Бджоли України

Peter Naeumann Job P. van Praagh Robin F.A. Maoritz Jost H. Dustmann
Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg, Fachgebiet Molekulare Okologie, Institut fur Zoologie, Krollwitzerstr. 44, 06099 Halle/Saale, Germany
Department of Zoology and Entomology, Rhodes University, Grahamstown 61440, South Africa
Niedersachsisches Landesinstitut fur Bienenkunde Celle, Wehlstr. 4a, 29223 Celle, Germany

(Отримано 25 липня 1998 року; оновлено 21 листопада 1998 року; прийнято 12 травня 1999р.)

Анотація – Двадцять чотири матки-сестри утримувалися 21 день в нуклеусах на острові Baltrum для перевірки надійності потенційного спарювання. На кожному з сусідніх островів Nordemey і Langeoog (750м і 2 км над водною гладдю) 12 маток-сестер було розміщено в якості батьківських сімей. Робочих бджіл з колоній розміщених на островах маток генотипували за чотирма мікросателітними локусами ДНК для оцінки чистоти спарювання.

Відмінності в частоті спарювання матки спостерігалися між Langeoog і Nordemey. Однак, рівень поліандрії на Baltrum був значно нижче, ніж на сусідніх островах, що вказує на набагато складніші умови спарювання.
Стандартна генетична відстань і відмінності в частотах алелів між популяціями були визначені для оцінки передбачуваного походження трутнів. В цьому дослідженні 43,7% ідентифікованих трутнів не походили від жодної матки на сусідніх островах. Вони, швидше за все, з материкових колоній що було розташовано на відстані 5,4 км (3 км через відкриту воду), показуючи, що комбінація відстаней над відкритою водою і над суходолом є важливою та пояснює поведінки маток медоносної бджоли.

Вступ Острови зазвичай використовуються як місця спарювання для досягнення контрольованих спаровувань маток. Великі площі відкритої води навколо островів негативно впливають на орієнтацію робочих бджіл під час польотів. Таким чином зазвичай стверджують, що острови є ідеальними місцями для облітників і не очікується, що трутні будуть перетинати воду під час спарювання. Однак, селекціонери неодноразово повідомляли про неконтрольовані запліднення навіть на цих ізольованих островах. Останні дослідження поведінки маток медоносних бджіл на вільному від трутнів острові рішуче підтримують ці спостереження тому, що вони показують – матки повернулися з своїх шлюбних польотів зі знаком спарювання (навіть під час припливу).

Ключовим фактором є відстань між островом і материком. На сьогодні є певною проблемою, що випливає з різних джерел про встановлення відстані яку долають матки та трутні над водою.
Поширення мікросателiтної технології в ДНК медоносних бджіл допускає генетичний контроль надійності спарювання пасік. Для цього можуть бути використані мікросателіти ДНК які дозволяють точно оцінити кількість патрилінов в колонії бджіл. ДНК-тести можуть бути легко включеними в повсякденну процедуру на облітниках. Генотипи матки і трутнів які прийняли участь при її обльоті можна прослідкувати по робочому потомству. Для оцінки необхідні зразки робочих бджіл, в результаті ДНК-тесту по робочим бджолам які мають невідповідність і визначають кількість разів коли матки спаровувалися з невідомими “чужими” трутнями.

У цьому проекті перевіряли надійність потенційного облітника на острові Baltrum (Німеччина) з використанням неплідних маток і мікросателітів ДНК.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ
Оформлення експерименту Влітку 1995 року вирощували маток – сестер у кількості 48 шт. Двадцять чотири з них були розміщені в нуклеусах на острові Baltrum, що був вільним від інших колоній медоносної бджоли. Відсутність на острові робочих бджіл – перевірили за допомогою медової приманки. Відсутність трутнів яких не змогли залучити на феромонові приманки (прикріплені до вудки) під час звичайної їх активності на всьому острові – спостерігали до експерименту. Відстань від пасіки острова Baltrum до інших колоній, що мали трутнів на сусідніх островах Norderney і Langeoog та на материку (Мал.1) наведені в Таблиці I. На сусідніх острівних пасіках Langeoog і Norderney було розміщено батьківські сім’ї в кількості 15 (Norderney) та 10 (Langeoog), від маток-сестер. Ніяких інших відомих пасік на цих островах не було.

Всім неплідним маткам було дозволено вільно спарюватися протягом 21 дня. Кожна матка мала можливість вільно виходити на спаровування у віці 7 днів. Матки – сестри батьківських колоній на Norderney походили від матки заплідненої інструментально з використанням змішаної сперми трутнів трьох колоній маток – сестер. Це призводить до максимально семи алелей на локус в потомстві робочих бджіл на цьому острові, на Langeoog максимальна можлива кількість 12 алелей на локус.

Зразки запечатаного розплоду бджіл (50шт. на матку) були взяті з нуклеусів зі спареними матками і перенесено ізольованими в інкубатор. Новонароджнені бджоли одразу поміщали на зберігання у 96% етанолі при температурі -15 ° С до отримання ДНК екстракції.

