного поглощения. Основная функция – обеспечение нормального содержания ионов в цитоплазме, связана с защитой жизненно важных органов и процессов.

При поступлении ТМ в лист их избыток может аккумулироваться в различных структурах листа и клеток: проводящей ткани, апопласту, вакуолям. Элементы из почвы поглощается в виде ионов. Однако в растительной ткани эта форма не доминирует. Металлы в ионной форме, в заметном количестве могут встречаться в ксилеме, апопласте, вакуолях, тогда как в цитоплазме они входят в основном в состав органических соединений. Органические соединения, выходящие за пределы клеток, могут хелатировать ионы металлов, делая их менее активными и смягчая тем самым неблагоприятные эффекты (Wallace et al., 1968).

На селитебных территориях почвы, предназначенные для сельскохозяйственного производства, загрязнены кадмием вследствие широкого применения высоких доз фосфорных удобрений и гербицидов, а также осадков сточных вод, содержащих в своем составе кадмий. Это существенно ограничивает их использование для выращивания продовольственных культур, поскольку кадмий не только поглощается корнями растений, но и способен перемещаться в надземные органы, в том числе плоды и семена.

Опасность кадмия осложняется тем, что он накапливается в растении и сохраняет токсические свойства в течение длительного времени. (Титов и др., 2012). Изложенные представления об элементном химическом составе растений и об особенностях транспорта ионов, поступивших в них из почвы, позволяет объяснить ситуации, возникающие при загрязнении среды ТМ, и, что особенно важно, осуществлять действенные практические мероприятия.

В естественных условиях содержание кадмия в почве невелико, он попадает в природную среду в результате выщелачивания руд цветных металлов, при разложении организмов, способных его накапливать. Встречаются и естественные геохимические аномалии, где почвы исходно обогащены кадмием. Значительное повышение концентрации кадмия в окружающей среде, как правило, являются результатом хозяйственной деятельности человека. В частности основной источник поступления этого металла в почву и атмосферу – это производство полиметаллических руд, а также цветная металлургия, машиностроительная, электротехническая и химическая промышленности.

Обнаружено, что на загрязненных почвах вблизи промышленных предприятий содержание кадмия может увеличиваться на 3-4 порядка и достигать тысячи и более мг/кг. Общее же мировое количество кадмия, поступающего в атмосферный воздух с выбросами предприятий, оценивается в 7-11 тыс. /год. Большое количество металла поступает в почву вместе со сточными водами промышленных предприятий. Как показывают исследования, некоторые виды растений могут успешно расти на почвах с повышенным естественным уровнем содержания ТМ или загрязненных в результате хозяйственной деятельности человека и накапливать значительное количество металлов в надземных органах (Baker et al., 1994; Palmer et al., 2001).

Как отмечалось выше, кадмий элемент чрезвычайно высокой токсичности, относится к первому классу опасности. Соли кадмия обладают мутагенным и канцерогенным свойствами и представляют генетическую опасность. (Бандман, 1988). Кадмий не является физиологическим важным элементом для растений, которые, однако, легко его поглощают. Устойчивы к кадмию растения семейств розоцветные, томат и капуста. Чувствительны к избытку кадмия соя, шпинат, салат. Также кадмий обладает эмбриотоксическим и терратогенным эффектом (Zglicka, 2002).

Процесс поступления кадмия в клетки корня растений включает в себя: а) поступление металла из почвы или питательного раствора путем диффузии в свободное пространство клетки и адсорбцию катионов на клеточных стенкахб) передвижение ионов через плазмалемму в протопласт с участием АТФаз, транспортных белков и ионных каналов. На интенсивность поступления кадмия большое влияние оказывают тип и свойства почвы: кислотность, содержание неорганических и органических веществ, наличие других ионов.

Способность к накоплению кадмия варьирует не только среди видов, но и среди сортов (генотипов). Так, большие различия в концентрации металла в надземных органах были обнаружены у разных сортов. Содержание кадмия в надземных частях растений зависит не только от активности поглощения металла клетками корня, но и скорость его транспорта по растению. Установлено, что транспорт кадмия по растению происходит довольно быстро. Например, у риса, время, необходимое для радиального транспорта кадмия по тканям корня до ксилемы, составляет менее 10 минут с момента добавления металла в питательный раствор. Далее транспорт ионов в надземные органы осуществляется в составе ксилемного сока, в основном, комплексе с органическими кислотами (цитратом и малатом) или аминокислотами (аспарагином, глутамином, гистидином).

Кадмий является одним из немногих тяжелых металлов, способных к перемещению в генеративные органы злаков, что существенно увеличивает его опасность для человека и животных. При этом он может поступать в соцветие как по ксилеме корня во время стадии созревания семян, так и по флоэме из листьев (в большей степени из флагового листа) с потоком ассимилятов.

Уменьшение количества зеленых пигментов в листьях растений в присутствии кадмия связано с подавлением биосинтеза хлорофилла, нарушением ультраструктуры хлоропластов, с изменением в минеральном питании растений, главным образом с дефицитом железа. Отрицательное влияние кадмия на фотосинтез проявляется и в снижении количества каротиноидов. Металл оказывает ингибирующее действие на антенную функцию каротиноидов вследствие нарушения структуры белков в светособирающих комплексах фотосистемы.

2. ЦЕЛЬ, СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ НИР

Цель – изучение влияния широкого комплекса кормовых добавок и микродоз биологически активных веществ на репродуктивную активность пчелиных маток и связанное с этим развитие и продуктивность пчелиных семей.

Одновременно планируется изучение активности сперматогенеза у трутней разных весенне-летних генераций и влияние на их развитие температуры, продуктивности кормового участка и подкормок семей с микродозами биологически активных веществ.

Актуальность планируемых исследований обуславливается наметившейся в последние годы массовой гибелью пчелиных семей и относительно низкой активностью сперматогенеза трутней.

Предполагаемое использование результатов (продукции):

1. Разработка технологии применения функциональных кормовых добавок для стимуляции плодовитости маток и активизации сперматогенеза у трутней. Установление закономерностей влияния на развитие и активность сперматогенеза трутней факторов внешней среды.

2. Предполагается использование результатов работы в учебном процессе.

Полученные результаты будут включены в лекционные курсы и учебные пособия по пчеловодству.

3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Характеристика районов исследований

Исследования проводили в Балашихинском районе Московской области и в Псковской области. Балашихинский район характеризовался высокой загруженностью автотранспортом. Автотранспортная сеть включала три автомобильные магистрали и густую сеть других дорог.

К техногенным загрязнителям относились также литейно-механический, Кучинский керамический завод, завод «Мосасботермостекло» и др. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют 8239,5 т., или 1,51% от общих выбросов области.

Земли региона загрязнены солями ТМ и выбросами промышленных предприятий. Лесные ресурсы очень ограничены, леса находятся в угнетенном состоянии. Водные ресурсы: незначительные, резервы подземных вод почти исчерпаны и значительно загрязнены. Особо охраняемые природные территории: немногочисленные и незначительные по площадям заказники и памятники природы. Памятник природы озеро Бисерово находится на границе с Ногинским районом и национальный парк «Лосиный остров», расположенный на границе Мытищинского, Балашихинского и Щелковского районов. Также в районе сельском поселении «Алмазово», расположен природный заказник «Болотная сетка» (Экология Подмосковья, 1993).

3.2. Методы исследования

Отбор проб

Объектом исследования явились пчелиные семьи, медоносные растения и продукты пчеловодства: мед, прополис, воск.

Исследуемый кормовой участок пчел в Балашихинском районе примыкал к автомагистрали Москва – Нижний Новгород. Ее загруженность находилась на уровне около 3.5 – 4.5 тыс. автомобилей/ч.

Для отбора пыльцы и нектара использовали семьи пчел, находившиеся на расстоянии 300-400 м от аллеи кленов, цветки которых активно посещали пчелы. Пыльцу отбирали навесными пыльцеуловителями. Затем пыльцу сортировали, отдельно изготавливали временный микропрепарат пылинки. Для этого на предметное стекло наносили пылинку в каплю воды, накрывали покровным стеклом. Для выявления принадлежности пыльцы к определенному виду растения, использовали книгу Бурмистрова А.Н. и Никитиной В.А. Медоносные растения и их пыльца: Справочник. – М.: Росагропромиздат. 1990, 192 с. Нектар, доставляемый пчелами в гнездо, – из ячеек сот. Чтобы исключить попадание в пробы нектара ранее собранного углеводного корма, в период цветения кленов в гнезда пчелиных семей помещали пустые соты. Их отбирали в течение 1 сут, чем исключалась переработка нектара в мед.

