Научная статья на тему 'РОЛЬ МЕДИ В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ'

РОЛЬ МЕДИ В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
47
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЧЕЛЫ / МЕДЬ / ДЫХАНИЕ / ГАЗООБМЕН / ГЕМОЦИАНИН / BEES / COPPER / RESPIRATION / GAS EXCHANGE / HEMOCYANIN

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Пашаян С. А., Гизатуллина Ф. Г.

Микроэлементы входят в состав белков, необходимо добавить, что они выполняют особо важные функции, и поэтому получили название биоэлементов. К таким элементам относятся медь и железо. Железо входит в состав гемоглобина, который находится в эритроцитах теплокровных животных, медь содержится в гемоцианине, последний присутствует свободно в гемолимфе насекомых. Благодаря этим элементам, гемоглобин у высших животных и гемоцианин у насекомых, выполняется дыхательная функция, так как они способны соединяться с газами: кислородом и углекислым газом, и с кругами кровообращения осуществляется их перенос по организму. В крыльях пчел газообмен происходит только в субкостальной жилке, где находится субкостальная трахея. В этой жилке осуществляется тесное соприкосновение гемолимфы и трахеи, что обеспечивает газообмен. Результат проведенных исследований по определению уровня меди в отдельных фрагментах тела пчел и в организме клещей показал, что количество меди колебалось в разных пределах, особенно высокий уровень наблюдался в образцах брюшка. Так как клещи в имагинальной стадии в основном питаются гемолимфой брюшка (особенно в зимний период), в их организме также обнаруживалось значительное количество меди.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ROLE OF COPPER IN BEE BODY

Trace elements are part of proteins, it must be added that they perform especially important functions, and therefore they are called bioelements. These elements include copper and iron. Iron is part of hemoglobin, which is found in the erythrocytes of warm-blooded animals, copper is contained in hemocyanin, the latter is present freely in the hemolymph of insects. Thanks to these elements, hemoglobin in higher animals, and hemocyanin in insects, perform a respiratory function, since they are able to combine with gases: oxygen and carbon dioxide, and with circulatory circles, and carry them through the body. In the wings of bees, gas exchange occurs only in the subcostal vein, where the subcostal trachea is located. In this vein, the hemolymph and trachea are in close contact, which ensures gas exchange. The result of the studies conducted to determine the level of copper in individual fragments of the body of bees and in the body of ticks showed that the amount of copper in individual fragments fluctuated within different limits, especially a high level was observed in the samples of the abdomen. Since ticks in the imaginal stage mainly feed on the hemolymph of the abdomen (especially in winter), a significant amount of copper was also found in their body.

Текст научной работы на тему «РОЛЬ МЕДИ В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ»

ПАШАЯН Сусанна Арестовна

доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии и физиологии, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень

ГИЗАТУЛЛИНА Фирдаус Габдрахмановна

доктор биологических наук, профессор кафедры инфекционных болезней и ветеринарно-санитарной экспертизы, ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», г. Троицк

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

Микроэлементы входят в состав белков, необходимо добавить, что они выполняют особо важные функции, и поэтому получили название биоэлементов. К таким элементам относятся медь и железо. Железо входит в состав гемоглобина, который находится в эритроцитах теплокровных животных, медь содержится в гемоцианине, последний присутствует свободно в гемолимфе насекомых. Благодаря этим элементам, гемоглобин у высших животных и гемоцианин - у насекомых, выполняется дыхательная функция, так как они способны соединяться с газами: кислородом и углекислым газом, и с кругами кровообращения осуществляется их перенос по организму. В крыльях пчел газообмен происходит только в субкостальной жилке, где находится субкостальная трахея. В этой жилке осуществляется тесное соприкосновение гемолимфы и трахеи, что обеспечивает газообмен. Результат проведенных исследований по определению уровня меди в отдельных фрагментах тела пчел и в организме клещей показал, что количество меди колебалось в разных пределах, особенно высокий уровень наблюдался в образцах брюшка. Так как клещи в имагинальной стадии в основном питаются гемолимфой брюшка (особенно в зимний период), в их организме также обнаруживалось значительное количество меди.

