Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 5
1.1 Подходы к генетике медоносной пчелы 5
1.2 Факторы формирования популяционной структуры 12
1.2.1 История расселения евро-сибирской пчелы 12
1.2.2 Изменение среды обитания на территории Пермского края 16
1.3 Трофические связи и фуражировочное поведение 23
1.3.1 Флороспециализация 23
1.3.2 Фуражировочная стратегия 37
1.3.3 Степень наполнения зобика 42
1.3.4 Ограничение приноса нектара 43
1.4 Переработка 44
1.4.1 Придание антимикробных свойств 44
1.4.2 Предотвращение кристаллизации 48
1.4.3 Факторы, влияющие на обогащение нектара секреторными веществами 51
2 Материал и методы исследования 54
3 Трофические связи: пчела - медоносные растения 63
3.1 Пыльцевой анализ мёда 63
3.2 Анализ содержимого зобиков 72
3.2 Фуражировочная стратегия 82
4 Обогащение нектара секреторными веществами 85
4.1 Секреторные вещества мёда 85
4.2 Переработка корма в условиях опыта 88
Выводы 90
Практические предложения 92
Библиография 93
Введение к работе
Евро-сибирский подвид медоносной пчелы (Apis mellifera mellifera L.) имеет естественное доантропогенное распространение на большой территории - от южной Франции до Сибири, достигая 60 с. ш. (Ruttner и др., 1990; Петров, 1992). Расширение её ареала стало возможным благодаря продвижению на север, что связано с комплексом этологических и физиологических адаптации к условиям холодной климатической зоны (Еськов, 1992, 1995).
По ряду причин естественная популяционная структура медоносной пчелы в большинстве регионов России и Европы была нарушена. На территории Пермского края к настоящему времени выявлены две группы аборигенной евро-сибирской пчелы с низким уровнем метизации, удаленные друг от друга на 300 км, и имеющие достоверные различия по ряду морфологических показателей: уинская (юго-восток Пермского края) и вишерская (север региона, северная границе ареала медоносной пчелы) группы (Петухов и др., 1996; Ильясов и др., 2006).
По имеющимся сведениям (Гасанов, 1970; Жеребкин, 1970; Жеребкин, Миронова, 1976; Харитонов, 2001, 2001а; и др.) для пчёл характерна та или иная степень выраженности предпочтения в выборе определённых видов медоносных растений, секреторной активности желёз, участвующих в процессе формировании запасов корма. Локальные экологические группы медоносной пчелы имеют специфические этолого-физиологические адаптации к условиям среды обитания, и первую очередь, связанные с использованием определенного типа медосбора (Луво, 1969; Danka и др., 1987; Rutner и др., 1990). Испытания вишерских пчёл, отличающегося высокой зимостойкостью и продуктивностью у себя на родине, в условиях рано начинающегося и продолжительного медосбора Псковской области показали непригодность их практического использования на пасеках Псковщины (Ярошевич, Цебро, 2002). Разработка мер по сохранению и массовой репродукции аборигенных пчёл
Пермского края невозможна без изучения их отличительных особенностей при сборе и переработке корма.
Фуражировочная деятельность пчелиных, в том числе медоносной пчелы, подробно изучены во многих аспектах при сборе пыльцы (Жеребкин, Миронова, 1976; Радченко, Песенко, 1994; Nagamitsu, Inoue, 1999; Морева, 2003; Кочкарёв, Гранкин, 2004; Лопатин, Трегуб, 2004; и др.), вопрос трофических связей и фуражировочной стратегии при сборе нектара изучен слабо, особенно в естественных условиях посредством анализа приносимого корма.
Запасы корма медоносной пчелы используются человеком. Ботаническое происхождение мёда обуславливает его характерные особенности (Persano Oddo, Piro, 2004). При переработке нектара в мёд происходит его обогащение секреторными веществами, включающими факторы неспецифического иммунитета (Зюман, 1991; Molan, 1995; и др.). Заявление об отличительных свойствах продуктов - распространённый маркетинговый приём. Однако для предупреждения действий вводящих в заблуждение потребителей и защиты отечественных (местных) производителей необходимо проведение дополнительной экспертизы продукта, опирающейся на применение новых показателей и методов испытаний.
Целью данной работы является изучение особенностей экологических групп медоносных пчёл при сборе и переработке углеводного корма. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Выявляли трофические связи пчел с медоносной растительностью и факторов обуславливающих эти связи.
Изучали возрастные изменения фуражировочной активности пчёл при сборе углеводного корма.
