Содержание к диссертации
Введение
1.Обзор литературы 11
1.1 Характеристика отдельных показателей физиологического состояния пчел 11
1.2 Эпизоотология, биология и потогенез инвазионных и инфекционных болезней пчел 14
1.3 Экологическая характеристика окружающей среды 29
1.3.1 Эколого-токсикологическое состояние почв, растений и сельскохозяйственной продукции 31
1.4 Особенности обмена веществ у пчел 45
1.5 Применение подкормок в пчеловодстве для повышения жизнеспособности пчел 55
2. Собственные исследования 58
2.1 Материалы и методы исследования 58
2.2 Результаты исследования 67
2.2.1 Развитие пчелиной семьи в течение года в условиях Северного Зауралья 67
2.2.2 Анализ состояния пчеловодства в Северном Зауралье 73
2.2.2.1 Эпизоотологическое состояние пасек региона 77
2.2.3 Результаты исследований миграции поллютантов в биологической цепи почва - медоносные растения — организм пчел - продукты пчеловодства 79
2.2.3.1 Содержание поллютантов в почвах исследуемых пасек 79
2.2.3.2 Уровень поллютантов в цветках медоносных растений 88
2.2.3.3 Количество поллютантов в организме пчел 138
2.2.3.4 Уровень некоторых химических элементов в организме пчел разных пород и в теле паразитирующих на них клещей Varroa destructor 145
2.2.3.5 Содержание поллютантов в организме пчел на пасеках Северного Зауралья и Южного Урала 153
2.2.3.6 Количество тяжелых металлов в организме пчел в условиях закрытого грунта
2.2.3.7 Содержание поллютантов в гнездовых сотах 154
2.2.3.8 Уровень химических веществ в сотовом меде 157
2.2.4 Морфофункциональные показатели пчел в разных экологических условиях 168
2.2.5 Особенности гемолимфообращения в крыльях пчел при Варроатозе 179
2.2.6 Морфофункциональные изменения в организме пчел при варроатозе 181
2.2.6.1 Динамика поражения среднерусской и карпатской породы пчел клещом Varroa destructor 190
2.2.7.1 Биохимический состав гемолимфы куколок пчел на пасеках Тюменской области 192
2.2.7.2 Биохимический состав гемолимфы куколок пчел при варроатозе 193
2.2.8.1. Профилактические мероприятия для увеличения продолжительности жизни пчел 195
2.2.8.2 Повышение зимостойкости пчел карпатской и среднерусской пород 200
2.2.8.3 Повышение резистентности пчел к инвазионным инфекционным заболеваниям 202
2.2.8.4 Определение влияния витаминных подкормок на резистентность пчел 205
2.2.8.5 Увеличение медопродуктивности пчелиных семей после использования подкормок 207
2.2.9 Поражение пчел конопидами в летний период иразработка комплекс мер борьбы с конопидозами 210
2.2.10 Экономическая эффективность применения кормовых добавок в пчеловодстве 212
Обсуждение полученных результатов 222
Выводы 249
Практические предложения 252
Список литератры 254
Приложения 294
- Эпизоотология, биология и потогенез инвазионных и инфекционных болезней пчел
- Эколого-токсикологическое состояние почв, растений и сельскохозяйственной продукции
- Уровень некоторых химических элементов в организме пчел разных пород и в теле паразитирующих на них клещей Varroa destructor
- Профилактические мероприятия для увеличения продолжительности жизни пчел
Введение к работе
Актуальность темы. Пчеловодство тесно связано со многими отраслями растениеводства и животноводства. Эта связь определяется в первую очередь той ролью, которую играют пчелы как опылители сельскохозяйственных растений. В стране возделывают около 150 видов энтомофильных культур, требующих перекрестного опыления, обеспечить которое могут только пчелы (Ю.А. Черевко, 2001). В условиях усилившегося антропогенного давления на природу происходит уменьшение численности естественных опылителей.
В результате загрязнения окружающей среды происходит снижение резистентности пчел, что создает благоприятные условия для развития паразитарных и инфекционных заболеваний в различных сочетаниях и ассоциациях (Н.Н. Харитонов, 2002; А.М. Ишемгулов, 2004; И.С. Пичушкин, С.И. Пичушкин, Е.И. Мордвинова, 2005; И.М. Донник, И.А. Шкуратова, Н.А. Верещак, М.В. Ряпосова, А.Д. Шушарин, 2006; Г.В. Кашина, 2009). К природным загрязнителям относятся тяжелые металлы, радионуклиды и пестициды. Основным фактором, способствующим накоплению поллютантов в продуктах пчеловодства, снижающим жизнедеятельность пчел и санитарное качество продуктов пчеловодства, является высокий уровень техногенного загрязнения окружающей природной среды (Т.М. Русакова, Л.А. Бурмистрова, Л.В. Репникова, Е.А.Вахонина, М.Н. Харитонова, В.М. Мартынова, Н.В. Будникова, 2006 и др.).
Поиск и разработка средств для стимуляции развития пчелиных семей, особенно ослабленных экологическим неблагополучием, для борьбы и повышения устойчивости пчел к паразитарным заболеваниям (варроатозом медоносной пчелы и конопидозами пчелы – листореза), их профилактикой является приоритетной проблемой.