Ключевые слова: пчелы, медь, дыхание, газообмен, гемоцианин

Key words: bees, copper, respiration, gas exchange, hemocyanin

УДК 638.12

1.5.20. Биологические ресурсы

DOI 10.35524/268l-0436_2023_03_8l

статья поступила 27.07.2023

РОЛЬ МЕДИ В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ

ROLE OF COPPER IN BEE BODY

Введение. У большинства насекомых кровь - бесцветная жидкость, состоящая из плазмы и форменных элементов - гемоцитов, поэтому она называется гемолимфой. Гемолимфа является важной внутренней средой организма насекомых и выполняет особо важные функции: питательную - транспортирует продукты пищеварения от кишечника ко всем органам и системам; выделительную - в нее поступают продукты обмена веществ, проникающие с гемолимфой к выделительным органам - мальпигиевым сосудам; коррелятивную - через нее осуществляется химическое взаимодействие между органами и системами; регулирующую - при метаморфозе из желез внутренней секреции в нее поступают гормоны, принимающие участие в метаморфозе насекомых; механическую - способствует образованию внутреннего давления и появлению некоторых органов в период куколочной стадии насекомых; дыхательную - что заключается в переносе газов по всему организму насекомых [7-9].

В крови животных присутствуют микроэлементы, большинство которых соединены с белками, они принимают активное участие в биологических процессах, происходящих в организме животных [16], поэтому их называют биоэлементами [3, 5]. К ним относятся железо и медь. Роль этих элементов заключается в том, что они принимают активное участие в процессе дыхания. Железо у теплокровных животных находится в пигменте гема, входящем в состав гемоглобина, последний присутствует в эритроцитах. У пчел в гемолимфе отсутствуют эритроциты, и, естественно, нет гемоглобина и железа, в отличие от высших животных. Дыхательная функция осуществляется с помощью меди, которая содержится в гемоцианине, находящемся не в форменных элементах, а в свободном виде в плазме гемолимфы. Гемоцианин - это металлопротеин, содержащий два атома меди, которые обратимо связывают одну молекулу кислорода (02) [2, 10, 16].

Изучение содержания микроэлементов в теле пчел и паразитирующих на них клещей является приоритетной задачей.

Материал и методы исследования. Исследования по определению процесса дыхания у пчел были проведены в период с 2012 по 2020 гг. на кафедре анатомии и физиологии ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» и пасеках юга Тюменской области. Объектом исследования служили однодневные живые пчелы. Пробы пчел собирали на пасеках Тюменского района. С этой целью брали темные, запечатанные куколки, которых инкубировали в термостате при температуре 38 °С и 70 % относительной влажности. Через 4 дня вылупились имаго пчел. Морфологические исследования проводили под микроскопами МБС-10. Перед осмотром пчел усыпили с помощью хлороформа, затем их положили и зафиксировали крылья на предметном стекле, закрывая покровным стеклом. Рассматривали под микроскопом сначала малым увеличением, затем большим. Полученные препараты фотографировали с помощью цифровой видеокамеры.

Исследования по определению уровня меди в отдельных фрагментах тела пчел и в организме клещей варроа проводились на пасеках юга Тюменской области и в лаборатории Новосибирского института почвоведения и агрохимии СО РАН. Из семей-аналогов отбирали по 200-300 г проб подмора пчел и 10 г клещей варроа. Тела пчел тщательно расчленяли, затем методом спектрального анализа в отдельных фрагментах тела пчел (головках, грудках, брюшках, крыльях, ножках) и организме клещей определяли присутствие микроэлементов, использовали способ сухой минерализации по ГОСТ 26929-86 [2, 15].

Результаты исследования. Живой здоровый организм из атмосферы берет кислород, при участии которого происходят окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие обмен веществ и энергии в организме, и выделяет

в окружающую среду углекислый газ. Это явление осуществляется с помощью дыхательной системы.

В процессе дыхания различают: обмен воздуха между внешней средой и трахеями (внешнее дыхание), перенос газов гемолимфой, потребление кислорода клетками и выделение ими углекислого газа (клеточное дыхание). У большинства насекомых снабжение организма кислородом осуществляется через тончайшие сети ветвей трахеи.

В результате проведенных исследований было выявлено, что у медоносных пчел трахея присутствует только в субкостальной жилке (рис. 1), в остальных жилках ее не обнаружили. В ходе проведённых работ было зафиксировано скручивание трахеи в виде спирали и ее выпрямление. Ранее нами было указано, что трахея своим движением способствует гемолимфообращению не только в субкостальной жилке, где она находится, но и по всем жилкам крыла (рис. 2).

У пчел дыхание трахеальное, газообмен между трахеей и атмосферным воздухом происходит диффузно, чему способствует разность парциального давления. Необходимо добавить, что трахея своим скручиванием и выпрямлением также улучшает этот процесс [11-13].

