Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Конференции
Полезные ссылки
СУПЕРОБУЧЕНИЕ
Комната отдыха

Введите слово для поиска

Тамбовцев Константин Александрович
Технологические и биологические аспекты применения синтетических феромонных препаратов в пчеловодстве


БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
БИРСКИЙ ФИЛИАЛ
УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ УНЦ РАН


Специальность 06.02.10 - частная зоотехния, технология производства продуктов животноводства


Диссертация
на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук


Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, кандидат химических наук, доцент Н.М. Ишмуратова


Уфа – 2014

Содержание диссертации
Технологические и биологические аспекты применения синтетических феромонных препаратов в пчеловодстве

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ФЕРОМОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ В ПЧЕЛОВОДСТВЕ
1.1. Экзогормоны медоносной пчелы
1.2. Действие синтезированных экзогормонов на роение пчелиных семей
1.3. Действие феромона пчелиной матки на физиологические показатели рабочих пчел
1.4. Экзогормонные аттрактанты пчелиных роев
1.5. Действие экзогормонов пчелиной матки и рабочих пчел на продуктивную жизнедеятельность пчелиных семей
1.6. Использование экзогормонов для замены маток
1.7. Влияние феромонов на болезни медоносных пчел
1.7.1. Действие феромонов матки на болезни медоносных пчел
1.7.2. Действие экзогормонов пчел на Varroa destructor
1.8. Применение феромонных препаратов на практике

2. СОБСТВЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
2.1. Материалы и методика исследования
2.2. Результаты исследований
2.2.1. Синтез 9-оксо- и 10-гидрокси-2Е-деценовых кислот
2.2.2. Синтез глицерил-1,2-диолеат-3-пальмитата
2.2.3. Синтез 13-гидрокси-2-оксотридекана
2.2.4. Синтез 2,2,3-триметил-4Е-гексеналя
2.2.5. Экзогормонная композиция ТОС-3
2.2.5.1. Аттрактивность маточной субстанции с различным соотношением её компонентов
2.2.5.2. Противороевое действие ТОС-3 на трутневом расплоде
2.2.5.3. Влияние ТОС-3 в разных периодах роения
2.2.5.4. Действие феромонной композиции ТОС-3 на болезни расплода медоносных пчел
2.2.5.5. Оздоровление медоносных пчел с помощью феромонных композиций и йодполимеров
2.2.5.6. Препарат ТОС-3 как пищевой аттрактант
2.2.5.7. Исправление трутовочных семей с помощью феромонного препарата ТОС-3
2.2.6. Экзогормонные композиции «Апимил» и «Апимил-М»
2.2.6.1. Экзогормонная композиция «Апимил» — стимулятор роста семей пчел
2.2.6.2.1. Действие экзогормонной композиции «Апимил» на развитие пчелиных семей весной
2.2.6.2.2. Влияние композиций «Аписил» и «Апимил» на осеннее наращивание и результаты зимовки пчел
2.2.6.3. Увеличение привлекательности феромонной композиции «Апимил» за счет биологически активных веществ
2.2.6.4. Создание препарата «Апимил-М»
2.2.6.5. Синергетическая аттрактивность феромона расплода и экзогормонных композиций «ТОС-БИО» и «Апимил»
2.2.6.6. Применение феромонных композиций «Апимил» и Апимил-М» для замены маток
2.2.6.7. Влияние феромонной композиции «Апимил» на Varroa destructor
2.2.6.8. Действие экзогормонной композиции «Апимил» на физиологические параметры пчелиных семей
2.2.6.9. Препарат «Апимил» как средство для объединения пчелиных семей
2.2.7. Экономическая эффективность использования экзогормонных композиций ТОС-3, «Апимил-М» и «Апимил»

3. ОБСУЖДЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

ВЫВОДЫ
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ФЕРОМОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ В ПЧЕЛОВОДСТВЕ

1.1. Экзогормоны медоносной пчелы

К социальным насекомых относится, в том числе, медоносная пчела Apis mellifera L., у которой химический язык чрезвычайно сложен. Адаптация социальных насекомых привела к конкретной специализации относительно условий окружающей среды. Максимального успеха на этом пути достигли медоносные пчелы (Амирханов Д.В. и др., 2004). Химический язык для медоносных пчел имеет огромное значение в их жизни. Эволюционно он является самым древним, максимально совершенным и преобладающим способом коммуникации в животном мире, в том числе и у насекомых. Как на свету, так и в полной темноте улья, химические стимулы надежно опознаются пчелами, действуя при этом как на малых, так и на больших расстояниях, при этом их влияние сохраняется длительное время. Обуславливая всевозможные параметры жизнедеятельности и этологии, химические сигналы обладают важной информацией, которая нужна для существования биологического вида.

В середине прошлого века было доказано важнейшее значение химического языка животных, главным образом насекомых, для их взаимоотношения внутри вида, а субстанции, используемые для этой коммуникации, были названы феромонами. Всё это произошло за счет прогресса развития химии природных соединений и микроаналитической химии. На сегодняшний день понятие феромоны обозначает химические вещества, вырабатываемые экзокринными железами (или специальными клетками) животных, которые, выделяясь во внешнюю среду одними особями, оказывают влияние на поведение, а иногда на рост и развитие др. особей того же вида.

Самыми значимыми в жизнедеятельности медоносных пчел являются экзогормоны (табл. 1), выделяемые двумя большими железами матки (мандибулярными), расположенными в головном отделе под фасеточными глазами. Экзогормоны маточной субстанции, секретируемые ими и распространяемые по всему гнезду пчел – являются объединяющей основой, которая вызывает слаженность в жизнедеятельности и этологии пчелиной семьи.

Из более тридцати идентифицированных химических субстанций, выявленных в составе секрета парных верхнечелюстных экзокринных желез, значительная биологическая активность была констатирована только у двух. Этими веществами являются карбоновые кислоты: 9-оксо-2Е-деценовая (9 - ОДК) и 9-гидрокси-2Е-деценовая (9 - ГДК).

В дальнейшем оказалось, что совместно с 9 - ОДК функционируют и другие субстанции, которые увеличивают ее аттрактивность. Эти субстанции, выделенные из тел плодных маток, стали обозначать в качестве экзогормона II. В его состав входят сложные эфиры метилового спирта и фенилпропионовой и фенилуксусной кислот.

В результате исследований было определено, что секрет мандибулярных желез пчелиной матки проявляет свойства многофункционального экзогормона. Во-первых, маточное вещество аттрактивно для рабочих пчел. Кроме того, попавшая в организм рабочих пчел маточная субстанция содержит биологически активные вещества, ингибирующие формирование яичников у рабочих пчел. Вследствие этого матка оказывается единственной яйцекладущей самкой во всем улье, только она может производить оплодотворенные яйца. В-третьих, многофункциональный маточный экзогормон угнетает у рабочих пчел стремление к выводу новых маток путем закладывания свищевых или роевых маточников. В-четвертых, феромон пчелиной матки привлекает к ней трутней в период спаривания молодых маток, в-пятых, играет роль агрегационного феромона в процессе роения. От чего зависит, что аромат матки привлекателен для трутней только на большой высоте, а молодые матки в улье игнорируются трутнями, до сих пор не ясно (Rosenkranz P., Aumeier P; 2006 b).

У неплодных маток, кроме того, помимо аттрактантов был констатирован репеллент – отпугивающее вещество, которое содержалось в прямой кишке неплодной матки определенного возраста.

Впоследствии в фекалиях неплодной матки оно было идентифицировано как о-аминоацетофенон.

