Главная / Наука о пчелах / Магнитные поля

Действие магнитного поля и мышьяка на ферменты пчел

Совместное действие постоянного магнитного поля и мышьяка на ферменты пчел apis mellifera mellifera l.

В настоящее время активно исследуется реакция живых организмов на загрязнение окружающей среды на уровне таких макромолекул, как ферменты. Новые виды загрязнителей требуют проведения новых исследований. Практически не изученной остается область совместного действия нескольких факторов, например, физических и химических (Селюков, Беспоместных, 2006).

Цель работы - оценить на уровне ферментов адаптационные возможности пчел к химическому и физическому (вариации магнитного поля Земли под воздействием техногенных факторов) загрязнению окружающей среды. Для решения данной цели были поставлены следующие задачи: определение изменения активности ферментов пчел под воздействием мышьяка, железа, постоянного магнитного поля и совместным действием постоянного магнитного поля и мышьяка.

Выбор объекта исследования обусловлен положительным опытом использования пчел для мониторинга окружающей среды, получившего название «апимониторинг» (Ломаев, Бондарева, 2005). В связи с этим необходим поиск признаков-маркеров влияния загрязнителей на пчел. Имеются данные о сезонной динамике активностей энзимов, а также об их ответной реакции на стресс. В лаборатории биофизики и экологии ИжГТУ, где была разработана концепция апимониторинга, проводись исследования влияния магнитных полей на физиологическое состояние пчел (Ломаев, Бондарева, Байкова, 2005). Работа продолжает начатые исследования.

Для анализа адаптационных процессов определялась активность ферментов: инвертазы КФ 3.2.1.26., каталазы КФ 1.11.1.6., химозина КФ 3.4.23.4. По некоторым из них имеются данные о влиянии постоянного магнитного поля (ПМП) и некоторых тяжелых металлов (Балаклеевская, 1985; Радченко, Мнускина, 2003).

Эти ферменты связаны с такими приспособительными характеристиками вида Apis mellifera, как перенесение неблагоприятного периода (каталаза), устойчивость к заболеваниям (химозин), эффективность использования кормовых ресурсов (инвертаза). Изменение активности ферментов под действием различных факторов может говорить об изменении общего состояния пчел и пчелосемей в целом. Некоторые исследователи предлагают использовать этот факт для прогноза физиологического состояния пчелосемей и в селекции пчел (Жеребкин, 1974).

На первом этапе проводилось исследование изменения ферментативной активности под действием ПМП разной напряженности. Магнитное поле Земли было усилено в 2, 7 и 15 раз. Использовались улья Роже Делона, на которые устанавливались катушки Гельмгольца для генерации постоянного магнитного поля. На данном этапе были выбраны для анализа три фермента: инвертаза КФ 3.2.1.26., каталаза КФ 1.11.1.6., химозин КФ 3.4.23.4. Пчелосемьи находились в измененном магнитном поле 1 месяц. После чего часть пчел отобрали для анализа активности ферментов.

Активность каталазы ректальных желез у пчел опытных групп резко падает во всех группах с измененным магнитным полем. Подобные изменения приводят к снижению зимостойкости пчел, что косвенно подтверждено нашими наблюдениями: все пчелиные семьи, содержавшиеся в условиях искусственных постоянных магнитных полей, погибли в зимний период. В контроле активность фермента не снижается, а наоборот возрастает.

Характер и степень изменений активности химозина зависит от напряженности магнитного поля. В естественных условиях активность фермента в период с июня по август увеличивается более чем в 2,5 раза. Эта динамика сохраняется в условиях двукратного усиления поля Земли, но активность фермента возрастает только в 1,6 раза. В более сильных полях его активность уменьшается.

Активность инвертазы (фермента, отвечающего за переработку нектара в мед) также падает в условиях постоянных магнитных полей. Это приводит к снижению способности семьи использовать корм. На данный энзим постоянное магнитное поле действует менее радикально. (Ломаев, Бондарева, Байкова, 2005 г.)

Во время второго этапа изучалось изменение активностей ферментов под действием поллютантов - мышьяка и железа. В сахарный сироп добавляли раствор арсенита кальция - Ca3(AsO3)2. Концентрации мышьяка в сиропе составляла 0,0026, 0,00536, 0,009, 0,0119 мг/л. Для приготовления сиропа с железом использовали раствор хлорида железа (III) (FeCl3), концентрация железа составляла 1,5, 2,5 мг/л. Пчелы получали подкормку в течение девяти дней. Маркерами изменений были выбраны ферменты каталаза (как железосодержащий фермент) и инвертаза (как фермент гликолиза).

Действие данных концентраций мышьяка проявляется в снижении активностей выбранных для анализа ферментов. Причем, для каталазы выявлено постепенное снижение активности с увеличением роста концентрации мышьяка в сиропе. Так как железо образует труднорастворимые соединения с мышьяком, при увеличении поступления мышьяка железо фермента расходуется на нейтрализацию мышьяка, снижая при этом активность фермента.

Для инвертазы нет такой четкой картины. Происходит снижение активности энзима под действием мышьяка для выбранных концентраций на 201-312 % по сравнению с контролем. Нелинейность полученных данных связана с арсенолитическим действием мышьяка на процессы усвоения углеводов. Известно, что арсенаты и арсениты могут повысить эффективность работы инвертазы, разрушающей сахарозу (Гамаюрова, 1993).