Подопытные пчелиные семьи содержали в типовых ульях, численность пчел в которых находилась в пределах от 10 до 50 тыс. (в 1 кг около 10 тыс. рабочих пчел). Они постоянно находились под открытым небом.

Лабораторные исследования выполнены на отдельных пчелах или их группах различной численности. Группы пчел численностью не менее 100 особей (чаще около 500) содержали в энтомологических садках. Углеводный корм размещался в пробирках, которые укрепляли в потолочной части садков.

$C:\Users\Евгений\Documents\Садки Кадмий 1.jpeg$

Рис. 1. Энтомологические садки, вмещающие до 700 рабочих пчел

Из ульев подопытных семей медоносных пчел отбирали пробы взрослых пчел различных генераций (весенних, летних, осенних), а также образцы сотового меда и перги. Каждая проба пчел включала не менее 100 особей. Пчел стряхивали с рамок, изъятых из улья в дневное время с 11 до 12 ч. Аналогичным образом происходил отбор осенних пчел (рис. 2).

Рис. 2. Сот с медом и пчелами

Для отбора меда из рамки, вырезался участки сот размером 10 х10 см. Мед извлекался методом прессования через нейлоновое сито с размером ячеек 0,5 х 0,5 мм. Для отбора перги из рамки вырезался участки сот размером 15 х 15 см и подвергали замораживанию в течение суток при температуре минус 18 °С. После этого перга легко отделялась от восковых ячеек. Пробы нектара, пыльцы и перги хранился в плотно закрытых стеклянных сосудах.

3.3. Определение загрязнения объектов исследования химическими элементами

Перед анализом вегетативные и генеративные органы растений, пчел, пыльцу или пергу помещенные в чашки Петри, высушивали до постоянной массы при 102 ± 0.2 °С в сушильном шкафу СНОЛ. Подготовку проб пчел для анализа проводили методом мокрой минерализации по методике А.М. Никанорова и А.В. Жулидова (1991), разработанной для ряда видов беспозвоночных. Для этого навеска высушенных пчел или частей их тела, корни, перидерму, стебли, листья, цветки массой до 0,5 г помещенные в сосуды, заливали 6 мл 70%-ной химически чистой азотной кислотой (HNO3), а ветки и корни — этой кислотой и пероксидом водорода в соотношении 4:1. Эту смесь выдерживали 30 мин. до прекращения вспенивания. Затем переносили во фторопластовые сосуды и помещали в СВЧ-печь ПЛМ-01М. Растворы охлаждали, переливали в колбы, добавляя по 10 мл деионизированной воды. В таком состоянии препараты находились при комнатной температуре в течение 2-3 часов.

Подготовка проб. Минерализацию для определения содержания химических элементов проводили в соответствии ГОСТ 26929-86. Экстракцию после озоления проводили в соответствии с методическими указаниями «Атомно-абсорбционные методы определения токсичных элементов в пищевых продуктах и пищевом сырье» (Методические рекомендации, 1992). Количественное определение содержания ТМ в минерализатах определяли методом атомно-адсорбционной спектрометрии с использованием спектрометра КВАНТ Z.ЭТА (КОРТЭК). Управление прибором, обработка результатов анализа, отображение и хранение информации произведены на входящем в комплект спектрометра персональном компьютере с программным обеспечением QUANT ZEEMAN 1.6.

В результате проведенных исследований проанализировано 176 проб пчел, 217 цветков разных видов растений, 102 пробы пыльцы, 78 проб меда и 36 проб почвы. Значение массовой концентрации элемента в пробе вычисляли по градуировочной кривой, получаемой в процессе измерения нескольких калибровочных точек с ошибкой, не превышающей 8%. Статистическую обработку цифровых данных проводили с использованием программы Statistic 8.0.

3.4. Полевые исследования

Полевые исследования, включающие изучение влияния функциональных кормовых добавок на репродуктивную функцию пчелиных маток, продуктивность пчелиных семей и активность сперматогенеза у трутней выполнены на пчелиных семьях, содержавшихся в Псковской области. Исследования проводили на местных пчелах, представляющих собою помеси карпатских и среднерусских пчел. Эти расы пчел районированы в Псковской обл. Бесконтрольная гибридизация приводит к образованию помесей, которые по морфометрическим признакам занимают промежуточное положение между среднерусскими и карпатскими пчелами. Поэтому во всех исследованиях, связанных с изучением влияния функциональных кормовых добавок на морфометрические и хозяйственно полезные признаки пчелиных семей, в опытных и контрольных группах использовали одновозрастных маток-сестер.

Пчелиные семьи в неограниченном количестве потребляли мед и цветочную пыльцу. Мед, производимый пчелами из нектара разных видов растений, обладает высокой физиологической активностью, которая обуславливается наличием в нем соединений и элементов растительного происхождения, включающих ферменты, макро- и микроэлементы, перекись водорода, лизоцим, ацетилхолин и др. (Асафова, Орлов, Козин, 2001). С растительным происхождением меда, связано наличие в нем фенольных соединений и флавоноидов, что обеспечивает меду антиоксидантные свойства (Nagai, Inoue, Kanamori, 2006).

Большой витаминно-минеральный комплекс, а также гормональные вещества, аминокислоты, фосфолипиды и биофлавоноиды содержит цветочная пыльца (Асафова, Орлов, Козин, 2001), потребляемая пчелами в качестве белкового корма. Но наряду с полезными компонентами мед и, особенно пыльца, аккумулируют токсические вещества. Их содержание в продуктах пчеловодства неуклонно возрастает, что связано с возрастающим техногенным загрязнением природной среды. По этой причине повышается вероятность снижения жизнеспособности пчел и отмечаемая в последние годы массовая гибель пчелиных семей (Еськов, Еськова, 2019).

Для повышения жизнеспособности пчел в условиях техногенного загрязнения трофических субстратов пчел в подкормках применяли биологически активные вещества. Пчелы получали кормовые добавки в течение весенне-летнего периода. Эффективность подкормок оценивали по изменению плодовитости маток и активности сперматогенеза у трутней.

Плодовитость маток оценивали по количеству запечатанного расплода в гнездах пчелиных семей. Количество оплодотворенных яиц, отложенных матками, контролировали по запечатанному пчелиному расплоду через каждые 12 дней, неоплодотворенных – по трутневому через 14 дней.

Испытываемые препараты скармливали пчелиным семьям в 40%-ном растворе сахарозы. В них в разных вариантах опытов добавляли микродозы (они указаны в разделе «Результаты исследований») полизина, дигидрокверцетина (ДКВ), биойода или селена. Семьи контрольных групп одновременно получали чистые растворы сахарозы. Разовая доза подкормки составляла 200 мл на пчелосемью во всех вариантах опыта.

В опытах, в которых изучали влияние биологически активных веществ на воспроизводство пчелиными семьями трутней, их физиологическое состояние и активность сперматогенеза, подкормки начинали давать в апреле с началом появления трутневого расплода. В гнезда этих семей были помещены соты трутневого типа. Этим предотвращались затраты энергии пчел на отстройку сот. Перед завершением развития трутней соты с запечатанным трутневым расплодом помещали в сетчатые изоляторы и инкубировали в биологическом термостате, при 33 ± 1 °С. После завершения развития часть трутней, выходивших из ячеек, метили быстросохнущей краской (трутней из опытных и контрольных семей метили краской разного цвета) и возвращали в гнезда пчелиных семей. В них у трутней завершалось половое развитие. Другая часть трутней использовалась для анализа морфометрических признаков. Для этого трутней препарировали (вычленяли хоботки, тергиты и ампутировали крылья). Препараты размещали на предметном стекле, смазанном глицерином, и измеряли под бинокуляром МБИ-6, снабженным видео окуляром ЦК-13.