3. Оценивали секреторную активность желёз, участвующих в
формировании зимних запасов корма.
Подходы к генетике медоносной пчелы
Несмотря на многовековую историю пчеловодства, медоносная пчела - биологический вид, способный существовать без вмешательства человека и до недавнего времени имевший устоявшуюся популяционную структуру, сложившуюся под влиянием естественного отбора без вмешательства человека. За рубежом и в Московской с/х академии им. Тимирязева для обозначения внутривидовых групп пчёл, занимающих определенный ареал и имеющих ряд морфофизиологических особенностей, употребляют биологические термины «раса» и «экотип» (Луво, 1969; Rutner и др., 1990; Петров, 1992; Lodesani, Costa, 2003; и др.).
В России (НИИ пчеловодства) к медоносной пчеле традиционно применяется зоотехнический подход и используется соответсвующая терминология «порода» и «популяция» (Алпатов, 1976; Билаш, Кривцов, 1991; Кривцов, Гранкин, 2004; и др.). При этом под термином популяция понимается в соответствии со сложившейся в советской пчеловодной литературной практике (Билаш, Кривцов, 1991) - «качественно своеобразная часть расы (примитивной породы) пчёл, занимающая относительно изолированный ареал и отличающийся от других аналогичных частей данной расы комплексом устойчиво полезных признаков пчелиных семей».
По аналогии с выведенной в Англии Адамом Келе на основе воспроизводительного межрасового скрещивания бакфестовской «породы» пчёл, в СССР (НИИ пчеловодства) был создан «Приокский» внутрипородный тип среднерусских пчёл (Билаш, Кривцов, 1991).
Учитывая наличие на территории Пермского края аборигенных пчёл, длительный период их естественной истории, мы придерживаемся биологического подхода к внутривидовой структуре и позиционированию медоносной пчелы (Петухов, Авдеев, 2004; Авдеев, 2006).
Согласно современным молекулярно-генетическим исследованиям (Cornuet, Garnery, 1991; Garnery и др., 1992; Franck и др., 1998) выделяется три эволюционные линии медоносной пчелы: африканский подвид, включающий intermissa, monticola, scutellata, adansoni, capensis расы, северо-средиземноморский подвид, включающий caucasica, carnica, ligustica расы, и северо-европейскую ветвь, представленную тёмной европейской пчелой (А. т. mellifera), что возводит последнюю в ранг подвида или супер-расы. Выделение тёмных европейский пчёл в отдельный подвид было сделано систематиками и ранее (Готце, 1964 цит по Петров, 1992; Петров, 1992).
Евро-сибирский подвид медоносной пчелы, представленный тёмной европейской расой, так же называемой тёмной лесной, среднеевропейской, собственно медоносной - А. т. mellifera, среднерусской, обладая самым большим естественным ареалом среди других рас медоносной пчелы, в следствии чего имеет сложную популяционную структуру (Кривцов, 1995; Кривцов, Гранкин, 2004; Луво, 1969; Rutner и др., 1990; и др.).
Изучая среднерусскую «породу» Н. И. Кривцов (1995) выделяет владимирскую, татарскую, вологодскую, орловскую, новосибирскую и челябинскую популяции, в той или иной степени, отличающиеся по морфометрическим и хозяйственно-ценным показателям. Однако, такое структурирование тёмной европейской пчелы на территории России обусловлено местом отбора проб пчёл. Кроме того, количество пчёл на основании которых производились промеры экстерьера в каждой группе всего лишь чуть больше ста особей. В результате чего, значения морфологических признаков пчёл Вологодской области полученные другими авторами (Шереметьев и др., 1965) имеют достоверные отличия.
С одной стороны, пчёлы Татарии, Вологодской и Орловской областей проявляют сходство и «относятся, очевидно, к одной популяции» - заключает Н. И. Кривцов (1995); с другой, пчёлы Башкирии и Пермского края неоднородны и подразделяются на ряд достоверно отличающихся группировок (Петров, 1983; Петухов и др., 1996). Таким образом, как констатируют Г. Д. Билаш и Н. И. Кривцов (1991), - «Породы пчёл в зависимости от степени их изученности подразделяются на разное количество популяций.».
