РОЛЬ РЕКТАЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
Основными направлениями, по которым шла эволюция пчелиной семьи, были - усиление медо собирательной деятельности и выработка специальных физиологических приспособлений для перенесения неблагоприятных условий зимы. Поскольку ареал медоносной пчелы захватывает обширные районы с относительно холодным климатом, постольку зимний период в жизни пчел мог оказаться решающим в сохранении вида. Различные виды насекомых по-разному приспособились к перенесению условий зимы. Как правило, в это время они не питаются, а их минимальный обмен веществ осуществляется за счет накопленных энергетических запасов.
Хотя в организме медоносной пчелы с осени также откладывается определенное количество запасных питательных веществ, однако их недостаточно для того, чтобы удовлетворить все энергетические затраты пчелиной семьи в течение зимы. Для поддержания внутри зимнего клуба условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности, пчелы непрерывно потребляют запасы мода. Следовательно, даже во время зимы пчелы находятся в относительно активном состоянии. В результате - потребления корма, в основном запасов меда, за зимний период в пищеварительном канале пчелы накапливается большое количество не переваренных остатков нищи (следует при этом указать на биологическую особенность пчел, заключающуюся в том, что в течение всего периода зимовки они не освобождают кишечник от экскрементов).
Наиболее полные исследования динамики наполнения прямой кишки пчел экскрементами за зимний период провел Ф. Л. Тюнин (1928). Он установил предельную массу не переваренных остатков пищи в кишечнике пчел, которая равнялась 43 мг на одну особь (46% от ее общей массы). До наступления этого момента пчелы зимуют нормально, защитные механизмы предохраняют их от преждевременного освобождения кишечника. Более значительное наполнение кишечника приводит к его преждевременному освобождению, что вызывает сильное ослабление пчелиных семей, их заболевание и гибель.
Он установил также, что степень наполнения кишечника экскрементами зависит от многих факторов и прежде всего от качества корма, силы пчелиных семей и продолжительности зимнего периода. В таблице 10 приведены данные, полученные Ф. А. Тюниным, по динамике наполнения прямой кишки в зависимости от качества корма.
Наибольшее количество экскрементов наблюдается у пчел, которые питаются цветочным медом, в связи с тем, что последний содержит больше зольных веществ, чем сахарный мед. Уже к началу февраля у пчел этой группы масса кишечника достигает предельной нормы и в результате все пчелиные семьи к весне бывают опоношены. В группе семей, потреблявших сахарный мед, накопление
экскрементов протекает так медленно, что только к окончанию зимовки масса прямой кишки пчел достигает предельной нормы. Семьи указанной группы пчел зимуют более успешно без сильного опоношивания.
За последние годы масса прямой кишки пчел стала использоваться в качестве основного показателя, характеризующего ход зимовки. До определенного момента накопление остатков пищи в кишечнике не сказывается отрицательно на состоянии пчел. Однако в связи с тем, что длительность пребывания экскрементов в кишечнике пчелы равняется шести-семи месяцам, можно предполагать наличие специального физиологического механизма, предохраняющего каловые массы от гниения, а организм пчел от гибели. Сущность этого механизма еще не выяснена. С точки зрения как теории, так и практики важно установить сущность физиологических процессов, протекающих в прямой кишке, и выразить их количественно, что очень важно для пчеловодства.
Строение ректальных желез. В стенке прямой кишки у многих насекомых имеются образования, которые называются ректальными железами. Несмотря на то, что за этими образованиями укрепилось название желез, железистая функция их не доказана окончательно. Единой функции, которую выполняют ректальные железы у насекомых, также не найдено, да ее, вероятно, и не существует. По-видимому, у разных групп насекомых они выполняют различные функции.
В. Тонкова (1925) подробно исследовала у некоторых насекомых гистологическое строение ректальных желез, которые она делит на два типа: однослойные и двуслойные. Однослойные железы состоят из высокого цилиндрического эпителия, который представляет собой удлиненные клетки стенки кишечника. Эти клетки образуют ряд продольных полос по длине задней кишки или втягиваются внутрь ее. Двуслойные железы состоят из клеток, причем со стороны полости тела имеется слой клеток, которые образуют как бы основание железы, а со стороны полости кишки находится слой длинных цилиндрических клеток. У некоторых насекомых, в том числе у пчелы, между этими слоями имеется полость. Оба эти - происходят от различных клеток. Внутренний цилиндрический слой клеток образуется па клеток стенки кишечника, а наружный слой мелких клеток - из клеток полости тела.