Несмотря на то, что верхнечелюстные экзокринные железы являются основным источником биологически активных экзогормонов, было установлено, что существуют также брюшные железы матки, которые продуцируют субстанции, управляющие этологией и жизнедеятельностью рабочих пчел, в частности, именно они выделяют так называемый феромон II. Железа Насонова входит в состав этих дополнительных желез, которые расположены на спинном отделе брюшка пчелы. При синергетическом действии феромонов железы Насонова и верхнечелюстных желез матки наблюдается максимальный аттрактивный эффект. Причем, смесь цис- и транс-конформеров цитраля (соответственно нераля и гераналя) оказалась наиболее привлекательным элементом секрета, применяемого рабочими пчелами для навигации за пределами улья, мечения мест сбора корма и воды, а также области привоя пчелиного роя. Перечень веществ, выделенных из железы Насонова, изложен в табл. 2.

Давно было замечено, что запах пчелиного яда рабочих пчел стимулирует других особей пчелиной семьи к защите собственного гнезда. Было доказано, что для феромонной хеморецепции в данном случае также применяется несколько химических веществ (Амирханов Д.В. и др., 2004), в выделении которых участвует несколько экзокринных желез. А именно, кроме парной железы Кожевникова, которая находится в жалоносной камере, в образовании экзогормона тревоги принимают участие верхнечелюстные железы рабочих особей, которые продуцируют 2-гептанон.

Кроме придаточной смазочной железы в области жала, названной в честь Г.А.Кожевникова, свой вклад в состав феромона тревоги медоносных пчел дают вещества из самой поверхности жала. Вследствие этого, экзогормонная смесь, образующая феромон тревоги медоносных пчел, включает в себя 40 действующих совместно химических субстанций.

Существует ещё одна группа веществ в ансамбле феромонной коммуникации пчел. Это экзогормоны личинок и куколок расплода медоносных пчел. К ним относятся субстанции, которые выделяются образовавшейся куколкой из маточной личинки и ингибируют закладывание новых маточников. В табл. 4 приведены биологически активные субстанции, выделяемые личинками маток, трутней и рабочих пчел и определяющие касту и возраст личинок в системе феромонной коммуникации. Они дают информацию для молодых пчел-кормилец о наличии и качестве личинок в сотах. Отсюда следует, что их можно отнести к существенным элементам химической коммуникации внутри улья пчелиной семьи.

Феромон расплода медоносной пчелы, 1,2-диолеат-3-пальмитат, проявил своё действие в этологическом тесте по привлечению на муляжи маточников (N. Koeniger и H.J. Veith, 1984). Биотест проводился с ульевыми пчелами расы Apis mellifera carnica. Как правило, пчелы делали свой выбор через 2-3 часа и обсиживали только одну из обеих предлагаемых сотовых ячеек. Тестовые субстанции растворяли в диэтиловом эфире и перед опытом наносили на естественные, свободные от воска шелковые коконы полуискусственных маточников. Естественный кокон куколок маточников чистился экстракцией эфиром от воска и клеился на пластиковом сосуде.

Был установлен отрицательный результат в тестах с триглицеридами олеиновой и пальмитиновой кислот и позиционного изомера 1,3-диолеат-2-пальмитата. Оптические изомеры, как и рацемат феромонов, были привлекательны и не показывали различия, т.е. между рацемической смесью феромонов и чистыми оптическими изомерами отсутствует различие. Все эти субстанции вызывали поведение ухаживания за расплодом. Молодые ульевые пчелы, очевидно, не умеют различать оптические изомеры. Восприятие показало себя менее специфичным, чем у многих других феромонов насекомых, у которых часто оптические изомеры действуют различно (Jacobson, 1972). Это различие основывается, вероятно, на том, что распознавание оптических изомеров возможно только ольфактометрическими рецепторами, в то время как для контактной хеморецепции такое различие не подтверждено.

Количество имеющегося феромона определялось для куколок с темными глазами. Для куколок маток получили максимальные значения 20-40 мкг. Куколки трутней содержали примерно 10 мкг. У рабочих пчел было найдено примерно 2-5 мкг. Для имаго рабочих пчел и трутней с точностью до 0,2 мкг не определено наличие l,2-диолеат-3-пальмитатглицерина. У личинок удалось определить наличие следов феромона. При этом привлекательнее всего были куколки маток. Вероятно, здесь также играет роль принципиально другая форма ячейки наряду с различным количеством феромона. На втором месте по аттрактивности находятся куколки трутней, которые были привлекательнее примерно в 5 раз куколок рабочих пчел.

Первый идентифицированный феромон расплода у муравья Solenopsis invicta хорошо отличается от других триглицеридов. Испытанный в биотестах на пчелах феромон расплода проявил хорошее очевидное различие с другими триглицеридами. Если привлекательность печатного расплода рабочих пчел зависит от массы феромона расплода, то равновесием аттрактивности можно было бы управлять через нанесение дополнительного феромона от трутневого расплода.

Если в рамках дальнейших исследований получится, что этот феромон играет роль также в других поведенческих реакциях ухода за расплодом, то здесь речь идет о более общей субстанции опознавания расплода. Специфичность субстанции, приспособленной к биологической ситуации ухода за расплодом, определилась бы по этой гипотезе соответственно с другими раздражителями, которые действовали бы синергетически с феромоном расплода. Это соображение касается обогрева маточников. Только одновременное наличие феромона, механических раздражителей и здорового кокона приводит к терморегуляции (Koeniger, 1978). Каждый из этих раздражителей отдельно биологически не эффективен.

Следует подчеркнуть, что возникшие при близкородственном размножении бесплодные личинки диплоидных трутней имеют аномальный состав феромона расплода, являющийся причиной их поедания пчелами. Явление поедания можно ликвидировать путем экстракции этой субстанции (Войке Я., 1967; Rosenkranz P., Aumeier P; 2006 d).

Также поясним значение вышеупомянутого экзогормона II пчелиной матки, в состав которого входят сложные эфиры фенилуксусной и фенилпропионовой кислот и метилового спирта. Он выделяется тергитными железами маток и участвует в распознавании матками друг друга. Матки с удаленными мандибулярными железами и с тергитами, покрытыми маникюрным лаком, не реагировали друг на друга. Если же у маток были удалены только верхнечелюстные железы, то они вступали в драку сразу же после встречи (Велтуис В., 1967). Идентифицированы еще не все субстанции из тергитных и тарзальных желез (Rosenkranz P., Aumeier P; 2006 b).

1.2. Действие синтезированных экзогормонов на роение пчелиных семей

К.Д.Батлер (1958, 1973; 1980) выдвинул теорию, согласно которой роевой процесс регулируется “маточным веществом”. По Батлеру, “маточное вещество”, выделяемое верхнечелюстными железами матки, ингибирует функционирование яичников рабочих пчел, постройку ими мисочек и вывод новых маток. Нехватка этой субстанции стимулирует переход пчелиной семьи в роевое состояние и воспитание рабочими пчелами новых маток. Однако, теория К.Д.Батлера не объясняет многие факты, наблюдаемые во время роения. Например, иногда после удаления маточников из семьи, находящейся в роевом состоянии, у нее прекращается роевой процесс (Зевахин Л., 1991). Также необъяснимо то, что при начале главного взятка роевое состояние большинства семей исчезает, потому что в обоих случаях соотношение между количеством “маточного вещества” и массой рабочих пчел остается на том же самом уровне (Тамбовцев К.А., 2000).

Тем не менее, факторы, вызывающие роение, известны. Е.К.Еськов, (1981); Котова Г.Н., Лысов И.Д., Королев В.П., (1992); Г.Ф.Таранов, (1987); В.И.Лебедев, (1991); Панасенко А.С., 1991; Д.Т.Шакиров, (1998); Ю.А.Черевко, (1996); Н.И.Кривцов, (1995); Н.В.Бабина, (1996); А.Г.Маннапов, В.Н.Власов, (1996); А.Г.Маннапов, Г.Ю.Ишмуратов, Э.А.Ситдикова (1995); В.И.Лебедев, Н.М.Селиванова (1996) определяют ряд причин, вызывающих роение:
1) избыточное количество молочка в семье,
2) наследственные особенности пчел,
3) недостаточный объем улья и повышенная температура,
4) повышенная концентрация углекислого газа,
5) климатические условия и состав, характер и особенности медосбора,
6) дефицит феромона пчелиной матки.

