Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.02) на тему:Исследование экстерьерных признаков и популяционно-генетической структуры медоносной пчелы (Apis mellifera L.) на Южном Урале

На правах рукописи

ГАЙНУТДИНОВА ЛЕЙЛА МАРСЕЛЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТЕРЬЕРНЫХ ПРИЗНАКОВ И ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МЕДОНОСНОЙ ПЧЕЛЫ (APIS MELLIFERA L.) НА ЮЖНОМ УРАЛЕ

16.00.02 - патология, онкология и морфология животных

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Уфа-2004

На правах рукописи

ГАЙНУТДИНОВА ЛЕЙЛА МАРСЕЛЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТЕРЬЕРНЫХ ПРИЗНАКОВ И ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МЕДОНОСНОЙ ПЧЕЛЫ (APIS MELLIFERA L.) НА ЮЖНОМ УРАЛЕ

16.00.02 - патология, онкология и морфология животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в Институте биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской Академии Наук

Научный руководитель: доктор биологических наук

Николенко Алексей Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Шакирова Галия Рафгатовна

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Кугейко Владимир Осипович

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет»

Защита диссертации состоится 21 декабря 2004 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.003.02 при ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, корпус 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан 20 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доцент

Каримов Ф.А.

гас илииоилдыМ* МММОТМА Л

СМнИЬгйЭХ

ШШШТШШг __

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема сохранения генофонда темной лесной европейской пчелы Apis mellifera mellifera является актуальной в РБ (Ман-напов А.Г., 1999). В результате бессистемной межрасовой гибридизации происходит накопление гибридов на всей территории РБ, за исключением географически изолированного Бурзянского района, что в свою очередь является одной из причин снижения эффективности пчеловодства в РБ и потери генофонда среднерусской расы медоносной пчелы.

Для сохранения самовозобновляемой системы популяций медоносной пчелы на Южном Урале необходимо исследовать потенциал медоносной пчелы на многих уровнях, в частности, на популяционном уровне.

В диссертационной работе проводился поиск методов мониторинга популяций медоносной пчелы, которые подвергаются бессистемной гибридизации, что является необходимым для сохранения и эффективного воспроизводства данных популяций. Воссоздание структуры популяции медоносной пчелы, приближенной к адаптивной структуре, требует разработки новых подходов к решению данной проблемы. Один из них - попу-ляционно-генетический подход. Сохранение нативных популяций животных, в частности популяций медоносной пчелы, является актуальной задачей современной науки. Разработка новых подходов оценки состояния популяций медоносной пчелы важна не только для пчеловодства, но и для изучения биологии пчелы и селекции. Данная работа важна для исследования путей сохранения популяций и для создания высокопродуктивных линий медоносной пчелы.

Цель и задачи исследования Целью работы является изучение популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

Для достижения поставленной цели реализовывались следующие задачи:

1. Оценить экстерьерные признаки медоносной пчелы в локальных популяциях медоносной пчелы Южного Урала.

2.Оптимизировать КЛРБ-РСЯ для исследования полиморфизма медоносной пчелы.

3. Оценить уровень разнообразия КЛРБ-фрагментов в исследуемых популяциях: определить уровень разнообразия медоносной пчелы в районах РБ, в которых сохранилась аборигенная пчела и районах обитания гибридной пчелы.

4. Изучить популяционно-генетическую структуру медоносной пчелы в зоне интенсивной гибридизации.

5. Определить соотношение полиморфизма межлокусного участка ци-тохромоксидазы I и цитохромоксидазы II и &ЛРБ — полиморфизм южноуральской популяции медоносной пчелы.

6. Исследовать биохимические показатели пчёл гибридной популяции.

Научная новизна и практическая значимость.

Впервые в исследованиях южноуральской популяции медоносной пчелы показана изменчивость генома медоносной пчелы методом КЛРБ-РСЯ.

Впервые изучена популяционная структура медоносной пчелы Южного Урала методом КЛРБ.

Проведён анализ уровня разнообразия КЛРБ-фрагментов с применением параметра Шеннона. Показано, что повышение пуклеотидного разнообразия является критерием гибридизованности популяций медоносной пчелы. Показано, что метод КЛРБ и метод, основанный на полиморфизме межлокусного участка С01-С011 митохондриальной ДНК, дополняемы в исследованиях гибридных популяций медоносной пчелы.

Теоретическая и практическая значимость

Показана применимость метода КЛРБ для изучения полиморфизма популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

Предложена методика оценки степени гибридизации популяции медоносной пчелы, необходимая для перехода на чистопородное разведение специализированных пчелоразведенческих хозяйств в природно - климатических условиях республики Башкортостан.

Предложен способ выделения линий медоносной пчелы методом RAPD внутри породы для скрещивания и селекции.