Уиглсуорс (1932) считает, что ректальные железы производят обратное всасывание воды из задней кишки пчелы. У некоторых насекомых в результате такого всасывания в области ректальных желез образуются комочки мочевой кислоты.
Изучая распределение ферментов в различных отделах кишечного канала, исследователи Павловский и Зарин обнаружили в прямой кишке пчел окислительный фермент - каталазу, причем этот фермент присутствовал в кишке пчел лишь до их весеннего очистительного облета. В первые же дни после облета каталаза исчезла из прямой кишки. Исследователям не удалось выяснить ни места выделения фермента в прямой кишке, пи его роли. Они предположили, что он выделяется ректальными железами и предохраняет каловые массы от гниения.
С. В. Жданов (1939) считает, что через трахейную систему ректальных желез осуществляется сильное испарение воды из задней кишки пчел, в результате чего происходит сгущение и уплотнение каловых масс.
У пчелы ректальные железы находятся в передней части прямой кишки в виде параллельных полос шириной около 0,2 мм и длиной 1-1,5 мм. Они вдаются в просвет кишки в виде овальных выступов, поэтому сверху кишка остается ровной. Многие исследователи отмечали богатую трахейную систему, которая подходит к ректальным железам, где происходит интенсивный обмен веществ. Трахеи подходят несколькими стволами, которые, в свою очередь, неоднократно разветвляются и проникают в каждую железу в различных се местах.
На рисунке 8 изображены два поперечных среза через прямую кишку в области ректальных желез. На левом рисунке показан срез через прямую кишку старой пчелы, когда в ней отсутствуют непереваренные остатки пищи, а на правом - молодой пчелы, когда кишка сильно заполнена каловыми массами. Стенка прямой кишки (СК) может сильно растягиваться, образуя довольно объемистый просвет кишки (ПК). Это явление наблюдается у молодых (ульевых) пчел, которые интенсивно потребляют пергу, а также зимой, когда пчелы по совершают очистительных облетов. Ректальные железы на срезе через такую кишку оказываются значительно удаленными одна от другой, немного сплюснутыми под давлением ее содержимого.
У летных пчел стенки прямой кишки образуют многочисленные складки (СС), в результате чего ее просвет сильно уменьшается. На срезе через такую кишку видно, что железы очень близко подходят одна к другой и полость кишки ограничивается со всех сторон не ее стенками, а наружной поверхностью ректальных желез. Несколько изменяется форма желез: на поперечных срезах они представлены очень выпуклыми, почти округлыми образованиями.
Ректальные железы пчелы относятся к двуслойным с полостью между слоями клеток, однако фактически они состоят не из двух, а из трех слоев клеток. Эти слои клеток образуют как бы две стенки железы, одна из которых (НЭ) обращена к полости тела насекомого, а вторая (ВО) - к полости кишки. По строению клетки этих стенок отличаются одна от другой.
Наружная стенка железы состоит из двух слоев плоских эпителиальных клеток.
В клетках наружного слоя заметна зернистость, которая почти отсутствует во втором слое. Трахеи в виде многочисленных ветвящихся трубочек подходят к наружной стенке ректальных желез, через которую проникают в полость железы. Там они вновь ветвятся и в виде мелких трубочек диаметром в несколько микрон проходят в клетки внутренней стенки железы.
Внутренняя стенка железы состоит из одного слоя высокого цилиндрического эпителия. На рисунке изображен срез через ректальную железу пчелы под большим увеличением микроскопа, где хорошо видны продолговатые клетки внутренней стенки с довольно крупными овальными ядрами. В большей части клеток ядра расположены ближе к концу, который обращен к полости железы. Ядра центральных клеток железы сильно вытянуты, в то время как в клетках ближе к краям они имеют почти круглую форму. В ядрах обнаруживается более десятка ядрышек. В протоплазме этих клеток очень четко выступает зернистость.
На рисунке 9 заметны темные полосы, находящиеся между клетками внутреннего слоя. Их принимают за лакуны, которые пронизывают почти всю клетку и соединяются с просветом железы. Между наружной стороной ректальной железы и стенкой прямой кишки имеется своеобразная ткань, которую называют пограничной зоной. Эта зона со стороны просвета кишки покрыта хитиновым кольцом, которое как бы обрамляет железу по внешнему краю на всем ее протяжении.
