Программа BR22885831 – Разработка интегрированной системы управления генетическими ресурсами пчеловодства и технологий эффективного применения пчёл в опылении и производстве органической продукции

Наименование программы: BR22885831 «Разработка интегрированной системы управления генетическими ресурсами пчеловодства и технологий эффективного применения пчёл в опылении и производстве органической продукции»

Вид финансирования: ПЦФ Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан

Заявитель: ТОО «Казахский научно-исследовательский институт животноводства и кормопроизводства»

Научный руководитель: Нуралиева У.А., кандидат сельскохозяйственных наук

Период реализации: 2024-2026 гг.

Актуальность

В последнее время повышение эффективности развития пчеловодства Казахстана связано с увеличивающейся значимостью его продуктов для питания и лечения населения, обеспечения продовольственной безопасности страны и улучшения снабжения сырьем множества промышленных отраслей.

В последние годы в Казахстане в значительной степени игнорировались меры по сохранению локальных популяций пчёл, вместо этого основное внимание уделяется внедрению «улучшенных», экзотических пород и импорту «пчелиных пакетов» из стран Средней Азии. Кажущаяся на первый взгляд экономическая выгода от импортных пчёл, обернулась утратой, сложившихся исторически подвидов пчёл Казахстана, снижением их генетического потенциала, зимостойкости и резистентности к заболеваниям. Сохранение генетических ресурсов, посадка покровных культур, интеграция животноводства и растениеводства, получение выгоды от синергии между отраслями эти и другие задачи были отражены в указе президента Казахстана Касым - Жомартом Кемелевичем Токаевым.

Медоносные пчёлы (Apis mellifera L.) как вид находятся на стыке растениеводства и животноводства, при этом их экологическая миссия заключается в опылении 200 тысяч видов энтомофильных растений, воспроизводство которых в агробиоценозах, невозможно без участия опылителей. С увеличением доли интенсивного земледелия и нарастающими потребностями со стороны сельхозтоваропроизводителей в пчёлах, назрела необходимость в создании научно - обоснованной системы взаимодействия между пчеловодами и растениеводами. Решение этой задачи в рамках проекта отводится ведущим научным центрам аграрной науки в разных природно-климатических зонах. Создание семи крупных экосистем по производству и переработке: мяса, фруктов, овощей, сахара, зерновых, масличных культур, молочной продукции отражённых в послании Президента Казахстана, невозможно без учёта опылительной деятельности пчёл.

Сегодня в Казахстане в приоритете выпуск конкурентной, экологичной и экспортоориентированной продукции, соответствующей передовым международным стандартам. Для решения задачи повышения эффективности производства и качества продукции пчеловодства на основе органического стандарта предусмотрена разработка технологии прослеживаемости производства продукции пчеловодства на пасеках и проведение мониторинга продукции пчеловодства в разных природно-климатических зонах, на наличие загрязняющих веществ с использованием современных цифровых технологий.

Цель

Разработать систему управления генофондом, охраной, воспроизводством и рациональным использованием пчёл в агробиоценозах Казахстана и стандартами по производству органической продукции пчеловодства.

Ожидаемые и достигнутые результаты за 2024 год

Будут собраны данные по размещению пчелиных семей в разных регионах Казахстана и местам кочёвок пасек, будет изучены приоритетные энтомофильные культуры для разных природно-климатических зон Казахстана и порядок применения средств защиты растений;

Будет изучена архитектура, структура и функционал системных программ в пчеловодстве на примере программы BeeBreed, программные решения и возможности интеграции баз данных разных систем системы; подготовлен обзор перспективных направлений развития системы ApisLab и интеграции отечественных и зарубежных баз данных к работе системы.

Будет проведён семинар с участием зарубежных экспертов, базовых хозяйств и общественных организаций пчеловодов по методике оценки племенной ценности пчелиных маток по качеству потомства с применением методологии BLUP АМ на примере программы BeeBreed. Будут вовлечены 1 докторант PhD и 3 магистранта.

По задаче: «Разработка новых селекционно-генетических технологий рационального управления и воспроизводства племенных ресурсов пчёл».

