Оценка острой токсичности биоинсектицида Туринбаш-Ж для пчелы медоносной Apis mellifera mellifera L.
В решении проблемы продовольственной безопасности и дальнейшего развития сельского хозяйства особое значение приобретает повышение продуктивности агробиоценозов. Немаловажную роль в этом играют насекомые — опылители растений, так как 75% видов сельскохозяйственных культур в системах сельскохозяйственного и садоводческого производства являются энтомофильными. Энтомофильными культурами в мире занято больше половины обрабатываемых площадей, и они дают более одной трети продуктов питания. В Российской Федерации около 190 видов растений (без учета лекарственных и декоративных) нуждаются в опылении насекомыми.
Однако в результате антропогенного воздействия в последние десятилетия во всем мире наблюдается сокращение биомассы и биоразнообразия энтомофауны. Недавнее исследование, проведенное на охраняемых территориях в Германии, показало, что за последнюю четверть века биомасса летающих насекомых сократилась более чем на 75%. Еще большее сокращение наблюдается на неохраняемых территориях, особенно на землях сельскохозяйственного назначения, где применяются пестициды. В этих условиях роль медоносных пчел как основных опылителей растений продолжает возрастать. Преимущество использования пчел по сравнению с другими естественными опылителями состоит еще и в том, что пчелиная семья — это нескольких десятков тысяч особей, которых можно перевезти в нужное время к опыляемому участку.
Собирая нектар и пыльцу на посевах сельскохозяйственных культур, медоносные пчелы, также как и другие представители энтомофауны, подвергаются воздействию широко используемых в растениеводстве агрохимикатов. Применение различных химических веществ для борьбы с сорняками, насекомыми-вредителями и патогенами растений ориентировано в основном на минимизацию потерь урожая, однако они наносят существенный вред и популяциям нецелевых организмов, включая медоносных пчел. Различные виды пестицидов могут представлять собой остатки фунгицидов, остающихся в растении после обработки семян, гербицидов, распыляемых непосредственно на сорняки, и, что особенно опасно, инсектицидов, которые могут воздействовать на пчел в результате прямого распыления либо могут быть занесены в улей с воздушным потоком. Пчелы-фуражиры, собирая нектар и пыльцу с обработанных химикатами растений, несут их в улей, где они попадают в организм внутриульевых пчел и личинок. Отравление пестицидами является одной из основных причин массовой гибели пчелиных семей, наблюдаемой в разных странах мира.
Среди большого спектра пестицидов, применяемых в растениеводстве в настоящее время, наиболее опасными для пчел являются инсектициды, поскольку мишени их действия — представители класса насекомых. В настоящее время для борьбы с насекомыми-вредителями доступны инсектициды, принадлежащие к разным классам, в том числе пиретроиды, фосфороорганические соединения, карбаматы, неоникотиноиды, а также инсектициды растительного происхождения, которые специфически воздействуют на метаболизм насекомых, рост и воспроизведение.
Большинство инсектицидов обладают нейротоксическим действием, активируя или блокируя ацетилхолиновые рецепторы (например, неоникотиноиды), ингибируя ацетилхолинэстеразы (карбаматы) или нарушая функцию ионных каналов в мембранах нервных клеток (пиретроиды).
Доказано влияние инсектицидов на иммунитет пчел. Фосфороорганические соединения, а также инсектициды растительного происхождения влияют на дифференцировку гемоцитов, а следоватеьно, и на процесс фагоцитоза. Некоторые инсектициды воздействуют на процессы меланизации и метаболизма фенолоксидазы. Многие синтетические инсектициды усиливают окислительный стресс — это может серьезно повлиять на выработку ряда антимикробных пептидов у насекомых.