Со стороны просвета кишки внутренняя стенка железы покрыта двухконтурной хитиновой оболочкой. Толщина этой оболочки значительно меньше толщины хитинового кольца, покрывающего пограничную зону. Сразу же за хитиновой оболочкой следует узкая полоса протоплазмы, в которой отчетливо заметны гранулы. Со стороны просвета железы и внешняя и внутренняя стенки покрыты тонкой хитиновой мембраной. Многие исследователи изображали просвет железы совершенно пустым, однако позднее было доказано, что это не совсем так. Во-первых, в просвете железы ветвятся многочисленные трахеи, которые затем проникают во внутренний слой клеток, и, во-вторых, в просвете обнаруживаются многочисленные мелкие клетки (КР) с довольно крупными ядрами.
Секретирование каталазы. Обнаруженная Павловским и Зариным (1922) каталаза в прямой кишке пчелы имеет различное происхождение. Она может быть внутриклеточным ферментом эпителиальных клеток кишки или ее ректальных желез, могла быть внесена сюда из других отделов пищеварительного тракта или просто быть продуктом жизнедеятельности микроорганизмов. Правда, авторы уменьшили возможное количество мест выделения каталазы в прямой кишке, освободив ее от содержимого. Оставалось только выяснить место выделения каталазы в стенке кишки.
С этой целью отпрепарированную и хорошо отмытую от содержимого прямую кишку под микроскопом разрезали на две равные части. В передней части кишки оставались ректальные железы, а Е задней - только стенки кишки. Сравнивая величину активности каталазы в экстрактах из этих частей прямой кишки, выяснили, что местом выделения фермента являются ректальные железы пчелы.
Можно визуально наблюдать места выделения каталазы в прямой кишке. Для этого прямую кишку надо вскрыть в продольном направлении, освободить от содержимого я тщательно промыть водой, а затем осто
рожно расправить на предметном стекле. После этого на препарат наливают небольшое количество очень слабого раствора перекиси водорода и рассматривают кишку под лупой. Через короткое время на поверхности стенки кишки появятся сначала небольшие, а потом все увеличивающие с я пузырьки кислорода. Эти пузырьки располагаются не на всей поверхности кишки, а вокруг ректальных желез.
Следовательно, ректальные железы пчелы являются источником фермента в прямой кишке пчелы. Следует отметить, что активность ка-талазы ректальных желез в пересчете на единицу массы в сотни раз
превосходит таковую стенок прямой кишки или других тканевых элементов пчелы.
Для выяснения роли каталазы, секретируемой железами, следует проследить изменепие ее активности в течение жизни пчелы и в различное время года, а также определить влияние некоторых факторов па активность этого фермента.
Максимальная активность каталазы паблюдается у самых молодых пчел в возрасте одного дня (рис. 10 ) В это время прямая кишка представляет собой пузырь, сильно заполненный прозрачной жидкостью. В течение первых трех дней жизни пчел активность фермента резко уменьшается, так что к концу третьих суток она примерно в 2 раза меньше по сравнению с исходной. Прямая кишка к этому времени сильно наполняется непереваренными остатками перги и становится желтоватой.
В дальнейшем активность каталазы уменьшается медленнее, а у пчел в 15-18-дневном возрасте она достигает некоторого постоянного уровня и уже мало изменяется в остальной период их жизни. К этому времени прямая кишка, при ежедневном вылете пчел из улья, часто освобождается от непереваренных остатков и поэтому степень ее наполненности остается почти одинаковой.
Молодые пчелы потребляют большое количество перги и реже вылетают на очистительные облеты. Прямая кишка таких пчел сильно заполнена остатками перги, причем степень наполнения ее непостоянна. Так, у летних пчел в 9-10-дневном возрасте величина каловой нагрузки (масса кишки с содержимым) равна 40 мг, то есть она близка по величине к каловой нагрузке пчел к концу зимовки.
Рассматривая изменчивость активности каталазы у пчел разных поколений, необходимо указать иа примерно одинаковый характер изменения ее с возрастом у всех пчел. У всех поколений пчел наблюдается резкое падение активности фермента в первые три - девять дней их жизни, после чего она очень слабо изменяется с возрастом. Этот постоянный уровень активности каталазы по своей величине неодинаков у пчел разных поколений. У весенних и осенних пчел он почти в 2 раза выше, чем у летних. Следовательно, у пчел весеннего и осеннего поколений есть что-то общее, что приравнивает их поэтому признаку.