1

Рис. 1. Субкостальная жилка:

1 - полость субкостальной жилки, 2 - трахея, 3 - гемолимфа

Рис. 2. Субкостальная жилка:

1 - полость субкостальной жилки, 2 - гемолимфа, 3 - трахея

В ходе проведенного исследования гемолимфообращения было выявлено, что в субкостальной жилке гемолимфа циркулирует по двум направлениям: от основания крыла к вершине и наоборот. Гемолимфа входит в субкостальную жилку, проходя по вентральной стороне субкостальной трахеи, при этом осуществляется тесный контакт между ними, что способствует газообмену между гемолимфой и трахеальным воздухом. Газообмен происходит за счет разности парциального давления: кислород из трахеи проникает в гемолимфу, а углекислый газ из нее переходит в трахею. Кислород, поступая в гемолимфу, входит в связь с медью, входящей в состав гемоцианина, в результате образуется окси-гемоцианин [13, 14].

Гемолимфа с обогащенным кислородом - окси-гемоцианин - поступает в ткани, где так же, за счет разности парциального давления, происходит газообмен: связь между кислородом и гемоцианином разрушается, и кислород из гемолимфы переходит в ткани, позднее углекислый газ поступает в гемолимфу, входящую в связь с медью гемоцианина, и образуется карбо-гемоцианин. Гемолимфа, совершая обратный ток по субкостальной жилке, от верхушки крыла к основанию, так же тесно соприкасается с трахеей (рис. 2), это приводит к дополнительному газообмену, разрушается карбо-гемоцианин, в результате чего углекислый газ переходит в трахею, а гемоцианин вновь соединяется с кислородом.

Гемолимфа циркулирует по всему организму пчел, осуществляя особо важные процессы, к которым относится также дыхательная функция, в этом большое значение имеет медь. В результате проведенных работ по определению уровня меди в отдельных фрагментах тела пчелы было установлено, что количество Си в отдельных частях тела пчел находилось в разных пределах (рис. 3). Так, в пробах отдельных фрагментов тела насекомого уровень меди варьировал от 3,23±0,73 до 6,26±1,37 мг/г.

Максимальное значение Си зарегистрировалось в пробах брюшка - 6,26±1,37 мг/г, по всей вероятности, это связано с тем, что в брюшке пчелы находится пяти-камерное сердце, в котором в большей степени накапливается гемолимфа, которая содержит гемоцианин. Минимальное значение - 3,23±0,73 мг/г было обнаружено в пробах головки насекомого, это связано с тем, что в головках пчел присутствует тончайшая артерия. В образцах грудки уровень меди составил 5,18 ± 1,73 мг/г, ножек - 3,55±0,46 мг/г, крыльев - 4,12±1,12.

6,26 "Си

Головки Г рудки Брюшки Ножки Крылья

Рис. 3. Уровень меди в отдельных фрагментах тела пчелы и в организме клещей

Заключение. Таким образом, газообмен в организме пчел происходит в трахеях и осуществляется за счет разности парциального давления: кислород из трахеи проникает в гемолимфу, а углекислый газ из нее переходит в трахею. Кислород поступает в гемолимфу и проникает в гемоцианин, в составе которого есть медь, в результате соединения образуется окси-гемоцианин. Окси-гемоцианин с гемолимфой поступает в ткани, где связь между кислородом и гемоцианином разрушается, и кислород из гемолимфы переходит в ткани крыла, в последующем углекислый газ поступает в гемолимфу с медью гемоцианина, образуется карбо-гемоцианин. Гемолимфа, совершая обратный ток по субкостальной жилке, от верхушки крыла к основанию, так же тесно соприкасается с трахеей, что способствует дополнительному газообмену - из карбо-гемоцианина углекислый газ переходит в трахею.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что уровень биоэлемента меди в отдельных фрагментах организма пчел колеблется в широких пределах. Основное накопление меди у пчел происходило в брюшке. Это связано с тем, что в брюшках пчелы находится жировое тело, которое проявляет кумулятивные свойства. Более высокий уровень меди отмечался и в организме клещей. Причина этого заключается в том, что эти паразиты питаются гемолимфой насекомых, находясь именно на брюшке.

Библиографический список

1. Гемоцианин : Wikipedia. The free Encyclopedia : сайт. - URL: https://en.wikipedia. org/wiki/Hemocyanin (дата обращения: 19.03.2023). - Текст : электронный.

2. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. - Москва : Стандар-тинформ, 2010. - 122 с. - Текст : непосредственный.