При поступлении железа с сиропом с концентрацией от 1,5 до 2,5 мг/л получены следующие данные: более низкая концентрация вызывает отрицательный прирост активности фермента (-65,87%), а более высокая - положительный (+103,3%). В контроле активность составила +233,3%. Для каталазы выявлена простая зависимость: с увеличением поступления железа активность энзима падает. В контроле прирост составил +231,2%, при поступлении железа в концентрации 1,5 мг/л прирост составил +102%. При концентрации 2,5 мг/л прирост был отрицателен и составил -38,1 %. Возможно, это связано с тем, что каталаза - железосодержащий фермент, и при этом происходит ингибирование его активного центра.

На третьем этапе была сделана попытка оценить время реакции пчел в ответ на поступление мышьяка в малых концентрациях и в летальных, а также дать оценку совместного действия ПМП и мышьяка.

График динамики гибели пчел

Рис. 1. Динамика гибели пчел под действием мышьяка

В процессе эксперимента было выяснено, что на процесс интоксикации действует эффект группы. Пчелы - общественные насекомые, поэтому особи, находящиеся в изоляции, погибают гораздо быстрее. Так, время гибели особи, находящейся в изоляции и получившей сироп с мышьяком с концентрацией 1,6 мг/л, составляет одни сутки. В боксе, содержащем 40 пчел, получавших аналогичный сироп, первая гибель пчел отмечена на пятые сутки, а массовая - на седьмые.

Концентрации 1,6, 0.9, 0,4 мг/л обладают кумулятивным эффектом - гибель особей наступила через 7-9 дней (рис. 1). Острым токсическим действием обладает концентрация арсенита кальция 0,68 г/л (концентрация мышьяка в растворе составляет 0,2788 мг/л). Элиминация всех особей происходит через сутки.

Постоянное магнитное поле (усиленное относительно земного в 2 раза) усиливает токсический эффект мышьяка (концентрация арсенита кальция составляет 0,68 г/л). Время элиминации при совместном действии мышьяка и магнитного поля составляет 6 часов. Тогда как действие мышьяка с такой же концентрацией приводит к полной гибели пчел только через сутки.

Миграция мышьяка изучена не в полном объеме. При очень низких концентрациях мышьяка в сиропе (до 0,009-0,01198 мг/л) он фильтруется пчелами. Содержание его в теле пчелы увеличивается многократно: до 0,18-0,20 мг/кг соответственно. В меде же его концентрация падает до 0,036-0,044 мг/кг. Пчелы являются своеобразным барьером на пути миграции мышьяка из окружающей среды в мед (возможно и в другие продукты жизнедеятельности пчел).

Е.Н. Байкова
ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет

Выводы

  1. Постоянные магнитные поля, кратные полю Земли в 2, 7 и 15 раз, обладают угнетающим действием на все исследуемые ферменты: инвертаза, каталаза, химозин.
  2. Активность ферментов инвертазы и каталазы под воздействием мышьяка снижается. Мышьяк обладает кумулятивным эффектом, накапливаясь в теле пчел; в мед его проходит значительно меньшее количество.
  3. Активность ферментов инвертазы и каталазы падает при поступлении железа в концентрации 1,5 и 2,5 мг/л. Влияние железа наиболее эффективно наблюдать по изменению активности каталазы.
  4. Постоянное магнитное поле, увеличенное относительное земного в два раза, усиливает токсический эффект мышьяка.

Литература:

  1. Влияние слабых и сверхслабых магнитных полей на железосодержащие ферменты./Балаклеевская А.А.// Магнитные поля в биологии, медицине и сельском хозяйстве. Тезисы докладов. Ростов-на-Дону: изд- во РОДНМИ, 1985.- 206 с.
  2. Способ прогнозирования устойчивости пчел к заболеванию нозематозом./ М.БЖеребкин.//Информационный листок УДК 638.1.089. Рязань, 1974. - 4 с.
  3. Гамаюрова В. С. Мышьяк в биологии и экологии.- М.:Наука,1993. - 207 с.
  4. Радченко Н.Н., Мнускина В.В. Оценка активности каталазы представителей водной экосистемы реки Кальмиус в условиях загрязнения тяжелыми металлами.//Вестн. Харьк. Института соц. прогресса. Сер.
    экол., и техногенная безопасность и соц. прогресс. 2003. - С. 35-36. Вып.1-2 (3-4).
  5. Ломаев Г.В., Бондарева Н.В., Байкова Е.Н. Влияние магнитных полей на физиологическое состояние пчел.// Апидология и пчеловодство. Ижевск, 2005. - С. 25-29.
  6. Ломаев Г.В., Бондарева Н.В. Апимониторинг загрязнения окружающей среды.// Апидология и пчеловодство. Ижевск, 2005. - С. 49-60.
  7. Селюков А.Г., Беспоместных Г.Н. Протекторное действие слабых импульсных магнитных полей в раннем онтогенезе тугуна Coregonus tugun (Pallas) в условиях хронического нефтяного загрязне- ния.//Экология. 2006. №5. - С. 365-371.