Весной пчелы значительно интенсивнее и дольше потребляют пергу, чем пчелы других поколений, более продолжительное время пребывают в роли «кормилиц». Это приводит к тому, что в их прямой кишке дольше находятся непереваренные остатки перги, а сами пчелы позже переходят к летной деятельности, вследствие чего активность каталазы ректальных желез у них держится па относительно высоком уровне.
Пчелы осеннего поколения редко вылетают на очистительные облеты осенью, а зимой вообще не освобождаются от кала, в результате их прямая кишка постоянно заполнена непереваренными остатками пищи. Это отражается на величине активности каталазы у пчел этого поколения, которая сохраняется у них на высоком уровне всю зиму.
Совершенно в других условиях находятся пчелы летнего поколения. Они рано становятся летными, а их кишечник почти свободен от твердых частиц. При ежедневном вылете из улья прямая кишка пчел постоянно опорожняется, что приводит к сильному» уменьшению активности каталазы у пчел летнего поколения.
Таким образом, существует определенная зависимость между степенью наполнения кишки и активностью каталазы ректальных желез. Выделение этого фермента можно рассматривать как определенное физиологическое приспособление, направленное на ликвидацию вредных последствий, которые могут возникнуть при сильном наполнении прямой кишки пчелы.
Активность каталазы в прямой кишке и ее содержимом. В связи с тем, что каталаза в прямой кишке имеет двоякое происхождение: выделяется ректальными железами и различными микроорганизмами, интересно проследить возрастную изменчивость активности фермента не только в самих железах, но и в содержимом кишки. С этой целью прямую кишку у пчел определенного возраста препарировали под микроскопом и освобождали от содержимого. Фермент определялся как в экстракте из стенок кишки, так п в ее содержимом (табл.11).
Сравнивая динамику возрастной изменчивости каталазной активности прямой кишки и ее содержимого, выяснилось следующее. У только что родившихся пчел в содержимом прямой кишки каталазы практически не обнаруживается. Однако уже в первые часы жизни пчел благодаря высокой каталазной активности ректальных желез отмечается резкий подъем ферментативной активности и в содержимом кишки. У пчел в возрасте одного дня уровень каталазы в содержимом кишки достигает своего максимального значения и в дальнейшем практически не изменяется.
Каталазная активность ректальных желез в первые дни жизни пчел более чем в 2 раза превышает таковую содержимого прямой кишки. У более старых пчел эти показатели выравниваются, в результате чего устанавливается определенное равновесие между выделением фермента ректальными железами и накоплением его в содержимом кишки. Следовательно, нормой протекания физиологических процессов в прямой кишке является установление определенного слабо изменяющегося с возрастом пчел уровня каталазной активности в ее содержимом.
Если определить характер сезонной изменчивости активности каталазы в содержимом прямой кишки, то станет ясно, что в процессе накопления фермента в кишке, особенно во вторую половину зимовки, ведущая роль принадлежит микроорганизмам, а не ректальным железам. До начала и в первую половину зимовки каталазная активность содержимого кишки изменяется довольно медленно. Видимо, в это время защитный механизм прямой кишки противостоит гнилостным процессам, а накопление каталазы в ее просвете обеспечивается за счет функционирования ректальных желез. К концу зимовки у пчел наблюдается резкое увеличение активности каталазы в содержимом кишки, что соответствует степени ее наполнения и приводит к усиленному размножению микроорганизмов.
У пчел южных пород нарастание каталазной активности в содержимом прямой кишки выражено сильнее. Уже в середине февраля она достигает своего максимального значения, превышая почти в 2 раза по абсолютной величине каталазную активность более зимостойких пчел. Следовательно, у слабозимостойких пчел защитный механизм в прямой кишке работает слабее, чем у более зимостойких пчел, что приводит к раннему загниванию у них каловых масс и сильному опоношиванию.
Влияние некоторых факторов на активность каталазы. На активность каталазы ректальных желез определенное влияние оказывает состояние самой пчелиной семьи. Пчелы слабой семьи интенсивнее и продолжительное время питаются пергой, а к летной деятельности приступают позже, чем пчелы из сильной семьи. Эта особенность пчел и отражается на активности каталазы ректальных желез, так как у пчел наблюдаются определенные различия в степени наполнения прямой кишки. В первые шесть дней жизни у пчел слабой и сильной семьи значительно уменьшается активность фермента, причем в сильной семье пчел этот процесс выражен более резко.
