THE FUNCTIONING FEATURES OF THE VENTRICULAR EPITHELIUM OF WORKER-BEES OF APIS MELLIFERA MELLIFERA L. AND A. M. CARPATICA DURING THE REPRODUCTIVE
DIAPAUSE Lavrskiy A.Y., Lebedinskiy I.A., Petukhov A.V.
During the reproductive diapause, the worker bees are experiencing some changes in the structure of an organs of alimentary canal. This is due to rate of physiological aging, and the seasonal
biorhythms in the life of the bee colony. Changes in the ventricular epithelium in this period are different for studied
races of honeybees. Keywords: the honeybee,reproductive diapause, allmentary canal, ventriculus, secretion, the crypts, epithelial tissue ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВЕНТРИКУЛЯРНОГО ЭПИТЕЛИЯ У РАБОЧИХ ПЧЕЛ СРЕДНЕРУССКОЙ И КАРПАТСКОЙ РАС В ПЕРИОД РЕПРОДУКТИВНОЙ ДИАПАУЗЫ. А.Ю. Лаврский, А.В.Петухов, И.А.Лебединский Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет
В течении репродуктивной диапаузы рабочие пчелы испытывают некоторые
изменения в строении органов пищеварительной системы. Это обусловлено темпами физиологического старения, а также сезонными биоритмами в жизни пчелиной семьи. Изменения вентрикулярного эпителия в этот период протекают по - разному у пчел различных рас.
Ключевые слова: Пчела медоносная, репродуктивная диапауза, средняя кишка, вентрикулярный эпителий, секреция, крипты, безлетный период
Характерной особенностью пчелы медоносной (Apis mellifera L.) является способность круглый год находиться в активном состоянии, не впадая в настоящую диапаузу в течение безлетного периода. В зимний период пчелы находятся в состоянии «зимнего клуба», - тесного скопления особей, обеспечивающего непрерывное поддержание положительной
температуры, за счет потребления кормовых ресурсов, что обеспечивается целым рядом физиологических и биохимических изменений (Еськов, 1992, 2008; Таранов, 1968). Пчелы иллюстрируют весьма специфический приспособительный механизм, направленный на преодоление воздействия низких температур, являющийся следствием их общественной организации. Такая особенность дает этим насекомым ряд преимуществ, например, регулировать численность особей в зависимости от внутренних биоритмов пчелиной семьи, а не от внешних условий среды на данный момент. Так весной пчелиная матка возобновляет кладку яиц внутри клуба, в марте - апреле (в зависимости от расы), что позволяет в итоге значительно увеличивать количество рабочих особей к появлению источников нектара, и эффективнее использовать природные кормовые ресурсы (Еськов, 2008; Фрунзе, 2009). Способность пчелиных семей выживать на территориях с резко континентальным
климатом с минимальными потерями численности характеризует такой комплексный параметр как зимостойкость.
Данная характеристика пчелиной семьи в условиях Пермского края является одной из определяющих, в связи с климатическими особенностями, сочетающими продолжительный безлетный период (до 7-8 месяцев) с длительным воздействием отрицательных температур. Изучение приспособительных механизмов этих общественных насекомых имеет высокое значение, как для биологии вида, так и с экономической точки зрения, для оптимизации отрасли пчеловодства в северных районах.
Цель этой работы - изучение пчел, среднерусской и карпатской рас, имеющих разную зимостойкость, выявление отличий на уровне структурных и физиологических особенностей среднего отдела кишечника.
Средняя кишка (ventriculus), является единственным в пищеварительном канале насекомых отделом энтодермального происхождения, лишенным хитиновой выстилки, который характеризуется высокой скоростью смены клеточных элементов, и интенсивностью обменных процессов (Снодграсс, 1956). Отличительной особенностью покровов средней кишки является столбчатый эпителий сложной структуры с клетками секретирующими по мерокринному и апокринному типам. Вентрикулярный эпителий участвует в выделении пищеварительных ферментов и веществ для синтеза перитрофической
мембраны, и всасывании питательных веществ (Еськов, 1992; Жеребкин, 1965; Снодграсс, 1956; Стекольщиков, 1976) в связи с чем функционирование этого отдела тесно связано с общим уровнем метаболизма насекомого.
Для обработки материала была несколько модифицирована общая методика, и адаптирована для фиксации тканей насекомых. В качестве фиксатора используется жидкость Карнуа, после чего следует обезвоживание в спиртах с возрастающей концентрацией, и обработка ксилолом с последующим заключением в парафин (Буданцев, 2008). Обработка осуществляется гистопроцессором под управлением ПК, и автоматизирована от фиксации до заливки в парафиновый блок. Используемые красители -гематоксилин и эозин, в некоторых случаях использовались качественные реакции Фельгена и Браше (Пирс, 1962).
В течение репродуктивной диапаузы регулярно (12 раза в неделю) отлавливались имаго рабочих особей из коры клуба племенных пчелосемей упомянутых рас на исследовательской пасеке Пермского государственного гуманитарно-педагогического
университета, и пасеки на территории села Бершеть Пермского района. Кишечники извлекались при жизни насекомых и сразу фиксировались.
