Уже в начале прошлого века доказана связь между пчелами и содержанием металлов в окружающей среде [4]. Большая часть химических элементов в определенных концентрациях необходима для жизнедеятельности живых организмов, при содержании же их в почве в избыточном количестве микроэлементы накапливаются в растениях, от которых по трофической цепи передаются пчелам и далее, через продукты пчеловодства, человеку [5, 3, 7].
Наши исследования проводились на пчелиных семьях пасек, расположенных в п. Боровое Тюменского района и в г. Тюмени. Из 20 семей пар-аналогов отбирали пробы подмора пчел по 300 г. Тела пчел тщательно расчленяли, затем методом спектрального анализа определяли уровень макро- и микроэлементов в отдельных фрагментах тела пчел (головках, грудках, брюшках, крылышках, ножках). Биохимические показатели гемолимфы пчел определяли на полуавтоматическом анализаторе «Clima MC-15» по общепринятым методикам.
В результате проведенных исследований установлены определенные колебания количества тяжелых металлов в тканях пчел изучаемых территорий, более интенсивное накопление поллютантов выявлено в брюшках пчел.
Общеизвестно, что свинец содержится в выбросах предприятий металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта. По результатам наших исследований степень накопления свинца более выражена у пчел городской территории, причем интенсивнее этот процесс выявлен в ножках (до 0,175 ± 0,002 мг/кг) и в брюшках (до 0,947 ± 0,001 мг/кг) пчел.
Наличие в большом количестве данного металла в организме пчел связано с их образом жизни и питания. Установлены отличия по содержанию свинца в исследуемых группах: если в брюшках разница составляет 10,21 %, то в ножках достигает 74,31 %, в крыльях 70,25 %.
Что касается никеля, то он также проявляет разные концентрирующие свойства. Значительное накопление никеля происходит в крыльях пчел (до 0,326 ± 0,001 мг/кг – п. Боровое; 0,188 ± 0,001 мг/кг – в г. Тюмени). Так, у пчел с пасеки в п. Боровое содержание никеля в головах, ногах и крыльях превышает аналогичные показатели пчел г. Тюмени на 68,63; 75,69 и 42,25 % соответственно. Тогда как в брюшках и грудках пчел г. Тюмени содержание никеля оказалось выше аналогичных показателей пчел п. Боровое на 54,34 и 57,79 % соответственно.
Никель является опасным поллютантом, поступающим в окружающую среду с выбросами металлообрабатывающих предприятий, а также в связи с растущими темпами сжигания угля и нефти [8]. Осадки сточных вод и некоторые фосфатные удобрения – один из источников поступления никеля в почвы. Техногенное загрязнение значительно сказывается на концентрации никеля в растениях: надземные части растений накапливают большие количества никеля, поступающего из атмосферы, повышенные его концентрации были зарегистрированы в ягодах и семенах [2].
В основе магниторецепции пчел лежит взаимодействие внешнего магнитного поля с кристаллами магнетита – биогенного железосодержащего соединения, обладающего свойствами феррита [10]. По мнению Ломаева Г.В. (2004), накопление железа в онтогенезе пчел носит неравномерный характер, и под воздействием внешних факторов обмен и минерализация железа изменяются, сдвигается начало минерализации. Избыточное поступления железа приводит к повышению его концентрации в тканях независимо от стадии развития пчелы, что влечет изменение его распределения в организме [6]. Нами установлено повышенное содержание железа в брюшках пчел (г. Тюмени – 0,143 ± 0,0001 г/кг в п. Боровое – 0,092 ± 0,0001 г/кг), далее крылья (г. Тюмень – 0,022 ± 0,0001 г/кг, п. Боровое – 0,022 ± 0,0001 г/кг), в остальных фрагментах тела наблюдалось более равномерное распределение этого элемента.
В организме важнейшие биохимические функции выполняет цинк. Благодаря этому элементу происходят десятки ферментативных реакций, процессы деления и созревания клеток, он способствует синтезу белков и обеспечивает метаболизм нуклеиновых кислот. Тем не менее избыток цинка препятствует усвоению других минералов, особенно марганца, меди, железа и селена. При определении цинка его накопление наблюдалось в ногах и брюшках пчел до 84,375 ± 0,004 и 13,181 ± 0,003 мг/кг – в г. Тюмени, до 76,747 ± 0,009 и 14,551 ± 0,002 мг/кг в п. Боровое. Во всех фрагментах пчел г. Тюмени наблюдались высокие показатели по цинку в сравнении с пчелами п. Боровое, превышение составило: голова – 48,64 %, грудь – 37,62 %, брюшко – 5,06 %, ноги – 9,04 %, крылья – 23,81 %.
Важное значение для жизнедеятельности организма пчел имеет марганец. Он активизирует окислительно-восстановительные процессы, участвует в белковом, жировом и минеральном обменах. Для марганца характерно проявление накопительных свойств в крыльях (до 3,213 ± 0,001 мг/кг – в г. Тюмени, 3,174 ± 0,002 мг/кг – в п. Боровое), в брюшках (до 2,273 ± 0,002 мг/кг – в г. Тюмени, до 2,214 ± 0,003 мг/кг – в п. Боровое) и ногах (до 1,793 ± 0,004 мг/кг – г. Тюмень, до 1,744 ± 0,002 мг/кг – п. Боровое). Разница между районами не достоверна. Менее выражено накопление марганца в головах (г. Тюмени–0,332 ± 0,001 мг/кг, п. Боровое – 0,315 ± 0,003 мг/кг), груди (г. Тюмени – 0,273 ± 0,001 мг/кг, п. Боровое – 0,268 ± 0,002 мг/кг) пчел. Разница между исследованными группами составила от 0,99–4,70 %.