У пчел из сильной семьи активность фермента уменьшается до 18-дневного возраста, после чего достигает постоянного уровня, не изменяющегося с возрастом нчел. У пчел из слабой семьи в 6-21-дневном возрасте активность каталазы держится на относительно высоком уровне. Только у старых пчел наблюдается приблизительно такая же картина в изменении активности фермента, какая отмечена у пчел из сильной семьи в 6-18-дневном возрасте.
В связи с тем, что пчелы из сильной семьи перестают потреблять пергу уже в 12-15-дневном возрасте, к этому времени их прямая кишка освобождается от непереваренных остатков. У пчел из слабой семьи, наоборот, в это время наблюдается максимальное наполнение как средней кишки заглотанной пергой, так и прямой кишки ее остатками. Задняя кишка этих пчел остается сильно заполненной, примерно до 24-дневного возраста. В этом, очевидно, заключается главная причина, которая приводит пчел из слабой семьи к необходимости поддерживать активность каталазы на более высоком уровне, чем у пчел из сильной семьи. Поэтому продолжительность жизни пчел в слабых семьях в любое время года значительно меньше, чем в сильных семьях.
Известно, что пчелы, больные нозематозом, очень сильно опоношиваются зимой и в большом количестве погибают. Одной из причин появления поноса является нарушение определенных процессов, протекающих в прямой кишке, которые связаны с деятельностью ректальных желез. Для изучения этого вопроса одну группу меченых пчел заражали спорами поземы и помещали в семью, а другую группу без заралсония помещали в другую, равную по силе, семью. Сравнительные данные активности каталазы ректальных желез приводятся в таблице 12.
Активность каталазы у нозематозных пчел в первые дни после заражения была несколько выше, чем у здоровых. В это время организм еще сопротивляется болезни, поэтому ее последствия слабо проявляются. У старых пчел картина болезни изменяется в обратную сторону: активность каталазы быстрее уменьшается с возрастом у нозематозных пчел, чем у здоровых. Следовательно, нозематоз нарушает функцию ректальных желез, что проявляется в быстром падении каталазной активности у больных пчел.
В задней кишке, особенно когда пчелы лишены возможности вылетать из улья, скапливаются различные ненужные уже организму вещества: непереваренные остатки пищи, соли различных кислот, микроорганизмы. Одни из этих веществ могут быть безвредными для пчел, другие очень вредными. Некоторые вредные вещества, накапливающиеся в прямой кишке, особенно во время зимовки, влияют на работу ректальных желез и нарушают процессы, связанные с предохранением организма от вредных воздействий.
В меде в значительных количествах содержатся соли натрия, калия и кальция. В связи с этим определялось влияние этих солей на активность каталазы ректальных желез пчел. В колбочки с известным количеством экстракта из прямой кишки пчелы добавляли растворы различных солей с расчетом, чтобы конечная концентрация их в колбочках была равна 0,2%. Наиболее сильно уменьшается активность каталазы под воздействием солей кальция, значительно слабее - солей натрия и калия. В результате многочисленных опытов установлено, что соли двухвалентных металлов (кальций, магний) ослабляют активность каталазы сильнее, чем соли одновалентных (калий, натрий) металлов.
Для выяснения воздействия этих солей на организм пчел кормили в садочках сахарным сиропом, в который были добавлены перечисленные выше соли, чтобы их общая концентрация составила 0,2%. В качестве контроля использовали чистый сахарный сироп и цветочный мед.
В нескольких сериях пчелам давали падевый мед, который вреден для них, особенно зимой. Падевый мед по своему составу резко отличается от цветочного: в нем много декстринов и минеральных солей, которые в разное время принимались в качестве главного фактора, губительно действующего на пчел. Однако еще мало известно, каким образом и в каком месте организма проявляется его вредное действие. Спустя некоторое время после начала кормления из садочков отбирали пробы пчел для определения активности каталазы ректальных желез.
Большая активность каталазы наблюдалась у пчел, потреблявших сахарный сироп и цветочный мед. Хлористый натрий тоже оказывал небольшое влияние на активность каталазы. Когда использовали падевый мед или прибавляли в сахарный сироп небольшое количество солей кальция, активность каталазы резко снижалась. Следовательно, падевый мед также влияет на ректальные железы, как и соли кальция.
Пчелы, потреблявшие падевый мед или сироп с солями кальция, через некоторое время опоносились, в то время как у пчел, потреблявших другой корм, этого не наблюдалось. По-видимому, быстрое опоношивание пчел является защитной реакцией организма в ответ на накопление солей в прямой кишке, которые нарушают нормальное функционирование ректальных желез. Опорожнение кишки от кала уменьшает количество этих солей в пей, предотвращает отравление и гибель пчел.
