Розділ 3. Результати досліджень та їх обговорення
Вивчення активності каталази в різних частинах тіла медоносних бджіл-фуражирів місцевої популяції Чернівецької області в літній період свідчить про наявність тканиноспецифічної особливості щодо величини даного показника. Зокрема, найвища активність була виявлена в тканинах черевця в порівнянні з іншими досліджуваними тканинами. А саме, в тканинах голови та в тканинах тораксу вона була приблизно в 2,4 та в 4 рази меншою, в порівнянні з тканинами черевця відповідно. Дана закономірність спостерігалась протягом всього періоду експерименту (табл. 3.1-3.3)
Найвищу активність каталази в тканинах черевця можна пояснити функціональними особливостями даного органу. Зокрема, в кишечнику, в результаті процесів травлення, зростає активність інвертази, яка розщеплює сахарозу на фруктозу та глюкозу. Остання використовується як джерело енергії, а її надлишок накопичується та зберігається у вигляді тригалози в жировому тілі [16]. Крім того, продукти життєдіяльності мікрофлори кишечнику [29], як і продукти метаболізму, викликають накопичення активних форм кисню, а отже високу активність каталази, яка їх знешкоджує.
Аналогічні результати були встановленні вченими при вивченні активності антиоксидантних ферментів як у різних тканинах медоносної бджоли А.mellifera, так і у особин різних каст. Зокрема, найвища активність каталази виявлена у кишечнику, а найменша – в м’язах тораксу робочих бджіл, запліднених та не запліднених маток [38].
Якісний вміст вуглеводів у раціоні визначає перебіг метаболічних процесів у людини і тварин та може спричинювати зміни в роботі антиоксидантної системи. Сахароза, яка є нередукуючим вуглеводом, здатна вступати в реакції глікації та основні метаболічні перетворення тільки після розщеплення до глюкози і фруктози [33]. Це дало нам підстави припустити, що сахароза та окремо глюкоза та фруктоза можуть по-різному впливати на перебіг метаболічних процесів, зокрема тих, в яких можуть утворюватись активні форми кисню.
Нами встановлено, що додаткова підгодівля бджіл в безвзятковий період різною вуглеводною дієтою характеризується суттєвими відмінностями в активності каталази в організмі робочих бджіл-фуражирів старшого віку.
Зокрема виявлено, що припинення підгодівлі колоній бджіл розчином сахарози (на першому етапі досліду) викликає зменшення активності каталази в тканинах голови, тораксу та черевця на 30, 24 та 42 % відповідно (табл. 3.1-3.3., рис. 3.1-3.3.).
Слід зазначити, що данний період характеризувався відсутністю достатньої кількості квітучих медоносних рослин в природі. Отже, в результаті нестачі нектару для нормального розвитку, бджоли двох експериментальних сімей споживали власні запаси меду, які зберігались у їхніх вуликах.
Таблиця 3.1
Активність каталази в тканинах голови бджіл-фуражирів A. mellifera за різних дієт (мкмоль/хв/мг білку) (Me [25%; 75%], n=20)
Склад вуглеводної дієти |
Етапи досліду |
|||
0 |
І |
ІІ |
ІІІ |
|
30% глюкоза |
23,01* [21,43; 24,23] |
14,93 [13,67; 16,57] |
17,01 [14,38; 19,72] |
20,99** [18,21; 23,54] |
30% фруктоза |
25,53* [24,21; 26,72] |
13,36 [11,76; 15,72] |
19,03 [17,04; 20,54] |
22,06** [19,76; 24,45] |
30% сахароза |
20,52 [18,54; 22,53] |
21,22 [19,47; 23,98] |
20,76 [19,04; 22,54] |
20,35 [19,38; 22,62] |
Без підгодівлі |
22,77* [21,34; 24,38] |
15,63 [14,78; 17,13] |
19,19 [17,64; 21,31] |
23,31** [22,43; 24,71] |
Примітка: різниця статистично достовірна при р < 0,05 при порівнянні даних:*- нульового та першого етапу досліду, ** - першого та третього етапу досліду
Таблиця 3.2
Активність каталази в тканинах тораксу бджіл-фуражирів A. Mellifera за різних дієт (мкмоль/хв/мг білку) (Me [25%; 75%], n=20)
Склад вуглеводної дієти |
Етапи досліду |
|||
0 |
І |
ІІ |
ІІІ |
|
30% глюкоза |
14,121* [12,54; 16,65] |
7,74 [5,87; 9,54] |
11,37 [9,54; 13,43] |
13,86** [11,31; 16,43] |
30% фруктоза |
13,19* [10,54; 15,43] |
5,56 [3,54; 7,45] |
12,33 [11,23; 13,42] |
14,16** [11,43; 16,43] |
30% сахароза |
12,93 [11,23; 14,58] |
12,49 [10,43; 14,53] |