Пчелы чувствительны ко всем инсектицидам, но наиболее токсичными для этих нецелевых насекомых являются авермектины (LD 50 = 0,04 мкг/пчелу), неоникотиноиды (LD 50 = 0,03–3,6 мкг/пчелу) и пиретроиды (LD 50 = 0,07–1,3 мкг/пчелу). Ингибиторы ацетилхолинэстеразы и хлорорганические соединения также высокотоксичны для пчел, но их LD50, как правило, на порядок выше — в пределах 0,2–1,8 мкг/пчелу и 0,8–5,1 мкг/пчелу соответственно. Хотя некоторые аналоги ювенильного гормона могут быть очень токсичными для медоносных пчел (гидропрен и метопрен), как правило, эти и другие ингибиторы роста лишь умеренно токсичны для перепончатокрылых, имея LD50 в пределах 30–150 мкг/пчелу.
К. Traynor и др. (2016) исследовали наличие пестицидов внутри ульев на трех коммерческих пасеках на восточном побережье США. В отобранных образцах пчел, перги и воска выявлены остаточные количества 93 пестицидов: фунгицидов, гербицидов и инсектицидов. Только в каждом из образцов перги обнаружено от 5 до 20 различных видов пестицидов. Выявлена четкая взаимосвязь между гибелью семей и концентрацией пестицидов в гнезде пчел.
Однако в настоящее время отказ от использования средств защиты растений невозможен, поскольку насекомые и сорняки сельскохозяйственных культур являются причиной потери не менее половины мировых запасов продовольствия. Увеличение активности насекомых-вредителей вследствие глобального потепления приведет к еще большим потерям. Ученые подсчитали, что даже при безопасном сценарии ежегодные потери урожая пшеницы достигнут 59 млн т при нынешнем объеме производства в 749,4 млн т. Вместе с рисом и кукурузой потери составят около 213 млн т.
Всё это диктует необходимость более широкого внедрения биологических методов защиты растений. Энтомопатогены, в том числе бактерии, грибы и вирусы, могут дополнять или даже заменять использование химических пестицидов, повышая уровень смертности и замедляя развитие и размножение популяций насекомых-вредителей. Цель исследования — оценка токсического действия на медоносных пчел А. mellifera melliferaL. биологического инсектицида Туринбаш-Ж.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены в 2021 году в лаборатории пчеловодства ФГБОУ ВО «Башкирский ГАУ». При постановке экспериментов были использованы в качестве руководства «Методические рекомендации по оценке действия и потенциальной опасности пестицидов для медоносных пчел», утвержденные РАСХН и Департаментом ветеринарии Минсельхоза РФ, а также ГОСТ 33038-2014 и ГОСТ 33039-2014 «Методы испытаний химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды». В ходе исследований проводили оценку острой оральной токсичности и острой контактной токсичности действующего вещества препарата Туринбаш-Ж, разработанного ООО НВП «БашИнком» (Уфа, Россия).
Туринбаш-Ж — это инсектицид, действующим веществом которого является Bacillus thuringiensis subsp. aizawai (штамм 12К) и Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis (штамм ВНИИВЭА-177). Данный инсектицид эффективен против гусениц и личинок младших возрастов. Применяется для борьбы с вредителями овощных культур (колорадский жук, капустная моль), плодовых деревьев (плодовая и яблонная моль), лиственных пород деревьев (непарный шелкопряд), хвойных пород деревьев (сосновый шелкопряд, шелкопряд монашенка).
В качестве вещества сравнения использовали биологический фунгицид ВioSleep BW (Казань, Россия). В его состав входят бластоспоры гриба Beauveria bassiana (штамм OPB-43) (титр не менее 1 х 108 КОЕ/мл). Препарат обладает направленным действием против возбудителей болезней сельскохозяйственных культур (препарат BioSleep BW organic утвержден для использования в органическом сельском хозяйстве согласно Стандарту международных аккредитованных органов сертификации по органическому производству и переработке, эквивалетному регламентам ЕС № 834/2007 и № 889/2008).
В опыте использованы медоносные пчелы Apis mellifera mellifera L. карпатской породы. Рамки с расплодом были получены от одной семьи, которая размещалась на пасеке в Уфимском районе Республики Башкортостан. Семья была здоровой, бактериальных и вирусных инфекций не выявлено.
С помощью сетчатого изолятора были получены одновозрастные одно- и двухсуточные пчелы, используемые в эксперименте. Пчел помещали в чистые, хорошо вентилируемые деревянные садки (по 10 пчел в каждый) и содержали при температуре 23–25ºС и относительной влажности 60–70%. Всего в опыте использовали 10 групп пчел (по три садка в каждой группе).