Трутней, достигавших половой зрелости (14 ± 1 день), отлавливали и стимулировали выбрасывание эндофаллусов и выделение спермы. Для стимуляции искусственного выворачивания эндофаллусов трутней удерживали за ножки, вынуждая их некоторое время пытаться взлетать. Наличие спермы, выделяемой на предметное стекло, анализировали под микроскопом LEVENHUK 2L/3L/D2L и цифровой камерой LEVENHUK DEM 130 «Digital» c точной передачей изображения наблюдаемого объекта на экран компьютера. Использование программного Scope Photo, позволяло просматривать полученное изображение.

Для математической обработки результатов измерений использовалась программа Statistica.

3.4.1. Метеорологические условия в период проведения полевых

Исследований

Известно, что летная активность пчел прекращается при 8-9 ^оС. Оптимальная внешняя температура ограничивается 22-26 ^оС. Неблагоприятными для пчел были первая и вторая декада апреля. В это время температура воздуха опускалась до 5-6 °С, что препятствовало вылетам пчел из ульев, но развитие семей продолжалось.

В третьей декада апреля температура благоприятствовала вылетам пчел. Они имели возможность пополнять кормовые запасы. Суточный привес контрольного улья составлял в среднем 0,8 кг.

Летная активность пчел затормаживало похолодание в первой декаде мая. В это время контрольный улей в течение суток уменьшался на 0,2 кг. Следовательно, пчелы потребляли имевшиеся кормовые запасы.

Со второй декады мая и почти до конца пчеловодного сезона, погода была благоприятной для полетов пчел. наблюдался поддерживающий взяток.

В первой декаде июля преобладала прохладная дождливая погода. Среднее значение контрольного улья составляло +0,5 кг. Во второй и третьей декадах погода улучшилась и привес контрольного улья вырос до 1,5-1,6 кг/сут.

Рис. 3. Сезонная динамика температуры

3.4.2. Фенология цветения медоносных растений

Цветение пыльценосных и медоносных культур началось с 18 марта и продолжалось до 15 сентября (таблица 1). В апреле весеннее развитие энтомофильных культур было на уровне средних многолетних данных.

Цветение плодовых культур происходило на 8-12 дней раньше средних многолетних данных, а также сократились и сроки цветения весенних медоносов на 3-5дней как плодовых косточковых, так и плодовых семечковых. Сократились сроки цветения и у рябины с калиной на 2-3 дня. Самая большая продолжительность цветения отмечена у клевера розового – 48 дней, данника белого и донника желтого – 43 дня и вереска – 41 день, а также у козлятника восточного – 38 дней и клевера красного- 40 дней.

Продолжительность цветения кипрея составила 40 дней. В связи с умеренно засушливым теплым летом, произошло более раннее развитие основных медоносных растений на две недели, а также более быстрое их отцветание. На фоне сложившихся умеренно благоприятных погодных условий для полетов пчел происходило успешное опыление козлятника восточного и клеверов, что привело к увеличению медосбора (почти в два раза по сравнению с предыдущим годом).

Таблица 1. Сроки и продолжительность цветения основных медоносных растений

№ п/п	Наименование видов	Начало цветения	Конец цветения	Продолжительность цветения (дней)
1	Ольха (AlnusglutinosaGaertn.)	18.03.19	28.03.19	10
2	Лещина(Corylusavellana L.)	18.03.19	29.03.19	11
3	Мать и мачеха(TussilagofarvaraL.)	15.04.19	01.05.19	16
4	Ивы всех пород(Salicaceae)	08.04.19	14.05.19	36
5	Клен(AcerplatanoidesL.)	25.04.19	05.05.19	10
6	Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Web.)	24.04.19	26.05.19	32
7	Плодовые косточковые	28.04.19	09.05.19	12
8	Плодовые семечковые	02.05.19	22.05.19	20
9	Кустарники (садовые)	26.04.19	09.05.19	13
10	Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.)	18.05.19	27.05.19	9
11	Крушиналомкая(Frangulaalnus Mill.)	30.05.19	15.06.19	17
12	Калина лесная (ViburnumopulusL.)	21.05.19	02.06.19	13
13.	Малина обыкновенная (RubusidaensL.)	28.05.19	20.06.19	24
14	Бобовые всех видов (Leguminosae) в т.ч.:	28.05.19	10.08.19	74
	Козлятник восточный(Galegaorientalis Lam.)	28.05.19	05.07.19	38
	Клевер розовый (Trifolium hybridum L.)	02.06.19	20.07.19	48
	Клевер красный (Trifolium prattnse L.)	06.06.19	16.07.19	40
	Донник белый, желтый(Melilotusalbus, officinalis Desr.)	28.06.19	10.08.19	43
15	Иван-чай (кипрей) (ChamaenerionangustifoliumScop.)	16.06.19	26.07.19	40
16	Липа(Tiliacordata Mill.)	16.06.19	28.06.19	12
17	Осотрозовый(Carduusarvense Scop.)	24.06.19	25.07.19	31
18	Василек луговой (Centaureajacea L.)	12.07.19	14.08.19	32
19	Верескобыкновенный(Callunavulgaris Hill.)	05.08.19	15.09.19	41

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В разных вариантах опытов проводили сравнительные испытания 2-3 препаратов. После завершения первого цикла испытаний в последующих испытаниях оставляли наиболее эффективный препарат. В результате проведено ранжирование испытанных препаратов по влиянию на плодовитость маток, продуктивность пчелиных семей и активность сперматогенеза трутней.

Стимуляция репродуктивной функции маток

На плодовитость маток влияет их возраст, физиологическое состояние и экологическая ситуация. Немаловажное значение имеет численность рабочих пчел в семье. При невысокой численности рабочих пчел невозможна реализация репродуктивного потенциала матки. Репродуктивная активность матки достигает максимума при наличии в гнезде 30–50 тысяч пчел (Tabеr, 1980).

Сильное влияние на развитие и плодовитость маток оказывает температура в период их постэмбрионального развития. С морфометрическими признаками и количеством овариол у маток, развивавшихся в пределах витального диапазона, коррелирует их плодовитость. Она достигает максимума у маток, развивавшихся в области температурного оптимума, и находится на минимуме – у нижней границы витального диапазона. В частности, за 36 дней от начала овуляции матки, развивавшиеся при 31 ^оС, откладывали в среднем по 7,8 ± 1,6 тысяч яиц, при 34 ºС – по 25,1 ± 1,9 и при 37 ºС – по 16,8 ± 1,4 тыс. (Еськов, Торопцев, 1978).

В наших исследованиях для стимуляции репродуктивной активности маток применяли мелакрил, полизин (смесь незаменимых аминокислот), сукцината хитозана (хитин с янтарной кислотой), дигидрокверцетин, арабиногалатан и биойод.

Хитозан и полизин. Испытание в качестве стимулятора плодовитости маток полизина и хитозана обуславливалось тем, что эти препараты относятся к эффективным средствам стимуляции роста и развития, повышающим устойчивость организма к неблагоприятным внешним воздействиям (Мозгов, 1964; Евдокимов, 1974; Букин, 1976; Мороз, Лесков, 1995;). Их применение позволяет значительно ускорить развитие животных, повысить их жизнеспособность и продуктивность (Свечин, Михеева, 1990; Камалов, 1990; Новикова, 2003). Это связано, как правило, не с энергетической, а стимулирующей эффективностью большинства адаптогенов (Радкевич, Кочергин, 1969; Добрынин, 1976; Мозгов, 1977).

Все большее внимание в последние годы привлекают к себе хитозаны – производные хитина. Хитин относится к распространенный в природе аминополисахоридам, являясь основным компонентом наружного скелета ракообразных, паукообразных, насекомых и других членистоногих, а также оболочек некоторых грибов водорослей и бактерий (Быков, Фурман, 1999; Красавцев, 1999; Нульга, 2002).

Хитозан и полизин применяли в углеводных подкормках. Доза препаратов в пересчёте на 1 кг живой массы пчел составляла 30 ± 5 мг. В опытах использовался сукцинат хитозана КДа-80 (водорастворимый хитозан, содержащий янтарную кислоту) и полизин (смесь аминокислот, 10 из которых относятся к незаменимым). Суточная доза углеводной подкормки составляла 150 мл/кг пчел (около 250 мл раствор на семью). Контрольная группа пчелиных семей подкармливалась чистым раствором сахарозы (без хитозана или полизина). Подкормки прекращали в начале главного медосбора и после его окончания не возобновляли.