Реализация результатов исследований. Проведенные исследования позволили провести мониторинг изменчивости популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации и определить пути повышения продуктивности медоносной пчелы.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 7-ой Молодежной научной конференции (Сыктывкар), 2000 г; юбилейной конференции «Молодые учёные Волго-Уральского региона на рубеже веков» (Уфа), 2001; XII Съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург), 2002; VI Всероссийском популяционном семинаре "Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии" (Нижний Тагил), 2002.

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов и практических предложений. Список литературы включает 158 наименований. Диссертация изложена на 120 страницах, иллюстрирована фотографиями, 5 таблицами, гистограммами, графиками.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалы и методы исследования Сбор материала для исследований производился с учётом основных факторов, определяющих подразделённость башкирской популяции медоносной пчелы и распространенность пчёл среднерусской породы и гибридных пчёл.

В нашей работе исследованы следующие районы: в зоне липового медосбора - Иглинский и Бурзянский районы, в зоне липово-гречичного медосбора - Янаульский район, в зоне гречично-подсолнечниково-донникового медосбора - Уфимский и Дуванский районы.

Чистопородные среднерусские пчёлы отбирались на пасеках заповедника "Шульган-Таш".

Измерения экстерьерных признаков пчёл проводили по методу Алпатова (Алпатов В.В., 1948).

Идентификацию расового происхождения медоносных пчёл по материнской линии проводили по методике Ю.М.Никонорова и др.(1998). Данный генетический маркёр позволяет различать происхождение семьи по материнской линии от пчелиной матки Apis mellifera среднерусской (аллель PQQ) или южной расы (аллель Q)

Выделение ДНК проводили модифицированным методом экстракции смесью гуанидинтиоцианат - фенол-хлороформ (Chomezynski, Sacchi, 1987)

Оценку полиморфизма генома медоносной пчелы проводили методом RAPD. Частоты аллелей определяли по Животовскому (Животовский Л.А., 1991). Оценка разнообразия внутри популяции была произведена с использованием меры Шеннона (Chalmers et al., 1992).

Внутрипопуляционную (Hs) и межпопуляционную (GS1.) компоненты гетерозиготности (генного разнообразия) определяли по уравнению Нея

1975).Активность каталазы измеряли манганометрическим методом (Мерщиев, 1990)

Для измерения активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы применяли метод Алексахина (Алексахин Н.В. и др., 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экстерьерные признаки рабочих пчёл из популяций Южного Урала и Пермской области.

Сбор материала для исследований производился с учётом основных факторов, определяющих подразделённость башкирской популяции медоносной пчелы и распространенность пчёл среднерусской породы и гибридных пчёл.

По природно-климатическим условиям РБ делится на 3 зоны: горнолесную, лесостепную и степную (Рождественский и др., 1992). Наличие трёх природных зон, расположение лесов на территории РБ и связанные с этим формы сельскохозяйственной эксплуатации экосистем повлияли на дифференциацию медоносной кормовой базы РБ, которая состоит из липовой, липово-гречичной и гречично-подсолнечниково-донниковой. По нашему мнению именно условия медосбора во многом определяют внутри-популяционную подразделённость башкирской популяции пчелы.

В нашей работе исследованы следующие районы: в зоне липового медосбора - Иглинский и Бурзянский районы, в зоне липового-гречичного медосбора — Янаульский район, в зоне гречично-подсолнечниково-донникового медосбора - Уфимский и Дуванский районы.

В литературе имеются данные о морфологической неоднородности пчёл

и варьировании экстерьерных признаков крыльев. Некоторые авторы связывают ассиметрию жилкования крыльев с беспородным разведением пчёл (В.А. Чащухин, А.З. Брандорф, 2000). В ассиметрии экстерьерных показателей выявлена взаимосвязь между уровнем антропогенного влияния, заболеваемостью пчёл и степенью нарушения генофонда среднерусских пчёл исследование экстерьерных признаков медоносной пчелы в комплексе с другими методами в гибридных популяциях было предпринято впервые.

Нами проводились измерения ассиметричности кубитального индекса, длины хоботка и площади крыла пчёл гибридной популяции и резерватной популяции (бурзянская выборка). Для исследования экстерьерных признаков отбирали пчёл с пасек Иглинского, Дуванского, Уфимского, Янауль-ского районов, Пермской области и бортей Бурзянского района. В таблице 1 приведены показатели экстерьерных признаков исследованных пчёл. Длина хоботка пчёл варьировала от 6,18 (Пермская популяция) до 6,36 (Иглинская популяция). Значение данного экстерьерного показателя в бур-зянской популяции составило 6,20 мм. Изменчивость длины хоботка бур-зянском районе наблюдалась с 1978-1999 г.г. (Юмагужин Ф.Г., 2000), значение данного показателя увеличилось в данный промежуток времени от 6,10 до 6,29 мм. По данному показателю пчёлы из Бурзянского, Янауль-ского, Дуванского, Иглинского районов соответствовали породному стандарту среднерусских пчёл (5,9-6,3 мм (Билаш Г.Д., Кривцов Н.Ч.,1933)).