В качестве подкормки пчелы получали сахарный сироп в концентрации 500 г/л (50% вес/объем). Контрольная группа получала чистый сахарный сироп без добавок, опытные группы — сахарный сироп с добавлением инсектицидов в соответствующих концентрациях (табл. 1).
При определении острой оральной токсичности пчел не кормили в течение двух часов перед опытом. Затем в садки опытных групп помещали кормушки, содержащие по 10 мл сахарного сиропа с тестируемой дозой инсектицида, в садки контрольной группы — сироп без добавок. Через четыре часа кормушки с инсектицидом удаляли из садка, строго фиксируя количество потребленного сахарного сиропа в опытных и контрольной группах. После завершения опытного кормления и до конца эксперимента пчелы всех групп получали чистый сахарный сироп в концентрации 500 г/л (50% вес/объем). Корм и воду предоставляли в неограниченном количестве (ad libitum).
Смертность пчел учитывали спустя 4 часа после начала теста и далее через каждые 24 часа до окончания опыта. В ходе эксперимента фиксировали все аномальные поведенческие реакции пчел опытных и контрольной групп.
В качестве статистического метода обработки данных использован пробит-анализ. По итогам эксперимента определена острая пероральная токсичность инсектицида Туринбаш-Ж (LD50, выраженная в КОЕ Bacillus thuringiensis subsp. Aizawai (штамм 12К) и Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis на пчелу).
Для теста на острую контактную токсичность также использовали молодых рабочих пчел одинакового возраста, которых содержали в деревянных садках при температуре воздуха 23–25ºС и относительной влажности 60–70%. В каждый садок заселяли по 10 пчел.
В качестве подкормки пчелы получали 50%-ный сахарный сироп. Корм и воду пчелам предоставляли в неограниченном количестве (ad libitum).
Анестезированных пчел опытных групп обрабатывали индивидуально путем нанесения микроаппликатором на верхнюю часть грудки каждой пчелы 1 мкл водного раствора инсектицидов в соответствующей концентрации (табл. 1). Пчелам контрольной группы на грудку наносили воду. После нанесения вещества пчел помещали в садок и обеспечивали сахарным сиропом и водой.
Смертность пчел учитывали спустя 4 часа после начала теста и далее через каждые 24 часа до окончания опыта. В ходе эксперимента фиксировали все аномальные поведенческие реакции пчел опытных и контрольной групп.
По итогам эксперимента определена острая контактная токсичность инсектицида Туринбаш-Ж LD50, выраженная в КОЕ Bacillus thuringiensis subsp. Aizawai (штамм 12К) и Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis на пчелу.
Результаты и обсуждение
При определении острой оральной токсичности через четыре часа, после того как корм с инсектицидом был удален из кормушки, гибели пчел в контрольной и опытных группах, получавших с кормом Туринбаш-Ж, не выявлено (табл. 2).
Не отмечено гибели также и через 24 часа. Через 48 часов в одном из садков 3-й группы погибла одна пчела, отход в этой группе составил 3,3%.
Через 72 часа регистрировали гибель пчел в двух садках в контроле (6,7%) и в одном садке в 3-й опытной группе, в 1-й и 2-й опытных группах отхода пчел не наблюдали. На 4-е сутки опыта (через 96 часов) отмечена гибель пчел практически во всех садках. Отход в контроле, а также в 1-й и 2-й опытных группах составил 13,3%, в 3-й — 16,7%.
По окончании эксперимента через 96 часов после подкормки сахарным сиропом с добавлением инсектицида Туринбаш-Ж смертность пчел в опытных группах не достигла уровня 50%. Максимальный показатель (16,7%) получен в 3-й опытной группе. Статистический анализ не выявил достоверных различий в показателях летальности пчел опытных и контрольной групп.
Оценка действия вещества сравнения на медоносных пчел показала, что при добавлении в корм инсектицида ВioSleep BW смертность к концу эксперимента составила при минимальной и средней концентрации 6,7%, при максимальной — 13,3%. Достоверных различий с контролем и группами, получавшими Туринбаш-Ж не выявлено.