12,53 [10,54; 14,08] |
12,28** [10,53; 13,54] |
Без підгодівлі |
12,85* [11,43; 15,43] |
9,70 [7,62; 11,76] |
12,26 [10,65; 14,52] |
13,29** [11,34; 15,34 |
Примітка: різниця статистично достовірна при р < 0,05 при порівнянні даних:*- нульового та першого етапу досліду, ** - першого та третього етапу досліду
Таблиця 3.3
Активність каталази в тканинах черевця бджіл-фуражирів A. Mellifera за різних дієт (мкмоль/хв/мг білку) (Me [25%; 75%], n=20)
Склад вуглеводної дієти |
Етапи досліду |
|||
0 |
І |
ІІ |
ІІІ |
|
30% глюкоза |
52,4* [51,4; 53,34] |
22,02 [20,32; 23,43] |
44,32 [41,32; 46,34] |
49,32** [46,56; 51,83] |
30% фруктоза |
52,68* [50,56; 55,56] |
19,10 [18,01; 20,03] |
42,48 [40,65; 44,43] |
53,32** [50,23; 56,23] |
30% сахароза |
52,10 [50,23; 54,32] |
52,84 [49,82; 54,65] |
53,15 [50,67; 55,70] |
55,02 [52,67; 58,34] |
Без підгодівлі |
55,45* [52,82; 58,56] |
32,40 [29,43; 34,43] |
46,69 [43,34; 49,32] |
53,21** [50,41; 58,01] |
Примітка: різниця статистично достовірна при р < 0,05 при порівнянні даних:*- нульового та першого етапу досліду, ** - першого та третього етапу досліду
*
*
*
**
**
**
Етапи
досліду:
[Види
вуглеводної дієти]
[%]
Р
ис
3.1.
Відносна активність каталази в тканинах
голови бджіл-фуражирів A.
mellifera
за різних дієт (за 100% прийнято показники
нульового етапу для певного виду дієт
відповідно). Примітка:
різниця статистично достовірна при р
< 0,05 при порівнянні даних:*- нульового
та першого етапу досліду, ** - першого та
третього етапу досліду
%
*
*
*
**
**
*
*
*
**
**
**
[Види
вуглеводної дієти]
[%]
Етапи
досліду:
Рис 3.2. Відносна активність каталази в тканинах торакса бджіл-фуражирів A. mellifera за різних дієт (за 100% прийнято показники нульового етапу для певного виду дієт відповідно). Примітка: різниця статистично достовірна при р < 0,05 при порівнянні даних:*- нульового та першого етапу досліду, ** - першого та третього етапу досліду
*
*
*
**
**
**
[Види
вуглеводної дієти]
[%]
Етапи
досліду:
Р
Інші дві сім’ї, протягом І етапу досліду, ми перестали підгодовувати сахарозою, проте почали підгодовувати 30 % розчином глюкози. Проведення порівняльного аналізу активності каталази свідчить про зменшення величини досліджуваного показника у всіх частинах тіла комах після додаткової підгодівлі розчином глюкози на відміну від періода активної підгодівлі сахарозою (нульовий етап).
Зокрема, в тканинах черевця, голови та тканинах тораксу активність каталази знизилась на 59 %, 39 % та 45 % відповідно в порівнянні з періодом сахарозної дієти (рис.3.1-3.3, табл.3.1.-3.3)
Аналогічна картина спостерігалась при аналізі даного показника у фуражирних бджіл в сім’ях, які в цей період перевели з сахарозної на фруктозну дієту (підгодовували 30 % розчином фруктози). Активність каталази в тканинах цих комах зменшилась на 64 %, 44 % та 58 % в порівнянні з періодом підгодівлі дисахаридом (рис.3.1-3.3, табл.3.1.-3.3).
Слід зазначити, що активність каталази в тканинах черевця які утримувались на фруктозі та глюкозі була нижчою ніж у бджіл, яких додатково не підготовували.
В подальшому, повернення бджіл до попередньої вуглеводної дієти (30 % розчином сахарози) призводило до зростання величини досліджуваного показника протягом наступних етапів досліду (другого та третього) (рис.3.1-3.3, табл.3.1.-3.3). На завершення експерименту активність каталази досягала рівня характерного для бджіл, виявленого нами на початку досліду (нульовий етап). Дана закономірність спостерігалась для всіх досліджуваних частин тіла імаго (рис.3.1-3.3).
Що стосовно сімей, які протягом всього часу досліду утримувались на сахарозній дієті, активність каталази, як і очікувалось, залишалась на сталому рівні (рис.3.1.-3.3.табл.3.1.-3.3.).
Зростання активності каталази в тканинах тораксу під час підгодівлі розчином сахарози, на нашу думку, може свідчити про підсилення льотної активності бджіл-фуражирів. Відомо, що літальні м’язи медоносних бджіл містять 39-42 % мітохондрій. А каталаза, зустрічається в основному в мітохондріях та пероксисомах [26].
