XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Контролируемое спаривание пчелиных маток породы Бакфаст для выведения пчёл с наилучшими характеристиками
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Пчёлы являются одними из самых древних насекомых на Земле. По научным данным первые пчёлы появились около 120 миллионов лет назад вместе с первыми цветковыми растениями.
Вкус мёда был известен уже первобытному человеку. Однако переход от охоты за мёдом диких пчёл к одомашниванию этих насекомых растянулся на многие тысячелетия.
Благодаря пчёлам, человек получил важнейшие природные лекарства – продукты пчеловодства, которые использовались знахарями много веков назад: мёд, маточное молочко, пчелиная пыльца, перга, прополис, продукты жизнедеятельности личинок восковой моли.
Учёные доказали, что прополис, который собирают пчёлы с почек деревьев, является природным антибиотиком, к которому не могут приспособиться ни одни бактерии и вирусы. В настоящее время имеется ряд научных работ об остановке развития раковых клеток у человека с помощью продуктов пчеловодства. Поэтому пчеловодческий бизнес характеризуется окупаемостью и рентабельностью даже в периоды экономических кризисов. Рентабельность хорошей пасеки составляет 25-30%.
Чтобы увеличить доходность пасеки, надо повысить продуктивность семей, а это достигается не только правильным уходом за пчелиными семьями, но и ведением племенной работы.
Пчеловодам хорошо известно, что при одинаковом уходе одни семьи дают больше мёда и воска, другие – меньше; одни семьи переносят зимовку лучше, т.е. выходят из зимовника с небольшим количеством подмора и мало употребляют в течение зимы мёда, другие же равные по силе, находясь в таких же условиях, потребляют мёда больше и с зимовки выходят с большим количеством подмора, в результате чего медленно развиваются весной. Одни семьи миролюбивы (с ними легко работать) и более стойки против заболеваний, другие более подвержены заболеваниям и злобивостью затрудняют работу и т.д.
Вполне понятно, что на пасеке желательно иметь семьи зимоустойчивые, менее подверженные заболеваниям, более миролюбивые, а главное – наиболее продуктивные. Разница в продуктивности семей бывает иногда очень большая.
Увеличение продуктивности семьи, т.е. качественное улучшение пчёл, или иначе сказать, переделка малопродуктивных пчёл в высокопродуктивных, и составляют основное содержание племенной работы с пчёлами местных пород. Такую работу необходимо вести на каждой пасеке. [1, с. 137]
В данной работе автор выдвинул гипотезу, которая заключается в следующем: благодаря контролируемому спариванию пчёл человек способен управлять их характеристиками.
Для подтверждения гипотезы было проведено аналитическое исследование, которое состояло из трех логических структурных частей: на первом этапе исследования был изучен мировой опыт контролируемого спаривания пчеломаток; второй этап исследования заключался в экспериментальном доказательстве гипотезы; на третьем этапе автором были сделаны выводы по теме.
Объектом исследования стали пчелы, трутни и матки, а предметом исследования является контролируемое спаривание пчёл для получения наилучших характеристик.
Цель исследования заключалась в том, чтобы доказать, что при контролируемом спаривании человек может создавать миролюбивых, мёдопродуктивных, зимостойких, нерасположенных к роению, устойчивых к различным заболеваниям пчёл.
Исходя из цели, решались следующие задачи: изучить и систематизировать опыт современного пчеловодства по данной проблеме; доказать, что инструментальное осеменение пчелиных маток спермой специально подобранных трутней является надёжным способом контроля передачи генетической информации потомству; изучить репродуктивные показатели, хозяйственно полезные признаки пчеломаток после инструментального осеменения; выделить в общем контексте истории пчёл роль отдельной породы, сделать выводы по результатам исследования; разработать рекомендации для более эффективной работы белорусских пчеловодов.
