Введение к работе
Актуальность темы. Актуальной проблемой современной биологической и с.-х. науки является изучение механизмов повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и, в частности, медоносных пчёл, обеспечивающих опыление подавляющей части семенных растений.
Известно, что все живые организмы на Земле подчинены определённым ритмам. Основные внешние факторы, влияющие на биологические ритмы, имеют геофизическую природу, так как связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны, относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле закономерно изменяются, определяя развитие физиологических ритмических процессов, что отражается на деятельности функционально-регуляторных систем, адаптационных возможностях организма. Наиболее существенными из этих процессов являются циркадные и цирканнуальные ритмы — эндогенные ритмы, которые управляют ритмическими процессами в организме при отсутствии экзогенных сигналов (Чурмасов, Орлов, 1999; Мурсалиев, 2000).
На цирканнуальные ритмы влияют факторы, обуславливающие сезон года. С рассматриваемой точки зрения особый интерес представляют сверхвысокие частотные излучения (СВЧ). СВЧ излучение Солнца не зависит от метеорологических условий, обладает высокой степенью проницаемости и распространяется в границах инфракрасного и оптического излучений, от которых зависит скорость метаболических процессов и фотосинтезирование организмов. Установлено, что низкоинтенсивное СВЧ излучение оказывает разнообразное воздействие на биологические системы разной степени сложности (Веников, 1984; Владимирский, Волынский, 1975; Городецкая, 1964; Давыдов, Тихончук, Антипов, 1984; Минин, 1974; Толгская, Гордон, 1971; Чурмасов А.В., Орлов Б.Н., 1999; Мурсалиев, 2000; Орлов, Авзалов и др., 2011).
В связи с этим, в последнее время среди специалистов усилился интерес к изучению вопроса о влиянии СВЧ излучений природной интенсивности на цирканнуальные ритмы живых организмов: в частности пчёл, которые позволят повысить эффект получения разнообразных продуктов пчеловодства (Орлов, Корнева, 2009; Орлов, Егорашин, 2009; Орлов, Иващенко, 2010) и возможно могут использоваться для повышения пыльцесобираемой способности медоносных пчёл.
Цель диссертационной работы:
Исходя из вышеизложенного, перед нами была поставлена следующая цель исследования: показать влияние, производимое СВЧ излучением сверхнизких (природных) интенсивностей на изменение ритмов жизнедеятельности пчёл, их морфофизиологические и спектральные акустические характеристики, дать физиологическую оценку эффективности процесса получения цветочной пыльцы на пасеках с использованием СВЧ облучения природной интенсивности.
Задачи исследования.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
Изучить влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis mellifera carnica).
Проанализировать влияние различных режимов СВЧ облучения, аналогичных естественным, на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera carnica).
Оценить отдельные виды пыльцы и пчелиной обножки с целью изучения их качества и стандартизации.
Сопоставить влияние, производимое СВЧ излучением природной интенсивности, на спектральные характеристики акустического поведения пчелиных семей.
Научная новизна. Доказано информационное влияние СВЧ излучения сверхнизких интенсивностей на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл и маток (Apis mellifera carnica). Впервые апробированы результаты экспериментальных исследований влияния различных режимов информационного СВЧ облучения на пыльцесобираемую способность пчёл. Предложен методический приём определения качества пыльцы и пчелиной обножки по их водным растворам с использованием простых модельных систем (Daphnia magna). Впервые показана степень воздействия СВЧ облучения природной интенсивности на спектральные характеристики акустического поведения пчелиных семей.
Теоретическая и практическая значимость.
Разработанные в работе новые подходы, связанные с анализом информационного воздействия СВЧ излучения на цирканнуальные ритмы рабочих пчёл и пчелиных маток, позволят глубже оценить их сезонные экологические адаптации и практически использовать их для повышения пыльцесобираемой способности пчёл. Показана возможность использования простого биологического тест-объекта (Daphnia magna) для целей стандартизации пыльцы и пчелиной обножки.
Результаты апробированных схем облучения открывают практические перспективы для управления жизнедеятельностью пчелиной семьи посредством информационного влияния СВЧ излучения с целью оптимизации их физиологических процессов в сторону увеличения пыльцесобираемой способности семей медоносных пчёл.
Положения, выносимые на защиту.
Показано влияние СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на цирканнуальные ритмы пчёл и пчелиных маток (Apis mellifera carnica).
