Проблемы интродукции и внутривидовой гибридизации Apis mellifera

Ареал башкирской популяции среднерусской расы медоносной пчелы Apis mellifera mellifera сокращается, и основную часть ареала вида в республике составляет расширяющаяся гибридная зона [3]. Этим процессам активно способствуют изменения экологических условий, связанные с антропогенными воздействиями, а также бесконтрольный завоз на пасеки Республики семей, принадлежащих к южным расам ( A.m. caucasica, A.m. carpatica и другим), отличающимся большей продуктивностью и длительным периодом сбора нектара и пыльцы. Гибридные особи и семьи в большинстве своем хуже переносят длительную зимовку, подвержены заболеваниям. В республике резко снижается продуктивность семей и отмечается большая гибель, как следствие сплошной гибридизации [4].

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов изучался и для ядерной [6], и для митохондриальной ДНК (мтДНК) пчелы [7]. Затем использование метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) позволило выявить различия в структуре межгенного участка мтДНК COI-COII медоносной пчелы, что было использовано нами для оценки генетического полиморфизма в семьях Apis mellifera на территории Башкортостана [2]. Локус COI-COII у расы A.m. mellifera с частотой встречаемости более 0,99 представлен аллелем PQQ. У южных рас A.m. caucasica, A.m. carpatica и др. (основной источник генетического загрязнения башкирской популяции A.m. mellifera ) аллель Q, возможно, фиксирован. Ожидаемый размер ам-плифицируемых с использованием специфических праймеров фрагментов мтДНК составлял 350 пн в случае комбинации Q и 600 пн при комбинации PQQ [2]. Как и ожидалось, нами были выявлены различия в размерах амплифицированных

фрагментов мтДНК у A.m. mellifera и A.m. caucasica . Они составили 600 и 350 пн, соответственно (рис. 1).

Использование метода ПЦР дало возможность более детально исследовать вариабельный участок мтДНК пчелы [5]. Даже при сравнительно небольшой выборке, описанный выше метод позволяет охарактеризовать каждую семью по вариабельности локуса COI-COII и может быть предложен для анализа расового происхождения по материнской линии A. mellifera . В Иглинском районе на племенных пасеках были выявлены семьи, заявленные как чистопородные с принадлежностью к A.m. mellifera , и, тем не менее, содержащие мтДНК A.m. caucasica . В дальнейшем проверка расовой принадлежности семей медоносной пчелы по мтДНК использовалась как обязательный компонент во всех экспериментах.

Рис. 1. Результаты электрофоретического разделения продуктов, полученных при амплификации локуса COI- COII мтДНК Apis mellifera L.: Образцы 1-7 – A.m. mellifera (600 п.н.), образцы 8-10 – A.m. caucasica (350 п.н.), образцы 1-5 получены из семей в заповеднике Шульган-Таш (среднерусская раса); 6-8 – с пасек в Иглинском районе; 9 и 10 – с пасеки учхоза БГАУ (кавказская раса)

Интродукция видов и подвидовых группировок насекомых в новых регионах влечет за собой первоначальный период адаптации к условиям соответствующих эколого-географических зон. Семьи пчел A.m. caucasica, интродуцируемые на территории Башкортостана в течение относительно короткого периода, менее адаптированы к условиям Южного Урала, чем аборигенные семьи A.m. mellifera, что показали результаты наших экспериментов.

Нами были исследованы тирозиназная и ДОФА-оксидазная активности у пчел среднерусской ( A. m. mellifera L.) и кавказской ( A. m. caucasica Gorb.) рас в норме и их распределение в организме имаго рабочих особей. Гибридизация в тех случаях, когда биоценотические условия остаются стабильными, может проявиться и в положительных эффектах (гетерозис), но нельзя забывать о том, что при этом высока вероятность разрушения сложившихся комбинаций и, соответственно, снижения адаптивного потенциала, по крайней мере, на начальном этапе процесса гибридизации.

Для сравнения состояния рабочих особей в чистопородных и метизированных семьях по каждому из биохимических показателей (ферменты фенолоксидазной и гидролазной систем) были проведены измерения в выборках семей средне- русской, кавказской (по 50 семей) и карпатской (10 семей) рас, а также в выборке из 50 семей гибридизированных (в ходе пасечного содержания) пчел. Измерения проводились в одних и тех же семьях весной и осенью 2001 и 2002 гг. (табл. 1). В таблице приведены не средние для группы, а максимальные значения параметров, поскольку именно с их помощью удалось выявить существенные различия между группами семей. В зависимости от года и сезона разброс показателей оказался довольно значительным, однако удалось установить существование различий между особями из чистых и гибридных семей практически по всем показателям Таким образом, эти величины могут служить для предварительной оценки чистопородно-сти семей. Установлено воспроизводимое расхождение в значениях по основным группам ферментов, признанных интегральными показателями состояния у насекомых (лизосомальные гидролазы), либо выполняющих конкретные защитные функции (фенолоксидазный комплекс) в семьях пчел среднерусской расы, аборигенных на территории Башкирии и Южного Урала в целом, и в семьях пчел интродуцируемых южных рас (кавказской и карпатской).