Актуальность темы доказывается, прежде всего, слабой научной изученностью данного вопроса – тема искусственного осеменения маток в специальной литературе для пчеловодов освещается редко, а в отечественной литературе отсутствует, маток отечественного производства, полученных в результате искусственного осеменения практически нет в продаже, нет информации об их положительных качествах. Выше сказанное особенно значимо в отношении породы пчёл Бакфаст. Немецкий пчеловод-селекционер Фридрих Руттнер утверждает, что «на фоне многолетней интенсивной рекламы бакфастовской пчелы просто удивительно, как мало опубликовано результатов испытаний этой пчелы – по сравнению с данными о различных линиях пчел карника». [6, с.115]
Значимость данной работы подтверждает и тот факт, что пчеловодство имеет крепкие связи с другими отраслями сельского хозяйства – животноводством и растениеводством, так как пчелы играют огромную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
Кроме того, в сознании людей сложилось устойчивое мнение о пчёлах, как об очень агрессивных насекомых и возможность получить миролюбивые линии пчёл позволит увеличить ряды пчеловодов.
1 СЕЛЕКЦИЯ МЕДОНОСНЫХ ПЧЁЛ В XX-XXI ВЕКАХ
В настоящее время уровень любителей пчёл перерос в промышленный, благодаря тому, что люди научились выводить пчёл, которые с минимальными затратами приносят максимальный результат. Это пчелы, обладающие хорошими характеристиками, то есть миролюбивые, мёдопродуктивные, трудолюбивые, плодовитые.
Ранее считалось, что с одной пчелосемьи урожай составлял не более 20 кг. за сезон, но благодаря новым технологиям и пчёлам нового поколения урожайность может достигать до 100 кг. с улья за сезон.
Таким образом, новый подход к пчеловодству доказывает, что люди научились получать от пчёл максимальную пользу.
Для любого вида, который использует половое размножение, генетическое разнообразие является значимым фактором общего успеха и здоровья вида. Его недостаток делает популяцию уязвимой для вредителей, болезней и других связанных с ними проблем. Его избыток, напротив, значительно улучшает шансы на приобретение признаков, необходимых для выживания и преодоления ранее упомянутых проблем.
Шансы на это возрастают при применении концепции избирательного выведения пород, и в некоторой степени так и есть.
Селекция пород по сути сводится к избирательности признаков. То есть при выведении породы вы просто исключаете те признаки, которые вам не нравятся. Само собой, это сужает генофонд – хочется верить, что в лучшую сторону, –и таким образом ограничивает генетическое разнообразие, потому что селекция продолжается из всё меньшего и меньшего круга предков. [5, с.82]
Существует огромное количество различных пород пчёл с собственными признаками или характеристиками.
Для Беларуси характерны следующие породы пчёл: Жёлтая кавказская, Среднерусская, Горная серая кавказская пчела, Карпатская, Украинская степная пчела, Итальянская, Карника или краинская пчела, Бакфаст. Каждая порода имеет характерные для неё признаки: плодовитость, трудолюбие, сопротивляемость заболеваниям, нерасположенность к роению, миролюбие и др.
Автор проводил исследование с породой Бакфаст, т.к. эта пчела обладает рядом преимуществ по сравнению с другими популярными породами пчёл.
Таблица 1.1 – Преимущества и недостатки пород Карника (Carnica) и Бакфаст (Buckfast) [3, с. 122]
1.2 ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ПОЛЕЗНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ПЧЕЛЫ БАКФАСТ
Порода Бакфаст, выведена путём скрещивания братом Адамом из аббатства Бакфаст. [5, с.85]Он хотел объединить лучшие свойства разных пород в одно целое и подчеркивал, что только объединение и закрепление лучших результатов стойко передаваемых по наследству имеет значение. Его пчелы настолько ценились, что в 1982г. у него с пасеки были похищены две племенные матки с описанием как темно-коричневые с темно-серыми полосами. На сегодняшний день это пчёлы с одним или несколькими рыжими тергитами (спинными частями сегментарного кольца).
По словам брата Адама, исходным материалом для создания бакфастовской пчелы послужили остатки пчелосемей Бенедиктинского монастыря Сент-Мари в Бакфастлей (Девоншир в Южной Англии), выжившие после опустошительной эпидемии. Пчелы были гибридами между местной британской пчелой и итальянской пчелой. Эти пчелы в течение 30 лет разводились при постоянном селекционном отборе под названием «бакфаст». [6, с.114]
Пчела Бакфаст – пчела с самым мягким характером. И это является результатом скрещивания старых южно-французских и греческих пчёл.
