Секреция вентрикулярного эпителия как маркер физиологической активности у рабочих особей медоносных пчел APIS MELLIFERA MELLIFERA L. и APIS MELLIFERA CARPATICA F.

ВВЕДЕНИЕ В Пермском крае пчеловодство, несомненно, играет значительную роль в растениеводстве и жизни биоценозов. Данная отрасль сельскохозяйственной деятельности актуальна и с экономической точки зрения, в связи с высокой прогнозируемой медовой продуктивностью угодий. На территории края ведется активная пчеловодческая деятельность, на частных и промышленных пасеках, кроме того, обитает аборигенная популяция темной европейской лесной или среднерусской пчелы (Apis mellifera mellifera L.). В связи с этим изучение адаптивных особенностей разных подвидов медоносной пчелы имеют высокое значение. Среднерусские пчелы обладают непревзойденной зимостойкостью, что позволяет им эффективно зимовать в условиях с крайне низкими среднегодовыми температурами [Жеребкин, 1979; Кривцов и др., 2007]. Согласно данным многих авторов упомянутая естественная популяция пчел обладает уникальными генотипическими особенностями, и нуждается в охране [Шураков и др., 1999; Петухов и др.,2008; Фрунзе, Петухов, 2009; Мурылев, Петухов, 2012]. Несомненно, пчелы других подвидов также обладают привлекательными для пчеловодов хозяйственно - полезными признаками. На территорию края завозятся карпатские (Apis mellifera carpatica F.) и краинские (Apis mellifera carnica P.) пчелы, которые активны при незначительном медосборе, и менее злобливы, обладают и другими положительными качествами [Жеребкин, 1979; Кривцов и др., 2007]. Объектом данного исследования наряду с A. m. mellifera L. являются карпатские пчелы (A.m. carpatica F.) так как являются наиболее распространенными из интродуцируемых подвидов. Последние, обладающие меньшей зимостойкостью, при неконтролируемом обмене генами с аборигенными пчелами снижают степень их адаптации к местным природно-климатическим условиям. Исследуемые подвиды медоносных пчел, кроме того, отличаются годичными биоритмами, что в зависимости от погодных условий может сказываться на успехе зимовки [Жеребкин, 1979; Лаврский, 2014]. Наблюдаемые отличия в зимостойкости, несомненно, являются результатом действия комплекса адаптационных механизмов, как на уровне пчелиной семьи, так и на организменном, тканевом, клеточном и биохимическом уровнях [Петухов и др., 2008; Фрунзе, Петухов, 2009; Лебединский и др., 2011; Мурылев, Петухов, 2012; Лаврский, 2014]. Способностью зимовать в активном состоянии, не впадая в настоящий анабиоз, пчелы во многом обязаны переходом на концентрированные корма процессе филогенеза. Эффективность использования запасенной энергии в углеводных кормах в течение зимовки во многом зависит их состава и работы пищеварительной системы, в частности такого ее отдела как средняя кишка (ventriculus). Средняя кишка (ventriculus) является эпителиальным органом ее столбчатые клеточные элементы выполняют одновременно две важнейших функции - секрецию компонентов перитрофической мембраны и пищеварительных ферментов, а также всасывание продуктов гидролиза пищевых субстратов. От эффективности работы вентрикулярной эпителиальной трубки во многом зависят процессы пластического и энергетического обмена организме пчел в разные сезоны года. Особенно актуальны исследования секреторной ткани в периоды дрейфа основных генераций пчел, подготовке пчелиной семьи к репродуктивному периоду весной, медосбору, репродуктивной диапаузе осенью. Не вызывает сомнения тот факт, что зимостойкость тесно связана с режимами функционирования вентрикулюса и ректума, которые, в свою очередь контролируются генетически [Жеребкин, 1979; Фрунзе, Петухов, 2009; Лебединский и др., 2011;Еськов, Еськова, 2013; Лаврский, 2014]. Это подтверждается и тем, что у пчел с переполненным ректумом вентрикулярный эпителий как правило по тем или иным причинам находится в деградированном состоянии (например по причине нозематоза) [Полтев, 1984]. Эпителий постоянно обновляется в процессе пищеварения, это связано с гибелью и регенерацией клеточных элементов при взаимодействии с компонентами кормов. Средний отдел пищеварительного канала наиболее динамично реагирует на изменения в жизни насекомых и его характеристики могут служить в роли морфофизиологических индикаторов. Изучение параметров вентрикулярного эпителия в сезонной и годовой динамике дает представление о благополучии развития и зимовки пчелиных семей, позволяет производить мониторинг физиологического состояние пчел в разные фазы жизненного цикла и объяснить не состоятельность использования южных подвидов пчел в Пермском крае. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для исследований использовались имаго рабочих особей пчелы медоносной из племенных пчелиных семей пасеки кампании «Парасоль» и пасеки на территории села Бершеть Пермского района, а также исследовательской пасеки ПГГПУ. Взятие проб производилось с интервалом в среднем около 5-6 дней, т.е. 1-2 раза в неделю, на протяжении 2007-2013 г. Фиксация и заливка образцов в парафин осуществлялась автоматически на гистопроцессоре, в соответствии со стандартной методикой, адаптированной для данного вида материала [Лебединский и др., 2011; Лаврский, 2014;]. Для изготовления срезов с толщиной в 10 мкм использовался санный микротом МС-2, а также ротационный «Ротмик-1». В качестве монтирующей среды применялся пихтовый бальзам, а также синтетическая среда «Glasseal». Окраска срезов средней кишки производилась по стандартной методике гематоксилин - эозин. Препараты были исследованы с помощью микроскопа «Микмед-6», микросъемка проводилась цифровой камерой DCM -900 разрешением 9 мегапикселей. Микрометрические исследования и статистическая обработка данных производились на ПК c использованием Microsoft Excel 2003. От степени развития эпителиального слоя зависит его способность к секреции ферментов, а также общая площадь столбчатых клеток, т.е. способность поглощать продукты гидролиза кормов. Секреторную активность эпителиальной ткани среднего отдела кишечника характеризует количество апикальных утолщений ее клеточных элементов - пузырьков, содержащих пищеварительные ферменты, и постоянно отшнуровывающихся в просвет кишки, изливая содержимое в процессе апокринной и холокринной секреции. Эти апикальные утолщения поддаются дифференциации и учету на препаратах. На каждом поперечном срезе средней кишки проводились замеры толщины эпителия по 3-5 радиальным осям от центра, несколько измерений общего диаметра кишки. Результаты измерений одного среза для каждого из параметров усреднялись. Затем производился подсчет апикальных утолщений на сектор в ¼ среза и вычислялось количество на весь срез. Весь комплекс измерений проводился на каждом 5-7 срезе тотальной серии. При построении годовой картины изменений объединялись данные нескольких проб, в результате объем выборки, соответствующей одному месяцу составлял от 12 до 17 имаго рабочих пчел. Метрические и количественные параметры эпителиальной трубки по отдельности сложны в анализе, хотя и имеют достоверные отличия у исследуемых подвидов пчел [Лебединский и др., 2011; Лаврский, 2014; Лебединский и др., 2014;]. По этой причине в последних работах вводятся комплексные параметры на их основе, такие как объем вентрикулярной секреторной ткани, и секреторный коэффициент. Секреторный коэффициент, (далее обозначаемый символом Sq (шт*103 / мм3)) вычисляется как отношение абсолютной суммы апикальных утолщений к объему секреторной ткани. Величина Sq находится в прямой зависимости от интенсивности секреции, и в обратной от объема секреторной ткани. РЕЗУЛЬТАТЫ Ниже приведены результаты измерений препаратов средней кишки имаго рабочих особей исследуемых подвидов A.mellifera, указаны только достоверные отличия (табл.1). ОБСУЖДЕНИЕ Как видно из результатов измерений, значения параметра у карпатских и среднерусских пчел достоверно отличаются в течение весенне- летнего периода с апреля по июнь, а также в августе. Положительная разность соответствует более высокому показателю у среднерусских пчел, отрицательная - у карпатских. Наиболее значительные отличия наблюдаются в июне, что связано прежде всего с резким снижением значения коэффициента у среднерусских пчел. Это вызвано присутствием большого количества молодых особей, с высоким объемом эпителия. В остальные периоды (апрель май) и август значения секреторного коэффициента выше у среднерусских пчел, что говорит об относительно более высокой секреторной активности вентрикулярного эпителия. Можно отметить более динамичные изменения величины у среднерусских