Показатели длины крыла в исследованных нами районах варьировали от 9,14 мм в уфимской выборке до 9,33 мм - в янаульской. Длина крыла пчёл Бурзянского района составляла 9,27 мм. Показатели длины крыла у пчёл бурзянского района составляла 9,27 мм.

Показатели данного признака в предшествующие нашим исследованиям годы (1958-1998) варьировал от 9,14 до 9,53 мм.

Площадь крыла в исследованных популяциях варьировал от 27,74 мм в Пермской области до 30,38 мм в Янаульском районе. Площадь крыла в бурзянской популяции составляла в среднем 30,00 мм. В предшествующие годы данный показатель в бурзянской популяции варьировал от 29,90 до 30,90 мм. Значение данного показателя в уфимской и пермской ниже минимального значения площади крыла в бурзянской популяции.

Значения кубитального индекса в исследованных нами районах варьировали от 56% в Янаульском районе до 60,51% - в Бурзянском. Изменчивость данного признака в бурзянской популяции в предыдущие годы варьировала от 61,95 до 60,66%. По значению кубитального индекса только бурзянская популяция соответствует стандартному показателю породы среднерусской пчелы (60-65%). Значения кубитального индекса пчёл из остальных исследованных районов располагались в интервале 55-60%. Пчёлы пермской выборки имели показатель кубитального индекса наиболее приближенный, после бурзянской выборки, показателям среднерусской породы (59.9%).

Таблица 1.

Экстерьерные характеристики популяций медоносной пчелы Южного

Урала

Зона медосбора Длина хоботка Длина правого крыла Ширина правого крыла Б правого крыла Куб шаль ный индекс(%)

Бурзянский

§ ал 6,20±0,04 9,27±0,04 3,24±0,03 30,05±0,42 60,51±2,11

с ж Иглинский

6,18±0,04 9,17±0,05 3,14±0,03 28,83±0,42 58,34±3,37

6,32±0,09 9,27±0,03 3,20±0,032 27,74±0,35 59,91*1,53

Продолжение таблицы № 1

Зона медосбора Длина хоботка Длина правого крыла Ширина правого крыла 5 правого крыла Кубиталь ный индекс (%)

липово-гречичная Ян аульский

6,23±0,03 9,33±0,07 ЗД5±0,П 30,38±1,05 56±2,94

гречично-подсол-нечниково-донниковая Дуванский

6,23±0,09 9,21±0,08 3,1б±0,05 29,14*0,63 56,98±4,23

Уфимский

6,36±0,10 9,14±00,08 п 3,14±0,05 28,72±0,68 57,06±4,41'

' Пермская область

6,32±0,09 9,27±0,03 | 3,20±0,032 27,74±0,35 59,91±1,53

Проведённый нами анализ морфометрических признаков популяций пчелы из шести исследованных районов позволил заключить, что по значению длины хоботка, длины, ширины, площади крыла, исследованные пчёлы соответствуют среднерусской породе медоносной пчелы. По значению кубитального индекса к среднерусской породе можно отнести пчёл бурзянского района, пчёлы из остальных исследованных выборок имеют значения кубитального индекса как у гибридных и пчёл южных рас.

Оценка уровня биоразнообразия в локальных популяциях медоносной пчелы.

Для оценки генетических процессов, протекающих в популяциях медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации, использован метод оценки нуклеотидного разнообразия RAPD-фрагментов (рис.1) с применением параметра Шеннона.

'Л» • ■■ »^И1

» ¡и*

9 10 11

Рисунок 1 ЯАРЛ-спектры № донос ной пчелы, полученньв с использованием лраймера ора-04 (1,7- ЛАРО спектр медоносной пчелы иглинской, 2 - б, 11 - дуванской, 8, 9,10 - Бурзянской популяции, С1-С7 - ИАРО - фрагменты)

Анализ уровня разнообразия по среднему числу ЯАРБ-фрагментов, полученных с использованием четырех праймеров в выборках из шести исследованных районов показал следующие результаты. Низкий уровень разнообразия наблюдался в популяции Бурзянского района. Янаульская и Пермская популяции медоносной пчелы имели средний уровень разнообразия ЯАРБ-фрагментов (рис.2).

Рисунок 2 Средние уровни разнообразия'ЯАРБ-фрагментов в популяциях медоносной

пчелы, полученные

с использованием четырёх праймеров Иглинская, уфимская и дуванская популяции медоносных пчёл имели

сравнительно высокий уровень разнообразия. Различные уровни разнообразия ЯАРБ-фрагментов в локальных популяциях могут быть следствием процессов гибридизации нескольких рас медоносной пчелы на территории Южного Урала.