Высокоразвитая нерасположенность к роению – это необходимое предварительное условие для пчеловодства. Ройливость зависит от нескольких факторов. Основным фактором является наследственность. Вторичные факторы – это технология содержания, зависящая от самого пчеловода, например, отсутствие свободного места в гнездовой части улья.
Хорошо развитая способность зимовать означает выжить в длинный зимний период с мизерными запасами, а также реакцию семьи на резкие перепады температур зимой. Любая активность в необычайно сложных погодных условиях приводит к потере энергии у пчел.
Ещё один важный признак пчелы Бакфаст позднее весеннее восстановление. Манера, в которой колонии будут восстанавливаться весной, находятся в определённых пределах, установленных наследственностью. Некоторые расы пчёл, в частности краинская, начинают гнать расплод преждевременно, до того, как погодные условия становятся благоприятными. Колонии, поступающие таким образом, растрачивают свою жизнеспособность в полётах и работах, приносящих мало или вообще не имеющих никакой пользы. [4, с.90]
Семьи с ранним весенним развитием не только впустую растрачивают свою энергию. Хорошо известно, что пчелосемьи с ранним развитием более подвержены болезням (нозематозу), нежели те, которые начинают яйцекладку позже.
Также многолетним трудом селекционеров доведены до максимума другие хозяйственно-полезные признаки: отсутствие восковых перемычек между рамками, инстинкт отыскивания медоносов на больших расстояниях, мёдопродуктивность, отсутствие излишков прополиса на рамках, размещение меда в магазинах и др.
Развитие инфекционных болезней в семье пчел зависит от способности семьи самоочищаться, т.е. наличия и развитости гигиенического поведения в гнезде. VSH-пчелы являются высокогигиеничными пчелами, способными обнаруживать зараженный расплод и распознавать клеща в расплоде и впоследствии его удалять вместе с больной личинкой.
VSH (Varroasensitivehygiene) является, передаваемой по наследству, характеристикой пчелиной семьи при работе которой пчелы обнаруживают и удаляют расплод который оказался заражен паразитическим клещом.
Автор исследования неоднократно проверяя племенной материал на гигиену гнезда, сделал вывод, что пчёлы, которые не борются с плесенью в гнезде, не способны на гигиеническое поведение.
Суть теста на гигиену такова: умерщвляется запечатанный расплод пчелиной семьи, а затем определяется интенсивность очистки пчелами ячеек с умерщвленным расплодом.
На сегодняшний день известно несколько способов оценки гигиенического поведения пчел: метод заморозки жидким азотом, метод нагревания газовой горелкой, метод прокалывания расплода иглой в сроки, когда куколка имеет фиолетовый цвет глаз.
Через 12 часов автор проверял расплодную рамку и делал запись результатов. Наблюдения за удалением пчелой клеща с расплода показывают, что период очистки заканчивается на 17 день со дня яйцекладки.
Фотография 1.1 – Тест на гигиеническое поведение пчёл
2 КОНТРОЛИРУЕМОЕ СПАРИВАНИЕ ПЧЕЛИНЫХ МАТОК
Для того, чтобы собрать наибольшее количество полезных хозяйственных характеристик в пчеломатке, используют контролируемое спаривание.
На сегодняшний день существует два способа со 100%-ной гарантией контролируемого спаривания: острова с изоляцией по периметру водной глади не менее 20 км. и ИО (инструментальное осеменение).
В первом случае на островах-облётниках ежегодно готовятся отцовские семьи, которые прошли предварительный отбор в течение предыдущих лет на полезные хозяйственные характеристики. Все желающие пчеловоды и матководы, которые хотят получить племенных маток предварительно записываются и в летний период привозят своих неплодных маток в маленьких домиках (нуклеусах) на остров для облёта.
Все матки точно также, как и отцовские семьи имеют историческое происхождение и родословное дерево, которое можно посмотреть в европейской системе Pedegre.