С целью выявления семей, готовящихся к роению, был создан ряд приборов, например электронный частотный анализатор "Апидиктор", но он ненадежно предсказывал роение (Mobus B., 1987). Доказано, что за 10 суток до роения в своих зобиках определенная часть молодых пчел начинает накапливать корм в значительных количествах, который созревает до 68% сахаристости, и в каждой пчеле его количество достигает 35 мг. Эти пчелы прекращают работы в улье и становятся "емкостями для корма". Такое случается также при хорошем взятке, когда не хватает пустых сотов для складывания приносимого нектара. Эти пчелы имеют контакт с летными более старыми пчелами, приносящими нектар и большое количество времени пребывающих в поле. В результате этой массе молодых "пчел-резервуаров" не хватает феромона матки. Они скапливаются сбоку сотов или снизу и в этих местах приступают к строительству маточников. Маточники тихой смены также возводятся в местах скопления пчел-кормилиц, которым не хватает маточного феромона от стареющей матки.

Причина механизма начала закладки маточников в обоих случаях одинаковая – снижение количества получаемого молодыми пчелами маточного вещества. Разные лишь причины. Не получающие маточный феромон молодые пчелы в хорошие солнечные дни начинают совершать подковообразные движения на передней стенке улья, они плотной массой висят между верхними планками сотовых рамок (Mobus B., 1987).

При очень большой силе пчелиной семьи, когда для части молодых пчел не хватает маточного феромона, они, как правило, не принимают энергичного участия в жизни семьи. Это может наблюдаться у старых маток возрастом больше двух лет, у которых функционирование верхнечелюстных желез ослаблено, тогда феромона матки может не хватать даже для слабой семьи. Эти два варианта являются примерами стимуляции роевого процесса.

Таким образом, феромоны играют важную роль в размножении пчелиных семей (Frediani D., 1995).

На сегодняшний день достижения пчеловодческой науки позволяют предложить следующие приемы регулирования роевого процесса, которые оказывают влияние на общепризнанные причины возникновения роения:
1) наличия избытка пчелиного молочка в улье;
2) воздействие на наследственные признаки путем селекции;
3) поддержание оптимальной температуры и газового состава гнезда;
4) использование строительных рамок;
5) создание непрерывного взятка;
6) замена маток;
7) создание в подрамочном пространстве улья температуры 30-32?С за счет автоматического подогрева;
8) воздействие на роевых пчел переменным электрическим полем;
9) замена в роевых семьях печатного расплода на открытый.

Были проведены экспериментальные исследования (Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С., 2000) по изучению способа обогрева, оптимальной температуры и методов содержания пчёл в ульях с электроподогревом. Наибольшая эффективность достигнута от нагревателей, расположенных в донной части, так как благодаря конвекции воздуха происходит равномерный прогрев всего объема улья. Расположение нагревателей сбоку показало, что рамки препятствуют равномерному распространению тепла. Неэффективно и расположение нагревателей над рамками, так как тёплый воздух находится в верхней части, а температура в улье под рамками при этом практически определяется температурой наружного воздуха.

Повышение температуры до 30-32°С в донной части улья незначительно увеличивает яйценоскость маток, но существенно изменяет качественный состав расплода. При температуре 32°С семьи, независимо от породы, выходили из роевого состояния, прекращали выращивание трутневого расплода и занимались только пчелиным. Маточники не закладывались даже в тех случаях, когда из семьи удалялась матка. Внешне семьи не чувствовали себя осиротевшими и не беспокоились, а в случае подсадки охотно принимали новых маток. Максимальная яйценоскость маток серой горной кавказской породы составляла 1500 яиц в сутки, среднерусской – 2500.

Применение переменного электрического поля (ПЭП) считается одним из самых результативных методов противороевого воздействия на пчелиные семьи во время роевого периода (Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С., 2000). Его влияние основано, преимущественно, на разъединении агрегатирующихся скоплений неактивных пчел, которые готовятся роиться. Первые проверки возможности применения ПЭП для управления роевым процессом были осуществлены в 1971 г. на 30 семьях пчел среднерусской породы (Е.К.Еськов, 1973). Длительность одного сеанса воздействия в вечернее время была равна 5-7 мин. Было показано, что результативность использования ПЭП для предотвращения роения определяется числом обработок в течение роевого периода. Например, из 10 пчелиных семей в группе контроля роилось только 6. В опытной группе пчелиных семей, которая обрабатывалась однократно в конце мая, в роевое состояние вошла половина семей. При этом их роение наблюдалось в более поздние сроки относительно контрольной группы пчелиных семей.

В случае трехразового применения ПЭП роилось только две семьи пчел. На основании этого сделали вывод о зависимости противороевого эффекта применения ПЭП от числа обработок. Правильность этого заключения была удостоверена экспериментами, осуществленными в последующие годы на значительно большем количестве пчелиных семей, которых подвергали многоразовому (через сутки) воздействию ПЭП частотой 300-550 Гц и напряженностью 100-200B/см. В одном из экспериментов (Е.К.Еськов, 1990), осуществленном во время весенне-летнего периода на 86 семьях (по 43 в контрольной и опытной группах), получен следующий результат. В группе контроля в роевом состоянии находилось 17 семей, а в опытной – только одна. В сезоны с большой роевой активностью, во время которых в роевом состоянии было до половины семей, применение ПЭП уменьшило количество роившихся до 8%.

Значит, для управления роевым процессом и активизации пчел в течение роевого периода пчелиные семьи нужно обрабатывать ПЭП напряженностью 150 В/см при частоте порядка 500 Гц. Максимальной результативностью влияния обладает обработка пчелиных семей ПЭП каждые сутки вечером. Продолжительность каждой обработки примерно 5-10 мин. Можно обрабатывать ПЭП одновременно несколько пчелиных семей. С этой целью электрически изолированные электроды, расположенные под крышами ульев, подсоединяют параллельно к высоковольтному генератору. Общий провод заземляется или его подключают к расположенным под ульями электродам.

А.Ф.Рыбочкин предлагает также использовать для контроля и управления роением акустический шум семьи пчел, который является источником информации. Например, можно ускорить выход пчелиного роя, воздействуя на роевую семью соответствующим звуковым сигналом.

К сожалению, в полевых пасечных условиях сетевая электроэнергия малодоступна, хотя возможно применение преобразователей напряжения от постоянного к переменному току или бензогенераторов. Этих неудобств лишена другая технология управления роением, связанная с применением феромонов пчел.

Высокотехнологичным противороевым приемом является использование синтетического маточного экзогормона (Селиванова Н.М., 1981, 1982, 1983, 1996; Barbier М., 1986; Шапошникова Н.Г., 1971, 1976, 1980; Маннапов А.Г., Ишмуратов Г.Ю., Ситдикова Э.А., 1995; Ишмуратов Г.Ю. и др., 1996; Маннапов А.Г. и др., 1999). В связи с тем, что для племенных пчелиных семей роение необходимо, нет необходимости его полного подавления и предупреждения. Необходимо помнить о том, что роение полезно для здоровья пчел (Pohl, F., 2008). Но на практике нужна технология для управления роевым процессом (Бородачев А.В., Попова Н.Л., 2004), применение которой позволит существенно увеличить производительность труда. Для решения этой проблемы перспективно применение феромонов пчел.