Хотя проблема гибридизации, сохранения аборигенных генофондов медоносной пчелы широко распространена, популяционный подход для решения данной проблемы, а именно попытка оценки оптимального уровня генетического разнообразия методом ЯАРБ-РСЯ с применением параметра Шеннона в популяциях медоносной пчелы предпринимается впервые.

Нуклеотидное разнообразие RAPD-фрагментов с применением параметра Шеннона - характеристика, по которой можно оценивать степень гибридизации медоносной пчелы. Минимальный уровень нуклеотидного разнообразия отмечен в Бурзянском районе, географически обособленном от других районов, в котором обитает нативная популяция медоносной пчелы среднерусской расы. Данное разнообразие RAPD-фрагментов принято за за контрольный уровень нуклеотидного разнообразия популяций, состоящих из пчёл среднерусской расы, по сравнению с которым оценивались уровни нуклеотидного разнообразия в районах Южного Урала, медоносная пчела в которых подвержена гибридизации с пчелой южных рас.

Нами показано, что в изученных локальных популяциях медоносной пчелы наблюдалось низкое значение межпопуляционной гетерозиготности ^^=0,100), внутрипопуляционная гетерозиготность Нт была равна 0,4990,550.

Значения внутри и межпопуляционного разнообразия по частотам RAPD фрагментов в исследованных районах свидетельствуют о нарушении сбалансированности внутри- и межпопуляционной дифференциации медоносной пчелы Южного Урала.

Соотношение полиморфизма межгенного участка цитохромоксида-зы I и цитохромоксидазы II и RAPD полиморфизма в южно-уральской популяции медоносной пчелы.

Для характеристики статистической картины наследственной гетерогенности популяций медоносной пчелы оценивали структуру генетического разнообразия в подразделённой популяции.

Для описания генетического разнообразия в подразделённой популяции с учётом внутрипопуляционной (Ц,) и межпопуляционной ^^ компонент была применена формула, предложенная М. Неем 1975,1977).

Таблица 2.

Значение внутри- и межпопуляционной гетерозиготности в популяции медоносной пчелы на Южном Урале

Нт н* 0$т

0 550 0 499 0100

Нами показано, что в изученных локальных популяциях медоносной пчелы наблюдалось низкое значение межпопуляционной гетерозиготности (05Т=0,100), внутрипопуляционная гетерозиготность Нт была равна 0,4990,550.

Значения внутри и межпопуляционного разнообразия по частотам ЯАРБ фрагментов в исследованных районах свидетельствуют о нарушении сбалансированности внутри- и межпопуляционной дифференциации медоносной пчелы Южного Урала.

Соотношение полиморфизма межгенного участка цитохромоксида-зы I и цитохромоксидазы II и RAPD полиморфизма в южно-уральской популяции медоносной пчелы.

При разбиении частот ЯАРБ-фрагментов на группы выборки медоносных пчёл из исследованных районов попали в группы, которые находятся по отношению друг к другу на определённом расстоянии (рис 3).

Бурзянский

Уфимский

Пермская область

Дуванский

Янаупьский

Иглинекий

Рисунок 3 . Генетические расстояния между локальными популяциями медоносной пчелы по данным RAPD

Применив данный метод расовой идентификации пчёл к рассматриваемым выборкам, мы получили распределение генотипов среднерусской расы в исследованных популяциях, показанное в таблице 3.

Таблица 3

Частоты аллелей PQQ и Q в субпопуляциях медоносной пчелы

район N Частота

аллель Р<2<3 аллель (}

Бурзянский 33 1,0000 0,0000

Уфимский 19 0,1805 0,8095

Дуванский 31 0,0000 1,0000

Иглинский 38 0Д500 0,7500

Пермская область 15 0,8125 0,1875

Янаульский 16 0,6666 0,3334

Было изучено распределение распределение митохондриального генотипа среднерусской и кавказской расы медоносной пчелы по территории Южного Урала, показано, что митохондриальный генотип, соответствующий среднерусской расе, преимущественно встречался в Бурзянском и Янаульском районах, в других встречался генотип, соответствующий кавказской расе медоносной пчелы. Медоносная пчела Пермской области имела митохондриальный генотип, соответствующий среднерусской расе. В нашей работе использовался данный метод определения расовой принадлежности пчёл, причём, гибридные пчёлы соответствовали тому же митохондриальному генотипу, что и пчёлы кавказской расы (Q).

Сравнивая распределения митохондриального генотипа с распределением по дереву данных RAPD (рис.4) можно сделать вывод об отсутствии закономерности в распределении двух видов данных: митохондриальной AHKHRAPD.