Актуальность обсуждаемых вопросов, а также недостаточность сведений о закономерностях накопления поллютантов в цепи почва–медоносы–пчелы–продукция пчеловодства вызывают необходимость проведения всесторонних исследований, позволяющих оценить и контролировать состояние организма медоносных пчел, выявить изменчивость их организации в динамике при адаптации к техногенным изменениям среды, степень их восприимчивости к возбудителям заболеваний.
Исследования являются частью научно-исследовательской работы, проводимой сотрудниками Института биотехнологии и ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» (номер государственной регистрации 0120.0503976).
Цель и задачи исследований. Охарактеризовать биологический потенциал пчел Северного Зауралья, изучить биохимические и функциональные показатели гемолимфы пчел, адаптированных к данным условиям. Разработать комплекс биотехнологических мероприятий, повышающих резистентность пчел к возбудителям заболеваний и техногенному загрязнению окружающей среды их обитания.
Для реализации этой цели были определены следующие задачи:
-
Дать анализ состояния пчеловодства в Тюменской области;
-
Изучить морфофункциональные признаки пчел, адаптированных к условиям Северного Зауралья;
-
Провести эпизоотологический мониторинг с целью выявления территориальных особенностей состояния пасек региона по инвазионным и инфекционным заболеваниям;
-
Изучить экологическое состояние объектов пчеловодства по схеме: почва – медоносные растения – пчелы – продукты пчеловодства;
-
Разработать способы коррекции резистентности пчел к возбудителям заболеваний и негативным воздействиям среды их обитания.
Научная новизна. Впервые исследовано и установлено содержание ТМ (Pb, Cd, Cu, Zn) и мышьяка, радионуклидов (137Cs, 90Sr) и пестицидов (ГХЦГ, ДДТ) в цепочке почва - медоносные растения - организм пчел - продукты пчеловодства в условиях пасек Северного Зауралья. Выявлен коэффициент биологического поглощения ТМ цветами медоносных растений, организмами пчел и продуктами пчеловодства в весенний и летний периоды. Установлены кумулятивные свойства ТМ пчелами карпатской и среднерусской пород и клещами Varroa destructor. Определен макроэлементный состав и их соотношение в организме пчел в разных экологических условиях. Доказано влияние неблагоприятных антропогенных факторов внешней среды на устойчивость организма пчел к заболеваниям. Выявлено влияние клеща Varroa destructur, как биотического фактора, на скорость кровообращения крыльев пчел. Исследованы биохимические показатели гемолимфы куколок пчел в разных условиях содержания, а также изменения показателей гемолимфы при варроатозе. Разработаны комплексные мероприятия, включающие использование препаративных форм на основе медоносных растений, селен-актива и витаминов для повышения устойчивости пчел к заболеваниям. Установлено массовое поражение личинками мух семейства Conopidae люцерновых пчел-листорезов в хозяйствах Сибири и разработаны меры их профилактики.
Теоретическая значимость и практическая ценность работы. Теоретическая значимость работы заключается в том, что выявлена закономерность распространения и миграции поллютантов по биологической цепи почва – медоносные растения – пчелы – продукты пчеловодства в весенний и летний периоды, которая позволяет отслеживать и прогнозировать экологическое состояние местности с целью разработки средств и способов улучшения жизнеспособности пчелиных семей, повышения резистентности к возбудителям наиболее распространенных болезней.
Практическая ценность работы заключается в применении с профилактической целью препаратов селен-актива, витаминов, настойки одуванчика и фитосбора из цветков медоносных растений, получивших положительный результат при производственных испытаниях, в результате чего снижался процент пораженности пчел возбудителями варроатоза и нозематоза, увеличивалась сохранность пчелиных семей, повышалась их продуктивность. В хозяйствах Сибири разработана и внедрена технологическая схема мер профилактики и борьбы с мухами-конопидами - возбудителями конопидозов пчел-листорезов.
Основные материалы диссертационной работы используются в практической деятельности специалистов-пчеловодов, зооветеринарной службой Зауралья, в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий на биологических, ветеринарных и зооинженерных факультетах, а также при выполнении научных исследований аспирантами и соискателями Тюменской ГСХА, Пермской ГСХА, Уральской ГАВМ, Донском ГАУ.
Результаты исследований вошли в следующие методические рекомендации: «Применение тиазона для защиты люцерновых пчел – листорезов от мух – конопид» (2002), «Комплекс мер защиты люцерновых пчел-листорезов от мух-возбудителей конопидозов» (2003), и учебно-методические пособия «Патология организма животных при техногенных воздействиях» (2003) (гриф Мин. сельского хозяйства РФ), «Физиологические свойства крови и лимфы животных» (2004) (гриф Мин. сельского хозяйства РФ), «Биология пчел» (2006) (гриф УМО), «Эндокринная система животных» (2007) (гриф Мин. сельского хозяйства РФ), «Методы отбора проб почвы, медоносных растений, пчел и продуктов пчеловодства и исследования их на токсические вещества» (2009).
