Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ И ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ КОРМОВ ДЛЯ ПЧЕЛ И ШМЕЛЕЙ, ПРОДУКТОВ ПЧЕЛОВОДСТВА И ДРУГИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ НА ИСКУССТВЕННЫХ МИКРОКОЛОНИЯХ ШМЕЛЕЙ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к пчеловодству, шмелеводству и оценке качества сельскохозяйственной продукции.

Цветочная пыльца, мед и другие продукты пчеловодства традиционно являются элементами здорового питания человека, компонентами лекарственных средств и пищевых добавок. Кроме того, они используются при приготовлении кормов для медоносных пчел, шмелей и других животных. Между тем, по результатам биотестов на шмелях, около 10% образцов пчелиной обножки, продающейся на российском рынке, непригодно в пищу, а еще 10% характеризуется пониженной питательной ценностью (Лопатин А.В., Сыромятников М.Ю. Оценка качества цветочной пыльцы, собранной медоносной пчелой, с использованием биотестов на рабочих особях земляного шмеля // Природничий альманах. Бiологiчнi науки. 2013. Т. 19. С. 157-166). Загрязненное патогенными микроорганизмами или токсинами сырье может вызвать трудноизлечимые болезни человека. Использование некачественной пыльцы при приготовлении кормов для пчел и шмелей ведет к значительному снижению рентабельности производства.

Для оценки питательной ценности, определения присутствия ядов и болезнетворных микроорганизмов требуется проведение многочисленных дорогостоящих и малодоступных химических и микробиологических анализов. Каждый из физико-химических методов оценки содержания питательных веществ и токсинов позволяет выявить узкий спектр веществ определенного химического класса. В микробиологии для выявления патогенных микроорганизмов используются посевы на селективные питательные среды и другие методы, позволяющие обнаружить микроорганизмы только определенных систематических групп. Между тем, насчитываются сотни пестицидов, других ядовитых веществ и видов патогенных микрооганизмов, которые могут попасть в продукты пчеловодства и другие пищевые и кормовые субстраты.

Биологические тесты, позволяющие выявить широкий спектр свойств тестируемых субстратов, - достаточно доступный и надежный способ комплексной оценки качества продуктов пчеловодства и др. пищевых продуктов. Биологическое тестирование на искусственных микроколониях, состоящих из рабочих особей земляного шмеля, предлагается использовать для оценки качества пищевых продуктов и кормов для животных по комплексу значимых для питания человека и животных параметров (содержанию белков, витаминов и других питательных веществ, а также токсинов различного происхождения, в том числе пестицидов, бактериальных токсинов и других ядов и патогенных микроорганизмов). Биологическое тестирование проводится по оригинальной методике с использованием специально разработанных критериев и индексов. Основной недостаток биотестов на шмелях - относительно длительные сроки выполнения и трудоемкость работ.

Известно, что в отсутствии матки рабочие особи шмелей в состоянии отложить яйца уже на 5 день после отрождения из куколок (, P.-F., , I., Honk, C.G.J, van. Evidence for inhibition of carpora allata activity in workers of Bombus terrestris by a pheromone from the queen's mandibilar glands // Experientia. 1981. 37 (4). P 348-351). Они выращивают расплод, состоящий только из гаплоидных самцов (Regali A., Rasmont P. Nouvelles de test pour du alimentaire chez des colonies orphelines de Bombus terrestris (L) (Hymenoptera, Apidae) // Apidologie. 1995. 26. P. 273-281). Содержание различных видов пчел (в том числе шмелей) в контролируемых условиях используется при проведении научных исследований сложных форм поведения насекомых и выращивания насекомых-опылителей (Лопатин А.В. Лабораторное содержание и разведение примитивно-эусоциальных пчел (Hymenoptera, Halictidae, Apidae) для биологических исследований и опыления сельскохозяйственных культур // Состояние и проблемы экосистем среднерусской лесостепи. - Воронеж, 2008. С. 99-105. (Тр. биол. учеб. - науч. центра ВГУ "Веневитиново"; Вып. XXI)). Для выращивания шмелей на начальных стадиях существования колонии необходима температура 27.5-28.5°С и влажность воздуха 55-65% (Ащеулов В.И. Шмели - опылители сельскохозяйственных растений в теплицах. Иваново, 2001. 233 с.).