Бурзянский pPQCí = 1 -

Уфимский О 1S05 -

Пермская 0 8125 ___

область

Дуеанский О 0000 -

Янаупьский О бвбб -

Игпинский о 2SOO -

Рисунок 4. Частоты аллелей PQQ и Q, соответствующие популяциям медоносной пчелы, распределённым на основании RAPD метода

Исследование пчёл гибридной популяции методом ЯАРБ, полиморфизму межлокусного участка COI-COII, некоторым биохимическим показателям пчёл и экстерьерным показателям.

Проведены исследования медоносной пчелы на пасеках Иглинского района. В частности проведён анализ

• полиморфизма митохондриальной ДНК,

• ЯАРБ полиморфизм,

• изменение активности ферментов, участвующих в иммунных и обменных реакциях у медоносной пчелы. Изменения динамики активности ферментов наблюдались в течение четырёх часов. Первый час с момента введения БТБ (битоксибациллина) соответствовал стадии неспецифической иммунной реакции, 1-4 ч. соответствовал латентной фазе иммунного ответа. Активность ферментов фиксировалась на трёх временных точках воздействия стрессора.

При оценке расовой принадлежности пчёл по полимофизму межлокус-ного участка С01-С011 получено следующее распределение: пчёлы иглин-ской популяции разделилисть по данному признаку на две группы. В первую входили пчёлы с митохондриальным генотипом, свойственным среднерусской расе пчелы (пчёлы из двух ульев), во вторую - пчёлы, имеющие митохондриальный генотип как у кавказской расы и межрасовых гибридов (пчёлы из 17 исследованных ульев).

При оценке ЯАРБ-полиморфизма пчёл данной популяции получены следующие результаты. Исследованная выборка пчёл разделилась на несколько кластеров (рис.5).

При сравнении данных по полиморфизму митохондриальной ДНК и RAPD-полиморфизма в данной выборке, видно, что метод RAPD-PCR позволяет разбивать на группы гомогенную по митохондриальному генотипу популяцию медоносной пчелы.

Проведена оценка биохимических показателей иммунного ответа и адаптивных реакций медоносной пчелы. Предварительно пчёлы данной популяции медоносной пчелы были разделены по окраске первого и второго тергитов на темных и жёлтых пчёл, в каждой выборке оценивались активность каталазы и пероксидазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и содержание глюкозаминогликанов, соотношение уроновых кислот и протеаз.

Активность данных биохимических показателей оценивалась в течение первых 4 часов реакции.

Измерения биохимических показателей производились с целью выявления закономерностей в изменении активностей ферментов и содержания метаболитов:

• у пчел тёмной и жёлтой выборки,

• у пчел со среднерусским митохондриальным генотипом и мито-хондриальным генотипом, присушим для кавказской расы,

• у пчел из разных кластеров, выделенных методом ЯАРВ-РСЯ.

Приспособленность организма к условиям внешней среды тесно связана с изменениями, происходящими в обмене веществ. Исключительная пластичность обмена веществ у медоносной пчелы позволяет ей адаптиро-. ваться к меняющимся условиям внешней среды.

Нами была проведена оценка биохимических показателей пчёл гибридной популяции медоносной пчелы.

Исследованная выборка медоносной пчелы включала особей с разными фенотипами: особей с черной (1/5 часть всех пчел), частично жёлтой и полностью жёлтой окраской тергитов.

Анализ митохондриалыюго генома показал, что данная выборка содержала в основном пчел с митохондриальным геномом, присущим пчелам кавказской расы. По данным полиморфизма митохондриальной ДНК генотипом среднерусской расы обладали пчёлы из двух ульев (№21 и№29). Пчёлы из остальных ульев были отнесены к пчёлам южных рас, либо к межрасовым гибридам. Жёлтая окраска тергитов у гибридов в разной степени была выражена у пчёл с митохондриальным генотипом южных и гибридных пчёл, что может свидетельствовать об идущих процессах гибридизации в исследуемой популяции медоносной пчелы.

Сравнивая характер динамики активности каталазы и пероксидазы в выборке тёмных пчёл, можно заметить, что с первого до второго часа стресс-

реакции наблюдалось понижение активности каталазы (у пчелы из улья № 44 - до третьего часа), затем, происходило увеличение активности к 4 часу.

Исключение составили пчёлы из улья №50. Активность каталазы пчёл данного улья была низкой в течение всего времени.

Активность пероксидазы у тёмных пчёл повышалась после первого часа, затем, понижалась к 4-ому часу.

Сравнение графиков динамики активности пероксидазы и каталазы в выборках тёмных пчёл позволяет проследить зеркальность проявления динамики данных ферментов. В предыдущих исследованиях динамики активности данных ферментов показано (Салтыкова, 2000, Архипенко, 1976, Корчагин, 1980), что последовательное взаимодействие двух согласованных между собой ферментных систем ингибирует образование гид-роксильных радикалов.