По итогам выполненной работы получен патент на изобретение: № 104018 «Энтомологический садок» (от 10.05.2011 г.), диплом лауреата I степени «Лучший инновационный проект» Тюменской области за 2010 год, диплом Тюменской областной сельскохозяйственной выставки за 2011 год.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Оценка современного состояния пчеловодства в Тюменской области;
-
Результаты эпизоотологического мониторинга территориальных особенностей состояния пасек региона по инвазионным и инфекционным заболеваниям, картографирование пасечных хозяйств с учетом ветеринарно-экологической обстановки;
-
Результаты исследования по содержанию и соотношению тяжелых металлов, радионуклидов и пестицидов (поллютантов) в почве, медоносных растениях, организме пчел, продуктах пчеловодства на пасеках Северного Зауралья;
-
Биологический потенциал пчел и их расплода, адаптированных к условиям Зауралья;
-
Способы коррекции резистентности пчел к неблагоприятным условиям окружающей среды и возбудителям болезней.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, экологии и ветеринарной медицины домашних животных» (Тюмень, 2002), научно-практической конференции «Теоретически обосновать, разработать новые и усовершенствовать старые средства профилактики и терапии медоносных пчел при смешанном течении инвазии и инфекций» (Тюмень, 2003), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию со дня образования Курганской области и 90-летию сельскохозяйственной науки Зауралья (Курган, 2003), III Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2003), координационном совещании: «Разработать теоретически обоснованные регионально адаптированные системы профилактики паразитарных болезней животных, новые экологические безопасные средства и способы оздоровления хозяйств» (Тюмень, 2006), IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск-Казахстан, 2006), Международной научно-практической конференции «Биогеохимия элементов и соединений токсикантов в субстратной и пищевой цепях в агро- и аквальной системе» (Тюмень, 2007), II Сибирской научно-практической конференции по пчеловодству (Новосибирск, 2007), II Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007), VI Международной биогеохимической школы «Биогеохимия в народном хозяйстве» (Астрахань, 2008), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы ветеринарно-зоотехнической науки и практики» (Екатеринбург, 2008), Международной научно-практической конференции «Высшее образование и аграрная наука – сельскому хозяйству» (Семей – Казахстан, 2009). Материалы диссертации в процессе ее выполнения докладывались на ежегодных итоговых научных конференциях Тюменской государственной сельскохозяйственной академии в период с 2002 по 2010 годы. Материалы диссертации одобрены и обсуждены на расширенном заседании сотрудников и специалистов кафедры анатомии и физиологии ФГБОУ ВПО «Тюменская Государственная сельскохозяйственная академия» от 15.12.2011г. (протокол №4)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 печатных работ, в том числе 11 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ (журналы: «Ветеринария» – 1, «Пчеловодство» – 5, «Экономика сельского хозяйства и перерабатывающих предприятий» - 1, «Аграрный вестник Урала» – 3, «Вестник Красноярского ГАУ» – 1) и патент на изобретение Российской Федерации.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 294 страницах печатного текста, содержит 81 таблицу и 61 рисунок. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и практических предложений, приложения. Список литературы содержит 401 наименование, в том числе 76 на иностранном языке. Весь материал диссертации получен, обработан и проанализирован автором.
Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в обосновании постановки задач, в разработке методик, организации и проведении экспериментальных и производственных исследований, выполнении паразитологических, физиологических, химико-аналитических исследований; сборе первичных данных, обработке, систематизации, анализе и интерпретации полученных результатов, их практической реализации, опубликовании основных результатов исследований.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту д.б.н. К.А. Сидоровой за научную и методическую помощь в работе над диссертацией; автор благодарен за ценные замечания, рекомендации и поддержку заведующей лабораторией болезней пчел ВНИИВЭА к.б.н. Т.Ф. Домацкой, ведущему научному сотруднику лаборатории, к.б.н. Н.М. Столбову и другим сотрудникам.
Эпизоотология, биология и потогенез инвазионных и инфекционных болезней пчел
Для интенсивного развития пчеловодства большое значение имеют вопросы повышения резистентности пчелиных семей к заразным болезням, среди которых большое распространение получил варроатоз, нозематоз, аскосфероз и конопидоз. Причем, за последнее время, наблюдается смешанное их течение, что причиняет огромный ущерб пчеловодству. Варрооз (варроатоз) - инвазионное заболевание личинок, куколок и взрослых пчел вызываемые гамазовым клещем Varroa destructor Anderson et Trueman, 2000, именованный ранее Varroa jacobsoni Oudemans, 1904, в отличие от возбудителей других болезней, на всех фазах развития пчел (О.Ф. Гробов, 1987; Н.М. Столбов, 1980).
В настоящее время пчелы всех кантинентов мира, кроме Австралии подвержены паразитированию Varroa destructor (А.И. Акимов, 1988). Первые сведения о нохаждения клеща Varroa в нашей стране принадлежат Н.Г. Брегетовой (И.Н.Солохненко,2002). На территории Тюменской области варроатоз пчел был обнаружен в 1973 году Н.М. Столбовым и Н.А. Васьковым (1974).
Клещ поражает расплод всех стадий пчел, однако наиболее сильно -трутневый, в меньшей степени-рабочих особей и лишь при сильной степени инвазии поражает маток (О.Ф.Гробов, 1974; Н.М.Столбов, 1980).