Проанализировано влияние различных режимов СВЧ излучения сверхнизких природных интенсивностей на пыльцесобираемую способность пчёл фуражиров (Apis mellifera carnica).
Изучено качество отдельных видов пыльцы и пчелиной обножки для решения вопросов их стандартизации.
Показано влияние СВЧ облучения природной интенсивности на изменение спектральных характеристик акустического поведения пчелиных семей.
Апробация работы. Основные материалы работы доложены на:
Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса». - Брянск, 2006; Международной конференции «Пчеловодство 21 век. Пчеловодство, апитерапия и качество жизни». – Москва, 2010; 1-й и 2-й международной научно-практической конференции «Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии» (Ярославль, 2010 и 2011 гг.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано одна методическая работа в учебном пособии для учителей по экологии, одиннадцать статей в научных журналах и сборниках всероссийских и международных научно-практических конференций, из них одна в центральном издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.
По результатам наших исследований написана книга Б.Н.Орлов, В.Г.Егорашин. «Цветочная пыльца – обножка – перга», ставшая лауреатом XI Всероссийской выставки (Москва, ноябрь 2011 г.), как лучшее учебно-методическое издание в отрасли (награждена дипломом и сертификатом).
Структура и объём диссертации.
Диссертация изложена на 183 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, заключения и выводов. Библиографический указатель включает 176 наименований, в том числе 32 на иностранных языках. Работа иллюстрирована 70 рисунками и 27 таблицами.
2. Материалы и методы исследований.
Материалы данной диссертации получены в результате исследований, проведённых в 2005-2011 годах. Оценочное изучение трофической ёмкости основных и производных лесных ассоциаций растительности Нижегородской области для развития пчеловодства было проведено во время геоботанических исследований в 2005-2008 гг. по общепринятым методам (Ибрагимов, Полуяхтов, 1982; Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006).
В экспериментальной работе с пчёлами был использован портативный СВЧ генератор «Биоритм-1» (Орлов Б.Н., Борисов Д.С. Диплом на открытие №230, М.2003), имеющий следующие технические характеристики:
Номинальное напряжение питающей сети, В 220 ± 22
Частота питающей сети, Гц 50 ± 0,5
Мощность, потребляемая от питающей сети, не более, Вт 5
Частота электромагнитных колебаний, ГГЦ 2,0 – 4,0
Мощность электромагнитных колебаний
на выходе генератора, дБм -20 - +3
Габаритные размеры блока питания, не более, мм 90х80х60
Габаритные размеры блока генератора не более, мм 100х75х50
Габаритные размеры антенны не более, мм 170х90х25
Масса, не более, кг 0,5
Принцип работы аппарата основан на информационном взаимодействии электромагнитного излучения сантиметрового диапазона длин волн с биологическими объектами и средой. Общий вид портативного СВЧ генератора «Биоритм-1» представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид портативного СВЧ генератора «Биоритм-1»
Во время проведения исследования, проходившего в тёплое время года, для опытных семей моделировался режим СВЧ излучения природной интенсивности, характерный для зимнего сезона года, точнее, для декабря месяца. Для этого выбранные семьи подвергались каждодневному семичасовому СВЧ облучению с частотой 2580 МГц. Мощность на выходе генератора, равную 10-5 Вт ослабляли с помощью аттенюаторов до мощности 1х10-12 Вт, что приблизительно соответствует излучаемой мощности для спокойного Солнца на частоте 2580 МГц, равной 6,784х10-13 Вт, рассчитанной по формуле оценки эквивалентной мощности генератора, т.е. мощности, которая создаёт такую плотность потока энергии (Вт/м2) на частоте v, как и радиоизлучение «спокойного» Солнца:
P0 So V,
где:
P0 – эквивалентная мощность генератора, выраженная через плотность потока радиоизлучения Солнца и коэффициента усиления антенны [Вт]; So = 8,37 х 10-22 – плотность потока радиоизлучения Солнца [Вт м-2 Гц-1] (Физика космоса, 1986); V – частота радиоизлучения, [Гц]; r – расстояние от антенны до объекта излучения, [м]; G- коэффициент усиления антенны, [относит. ед.]; – КПД кабеля.
Расчёты были проведены при расстоянии от антенны до объекта облучения 0,3 м, коэффициент усиления антенны 1,5 и КПД кабеля 0,8. В качестве излучателя применялась штыревая антенна. Время облучения регулировалось электронным таймером.