Динамика активности каталазы в выборке с жёлтыми пчёлами находилась в противофазе динамике активности пероксидазы в этой же выборке: при уменьшении активности каталазы после 30 мин. повышалась активность пероксидазы, затем, активность каталазы возвращалась до среднего уровня, тогда как активность пероксидазы поднималась до среднего уровня к 4-ому часу.

Сравнивая динамику ЭКТИВЕЮСТИ фенолоксидазы и протеаз в исследованных выборках, можно заключить отсутствие общих тенденций в изменении данных активностей.

Сравнивая динамику активности Г6ФДГ и количество глюкозаминог-ликанов в выборке жёлтых пчёл можно отметить, что повышение активности Г6ФДГ в 0.5 - 1 ч. сменяется повышением количества ГАГ. Можно предположить, что у данных гибридов повышение активности Г6ФДГ и и повышение содержания ГАГ взаимосвязаны. Сравнивая динамику актив-

повышение содержания ГАГ взаимосвязаны Сравнивая динамику активности Г6ФДГ и количество ГАГ в выборке тёмных пчёл, можно сделать вывод, что два процесса не имеют временной согласованности и повышение ГАГ, возможно связано с другими процессами.

Таким образом, анализируя биохимические показатели пчёл гибридной популяции, можно сделать вывод о смещении нормы реакции активности исследованных ферментов.

Гибридизация между среднерусской и кавказской расой пчёл привела к изменению уровня разнообразия в аборигенной популяции среднерусской пчелы. Рассматривая гибридизацию среднерусской расы и южных рас медоносной пчелы как экспансию, нужно учитывать, что распространение южных рас пчёл происходит не естественным путём, а при участии антропогенного фактора, т.е. географический захват новыми локальными популяциями с гибридными характеристиками происходит без экологического захвата. В природных условиях (Elton С, 1958; Lewontin R.C. and Birch L.C., 1966) заселение новой экологической ниши связано с выработкой адаптации к новой окружающей среде, которые проявляются в виде специализации, а экологические ряды вида являются результатом более или менее глубоких генетических изменений. В нашей работе показано, как гибридизация между среднерусской и южными расами медоносной пчелы приводит к увеличению изменчивости на фенотипическом (включая биохимический) и генотипическом уровнях.

ВЫВОДЫ:

1. Результаты исследований морфометрических признаков популяций пчелы из шести исследованных районов позволили заключить, что по значению длины хоботка (6.20мм), длины, ширины, площади крыла, пчёлы соответствуют среднерусской породе медоносной пчелы. По значению кубитального индекса к среднерусской породе можно отнести пчёл бур-зянского района (60.5%), пчёлы из остальных исследованных выборок имеют значения кубитального индекса как у гибридных и пчёл южных рас.

2. В исследованных популяциях РБ частота аллеля PQQ варьировала от 0 (в Дуванском районе) до 0.66 (в Янаульском районе). В Бурзянском районе частота встречаемости составила 1, в Пермской выборке 0.81.

3. В связи с завозом маток южных пород происходит метизация аборигенной популяции среднерусской породы пчелы в РБ. Использование новых методов отвечает актуальности исследования популяционной структуры пчелы в зоне межпородной метизации. В работе подобраны условия проведения RAPD-PCR, отобраны RAPD-фрагменты, наименее подверженные изменениям компонентов реакционной смеси. Получены полиморфные спектры ДНК медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

4. На основе анализа RAPD-данных установлено, что уровень нуклео-тидного разнообразия внутри популяций превышает уровень нуклеотидно-го разнообразия между популяциями, что свидетельствует о нарушении адаптивной структуры популяции медоносной пчелы.

5. Анализ уровня нуклеотидного разнообразия RAPD-полиморфизма по методу Шеннона показал, что наименьший уровень разнообразия отмечается в бурзянской популяции медоносной пчелы. Изменение нуклео тидно-го разнообразия RAPD-фрагментов в популяциях медоносной

22

пчелы по Шеннону может служить критерием для оценки состояния популяций медоносной пчелы в области межрасовой гибридизации.

6. Не прослеживается общих тенденций в распределении маркёра расовой принадлежности COI-COП митохондриального генома и RAPD-фрагментов в исследованных популяциях медоносной пчелы, данные методы взаимодополняемы в исследованиях популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

7. Отмечено, что биохимические показатели (изменение активности Г6ФДГ, пероксидазы, каталазы) пчёл гибридной популяции близки к показателям пчёл кавказской расы и гибридных пчёл (№49, 54, 63, 70, 74К, 75), хотя в некоторых случаях показатели свойственны пчёлам среднерусской расы (№1, 6, 52, 56, 71 К, 80, 85). Изменения биохимических показателей пчел гибридной популяции носят переходный характер, существует несколько форм кривых активностей ферментов, что, возможно, связано с процессами гибридизации медоносной пчелы в исследованных популяциях.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для мониторинга популяций медоносной пчелы в зоне межпородной гибридизации рекомендуется использовать, наряду с морфометрическими методами, ДНК-методы, т.к. они могут расширить возможности морфо-метрического метода.