Самка клеща проникает в ячейку с личинкой перед запечатыванем, и к моменту выхода пчел и трутней формируются взрослые клещи, которые спариваются в ячейках. Выход молодых самок по отношению к самкам-основательницам составляет в пчелином расплоде 10:1, а в трутневом - 15:1 ( И.А.Акимов, А.ВЛстребцов, 1987; B.Ruttner, 1982). По данным О.Ф.Гробова (1977) на одной выходящей из ячейки пчеле наблюдалось до восемнадцати паразитирующих самок клеща. О влиянии последних на жизнеспособность пчелиных семей в зависимости от степени поражения имеются разные суждения. Так по данным О.П.Никольского, А.М.Евдокимовой, (1975) при наличии более двадцати паразитов на ста пчелах осенью, семья обречена на гибель.
Паразитирование клеща Варроа влечет за собой не только физическую нагрузку для пчел, но и значительные физиологические и биохимические изменения в их организме (Э.В.Кузьмина,1999).
В 1976 году А.Б. Ланге с соавторами было установлено, что клещ V. destructor повреждает кутикулу пчел зубчатым концом хелицер, пилящие движения которых нарушают хитиновуо оболочку. Образуется рваная, долго незаживающая рана с вытекающей из нее гемолифой. По-видимому, клещ вводит вещества, изменяющие ее химический состав. Нарушенная целостность покровных тканей полезных насекомых создает условия для проникновения бактерий в ток гемолимфы, резко снижает резистентность организма пчелы и последняя гибнет от вторичных инфекций: септицемии, паратифа, нозематоза и др. или возникает смешанное течение инвазий.
По сообщению П.С. Горбунова (1989) объем гемолимфы в заклещеванном рабочем и трутневом расплоде уменьшается. У трутней значительно снижается показатель общего белка. По сообщениям А.И. Муравской (1984) установлено, что при массовой пораженности расплода клещом у молодых рабочих пчел наблюдается снижение содержания белка в гемолимфе на 10-20%,а также формирование уродливых крыльев, деформирование брюшка и появление в семье мелких пчел (О.Ф. Гробов, 1977; Т.Ф. Домацкая, О.Ф. Гробов, 1980).
О.В. Акшакова (1977), ОФ. Гробов (1977), О.Ф. Гробов, АН. Сотников (1997), и др. Z.Glinski, JJarosz (1987), сообщают, что самки клещей зимуют на пчелах, глубоко проникая между брюшными сегментами, и питаются гемолимфой. Питание постоянное, ритмичное, с чередованием периодов активного потребления гемолимфы с более длительным состоянием покоя. В течение зимовки (150 дней) для сохранения жизнеспособности самке клеща требуется 5.5 мкл гемолимфы, при наличии ее в организме зимующей пчелы в среднем 4.3 мкл(О.Ф. Гробов, 1977).
B.C. Гапонова, ВН. Мельник (1987), утверждают, что число уродливых пчел в семье пропорционально степени поражения. У заклещеванных полезных насекомых в 1.5-2 раза сокращается продолжительность жизни. Хуже развиваются гинофарингиальные железы. В результате чего снижается способность к инвентированию сахарозы, выкормке расплода.
Для борьбы с варроатозом используются многочисленные препараты химического и биологического происхождения, предложены физические и зоотехнические методы (Н.М. Столбов, 1980; О.А. Модин, 2005).
В.Карпов (1996) предлагает применять чабрец при варроатозе. Для этого предварительно размятые или пропущенные через мясорубку 100 г свежих стеблей, листьев и цветков растения помещают в два слоя марли и закрывают сверху полиэтиленовой пленкой. Образовавшийся пакет марлей вниз помещают над гнездом.
Из зоотехнических способов освобождения пчелиных семей от клещей является периодическое вырезание и удаление печатного трутневого расплода (Т.Ф. Домацкая, 1982; И.Войтенко, 1998; О.А. Модин, 2006). Применение данного способа снижает численность паразитов в семье на 20-30 процентов (О.Ф.Гробов, 1987).
Как сообщает В.И. Масленникова (1997), разработанные методы применения трутневых сотов в качестве ловушек для клещей показывают акарицидную эффективность способа в пределах 48-58% и вдвое снижают трудоемкость его применения. Содержание в семьях молодых маток, как утверждает автор, сдерживает размножение клещей в гнезде и служит дополнительным зоотехническим приемом.
О.Ф. Гробов, А.К. Лихотин (1989) предлагают формирование безрасплодных отводков из молодых нелетных пчел после их пртивоакарицидной обработки. Такого же мнения придерживается В.Карпов (1996), причем сила отводков должна быть не менее 4-5 улочек. Авторами показано, что слабые безрасплодные отводки зимуют лучше, чем сильные, но пораженные клещом.
Таким образом, сочетание химических мер при борьбе с варроатозом с некоторыми зоотехническими приемами, отбор и ликвидация расплода в семьях, применение строительных рамок, изоляция пчел от других пасек снижает степень пораженности пчел варроатозом до минимума.
Нозематоз- заболевание взрослых пчел, маток и трутней, вызываемое грибами Nosema, поражавшие эпителиальных клетках средней кишки (О.Ф. Гробов, 1987). Долгое время единственным возбудителем назематоза пчел была микоспоридия Nosema apis Zander 1909. В последние годы в пробах медоносной пчелы регистрируется Nosema ceranae 2007. В настоящее время нозематоз зарегистрирован во всех местах Земного шара, где разводят и используют пчел (Т.Ф. Домацкая, Н.М. Столбов и др., 2010)
По данным О.Ф. Гробова, А.К. Лихотина (1989), споры ноземы проникают в наименее защищенные эпителиальные клетки задней части средней кишки, где отслаивается перитрофическая мембрана. Позже поражаются различные участки указанного отдела кишечника. С развитием нозематозного процесса больные клетки отторгаются в просвет кишечника. Скорость отторжения значительно превосходит восстановления эпителия (J.Fries, 1988; T.P.Liu, 1990). В результате нарушается всасывание питательных веществ и быстро расходуются белки организма. Нарушается углеводный, жировой, минеральный, водный обмены (М.В. Жеребкин 1979).
