ВПЛИВ ЛІТНЬОЇ ПІДГОДІВЛІ ВУГЛЕВОДАМИ НА АКТИВНІСТЬ КАТАЛАЗИ У МЕДОНОСНИХ БДЖІЛ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2020.02.156Keywords:
Apis mеllifera, активність каталази, вуглеводна підгодівля, бджоли-фуражириAbstract
Стресові фактори біотичної і абіотичної природи змінюють перебіг фізіологічних процесів в організмі Apis
mellifera, пригнічуючи їх імунітет, що призводить до загибелі цілих колоній бджіл. Істотно впливає на здоров'я
бджіл і зміна кормової бази комах. Нутріентний склад дієт визначає силу колоній медоносних бджіл. В прак-
тиці бджільництва широко використовується підгодівля бджолосімей різними вуглеводвмісними розчинами.
Форма надходження вуглеводів у організм комах, може негативно впливати на їх здоров’я, призводячи до по-
рушення окисно-відновної рівноваги, маркером якої є активність каталази (САТ). У роботі вивчалась актив-
ність каталази у бджіл-фуражирів Apis mellifera при їх літній підгодівлі вуглеводами в польових умовах під час
припинення цвітіння основних медоносних рослин. Дослідження проводилось на приватній пасіці в Чернівецькій
області, на бджолах місцевої популяції (гібриди карпатської, української степової та кавказької порід). 32
бджолині колонії, восьми експериментальних груп підгодовувались різними вуглеводами протягом чотирьох
днів (30 % та 60 % розчин цукру; сумішшю меду і 60 % розчину цукру (2:3); без підгодівлі; 30 % розчини глюко-
зи і фруктози; сумішшю 15 %-них розчинів глюкози і фруктози (1:1); сумішшю 30 % -них розчинів глюкози фру-
ктози (1:1). Надалі бджіл переводили на підгодівлю 30 %-вим розчином цукру. Активність САТ визначали ок-
ремо в голові, тораксі та черевці бджіл за методом Аебі з модифікаціями. Найвищі значення активності САТ
встановлено при використанні для підгодівлі комах 30 %-ного розчину цукру, тоді як збільшення концентрації
цукру в два рази і додавання до цукрового сиропу меду призводило до зниження активності даного ферменту у
всіх досліджуваних тагмах бджіл. Підгодівля колоній 30 %-ними розчинами глюкози або фруктози призводила
до зменшення активності САТ в організмі комах. Припинення додаткової підгодівлі зменшувало активність
САТ в тканинах черевця комах. Слід звернути увагу на те, що 60 % концентрація цукру, яка дає в результаті
гідролізу еквімолярну кількість моноцукрів, по різному впливає на активність каталази в тканинах голови та
тораксу, а саме спостерігається зменшення активності САТ на дієті з дисахаридом, та не змінюється на
дієті з еквімолярною сумішшю моноцукрів. В той же час, зменшення концентрації цукрів у два рази (30 %
цукор порівнянно з 15 % глюкозою + 15 % фруктозою) викликало протилежний ефект: зменшення активності
ферменту в тканинах голови на еквімолярній суміші моноцукрів та відсутність змін у тканинах тораксу. По-
казано, що підгодівля бджолиних колоній в безвзятковий період 30 % розчином цукру викликає підвищення ак-
тивності каталази у бджіл-фуражирів, тоді як підгодівля 30 % розчинами моноцукрів (глюкоза, фруктоза) та
60 % розчином цукру призводить до її зниження у всіх досліджуваних тагмах (голова, торакс, черевце) бджіл.
Встановлена тагмоспецифічна відповідь організму бджоли на різні види вуглеводної дієти: в тканинах черевця
всіх експериментальних груп відбувалось зменшення активності каталази порівнянно з підгодівлею 30 % роз-
чином цукру (підготовчий етап), тоді як в тканинах тораксу та голови активність каталази залежала від
виду вуглеводної дієти. Виявлено, що форма надходження вуглеводу (дисахарид чи
References
Gaifullina LR, Saltykova ES, Nikolenko AG. Structure and mechanisms of humoral immunity of insects [Strukura i mehanizmy gumoral'nogo immuniteta nasekomyh]. Uspekhi sovremennoi biologii. 2006; 126 (6): 617–629. (In Russian)
Rovenko BM. Features of the metabolism of carbohydrates with their limitation and excess in the nutrient medium for Drosophila melanogaster [Osoblyvosti obminu vuhlevodiv u Drosophila melanogaster pryyikh obmezhenni ta nadlyshku v zhyvylnomu seredovyshchi]: abstract. Ph.D. thesis on Biology: 03.00.04: Chernivtsi, 2016; 21. (in Ukrainian)
Saltykova ES Biochemical mechanisms of adaptation to bitoxybacillin in the ontogeny of holometabola insects [Biohimicheskie mehanizmy adaptacii k bitoksibacillinu v ontogeneze nasekomyh holometabola]: abstract. D. thesis on Biology: 03.00.04: Ufa, 2009: 45 (In Russian).