Географическая изменчивость активности каталазы ректальных желез. В связи с тем, что время наступления зимы и продолжительность зимнего периода неодинаковы в различных районах страны, можно ожидать разной степени функционирования ректальных желез пчел. Для доказательства этого положения была проведена работа в двух направлениях. Во-первых, определялась величина активности каталазы желез у пчел (осенью) из различных мест СССР, причем выбирались районы, отличающиеся своими климатическими условиями и продолжительностью неактивного для пчел периода. Во-вторых, этот показатель определялся у пчел разных пород и популяций, находящихся в равных экологических условиях.
Полученные данные показывают зависимость активности каталазы от происхождения пчел. Наблюдается достоверная разница в величине активности фермента между пчелами, взятыми из районов с продолжительной и холодной зимой, и пчелами из относительно теплых южных районов страны.
Наибольшая каталазная активность отмечается у пчел средней полосы, Сибири и Дальнего Востока, что вполне согласуется с многочисленными данными, опубликованы-ми в литературе по пчеловодству, а также относительно хорошая зимостойкость этих пчел. В условиях продолжительной и холодной зимы пчелы образуют плотный клуб и пять-шесть месяцев не покидают своего жилища, что приводит к сильному наполнению их прямой кишки непереваренными остатками пищи. Именно в связи с этим степень функционирования ректальных желез у пчел из районов с суровой зимой оказывается более высокой.
Приблизительно в 2 раза слабее каталазная активность ректальных желез у пчел более южного происхождения. В условиях относительно теплой зимы они не образуют постоянного и плотного клуба. Пчелы имеют возможность производить очистительные облеты, в результате их прямая кишка не перегружается каловыми массами.
Таким образом, характер деятельности ректальных желез обусловлен продолжительностью зимнего периода: наблюдается четкая географическая изменчивость активности каталазы. У более зимостойких пчел активность фермента значительно выше, чем у менее зимостойких.
В соответствии с разработкой плана породного районирования в отдельных районах РСФСР были организованы пасеки-испытательницы, состоящие из пчел разных пород и популяций, отличающихся хозяйственно-полезными показателями, в том числе по зимостойкости. В результате создались благоприятные условия для изучении физиологических различий у пчел, помещенных в новые экологические условия.
К настоящему времени накоплен большой материал, показывающий неодинаковый характер физиологической подготовки различных пчел к зиме. Особенно четкие различия проявляются в деятельности ректальных желез. Данные о степени наполнения прямой кишки и активности каталазы у пчел разных пород, полученные И. Н. Мадебей-киным (1967) в условиях Чувашской АССР, приведены в таблице 14.
Наиболее высокая активность фермента ректальных желез как осенью, так и весной наблюдалась у местных и башкирских пчел. Эти же пчелы в условиях северо-востока европейской части страны считаются наиболее зимостойкими. Хорошо зимовали в условиях Чувашской АССР башкирские, среднерусские и дальневосточные пчелиные семьи, значительно хуже - серые горные кавказские и итальянские. Таким образом, слабо зимостойкие южные пчелы в новых экологических условиях сохраняли присущие им физиологические показатели: в данном случае активность каталазы ректальных желез.
Физиологическая деятельность ректальных желез как приспособительного механизма отчетливо выступает при рассмотрении сезонной изменчивости их функционирования в различных экологических условиях. Установлено, что активность каталазы ректальных желез увеличивается к осени и остается на высоком уровне до тех пор, пока в прямой кишке накапливаются экскременты. Однако такое увеличение активности фермента к осени наблюдается далеко не у всех пчел (табл. 15).
Эти даные позволяют сопоставить изменение деятельности ректальных желез у кавказских пчел, находящихся в свойственной им экологической обстановке, и в новых условиях - средняя полоса страны. Они показывают, что повышение активности каталазы к осени наблюдается только у зимостойких пород пчел: почти в 2 раза она увеличилась у среднерусских и дальневосточных.
У кавказских пчел независимо от места их нахождения практически не наблюдается увеличения активности фермента. Это явление характерно не только для кавказских пчел, оно присуще всем пчелам из теплых мест обитания, то есть обладающих слабой зимостойкостью. Следовательно, у слабозимостойких пчел степень функционирования ректальных желез не увеличивается при перенесении их в суровые условия, что, вероятно, ограничивает естественный ареал их распространения.