Эколого-токсикологическое состояние почв, растений и сельскохозяйственной продукции
Считается, что среди химических элементов тяжелые металлы являются наиболее токсичными. Согласно классификации Дж. Вуда (J.M. Wood, 1974), для живых организмов токсичны многие химические элементы, большинство из которых тяжелые металлы: марганец, бериллий, кобальт, никель, медь, цинк, олово, молибден, мышьяк. Может показаться странным, что в эту группу отнесены микроэлементы: марганец, цинк, медь, кобальт, молибден, -физиологическая значимость которых в процессах метаболизма не только научно доказана, но и используется в практике растениеводства, животноводства и медицины. Большинство тяжелых металлов при определенных концентрациях необходимо для функционирования живых организмов. В определенной мере эти предположения подтверждают Диксон М. и Уэбб Э. (1961). Они отмечали, что, например, кадмий и хром выступают в живых организмах в роли активаторов одного или нескольких ферментов. При этом уместно напомнить мнение Виноградова А.П. (1952) о безусловной необходимости для жизнедеятельности организмов всех без исключения химических элементов. Результат воздействия на организм зависит от их концентрации в среде обитания: при малом их содержании они необходимы, при избытке - ядовиты (В.Б. Ильин, 1991; В.А. Боев, 2000).
К тяжелым обычно относятся металлы, которые имеют атомную массу 40 и более (Ч.В. Юкна, Б.Ч. Юкна, 2001). Некоторые из них (Pb, Си, Zn, Fe) используют уже несколько тысячелетий, другие (Cd, Cr, Ni) в значительном количестве вовлечены в промышленное производство около столетия назад. В природе эти вещества поступают в почву и растения за счет разрушения горных пород (М.П. Толстой, 1975; Л.В. Сатаев, В.А. Сунин, А.И. Лобов, Л.Н. Кулишов, 1995; И.А. Горбунова, 1999; Н.Ф. Басыров, Э.И. Валеева, Д.В. Московченко, 2000; Ю. В. Горден, Р.П. Ходоревская, С.В Шипулин, 2002; В.Д. Болотин, И.Е. Хованский, 2002; Л.Г. Богатырев, Д.В. Ладонин, О.В. Семенюк, 2003; Д.В. Спринчак, Т.И. Бокова, К.Я. Мотовилов, 2003; C.Gomes Paulo, P.f. Fontes Mauricio, G. da Silva Adrbalg, S. de Mendonca Eduardo, R. Netto Andre, 2001). Поступление тяжелых металлов в почву в значительной степени обусловлено также техногенной деятельностью человека (А.А. Ваймер, 1999; И.К. Судокова, 2006). Лановенко СП. (1999), проводя исследования в г. Тюмени, отмечала, что промышленные выбросы, автотранспорт и различные антропогенные воздействия оказывают влияние на численность и видовое разнообразие почвообитающих животных.
Басыров Н.Ф. и др. (2000) проводили исследования по определению загрязнения почв тяжелыми металлами в городе Белоярске. По мнению авторов, загрязнения в целом носили умеренный характер, наибольшими загрязнителями являлись свинец и цинк. Это было характерно для валовых и подвижных форм химических элементов.
Охрана окружающей среды от загрязнения стала насущной задачей общества, прежде всего, в странах с высокоразвитой индустрией. Среди многочисленных загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы (Ч.В. Юкна, В.Ч. Юкна, 2001; М.Г. Шаргина 2005).
Избыточное содержание в среде обитания или в пище любого химического элемента - нежелательный факт. Поэтому будет правильным говорить не о токсичных элементах, а о токсичных концентрациях. Химические элементы, концентрация которых в организме не превышает 0,01% ,относятся к микроэлементам (Н.И. Симонова, Т.К. Ларионова, М.Р. Яхинна, 2002).
Среди тяжелых металлов приоритетными загрязнителями считаются ртуть, свинец, кадмий, цинк, потому что техногенное накопление их в окружающей среде идет высокими темпами. Значительное содержание металлов в почве приводит к накоплению их в избыточном количестве растениями. А затем по трофической цепи происходит передача животным и человеку. Избыточное поступление тяжелых металлов в организм живых существ нарушает процессы метаболизма, тормозит рост и развитие. В животноводстве это приводит к уменьшению количества выхода продукции и ухудшению ее качества (М.В. Бойченко, 1999; Ф.М. Батурина, Л.Н.Чижова, Е.Г. Мишвелов, 2001; Е.Н. Беспамятных, И.М. Донник, М.А. Исаев, М.П. Михеев, Е.Н. Шилова, 2007).