Физиологическая активность меди в живых организмах связана с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Однако избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы. Более 90 % всех антропогенных выбросов этого металла приходится на долю предприятий цветной металлургии, примерно 25 % выбросов меди осуществляются в Ревде, Красноуральске, Кольчугино Свердловской области [1], которая соседствует с Тюменской.
В результате исследований установлено, что медь равномерно распределяется во фрагментах тела пчел, с преимущественным содержанием в брюшках (п. Боровое – 6,212 ± 0,002 мг/кг и г. Тюмень – 6,264 ± 0,004 мг/кг). Далее следуют показатели грудь (п. Боровое – 5,124 ± 0,002 мг/кг, г. Тюмень – 5,182 ± 0,002 мг/кг), крылья (п. Боровое – 4,103 ± 0,001 мг/кг, г. Тюмень – 4,123 ± 0,003 мг/кг), ноги (п. Боровое – 3,341 ± 0,002 мг/кг, г. Тюмень – 3,355 ± 0,004 мг/кг), голова (п. Боровое – 3,133 ± 0,002 мг/кг, г. Тюмень – 3,232 ± 0,002 мг/кг). Разница в содержании изучаемых территорий не достоверна.
Таким образом, на основании полученных нами данных можно заключить, что в брюшках пчел зарегистрировано более интенсивное накопление железа, свинца и меди (рисунок).
Содержание в брюшках
Тропность железа, свинца и меди характеризует концентрирующие свойства жирового тела. Это подтверждается наличием сильной положительной корреляционной связи между количеством триглицеридов в гемолимфе и содержанием свинца и меди в теле пчел. Положительная корреляционная связь средней интенсивности наблюдается между количеством меди в гемолимфе и марганцем (r = 0,56–0,82) в теле пчел, количеством меди в гемолимфе и никелем (r = 0,52–0,61) в теле пчел. Никель и марганец сосредоточены в крыльях пчел. Цинк концентрируется в ногах. Выявлена средняя положительная связь между количеством цинка в теле пчел и концентрацией магния в гемолимфе. Отмечено, чем выше уровень цинка в теле пчел, тем ниже показатели по общему белку (r = –0,75; –0,89), что отражается и на количестве альбумина (r = –0,14; –0,57). Высокое поступление свинца, железа, меди в организм пчел снижает количественные показатели калия (r = –0,44; –0,82) и магния (r = –0,63; –0,72), ионов, которые являются преобладающими катионами в гемолимфе. В ответ на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами отмечается активация биохимических реакций организмов, способствующая их адаптации к загрязнению.
Лебедев В.И. (2003) полагает, что основное количество тяжелых металлов накапливается в теле пчел за счет интенсивного потребления ими в течение двух недель пыльцы и перги, загрязненность которых в сотни раз выше, чем нектара и меда, а также во время переработки нектара в мед при отцеживании пыльцы и поступлении ее в среднюю кишку [2]. В результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека наблюдается концентрация химических элементов и их поступление в объекты окружающей среды. Дальнейшее распределение химических элементов осуществляется природными факторами миграции, образующими антропогенные ореолы и потоки рассеяния [9].
Анализ полученных нами результатов исследований свидетельствует, что химический состав отдельных фрагментов организма пчел, обитающих в разных экологических условиях, колеблется. Установлено, что интенсивное накопление железа (до 0,143 ± 0,001 г/кг – г. Тюмень), свинца (до 0,948 ± 0,001 мг/кг – г. Тюмень) и меди (до 6,264 ± 0,004 мг/кг – г. Тюмень) происходит в брюшках пчел, никеля (до 0,326 ± 0,001 мг/кг – п. Боровое), марганца (до 3,213 ± 0,001 мг/кг – г. Тюмень) – в крыльях, цинка (до 84,375 ± 0,004 мг/кг – г. Тюмень) – в ногах.
В результате исследования выявлена территориальная и тканевая специфичность в накоплении тяжелых металлов медоносными пчелами. Причем, пчелы г. Тюмени в большей степени содержат такие вещества, как железо (до 0,143 ± 0,001 г/кг), свинец (0,949 ± 0,001 мг/кг), что связанно с высоким содержанием этих веществ в окружающей среде данной территории. Выявленное наличие тяжелых металлов в тканях пчел изучаемых территорий указывает на аккумуляцию и включение этих элементов в процессы метаболизма данных насекомых, которые, образуя высокотоксичные канцерогенные соединения, загрязняют продукты пчеловодства.
Рецензенты:Драгич О.А., д.б.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень;
Домацкий В.Н., д.б.н., зам. директора по научной работе, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной энтомологии и арахнологии», г. Тюмень.
Работа поступила в редакцию 17.10.2013.