Рисунок 2.1 Родословная пчёл Бакфаст заводчика М. Никитенко
Во многих странах, не имеющих островов селекционеры научились искусственно оплодотворять маток. Необходимо отметить, что применение инструментального осеменения – один из критериев отнесения хозяйства (пасеки) к статусу племенного. [2, с.136]
Это очень сложный процесс, который требует не только определенных знаний, но и практики, а также дорогостоящего оборудования (микроскоп, станок для осеменения маток, рабочий стол) и полной стерилизации.
Для оплодотворения маток подойдёт любой угол комнаты, только не напротив окна, трутни, пчёлы и матка будут лететь на свет и испражняться (на рабочий стол, на стерильные инструменты, станок). Рабочая площадь в данном случае совпадает с площадью рабочего стола, который должен быть сделан из твердого пластика или стекла, т.к. данные материалы имеют гладкую, легко очищаемую поверхность, устойчивую к химической обработке, т.к. главный враг инструментального осеменения –микробы, вирусы, грибки, грязь.
Фотография 2.1 Лаборатория для инструментального осеменения
Помимо общей рабочей поверхности стола нужно выделить зону особой стерильности. Это именно то место, где лежат основные и запасные стерильные инструменты, а также расходный материал – растворы, кисточки, ватные палочки.
Таким образом, мы делим рабочее пространство на две больших зоны: слева и справа от микроскопа. Слева всё, что может быть загрязнено и инфицировано (садок с трутнями, полотенце для рук), справа – стерильная зона.
Организация рабочего стола в виде отдельных зон, в соответствии с правилами асептики и антисептики – необходимая составляющая успеха. И обязательно любой этап работы должен начинаться с уборки и обработки антисептиками рабочего места и заканчиваться тем же.
Настоящая лаборатория для инструментального осеменения создаётся и оборудуется годами. Как и профессиональная пасека начинается с одного улья, так и лаборатория начинается с одного стола. Главное, понимать, что это «лаборатория», своего рода мини-операционная для манипуляции с матками. Поэтому необходимо обеспечить условия максимальной чистоты и организованности как в комнате, так и на столе.
Для процедуры инструментального осеменения использовалось следующее оборудование: станок, микроскоп стереоскопический бинокулярный, баллон высокого давления с газом СО², снабженный редуктором, садок для хранения трутней.
До осеменения матки находятся в мини-ульях (нуклеусах) с разделительной решеткой, которая не допускает вылет маток для свободного спаривания.
Сначала проводится полная стерилизация места работы и инструментов. Затем набор спермы трутней. Для этого необходим мини-станок («нога») и стерилизованный шприц с капилляром.
Фотография 2.2 Набор спермы трутня
При наборе спермы необходимо категорически выбраковывать трутней, сперма которых при инверсии соприкоснулась с руками или хитиновым покровом. Использование трутней старше 4 недель недопустимо, так как очищение семяпроводящих путей у маток затрудняется, что позже приводит к их смерти.
Весь процесс инсеминации состоит из 3-х больших этапов.
Первый этап – фиксация матки в нужном направлении с помощью прозрачной канюли (маткодержателя в виде сужающегося цилиндра, одетого на трубку) в которую подается углекислый газ для наркоза.
Второй этап – раскрытие камеры жала матки. Для этой цели служит блок левого крючка и блок правого крючка.
Третий этап – введение капилляра со спермой в матку до непарного яйцевода и впрыск спермы.
После осеменения матку необходимо вернуть в свой нуклеус. Учитывая, что наибольшее количество сперматозоидов матка усваивает в первые часы после осеменения, осеменатор должен принять все меры к тому, чтобы как можно скорее вернуть матку к пчёлам. В любом случае этот период не должен превышать 15 минут. [7, с.142]
В первые 2 часа происходит миграция сперматозоидов в сперматеку. Для этого необходим оптимальный температурный режим в зоне её нахождения, который поддерживают пчёлы.
Чтобы не перепутать маток и нуклеусы, ведется сквозная нумерация и запись в журнале, в котором отображаются все нюансы (номера линий, количество вводимой спермы, как прошла операция и др.). Каждая матка имеет свой цветовой номер, который приклеивается на грудку сразу после инструментального осеменения, когда матка находится еще под наркозом в неподвижном состоянии. Также будущей королеве обрезается одно крыло, чтобы она не могла вылететь на дооблет в случае плохого осеменения.
