БІОМАРКЕРИ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕСУ У APIS MELLIFERA ЗА РІЗНИХ ВУГЛЕВОДНИХ ДІЄТ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2022.02.129Keywords:
Apis mellifera, вуглеводна дієта, перекисне окислення ліпідів, активність каталазиAbstract
Стійкість до стресових факторів та загальний рівень здоров’я колоній Apіs mellifera залежить від дії багатьох факторів, зокрема, нутрієнтного складу кормової бази бджіл. Кількість та якість компонентів їжі є стресовими факторами, які можуть викликати оксидативний стрес в організмі бджіл. Метою нашої роботи є оцінка впливу дієт, різних за вуглеводним складом, на розвиток оксидативного стресу у медоносних бджіл. Здійснено оцінку впливу різних вуглеводних дієт (I – 60 % мед, II – 30% сахароза, III – 60% сахароза, IV – 30% глюкоза, V – 30% фруктоза, VI – 30% глюкоза + 30% фруктоза (1:1)) на стан антиоксидантної системи у чотирьох-семи-денних робочих бджіл в лабораторних умовах. Визначення біохімічних маркерів здійснювали через 24 та 96 годин утримання бджіл на дієтах. Встановлено, що компонентний склад дієти впливає на об’єм спожитої бджолами їжі, рівень ПОЛ та активність САТ. Споживання бджолами моноцукрів впродовж 24 годин викликало тагмоспецифічну відповідь організму комах в залежності від виду гексоз. Найменший рівень ТБКАП виявлено в голові бджіл, які споживали фруктозну дієту, а в черевці – у комах, що споживали глюкозну дієту, порівняно з бджолами всіх інших дослідних груп. Показано, що на рівень ТБКАП впливає не концентрація вуглеводів, яку бджоли здатні регулювати зміною кількості спожитої їжі, а хімічний склад вуглеводів у дієті. Активність каталази була вищою у голові бджіл, що споживали фруктозу, ніж у бджіл, що споживали глюкозу. Встановлена пролонгована зміна активності каталази, яка залежала від структури та концентрації вуглеводів. Оцінка рівня оксидативного стресу у бджіл на різних вуглеводних дієтах за допомогою запропонованих маркерів показало, що глюкоза є найменшим нутрієнтним стресовим фактором, порівняно з фруктозою та сахарозою.
References
Badiou- Bénéteau A., Carvalho S. M., et al. Development of biomarkers of exposure to xenobiotics in the honey bee Apis mellifera: application to the systemic insecticide thiamethoxam Ecotoxicol. Environ. Saf. 2012; 82: 22-31. doi: 10.1016/j.ecoenv.2012.05.005
Barascou L., Sene D., Barraud A., et al. Pollen nutrition fosters honeybee tolerance to pesticides. R. Soc. Open Sci. 8: 210818 ttps://doi.org/10.1098/rsos.210818
Berenbaum M.R, Calla B. Honey as a functional food for Apis mellifera. Annu. Rev. Entomol. 2021; 66: 185–208. doi:10.1146/annurev-ento-040320-074933.
Blatt J., Roces F. Haemolymph sugar levels in foraging honeybees (Apis mellifera carnica): dependence on met-abolic rate and in vivo measurment of maximal rates of trehalose synthesis. J. Exp. Biol. 2001; 204 (15): 2709-2716.
Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analyt. Biochem. 1976; 72: 248-254. doi: 10.1006/abio.1976.9999
Brodschneider R, Crailsheim K. Nutrition and health in honey bees. Apidologie. 2010; 41: 278-294. doi: http://dx.doi.org/10.1051/apido/2010012
Bry´s M.S., Skowronek P., Strachecka A. Pollen Diet-Properties and Impact on a Bee Colony. Insects 2021; 12: 798. https://doi.org/10.3390/insects12090798
Bryden J., Gill R. J., Mitton R. A. A., et al. Chronic suble-thal stress causes bee colony failure. Ecol. Lett. 2013; 16 (12): 1463–1469. doi: 10.1111/ele.12188
Buzduga I.M., Volkov R.A., Panchuk I.I. Metabolic compensation in Arabidopsis thaliana catalase-deficient mutants. Cytol. Genet. 2018; 52: 31-39 doi:10.3103/S0095452718010036
Cervoni M. S., Cardoso-Júnior C. A. M., Craveiro G., et al. Mitochondrial capacity, oxidative damage and hypoxia gene expression are associated with age-related division of labor in honey bee (Apis melliferaL.) workers. J. Exp. Biol. 2017; 220: 4035-4046. doi:10.1242/jeb.161844
Cilia G., Fratini F., Tafi E., et al. Changes of Western honey bee Apis mellifera ligustica (Spinola, 1806) ventriculus microbial profile related to their in-hive tasks. Journal of Apicultural. 2020; doi: 10.1080/00218839.2020.1830259
Corona M., Robinson G. E. Genes of the antioxidant system of the honey bee: annotation and phylogeny. Ins. Mol. Biol. 2006;15: 687-701. doi:10.1111/j.1365-2583.2006.00695.x
Di Pasquale G., Salignon M., Le Conte Y., et al. Influence of pollen nutrition on honey bee health: Do pollen quality and diversity matter? PLOS ONE 2013; 8:e72016
Di Pasquale G., Alaux C., Le Conte, et al. Variations in the availability of pollen resources affect honey bee health. PLOS ONE. 2016; 11: e0162818. doi:10.1371/journal.pone.0162818
Doner L. The sugars of honey—a review. J. Sci. Food Agric. 1977; 28:443–56.
Donkersley P., Rhodes G., Pickup RW., et al. Honeybee nutrition is linked to landscape composition. Ecol. Evol. 2014; 4: 4195–4206. doi:10.1002/ece3.1293
Engel P., Kwong WK., McFrederick Q., et al. The bee microbiome: impact on bee health and model for evolution and ecology of host-microbe interactions. mBio. 2016; 7 (2): e02164-15. doi:10.1128/mBio.02164-15
Farooqui T. Oxidative stress and age-related olfactory memory impair¬ment in the honeybee Apis mellifera. Front. Genet. 2014; 5: 60. https://doi.org/10.3389/fgene.2014.00060
Farooqui T., Farooqui A. A. 2012. Oxidative stress in vertebrates and invertebrates: molecular aspects of cell signaling. Wiley-Blackwell, Hoboken, NJ.
Frizzera D., Del Fabbro S., Ortis G., et al. Possible side effects of sugar supplementary nutrition on honey bee health. Apidologie. 2020; 51 (4): 594-608. https://doi.org/10.1007/s13592-020-00745-6
Giampieri F., Quiles J., Cianciosi D., et al. Bee products: an emblematic example of underutilized sources of bio-active compounds. J. Agric. Food Chem. 2022;
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c05822
Grotto D., Maria L.S., Valentini J., et al. Importance of the lipid peroxidation biomarkers and methodological aspects for malondialdehyde quantification. Química Nova. 2009; 32: 169-174. doi:10.1590/s0100-40422009000100032
Hung K-LJ., Kingston JM., Albrecht M., et al. The world-wide importance of honey bees as pollinators in natural habitats. Proc. R. Soc. B 2018; 285: 20172140. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.2140
Jennette M.R. High Fructose Corn Syrup Down-Regulates the Glycolysis Pathway in Apis mellifera Bridgewater State University. 2017; 35. http://vc.bridgew.edu/honors_proj/225
Кaravan V. V., Yazlovytska L.S., Volkov R.A. A cage for the study of bees in laboratory conditions Utility model patent № 128495 State register of patents of Ukraine for utility models 2018; 1 (8) (in Ukrainian). https://base.uipv.org/searchInv/search.php?action=search
Кaravan V.V., Kachmaryk D.Yu., Cherevatov V.F., Pan-chuk I.I., Yazlovytska L.S. Influence of the summer feeding by carbohydrares on catalase activity in honey bees. Sci. Herald Chern. Uni. Biol. (Biol. Sys.). 2020; 12 (2):156-165. (in Ukrainian). https://biosystems-journal.chnu.edu.ua/index.php/Bi-oSystems/article/view/353
Кaravan V. V., Panchuk I.I., Yazlovytska L.S. Low-temperature dissecting table. Utility model application № u202201458 03.05.2022; (in Ukrainian).
Klein S., Cabirol A., Devaud JM., et al. Why bees are so vulnerable to environmental stressors. Trends Ecol. Evol. 2017; 32: 268–278. doi:10.1016/j.tree.2016.12.009
Kluser S., Peduzzi P. Global pollinator decline: a literature review. Geneva, Switzerland: UNEP/DEWA/GRID-Europe. 2007
Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokarev V.E. The method for determining the activity of catalase. Laboratornoe delo. 1988; 1: 16-18.