Наше припущення базується на тому, що в практиці бджільництва додаткова літня підгодівля проводиться також з метою активації медозбору бджіл під час цвітіння певного виду рослин [39,40].
Як відомо, при скороченні м’язів затрачається енергія та накопичуються продукти метаболізму. Зокрема, рядом авторів виявлено зростання активності каталази в м’язах тораксу бджіл-фуражирів молодшого віку, на відміну від старшого при інтенсифікації льотної діяльності [14,32]. Отже, якщо у фуражирів підсилюється льотна активність, це може призводити до накопичення вільних радикалів та виникнення оксидативного стресу.
Зростання кількості та різноманітності польотів призводить до посилення функціональної активності ряду сенсорних систем, нейронів головного ганглію, а отже метаболічних процесів які відбуваються в тканинах голови [24]. АФК диференційно впливають на гліальні клітини та нейрони. Останні особливо чутливі до АФК, таким чином вони легко пошкоджуються. В ряді досліджень, виявлено нижчу активність каталази в тканинах мозку фуражирів 17-18 денного віку з обмеженою можливістю літати (менше трьох днів) в порівнянні з бджолами цього ж віку але з вільним доступом до польоту (7-9 днів досвіду польоту) [6]. Крім того, активність каталази не залежала від віку та виду поведінкової діяльності медоносних бджіл [6]. В наших дослідженнях активність каталази в тканинах голови в залежності від виду вуглеводної дієти суттєво змінювалась.
Аналогічні результати щодо активності каталази виявлені при вивченні помірного оксидативного стресу у плодової мушки Drosophila melanogaster, спричиненого продуктами розщеплення сахарози. Показано, що вигодовування личинок на дієті із 6% сахарозою призводить у самок дрозофіли до підвищення активності каталази на 30 % в порівнянні із личинками, які утримувались на еквімолярній суміші глюкози і фруктози [33].
Отже, форма надходження глюкози і фруктози в організм медоносної бджоли визначає інтенсивність вільнорадикальних процесів. Активні форми кисню, утворені як побічні продукти вуглеводного обміну, можуть пошкоджувати клітинні структури та можуть призводити до виникнення оксидативного стресу.
Одним з підтверджень наших припущень можуть бути результати генетичного аналізу жирового тіла фуражирів А.mellifera, яких утримували на різних вуглеводних дієтах (тільки сахароза, тільки суміш глюкози та фруктози, тільки мед). Зокрема виявлено, що дані дієти викликають істотні відмінності в експресії генів жирового тіла, та регуляції в подальшому вуглеводного та ліпідного обміну. Дані відмінності стосуються генів, які беруть участь у метаболізмі білків і окисно-відновних процесах. Деякі гени залучені в метаболізм тирозину і фенілаланіну [39].
Отже, в результаті проведення досліджень нами виявлено зростання активності каталази за дії додаткової підгодівлі бджіл розчином сахарози, на відміну від розчинів моноцукрів (глюкози або фруктози).
Слід звернути увагу на неоднозначну відповідь організму бджоли в залежності від виду дієти щодо активності глутатіон-S-трансферази в різних органах. Зокрема, найвища активність була виявлена в тканинах черевця в порівнянні з іншими досліджуваними тканинами (рис.3.4, 3.6, 3.7.)
Відомо, що в кишечнику найвища активність ферменту характерна не лише для каталази але й глутатіон-S-трансферази, так як при споживані їжі з нею потрапляє значна кількільсть шкідливих речовин, які детоксикуються даним ферментом, що призводить до зниження наслідків окисного стресу та ендогенної інтоксикації [22].
Кишечник медоносної бджоли, який є одним з ключових моментів взаємодії бджіл з навколишнім середовищем, представляє великий інтерес [15]. У першу чергу кишечник є основним органом травлення, куди поживні речовини і токсини, а також кишкові патогенні мікроорганізми потрапляють вперше. Кишечник медоносної бджоли в чомусь визначає стійкість до хвороб на рівні окремих осіб і колонії в цілому [15,22].
Аналіз даного показника в тканинах тораксу в бджіл-фуражирів, які знаходились на різних вуглеводних дієтах, суттєво не змінювався від типу харчування протягом всього досліджуваного періоду (рис.3.4.-3.5.).
При аналізі активності глутатіон-S-трансферази в тканинах голови бджіл-фуражирів, які знаходились на різних вуглеводних дієтах, було показано, що даний показник суттєво не змінювався (І етап досліду) в порівнянні з попередньою підгодівлею 30% сахарозою (0 етап досліду) (рис.3.6.-3.7.). При цьому аналіз даного показника, при повторному переведенні всіх сімей на 30% сахарозу (ІІ етап досліду), зафіксував стрибок активності глутатіон-S-трансферази у всіх сім’ях не залежно від типу дієти. В подальшому (IV етап досліду) відбулося зменшення активності даного ферменту (рис.3.6.-3.7.).