Известны способы оценки качества цветочной пыльцы с использованием безматочных колоний шмелей (Regali A., Rasmont P. Nouvelles de test pour du alimentaire chez des colonies orphelines de Bombus terrestris (L) (Hymenoptera, Apidae) // Apidologie. 1995. 26. P. 273-281; Tasei J.-N., Aupinel P. Nutritive value of 15 single pollens and pollen mixes tested on larvae produced by bumblebee workers (Bombus terrestris, Hymenoptera: Apidae) // Apidologie. 2008. Vol. 39, №4. P. 397-409.). Известны способы использования лабораторных микроколоний шмелей для оценки токсичности инсектицидных белков трансгенных растений (Babendreier D., Reichhart В., Romeis J., Bigler F. Impact of insecticidal proteins expressed in transgenic plants on bumblebee microcolonies // Entomologia Experimentalis et Applicata. 2008. 126. P. 148-157.) и пыльцы с различным содержанием питательных веществ (Vanderplanck М., Moerman R., Rasmont P., Lognay G., Wathelet В., et al. How Does Pollen Chemistry Impact Development and Feeding Behaviour of Polylectic Bees? // PLoS ONE. 2014. 9(1): e86209. doi:10.1371/journal.pone.0086209.).

Недостатком перечисленных выше способов являются трудоемкость, непроработанные методики содержания экспериментальных и контрольных групп животных и количественной оценки влияния качества тестируемых субстратов на шмелей.

Авторами настоящего изобретения было опубликовано практическое исследование оценки качества пыльцы на микроколониях шмелей (А.В. Лопатин, М.Ю. Сыромятников. Оценка качества цветочной пыльцы, собранной медоносной пчелой, с использованием биотестов на рабочих особях земляного шмеля // Природничий альманах. В. 19/ Изд. «Тiмекс». - 2013 - с. 157-166), где было показано влияние качества пыльцы на скорость развития и численность расплода шмелей при кормлении данной пыльцой. Однако в работе также использовались биохимические исследования и световая микроскопия для окончательного вывода о качестве продукта, и не была предложена удобная в использовании система присвоения и суммирования баллов, необходимая для оценки, основанная исключительно на биологическом тестировании.

Задачей изобретения является выявление малопитательных и опасных для человека и сельскохозяйственных животных пищевых компонентов биологическим тестированием.

Технический результат заключается в разработке комплекса критериев для оценки питательной ценности и наличия опасных примесей в кормах, продуктах пчеловодства на основе количественной оценки состояния микроколоний земляного шмеля, получающих корма с тестируемыми субстратами.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки токсичности и питательной ценности кормов для пчел и шмелей, продуктов пчеловодства и других пищевых продуктов (например, плодов и семян растений, сахара и продуктов приготовленных на его основе) на искусственных микроколониях шмелей, включающем использование не менее 7 микроколоний, состоящих не менее, чем из 2 рабочих особей шмелей, скармливание им оцениваемого субстрата, оценку питательной ценности и содержания токсических веществ по скорости развития микроколонии и численности расплода, согласно изобретению, оценка питательной ценности и содержания токсических веществ производится на основе суммы балов по четырем критериям, где дополнительными критериями являются смертность рабочих шмелей и личинок; по каждому из четырех критериев присваиваются баллы от 0 до 2 в зависимости от степени достижения оптимальных показателей, причем по критерию «скорость развития микроколонии» 0 - через 4 недели средний индекс развития расплода менее 4.0, к 5 неделе ср. индекс развития расплода составляет менее 4.6, к 6-8 неделе в части садков самцы не отрождаются; 1 - через 4 недели средний индекс развития расплода составляет от 4.0 до 4.7 и достигает 5 через 6-7 недель; 2 - через 4 недели средний индекс развития расплода составляет от 4,1 до 5.0 и достигает 5 через 5 недель, где индекс развития расплода в 0 баллов соответствует отсутствию расплода; 1 - яйца и мелкие до 5 мм личинки; 2 - среднего размера от 5 до 10 мм личинки; 3 - крупные более 10 мм личинки; 4 - куколки; 5 - молодые взрослые особи; по критерию «численность расплода» 0 - средняя численность самцов и куколок менее 6 экземпляров на одну микроколонию шмелей; 1 - средняя суммарная численность самцов и куколок от 6 до 10; 2 - средняя суммарная численность самцов и куколок более 10;

по критерию «смертность рабочих шмелей» 0 - при не менее чем 20% смертности к концу 8 недели; 1 - при смертности 10-19%; 2 - при смертности менее чем 10%;

по критерию «смертность личинок» 0 - средняя смертность не менее 3.0 экземпляров на микроколонию в неделю; 1 - от 1.0 до 2.9 экземпляров на микроколонию в неделю; 2 - менее 1.0 экземпляра на микроколонию в неделю; набранные баллы суммируются, при этом если их количество не меньше 7, то субстрат обладает высокой питательной ценностью, опасные примеси отсутствуют, если от 4 до 6, то субстрат обладает пониженной питательной ценностью или присутствует незначительное количество вредных примесей, а если не более 3, то питательная ценность субстрата низкая или в нем присутствует значительное количество вредных примесей.

Для оценки по критерию «скорость развития колоний шмелей» на протяжении всего эксперимента (6-8 недель) используется «индекс развития расплода». Индекс зависит от скорости развития овариев взрослых особей, а также скорости развития личинок и куколок шмелей и отражает стадию развития потомства шмелей от яйца до взрослых самцов, при этом 0 баллов соответствует отсутствию расплода; 1 - яйца и мелкие до 5 мм личинки; 2 - среднего размера от 5 до 10 мм личинки; 3 - крупные более 10 мм личинки; 4 - куколки; 5 - молодые взрослые особи.