2. Рекомендуется использование RAPD для выделения линий медоносной пчелы внутри породы для скрещивания и селекции.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Гайнутдинова Л.М. Метод RAPD-PCR в пбпуляционно-генетических исследованиях башкирской пчелы // Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докл. 7 Молодеж. науч. конф., 18-20 апр. 2000 г.,- Сыктывкар: 2000. - С.40 - 41. - (14 Коми Респ. молодеж. науч. конф.; Т.2).

2. Гайнутдинова Л.М. Изучение полиморфизма медоносной пчелы Apis mellifera mellifera в зоне межрасовой гибридизации методом RAPD-РСК//Материалы юбилейной конференции «Молодые учёные Волго-Уральского региона на рубеже веков» - Уфа, 2001. - С.34

3. Гайнутдинова Л.М., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Исследование биоразнообразия медоносной пчелы Apis mellifera в районах межрасовой гибридизации // Фундаментальные и прикладные проблемы популяцион-ной биологии: Сб. тез. докл. VI Всерос. популяц. семинара: 2-6 дек. 2002 г./ Нижнетаг. гос. пед. ин-т; ИЭРиЖ УрО РАН;М арийский гос.ун-т. - Нижний Тагил: 2002. - С.32 - 33.

4. Гайнутдинова Л.М., Поскряков А. В., Николенко А. Г. Исследование локальных популяций медоносной пчелы Apis mellifera (Hymenoptera, Apidae) южноуральской природно-климатической зоны//ХН Съезд Русского энтомологического общества, Санкт-Петербург, 19-24 авг. 2002 г., Тезисы докладов. СПб., 2002, С.71-72.

5. Гайнутдинова Л.М., Внутрипородное разнообразие среднерусской медоносной пчелы. Сельские узоры. №4,2004, С.З I

Подписано в печать 18.11.04 года Формат 60x84/16. Бумага типографская. Гарнитура Times. Усл. изд. Л. 1,05. Тираж 100 экз. Зак. № 507 Типография ПЛ № 1 Адрес типографии 450001 г. Уфа, ул. X. Давлетшиной, 3

№23064

Медоносная пчела, как продуцент мёда, биологически активных веществ и опылитель монокультур, занимает особое место в сельскохозяйственных экосистемах. Проблема сохранения генофонда темной лесной европейской пчелы Apis mellifera mellifera является актуальной в РБ (Маннапов, 1999).

С ростом научно-технического прогресса в XX в., актуализации потребности в высоких показателях, сельское хозяйство перешло на путь интенсификации (Миркин, 1975).

Данная тенденция получила распространение и в пчеловодстве. Для достижения эффекта гетерозиса была проведена гибридизация медоносной пчелы с пчёлами южных рас и получен прирост хозяйственно полезных признаков в первых поколениях гибридов (Газизов, 1987). В последующих поколениях гибриды имели низкую продуктивность и жизнеспособность (Биктимиров, 1963). В результате бессистемной гибридизации происходило накопление гибридов на всей территории Республики Башкирии, за исключением географически изолированного Бурзянского района и частично Янаульского района (Саттаров, 2000), что в свою очередь явилось одной из причин снижения эффективности пчеловодства в РБ и потере генофонда среднерусской расы медоносной пчелы.

Поиск методов мониторинга популяций животных, которые подвергаются вмешательству хозяйственной деятельности человека, является необходимым для сохранения и эффективного воспроизводства данных популяций.

Для сохранения самовозобновляемой системы популяций медоносной пчелы на Южном Урале необходимо исследовать потенциал медоносной пчелы на многих уровнях, в частности, на популяционном уровне.

Воссоздание структуры популяции медоносной пчелы, приближенной к адаптивной структуре, требует разработки системных подходов к решению данной проблемы. Один из них - популяционно-генетический подход (Алтухов, 1989).

Цель и задачи работы. Целью работы являлось изучение популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

Для достижения поставленной цели реализовывались следующие задачи:

1.Оценить экстерьерные признаки медоносной пчелы в локальных популяциях Южного Урала.

2.Оптимизировать метод RAPD-PCR для исследования полиморфизма медоносной пчелы.

3.Оценить уровень разнообразия RAPD-фрагментов в исследуемых популяциях: определить уровень разнообразия медоносной пчелы в районах РБ, в которых сохранилась аборигенная пчела и районах обитания гибридной пчелы.

4.0пределить соотношение полиморфизма межлокусного участка цитохромоксидазы I и цитохромоксидазы II и RAPD — полиморфизм южноуральской популяции медоносной пчелы.