Вентрикулярный эпителий пчелы имеет кроме железистых клеток чашеобразные вдавливания в базальной мембране, в центре которых располагаются конические образования, содержащие хроматин -
крипты - по мнению многих авторов являющиеся центрами восстановления клеток (Заварзин, 2000; Снодграсс, 1956, Стекольщиков, 1976). По данным Р.Капила клетки эпителия можно разделить на условные возрастные классы, соответствующие их физиологическому состоянию на протяжении секреторного цикла:
1) начальная стадия - клетки нормальной формы, выделяют секрет через оболочку;
2) более активная стадия - клетки наполняются секретом, образуя вакуоли; секрет удаляется из клетки путем прорыва оболочки;
3) третья стадия (апокринной секреции) - от клетки отшнуровываются безъядерные части с секретом в середине (пузырьки);
Клетки, находящиеся на последней стадии секреции и пузырьки с секретом хорошо идентифицируются при выбранном методе фиксации, их количество легко учитывать даже в случае отделения их от эпителия в просвет кишки. Базофильные структуры, наблюдаемые в апикальных частях железистых клеток (апокринные головки)
характеризуют секреторную активность эпителия на данном участке в момент фиксации. Замеры проводились на % части поперечного среза средней кишки, кроме того, на данном участке подсчитывалось количество крипт и диаметр углублений, в которых они располагаются (ячеек). Количество крипт также характеризует регенеративную активность
эпителиальной ткани, так как от него, вероятно, зависит
скорость возобновления железистых клеток
(Снодграсс, 1956). Результаты данных исследований, содержат количественные показатели, соотнесенные с длиной окружности среза кишки, что позволяет характеризовать отличия более наглядно. Описанные параметры учитывались у пчел в период с конца сентября по март, установленные достоверные отличия представлены в таблице 1 (за периоды в которых отличия не выявлены, данные не приводятся).
Таблица 1
Изменения диаметра средней кишки и параметров вентрикулярного эпителия у пчел среднерусской и
карпатской рас в течение репродуктивной диапаузы ^=0,95; п=20)
параметр D-диаметр кишки (мм) h - толщина эпителия (мм) K кол-во апокринных головок (шт)
\ раса месяц \ Среднерусская Карпатская Разность d t Среднерусская Карпатская Разность d t Среднерусская Карпатская Разность d t
X±m X±m X±m X±m X±m X±m
Сентябрь 0,92 ±0,084 1,02 ±0,046 -0,09 (-10,1%) 3,01 - - - - - - - -
Октябрь 1,04 ±0,030 0,96 ±0,031 0,07 (7,1%) 6,23 0,054 ±0,0022 0,044 ±0,0036 0,011 (19,5%) 7,49 44,15 ±0,539 42,74 ±2,565 1,41 (3,2%) 2,47
Январь 1,14 ±0,034 0,95 ±0,090 0,19 (16,9%) 4,52 - - - - 42,42 ±7,946 55,61 ±4,817 -13,20 (-31,1%) 4,29
Февраль 1,08 ±0,060 0,85 ±0,085 0,23 (21,5%) 5,49 - - - - 43,09 ±1,647 47,50 ±5,118 -4,41 (-10,2%) 3,70
Март 1,03 ±0,029 0,75 ±0,031 0,28 (26,9%) 4,47 0,069 ±0,0035 0,054 ±0,0025 0,015 (21,7%) 5,58 42,05 ±2,263 48,07 ±2,493 -6,01 (-14,3%) 4,78
Возрастание секреторной активности эпителия указывает на повышение скорости обменных процессов в организме насекомого, что по всей видимости связано с началом зимовки и затратами энергии на обогрев гнезда, (пчелы осенней генерации забирались в октябре).
Выводы:
1) Наиболее существенные отличия были зафиксированы по количеству апокринных головок, с преобладанием у пчел карпатской расы в период с января по март этот параметр возрастает на величину от 31,1% до 14,3%. Повышенная секреторная активность, вероятно, связана с более интенсивным потреблением кормов и повышенной метаболической активностью у пчел карпатской расы. Это предположение подтверждаются и работами ряда авторов по активности ферментов [9].
2) В основном, на протяжении зимовки средний отдел кишечника у среднерусских пчел имеет больший диаметр, чем у карпатских, что наиболее выражено в марте (26,9%). Тенденция к уменьшению диаметра отдела видна у обеих рас пчел на протяжении большей части периода. С января по март, как видно из таблицы, возрастание различий вызвано в основном уменьшением диаметра средней кишки у карпатских пчел. Это может быть вызвано рядом факторов, в том числе увеличением объема ректума (толстой кишки) заполненной продуктами пищеварения, либо более быстрым износом и дегенерацией среднего отдела
кишечника, что характерно для пчел карпатской расы, и часто наблюдается визуально при извлечении кишечника в конце зимовки.
3) У среднерусских пчел сравнительно слабо уменьшается диаметр среднего отдела за зимний период, вероятно, это вызвано более низкой интенсивностью обменных процессов, что позволяет пчелам медленнее изнашиваться, сохраняя жизнеспособность.
4) Толщина эпителия, несомненно, весьма значимый параметр, так как она определяет вертикальную протяженность клеток столбчатого эпителия, и во многом, эффективную площадь внутренней поверхности средней кишки. В течение зимовки отличия в значении этого параметра имеют точечный характер, и проявляются в октябре и марте, на 19,5% и 21,7% соответственно. Прослежи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.