Расход корма в контрольной и опытных группах находился на уровне 0,09–0,1 мл на группу пчел, или 0,009–0,01 мл/пчелу. Таким образом, в 1-й опытной группе каждая пчела получила с кормом дозу Туринбаш-Ж 2 х 105 КОЕ в перерасчете на действующее вещество, во 2-й — 5 х 105 КОЕ, в 3-й — 1 х 106 КОЕ.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что острая оральная токсичность действующего вещества пестицида Туринбаш-Ж составляет: LD50 > 1 х 106 КОЕ/пчелу; LK50 > 100 мл/л.
Аномальных поведенческих реакций пчел в контрольной и опытных группах не выявлено.
При контактном внесении препарата Туринбаш-Ж не выявлено его негативного влияния на медоносных пчел. Смертность в садках 1–3-й групп при обработке препаратом к концу эксперимента находилась в пределах 13–16,7% (табл. 3).
Достоверных различий с контролем по показателю летальности в этих группах не выявлено. Также не выявлена зависимость показателя летальности пчел от дозы препарата. Не отмечено и достоверных различий в смертности пчел при сравнительном изучении препарата Туринбаш-Ж и вещества сравнения (препарат ВioSleep BW).
Каждая пчела в процессе обработки получила 0,001 мл препарата Туринбаш-Ж, в перерасчете на действующее вещество в 1-й опытной группе — 2 х 104 КОЕ/пчелу, во 2-й — 5 х 104 КОЕ/пчелу, в 3-й — 1 х 105 КОЕ/пчелу.
Таким образом, анализ результатов исследований свидетельствует о том, что при определении острой контактной токсичности действующего вещества препарата Туринбаш-Ж: LD50 > 1х105 КОЕ/пчелу; LK50 > 100 мл/л.
Графически показатели летальности пчел по итогам пробит-анализа в опытных группах через 96 часов после начала эксперимента отражены на рисунке 1.
Аномальных поведенческих реакций пчел в контрольной и опытных группах не выявлено.
Полученные в ходе эксперимента данные согласуются с данными других исследователей. Так, Libardoni et al. (2021), добавляя препараты по основе Bacillus thuringiensis в разных концентрациях в канди для подкормки африканизированных пчел, не выявили снижения выживаемости, изменения поведения и длины ворсинок кишечника пчел, подвергнутых обработке по сравнению с контролем. Итальянские пчелы A. mellifera, которых кормили пыльцой, содержащей белки Cry-токсины, продуцируемые Bacillus thuringiensis, также не показали существенных отклонений в выживаемости, потреблении пыльцы, весе, активности ферментов детоксикации.
Выводы
Таким образом, исследования не выявили признаков острой токсичности биоинсектицида Туринбаш-Ж для медоносных пчел как при пероральном, так и при контактном воздействии препарата. LD50 при определении острой оральной токсичности действующего вещества препарата Туринбаш-Ж лежит выше значения 1 х 106 КОЕ/пчелу, LK50 — выше значения 100 мл/л; при определении острой контактной токсичности — выше значения 1 х 105 КОЕ/пчелу, LK50 — выше значения 100 мл/л.
Об авторах
Галина Сергеевна Мишуковская, доктор биологических наук, профессор, Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50-летия Октября, 34, Уфа, 450001, Россия
mishukovskaya@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-3892-9969
Дмитрий Викторович Шелехов, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой, Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50-летия Октября, 34, Уфа, 450001, Россия
shelehov_d_v@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-3417-8774
Марат Гиндуллинович Гиниятуллин, доктор сельскохозяйственных наук, профессор,Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50-летия Октября, 34, Уфа, 450001, Россия
0803marat@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-1337-5931
Альфия Васильевна Андреева, доктор биологических наук, профессор, Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50-летия Октября, 34, Уфа, 450001, Россия
alfia_andreeva@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-3947-7087
УДК 619: 638.1 : 615.9 DOI: 10.32634/0869-8155-2023-369-4-21-26
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