Будут изучен опыт отечественных и зарубежных учёных по геномному анализу локальных популяций и районированных пород пчёл; подготовлен литературный обзор работ по генетической структуре пчёл Apis mellifera mellifera L., Apis mellifera carnica Rut., Apis mellifera carpathica Avet., Apis mellifera caucasica Gorb.

Будет проведен геномный анализ районированных пород и локальных популяций (не менее 200 образцов); подготовлен биоинформатический анализ по исследованным образцам.

Будет подготовлена заявка на патент «Информационная программа по определению селекционной пригодности пчелиных маток на основе морфометрических данных крыла; подана заявка на патент на разработку программы селекционной пригодности маток по морфометрическим данным крыла рабочих пчёл.

Будут проведены исследования (экспедиционные, анкетирование (опрос), литературные источники и.т.д) сохранившихся в «чистоте» локальных популяций в разных природно-климатических зонах Казахстана; проведено анкетирование (опрос) пчеловодческих хозяйств, подготовлен исторический обзор по завозу чистопородных маток районированных пород, проведены экспедиции на удалённые пасеки Туркестанской, Жамбылской, Алматинской, Восточно-Казахстанской области и областей Абай и Жетысу.

Будут проведены исследования пчелиных семей на основе морфометрического анализа крыла (не менее 200 образцов); подготовлен литературный обзор по способам и методам ведения линейной селекции в пчеловодстве.

Будут отобраны пчелиные семьи локальных популяций и районированных пород и для использования их в качестве исходного материала; проведена оценка племенной ценности пчелиных маток по качеству потомства или генетической паспортизации (не менее 120 пчелиных маток).

Будут сформированы опытные группы в количестве 10 семей в группе (не менее 12 хозяйств) в разных природно-климатических зонах Казахстана; сформирован задел племенных хозяйств локальных популяций и районированных на базовых хозяйствах.

Будет проведена бонитировка пчелиных семей исходной популяции по комплексу биологических, морфологических и хозяйственно - полезных признаков согласно инструкции (не менее 120 пчелиных семей).

Будут изучены способы сбора и хранения при разных температурах использования трутневой спермы в инструментальном осеменении маток; подготовлен литературный обзор по способам сбора, условиям хранения и использования трутневой спермы при инструментальном осеменении.

Будет подготовлена материально-техническая база для сбора, хранения и инструментального осеменения пчелиных маток; оснащена передвижная лаборатория по отбору, хранению трутневой спермы и инструментальному осеменению пчелиных маток трутневой спермы.

Будет проведено инструментальное осеменение пчелиных маток свежесобранной спермой трутней и спермой прошедшей условия хранения (будет осеменено не менее 50 пчелиных маток).

Будут разработаны схемы многофакторных опытов (2-х и 3-х факторные) по организации опыления семеноводческих посевов энтомофильных культур с привлечением местных пород пчел в природно-климатических зонах Акмолинской, Западно-Казахстанской, Костанайской, Восточно-Казахстанской и Алматинской областей Республики Казахстан в условиях открытого и закрытого грунта.

Будут отработаны требования к количественным и качественным характеристикам пчелиных семей; проведён расчёт необходимого количества для постановки опыта.

Будут проведены опыты с применением общепринятых методик постановки (установка пасек, закрепление изолированных и неизолированных площадок).

Будут заложены посевы приоритетных в конкретных зонах культур, возделываемых на семенные цели: в Акмолинской области – лен масличный; в Западно-Казахстанской области – сафлор и подсолнечник; в Костанайской области эспарцет и фацелия в Восточно-Казахстанской области – подсолнечник и рапс; в Алматинской области – (закрытый грунт); подготовлены методики полевого опыта.

Будут проведены фенологические, биометрические учеты и наблюдения, проведена статистическая обработка полученных экспериментальных данных; дана предварительная экономическая оценка выделившихся вариантов опыта.

Будет проведен сравнительный анализ требований к методам и технологиям в органическом пчеловодстве в Казахстане и странах импортёрах органической продукции (Китай, Россия, ЕС).

Будет проведена оценка пчеловодческих хозяйств на соответствие требованиям органического стандарта.

Будет подготовлена материально-техническая часть для проведения исследований мёда; проведена инсталляция оборудования и отработана методика проведения анализов мёда по основным показателям качества и безопасности для органической продукции.