пчел, что вероятно, диктуется необходимостью в более стремительной смене фаз жизненного цикла пчелиной семьи (рис.1). Кроме того, из графика видно, что каждому положительному пику предшествует характерный спад величины, такая динамика характерна обоим подвидам пчел, но более выражена у A. m. mellifera L. Период возрастания величины соответствует возрастанию физиологической нагрузки на рабочих пчел в связи с теми или иными событиями в жизни колонии. Установленная картина секреторной активности согласуется с характерной динамикой наполнения вентрикулярного отдела, согласно которой, его масса возрастает с возрастанием активности и более интенсивным потреблением кормов пчелами [Еськов, Еськова, 2013]. Несмотря на колебания, в периоды интенсификации выращивания расплода и фуражировочной деятельности относительный уровень секреции в средней кишке заметно возрастает, что обусловлено потребностью в большем количестве ферментов и общим повышением уровня метаболизма насекомых. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исходя из полученных данных, можно сделать следующие выводы: 1) Из достоверно отличающихся значений коэффициента (Sq) видно, что в основном секреторная активность выше у среднерусских пчел, на 23.2% и 17.5% в апреле и мае, и на 22.5% в августе. Эти периоды связаны с активным выращиванием расплода, и повышением общей активности пчелиных семей. 2) Отличие в июне в большей степени вызвано резким изменением показателя у среднерусских пчел, чем у карпатских хотя у обоих подвидов наблюдается снижение средних значений. Показатель секреторного коэффициента A.m.mellifera L. уступает 60.2% значению A.m.carpatica F. Это можно частично объяснить присутствием в семьях большого количества молодых имаго, с сильно развитым эпителиальным слоем. 3) Средние значения секреторного коэффициента у обоих подвидов пчел в основном изменяются совместно (r=0.594), но в месяцы соответствующие ключевым периодам жизни пчелиной семьи наблюдаются достоверные расхождения. Это свидетельствует об отличиях в сезонных и годовых биоритмах обменных процессов у пчел разных подвидов, и, вероятно является следствием адаптации к различным природно-климатическим условиям.

1. Еськов, Е.К. Вариабельность наполнения пищеварительного тракта медоносной пчелы / Е.К. Еськов, М.Д. Еськова // Аграрный вестник Верхневолжья. - 2013. - №2. - С. 21-23.
2. Кривцов, Н.И. Пчеловодство / Н.И. Кривцов, В.И. Лебедев, Г.М. Туников. - М.: Колос, 2007. - 512 с.
3. Лаврский, А.Ю. Годовая динамика активности вентрикулярного эпителия у имаго рабочих особей медоносных пчел среднерусской расы (Apis mellifera mellifera L.)/ А.Ю.Лаврский //”Фундаментальные исследования”, №3 (часть 4) 2014г, -C.750-754
4. Лебединский, И.А. Изменения эпителия среднего отдела кишечника рабочих особей Apis mellifera mellifera L., cвязанные с выходом из зимней диапаузы/ И.А. Лебединский, А.В.Петухов А.Ю.Лаврский, // Естественные и технические науки. -2011.- №6 C. 165-169
5. Лебединский, И.А., И зменения параметров ректальных желез, как проявление даптационного механизма в жизненном цикле пчелиной семьи Apis mellifera L. / И.А. Лебединский, А.В.Петухов А.Ю.Лаврский // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 5 (1) - С.594-598
6. Мурылев, А.В. Точка кристаллизации тканей разных отделов тела медоносных пчел Apis mellifera mellifera L. и A. mellifera carnica в условиях Пермского края / А.В. Мурылев, А.В. Петухов // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. - №142. - С. 145-149.
7. Петухов, А. В. Сохранение медоносных пчел среднерусской расы в Пермском крае / А.В. Петухов и др. // Материалы Международной конференции «Пчеловодство-ХХ1 век» Темная пчела (Apis mellifera mellifera L.) в России. - М., 2008. - С. 105-107.
8. В. И. Болезни и вредители пчел / В. И. Полтев, Е. В. Нешатаева // М.: Колос, 1984. - 174 с.
9. Фрунзе, О.Н. Активность каталазы пчел среднерусской и карпатской пород / О.Н. Фрунзе, A.B. Петухов // Пчеловодство. 2009. - №4. - С 15-17.
10. Шураков, А.И. Сохранение генофонда среднерусских пчел и основные направления развития пчеловодства в Прикамье / А.И. Шураков, Е.К. Еськов, Н.В. Коробов, А.В. Петухов. - Пермь, 1999. - 31с.
11. Жеребкин, M.B. Зимовка пчел/ Жеребкин M.B. //M.: Россельхозиздат - 1979.- 151с.