3. Пашаян, С. А. Гемолимфообращение в крыльях пчел / С. А. Пашаян, К. А. Сидорова, М. В. Калашникова. - Текст : непосредственный // Пчеловодство.

- 2012. - № 4. - С. 13-14.

4. Пашаян, С. А. Пути решения экологических проблем в пчеловодстве / С. А. Пашаян. - Текст : непосредственный // Экологические чтения - 2019. Х национальная научно-практическая конференция (с международным участием), посвященная 25-летию Омского государственного аграрного университета имени П. А. Столыпина. - 2019. - С. 277-281.

5. Пашаян, С. А. Экологическое обоснование развития пчелиных семей в течение года в условиях Северного Зауралья / С. А. Пашаян. - Текст : непосредственный // Аграрная наука и образование Тюменской области : связь времен. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 140-летию Тюменского реального училища, 60-летию Тюменского государственного сельскохозяйственного института. - 2019. - С. 27-35.

6. Пашаян, С. А. Медоносные пчелы : экологические факторы воздействия : монография / С. А. Пашаян, К. А. Сидорова, М. В. Калашникова. - Тюмень : ГАУ Северного Зауралья, 2013. - 226 с. - Текст : непосредственный.

7. Попов, Д. И. Особенности пчеловодства в Тюменской области / Д. И. Попов, С. А. Пашаян. - Текст : непосредственный // Инновационное развитие агропромышленного комплекса для обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации. Сборник материалов международной научно-практической конференции. - 2020. - С. 400-404.

8. Таранов, Г. Ф. Биология пчелиной семьи / Г. Ф. Таранов. - Москва, 1961.

- 343 с. - Текст : непосредственный.

9. Таранов, Г. Ф. Добавление минеральных солей к зимней подкормке пчел / Г. Ф. Таранов, Л. А. Шагун. - Текст : непосредственный // Вопросы технологии производства меда и воска. - 1983. - С. 121-130.

10. Тыщенко, В. П. Основы физиологии насекомых / В. П. Тыщенко. - Ленинград, 1976. - Часть 1. - 335 с. - Текст : непосредственный.

11. Тыщенко, В. П. Основы физиологии насекомых / В. П. Тыщенко. - Ленинград, 1976. - Часть 2. - 300 с. - Текст : непосредственный.

12. Шарабин, И. Г. Патология обмена веществ и ее профилактика у животных в специализированных хозяйствах / И. Г. Шарабин, В. М. Данилевский, И. М. Беляков, Л. Г. Замарин. - Москва : Колос, 1983. - С. 19-20. - Текст : непосредственный.

13. Шванвич, Б. Н. Курс общей энтомологии / Б. Н. Шванвич. - Москва, 1949. - 845 с. - Текст : непосредственный.

14. Тихомирова, Е. Ю. Морфофункциональные особенности пчел Тюменской области / Е. Ю. Тихомирова, С. А. Пашаян. - Текст : непосредственный // Современные направления развития науки в животноводстве и ветеринарной медицине. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию кафедры «Технологии производства и переработки продуктов животноводства» и 55-летию кафедры иностранных языков. - 2019. - С. 201-203.

14. Шишкина, В. В. Морфофункциональные особенности жилкования крыльев пчел / В. В. Шишкина, С. А. Пашаян. - Текст : непосредственный // Пчеловодство.

- 2016. - № 1. - С. 30-31.

15. Шишкина, В. В. Эколого-биологическое обоснование периода вскармливания пчел на пасеках юга Тюменской области / В. В. Шишкина, С. А. Пашаян.

- Текст : непосредственный // Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах. Материалы II международной школы-семинара для молодых исследователей, посвященной памяти профессора В. Б. Ильина. - 2016. - С. 170-172.

References

1. Gemocianin : Wikipedia. The free Encyclopedia : sajt. - URL: https://en.wikipedia. org/wiki/Hemocyanin (data obrashcheniya: 19.03.2023). - Tekst : elektronnyj.

2. GOST 26929-94. Syr'e i produkty pishchevye. Podgotovka prob. Mineralizaciya dlya opredeleniya soderzhaniya toksichnyh elementov. - Moskva : Standartinform, 2010. - 122 s. - Tekst : neposredstvennyj.

3. Pashayan, S. A. Gemolimfoobrashchenie v kryl'yah pchel / S. A. Pashayan, K. A. Sidorova, M. V. Kalashnikova. - Tekst : neposredstvennyj // Pchelovodstvo. - 2012.

- № 4. - S. 13-14.