Будут отобраны образцы мёда с базовых хозяйств (не менее 50 образцов) проведены исследования согласно ГОСТа.

Будет представлен промежуточный отчет за 2024 год согласно ГОСТу 7.32-2017.

Полученные результаты исследований

Собраны данные по размещению пчелиных семей в разных регионах Казахстана Восточно-Казахстанская и Абайская-114533 пчелиных семей или 52,45% от всей численности. Жамбылская, Кызылординская, Туркестанская- 61292 пчелиными семьями, что составляет 28,06%,Жетысуская и Алматинская-численностью состовляет 24176 или 11,07%, Северо-Казахстанская, Павлодарская, Костанайская области- 6,72%, Западно-Казахстанская, Актюбинская области – 1,38% пчелосемей. Основными местами кочевок пчеловодов являются: ранней весной горная местность Жетысуской области (Коксу, Текели) июнь-июль месяцы Алматинская область (Кеген, Нарынкол) Восточный регион август-сентябрь на посевные культуры подсолнечника и гречихи.

В структуре посевных площадей в агроценозах на долю энтомофильных культур приходится в разных областях в среднем около 60%в следующих областях: Абай – 41,3% (преобладает подсолнечник), Восточно-Казахстанская – 39,8% (преобладает подсолнечник), Павлодарская – 29,6% (преобладают подсолнечник и гречиха), Туркестанская – 21,6% (преобладают овощные, бахчевые и сафлор)

Агротехника возделывания энтомофильных культур при использовании средств защиты растений состоит из препаратов 3 класса опасности практически безопасных для медоносных пчел. Использование высокоопасных препаратов проводится в фазе вегетации, что снижает риск гибели медоносных пчел.

Выявлены приоритетные энтомофильные культуры в агроценозах Казахстана: фацелия пижмолистная, подсолнечник, гречиха посевная, сафлор, лен масличный, которые являются хорошими медоносными растениями.

Изучена архитектура, структура и функционал системных программ в пчеловодстве на примере программы BeeBreed — специализированная программная платформа, разработанная для оценки племенной ценности пчелиных маток с использованием методологии BLUP. Программа позволяет пчеловодам и селекционерам собирать качественные данные, анализировать данные о продуктивности и поведении пчелосемей.

Система Apislab, разработанная в Казахстане, представляет собой инновационное решение, объединяющее научный подход и практические инструменты для пчеловодов и учёных, использование программы способствует повышению конкурентоспособности продукции пчеловодства, её соответствию международным стандартам и увеличению экспортного потенциала.

Современное пчеловодство стоит на пороге значительных преобразований благодаря внедрению передовых методик и технологий. Использование методологии BLUP в оценке племенной ценности пчёл, развитие специализированных программных продуктов, таких как BeeBreed и Apislab, открывают новые возможности для селекции и управления генетическими ресурсами.

Проведен геномный анализ медоносных пчел (200 образцов) из 8 областей Казахстана. Установлено, что использованные генетические маркеры эффективны для оценки структуры генома пчел. Все использованные STR-локусы имеют высокое аллельное разнообразие в исследованных популяциях пчел. Наблюдаемые и ожидаемые значения гетерозиготности оценены для каждой популяции пчел с целью определения генетической изменчивости, и во всех исследованных популяциях наблюдался дефицит гетерозиготности. Анализ структуры генома позволили провести дифференциацию пчел из разных географических регионов Казахстана.

Для оценки генетического разнообразия в изучаемых популяциях оценили число наблюдаемых аллелей, эффективное число аллелей и информационный индекс Шеннона. Наблюдаемое число аллелей варьировало от 4,22±0,49 до 12,33±1,19 в популяциях Западного Казахстана и Туркестана. Наименьшее количество эффективных аллелей наблюдалось у пчел из Жамбылской и Западно-Казахстанской областей (Ne=4,22±0,40 и Ne=4,22±0,49) тогда как наибольшее количество эффективных аллелей было в Туркестанской популяции (Ne=5,99±0,78). Всего для генотипирования медоносных пчел было использовано 9 локусов, и наши результаты показали, что локусы A028, Ap55, B124, A113, AP043, A088 являются наиболее информативными для изученных популяций пчел. Геномный анализ пчелы показал, что наибольшее количество аллелей обнаружено в локусе AP43.