Таблица 1. Максимальные значения биохимических параметров (удельная активность в нативных условиях) в семьях пчел из различных групп

Примечание : * – достоверное (Р≥0.95) отличие от особей среднерусской расы

Существенное отличие, позволяющее дифференцировать семьи кавказской и карпатской рас, отмечено для уровней активности кислой фосфатазы и неспецифических эстераз. У особей карпатской расы эти показатели выше, чем у пчел среднерусской расы почти в 3 раза, тогда как у особей кавказской расы они выше всего в 1,5 раза. Гибридные семьи отличаются от чистопородных по уровню активности щелочной фосфатазы (значения уровня активности выше, чем у пчел среднерусской расы, в 1,7 раз). Следует отметить несовпадение изменений по сравнению с чистопородными семьями. Так, у гибридных особей по сравнению с особями из семей среднерусской расы снижена активность кислой фосфатазы и неспецифических эстераз и повышена активность ДОФА-оксидазы, однако эти отличия статистически мало достоверны. Данный набор биохимических маркеров позволяет дифференцировать не только семьи аборигенной среднерусской расы и южных рас, но и интродуцируемые расы между собой. Возможно также выделение гибридных семей.

О перспективности селекции гибридных семей и семей интродуцентов свидетельствуют достаточно редкие, но наблюдающиеся проявления гетерозиса, что можно продемонстрировать на примере одного из наших экспериментов с бактериальным препаратом (БТБ). Чаще в аналогичных экспериментах наблюдается отрицательное влияние гибридизации, выражающееся в снижении жизнеспособности взрослых особей в гибридных семьях (табл. 2). Реакция на токсикант (БТБ, 0,5%) у пчел разных рас сопровождается значительно различающимися изменениями активности тирозиназы. Максимальные значения для каждой временной точки стресс-реакции отмечены для среднерусских пчел, при этом профиль динамики активности характерен именно для стрессовой реакции. Изменения активности тирозиназы у пчел кавказской и карпатской рас имеют противоположную направленность и приводят к 3х-кратному снижению ее в конечной точке регистрации. Примечательно, что динамика активности тирозиназы у гибридных особей абсолютно несходна ни с одним из описанных паттернов. Судя по всему это также является следствием дисбаланса генетических комплексов у гибридных особей пчел.

Модель стресс-реакции может служить основой для оценки уровня адаптированности к региональным условиям у аборигенных и интродуцируемых семей разных рас. У особей интродуцируемой расы A.m. caucasica изменения локомоторной активности, динамика активности ферментов фенолоксидазного и гидролазного комплексов достоверно отличаются от таковых для особей аборигенных семей A.m. mellifera. Выявленные особенности стресс- реакции свидетельствуют о том, что семьи интродуцируемых южных рас медоносной пчелы переносят стресс, связанный с акклиматизацией в новых эколого-климатических условиях.

Таблица 2. Отрицательные эффекты гибридизации в семьях Apis mellifera (2004 г.).

Примечание: * – достоверное (Р≥0,.95) отличие от контрольных вариантов. Приведены средние значения с ошибкой

Классический путь развития защитной реакции у насекомых на воздействие неблагоприятных факторов, к которым относятся и резкие изменения температуры, в гипотетической форме был описан достаточно давно [1], однако с проблемами адаптированности насекомых это не связывалось. Нами было высказано предположение о существовании различий на подвидовом уровне в механизмах реализации защитных реакций у вида Apis mellifera L. Различия между расами медоносной пчелы в контролируемых условиях не слишком велики; но модель стресса, вызванного каким-либо фактором, позволяет сделать эти различия значимыми. Адаптированность пчел башкирской популяции среднерусской расы к региональным условиям и отсутствие такой адаптированности у пчел кавказской расы, относительно недавно интродуцируемой на территории Башкортостана, нашли отражение в последовательности и интенсивности активации компонентов фенолоксидазной ферментной системы в условиях теплового стресса, что особенно наглядно удалось продемонстрировать на фоне влияния аскорбиновой кислоты. Как установлено, рабочие взрослые особи из метизи-рованных семей отличаются в большинстве случаев более низкой устойчивостью к неблагоприятным воздействиям, и в результате – пониженной жизнеспособностью. Параметры стресс-реакции при экспериментальных температурных и токсических стрессах свидетельствуют о снижении согласованности компонентов защитной неспецифической реакции у метизированных особей по сравнению с особями из родительских семей, относящихся к различным расам. Особенности стресс- реакции в гибридных семьях свидетельствуют о вероятном разрушении коадаптированных генетических комплексов родительских рас. Обнаруженные особенности параметров стресс-реакции могут быть использованы в тестах для оценки состояния и породной принадлежности семей медоносной пчелы на пасеках.