Плодовитость маток контрольной группы пчелиных семей составляла 796 ± 85 (максимум -1466, минимум – 146) яиц в сутки. Максимальная яйцекладка отмечалась в начале августа, минимальная — в сентябре. Каждая из этих семей вырастила с начала июля к началу сентября по 53312 ± 179 рабочих пчел.

В семьях, получавших сукцинат хитозана, плодовитость маток находилась в среднем на уровне 829 ± 89 яиц в сутки (максимум 1173, минимум – 330). Этими семьями было выращено по 59724 ± 193 пчелы. Плодовитость маток, получавших полизин, составляла в среднем 981 ± 93 яйца в сутки. За анализируемый период этими семьями было выращено по 70656 ± 216 пчел.

Пчелиные семьи контрольной группы собрали в среднем по 22,5 ± 1,1 кг меда, потреблявшие хитозан – 22,4 ± 0.9, полизин – 25,2 ± 1,2 кг. Различие по продуктивности между семьями, контрольной группы и потреблявшими хитозан, статистически недостоверно. Превышение по отношению к контролю на 2.7 кг (на 12%) продуктивности семей, получавших полизин имело доверительную вероятность не ниже 0.9.

Таким образом, сукцинат хитозана и полизин оказывают однонаправленное, но неодинаковое влияние на плодовитость маток. Полизин при прочих равных условиях в большей мере, чем хитозан стимулирует воспроизводительную функцию маток. С этим связано повышение медовой продуктивности пчелиных семей. Принимая во внимание сорбционные свойства хитозана, при низкой эффективности как стимулятора воспроизводительной функции маток, его целесообразно применять в условиях интенсивного техногенного загрязнения (Kong et al. 2010). Вероятно, в сукцинате хитозана стимулирующим эффектом обладает не хитозан, а янтарная кислота. При этом хитозан пролонгирует ее действие (Fernandes et al., 2009; Singburaudom et. al., 2011).

Применение в подкормках биойода. Медоносная пчела потребность в йоде удовлетворяет преимущественно за счет потребления цветочной пыльцы и нектара, перерабатываемого в мед. Но количество водорастворимого йода в растениях варьирует в широких пределах в зависимости от их видовой принадлежности и типа почв (Кабата-Пендиас А., Пендиас, 1989; Еськов и др., 2015). С содержанием йода в цветках медоносных растений коррелирует накопление этого элемента телом пчел и продукцией пчеловодства (Dainat et al., 2012).

Настоящей работой прослежена сезонная динамика потребления йода пчелиными семьями в зависимости от его содержания в цветочной пыльце разных видов медоносных растений, перге и меде. В задачу исследования входило также изучение влияния микродоз йода в подкормках пчелиных семей на плодовитость маток.

Исследования проводили на 20 пчелиных семьях опытного хозяйства Псковского НИИ сельского хозяйства и отдельных особях в Аналитической лаборатории экологического мониторинга РГАЗУ. Пчелиные семьи методом аналогов были разделены на две группы. Их в течение июля и августа с 3-суточными интервалами подкармливали 200 мл 40%-ной сахарозы. Одна из этих групп (контрольная) получала чистый раствор сахарозы, другая (опытная) – с добавкой йодоседержащего препарата «Прост». Разовая доза препарата составляла 0.4 мг/кг живой массы пчел (1 мг «Проста» содержит 7 мкг йода).

Содержание йода в цветочной пыльце, теле пчел и продукции пчеловодства определяли модернизированным вольтамперометрическим методом на анализаторе ТА-4 (МУК, 2004). Прибор был снабжен встроенной УФ-лампой (=185–260 нм), трехэлектродной электрохимической ячейкой и серебряным (рабочим) электродом. Минерализацию анализируемых проб проводили гидроксилом калия с добавлением сульфата цинка.

Установлено, что пыльца медоносных растений, произраставших на кормовом участке пчелиных семей, на которых поводили исследования, существенно различалась по содержанию йода. Наибольшей его аккумуляцией отличалась пыльца узколистого кипрея, относящегося к летне-осенним медоносным растениям, наименьшим – лютичная ветреница (весеннее медоносное растение). Пыльца указанных видов растений различалась по содержанию йода более чем в 10 раз (табл. 2).

Таблица 2. Распределение в убывающем порядке содержания йода в цветочной пыльце основных видов медоносных растений, произраставших на кормовом участке, используемом подопытными пчелиными семьями

Виды растений	Содержание йода, мкг/кг
Узколистый кипрей (Epilóbium angustifolium L.)	560 ± 146
Серый икотник (Bertéroa incána L)	394 ± 102
Белый донник (Melilotus albus MEDIK)	339 ± 88
Рогатый лядвенец (Lotus corniculatus L.)	325 ± 85
Восточный козлятник (Galega orientalis LAM.)	284 ± 74
Козья ива (Salix caprea L.)	196 ± 51
Посевной горох (Pisum sativum L.)	170 ± 44

Основные трофические субстраты, используемые пчелами, существенно различались по содержанию йода. В меде, собранном пчелиными семьями, не получавшими «Прост», йода было меньше, чем в перге примерно в 6 раз. В семьях, потреблявших в течение 1,5 мес. (точнее 48 сут.) микродозы «Проста», содержание йода в меде возрастало примерно на 15%, в перге на 10%. На содержание йода в воске и прополисе подкормки пчелиных семей «Простом» не оказали достоверного влияния (табл. 3).

Таблица 2. Содержание йода (мкг/кг) в продуктах пчеловодства

Продукты пчеловодства	Пчелиные семьи, потреблявшие растворы сахарозы
Продукты пчеловодства	чистые	с «Простом»
мед	48 ± 6,3	56 ± 7,2
перга	304 ± 79,2	334 ± 11,3
воск	23 ± 4,9	24 ± 5,3
прополис	28 ± 5.4	29 ± 5,8

Подкормка пчелиных семей «Простом» влияла на увеличение содержание йода в теле рабочих пчел, завершающих постэмбриональное развитие. У пчел, семьи которых подкармливали чистым раствором сахарозы, содержалось 79 ± 6, а у подкармливаемых микродозами «Проста» – 110 ± 13,2 мкг на 1 кг живой массы, т.е. возросло в 1,4 раза (Р ≥ 0,99).

В семьях, потреблявших в качестве подкормок чистые растворы сахарозы, плодовитость маток составляла в среднем 846 ± 97 яиц/сут, а под влиянием подкормок «Простом» она возросла 1,56 раза (Р ≥ 0.99). За 48 суток пчелиные семьи контрольной группы вырастили 49493 ± 108, а опытной – 63437 ± 129 рабочих особей (рис. 4).

Рис. 4. Динамика выращивания расплода пчелиными семьями, подкармливаемыми чистыми растворами сахарозы (1) и с микродобавкой «Проста» (2)

Приняв, что на воспроизводство 10 тыс. пчел, семья расходует около 1,1 кг меда и 0,9 кг пыльцы (Таранов, 1986), каждая из семей контрольной группы израсходовала за период учетов расплода около 5.5 кг меда и 4.5 кг пыльцы, а опытной – 7 и 5,7 кг соответственно. Исходя из средних значений содержания йода в трофических субстратах, используемых пчелами, в течение суток пчелиные семьи контрольной группы потребляли с медом примерно 6, с пыльцой – 23 мкг йода, а опытной – 7 и 30 мкг. Дополнительно с «Простом» пчелиные семьи опытной группы получали в течение суток около 7 мкг йода, который частично аккумулировался в перге, меде теле пчел.

Следовательно, из меда и пыльцы пчелиные семьи контрольной группы, потребляли за сутки 29, а с «Простом» – 44 мкг йода. Увеличение суточного потребления йода повлияло на повышение плодовитости маток, что позволило пчелиным семьям опытной группы за 48 суток увеличить в 1,28 раза (Р ≥ 0.95) воспроизводство расплода (рис. 4).