Генофонд медоносных пчел Казахстана отличается разнообразием на территории выявлены следующие породы медоносных пчел: A. m. сarnica (65%), A. m. сarpatica (24%), от 1 до 2 % занимают A. m. mellifera, A. m.acervorum,Buckfastbee. По результатам изучения генофонда выявлены места локальных популяций местных пчел (до 7%), которая формировались в условиях Казахстана.

Подана заявка на патент «Информационнаяая программа по определению селекционной пригодности пчелиных маток на основе морфометрических данных крыла рабочих пчёл». Программный комплекс WingsDig \MorphoXL 2.0.

Сформирован задел племенных хозяйств локальных популяций и районированных на базовых хозяйствах по 10 областям Казахстана и селекционные группы пчелиных маток карпатской, краинской и среднерусской пород пчёл в условиях 15 базовых пчеловодческих хозяйств в разных природно-климатических зонах Алматинской, Жетысуской, Жамбылской, Туркестанской, Восточно-Казахстанской, Абайской, г. Семипалатинск, Костанайской, Западно-Казахстанской, Северно-Казахстанской областей.

Собраны и проанализированы 150 пчелиных семей по морфометрическим методам в количестве 10 пчелосемей от каждого хозяйства. Исследование показало, что у карпатских пчел процент положительного дискоидального смещения составляет 80%, с колебаниями от 4,00±0,21 до 5,10±0,42.

Во всех исследованных пчеловодческих хозяйствах пчелы демонстрируют высокое сходство с карпатской породой A.m. carpatica в степной зоне (95,700±1,472) и с краинской породой A.m. сarnica в полупустынной зоне (96,1±1,20).

С целью сохранения генофонда медоносных пчел и формирования новых линий отработана технология инструментального осеменения 50 пчелиных маток, спермой трутней, для консервации которой использовалась личиночная жидкость.

По результатам проведенных опытов в различных природно-климатических областях Казахстана установлено, что использование медоносных пчел в агротехнологии сельскохозяйственных культур, увеличивает их урожайность в среднем на 15 %.

Согласно данным экспериментов урожайность подсолнечника на открытых участка выше, чем на изолированных участках на 54,6%-64,6%, также масличность семян подсолнуха была на 5% выше на открытом грунте в сравнении с результатом на изолированных участках без доступа опылителей-пчел.

При экспериментах на открытых участках урожайность рапса была выше на 31,5% в сравнении с участками с ограниченным доступом для пчел к опылению рапса. Показатели масличности рапса практически не различались на открытых участках в сравнении с изолированными.

Увеличение количества использованных на опылении пчелиных семей повышает урожайность, на примере подсолнечника в среднем на 3 ц/га.

Проведенный сравнительный анализ требований к органическому меду демонстрирует высокую степень соответствия стандартов органического пчеловодства Казахстана международным требованиям, что будет положительно влияет выходу меда, полученного в Казахстане на глобальный рынок.

По физико-химическим, органолептическим показателям образцы меда Казахстана соответствуют требованиям ГОСТа, мед имеет низкие значения показателей влажности, что подтверждает соблюдение технологии его получения на пасеках Казахстана, при высоких значениях диастазного числа (в среднем 15,6±3,73 ед. Готе), по значениям редуцирующих сахаров 73,2±4,33%. Интенсивность цвета меда изменялась от бледно-светлого до светло желтого, что является показателем конкурентоспособности продукта на мировом рынке меда. Диастазное число образцов меда составляет 15,35 (число Готе, среднее значение) с диапазоном от 7,70 до 20,6 и SD 0,61. Эти величины выше, чем полученные в кустарных (10,30 градусов Гете) и коммерческих (12,10 градусов Гете) медах.

Результаты исследований могут быть рекомендованы при использовании опылителей – пчел породы карника для опыления при выращивании культуры подсолнечника сорта PioneerP63LE10 в регионе Востока Казахстана.

Проведен семинар по темам «Программа BееBreed, технологии BLUP AM при отборе селекционных маток» 24 ноября 2024 г.

В выполнении программы приняли участие 2 доктора наук, 3 доктора PhD, 8 кандидатов наук и 5 магистров.