Saltykova ES, Gaifullina LR, Nikolenko AG. Change in the threshold of sensitivity of Apis mellifera to the action of the pathogen in different periods of fasting [Izmenenie poroga chuvstvitel'nosti Apis mellifera k dejstviju patogena v razlichnye periody golodanija]. J.Evol. Biochem. Physiol. 2008; 44 (4): 409–416. (In Russian).
Fedoriak MM, Tymochko LI, Kulmanov OM, Shkrobanets AV, Zhuk Dron Yu. S, Deli OF, Podobivskiy SS, Melnychenko GM, Leheta UV, Kholivchuk AM. Results of annual honey bee colony losses survey in Ukraine: winter 2017-2018. Biolohichni systemy. 2019; 11(1): 60–70.doi:10.31861/biosystems2019.01
Yazlovitska LS, Kosovan MD, Cherevatov VF, Volkov RA. The catalase activity of Apis mellifera L. upon summer feeding with varying carbohydrate diet. Biolohichni systemy. 2016; 8 (2): 182–188. doi:10.31861/biosystems2016.02
Aebi H. Catalase in vitro. Methods Enzymol. 1984; 105: 121–126. doi:10.1016/S0076-6879(84)05016-3
Almasri H, Tavares DA, Pioz M, Sené D, Tchamitchian, S, Cousin, M, Brunet JL, Belzunces, LP. Mixtures of an insecticide, a fungicide and a herbicide induce high toxicities and systemic physiological disturbances in winter Apis mellifera honey bees. Ecotox. Environ. Safe. 2020; 203. doi:10.1016/j.ecoenv.2020.111013.
Ashford DA, Smith WA, Douglas AE. Living on a high sugar diet: the fate of sucrose ingested by a phloemfeeding insect, the pea aphid Acyrthosiphon pisum. J. Insect Physiol. 2000; 46: 335–34.
Aurori CM, Buttstedt A, Dezmirean DS, Mărghitaş LA, Moritz RFA, Erler S. What is the main driver of ageing in long-lived winter honeybees: antioxidant enzymes, innate immunity, or vitellogenin?. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2014; 69 (6): 633–639. doi:10.1093/gerona/glt134
Badiou- Bénéteau A, Carvalho SM, Brunet J-L, Carvalho GA., Buleté A, Giroud B, Belzunces LP. Development of biomarkers of exposure to xenobiotics in the honey bee Apis mellifera: application to the systemic insecticide thiamethoxam. Environ. Safe. 2012; 82: 22–31. doi: 10.1016/j.ecoenv.2012.05.005
Barker RJ. Some carbohydrates found in pollen and pollen substitutes are toxic to honeybees. J Nutr. 1977; 107: 1859–1862.
Blatt J, Roces F. Haemolymph sugar levels in foraging honeybees (Apis mellifera carnica): dependence on metabolic rate and in vivo measurment of maximal rates of trehalose synthesis. J Exp. Biol. 2001; 204 (15): 2709–2716.
Bradford MM. 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.
Brodschneider R, Crailsheim K. Nutrition and health in honey bees. Apidologie. 2010; 41: 278–294. doi: 10.1051/apido/2010012
Cervoni MS, Cardoso-Júnior CAM, Craveiro G, Souza A de O, Alberici L C, Hartfelder K. Mitochondrial capacity, oxidative damage and hypoxia gene expression are associated with agerelated division of labor in honey bee (Apis mellifera L.) workers. J. Experiment. Biology. 2017; 220: 4035–4046 doi:10.1242/jeb.161844
Cilia G, Fratini F, Tafi E, Mancini S, Turchi B, Sagona S, Cerri D, Felicioli A & Nanetti A. 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 GE. Genes of the antioxidant system of the honey bee: annotation and phylogeny. Insect Mol. Biol. 2006; 15 (5): 687–701. doi:10.1111/j.1365-2583.2006.00695.x
Dainat B, Evans JD, Chen YP, Gauthier L, Neumann P. Predictive Markers of Honey Bee Colony Collapse PLoS ONE. 2012; 7 (2): e32151. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0032151
Engel P, Kwong WK., McFrederick Q, Anderson KE, Barribeau SM, Chandler JA, Cornman RS, Dainat J, de Miranda JR, Doublet V, Emery O, Evans JD, Farinelli L, Flenniken ML, Granberg F, Grasis JA, Gauthier L, Hayer J, Koch H, Kocher S, Martinson VG, Moran N, Munoz-Torres M, Newton I, Paxton RJ, Powell E, Sadd BM, Schmid-Hempel P, SchmidHempel R, Song SJ, Schwarz RS, vanEngelsdorp D, Dainat B. 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
Frias BED, Barbosa CD, Lourenço AP. Pollen nutrition in honey bees (Apis mellifera): impact on adult health. Apidologie. 2016; 47 (1): 15–25. doi:10.1007/s13592-015-0373-y