С наступлением репродуктивной диапаузы и началом зимовки потребление корма пчелиными семьями резко уменьшается. Семьи, содержащие 20–30 тыс. пчел, в первой половине зимовки при оптимальной температуре потребляют за сутки от 40 до 60 г корма (Еськов, 1916). Приняв, что в трофическом обеспечении зимующих пчел 2/3 составляет мед и 1/3 перга, суточное потребление йода пчелиными семьями приближается к 1–2 мкг.

Получение результаты исследований позволяют заключить, что семьи пчел удовлетворяют потребность в йоде, преимущественно из пыльцы и нектара. У многих видов растений пыльца значительно превосходит нектар по содержанию йода. Поэтому основным источником восполнения потребности пчел в йоде служит пыльца, запасаемая в форме перги.

Применение в подкормках йодосодержащего препарата стимулирует повышение репродуктивной функции маток, что, вероятно, сопряжено с обогащением маточного молочка за счет увеличения йода в теле пчел и трофических субстратах, используемых для выкармливания расплода. Между дополнительным потреблением йода из йодсодержащих препаратов, воспроизводством расплода и трофической потребностью пчелиной семьи устанавливается положительная обратная связь.

За счет естественных источников нектара и пыльцы пчелиная семья средней величины (содержащая около 25 тыс. взрослых особей, или 2,5 кг живой массы) при благоприятных экологических условиях потребляет в течение суток около 30 мкг йода, или 12 мкг/кг живой массы, что в 4–6 раз превосходит суточную потребность человека в этом микроэлементе. Но получение пчелиными семьями 12 мкг/кг йода при суточном воспроизводстве около 0,8 тыс. пчел, очевидно, недостаточно для реализации репродуктивного потенциала матки. На это указывает значительное повышение ее плодовитости при дополнительном увеличении примерно на 10% суточного потребления йода при скармливании йодосодержащего препарата. Этого не требуется в безрасплодный период зимующим пчелиным семьям. У них потребность в йоде уменьшается в 15–20 раз.

Биойод и дигидрокверцетин. Исследования выполнены на пяти группах пчелиных семей, в которых находились одновозрастные матки-сестры. В каждую из этих групп входило по три пчелиных семьи, аналогичных по численности рабочих пчел, корма и расплода. В течение 27 дней с 3-дневными интервалами семьи контрольной группы получали по 200 мл 40%-ной сахарозы, а в опытных – с микродозами дигидрокверцетина (ДКВ) или «Проста» (в 1 мг «Проста» содержала 7 мкг йода). Разовая доза ДКВ составляла 0,4 мг/кг, а «Проста» – 0,16, 0,8 или 2,4 мг/кг живой массы пчел.

Исходя из того, что по результатам ранее выполненных исследований ДКВ превосходил полизин по влиянию на плодовитость маток, применение полизина было исключено в последующих испытаниях. Вместо него был введен ультрадисперсный селен и арабиногалактан. Как известно, селен обеспечивает выведение из организма солей тяжелых металлов и повышает продуктивность и неспецифическую резистентность у животных (Галочкин, Галочкина, 2011; Delange, 2007).

Микродозы препаратов оказывали значительное влияние на воспроизводство рабочих пчел. Семьи контрольной группы примерно за 2 мес. вырастили 70,74 ± 1,69 тыс. пчел, при потреблении ДКВ – 72,96 ± 2.26 тыс., а при потреблении «Проста» в дозе 0,16, 0,8 и 2,4 мг – 74,69 ± 1,78, 78,79 ± 1,76 и 78, 04 ± 1,85 тыс. рабочих особей соответственно (Р ≥ 0,9 по отношению к контролю).

Потребление ДКВ способствовало увеличению плодовитости маток по отношению к контролю за весь сезон наблюдений в среднем на 15,8 % (Р ˃ 0,95). Эти матки достигали максимальной плодовитости раньше контрольной группы и тех, которые получали полизин. В третьей декаде июля плодовитость маток в семьях получавших ДКВ превосходила контрольную группу в среднем на 26,2 % (Р ≥ 0,999).

Применение в качестве пищевой добавки ДКВ в сезоне с относительно низкой продуктивностью кормовых участков, повлияло на повышение плодовитости маток в среднем на 15,6 % (Р ˃ 0,95), ультрадисперсного селена на – 17,9% (Р ˃ 0,99). Арабиногалактан оказал небольшое ингибирующее влияние на репродуктивную функцию маток, она уменьшилась в среднем на 2,6 %.

Таким образом, ДКВ и «Прост» влияют на повышение плодовитости маток. Оптимальная суточная доза «Проста» составляет около 0,25 мг/кг живой массы пчелиных семей. Арабиногалактан, обладая бактерицидным эффектом, не стимулировал репродуктивную функцию у маток.

Интенсификация воспроизводства фертильных трутней

Из трех каст (маток, рабочих пчел и трутней) у пчел рода Apis трутни отличаются наибольшей изменчивостью морфометрических признаков, что связано в основном с влиянием экологических условий в период их постэмбрионального развития. Особенно большими отклонениями от средней норы отличаются трутни, развивающиеся из яиц, отложенных рабочими пчелами. Так, масса однодневных трутней среднерусских пчел, развывшихся в оптимальных условиях из яиц, отложенных матками, составляет 259 ± 3.2 мг, длина третьего тергита – 6.52 ± 0.029 мм, его ширина – 4.95 ± 0.019 мм, длина хоботка – 3.73 ± 0.018 мм, длина переднего крыла – 12.2 ± 0.048 мм. С повышением температуры в течение периода развития в запечатанных ячейках до 36 оС длина и ширина третьего тергита увеличивается в среднем на 2%, длина хоботка – на 1%, длина крыла – на 2%, а с понижением до 29 оС – уменьшается соответственно – на 1.6 и 4%. Сезонная изменчивость трутней выражается в укрупнении размеров тела у их генераций, появляющихся от начала к окончанию весенне-летнего сезона.

По массе тела и морфометрическим признакам трутни, развивающиеся из яиц, откладываемых овулирующими рабочими пчелами в безматочных семьях, уступают таковым, развивающимся из яиц, отложенных матками (табл. 3). Средняя масса гениталий у трутней, воспроизводимых в безматочных семьях, составляет 17.0 ± 0.41 мг. Активность спермы, как и у трутней, развивающихся из яиц, отложенных матками, зависит от массы гениталий. Неактивная сперма обнаруживалась у особей, масса гениталий которых не превышает 13.4 ± 0.48 мг. Это указывает на то, что не все трутни, развивающиеся из яиц овулирующих рабочих пчел, могут участвовать в осеменении маток.

Таблица 3. Масса и морфометрические признаки трутней, развивающихся в ячейках пчелиного и трутневого типов

Показатели	Трутни, развивающиеся в ячейках
	пчелиных		трутневых
	М ± m	Сv,%	М ± m	Сv,%
масса (мг)	150 ± 4,3	16.2	141 ± 6,0	23.3
длина крыла (мм)	11.1 ± 0,10	4.9	10.5 ± 0,32	15.8
ширина крыла (мм)	3.7 ± 0.04	4.8	3.79 ± 0,063	7.0
длина 3-го тергита (мм)	6.08 ± 0.08	7.3	5.88 ± 0,180	17.6
ширина 3-го тергита (мм)	2.73 ± 0.031	6.3	2.75 ± 0,022	4.4
длина хоботка (мм)	3.59 ± 0.068	10.2	3.64 ± 0,050	7.9

Овулирующие рабочие пчелы чаще всего откладывают яйца в пчелиные ячейки и реже – в трутневые. Однако размер ячеек не оказывает существенного влияния на массу и размер развивающихся трутней (табл. 3). Поэтому вероятнее всего, уменьшение размеров трутней в безматочных семьях связано с ухудшением их трофического обеспечения на стадии личинки. Это подтверждается тем, что из яиц, откладываемых иногда пчелами в маточные ячейки, развиваются крупные трутни.

Укрупнению трутней и активизации продуцируемой ими спермы способствуют применение в подкормках пчелиных семей микродоз биологически активных веществ. Но кормовые добавки оказывают неодинаковое влияние на воспроизводство пчелиными семьями рабочих пчел и трутней.