Характер изменения активности каталазы ректальных желез. Активность каталазы ректальных желез изменяется под влиянием многих факторов, однако наблюдается определенная закономерность в деятельности этих желез, заключающаяся в увеличении ферментативной активности при наступлении неблагоприятных условий. Различия в степени функционирования желез у пчел разных пород и географических зон страны проявляются лишь в период подготовки к зимовке. Этим объясняется то, что в осенний период в пчелиной семье уменьшается разнообразие в составляющих ее группах пчел и роде их деятельности.
Между тем со значительным сокращением, а затем и полным исчезновением личинок в семье общая активность пчел уменьшается, что приводит к появлению так называемых «осенних» пчел. Главным фактором появления «осенних» физиологически молодых пчел является отсутствие в семьях молодых личинок. В связи с этим было высказано предположение, что получить «осенних» пчел можно не только осенью, но и при определенных условиях - летом. Для этого необходимо не давать возможности молодым пчелам участвовать в воспитании личинок.
С целью разработки метода прогнозирования зимостойкости пчел по величине каталазной активности ректальных желез были проведены исследования по выявлению различий у пчел по этому показателю в течение всего летнего сезона. Были сформированы семейки пчел без расплода, а матки изолированы. В такие семьи помещали группы меченых однодпсвпых пчел, взятых из семей разной зимостойкости. Для анализов использовали пчел в 10-15-дневном возрасте (табл. 16).
Практически в течение всего лета были получены достоверные различия по активности каталазы между пчелами разной зимостойкости. Это значит, что при определенных условиях в пчелиной семье (в данном случае при отсутствии личинок) создается ситуация, возникающая в естественных условиях лишь осенью при подготовке пчел к зиме.
Для определения влияния на активность каталазы фактора воспитания пчел в «чужих» семьях молодые личинки из семей пчел среднерусской породы переносили в семьи серой горной кавказской породы и наоборот. Молодых пчел метили и оставляли в «чужих» семьях.
О возможности передачи по наследству такого физиологического показателя, как каталазная активность ректальных желез, имеются данные, полученные . О. Гасановым и И. Н. Мадебейкиным (1971), при исследовании некоторых линий новой породной группы пчел, сформированной на основе скрещивания среднерусской и серой горной кавказской пород (табл. 17).
Пчелы тульской линии по многим показателям (длина хоботка, размеры тела, зимостойкость) ближе стоят к пчелам среднерусской породы, а пчелы сасовской линии больше напоминают серых горных кавказских пчел. Таким образом, показатель каталазной активности ректальных желез практически не зависит от фактора воспитания пчел, а определяется наследственными различиями между породами.
Степень функционирования ректальных желез и результаты зимовки пчел. Функционирование ректальных желез у пчел связано с выделением каталазы, количество которой изменяется в связи с возрастом и состоянием пчел, временем года, экологическими условиями и породной принадлежностью. В связп с тем, что у более зимостойких пород пчел активность фермепта в период подготовки их к зиме увеличивается на большую величину, чем у слабо-зимостойких пород, представляется возможным сравнить величину активности фермента, определенной у пчел осенью, с результатами их зимовки, то есть весной (рис. 12).
Имеется достоверная связь между активностью каталазы ректальных желез и степенью опоношенности пчелиных семей. Пчелы, обладающие осенью высокой активностью каталазы, хорошо зимовали без поноса, с малым количеством погибших пчел. Результаты зимовки доказывают, что у медоносной пчелы ректальные железы выполняют защитную роль в зимний период, предохраняя длительное время экскременты прямой кишки от гниения. Нарушение нормального функционирования желез приводит к гибели пчелиной семьи или значительному ее ослаблению.
В связи с тем, что можно количественно оценить степень функционирования ректальных желез, используя показатель их каталазной активности и принимая во внимание высокую связь этого показателя с результатами зимовки пчелиных семей, был разработан способ прогнозирования зимостойкости пчел по этому показателю.
Физиологические процессы, протекающие в прямой кишке. Для оптимальной работы ферментов нужны определенные значения величины активной кислотности и температуры. Известно, что каталаза наиболее активна при температуре 0-5°С и при рН 6,8-7,0. Каталаза ректальных желез пчел по этим показателям сходна с аналогичными ферментами других живых объектов. Активность каталазы ректальных желез в зависимости от величины рН, где максимальная активность фермента наблюдается в среде, немногим превышающей нейтральную, устанавливается следующим образом (мг Н202): 5,30-2,96, 5,95- 3,32, 6,35-3,68, 6,95-3,88, 7,60-4,14.