4. Pashayan, S. A. Puti resheniya ekologicheskih problem v pchelovodstve / S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Ekologicheskie chteniya - 2019. H nacional'naya nauchno-prakticheskaya konferenciya (s mezhdunarodnym uchastiem), posvyashchennaya 25-letiyu Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta imeni P. A. Stolypina. - 2019. - S. 277-281.

5. Pashayan, S. A. Ekologicheskoe obosnovanie razvitiya pchelinyh semej v techenie goda v usloviyah Severnogo Zaural'ya / S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Agrarnaya nauka i obrazovanie Tyumenskoj oblasti : svyaz' vremen. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchennoj 140-letiyu Tyumenskogo real'nogo uchilishcha, 60-letiyu Tyumenskogo gosudarstvennogo sel'skohozyajstvennogo instituta. - 2019. - S. 27-35.

6. Pashayan, S. A. Medonosnye pchely : ekologicheskie faktory vozdejstviya : monografiya / S. A. Pashayan, K. A. Sidorova, M. V. Kalashnikova. - Tyumen' : GAU Severnogo Zaural'ya, 2013. - 226 s. - Tekst : neposredstvennyj.

7. Popov, D. I. Osobennosti pchelovodstva v Tyumenskoj oblasti / D. I. Popov, S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Innovacionnoe razvitie agropromyshlennogo kompleksa dlya obespecheniya prodovol'stvennoj bezopasnosti Rossijskoj Federacii.

Sbomik materialov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - 2020. - S. 400-404.

8. Taranov, G. F. Biologiya pchelinoj sem'i / G. F. Taranov. - Moskva, 1961. - 343 s. - Tekst : neposredstvennyj.

9. Taranov, G. F. Dobavlenie mineral'nyh solej k zimnej podkormke pchel / G. F. Taranov, L. A. SHagun. - Tekst : neposredstvennyj // Voprosy tekhnologii proizvodstva meda i voska. - 1983. - S. 121-130.

10. Tyshchenko, V. P. Osnovy fiziologii nasekomyh / V. P. Tyshchenko. - Leningrad, 1976. - CHast' 1. - 335 s. - Tekst : neposredstvennyj.

11. Tyshchenko, V. P. Osnovy fiziologii nasekomyh / V. P. Tyshchenko. - Leningrad, 1976. - CHast' 2. - 300 s. - Tekst : neposredstvennyj.

12. SHarabin, I. G. Patologiya obmena veshchestv i ee profilaktika u zhivotnyh v specializirovannyh hozyajstvah / I. G. SHarabin, V. M. Danilevskij, I. M. Belyakov, L. G. Zamarin. - Moskva : Kolos, 1983. - S. 19-20. - Tekst : neposredstvennyj.

13. SHvanvich, B. N. Kurs obshchej entomologii / B. N. SHvanvich. - Moskva, 1949. - 845 s. - Tekst : neposredstvennyj.

14. Tihomirova, E. YU. Morfofunkcional'nye osobennosti pchel Tyumenskoj oblasti / E. YU. Tihomirova, S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Sovremennye napravleniya razvitiya nauki v zhivotnovodstve i veterinarnoj medicine. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchennoj 60-letiyu kafedry «Tekhnologii proizvodstva i pererabotki produktov zhivotnovodstva» i 55-letiyu kafedry inostrannyh yazykov. - 2019. - S. 201-203.

14. SHishkina, V. V. Morfofunkcional'nye osobennosti zhilkovaniya kryl'ev pchel / V. V. SHishkina, S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Pchelovodstvo. - 2016. - № 1. - S. 30-31.

15. SHishkina, V. V. Ekologo-biologicheskoe obosnovanie perioda vskarmlivaniya pchel na pasekah yuga Tyumenskoj oblasti / V. V. SHishkina, S. A. Pashayan. - Tekst : neposredstvennyj // Biogeohimiya himicheskih elementov i soedinenij v prirodnyh sredah. Materialy II mezhdunarodnoj shkoly-seminara dlya molodyh issledovatelej, posvyashchennoj pamyati professora V. B. Il'ina. - 2016. - S. 170-172.

PASHAYAN Susanna Arestovna

Professor of the Department of Anatomy and Physiology Northern Trans-Ural State Agricultural University E-mail: pashayansa@gausz.ru

GIZATULLINA Firdaus Gabdrakhmanovna

Professor of the Department of Infectious Diseases and Veterinary and Sanitary Expertise, FGBOU VO «South Ural State Agrarian University», Troitsk E-mail: gizatullina-f@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.