Биойод и дигидрокверцетин. Двум группам пчелиных семей, подобранными методом аналогов, с 3-дневными интервалами подкармливали 200 мл 40%-ной сахарозы. В качестве кормовых добавок применяли микродозы дигидрокверцетина (0,4 мг/кг живой массы пчел) или «Проста» (0,16, 0,8 или 2,4 мг/кг живой массы пчел)

Подкормки пчелиных семей начинали после появления в них развивающихся трутней. Перед завершением их развития соты с запечатанным расплодом помещали в сетчатые изоляторы. Из них отбирали по 40 особей для морфометрических исследований, а остальных метили разной краской для различения трутней из семей, получавших ДКВ и неодинаковые дозы «Проста», и возвращали в свои семьи. Летную активность трутней наблюдали после 7 сут имагинальной стадии, а при достижении 14-суточного возраста у трутней анализировали наличие и жизнеспособность спермы.

Сперму отбирали при 25°С, а для стимуляции выворачивания эндофаллуса, трутней удерживали за ноги и вынуждали некоторое время предпринимать попытку взлета. Жизнеспособность спермы определяли при 35–37°С в капле раствора «Изотон» на предметном стекле. Подвижность спермы анализировали под микроскопом камерой «Digital», подключенной к монитору компьютера.

В первой группе семей, включавших опытные и контрольные семьи с однолетними матками микродозы ДВК и «Проста» оказали некоторое влияние на численность трутней в семьях. Контрольная группа семей вырастила в среднем по 1259 ± 175 трутней. Семьями, получавшими в подкормке ДКВ было выращено 1427 ± 175 трутней, а при разных дозах «Проста» – 1623 ± 244 особей. Доверительная вероятность этих различий не превышала 0,9.

В другой группе семей с матками-сеголетками, выращивавшими относительно небольшое количество трутней, на их воспроизводство влияли биологически активные вещества, содержавшиеся в подкормках. В контрольной группе каждая семья вырастила в среднем 606 ± 25, при потреблении ДВК – 611 ± 17, «Проста» в дозе 0.16 и 0.8 мг/кг пчел – соответственно по 682 ± 30 и 717 ± 38 трутней. Различие по отношению к контролю составляло соответственно 1%. 11% и 16%.

На массу тела трутней подкормки микродозами изучаемых препаратов оказали несущественное влияние к началу имагинальной стадии. В семьях, потреблявших «Прост» в дозе 0.16 и 0.8 мг/кг пчел, масса трутней превышала особей контрольной группы соответственно на 1.8 и 2.5 %. Влияние ДВК находилось на уровне около 0.1 %.

За период полового созревания масса тела имела сходную динамику изменения во всех вариантах опытов. В контрольной группе к 14 суткам имагинальной стадии масса тела возрастала в среднем на 12.3%, при потреблении ДКВ на 14.1 %. Разные дозы проста (0.16 и 0.8 мг/кг пчел) несущественно отличались по влиянию на возрастную динамику массы, составляя соответственно 15.7% и 14.1 % (табл. 4).

Таблица 1. Влияние микродоз «Проста» и ДКВ на возрастную динамику массы тела трутней

Варианты опыта	Масса тела (мг) трутней
	после выхода из ячеек		через 14 суток
	М ± m	Сv, %	М ± m	Сv, %
контроль	200.9 ± 2.92	9.2	229.1 ± 6.89	6.9
«Прост» в дозе 0.16 мг/кг пчел	204.4 ± 2.17	6.7	237.9 ± 3.47	9.2
«Прост» в дозе 0.8 мг/кг пчел	206.0 ± 2.19	6.7	239.7 ± 3.69	9.8
ДКВ	202.1 ± 2.63	8.2	232.8 ± 2.71	7.3

У трутней, развивавшихся в семьях, потреблявших «Прост» или ДКВ, увеличение длины крыльев по отношению к контролю варьировало от 1.1 до 1.4 %. Потребление ДКВ не оказывало существенного влияния на ширину крыльев, а их ширина под влиянием «Проста» в дозах 0.16 и 0.8 мг/кг пчел увеличивалась соответственно на 3.8 и 4.1 %. Значительное увеличение длины 4-х тергитов отмечалось под влиянием и «Проста», и ДКВ, состав-ляя от 18.2 до 21.2 %. При этом ширина тергитов возрастала на 2.2–2.6 % (табл. 5).

Таблица 5. Влияние изучаемых препаратов на морфометрические признаки трутней

Размеры, мм	Варианты опытов
	Контроль		«Прост» в дозе мг/кг пчел				ДКВ
	Контроль		0.16		0.8		ДКВ
	М ± m	Сv, %	М ± m	Сv, %	М ± m	Сv, %	М ± m	Сv, %
Передние крылья: длина ширина	12.19 ± 0.03 3.77 ± 0.02	1.6 3.2	12.31± 0.02 3.92 ± 0.02	1.2 3.1	12.84 ± 0.04 3.93 ± 0.02	2.0 2.5	1 2.69 ± 0.04 3.78 ± 0.01	2.1 1.6

4-й тергит: длина ширина	2.34 ± 0.01 6.27 ± 0.01	2.1 1.1	2.86 ± 0.02 6.43 ± 0.01	3.9 1.4	2.97 ± 0.02 6.44 ± 0.01	2.4 1.4	2.89 ± 0.02 6.40 ± 0.01	3.5 0.9

Подкормка развивавшихся трутней «Простом» стимулировала активность сперматогенеза. В частности, в контрольной группе доля трутней, у которых не было обнаружено спермы, составляла 46.7 ± 2.9 % (доверительная вероятность ошибки среднего значения рассчитана по уровню значимости 0.95). Потребление развивавшимися трутнями корма с йодом повлияла на увеличение доли особей со спермой в среднем по двум вариантам опытов на 6.7 % (Р ≥ 0.95). В группе с подкормками ДВК не обнаружено существенного изменения доли трутней со сформировавшейся спермой.

Потребление семьями «Проста» в период развития трутней существенно повлияло на повышение жизнеспособности спермиев. С повышением суточ-ной дозы препарата с 0.16 до 0.8 мг/кг пчел продолжительность жизни спермиев в «Изотоне» возрастала в 1.26 и 1.65 раза соответственно (рис. 5).

Рис. 5. Рис. Продолжительность периодов активности спермиев у трутней, развивавшихся в семьях контрольной группы (1) и при суточном потреблении «Проста» в дозах 0.16 (2) и 0.8 мг/кг пчел (3).

Аккумуляция йода в теле трутней возрастала под влиянием потребления пчелиными семьями йодосодержащего препарата. Во всех вариантах опытов, включая контроль, наибольшее количество йода аккумулировали гениталии (табл. 5). Но в них происходили относительно небольшие изменения содержания йода под влиянием биопрепаратов – при применение ДКВ в среднем в 1.13, «Проста» в дозах 0.16 и 0.8 мг/кг в 1.25 и 1.19 раза. В головных, грудных и брюшных отделах применение этих доз «Проста» отражалось на увеличении содержания йода от 1.31 до 1.67 и от 1.82 до 2.0 раз. Под влиянием ДВК увеличение накопления йода находились в пределах от 1.21 до 1.5, что объясняется влиянием этого препарата на активизацию метаболизма и соответственно увеличение потребления корма (табл. 5).

Таблица 3. Содержание йода (мкг/кг) у трутней, развивавшихся в разных пчелиных семьях

Варианты опытов
Контролируемые фрагменты тела	Контроль	«Прост» в дозе мг/кг пчел		ДКВ
Контролируемые фрагменты тела	Контроль	0.16	0.8	ДКВ
Голова	227 ± 59	380 ± 79	443 ± 84	310 ± 81
Грудь	201 ± 52	321 ± 71	410 ± 77	302 ± 78
Брюшко	260 ± 68	341 ± 69	475 ± 88	316 ± 82
Гениталии	321 ± 83	402 ± 73	517 ± 91	364 ± 85

Таким образом, «Прост», содержащий биологически связанный йод, и ДКВ оказывают сходное влияние на развитие трутней. Под влиянием микродоз этих препаратов происходит укрупнение трутней. При этом йод существенно стимулирует активизацию сперматогенеза, что отражается на увеличении доли трутней, продуцирующих сперму, и повышении ее жизнеспособности. Но относительно высокие дозы йода снижают жизнеспособность пчел, содержащихся в замкнутых условиях, что установлено на консолидированных группах рабочих особей содержавшихся в садках (Еськов и др., 2016). Поэтому нецелесообразно применение йодосодержащих препаратов в поздне-осенних подкормках пчелиных семей.