В течение всей жизни у пчел происходит постепенное увеличение кислотности в их прямой кишке, причем в первые дни жизни наблюдается резкий переход от слабощелочной реакции к кислой. Наиболее кислая реакция отмечена у пчел в 9-12-дневном возрасте, то есть в момент максимального наполнения прямой кишки непереваренными остатками. У летных пчел отмечаются большие колебания в величине активной кислотности, особенно у пчел осеннего поколения, однако она остается всегда кислой.
Для обнаружения окисляющего начала были проведены опыты с действием экстрактов из стенок прямой кишки и ее содержимого на раствор глюкозы. Определение велось
В прямой кишке действительно имеется окислительное начало, причем оно присутствует только в ее содержимом и отсутствует в самой стенке кишки. С другой стороны, окисление становится возможным только в присутствии кислорода. В дальнейшем было установлено, что окисляющая сила экстракта из содержимого прямой кишки изменяется с возрастом пчел.
У только что родившихся пчел экстракт не способен окислять глюкозу. Прямая кишка у этих пчел представляет собой прозрачный пузырь, сильно HP полненный слабощелочной жидкостью. Когда первые порции остатков пищи из средней кишки поступят в прямую кишку (что наблюдается через несколько часов после выхода молодой пчелы из ячейки) и ее содержимое помутнеет, оно становится способным окислять глюкозу. Следовательно, глюкозоокис-лительный фактор образуется по п самой прямой кишке, а за ее пределами. Не исключено, что этот фактор является глокозооксидазой глоточпых желез пчелы.
Исследователь А. Гауе (1940) показала, что глюкоза под действием глюкозоокислительного фермепта глоточных желез пчел в присутствии кислорода превращается в глюконовую кислоту с выделением свободной перекиси водорода. В результате повышается кислотность меда, которая препятствует развитию микроорганизмов в этом продукте. Можно предположить, что и в прямой кишке пчелы совершаются аналогичные процессы. Под действием окисляющего начала в прямой кишке пчел создается кислая среда, что, видимо, связано с образованием перекиси водорода. Однако обнаружить перекись водорода в прямой кишке не удается, так как она, вероятно, разлагается каталазой. Перекись водорода является сильным ядом для организма, поэтому каталаза, расщепляя ее на воду и кислород, предохраняет организм от отравления.
У только что родившихся пчел в прямой кишке отмечается слабая щелочная реакция, а ректальные железы выделяют активную каталазу, которая накапливается в просвете кишки. Как только содержимое средней кишки начинает поступать в прямую кишку, в последней резко изменяется реакция со щелочной на кислую. Период максимальной активности каталазы в прямой кишке совпадает с периодом интенсивного изменения величины рН в ее содержимом. В это время выделяется наибольшее количество перекиси водорода, которое ликвидируется активной каталазой.
С возрастом пчел величина активной кислотности в их прямой кишке опускается ниже 5 единиц и держится на этом уровне продолжительное время. Активность каталазы к этому моменту тоже достигает определенного уровня и слабо изменяется в остальной период жизни пчел. Следует отметить, что окисление глюкозы экстрактом прямой кишки происходит только в присутствии кислорода воздуха, приток которого обеспечивается богатой трахейной системой, подходящей к ректальным железам.
Таким образом, в прямой кишке пчелы совершаются сложные физиологические процессы, связанные с предохранением каловых масс от гниения. Основное значение этих процессов заключается в том, что в прямой кишке создается кислая среда, которая препятствует развитию гнилостных микроорганизмов. Особую важность эти процессы приобретают в периоды жизни пчел, когда они лишены возможности освобождать кишечник от каловых масс, то есть зимой.
Измерения величины активной кислотности в прямой кишке у пчел осеннего поколения, проведенные осенью, показали, что в этот период она колеблется от 4,8 до 6.
Вследствие того, что кислотность в прямой кишке пчел к концу зимовки уменьшается, защитные процессы в пей ослабевают и создаются благоприятные условия для роста микроорганизмов. Интересно отметить, что величина рН у пчел из опоносившейся семьи оказалась равной 7,55, то есть была выше, чем у нормально зимующих пчел.
- Вернуться:
- МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗИМОСТОЙКОСТИ ПЧЕЛ