С 2008 по 2011 годы была проведена серия опытов на пчёлах. Исследование проводилось на пасеке в Богородском районе Нижегородской области, в окрестностях ж/д. станции Зимёнки. Объектом исследования выбраны пчелы карпатской породы (Apis mellifera carnica). Для эксперимента подобраны одинаковые экспериментальные и контрольные пчелиные семьи: силой по шесть обсиженных пчёлами в начале мая улочек и с годовалыми (прошлогодними) матками, с 15-17 кг мёда в рамках (площадью 300х435 мм), одной перговой рамкой и с расплодом на 3-4-х рамках в середине мая.
Анализ морфофизиологических изменений влияния СВЧ излучений природной интенсивности проводился на пчёлах и пчелиных матках. Были изучены изменения сырой массы, содержание гигроскопической воды, содержание липидов, общего азота в теле насекомых, размеров их крыльев (Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006). Определено влияние различных режимов СВЧ облучения природной интенсивности на изменение данных показателей у пчел и пчелиных маток. У пчелиных маток, к тому же, изучены изменения в развитии яичников под влиянием разных режимов СВЧ излучений природной интенсивности.
Физиологическое состояние пчелиных семей оценивалось с помощью метода, определяющего уровни активности рабочих пчёл по анализу их внутриульевого акустического поведения. Об уровне активности семьи медоносных пчёл судили по интенсивности генерируемых ими звуков. Она обычно увеличивается с ростом активности насекомых. При этом величина, на которую изменяется интенсивность звуков, находится в обратной зависимости от исходного уровня активности насекомых. Показателем физиологического состояния семей медоносных пчёл служит соотношение интенсивностей спектральных составляющих звуков в диапазоне 200-400 Гц. Частотное положение максимума спектральной энергии в этом диапазоне прямо связано с уровнем активности пчёл (Еськов, 1991). Спектральный анализ акустического поведения пчелиных семей был осуществлён с использованием компьютерной программы Audacity 1.3.
Учёт приноса мёда и пыльцы в условиях эксперимента проводился с помощью механических пасечных весов, пыльцеотборников пчелиных ПСП-1 с 30%-м отбором приносимой пчёлами в улей обножки и во время помесячного осмотра исследуемых семей, с учетом площади перговых ячеек и площади засева сот пчелиной маткой, исходя из того, что диаметр ячеек равен 5,38 мм, и что в одной ячейке может содержаться в среднем 160 мг перги (Орлов Б.Н., Егорашин В.Г., 2009).
Во время геоботанических исследований лесных ассоциаций растительности Нижегородской области была выявлена значительная доля встречаемости в них ядовитых растений, требующая при развитии в таких местах пчеловодства, достоверной информации о качестве пыльцы, посещаемых пчёлами растений, и приносимой в улей обножки (Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве, 2006).
Нами разработан методический приём определения качества цветочной пыльцы и пчелиной обножки с помощью гидробионтов (дафнии). Качество пыльцы и обножки определялось по степени токсичности их водных растворов для дафний (Daphnia magna). Оценке качества были подвергнуты 45 образцов пыльцы и обножки 15 ботанических видов растений. Для её проведения были использованы водные растворы пыльцы и обножки в концентрациях 12,5, 25, 50 об. %, в 20 мл объёма культивационной воды. Для контроля использовалась культивационная вода в аналогичном объёме.
Видовая принадлежность пыльцевых зёрен исследуемой обножки определялась визуально под микроскопом путём их сравнения с микрофотографиями и описаниями пыльцевых зёрен (Бурмистров, 1990).
Общий объём проведённых исследований представлен в таблице 1.
Таблица 1
Общий объём проведённых исследований
Полученные результаты были подвергнуты статистической обработке. В опытах с дафниями применяли регрессионный анализ (Бейли, 1964; Лакин, 1973; Терентьев, Ростова, 1977), с нахождением коэффициента аппроксимации R2 регрессионных уравнений эмпирическим данным. При определении достоверности различий в изменении морфофизиологических показателей рабочих пчёл и пчелиных маток, количества принесённой обножки, перги под влиянием СВЧ облучения природной интенсивности был использован метод расчёта t критерия Стьюдента с уровнем надёжности P>0,95 (Плохинский, 1981).