Большая часть веществ, загрязняющих почву, накапливается в ее верхнем (3-5-сантиметровом) слое и затем поступает в растения. При продвижении по пищевой цепи одни вещества рассеиваются, другие накапливаются. Концентрирование веществ в пищевой цепи характерно для радионуклидов, тяжелых металлов и некоторых пестицидов, устойчивых к разложению (А.Р. Гасанов, А.К. Кадиев, 1997; Р.А. Кадыров, В.Р. Туктаров, М.Ю. Кроль, 1999; Т.М. Русакова, В.М. Мартынова, 1994; Е.К. Еськов, К.Е. Еськов, Л.М. Колбина, В.В. Максимов, Р.Г. Хисматуллин, Р.А. Кадыров, О.Г. Яковлев, 2001; В.И. Лебедев, Е.А. Мурашова, 2003; Н.В. Бондарева, 2004; K.J. Malksham, J. Rhodes, N.Jacabsen, 1985).
Важенин И.Г. (1985) установил, что основной поток химических соединений поступает в растения из почвы непосредственно в процессе корневого питания. Некоторые исследователи считают, что растения загрязняются химическими веществами не только через корневую систему, но и пылегазовыми выбросами непосредственно через атмосферу (В.Б. Ильин, А.И. Сысо, Г.А. Конарбаева, Н.Л. Байдина, 1997).
Принципы формирования химического состава живых организмов обсуждаются давно. Вернадский В.И. (1922) указывал на тесную связь между элементным химическим составом организмов и земной коры, подчеркивая при этом, что элементный химический состав живых существ в процессе эволюции не подвергался глубоким изменениям. Как свидетельствуют Бойченко Е.А. и др. (1972), в процессе эволюции в тканях растений концентрация микроэлементов — металлов (Zn, Си, Мо и др.) менялась (в основном увеличивалась) в десятки и сотни раз.
Виноградов А.П. (1935) пришел к заключению, что пригодными к жизни могли стать элементы, показывающие большую подвижность или обладающие специфическими свойствами, полезными для процессов обмена. В дальнейшем он развил свое представление о формировании элементного химического состава растений, высказав интересную мысль о том, что все химические элементы так или иначе участвуют в жизненных процессах.
Уровень некоторых химических элементов в организме пчел разных пород и в теле паразитирующих на них клещей Varroa destructor
Исследования по определению уровня химических элементов в организме пчел карпатской и среднерусской породы, а также клещей Varroa, проведены в Тюменском районе. Клещи были сняты с пчел карпатской и среднерусской пород.
В результате проведенных исследований было выявлено, что уровень свинца, мышьяка, кадмия и меди достоверно не отличался в организме пчел и личинок карпатской и среднерусской пород, количество свинца в организме пчел карпатской породы составило 1,40±0,06 мг/кг, в организме пчел среднерусской породы - 1,02±0,04 мг/кг, что в 1,37 раза меньше предыдущего показателя. Уровень кадмия в образцах карпатских пчел составил 0,05±0,003 мг/кг, в пробах среднерусских пчел - 0,04±0,002 мг/кг, меди: 6,56 ±0,29 и 6,06±0,12 мг/кг, мышьяка: 0,07±0,006 мг/кг и 0,06±0,004 мг/кг (достоверной разнице нет). Уровень свинца в организме личинок карпатской породы составил: 0,53±0,03 мг/кг, личинок среднерусской породы - 0,43±0,02 мг/кг, кадмия - карпатской породы - 0,03±0,001 и среднерусской породы - 0,03±0,002 мг/кг, меди - 5,51±0,14мг/кг и 5,75±0,12 мг/кг, мышьяка -0,04±0,001 мг/кг и 0,06±0,002 мг/кг.
Количество цинка в организме пчел среднерусской породы гораздо выше, чем в организме пчел карпатской породы. В пробах имаго среднерусской породы количество цинка составило 22,33±1,85 мг/кг, в пробах карпатской породы - 18,09±1,72 мг/кг. В пробах личинок содержание цинка соответственно составило у среднерусской породы - 17,83±1,31 мг/кг, карпатской породы -16,25±1,44 мг/кг (Р 0,05).
Соотношение перечисленных элементов в порядке убывания в организме имаго обеих пород можно представить следующей формулой: Zn Cu Pb Cd As, в организме личинок это соотношение из-за увеличения уровня мышьяка, по сравнению с кадмием, немного изменилось и представляется в другом виде - Zn Cu Pb As Cd (табл. 40).
Клещи Varroa destructor, питаясь гемолимфой пчел, поглощают из них макро- и микроэлементы. В организме клещей нами зарегистрировано высокое содержание цинка - 27,21±2,34 мг/кг, что на 18,37 % больше, чем в организме пчел. Уровень свинца в организме клещей составил 1,02±0,04 мг/кг, кадмия -0,03±0,001 мг/кг, меди - 6,75±0,54 мг/кг, мышьяка 0,08±0,002 мг/кг, содержание калия соответствовало 1,580±3,2 г/кг, что значительно ниже его уровня у пчел (карпатской породы 8,750±3,9 г/кг и среднерусской - 10,504±5,9 г/кг) (Р 0,05). Среднее значения кальция (3,0±0,11 мг/кг) и фосфора (1,76±0,23 мг/кг) в организме клещей (Р 0,05) не отличалось от данных показателей организма пчел (табл. 41). Соотношение тяжелых металлов в организме клещей можно представить в следующем виде - Zn Cu Pb As Cd.