1.3. Действие феромона пчелиной матки на физиологические показатели рабочих пчел

Велика роль феромонов пчелиной матки в жизни пчел (Southwick E.E., 1993). Без использования экзогормонов управлять жизнедеятельностью и продуктивными качествами пчелиной семьи крайне сложно (Blum M.S., Fales H.M.; 1988), вследствие этого необходимо упомянуть о значении экзогормона пчелиной матки и его действии на физиологические параметры рабочих пчел.

Рабочей пчеле для определения информации, передаваемой экзогормонами, нужно определенное обязательное время соприкосновения с источником сигнала. Для экзогормонов матки это время больше примерно в 10 раз (в среднем 6,5 с), чем для феромона Насонова. Для этих двух феромонов также проявляется различие в вытягивании хоботка рабочими пчелами (Skirkevicius A., Blazyte-Cereskiene L., 2004). Экзогормоны матки выделяются её верхнечелюстными железами. Некоторые экзогормоны под действием разных факторов видоизменяют свою химическую структуру, становясь сигналами, несущими совсем иную информацию. Например, экзогормон матки – 9-оксо-2Е-деценовая кислота (9 - ОДК), под действием ультрафиолетового света превращается в другой цисдиастереомер, сигнализирующий о присутствии в воздухе неплодной матки. Целенаправленное движение трутней к матке возможно лишь в струе эктогормона и совершается по зигзагообразной траектории. Внутри улья матка является аттрактивной для рабочих пчел на расстояниях порядка нескольких сантиметров.

При нарушении связи между маткой и пчелами, они могут заложить свищевые маточники, так же как и при потере матки (Скиркявичюс А.В., 1976). Этот процесс зависит от внешних факторов, например, от интенсивности медосбора. Он наблюдается во время главного взятка, а при его отсутствии не происходит (Скиркявичюс А.В., 1978). Перемещение матки в улье связано с обменом феромонами. Матке необходимо постоянно перемещаться по пчелиному гнезду, так как со временем исчезает следовая информация о выделенных экзогормонах. Это связано с интенсивностью взаимокормовых контактом между рабочими пчелами.

Исследование взаимокормовых контактов у рабочих пчел проведено с использованием радиоактивного изотопа I131 (Скиркявичюс А.В., Багдонас Ю.С., Ружинскас Б., 1975; Скиркявичюс А.В., Багдонас Ю.-С.А., 1978), а также изотопа трития 3H (Naumann, K., 1991). По Батлеру К.Д., экзогормоны распределяются в пчелином гнезде за счет обмена кормом. По интенсивности взаимокормовых контактов между рабочими пчелами можно косвенно определить количество передаваемых экзогормонов. Было определено, рабочие пчелы из-за взаимокормовых контактов становились радиоактивными, но следов радиоактивности на окружающих предметах не оставляли. У разных пчел радиоактивность значительно отличалась, чем можно объяснить присутствие морфологических пчел-трутовок в обычных пчелиных семьях. При меньшем количестве экзогормонов, которые пчелы получают за счет взаимокормовых контактов, у них больше развиваются яичники.

Распространение радиации совершается следующим образом от одной радиоактивной пчелы: через 2 ч в группе 76 % пчел радиоактивны, в течение четырех часов – 88 %, через 24 ч – 100 %. Этот процесс быстрее происходит при температуре среды 30 ?С и в больших по количеству рабочих пчел группах.

Эти данные раскрывают смысл информационного обмена многофункциональным экзогормоном пчелиной матки. Их надо учитывать при скармливании пчелам синтезированных экзогормонов совместно с углеводным кормом. Также установлен цикл частоты взаимного кормления из четырех фаз в течение года (Скиркявичюс А.В., Багдонас Ю.-С.А., 1978). Важно, что радиоактивность одной пчелы в среднем является величиной постоянной.

Изучена изменчивость в восприятии экзогормонов на рецепторном уровне в зависимости от возраста (Skirkevicius A., Skirkeviciene Z., 1979, 1996). У однодневных рабочих пчел и трутней амплитуда электроантеннограммы меньше, чем у взрослых. Летом в семье медоносных пчел порядка 32 % рабочих пчел на запах плодной пчелиной матки не реагируют. У взрослых рабочих пчел существует механизм (Pham-Delegue M.H. et al., 1993), регулирующий чувствительность обонятельных рецепторов к феромонам плодной пчелиной матки. Кроме того, необходимо учитывать влияние потока воздуха - носителя феромона на обонятельные рецепторы медоносных пчел (Vaitkeviciene G., Peteraitis R., Skirkeviciene Z., 1994; Skirkevicius A., Skirkeviciene Z., 1995; Peteraitis R., 1999), а также сезонность динамики чувствительности обонятельных рецепторов рабочих пчел к маточному веществу (Skirkevicius A., Skirkeviciene Z., 1996; Skirkevicius A., Skirkeviciene Z., 1999; Skirkevicius A., Blazyte-Cereskiene L., 2004).

На чувствительность рабочих пчел к феромону пчелиной матки оказывают влияние также некоторые особенности метаболизма триптофана (Skirkeviciene Z. et al., 1993). Триптофан - важная ароматическая аминокислота, источник многих нейроактивных веществ: серотонина, триптамина и кинуренинов. Несмотря на многочисленные испытания, не было полностью показано влияние этих веществ на восприятие феромона пчелиной матки и физиологические показатели рабочих пчел (Skirkeviciene Z. et al., 1993). Для определения этого влияния были использованы генетические модели – мутации кинуренинового метаболизма триптофана, которые приводят к хроническим изменениям в содержании триптофана и/или его метаболитов и используются как один из подходов для изучения роли триптофана и его метаболитов в поведении и деятельности нервной системы медоносной пчелы (Пономаренко, Лопатина, Маршин и др., 1975). Опыты были сделаны на рабочих медоносных пчелах аборигенного типа карпатской породы с мутациями в локусах snow и ivory.

Мутация в локусе snow вызывает потерю активности фермента триптофаноксигеназы, порождающую большое накопление триптофана и серотонина в гемолимфе мутантных особей (Dustmann, 1968). Пчелы были белоглазыми, в то время как таковые из аборигенного типа имели темно-коричневые глаза. Мутации в локусе ivory вызывают острое повышение деятельности фермента кинуренин-3-гидроксилазы, в результате происходит накопление избыточного количества кинуренина. Глаза пчелы являются розовыми или красноватыми. Была исследована динамика онтогенетической чувствительности рабочих пчел к феромону матки с использованием электрофизиологических и поведенческих методов (Skirkeviciene Z. et al., 1993). Этанольный экстракт 2-летних плодных пчелиных маток в дозе 10-1 эквивалента матки был взят в качестве стимула, так как эта выбранная доза давала самые большие амплитуды ЭАГ у рабочих пчел (Скиркявичене, 1988). Число пчел, накапливающих вокруг матки, то есть в свите матки, служило поведенческим индикатором.

Подсчет был сделан ежедневно каждые 10 минут в ходе 1 ч с 10:00 до 11:00, начиная с 1-дневного и заканчивая 20-дневным имаго. Этот промежуток времени был выбран на основании долгосрочных наблюдений, которые определили часы максимальной активности рабочих пчел относительно матки в условиях эксперимента. Считали только тех пчел, которые ориентировались на голову к матке, то есть, в непосредственной близости к ней. Наблюдения были сделаны на двух параллельных ульях. Один улей содержал пчел аборигенного типа, другой - мутантов snow или мутантов ivoryumber. Для каждой возрастной группы были проведены 2-4 наблюдения размера свиты, и 4-37 рабочих пчел использовались для регистрации ЭАГ.

