Еще в 30-х годах XX в. была доказана теснейшая взаимосвязь между пчелами и содержанием металлов в окружающей среде (Е. Крейн, 1984), хотя большинство тяжелых металлов при определенных концентрациях необходимы для жизнедеятельности живых организмов. Однако из-за значительного содержания в почве они в избыточном количестве накапливаются в растениях, от которых по трофической цепи передаются пчелам и далее через продукты пчеловодства людям, что грозит последним отравлением и другими серьезными заболеваниями. В ряде регионов России техногенное воздействие на агропромышленное производство достигло таких масштабов, что это можно рассматривать как проблему глобального экологического кризиса и угрозу национальной безопасности.
Чрезвычайный ущерб пчеловодству наносит применение инсектицидов (М.Д.Левин, 1971), что заключается не только в гибели отдельных семей, но и главным образом в ослаблении силы значительного их числа. Не исключена опасность попадания пестицидов в продукты пчеловодства и при использовании химически синтезированных препаратов для борьбы с болезнями пчел. Не случайно во многих странах мира ужесточаются требования государственных нормативных документов к качеству продуктов пчеловодства, в связи с чем для лечения болезней пчел запрещено использовать антибиотики.
Работами НИИ пчеловодства убедительно доказано, что чистота продуктов пчеловодства зависит от времени сбора, видового состава растений и места расположения пасеки (Т.М.Русакова, В.М.Мартынова, 1999; Л.В.Репникова, Ю.Н.Кирьянов, 1999). На качество продуктов пчел также влияют возраст сота и использование его пчелами для выращивания расплода, размещения пыльцы и перги. Воск с годами аккумулирует тяжелые металлы и пестициды, которые отрицательно действуют на организм пчел и качество всех продуктов (М.Г.Санферд, Р.А.Хупингарнер, 1992). В сотах, на протяжении трех лет использовавшихся пчелами для выращивания расплода, радиоактивного цезия было в 9,4 раза больше по сравнению с сотами, в которых пчелы размещали только мед (С.Ф.Розанов, 1999). В свежеотстроенных сотах присутствует лишь незначительное количество радиоизотопов цезия, а в старых его содержание достигает максимальных доз загрязнения (М.А.Алексеминер, Л.И.Боднарчук, В.П.Кубайчук, 1997). Установлены глубоко достоверные различия и в степени загрязнения продуктов пчеловодства (Т.М.Русакова, В.М.Мартынова, 1999; Е.А.Мурашова, 2002). В связи с этим актуальнейшими проблемами остаются: улучшение методов определения токсических веществ и других факторов, от которых зависит качество и безопасность продуктов пчеловодства для человека; совершенствование ГОСТов и ТУ на эти продукты; разработка рекомендаций по размещению пасек.
Наши исследования посвящены изучению динамики продвижения тяжелых металлов по трофической цепи: почва — растение — тело пчелы — продукты пчеловодства. Их проводили в ряде районов Рязанской и других областей. Анализ экспериментальных данных, полученных за два года, показал, что концентрация тяжелых металлов в учтенных медоносных растениях достоверно уменьшается по сравнению с их содержанием в почве. Так, на этапе почва — растение установлено снижение меди почти в 3 раза; цинка в 2,5 раза; кадмия в 1,5 раза; свинца более чем в 20 раз. Различия во всех случаях высоко достоверны.
Наличие тяжелых металлов в теле пчел по отношению к их количеству в растениях, с которых были собраны нектар и пыльца, по некоторым металлам закономерно возрастало или оставалось на уровне их содержания в растениях. Так, количество меди в теле пчел увеличилось в 3,25 раза, а цинка — в 1,97 раза по сравнению с этим показателем в тканях растений, тогда как наличие свинца в теле пчел находилось на уровне его содержания в растениях.
Была поставлена задача выявить основной механизм и основные факторы, определяющие накопление тяжелых металлов в организме пчел. В результате установлено, что содержание исследуемых тяжелых металлов в теле насекомых закономерно возрастает с увеличением их возраста, то есть в течение жизни они накапливаются в их организме. Так, в теле молодых (трехдневных) пчел не были обнаружены свинец, ртуть, кадмий и мышьяк, а количество цинка и меди оказалось достоверно ниже, чем в растениях (соответственно 11,45 и 3,41 мг/кг).