5.Исследовать биохимические показатели пчёл гибридной популяции

Научная новизна исследований. Впервые в исследованиях южноуральской популяции медоносной пчелы показана изменчивость генома медоносной пчелы методом RAPD-PCR.

Впервые изучена популяционная структура медоносной пчелы Южного Урала методом RAPD.

Проведён анализ уровня разнообразия RAPD-фрагментов с применением параметра Шеннона. Показано, что повышение нуклеотидного разнообразия является критерием гибридизованности популяций медоносной пчелы. Показано, что метод RAPD и метод, основанный на полиморфизме межлокусного участка COI-COII митохондриальной ДНК, дополняемы в исследованиях гибридных популяций медоносной пчелы.

Теоретическая и практическая значимость. Показана применимость метода RAPD-PCR для изучения полиморфизма популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

Предложена методика оценки степени гибридизации популяции медоносной пчелы, необходимая для перехода на чистопородное разведение специализированных пчелоразведенческих хозяйств в природно-климатических условиях республики Башкортостан.

Предложен способ выделения линий медоносной пчелы методом RAPD-PCR внутри породы для скрещивания и селекции.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 7-ой Молодежной научной конференции (Сыктывкар), 2000 г; юбилейной конференции «Молодые учёные Волго-Уральского региона на рубеже веков» (Уфа), 2001; XII Съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург), 2002; VI Всероссийском популяционном семинаре "Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии" (Нижний Тагил), 2002.

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов и практических предложений. Список литературы включает 158 наименований. Диссертация изложена на 120 страницах, иллюстрирования фотографиями, 5 таблицами, гистограммами, графиками.

Выводы:

1. Результаты исследований морфометрических признаков популяций пчелы из шести исследованных районов позволили заключить, что по значению длины хоботка (6.20 мм), длины, ширины, площади крыла, пчёлы соответствуют среднерусской породе медоносной пчелы. По значению кубитального индекса к среднерусской породе можно отнести пчёл бурзянского района (60.5%), пчёлы из остальных исследованных выборок имеют значения кубитального индекса как у гибридных и пчёл южных рас.

2. В исследованных популяциях РБ частота аллеля PQQ варьировала от 0 (в Дуванском районе) до 0.66 (в Янаульском районе). В Бурзянском районе частота встречаемости составила 1, в Пермской выборке 0.81.

3. В связи с завозом маток южных пород происходит метизация аборигенной популяции среднерусской породы пчелы в РБ. Использование новых методов отвечает актуальности исследования популяционной структуры пчелы в зоне межпородной метизации. В работе подобраны условия проведения RAPD-PCR, отобраны RAPD-фрагменты, наименее подверженные изменениям компонентов реакционной смеси. Получены полиморфные спектры ДНК медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

4.На основе анализа RAPD-данных установлено, что уровень нуклеотидного разнообразия внутри популяций превышает уровень нуклеотидного разнообразия между популяциями, что свидетельствует о нарушении адаптивной структуры популяции медоносной пчелы.

5.Анализ уровня нуклеотидного разнообразия RAPD-полиморфизма по методу Шеннона показал, что наименьший уровень разнообразия отмечается в бурзянской популяции медоносной пчелы. Изменение нуклеотидного разнообразия RAPD-фрагментов в популяциях медоносной пчелы по Шеннону может служить критерием для оценки состояния популяций медоносной пчелы в области межрасовой гибридизации.

6.Не прослеживается общих тенденций в распределении маркёра расовой принадлежности COI-COII митохондриального генома и RAPD-фрагментов в исследованных популяциях медоносной пчелы, данные методы взаимодополняемы в исследованиях популяций медоносной пчелы в зоне межрасовой гибридизации.

7. Отмечено, что биохимические показатели (изменение активности Г6ФДГ, пероксидазы, каталазы) пчёл гибридной популяции близки к показателям пчёл кавказской расы и гибридных пчёл (№49, 54, 63, 70, 74К, 75), хотя в некоторых случаях показатели свойственны пчёлам среднерусской расы (№1, 6, 52, 56, 71 К, 80, 85). Изменения биохимических показателей пчел гибридной популяции носят переходный характер, существует несколько форм кривых активностей ферментов, что, возможно, связано с процессами гибридизации медоносной пчелы в исследованных популяциях

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1.Для осуществления мониторинга популяций медоносной пчелы в зоне межпородной гибридизации рекомендуется использовать, наряду с морфометрическими методами, ДНК—методы, т.к. они могут расширить возможности морфометрического метода.

2.Рекомендуется использование метода RAPD-PCR для выделения линий медоносной пчелы внутри породы для скрещивания и селекции. Выделенные с помощью метода RAPD-PCR линии медоносной пчелы (приложение 2) могут применяться для скрещивания пчел с наиболее отдаленными гаплотипами внутри породы и для селекции.