РЕЗУЛЬТАТИ
Всього генотипували 996 робочих бджіл і простежили походження батьківських сімей. Було виявлено значні відмінності в заплідненні маток Baltrum і сусідніх островів. Було виявлено відмінності, завдяки Mann Whitney U-test – (статистичний критерій , який використовується для оцінки відмінностей між двома незалежними вибірками за рівнем будь якої ознаки, виміряного кількісно. Дозволяє виявляти відмінності в значенні параметра між малими вибірками)

Відмінності склали:
Baltrum / Langeoog Р <0,01; Baltrum / Norderney Р <0,05.

Однак ми не змогли виявити суттєві відмінності між Langeoog і Norderney

(Mann Whitney U-тест: P> 0,05).

Стандартні генетичні відстані між досліджуваними популяціями наведені в таблиці VI.
Далекі відстані спостерігалися між трутнями, сполучені з матками з Norderney і Baltrum. Це також показує, що спаровування маток Baltrum з трутнями острову Norderney – найбільш малоймовірні. Проміжна відстань спостерігалося між трутнями Baltrum і Langeoog. Як і очікувалося, між ними були знайдені близькі відстані випробуваних маток – сестер.

Таким чином, ми змогли виключити 43,7% трутнів з Baltrum від трутнів з будь-яких батьківських колоній на прилеглих островах. Вони швидше за все походили з материкових колоній, які були розміщені за 5,4 км. Ми виявили, що 50,7% трутнів з сусіднього острову Langeoog оскільки вони мали спільні генотипи з відповідними трутнями.

Обговорення
Результати досліджень чітко показують успішні шлюбні польоти маток на острові Baltrum на якому не було будь – яких відомих батьківських сімей, хоча наступний доступним джерелом зрілих трутнів був на відстані не менше 5,4 км. У маток Baltrum виявилася значно менша кількість збігів порівняно до маток, які були спарені на сусідніх острівних пасіках.

Потенціал відмінності в спарюванні маток, частота яку можна віднести до різних типів спарювальних пасік або до генетичної мінливість серед рас бджіл може бути виключено. Кількість запліднених маток на Baltrum, безумовно, залежало від умов, що показують, що умови спарювання були набагато складнішими ніж за звичайною практикою бджільництва.

Більшість випробуваних маток Baltrum (81,8%) були запліднені трутнями, які швидше за все, не походять з сусідніх острівних спарювальних пасік Langeoog і Norderney. Ці трутні напевно отримані з колоній на материку розташованих далі 3 км водного плеса.

Потенційно ці трутні у нашому експерименті можуть походити з невідомих роїв на Baltrum. Проте ніяких трутнів не змогли залучити або виявити за допомогою феромонової приманки (прикріпленої до вудки) на всьому острові Baltrum під час звичайної льотної активності. Хоча ми не можемо однозначно гарантувати, що трутні залишилися непоміченими.

За результатом експериментів ми вважаємо маловірогідним спаровування маток з Baltrum трутнями з цього острова. Здається більш вірогідним, що матки летять на материк для спарювання.

Можна стверджувати, що королеви могли б мати перетнути відстань до наступного доступного джерела трутнів під час відливів. Це схоже, не грає ролі, тому що матки поверталися з шлюбного польоту зі знаком спаровування навіть тоді коли був приплив на Baltrum.

Комбінації алелів трутнів які спаровувалися з матками Baltrum дозволили виключити з них 43,7% з використаних трутнів на сусідніх островах. Дев’ять з одинадцяти запліднених маток Baltrum – взаємодіяли з іншими джерелами трутнів, можливо, з материка.

Результати показують, що комбінація відстаней над відкритою водою і над суходолом має важливу роль в орієнтувальній поведінці маток. Орієнтувальні польоти маток під час відливу, місцевих напрямків вітру, південно-західне положення сонця під час спарювання і потенційно більш привабливі візуальні підказки можуть забезпечуватися і материком.

Наші результати показують, що матки наймовірніше мають потенціал для успішного спаровування з материковими трутнями. Зрозуміло, що ми не можемо дати остаточне судження про надійність Baltrum як ізольованої пасіки для спарювання. Надійність можлива лише за нормальних умов з достатньою кількістю батьківських колоній, та необхідному насиченні трутнем. Ми вважаємо, що малоймовірно матки будуть розлітатися якщо є достатня кількість трутнів на Baltrum. Проте, абсолютного контролю спаровування не можна гарантувати як з інструментальним осіменінням.

Ми рекомендуємо критичне тестування острівних станцій, що розташовані на відстані менше 8 км від материка.