При определении радионуклидов наибольшее количество цезия-137 и стронция-90 было обнаружено в теле пчел карпатской породы (137Cs -12,5±0,42 Бк/кг, 90Sr - 3,4±0,39 Бк/кг), у среднерусской породы эти показатели соответствовали: I37Cs - 11,5±0,47 Бк/кг, 90Sr - 2,1±0,26 Бк/кг. В организме личинок пчел этих пород содержание радионуклидов находилось практически на одинаковом уровне (карпатская порода - 137Cs -10,3±0,58 бк/кг, 90Sr - 1,7±0,28 бк/кг, среднерусская порода - 137Cs -10,1±0,37 Бк/кг и 90Sr- 1,6 Бк/кг) (рис. 21).
Организм клещей обладает низкими кумулятивными свойствами к радионуклидам. Так, уровень цезия-137 у них равнялся 5,22±0,34 Бк/кг, стронция 1,3±0,11 Бк/кг.
При определении остаточного количества пестицидов было установлено, что значение ГХЦГ и ДДТ в пробах пчел и личинок карпатской и среднерусской породы достоверно не отличалось. Так, количество ГХЦГ в теле пчел карпатской породы доходило до 0,0051мг/кг, среднерусской породы -0,0048 мг/кг, личинок карпатской породы - 0,0044 мг/кг, личинок среднерусской породы - 0,0042 мг/кг. Количество ДДТ в организме взрослых пчел карпатской породы доходило до 0,0052 мг/кг, у пчел среднерусской породы - 0,0053 мг/кг, в теле личинок карпатской породы - 0,0026 мг/кг, у личинок среднерусской породы - 0,0024 мг/кг. Содержание этих веществ в организме клещей было меньше: ГХЦГ - 0,001 мг/кг, ДДТ- 0,001 мг/кг (табл. 42).
Анализ полученных результатов свидетельствует, что в организме взрослых пчел в большей степени происходит накопление химических веществ, чем в организме личинок. В организме расплода и пчел карпатской и среднерусской породы отдельные химические элементы способны в разной степени кумулироваться: свинец и кадмий больше накапливаются в теле пчел карпатской породы, в меньшей степени - у среднерусской, мышьяк и цинк, наоборот, больше накопливаются в организме среднерусской породы, меньше -карпатской. Что касается меди, то его уровень в организме пчел обеих пород не имел существенных отличий. В большей степени накопление калия и кальция происходит в организме пчел среднерусских пород, фосфора - в организме пчел карпатской породы. Большее количество цезия-137 и стронция-90 обнаружено в теле пчел карпатской породы, чем среднерусской. В организме личинок этих пород содержание радионуклидов находилось почти на одинаковом уровне. Значение ГХЦГ в пробах пчел и их личинок достоверно не отличалось. Организм клещей Варроа показывал высокие накопительные свойства к цинку, низкие - радионуклидам и пестицидам.
Как известно, осмотическое давление любого раствора служит самым общим суммарным выражением концентрации всех растворенных веществ. Оно зависит от количества молекул или ионов в определенном объеме растворителя, но не зависит ни от их размеров, ни от природы растворенного вещества. Поэтому все химические соединения организма являются взаимозаменяемыми и одинаково эффективными в отношении их влияния на осмотическое давление плазмы. Следовательно, можно говорить об осмотической концентрации гемолимфы как об общей концентрации содержащихся в ней химических соединений. Эталоном для сравнения осмотических концентраций разных растворов служит эквивалентная концентрация NaCl (Г.Ф. Таранов, 1968).
Профилактические мероприятия для увеличения продолжительности жизни пчел
Неблагополучные экологические факторы и различные заболевания пчел, в том числе варроатоз, являются причинами изменения биохимического состава гемолимфы пчел. Варроатоз - инвазионная болезнь, поражающая личинок, куколок, взрослых рабочих пчел, трутней и маток. Возбудитель болезни - клещ Varroa destructor. Гемолимфа пчелы и ее расплода представляет собой полноценную пищу для этого паразита (Т.Ф. Домацкая, 1982; И.А. Акимов, 1993). По количественному соотношению основных компонентов гемолимфа пчелы отличается от других видов животной и растительной пищи членистоногих. Существенную часть ее (до 60% сухой массы) составляют белки. Гемолимфа расплода чрезвычайно богата аминокислотами, количество которых в 50-100 раз больше их содержания в плазме позвоночных животных. Содержание Сахаров в гемолимфе пчелы также значительно выше, чем в плазме остальных животных, и может колебаться в широких пределах, никогда не падая ниже 1 %. Липиды в гемолимфе пчелы находятся в виде свободных капель и эмульсий. Содержание их непостоянно и зависит от пищи пчелы, достигая в некоторых случаях 6,5 %. На рабочих пчелах, матках и трутнях паразитируют самки клещей, на личинках и куколках расплода - половозрелые и неполовозрелые клещи (рис. 57, 58). Клещ имеет колюще-сосущий аппарат, питается гемолимфой личинок, куколок и взрослых пчел. Размножение и развитие паразита происходит внутри запечатанных пчелами ячеек, на куколке рабочей пчелы или трутня. После спаривания самцы клеща погибают, а самки остаются дальнейшей репродукции (рис. 59). Самки клеща проникают в расплод пчел на 5-6-й день его развития. В одной ячейке сот может располагаться одна или несколько самок. Кладку яиц самка производит на дне ячейки или чуть выше, из отложенных яиц развиваются самки и самцы.