Дигидрокверцетин, полизин и ультрадисперсный селен. Исследование выполнено на четырех группах пчелиных семей, подобранных методом аналогов по количеству пчел, расплода и корма. В семьях находились матки-сестры, возраст которых на начало опытов составлял около 1,5 мес. Воспроизводство семьями трутней оценивали по числу запечатанных ячеек с развивавшимися трутнями. Их количество учитывали с 14-суточные интервалы.

Пищевые добавки, в качестве которых использовали полизин, ДКВ и ультрадисперсный селен, скармливали пчелам в растворах 50 %-ной сахарозы. Подкормки проводили трехкратно с 12-суточными интервалами. Разовая доза полизина, в расчете на 1 кг живой массы пчелиных семей, составляла 20 мг, ДКВ – 2 мг и ультрадисперсного селена – 0,01 мкг. Пчелы контрольной группы одновременно получали чистый (без добавок) раствор сахарозы.

Пищевые добавки оказали неодинаковое влияние на репродуктивную активность маток. Потребление селена за анализируемый период (42 сут.) интенсифицировало выращивание трутней в среднем на 29.1 %, полизина – 14,6% и ДВК – на 2,2 %, а рабочих пчел – на 4,4, 1,3 и 9 % соответственно (табл. 6).

Таблица 6. Влияние микродоз полизина и ультрадисперсного селена на количество рабочих пчел и трутней, выращенных пчелиными семьями в течение 36 – 42 суток

Контроль			Дигидрокверцетин		Полизин			Селен
M ± m		Cv, %	M ± m	Cv, %	M ± m		Cv, %	M ± m	Cv, %
Рабочие пчелы
45567 ± 1959		7,4	50067 ± 3479	12.0		46183 ± 3159	11,8	47700 ± 3050	9,0
Трутни
1508 ± 133	15,4		1541 ± 167	18.8		1765 ± 49	4.8	2128 ± 218	14.5

Масса тела не имела существенных отличий у трутней, развивавшихся в контрольной группе семей и в семьях, потреблявших пищевые добавки. Однако они повлияли на увеличение массы головных отделов. У пчел, получавших с подкормкой селен и полизин, увеличение массы составило 3,6 %, и ДВК – 2,1 % (табл. 7).

Таблица 7. Масса тела трутней, развивавшихся в семьях получавших полизин, дигидрокверцетин или селен

Масса, мг	Контроль		Дигидрокверцетин		Полизин		Селен
Масса, мг	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %
Общая	223.1 ± 0.12	0.4	223.6 ± 0.12	0.4	226.4 ± 0.34	1.0	225.0 ± 0.36	1.1
Головного отдела	18.9 ± 0.03	1.0	19.3 ± 0.06	2.3	19.6 ± 0.08	2.8	19.6 ± 0.08	2.9
Грудного отдела	99.5 ± 0.16	1.1	101.2 ± 0.25	1.8	104.0 ± 0.47	3.2	101.8 ± 0.33	2.3

Морфометрические признаки не имели статистически достоверного изменения под влиянием пищевых добавок. Отмечается лишь тенденция увеличения длины передних крыльев и 4-х брюшных тергитов на 1,1 – 1,9 % (табл. 8), что имеет значение для полета.

Рис. 6. Продолжительность периода сохранения активности спермы в дистиллированной воде

Существенно различалась жизнеспособность спермы в зависимости от потребляемой кормовой добавки пчелиным семьям. У трутней, потреблявших ультрадисперсный селен, сперма сохраняла в дистиллированной воде активность на 18,2 % дольше по сравнению со спермой у тех из них, которые развивались в контрольной группе семей. Влияние полизина отражалось на повышении жизнеспособности спермы на 15,6 %, ДКВ — на 12 % (рис. 6).

Таблица 8. Морфометрические признаки трутней, развивавшихся в семьях получавших полизин, дигидрокверцетин или селен

Признаки	Контроль		ДКВ		Полизин		Селен
Признаки	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %	M ± m	Cv, %
Крылья передние: длина	11.29 ± 0.010	1.0	11.46 ± 0.017	1.0	11.51 ± 0.015	1.2	11.41 ± 0.02	1.1
ширина	3.60 ± 0.007	1.7	3.67 ± 0.009	1.8	3.77 ± 0.010	1.9	3.73 ± 0.009	1.8
Крылья задние: длина	7.691 ± 0.005	0.4	7.694 ± 0.010	0.6	7.696 ± 0.013	1.0	7.694 ± 0.009	0.6
ширина	2.861 ± 0.004	1.4	2.868 ± 0.006	1.5	2.896 ± 0.010	1.8	2.887 ± 0.008	1.8
Количество зацепок	22.48 ± 0.14	4.6	22.62 ± 0.18	5.6	22.60 ± 0.24	5.61	22.64 ± 0.26	5.7
3-й тергит: длина	2.66 ± 0.004	1.1	2.69 ± 0.003	0.8	2.69 ± 0.003	0.9	2.71 ± 0.006	0.8
ширина	5.85 ± 0.006	0.7	5.90 ± 0.007	0.8	5.88 ± 0.004	0.4	5.91 ± 0.007	1.7

Специфическая особенность применения селена выражалась в ускорении выведения из организма трутней некоторых ТМ. Поэтому в теле трутней, потреблявших селен, свинца содержалось меньше по сравнению с его содержанием в контрольной группе примерно в 4 раза, кадмия и цинка – в 2 раза. При этом содержание стронция практически не изменялось, а железа и цезия возрастало. Полизин и ДКВ способствовал уменьшению свинца и меди примерно в 1,5 – 2 раза. Под влиянием ДКВ содержание стронция возрастало почти в 2 два, а цезия в 3 раза (табл. 9).

Таблица 9. Содержание химических элементов в теле трутней, семьи которых получали микродозы полизина, ДКВ и ультрадисперсного селена

Вещество

Химические элементы, мг/кг

Контроль

4,021±

0,0959

0,142±

0,033

23,28±

3,68

1358,1±

0,3092

0,0072±

0,0012

55,52±

14,88

0,151±

0,028

полизин

2,682±

0,641

0,340±

0,044

28,63±

4,54

1289,7±

0,2968

0,0170±

0,0042

22,05±

4,734

0,148±

0,022

ДКВ

2,883±

0,460

0,167±

0,031

34,655±

4,1632

918,9±

0,195

0,0239±

0,0060

36,51±

9,51

0,313±

0,021

Селен

0,985±

0,148

0,075±

0,017

33,21±

2,49

663,5±

0,0655

0,0223±

0,0046

39,64±

3,51

0,141±

0,020

Таким образом, наибольшей биологической эффективностью обладают микродозы ультрадисперсного селена, стимулирующего воспроизводство трутней и повышающего жизнеспособность спермы. Немаловажно так же и то, что селен ускорят выведение из тела трутней таких опасных поллютантов как свинец и кадмий. Морфометрические признаки и масса тела несущественно изменяются при потреблении пчелиными семьями пищевой подкормки с селеном. Но его влияние на увеличении массы головных отделов трутней указывает на повышение у них потенциальной продолжительности жизни, что установлено на рабочих пчелах (Еськов, Ушарнов, Ярошевич, 2013).

Реабилитация пчелиных семей, подвергающихся противоварроатозным обработкам

С того времени, как в 50-х годах ХХ в. варроатоз был впервые обнаружен на медонос-ной пчеле в Китае, он стал бурно распространяться в Азии, Европе, а затем и на других континентах (Delfinado, Baker, 1974; Banhawy, 1986; Le Conte, 1986). Паразитируя на расплоде и взрослых пчелах, клещ Varroa destructor питается жировым их телом (Lekprayoon, Tangkanasing, 1991). Это приводит к ослаблению пчелиных семей, ингибиру-ет их развитие и снижает продуктивность. Если не принимать мер по уничтожению кле-щей, пчелиные семьи в течение нескольких сезонов погибают или слетают (Watson, Stallins, 2016). Этим обуславливается применение акарицидных препаратов, которые уничтожая клеща (Игнатьева и др., 2004; Пучнин, Мещеряков, 2010; Домацкий, 2018), отравляют пчел.