Если операция выполнена успешно, то будущая королева начинает класть яйца на 8-ой день.
В результате исследования было получено потомство с ярко выраженными признаками. Семьи мощные и сильные. Пчёлы довольно спокойные. Практически не роятся. У полученных пчёл хорошее весеннее развитие. Весной быстро наращивают численность, приносят большой урожай. Очень жизнеспособны, дают много расплода и выносливы. Они устойчивы к заболеваниям, экономные. Медопродуктивность высокая.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе исследования автором подтверждена гипотеза о том, что при помощи контролируемого спаривания пчёл Бакфаст при помощи инструментального осеменения можно получить потомство с желательными признаками. При этом исследования показали, что осеменённые матки практически не отличаются по продолжительности жизни и яйценоскости от естественно спарившихся.
Полученные результаты исследований позволяют утверждать, что в конкретных специфических условиях Республики Беларусь полный контроль за спариванием маток и трутней возможен лишь при инструментальном осеменении. Это позволяет значительно повысить эффективность селекционно-племенной работы за счёт получения племенного материала с заданными свойствами. Используя инструментальное осеменение, возможно, получать сверх ранних плодных маток, к началу формирования весенних отводков, независимо от погодных условий. Используя инструментальное осеменение можно значительно сократить нуклеусный парк, тем самым уменьшив затраты времени и расходы на его содержание.
Полученные пчёлы отличаются миролюбием. Характер пчел может зависеть от времени года и погоды. За миролюбие отвечает ген, передающийся по отцовской линии, т.е. от трутня с которым спаривалась матка. Поэтому при свободном спаривании с местными трутнями в первом поколении F1 проявляется небольшая злобливость. Однако следует заметить, что если все пчеловоды будут стремиться к максимальному отбору по миролюбию (содержать на пасеках пчел первого поколения F1), то можно достигнуть того идеала, который существует в настоящее время у пчеловодов Люксембурга, что является эталоном миролюбия.
При контролируемом спаривании роение вовсе отсутствует, но в первом поколении (F1) может проявиться. При попытке роения в случае с бакфастом справиться проще всего.
С применением сетчатых доньев появилась возможность регулировать весеннее развитие и управлять осенней яйцекладкой маток.
Пчела Бакфаст является результатом долгих трудов селекционеров, которые ставили перед собой одну и ту же цель – получение максимальной выгоды при минимальных затратах труда. Уже сегодня существует масса линий Бакфаста по всему миру, которые могут подойти как для любителя, так и для промышленного пчеловода.
Собранный материал представляет интерес не только с научной точки зрения, но может использоваться пчеловодами на практике. Результаты исследования носят прикладной характер и могут использоваться при изучении школьного курса биологии, подготовке внешкольных занятий.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бондарева О.Б. Настольная книга пчеловода / О.Б. Бондарева. — М.: АСТ; Донецк: Сталкер, 2007. — 314 с.
2. Богомолов К. Инструментальное осеменение пчелиных маток с использованием современных технических средств /К. Богомолов, А. Бородачев, Е. Грабски. — Рязань: Изд–во Ряз. Обл. тип., 2013. — 144 с.
3. Брат Адам (Карл Кехрле). Бакфаст селекция и генетика. Пер. изд.: BrotherAdam, BreedingtheBee, PeacockPress, 1987.
4. Брат Адам (Карл Кехрле). Пчеловодство в аббатстве Бакфаст. Пер. изд.: Brother Adam, Beekeeping at Buckfast Abbey, Northern Bee Books, 1987.
5. Буш М. Практика естественного пчеловодства / М. Буш. — М.: АСТ, 2017. — 85 с.
6. Руттнер Фридрих. Техника разведения и селекционный отбор пчел: практ. рук. по выводу пчеломаток и организации отбора и подбора на случных пунктах / Фридрих Руттнер. М.: ACT-Астрель, 2006. — 166 с.
7. Селекция пчел и вывод ранних маток с использованием инструментального осеменения / А.В. Бородачев [и др]. — Рязань: Изд–во Ряз. Обл. тип., 2012. — 160 с.