LeBlanc BW., Eggleston G., Sammataro D., et al. For-mation of hydroxymethylfurfural in domestic high-fructose corn syrup and its toxicity to the honey bee (Apis mellifera). J Agric Food Chem. 2009; 57: 7369-7376. doi: 10.1021/jf9014526
Li H.M., Buczkowski G., Mittapalli O., et al. Tran-scriptomic profiles of Drosophila melanogaster third instar larval midgut and responses to oxidative stress. Insect Mol. Biol. 2008; 17 (4): 325–339. doi: 10.1111/j.1365-2583.2008.00808.x.
Li-Byarlay H., Cleare X. L. Chapter Two - Current trends in the oxidative stress and ageing of social hymenopter-ans. Editor(s): Jurenka R., Adv. Insect Physiol. Academic Press, 2020; 59: 43-69. https://doi.org/10.1016/bs.aiip.2020.09.002
Margotta, J. W., Roberts, S. P., Elekonich, M. M. Effects of flight activity and age on oxidative damage in the honey bee, Apis mellifera. J. Exp. Biol. 2018; 221:jeb183228. doi:10.1242/jeb.183228
Mogren C. L., Margotta J., Danka R. G., Healy K. Sup-plemental carbohydrates influence abiotic stress re-sistance in honey bees. J. Apicultural Reseach. 2018. ttps://doi.org/10.1080/00218839.2018.1494912
Naug D. Nutritional stress due to habitat loss may explain recent honeybee colony collapses. Biol. Conserv. 2009; 142: 2369–2372. doi:10.1016/j.biocon.2009.04.007
Nicolson SW. Sweet solutions: nectar chemistry and qual-ity. Phil. Trans. R. Soc. B 2022; 377: 20210163. https://doi.org/10.1098/rstb.2021.0163
Papežíková, I., Palíková, M., Syrová, E., et al. Effect of Feeding Honey Bee (Apis mellifera Hymenoptera: Api-dae) Colonies With Honey, Sugar Solution, Inverted Sug-ar, and Wheat Starch Syrup on Nosematosis Prevalence and Intensity. J. of Economic Entomology.2019; XX (XX): 1-8. doi:10.1093/jee/toz251
Placer, Z. A., Cushman, L. L., Johnson, B. C. Estimation of product of lipid peroxidation (malonyl dialdehyde) in biochemical systems. Anal. Biochem. 1966; 16: 359-364. doi:10.1016/0003-2697(66)90167-9
Potts S. G., Imperatriz-Fonseca V., Ngo H. T., et al. Safe-guarding pollinators and their values to human well-being. Nature. 2016; 540: 220–229. doi: 10.1038/nature,20588
Rovenko BM., Lushchuk OV., Lozinsky OV., et al. Mild oxidative stress in fruit fly Drosophila melanogaster caused by products of sucrose splitting. Ukr. Biochem. J. 2012; 84 (5): 97-104.
Ruiz-Matute A., Weiss M., Sammataro D., et al. Carbo-hydrate composition of high-fructose corn syrups (HFCS) used for bee feeding: effect on honey composition. J. Agric. Food Chem. 2010; 58 (12): 7317-7322. doi: 10.1021/jf100758x
Sánchez-Bayo F., Goulson D., Pennacchio F., ett al. Are bee diseases linked to pesticides? A brief review. Environ. Int. 2016; 89–90: 7–11. doi:10.1016/j.envint.2016.01.009
Tosi S., Nieh JC., Sgolastra F., et al. Neonicotinoid pesti-cides and nutritional stress synergistically reduce survival in honey bees. Proc. R. Soc. B 2017; 284: 20171711. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.1711
Wright G. A., Nicolson S. W., Shafir S. Nutritional Physi-ology and Ecology of Honey Bees Annu. Rev. Entomol. 2018; 63:327–44 doi:10.1146/annurev-ento-020117-043423
Yazlovitska LS., Kosovan MD., Cherevatov VF., Volkov RA. The catalase activity of Apis mellifera L. upon sum-mer feeding with varying carbohydrate diet. Sci. Herald Chern. Uni. Biol. (Biol. Sys.). 2016; 8 (2): 182-188. (in Ukrainian). https://doi.org/10.31861/biosystems2016.02