Оценка по критерию «скорость развития колоний шмелей» проводится на 4-8 неделе, при этом 0 баллов присваивается группам, в которых ни в одном садке личинки к 8 неделе не достигают стадии куколки, или отдельные личинки достигают стадии куколки, часть из них гибнет, из некоторых куколок к 7-8 неделе отрождаются самцы (как правило, мелкие и ослабленные), а также группам, в которых к 4 неделе ср. индекс развития расплода составляет менее 4.0, к 5 неделе ср. индекс развития расплода составляет менее 4.6, к 6-8 неделе в части садков самцы не отрождаются (группы с низкой скоростью развития), 1 - через 4 недели самцы отрождаются в не более чем в 40% садков (ср. индекс развития расплода составляет 4.0-4.7), во всех садках самцы отрождаются к 6-7 неделе (группы со средней скоростью развития), 2 - самцы через 4 недели отрождаются в 14-100% садков (ср. индекс развития расплода 4.1-5.0), а во всех садках к 5 неделе (группы с высокой скоростью развития);

Оценка по критерию «смертность рабочих шмелей» проводится на момент отрождения самцов или к 8 неделе эксперимента, если самцы не отрождаются, при этом 0 баллов соответствует смертности не менее 20% (группы с высокой смертностью), 1 - смертности 10-19% (группы со средней смертностью), 2 - смертности менее 10% (группы с низкой смертностью).

Оценка по критерию «смертность личинок шмелей» проводится на 3-8 неделе эксперимента, при этом 0 баллов соответствует средней смертности на одну микроколонию шмелей не менее 3.0 экземпляров (экз.) в неделю (группы с высокой смертностью), 1 - средней смертности 1.0-2,9 экз. в неделю на одну микроколонию (группы со средней смертностью); 2 - средней смертности менее 1.0 экз. в неделю на одну микроколонию (группы с низкой смертностью).

Оценка по критерию «численность расплода» проводится после отрождения первых самцов в садке (не ранее 3 недели эксперимента), при этом 0 баллов соответствует средней суммарной численности самцов и куколок менее 6 экз. на одну микроколонию шмелей (группы с низкой численностью расплода), 1 - средней суммарной численности самцов и куколок 6-10 экз. на одну микроколонию (группы со средней численностью расплода); 2 - средней суммарной численности самцов и куколок более 10 экз. на одну микроколонию (группы с высокой численностью расплода).

При этом сумма баллов, набранных при тестировании, служит оценкой степени токсичности, зараженности патогенными микроорганизмами и питательной ценности тестируемого субстрата:

- сумма 7-8 баллов соответствует высокой питательной ценности для шмелей и отсутствию опасных примесей,

- снижение количества набранных баллов до 4-6 классифицируют как пониженную питательную ценность или незначительное количество вредных для шмелей примесей,

- снижение до 0-3 - как низкую питательную ценность или значительное количество вредных для шмелей примесей.

На Фиг.1 приведена таблица 1 «Способ оценки токсичности и питательной ценности кормов...».

Продолжительность биологического тестирования кормов, имеющих высокую питательную ценность, составляет 4-5 недель, продолжительность тестирования кормов с низкой питательной ценностью или содержащих опасные для шмелей вещества или микроорганизмы составляет до 8 недель, редко до 9 и более недель.

Испытания данного способа были проведены в ООО «Технологии шмелеводства» для тестирования пчелиной обножки и овощей, выращенных в теплицах.

Способ реализуется следующим образом.

Для биологического тестирования формируются искусственные микроколонии, состоящие не менее чем из 2 рабочих особей шмелей. Рабочие особи шмелей извлекаются из крупных лабораторных колоний земляного шмеля (Bombus terrestris (L.)). Шмелей содержат в небольших садках. Размер садка зависит от численности экспериментальной колонии. Для улучшения вентиляции желательно использовать садки с сетчатым дном и крышкой. Для микроколоний, состоящих из 3-6 особей, оптимальная площадь дна садка - около 150 см², высота 5-10 см. Как правило, для оценки кормового субстрата достаточно групп, состоящих из 7-10 микроколоний, включающих 4 шмелей. Садки со шмелями размещаются в инсектарии с системой поддержания микроклимата. Оптимальная температура для содержания шмелей 27-29°С, относительная влажность воздуха 55-70%. Для контрольных групп шмелей углеводным кормом служит инвертированный сахарный сироп. Белковым кормом - пыльцевая паста, приготовленная из высококачественной обножки, собранной медоносной пчелой. Тестируемые водорастворимые субстраты скармливаются шмелям в составе углеводного корма. Нерастворимые в воде субстраты добавляются в белковый корм.