В монографии «Селекция пчёл» Г. Д. Билаш и Н. И. Кривцов (1991) указывают существование симпатрических (совместно обитающие в одной зоне) пород и популяций пчёл, приводя в качестве примера жёлтую (равнинную) кавказскую и серую горную кавказскую. На наш взгляд симпатрических групп ниже локальной популяции (в биологическом понимании (Майер, 1968, 1971, Завадский, 1961)) у медоносной пчелы не существует. При ликвидации барьеров к спариванию при размещении пчелосемей различных рас и экотипов на одной пасеке происходит рекомбинация и разбалансировка комплекса характерных признаков.
Материал и методы исследования
Экспериментальная часть работы выполнена в период 2002 - 2005 годов на пасеке учебно-научной базы «Предуралье» Пермского госуниверситета, расположенной в Кишертском районе Пермского края, кафедре зоологии биолого-химического факультета Пермского государственного педагогического университета.
Исследования проводились на пчелосемьях, сформированных с использованием плодных маток тёмной европейской расы A. mellifera mellifera: вишерского, уинского экологических групп (соответственно север и юг Пермского края (Петухов и др., 1996)), Сабинского района Татарстана; межлинейного гибрида внутрипородного типа «Приокский», гибрида А. т. mellifera х А. т. caucasica. На протяжении всего периода исследований использовалась одна и та же (одна и та же матка) татарской популяции и уинской группы, в 2004 - 2005 годах - вишерской группы (отмечена звёздочкой). Семьи пчёл «Приокского» породного типа были использованы разные из-за гибели во время зимовки.
Для анализа ботанического происхождения и степени обогащения секреторными веществами мёда вырезали запечатанный безперговый участок сота из магазинных рамок, одновременно поставленных в разгар медосбора в заранее сформированные равные по силе, возрастному составу и биологическому состоянию семьи пчёл. Мёд от сота отделяли через сетку из нержавеющей стали с диаметром ячейки 0,5 мм. Пыльцевой анализ мёда
Определение ботанического происхождения мёда проводили при помощи качественного пыльцевого анализа в соответствии с «Гармонизированными методами пыльцевого анализа мёда» (Von Der Ohe et al, 2004). Навеску образца мёда в 10 г растворяли в 20 мл дистиллированной воды. Раствор центрифугировали 10 мин при 1000 g. Сливали надосадочную жидкость, добавли 20 мл дистиллированной воды, встряхивали и проводили повторное центрифугирование при тех же
условиях в течение 5 мин. Надосадочную жидкость сливали и снимали оставшиеся на стенках капли жидкости фильтровальной бумагой. Осадок перемешивали и переносили пипеткой на предметное стекло. Препарат подсушивали на греющей поверхности (температура не более 40 С). На покровное стекло наносили в виде большого диагонального креста каплю разогретого до 40 С гицерин-желатины по Кейслеру подкрашенной основным фуксином, и накладывают его на предметное стекло. Препарат оставляли на греющей поверхности ещё 5 мин для равномерного распределения среды заключения. При учёте определяемых пыльцевых зёрен под микроскопом препарат рассматривали в пять рядов, равномерно распределённых во всём поле (при необходимости после пяти исходных отступив некоторое расстояние рассматривают дополнительные ряды в той же последовательности). Для каждого типа пыльцы вычисляли относительную частоту встречаемости как процент к общему содержанию учтённых пыльцевых зёрен.
Идентификацию пыльцы проводили до вида, рода или семейства с помощью специальных справочников (Бурмистров, Никитина, 1990; Riccirdelli D Albore, 1998) и собственных эталонных препаратов.
За окончательный результат испытания принимали среднее арифметическое значение (X) результатов двух параллельных (последовательных) определений (разных навесок) при учёте не менее 500 пыльцевых зёрен в каждом. Методика имеет приписанные характеристики погрешности по ISO 5725. Показатель повторяемости частоты встречаемости пыльцевых зёрен определённого вида в мёде (sdr, абс. %) связан со средним значением (X) следующей формулой: sdr =-0,059651 х\п(Х)хХ + 0,29984хХ . Как правило, в работах посвященным определению пищевой специализации пчелиных предполагается учёт 150-250 пыльцевых зёрен на образец (Бурмистров, Никитина, 1990; Харитонов, 2001; Лопатин,
Трегуб, 2004; и др.). Однако, полученные таким образом результатов по процентному содержанию пыльцевых зёрен определенного вида имеют достаточно низкую репрезентативность (Behm et al, 1996 цит. по Von Der Ohe et al, 2004).