Наибольшую пищевую ценность представляет гемолимфа личинки и особенно белоглазой куколки, так как содержит значительно больше основных компонентов, чем гемолимфа взрослой пчелы (рис. 60-62).
Содержание основных компонентов в гемолимфе летних пчелиных и трутневых личинок не различается, а значит, и пищевая ценность ее также одинакова (Г.Ф. Таранов, 1968, И.А. Акимов, 1993).
В результате паразитирования клещей в гемолимфе трутней происходит ряд биохимических изменений. В организме инвазированных куколок снижается количество амилазы: в гемолимфе больных куколок этот показатель составляет 468,0±8,45 ед/л, здоровой - 604,0±16,34 ед/л. Паразиты из организма хозяина поглощают кальций. Установлено, что у здоровой куколки количество этого элемента составляет 2,09±0,09 ммол/л, у больной - 1,56±0,07 ммол/л. В организме больной куколки увеличивается количество мочевины до 13,5±0,32 ммол/л, у здоровой этот показатель меньше - 10,7±0,54 ммол/л. Это объясняется тем, что в гемолимфе накапливаются продукты обмена, которые слабо выводятся выделительными органами. Количество общего белка значительно ниже у больных куколок (57,0±2,34 г/л), чем у здоровых (60,1±3,54 г/л). При питании клеща гемолимфой хозяина происходит катаболизм резервных белковых веществ в организме пчел. Содержание холестерина и триглицеридов гораздо выше у больных куколок, чем у здоровых. Количество щелочной фосфатазы увеличено, у больных куколок оно составило 38,4±2,45 ед/л, у здоровых - 33,5±1,43 ед/л, а так как это фермент остеобластов кутикулы, то у них может нарушаться процесс образования кутикулы.
По биохимическим показателям гемолимфы инвазированных и здоровых куколок трутней можно сделать вывод, что в результате инвазии снижается количество жизненно важных веществ: белков, амилазы, глюкозы -увеличивается количество мочевины, креатина, триглицеридов, ЛДГ, ЩФ, молочной кислоты. Это является причиной снижения резистентности куколок трутней, в результате чего они слабеют и погибают (табл. 62).
По биохимическим показателям гемолимфы инвазированных и здоровых куколок трутней можно сделать вывод, что в результате инвазии снижается количество жизненно важных веществ: белков, амилазы, глюкозы, увеличивается количество мочевины, креатина, триглицеридов, ЛДГ, ЩФ, молочной кислоты. Это является причиной снижения резистентности куколок трутней, в результате чего они слабеют и погибают.
Напряженная экологическая обстановка заставляет искать всевозможные пути уменьшения количества токсических веществ в организме пчел. Так как селен обладает свойством вытеснять тяжелые металлы из сложных соединений, мы решили испытать селен-акив в качестве добавки к подкормке пчел.
Для испытания воздействия препарата селен-актива (в 0,25 г селен-активе содержится: 150 мкг селексена, 50 мкг селена и 50 мг аскорбиновой кислоты и 0,197 г сорбита) на пасеках Тюменского района были отобраны однодневные пчелы. Дозы испытуемого препарата представлены в табл. 66. Контрольную группу кормили чистым сахарным сиропом. Опыт продолжался 26 дней. Пчелы содержались в термостате при температуре +37 С и относительной влажности 80%. Расчеты продолжительности жизни проводили по формуле, предложенной Смирновым A.M. и Стройковым С.А. (1977). После окончания эксперимента подмор пчел (соответственно по группам) минерализовали и определяли уровень тяжелых металлов. По продолжительности жизни и по уровню накопления тяжелых металлов в организме пчел определяли эффективность использованного препарата.
В результате проведенных испытаний препарата селен-актива выяснилось, что максимальную продолжительность жизни имели насекомые, получившие сахарный сироп, содержащий 0,5% препарата (19,9±0,12 дней). Пчелы, подкармливаемые сиропом с 0,75%, имели длительность жизни, равную 17.1 дня, с 0,25% - 18,9 дня. Снижение концентрации селен-актива до 0,125 и 0,0625% привело к снижению продолжительности жизни насекомых до 18,2 и 17.2 дня соответственно. В контрольной группе пчелы жили 17,2 дней (табл. 66).
Препарат селен-актив способен выводить из организма пчел такие тяжелые металлы, как кадмий, свинец и медь. Особенно это заметно у первой и второй группы пчел, получавших сахарный сироп с 0,75 и 0,5% селен-актива. Как видно из таблицы 67, у пчел первой и второй группы уровень меди находился практически на одинаковом уровне, у остальных групп колебался в пределах 12,62-13,38 мг/кг, а у контрольной группы составил 18,80 мг/кг. Количество свинца в организме пчел первой группы составило 0,0280 мг/кг, у второй группы - 0,0283 мг/кг, у третьей - 0,0450 мг/кг, у четвертой - 0,0850 мг/кг, у пятой - 0,0525 мг/кг, у контрольной группы - 0,1827 мг/кг. Уровень кадмия по отношению к контрольной группе (0,0996 мг/кг) значительно снижался в организме пчел второй группы (0,0034 мг/кг) (табл. 63, 64).