Достаточно резко содержание тяжелых металлов в теле пчел увеличивается в первые две недели жизни, то есть когда они выполняют цикл внутриульевых работ (главным образом выращивают расплод и строят соты). В указанном возрасте количество цинка достигает 103,9 мг/кг, а меди — 39,7 мг/кг, что соответственно в 9,1 и 11,6 раза больше, чем в теле молодых особей. В этом же возрасте в организме насекомых зафиксированы и кадмий, и свинец. Переход пчел к сбору нектара и пыльцы приводит к увеличению содержания в их организме тяжелых металлов, но не столь резко. Так, у пчел в возрасте 25 сут количество цинка и меди возрастает, но лишь на 63 и 41% соответственно по сравнению с наличием этих элементов у пчел из тех же семей, но в возрасте 15 сут. В этом же возрасте отмечено максимальное содержание в организме пчел свинца и кадмия (1,9 и 0,73 мг/кг соответственно).
Первоначально рабочую гипотезу строили на том, что тяжелые металлы в теле пчел в основном накапливаются в период сбора и переработки нектара и пыльцы. Однако приведенные выше данные не подтверждали ее. Для уточнения поставили специальный опыт. Сформировали три группы по пять нуклеусных семей в каждой. Они состояли из равного числа молодых пчел трех—пятидневного возраста, полученных в изоляторах и перемешанных между собой, то есть выравненных по физиологическому состоянию и происхождению. Семьи поместили в отдельные секции изолятора и подсадили к ним молодых плодных маток, выведенных от одной матери. Пчелы первой группы получали чистый 65%-ный сахарный сироп, второй — только мед из одной семьи, третьей группы — мед и пергу из тех же семей, что и особи второй группы (для обеспечения выравненности уровня тяжелых металлов в каждой группе). Содержание тяжелых металлов определяли у пчел в возрасте 3–5, 13–15 и 23–25 сут.
Питание насекомых в течение 20 сут сахарным сиропом не привело к существенным изменениям в их теле количества исследуемых металлов. Колебания находились в пределах точности измерения показателей. Пребывание на безбелковой диете в продолжение указанного периода привело практически к полной гибели пчел. Они вырастили в 14 раз меньше расплода, чем пчелы, получавшие мед и пыльцу.
Не установлено достоверного увеличения содержания тяжелых металлов в теле пчел, питавшихся в течение 20 сут только медом. Продолжительность их жизни была достоверно выше, чем у пчел, получавших сахарный сироп, но они вырастили расплода за это время в 4,3 раза меньше, чем пчелы, питавшиеся и медом, и пыльцой.
Потребление молодыми пчелами большего количества перги привело к увеличению тяжелых металлов в их теле. Так, содержание цинка возросло в 12,3 раза, меди — в 14,2 раза по сравнению с их количеством в теле пчел в возрасте 3–5 сут. Мышьяк, кадмий и ртуть не зафиксированы, а уровень свинца возрос от 0 до 1,5 мг/кг.
Из исследованных продуктов (мед, воск, пыльца, перга, прополис и маточное молочко) в меде и маточном молочке присутствовало меньше всего тяжелых металлов. В 89 образцах меда содержание цинка, меди и свинца было достоверно меньше, чем в прополисе, пыльце, теле пчел, растениях и почве. Так, в меде цинка было меньше почти в 153 раза, меди в 43 раза, кадмия в 19 раз, а свинца в 2,4 раза, чем в телах пчел из тех же семей. Из выше перечисленных продуктов больше всего тяжелых металлов присутствовало в прополисе и пыльце.
Достоверные различия в содержании тяжелых металлов в меде, пыльце, прополисе определяются в первую очередь их биохимическим составом, процессами образования и механизмами переработки пчелами. Так, по зольности меда и пыльцы различия составляют 13 раз, по содержанию белка 65–325 раз, по наличию липидной фракции 8 раз. Мед содержит 95–99% углеводов от сухого вещества, переваримость которых в организме пчел доходит до 99,59%, а пыльца дает в 1500 раз больше непереваримых веществ, чем мед.