Полученные результаты показали, что в контроле к матке были привлечены в самых больших количествах 3-дневные пчелы. Оказалось, что у мутантов snow максимум аттрактивности сдвигался к возрасту 7 дней. Далее, размер свиты высоко превосходил уровень пчел контроля того же самого возраста в 1.8 раза в 20-дневном возрасте. У мутантов ivoryumber высокий уровень размера свиты матки устанавливался, начиная с 1-дневных пчел, и был стабилен до возраста 20 дней. Средний размер свиты матки в течение 1 ч для мутантов ivoryumber не отличался от пчел контроля аборигенного типа в любом возрасте. Сравнение электрофизиологических данных и поведенческих наблюдений пчел контроля в онтогенезе показали поразительную положительную корреляцию, упомянутую ранее другими авторами (Скиркявичюс, Скиркявичене, 1979). Очень сходные результаты относительно электрофизиологических и поведенческих данных были получены с мутантами локуса snow, что не может быть сказано о полученных результатах относительно мутантов локуса ivoryumber.

В этом случае амплитуда ЭАГ увеличивается постепенно с возрастом пчелы, достигая его максимума с последующим уменьшением. Кроме того, 1-, 3-, и 20-дневные мутанты ivoryumber показывают более низкую чувствительность хеморецепторов к феромону матки, чем особи аборигенного типа. Следовательно, онтогенетическое изменение чувствительности к феромону матки наблюдается в мутантах локуса ivoryumber на уровне рецептора, без таких изменений, тем не менее, на поведенческом уровне. Независимо от этого, онтогенетическая задержка роста чувствительности к феромону матки ясно отличается в электро-физиологическом исследовании мутантов. Избыточное накопление триптофана и серотонина и отсутствия кинуренинов (snow мутации) в гемолимфе приводит к подавлению чувствительности пчелы к феромону матки в ранних стадиях онтогенеза. В более поздних стадиях, однако, было отмечено повышение чувствительности. Накопление куренина (мутант ivoryumber) в гемолимфе имело весьма сложное влияние на поведение пчелы и реакцию их антеннальных хеморецепторов.

Эти данные доказывают важную роль генов в модуляции функции обонятельной системы медоносной пчелы. Мутации в локусах snow и ivory могут служить тонким инструментом в предсказании ольфакторной физиологии пчелы, так же как механизмов регулирования чувствительности обонятельного и феромонного анализаторов к маточному веществу (Skirkeviciene Z. et al., 1993).

Необходимо отметить, что химический состав пяти компонентов мандибулярного феромона матки медоносных пчел изменяется в зависимости от возраста матки (Slessor K.N., Winston M.L., 1990), его химический состав сложный (Southwick E.E., 1995a). Пятикомпонентный феромон верхнечелюстных желез матки состоит из 9-оксо-2Е-деценовой кислоты, (-) и (+) изомеров 9-гидрокси-2Е-деценовой кислоты, метил-п-гидроксибензоата (МГБ) и 4-гидрокси-3-метокси-этанолфенила (МЭФ) в отношении 118:50:22:10:1. В качестве одного эквивалента матки (э.п.м.) испытывают количество, найденное в матке в среднем [1]. Э.п.м. соответствует 250 мкг 9-ОДК, 150 мкг 9-ГДК [66 % R-(-)], 20 мкг МГБ и 2 мкг МЭФ (Visscher P.K., Khan A.M., 1995). Эти количества вследствие флуктуаций не являются абсолютными величинами. Большинство феромонов являются многокомпонентными, состоящими из нескольких веществ (Linn C.E., Roelofs W.L., 1986, 1988).

Особенностью химического строения веществ, которые выделяют медоносные пчелы, является то, что большая их часть относится к карбоновым кислотам и сложным эфирам этих кислот и метилового спирта (Скиркявичюс А.В., Пятрайтис Ю.К., 1979; Connor, L., 2013). Большая часть этих веществ имеет в своей структуре цепочку из 10 атомов углерода. В теле пчелиной матки найдено 24 карбоновых кислоты и 5 сложных эфиров этих карбоновых кислот и метилового спирта.

Предложена теория (Johnston N.C., 1965) экзогормонных циклов у пчел, которые, получая от матки экзогормон, активируют его. Далее за счет взаимокормовых контактов он поступает к матке и снова преобразуется в активную форму (Селиванова Н.М., 1995). Конечным элементом цикла является 9-оксидекановая кислота, которая не проявляет экзогормонную активность.

Исследована длительность сохранения аттрактивности экзогормонов матки для рабочих пчел. Если матка проходит через клеточку только один раз, то она не привлекает рабочих пчел (Скиркявичюс А.В., 1980). Уменьшение аттрактивности предметов с экстрактом матки или следами её экзогормонов связано только с их слизыванием пчелами, а не с испарением.

Кроме запаха экзогормона матки для адекватной этологической реакции нужен также контакт с помощью обонятельных сенсилл с источником феромонов (Скиркявичюс А.В., Скиркявичене З.Ю., 1981). На расстоянии меньше 5 см. источник экзогормона лучше привлекает рабочих пчел, чем на больших дистанциях (Vaitkeviciene G., Budriene A., 1999).

Подробно исследовано влияние экзогормонов пчелиной матки на электрическую активность нейронов дейтоцеребрума трутней и рабочих пчел и этологию рабочих пчел относительно феромона пчелиной матки и его составных частей (Вайткявичене Г.Б., 1984). Она исследовала количественные параметры этологии рабочих пчел, облизывающих матку и обследующих ее обонятельными сенсиллами, которые составляют так называемую свиту. Оказалось, что в свите в 3 раза больше обследующих тело матки обонятельными сенсиллами рабочих пчел, чем облизывающих ее. Было определено, что экстракт пчелиных маток в определенном диапазоне доз привлекает рабочих пчел и вокруг него формируется свита наподобие влиянию живой пчелиной матки, но 9 - ОДК и 9 - ГДК изолированно от других веществ феромона пчелиной матки такими свойствами не обладают. Однако нейроны дейтоцеребрума реагируют как на экстракт, так и на 9 - ОДК и 9 - ГДК.

Восприимчивость рабочих пчел к экзогормону матки зависит от возраста рабочей пчелы, у однодневных рабочих пчел она минимальна, а с возрастом увеличивается. Это объясняется тем, что обонятельный анализатор однодневных пчел не готов к восприятию феромона. Величина феромонного стимула обусловливает следующие этологические акты: привлечение, облизывание феромона и агрессивность. Величина порога реакции привлечения приблизительно в 10 раз меньше порога реакции лизания, а интервал аттрактивности стимула занимает примерно 2 порядка интенсивности. Увеличение интенсивности стимула сверх этого уровня приводит к агрессивности.

Доказано, что рабочие пчелы, получавшие экстракт экзогормонов пчелиной матки и не получавшие после этого корма, имеют продолжительность жизни в среднем на два часа меньше, по сравнению с не получавшими экстракт экзогормонов. Получение корма пчелами после приема экстракта экзогормонов матки необходимо для продления жизни за счет изменения их влияния на организм.

Влияние слизанных с тела матки экзогормонов на этологию пчелы реализуется путем преобразования одних их форм в другие, которое осуществляется в пищеварительном тракте пчелы. Трансформацию экзогормонов в пищеварительном тракте пчелы изучали отдельно (Скиркявичюс, 1984). Определили, что 9 - ОДК и 9 - ГДК при перемещении через пищеварительный тракт пчелы преобразуются из одних веществ в другие не менее двух раз и изменяется их соотношение. При этом вид корма в пищеварительном тракте оказывает существенное влияние на процесс превращения 9 - ОДК в 9 - ГДК. При наличии меда в пищеварительном тракте пчелы это преобразование происходит быстро. При потреблении пчелами сахарозы, обладающей нейтральной реакцией, скорость трансформации уменьшается (Ruksenas A., Skirkevicius A., Vaitkevicius R., 1999).