Поскольку, в зависимости от вида растения удельное содержание пыльцевых зёрен в нектаре может быть увеличенным (overrepresented pollens) или уменьшенным (underrepresented pollens), результаты пыльцевого анализа нуждаются в интерпретации. Перевод результатов пыльцевого анализа в эквивалентную долю в мёде нектара определённого ботанического происхождения проводили с помощью пыльцевых коэффициентов (Ricciardelli D Albore, 1997; Sawyer, 1988).
Анализ содержимого медовых зобиков Удельное содержание пыльцевых зёрен в нектаре разных видов растений может отличаться на порядки, в результате чего доля пыльцы медоносного растения, обеспечивающего главный взяток, может быть ничтожно мала. Например, мёд с лаванды, люцерны и липы может быть признан монофлёрным даже при однопроцентном содержании пыльцы данного вида в мёде (Persano Oddo, Piro, 2004). Более полное представление о ботаническом происхождении углеводного корма может быть получено при пыльцевом анализе нектара из ячеек сотов в улье (Adams и др., 1979) или содержимого медовых зобиков пчёл возвращающихся в гнездо (Von Der Ohe и др., 1993; 1993а). Исследование нектара принесённого в улей позволило выявить 62 вида растений, в то время как при анализе полученного из него мёда - только 13 видов (Adams и др., 1979).
Пыльцевой анализ мёда
Между образцами мёда собранного в 2004 году пчёлами Сабинского района Татарии и уинской группы не обнаруживается никаких достоверных различий по частоте встречаемости пыльцевых зёрен определённых видов растений. Наиболее разнятся образцы мёда пчёл вишерской группы и породного типа «Приокский», имеющие достоверные отличия как при использовании установленных метрологических характеристик по ряду отдельных видов (Р 99,0 %), так и общего распределения (метод х) содержания пыльцевых зёрен (Р 99,9 %). Образцы мёда последних групп пчёл имеют некоторые достоверные отличия от медов вишерской группы и породного типа «Приокский».
Поскольку в зависимости от вида растения удельное содержание пыльцевых зёрен в нектаре может быть увеличенным или уменьшенным, результаты пыльцевого анализа мёда нуждаются в интерпретации. Перевод результатов пыльцевого анализа в эквивалентное содержание нектара (таблица 4, рисунок 5) показывает, что все образцы мёда преимущественно (75-85 %) состоят из нектара липы мелколистной.
Пчёлы Татарии и уинской группы отличаются большой долей нектара душицы. Для пчёл вишерскои группы заметным источником нектара становится иван-чай узколистный. Наибольшее сходство в трофических связях опять же обнаруживается между пчёлами Татарии и уинской группы, у групп пчёл, сформированных в близких геоботанических условиях. Такая закономерность соответствует результатам Н. Н. Харитонова (2001) о том, что генетическая близость пчёл обуславливает сходство пыльцевого спектра собираемого ими мёда.
Однако, в экологических условиях следующего года пчёлы Татарии и уинской группы не проявили подобной однотипности при выборе источников корма (рисунок 6, таблица 5). Пыльцевые спектры всех медов, в том числе собранных пчелиными семьями одной (вишерскои) группы, имеют достоверные отличия.
Для сравнения трофических связей большую информативность имеет перевод процентного содержания пыльцевых зёрен в эквивалентную долю нектара (рисунок 7, таблица 6). Пчелиные семьи вишерской группы имеют сходство по содержанию в мёде нектара липы (78-82 %), однако, не имеют различия в выборе второстепенных источников нектара. Наименьшее количество нектара липы в корме (27 %) отмечено для татарских пчёл, наибольшее (94 %) -для пчёл «Приокского» типа. Интересно отметить, что по результатам пыльцевого анализа мёда представленные нам НИИ пчеловодства пчёлы «Приокского» типа не посещали клевер луговой, в то время как его нектар составлял 40 % мёда татарских пчёл, 8,5 % - уинской группы и 18 % одной из семей вишерской. Причиной такого явления могут быть благоприятные погодные условия, способствующие более высокому уровню нектара в трубке цветка, или большая активность шмелей-операторов. Длина хоботка пчёл татарской популяции в среднем на 0,2 мм больше чем у пермских пчёл, но, по крайней мере, на столько же меньше чем у «Приокских».
Одной из главных причин ввоза в ареал тёмных европейских пчёл длиннохоботных южных рас и создание на основе их гибридизации «Приокских» пчёл была именно потребность в опылителях «красного» клевера, несмотря на то, что А. Ф. Губин (1947) показывал успешное применение среднерусских пчёл при опылении «красного» клевера на ряде опытных пунктов в СССР.