В нектаре растений преобладают глюкоза, фруктоза и сахароза. Усваивая из воздуха диоксид углерода, из почвы воду, а также используя солнечную энергию, растения образуют углеводы, которые поступают к нектарникам и используются при секреции нектара. Следует помнить, что забираемая пчелой порция нектара формируется всего за несколько часов, ведь продолжительность нектаровыделения цветка очень короткая. Так, цветок гречихи и огурца нектароносит один день, фацелии и подсолнечника — два дня. Кроме того, у нектарников различных растений наблюдается суточный ритм деятельности. Например, цветок гречихи продуцирует нектар только в утренние часы. Все отмеченное выше определяет минимальное количество тяжелых металлов в нектаре по сравнению с пыльцой, которая формируется в течение нескольких дней из совершенно иных компонентов (липидов, белков, углеводов и др.). В нектаре, отобранном из медовых зобиков пчел, тяжелых металлов было меньше в 2,5–3000 раз, чем в цветочной пыльце (обножке) пчел из тех же семей.
Установлены также достоверные различия уровня свинца в нектаре из медового зобика пчел и приготовленного из него меда. Например, свинца в нектаре, вносимого пчелами в улей, было в среднем 0,69±0,033 мг/кг, а в меде той же семьи 0,43±0,057 мг/кг. Выявленные различия достоверны (Р=0,99) и, по-видимому, определяются тем, что пчелы, перерабатывая нектар в мед, отцеживают из нектара значительное количество пыльцевых зерен, в которых тяжелых металлов достоверно больше, чем в нектаре. Именно за счет уменьшения ее содержания в зрелом меде достоверно снижается количество тяжелых металлов в нем.
Частично тяжелые металлы аккумулируются в жировом теле и других структурах тела пчелы. Некоторое их количество удаляется экскреторными органами.
В воске присутствует сравнительно немного тяжелых металлов. Концентрация последних в прополисе может быть такой же, как в почве и растениях, а в ряде случаев и выше. Это связано с тем, что они поступают в прополис из почвы при секреции растениями смолообразных веществ, а это длительный процесс. Наряду с этим растения могут аккумулировать летучие вещества из воздуха за счет высокой концентрации сухих веществ.
На качество продуктов пчеловодства значительно влияет удаленность семьи от источника загрязнения. Для изучения данного фактора провели специальный эксперимент. Две группы пчел, в каждую из которых входили по пять семей-аналогов, в одно и то же время собирали пыльцу (обножку) преимущественно с одуванчика. Первую группу разместили на расстоянии 150 м от оживленной автомагистрали Москва — Самара, вторую — в 1 тыс. м от нее. Из отобранных проб механически (по цвету) отделили пыльцу одуванчика и исследовали. В продукте, собранном пчелами в 150 м от автомагистрали, содержание свинца было в среднем 1,56±0,031 мг/кг, а в 1 тыс. м — всего 0,03±0,0067 мг/кг, то есть в 52 раза меньше (разница высоко достоверна, Р>0,999). После 10 сут эксперимента отобрали пробы пчел, возвращавшихся с поля с обножкой и определили количество свинца в их телах. Различия также оказались значительными — 3,22±0,092 и 0,21±0,017 мг/кг соответственно (разница высоко достоверна, Р>0,999). Кроме того, выявлено, что в организме пчел, собиравших пыльцу, высоко достоверно возрастает содержание свинца.
Исследования показали:
1. Из продуктов пчеловодства самым экологически чистым является мед, а прополис, пыльца и перга — наиболее загрязненными.
2. Максимальная чистота меда определяется его биохимическим составом (преимущественно углеводами, выделяющимися секреторными клетками нектарников в течение нескольких часов) и тщательным отцеживанием пыльцевых зерен от нектара промежуточным клапаном в медовом зобике пчел.
3. 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.
4. Пчелы, пыльца, перга и прополис могут служить объективными индикаторами экологической чистоты окружающей среды и содержания тяжелых металлов.
5. При получении цветочной пыльцы и перги необходимо тщательно подбирать экологически чистые территории. Семьи для производства пыльцы и перги нельзя размещать на расстоянии менее 1 тыс. м от крупных автомагистралей — это приведет к недопустимому содержанию свинца в указанных продуктах.
В.И.ЛЕБЕДЕВ, Е.А.МУРАШОВА
Научно-исследовательский институт пчеловодства,
Рязанская государственная
сельскохозяйственная академия
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