Известные приемы борьбы с варроатозом можно поделить на биологические (зоотехнические), физические и химические. Зоотехнические приемы рекомендуется применять в течение всего активного периода жизни пчел. К зоотехническим мерам относится, например, изъятие из ульев запечатанного трутневого расплод. Это способствует снижению инвазии, но приводит к нерациональным затратам энергии пчелиных семей на воспроизводство трутней и снижает их численность в периоды спаривания маток.

Среди физических методов борьбы с варроатозом в 80 годы ХХ в. широкую известность получил термический метод. Он основан на относительно низкой толерантности клеща к высокой температуре (Хруст, 1978). Этот довольно трудоемкий способ, не обеспечивающий удале-ния всех клещей, представляет непосредственную и пролонгированную угрозу для жизни пчел. Некоторое их количество погибает от перегрева во время термообработки, а у пчел, переживших нагрев, примерно на 10 % сокращается продолжительность жизни (Еськов, 2014).

По указанным причинам термический способ борьбы с варроатозом не получил широкого применения. С простой реализации связано применение химических методов оздоровления пчелиных семей от варроатоза. Химические средства находят все большее применение, несмотря на то, что они опасны и для пчел, и для здоровья человека, поскольку загрязняют продукцию пчеловодства. В разное время в качестве проивоварроатозных средств применяли фенотиазин, варроатин, фольбекс (хлорбензилат), тимол, дилабик и другие препараты. Но короткий период жизни и высокая плодовитость клеша обеспечивают ему быструю адаптацию к антиварроатозным химическим препаратом.

Исходя из широкой практики применения химических препаратов для борьбы с варроатозом, возникает необходимость применения средств реабилитации пчелиных семей. Для этого проведено испытание биологически активных веществ – полизина, ультрадисперсного селена и ДВК. Их применяли в осенних подкормках пчелиных семей, проводимых после их противоварроатозных (акарицидных) обработок.

В исследованиях на пчелах, содержавшихся в энтомологических садках, установлено, что биологически активные кормовые добавки влияли на увеличение продолжительности жизни пчел. Их 50 %-ная гибель в контрольных группах приходилась в среднем на 57 ± 1,5 сут. При потреблении в подкормке ультрадисперсного селена или полизина 50% пчел погибало на 65 ± 1,7 сут или 63 ± 1,5 сут соответственно. Применение ДКВ увеличивало этот период жизни до 67 ± 2,4 сут. Максимальная продолжительность жизни пчел, по-треблявших чистый раствор сахарозы, достигала 85 суток, а при наличии в нем полизина, селена или ДКВ достигала соответственно 88, 90 и 92 сут.

Масса головных отделов, которая как отмечалось выше, коррелирующая с жизнеспособ-ностью, у пчел контрольной группы за 70 сут жизни уменьшалась в среднем на 26,4 %. При наличии в растворе сахарозы полизина масса головных уменьшалась на 23,5%, селена на – 22,3% и ДКВ на – 20,9% (Р > 0,99).

Возрастная динамика массы зобиков и ректумов находилась в обратной зависимости. Масса зобиков за 70 сут у пчел контрольной группы уменьшалась в среднем на 10%, а с комовыми добавками ультрадисперсного селена – на 7 %, полизина и ДКВ – на 11 %. При этом масса ректумов возрастала в 3,1, 2,8 и 2,6 раза (Р ≥ 0,999) соответственно.

В зобиках пчел контрольной группы за 70 сут содержание воды, находившееся исходно на уровне 40%, возрастало в среднем в 1,3 раза. Наименьшим увеличением содержания воды в зобиках, составлявшем 31 %, отличались пчелы, которые потребляли корм с ДКВ. В группе пчел, потреблявших корм с селеном, содержание воды возрастало по отношению к исходному значению на 36%, с полизином на – 34%. Эти различия коррелировали с уменьшением продолжительности жизни пчел, что обуславливается потреблением низко концентрированного углеводного корма.

Таким образом, наибольшей реабилитационной эффективностью для пчел, подвергавшихся противоварроатозной обработке дилабиком, обладала добавка ДКВ. Применение этого препарата существенно повлияло на увеличение продолжительности жизни пчел. С продолжительностью жизни коррелировала возрастная динамика массы головных отделов и насыщение водой содержимого медовых зобиков.

ВЫВОДЫ

1. Применение в подкормках пчелиным семьям функциональных кормовых добавок влияет на повышение репродуктивной активности пчелиных маток и связанную с нею продуктивность пчелиных семей. Эффективность полизина связана с наличием в этом препарате незаменимых аминокислот, способствующих росту и развитию организма. Биологические эффекты ДКВ обуславливается его капилляропротекторными и антиоксидантными свойствами, способствующими активизации обменных процессов (Teselkin et al., 200; Knekt et al. 2002). С этим связано влияние ДКВ на интенсификацию выведения из организма пчел тяжелых металлов.

2. Влияние селена на повышение активности сперматогенеза у трутней объясняется его участием в антиоксидантной защите организма, регуляции таких процессов, как клеточная пролиферация, транскрипция генов, репарация ДНК и дифференцировка половых клеток (Аникина и др., 2002; Bates et al., 2000: Bianco, Kim, 2006).

3. Селен наряду с полизином и ДКВ, ускоряющими обменные процессы, способствуют реабилитации пчел, подвергавшихся воздействиям акарицидных препараторов. По влиянию на процессы физиологического старения пчел, определяющих их жизнеспособность в условиях возрастающего техногенного прессинга, испытанные биологически активные препараты ранжируются в следующем порядке – ДКВ, селен и полизин.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Возрастающее техногенное загрязнение окружающей среды и связанное с этим увеличение накопления тяжелых металлов в трофических субстратах, потребляемых пчелами, приводит к снижению их жизнеспособности, что выражается в отмечаемой в последние годы массовой гибели пчелиных семей. Поллютанты, накапливающиеся в продукции пчеловодства (меде, прополисе, цветочной пыльце, маточном молочке и др.), представляют также угрозу для безопасности жизнедеятельности человека.

В сложившейся экологической ситуации повышение плодовитости пчели-ных маток и активности сперматогенеза у трутней достигается применением в активный период жизни пчелиных семей функциональных кормовых добавок. Они, активизируя обменные процессы, способствуют удалению из тела пчел поллютантов. Это отражается и на улучшении качества продукции пчеловодства. В них уменьшается количество поллютантов.

Для повышения плодовитости пчелиных маток и сопряженного с этим увеличения продуктивности пчелиных семей рекомендуется, начиная с весны, в течение –1,5 мес. скармливать пчелиным семьям биологически активные вещества. При их выборе следует исходить из установленной биологической эффективности. Испытанные и доступные к применению биологически активные вещества ранжируются в следующем порядке: дигидрокверцетин > ультрадисперсный селен > полизин > хитозан.

Оптимальные суточные дозы препаратов в пересчете на 1 кг массы пчели-ных семей (масса 10 000 пчел равняется 1 кг): дигидрокверцетин – 2 мг/кг; ультрадисперсный селен – 0.01 мкг/кг; полизин – 25 мг/кг, хитозан – 20 мг/кг.

В Средней полосе европейской части России испытывается дефицит йода. В летний период при потреблении пчелами нектара и пыльцы потребность пчелиной семьи в йоде, составляющая 45 мкг/сут, удовлетворяется примерно на 50%. Поэтому требуется дополнительно вводить в углеводные подкормки по 20–25 мкг йода. В 1 мг известного биопрепарата «Прост» содержится 7 мкг йода.

Применение в подкормках йода повышает плодовитость маток и активность сперматогенеза у трутней. Но наибольшим влиянием на качество (жизнеспособность) спермы оказывает селен. Подкормки селеном и другими биологически активными препаратами следует начинать в то время, когда в семьях появляется трутневый расплод.

Список использованной литературы

Автор НИР

ФГБОУ-ВО-РГАЗУ

Животноводство