Frizzera D, Del Fabbro S, Ortis G, Zanni V, Bortolomeazzi R, Nazzi F, Annoscia D. Possible side effects of sugar supplementary nutrition on honey bee health. Apidologie. 2020; 51 (4): 594–608. doi:10.1007/s13592-020-00745-6
Goulson D, Nicholls E, Botias C, Rotheray EL. Bee declines driven by combined stress from parasites, pesticides, and lack of flowers. Science, 2015; 347 (6229): 12559571–12559579. doi:10.1126/science.1255957
Hroncova Z, Havlik J, Killer J, Doskocil I, Tyl J. Variation in honey bee gut microbial diversity affected by ontogenetic stage, age and geographic location. PLoS ONE. 2015; 10 (3): 1–17 doi: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0118707
Jennette MR. High Fructose Corn Syrup DownRegulates the Glycolysis Pathway in Apis mellifera. Bridgewater State University. 2017; 35. http://vc.bridgew.edu/honors_proj/225
Johnson RM, Mao W, Pollock HS, Niu G, Schuler MA, Berenbaum MR. Ecologically appropriate xenobiotics induce cytochrome P450s in Apis mellifera. PLoS ONE. 2012; 7 (2): 1–9.: e31051. doi: 10.1371/journal.pone.0031051
Kunc M, Dobeš P, Hurychová J, Vojtek L, Poiani SB, Danihlík J, Havlík J, Titˇera D, Hyršl P. The Year of the Honey Bee (Apis mellifera L.) with Respect to Its Physiology and Immunity: A Search for Biochemical Markers of Longevity. Insects. 2019; 10: 244. doi:10.3390/insects10080244
LeBlanc BW, Eggleston G, Sammataro D, Cornett C, Dufault R, et al.) Formation 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
Mao W, Schuler MA, Berenbaum MR. Honey constituents up-regulate detoxification and immunity genes in the western honey bee Apis mellifera. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013; 110 (22): 8842–8846. doi: 10.1073/pnas.1303884110
Margotta JW, Roberts P, Elekonich MM. 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. Supplemental carbohydrates influence abiotic stress resistance in honey bees. J. Apic. Res. 2018; https://doi.org/10.1080/00218839.2018.1494912
Neov B, Georgieva A, Shumkova R, Radoslavov G, Hristov P. Biotic and Abiotic Factors Associated with Colonies Mortalities of Managed Honey Bee (Apis mellifera) Diversity. 2019; 11 (237): 1–16. doi:10.3390/d11120237
Nikolenko AG, Saltykova ES, Gaifullina LR. Molecular mechanisms of antioxidant protective processes in honeybee Apis mellifera Farooqui T. Oxidative stress in vertebrates and invertebrates: molecular aspects on cell signaling / T. Farooqui, A. A. Farooqui, editors. - New Jersey; Published by John Wiley & Sons. 2012; 279–294.
Papežíková, I., Palíková, M., Syrová, E., Zachová, A., Somerlíková, K., Kováčová, V., Pecková, L. Effect of Feeding Honey Bee (Apis mellifera Hymenoptera: Apidae) Colonies With Honey, Sugar Solution, Inverted Sugar, and Wheat Starch Syrup on Nosematosis Prevalence and Intensity. J. of Economic Entomology. 2019; XX (XX): 1–8. doi:10.1093/jee/toz251
Rovenko BM, Lushchuk OV, Lozinsky OV, Kubrak OI, Lushchuk VI. 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, Finely J, Sanz M. Carbohydrate 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
Smart M, Pettis J, Rice N, Browning Z, Spivak M. Linking measures of colony and individual honey bee health to survival among apiaries exposed to varying agricultural land use. PLoS ONE. 2016; 11 (3): e0152685. doi:10.1371/journal.pone.0152685
Sammataro D, Weiss M. Comparison of productivity of colonies of honey bees, Apis mellifera, supplemented with sucrose or high fructose corn syrup. J. Іnsect Sci. 2013; 13: 1–13. doi:http://dx.doi.org/10.1673/031.013.1901
Weirich G, Collins A, Williams V. Antioxidant enzymes in the honey bee, Apis mellifera. Apidologie. 2002; 33 (1): 3–14. doi : 10.1051/apido:2001001
Wheeler M, Robinson G. Diet-dependent gene expression in honey bees: honey vs. sucrose or high fructose corn syrup. Sci. Rep. 2014; 4: 1–5. doi: 10.1038/srep05726