Продовження досліджень…

Література

[1] Beye M., Raeder U., Rapid DNA preparation from bees and % GC fractionation, Bio Techniques, 14 (1993) 372-374.
[2] Böttcher F.K., Was taugt die Belegstelle?, Der Imkerfreund 2 (1947) 115-116.
[3] Chevalet C., Comuet J.M., Etude théorique sur la sélection du caractère « production du miel » chez l’abeille. I . Modèle génétique et statistique, Apidologie 13 (1982) 39-65.
[4] Cornuet J.M., Aries F., Number of sex alleles in a sample of honeybee colonies, Apidologie 11 (1980) 87-93.
[5] Drescher W., Untersuchungen zur Zuflugsicherheit der Inselbelegstelle Mellum, Z. Bienenforsch 8 (3) (1965) 49-53.
[6] Drescher W., Betrachtungen zum Thema Belegstellen, Allg. Dtsch. Imkerztg. (8) (1974) 57-62.
[7] Dustmann J.H., van Praagh J.P., Faltus E., Maarzahl H., Die Insel Baltrum als Belegstelle?, Dtsch. Bienen. J. 4 (6) (1997) 266.
[8] Estoup A., Solignac M., Harry M., Cornuet J.M., Characterisation of (GT)n and (CT)n microsatellites in two insect species: Apis mellifera and Bombus terrestris, Nucleic Acids Res. 21 (1993) 1427-1431.
[9] Estoup A., Solignac M., Cornuet J.M., Precise assessment of the number of patrilines and genetic relatedness in honeybee colonies, Proc. R. Soc. Lond. B 258 (1994) 1-7.
[10] Evenius J., Königinnenzuchtversuche auf der Greifswalder Oie, Leipz. Bienenztg. 44 (12) (1929) 244.
[11] Evenius J., Zur Frage der Belegstellen, Westf. Bienenztg. 45 (1930) 293-294.
[12] Evenius J., Die neuzeitliche Bienenzucht und die Verwendung von Inseln als Belegstellen, Bienenwirtsch. Zentrbl. (4) (1931) 92-95.
[13] Frumhoff P.C., The effect of the cordovan marker on apparent kin discrimination among nestmate honeybees, Anim.Behav. 42 (1991) 854-856.
[14] Gary N.E., Observations of mating behaviour in the honeybee, J. Apic. Res. 2 (1963) 3-13.
[15] Heran H., Lindauer M., Windkompensation und Seitenwindkorrektur bei Flug über Wasser, Z. Vgl. Physiol.47 (39) (1963) 39-55.
[16] Hochberg Y., A sharper Bonferroni procedure for multiple tests of significance, Biometrics 75 (1988) 800-802.
[17] Klatt G., Züchtungsmöglichkeiten an der Wasserkante, Arch. Bienenkd. X 8 (1929) 318-321.
[18] Klatt G., Unsere ostpreußischen Belegstellen, Die deutsche Bienenzucht in Theorie und Praxis 37 (3) (1929) 74 77.
[19] Klöpping B., Hompelvoet is getest, Buckfast Bull. 16 (1993) 15.
[20] Meinen G., Wie sicher ist die Inselbelegstelle Spiekeoog vor fremdrassigem Drohnenzuflug?, NW Dtsch. Imkerztg. 22 (1970) 128-130.
[21] Minderhoud M., Verslag der proeven over koniginnenentelt op Urk, Maandschrift voor Bijeenteelt 26 (3) (1923) 40.
[22] Moritz R.F.A., Homogenous mixing of honeybee semen by centrifugation, J. Apic. Res. 22 (1983) 249-255
[23] Nei M., Molecular Evolutionary Genetics, Columbia University Press, New York, 1987.
[24] Neumann P., Moritz R.F.A., van Praagh J., Queen mating-frequency in different types of honeybee mating apiaries, J. Apic. Res. 38 (1999) in press.
[25] Oertel E., Observations on the flight of drone honey bees, Ann. Entomol. Soc. Am. 49 (1956) 497-500.
[26] Oldroyd P.B., Clifton M.J., Wongsiri S., Rinderer T.E., Sylvester H.A., Crozier R.H., Polyandry in the genus Apis, particularly Apis andreniformis, Behav. Ecol. Sociobiol. 40 (1997) 17-26.
[27] Oortman Gerling E., Betrouwbaarheids-proef op Marken 1992, Buckfast Bull. 15 (1993) 31-32.
[28] Ruttner F., Drohnenflugweite und Drohnendichte, Dtsch. Bienenwirtsch. 10 (1) (1959) 42-47.
[29] Ruttner F., Ruttner H., Wie weit fliegen Drohnen und Königinnen?, Bienenvater 86 (1) (1965) 15-21.
[30] Sladen F.W.L., Why young queens may fail, Glean. Bee Cult. 48 (2) (1920) 50-52.
[31] Sladen F.W.L., Queen mating experiments, Ebenda 48 (12) (1920) 717-718.
[32] Simes R.J., An improved Bonferroni procedure for multiple tests of significance, Biometrics 73 (1986) 751-754.
[33] Van Praagh J., Neumann P., Moritz R.F.A., Koeniger G. and Dustmann J.H., Mating behaviour of honeybee queens (Apis mellifera L.) on an island free of drones, Pszcz. Zesz. Nauk. XL 2 (1997) 25-32
[34] Zander E., Böttcher F.K., Haltung und Zucht bei der Biene, Eugen Ulmer Verlag, Stuttgart, 1989.