Профессор Робин Кру из университета Претории утверждает (Crewe R., 2001), что в пчелиных семьях хорошо регулируется взаимоотношение рабочих пчел с маткой, откладывающей все яйца, из которых развиваются взрослые пчелы. Пчелам запрещено откладывать яйца сложным набором взаимодействий с маткой, другими пчелами и расплодом. Однако если матка теряется или старая, некоторые из рабочих пчел стремятся к собственной яйцекладке и, следовательно, иметь личное потомство. Пчелы, не имеющие возможности яйце-кладки, предпочитают занять подчиненное положение и участвовать в регулировании репродуктивного успеха их сородичей. По Робину Кру, это регулирование может принять форму 'охраны рабочего', где пчелы отличают отложенные маткой и трутовками яйца, и предпочитают удалить произведенные рабочими пчелами (Ratnieks F.L. и Visscher P.K.; 1989). Эта форма проявляется как крайнее средство при отсутствии регулирующих процессов, которые обычно сохраняют их бесплодными.

Другие формы 'охраны рабочего' случаются при взаимодействии между анатомическими трутовками, находящимися в процессе развития их яичников, и рабочими пчелами, предпочитающими оставлять их бесплодными. Это этологическая форма 'охраны' с проявлением физической агрессии, направленной на трутовок, замечена в безматочных пчелиных семьях. Впервые работа над этой формой охраны была сделана в Южной Африке Энди Андерсоном. Агрессия рабочих пчел по отношению к особям гнезда с развитыми яичниками были описаны Sakagami S.F. (1954), который изучил европейские породы медоносных пчел в Японии. Anderson R.H. (1963) показал это на примере капских медоносных пчел, у которых очень быстро развиваются яичники, а агрессия в безматочных семьях проявляется часто очень. Это были особи с менее развитыми яичниками, которые нападали на рабочих с развившимися яичниками. Этот вид физической агрессии как средство регулирования воспроизводства обычен у муравьев и ос и общепризнан как этология 'охраны рабочего'.

Работы как Sakagami, так и Андерсона ясно показывают, что эта этология проявляется прежде, чем проявляется возможность откладки яиц. У медоносных пчел есть другая форма 'охраны', которая происходит при драке между неплодными матками в момент, когда семьи выводят новых маток. Эта борьба поощряется рабочими и обычно приводит к устранению всех неплодных маток кроме одной (Wilson E.O., 1971). Физические соперничества обычны у социальных насекомых вообще и были сохранены кастой королевы пчел медоносных.

Интересное различие между борьбой маток и рабочих пчел в том, что матки способны к размножению и эта возможность определена результатом борьбы, в то время как рабочие пчелы, которые имеют способность к воспроизводству, подвергаются нападению пчелами, у которых нет возможности воспроизводить. Возник вопрос, какая форма соревнования проявляется среди группы трутовок, все из которых имеют способность к воспроизводству? Робин Мориц из Университета Галле-Виттенберга и профессор Робин Кру из университета Претории изучили этот вопрос на молодых капских пчелах, все из которых имеют возможность стать репродуктивными. Они разместили пары рабочих пчел вместе и контролировали их взаимоотношения в течение 4-6 дней. В течение этого периода проверяли их поведение и измеряли количество маточной субстанции, которое они производят.

Было установлено, что они не взаимодействуют с друг другом, используя физическую агрессию, но наблюдается соревнование относительно производства маточного феромона верхнечелюстных желез (Moritz R.F.A., Simon U.E. & Crewe R.M.; 2000). В этих парах пчел происходит наращивание производства маточного феромона мандибулярной железой как у пчелиной матки. Выигрывавшая это сражение химических сигналов особь запрещает развитие яичников его соседа почти таким же способом, как это делает пчелиная матка в семье. Используя новую высокотехнологичную методику измерения производимых пчелами химических субстанций, они ежедневно следили за феромонными соревнованиями пчел. В состязании на третий день проявляется доминирующая особь, начинающая производить феромонов больше зависимой. На шестой день доминантная пчела производит сигнал псевдоматки, и сигнал зависимой особи уменьшился ниже того уровня, который наблюдался одним днем раньше. Это раскрывает механизм управления трутовочным состоянием с помощью синтезированных феромонов.

Таким образом, существует феромонный механизм сохранения структуры пчелиной семьи, который проявляется в элиминации рабочими пчелами пчел-трутовок (Crewe R., 2001).

Исследовано влияние дозы феромона верхнечелюстных желез матки на эффекты ингибирования развития яичников рабочих пчел (Willis L.G., Winston M.L. and Slessor K.N.; 1990).

Диапазон исследованных доз был от 10-3 до 10 эквивалентов пчелиной матки (э.п.м.) в день в течение 43 дней; 1 э.п.м. был средним количеством феромона в паре верхнечелюстных желез. Вид яичника и число яйцевых трубочек использовались для оценки развития яичника рабочих пчел.

Одна из самых известных особенностей социальных насекомых - разделение особей на плодную самку и нерепродуктивную касту работников.

Доминирование матки или маток осуществляется поведенческими или феромонными механизмами, или совместно, за счет утраты репродуктивных свойств у зависимых каст или у некоторых рабочих особей, развивающих яичники и кладущих яйца без спаривания.

Подавление рабочих и зависимых особей плодными матками имеет тенденцию физического соперничества у более просто организованных социальных разновидностей, и феромонный контроль у продвинутых социальных насекомых.

Хотя существование феромонного запрета воспроизводства рабочих каст известно у разновидностей социальных муравьев, термитов, пчел и ос, фактически ни одна из активных субстанций не была идентифицирована; единственное исключение у медоносной пчелы, где компоненты мандибулярных желез выполняют эту функцию.

Медоносные пчелы имеют дифференцированные касты с единственной маткой и рабочими пчелами. Рабочие пчелы потенциально обладают способностью произвести гаплоидное мужское потомство, но у них задерживается развитие яичников и яйцекладки комплектом феромонов расплода и матки (Free, 1987; Winston M.L., 1987).

Даже на тот момент, когда феромоны расплода еще не были идентифицированы, уже было известно, что запах расплода подавлял развитие яичника рабочих пчел (Jay, 1970; Jay and Nelson, 1973; Jay and Jay, 1976; Kropacova, S., and Haslbachova H., 1970, 1971; Milojevic и Filipovic-Moskovijevic, 1959; Mussbichler, 1952; Perepelova, 1929). Jay (1972) показала, что запах разновозрастного расплода личинок и куколок рабочих пчел ингибировал развитие яичника, хотя лучший запрет достигается комбинацией живой матки и разновозрастного расплода.

Частичное запрещение развития яичника головами маток или составами верхнечелюстных желез (особенно 9 - ОДК) демонстрировалось в некоторых исследованиях (Butler, 1959; Butler et al., 1962; Butler и Fairey, 1963; Velthuis, 1970; Velthuis and van Es 1964; Verheijen-Voogd 1959).

Однако развитие яичников может быть подавлено матками без мандибулярных желез (Velthuis and van Es 1964), используемые экстракты смыва тел маток обычно дают самое надежное ингибирование (Butler 1957; de Groot и Voogd 1954; van Erp 1960; Verheijen-Voogd 1959; Voogd 1955).

Идентификация и синтез более полной смеси полухимикатов, произведенной верхнечелюстными железами матки, обеспечили возможность проверить количественно эффективность верхнечелюстных феромонов в многочисленных контекстах (Kaminski et al. 1990; Slessor et al., 1988). Канадские исследователи замораживали плодных маток до -20 °C, препарировали их верхнечелюстные железы и анализировали их содержание (100 мкл) методом газовой хроматографии. Затем выделенные компоненты секрета апплицировались в стеклянные псевдоматки и применялись в тестах контактного поведения рабочих пчел. Субстанция матки предлагалась в разных синтетических комбинациях отдельных составных частей в небольших углублениях предметных стекол в 30 сек интервалах, и снимали реакцию электроантеннограмм рабочих пчел. При этом только одна комбинация всех установленных отдельных компонентов вызывала действие, которое значительно соответствует оригинальному экстракту матки. Все другие тестовые субстанции имели значительно меньшую активность.

Эта пятикомпонентная синтетическая смесь столь же эффективна как экстракты мандибулярных желез в формировании свиты (Slessor et al., 1988), привлечения роя и краткосрочного запрета вывода маток (Winston et al. 1989, 1990).

Эту же синтетическую смесь проверили на эффективность в различных дозах в подавлении развития яичника. Каждая опытная семья с пятью рамками содержала два сота яиц и молодых личинок, покрывающих приблизительно 50 % площади и трех сот, содержащих мед, пыльцу и некоторый печатный расплод, и 8000-10000 рабочих пчел.

Испытанная синтетическая смесь содержала 175 мкг 9 - ОДК, 58 мкг 9 - ГДК [69 % R-(-) 31% S-(+)], 13 мкг метил пара-гидроксибензоата (МГБ), и 2 мкг 4-гидрокси-3-метоксифенилэтанола (ГМФЭ) в э.п.м. (немного измененный состав от Slessor и др. 1988, 1990). Обработки осуществляли смесью метанол/феромон на стандартных предметных стеклах микроскопа (2.5 на 7.6 см), установленных центрально на верхнем бруске третьего сота. Порции, каждая из которых содержала одну треть ежедневной дозы, вносились три раза ежедневно в 06-00, 14-00, и 22-00 часов в течение 10 дней. После того половина ежедневной дозы давалась два раза в день в 08-00 и 20-00 часов. Каждую порцию обработки феромона в растворе метанола вносили центрально на предметное стекло шприцем. Растворитель испарялся при комнатной температуре, и каждый набор обработок был сохранен отдельно при - 20°C до применения. Семьям с матками давали, чистые, неиспользованные стекла, также хранившиеся при - 20°C; контрольным семьям давали только растворитель.

Количества 9 - ОДК и 9 – ГДК, остающиеся после обработки, были исследованы в пяти отдельных случаях, чтобы определить количество остаточного феромона в конце опыта. Стекла ополаскивали метанолом, и остаточные 9 - ОДК и 9 - ГДК определяли капиллярной хроматографией триметилсилил производных (Slessor et al., 1988). Поскольку > 95 % примененного феромона было удалено пчелами, примененные дозы – точное представление количества феромона, полученного семьями. Стекла, не помещенные в семьи, сохранили весь феромон, поэтому нехватка феромона на стеклах в семьях происходила изза удаления пчелами феромона (Winston et al., 1990).

Образцы пчел после обработок помещали в чашки Петри, обертывали парафином, предотвращая сушку, и хранили при - 70°C до анализа. Первоначально безматочные семьи начинали вывод маток, поскольку этот процесс вообще предшествует развитию яичников рабочих пчел. После этого маточники были удалены для проверки эффекта различных доз феромонов на развитие яичников рабочих пчел. Каждую пчелу исследовали на класс яичника и число яйцевых трубочек. Класс яичника был оценен по методике, подобно описанной Velthuis (1970). Использовались следующие категории: (0) нет развития яичника; (1) небольшое расширение яйцевых трубочек и маточных труб; (2) присутствие в яйцевых трубочках опухолей и сжатий; (3) присутствие имеющих характерную форму ячеек в яйцевых трубочках и маточных трубах; (4) присутствие полностью сформированных яиц в маточных трубах. Для количества яйцевых трубочек, использовалось наибольшее их число, справа или слева, для каждой пчелы.

Существенные различия в типе класса яичника были найдены между семьями с матками и всем опытом при обработке феромоном после 2-ой недели эксперимента. Контрольные и опытные с феромоном отводки не были статистически отличны друг от друга. Дозы феромона не влияли на развитие яйцевых трубочек в предсказуемом направлении. Никаких различий между присутствием или отсутствием комплекса маточных феромонов и числа яйцевых трубочек не было найдено.

Результаты этого исследования демонстрируют, что синтетический феромон матки с пятью компонентами мандибулярных желез не ингибирует развитие яичника у рабочих пчел, в отличие от его активности в других функциях. Эти результаты не согласуются с предыдущими исследованиями о ингибировании чистой 9 - ОДК развития яичников, (Butler 1959; Butler and Fairey 1963; Butler et al. 1962; de Groot and Voogd 1954). Однако на эти результаты, возможно, повлияло использование маленьких отводков вместо сильных семей, ограниченные размеры образцов пчел и краткие периоды наблюдения (14 дней).

Другие исследования, которые использовали экстракты тела маток (Butler 1957; van Erp 1960; Voogd 1955; Verheijen-Voogd 1959), были неясными относительно точного химического состава используемых субстанций, делая предположение о роли примесей. Эти исследования проведены в естественных условиях сильных пчелиных семей, большего периода времени наблюдений, и контролируемого приема верхнечелюстного комплекса феромона. Вышеописанные результаты согласуются с Pain (1961), Velthius (1970), и Velthuis и van Es (1964), указавшими, что вещества верхнечелюстных желез матки без дополнительных феромонов не ингибируют развития яичника.

Однако, ясно, что матки активно ингибируют яичники рабочих пчел. Положительный эффект получен при использовании смывов со всего тела матки, это дало запрет развития яичника по сравнению с веществами верхнечелюстных желез (Butler 1957; de Groot and Voogd 1954; van Erp 1960; Verheijen-Voogd 1959; Voogd 1955). В данном случае проявляет активность другой, неверхнечелюстной феромон матки, возможно от тергитных желез (Renner and Baumann 1964; Vierling and Renner 1977; Velthuis 1970). Теоретически возможно предположить, что пока еще неизвестные верхнечелюстные компоненты ингибируют развитие яичника. Однако исследования яйцекладки трутовок опровергают это предположение. Ложная матка, которая иногда развивается в семьях, которые были не в состоянии заменить их предыдущую матку, помимо развитых яичников и яйцекладки подражает поведению ее предшественницы (Sakagami, 1958).

Однако ложные матки, осуществляя яйцекладку и выделяя эктогормоны, ингибируют яйцекладку других пчел (Crewe and Velthuis, 1980; Jay and Nelson, 1973; Sakagami, 1958; Velthuis и др., 1965; Velthuis, 1970), а трутовки не производят существенные количества нижнечелюстного феромона, в отличие от ложных маток (Crewe and Velthuis, 1980; Velthuis и др., 1965). Значит, это не дополнительный верхнечелюстной феромон, который участвует в подавлении маткой развития яичника пчел.

Необходимо также учитывать, что количество развитых яйцевых трубочек не является надежным параметром для определения ингибирующей способности феромонных композиций (Jackson J.T., Tarpy D.R., Fahrbach S.E.; 2011). Взаимосвязь между числом развитых яйцевых трубочек и развития яичника была предварительно исследована Velthuis (1970), который показал, что большое количество яйцевых трубочек, возможно, не оптимально для яйцекладки из-за дефицита веществ, типа стимулирующих гормонов или белков, используемых яйцевыми трубочками. Он сделал вывод, что число яйцевых трубочек не параметр развития яичника.

Ясное различие между эффектом вышеописанной пятикомпонентной синтетической смеси и живой матки указывает, что отсутствовала одна или более химическая субстанция, необходимая для ингибирования яичника. Источник этих субстанций в матках находится в тергитных железах, производящих, в том числе, сложные эфиры фенилуксусной и фенилпропионовой кислот и метилового спирта. Однако, даже при полной идентификации маточных веществ, вовлеченных в ингибирование яичника рабочей пчелы, необходимо для глубокого понимания этого явления выяснение роли феромонов расплода.

На практике синтезированные экзогормоны многократно испытаны. С помощью синтезированной 9 - ОДК проведены эксперименты по предотвращению трутовочности пчел (Шапошникова Н.Г., 1972). Получалось исправлять за счет синтетической композиции на основе 9 - ОДК трутовочные семьи (Шапошникова Н.Г., 1971) и ингибировать вывод пчелами новых маток. Под влиянием 9 - ОДК физиологические трутовки прекращают яйцекладку на шестые сутки (Шапошникова Н.Г., 1980). Исправление трутовок за счет синтетической 9 - ОДК объясняется тем, что физиологические трутовки выделяют экзогормоны, присущие матке, что вызывает аналогичную свиту из рабочих пчел у трутовок, в связи с этим физиологические трутовки ингибируют развитие яичников у других пчел семьи (Гаврилов Б.Н., Шапошникова Н.Г., 1972).

В теплицах применение синтетической 9 – ОДК дало увеличение летной активности безматочных отводков в два раза относительно контроля. За счет использования синтетических экзогормонов в течение 20 дней обработкой ими дважды в сутки деревянных патрончиков в каждой улочке, удавалось снизить роение на 22,2% относительно контроля, при этом вес рабочих пчел в опыте был ниже на 1,5-2,5% относительно контроля (Селиванова Н.М., 1996). Медовая продуктивность относительно контроля повысилась на 17,8%.

Синтезированные экзогормоны, добавленные в углеводный корм (сахарный сироп, канди) (Селиванова Н.М., 1996), не утрачивают своей биологической активности и в относительно малых дозах ингибируют формирование яичников у рабочих пчел. Поэтому есть возможность использования экзогормонов совместно с углеводными кормами.

За счет применения сахарного сиропа с синтетическими экзогормонами уменьшается роение в опыте относительно контроля. Количество роевых мисочек в контроле было больше на 66,5%, чем у опытных пчелиных семей. Результативность отдельно взятой 9 - ОДК составляла 80% от естественного экстракта экзогормонов матки (Селиванова Н.М., 1996). Несовершенством противороевой подкормки пчелиных семей сиропом с экзогормонами является многократность применения, что уменьшает производительность труда и увеличивает расход экзогормона, при этом также снижается рентабельность технологии.

В безматочных пчелиных семьях наблюдали образование свиты вокруг кусочков поролона, обработанных синтетической 9 - ОДК (Шапошникова Н.Г., 1982), пчелы стремились слизывать экзогормон с поролона или сгрызать его. Безматочный отводок с открытым расплодом, занимающий одну улочку, при использовании синтетической 9 - ОДК продолжал работать в закрытом грунте в течение месяца, в контроле отводок без 9 - ОДК слетает. Подобные искусственные заменители пчеломаток применяют для небольших пчелосемей (Krieg P., 1994). Изучено также влияние экзогормона матки на хромосомный комплекс трутней, активность сперматозоидов (Бакирова Г.Х. и др., 1999), на биологический ритм яйцекладки матки медоносных пчел в период трех суток (Нугуманов Р.Г., Маннапов А.Г., 1999). Также изучены факторы, влияющие на образование условного рефлекса на феромон пчеломатки у рабочих пчел (Kaminski L.-A., Slessor K.N., Winston M.L., 1990; Skirkevicius A., Blazyte L., 1999; Blazyte L., 2001). Кроме того, из фекалий неплодных маток выделен ортоаминоацетофенон в качестве репеллентного феромона для медоносных пчел (Post, D. C, Page, R. E. and Erickson, E. H., 1987; Page R.E., Blum M.S., Fales H.M., 1988).

Когда неплодные матки находятся в маленьких семьях, то они иногда выделяют 10-30 мкл репеллентной ректальной жидкости в случае враждебного отношения к ним рабочих пчел, но небольшие непрерывно выделяемые количества субстанции привлекательны для рабочих пчел. Это классический пример того, что вещество в больших дозах может быть ядом, а в ничтожных количествах является лекарством. Они часто выпускают ректальную жидкость, когда борются с другими неплодными матками (Page R.E. and Erickson, E.H., 1986). Выпуск фекалий обычно предотвращает нападения на них (Post D.C., Page R.E. and Erickson E.H., 1987). Химические элементы ректальной жидкости неплодной матки были идентифицированы и включают: 1. октилдеканоат, 2. децилок-таноат, 3. децилдеканоат, 4. тетрадецидеканоат, 5. каприновую кислоту, 6. додекановую кислоту, 7. октановую кислоту, 8. бензойную кислоту, 9. 1-додеканол, 10. октилоктаноат, 11. о-аминоацетофенон и другую более высокомолекулярную массу органических кислот и углеводородов.

Из этих идентифицированных веществ о-аминоацетофенон пахнет как винограды и является наиболее вероятным веществом, ответственным за цветочный аромат. Два других элемента, октановая кислота и 1-додеканол достаточно изменчивы, и вряд ли могут быть нормальными метаболическими элементами фекалий, поэтому провели их дальнейшее исследование. Эти составы были отобраны как потенциальные отталкивающие феромоны и были оценены. Каждое вещество было растворено в концентрации 1:1000 в минеральном масле и испытано в дозе 10 мкл в группах по 10 рабочих пчел в чашках Петри с фильтровальной бумагой. Были зарегистрированы две поведенческие реакции: 1) количество пчел, прошедших через круг с веществом, и 2) число пчел, автоухаживающих после каждого интервала 60 сек. По результатам тестов только о-аминоацетофенон отпугивал пчел. Ни одно вещество из трех значительно не увеличило поведение «автоухода».

Предполагается, что углеводороды более высокой молекулярной массы, найденные в фекалиях неплодной матки, могут быть ответственными за поведение ухаживания. Функция o-аминоацетофенона в более сильных пчелиных семьях была дополнительно исследована. Неплодные пчелиные матки развили изящную стратегию для отпора враждебных рабочих пчел и для сокращения их уровня агрессивности. В течение враждебных конфронтаций с рабочими пчелами эти матки выделяют очень благоухающий анальный выпот, который при экспериментальных условиях эффективно уменьшает агрессию рабочих пчел и в конечном счете стимулирует у последних поведение «автоухода» (Page and Erickson, 1986; Post et al., 1987). В действительности, матки преобразовали свои кишечники в социальный орган, укрепленный феромоном фекалий, ключевая роль которого в защите неплодной матки от повреждений, которые могли бы быть причинены ей рабочими пчелами. Неплодные матки запрограммированы, чтобы произвести этот кетон в течение особенно уязвимого периода в их жизни.

В течение первых 24 часов взрослой жизни, когда неплодным маткам вряд ли бросят вызов рабочие пчелы, о-аминоацетофенон в фекалиях не обнаруживается. Точно так же после того, как приблизительно в 14-дневном возрасте, когда матки спарены и, вероятно, будут функционировать как яйцекладущие, кетон, не может быть обнаружен в фекалиях. Поэтому, биосинтез этого ключевого феромона имеет большую временную адаптивность, гарантируя, что этот репеллент рабочих пчел будет с готовностью доступен в течение периода в жизни неплодной матки, когда конкурентные взаимодействия являются самыми частыми. Кроме того, как подчеркнуто Post et al. (1987), фекальные феромоны могут играть ключевую роль в течение агрессивных взаимодействий между неплодными матками. О-аминоацетофенон также выделяется пилильщиком Cephalcia lariciphila (Baker R., Longhurst C., Selwood D. and Billany D., 1983) и примитивным выращивающим гриб муравьем Mycocepurus goeldii (Post D. C, Page R. E. and Erickson E. H., 1987).

Как и медоносные рабочие пчелы, рабочие муравьи аттрактивны к этому веществу в низких концентрациях и репеллентны при более высоких дозах. Это три известные единственные группы членистоногих, производящих эту субстанцию.

Таким образом, феромоны пчелиной матки оказывают влияние на целый комплекс физиологических показателей рабочих пчел (Krieg P., 1994; Кузьмина Э.В., 1998, 2005).

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки


Пишите нам

 

 

 

 

X