ÜBER DEN EINFLUSS DER KONSERVIERUNGSMETHODE AUF STERILITÄT
UND MOTILITÄT DER BIENENSPERMIEN
(APIS MELLIFICA L.)
Influence de la méthode de conservation sur la stérilité
et la motilité des spermatozoïdes d’abeille (Apis mellifica L).
Marie
MACHOVÁ
VladimirVESELÝ Bienenforschungsinstitut
in Dol bei Lihcice, !’SSRSUMMARY
THE INFLUENCE OF PRESERVATION METHODS ON STERILITY AND MOTILITY OF THE SPERMS OF APIS MELLIFICA
L.
1. A
secondary
infection of theoriginally
sterile sperm may occur whilebeing
collectedfrom the drone’s
penis,
at thepreservation
or whenopening
the preserves.2. The bacteria in infected sperm were identified as
Streptococcus epidermis,
Bacillus6revis, GafJ7cya
tetragena and Citrobacter(Escherichia) freundii.
All identified bacteriabelong
to the banal micro flora. In no case
they
werepathogenic
for bees or man.The most frequent
source of infection was the human
epidermis.
3.
Sterility
of the preserves can beguaranteed by
a careful collection of the sperm orby
addition of
Lysozyme
orChloramphenicol
solutions in a concentration of 1mg !ml
at a ratioof1:10.
4.
Sterility
isprotecting
thepreserved
sperm from a prematuredecay
but does notleng-
then the maximum time of storage
(60 days).
5. At the
application
ofChloramphenicol,
hitherto unknown side effects were observed whichdistinctly
increased themotility
of the sperm after 60days
of storage.6. Further examination should handle with these side effects
of Chloramphenicol
or othersubstances
interfering
with thespermic
metabolism.ZUSAMMENFASSUNG
1. Das
ursprünglich
sterileSperma
wird sekundär bei der Abnahme vomBegattungsorgan
des
Drohns,
bei derHerstellung
oder beimÖffnen
der Konserven infiziert.2. Die Bakterien im infizierten
Sperma
wurden alsStreptococcus epidermidis,
Bacillusbrevis, Ga,!’kya
tetragena und Citrobacter(Escherichia) freundii
identifiziert. Allegefundenen
Arten
gehören
zur banalenMikroflora,
in keinemeinzigen
Falle handelte es sich um bienen- odermenschenpathogene
Formen.Häufigste Infektionsquelle
war die Menschenhaut.3. Sterilität der Konserven kann man durch eine
sorgfältige
Abnahme desSpermas
oderdurch Zusatz von
Lysosym-
oderChloramphenikollösung
in der Konzentration 1mg /ml
imVerhältnis 1 : 10 zum
Sperma
sicherstellen.4. Sterilität schützt das konservierte
Sperma
vorvorzeitiger Entwertung, verlängert
abernicht die maximale
Lagerungsfrist (60 Tage).
5. Beim
Chloramphenikol
wurden bisher unbekannteNebenwirkungen entdeckt,
die die Motilität der 60Tage gelagerten Spermien
deutlich erhöhen.6. Weitere Forschungen sollten sich auf diese
Nebenwirkungen
vonChloramphenikol
odervon
anderen in den Spermlenmetaholismus eingreifenden Stoffen
richten.Obwohl die Biencnspermien in vivo, nämlich
imReccptaculum
derKöni- gin,
mehrereJahre
amLeben bleiben, ist
esbisher nicht gelungen, die Kon- servierung des Spermas in vitro befriedigend
zulösen.
Verhältnismässig gute Erfolge erzielten T ABER und B LUM (1960) und
T
ABER (1961) durch Aufbewahrung des Spermas
inzugeschmolzenen Kapil-
laren bei Dunkelheit und Zimmertemperatur. T ABER und B LUM (1960) führten
noch
mit68 Tage aufbewahrten Spermien teilweise erfolgreiche Besamungen
durch. Von den 4 mit diesem Sperma besamten Königinnen legte
1Arbeite- rinneneier, 1 Drohneneier; 2 Königinnen gingen ein. Dem konservierten
Sperma wurde Tetracyclin in nicht angegebener Menge zugesetzt.
Nach Zusatz
vonStreptomycin und Tetracyclin
zumkonservierten
Sperma erzielten P OOLE
uneT ABER (1969) noch nach 16-18 Wochen Lagerung
vereinzelt erfolgreiche Besamungen. Nach 23-25 Wochen zeigte 1 % der Spermien noch normale Beweglichkeit, der Rest
warunbeweglich.
S KROBAL
, V ESEL Y und H RD Y (1966) stellten fest, daß die Zahl der
indie Samenblase eingedrungenen Spermien bei dem ohne Zugabe
vonSchutz-
mitteln konservierten Sperma niedriger ist als bei frischem Sperma. Von
1 mm3
7-34 Tage aufbewahrtem Sperma sind in die Samenblasen der insemi- nierten Königinnen durchschnittlich
nur155 000 (maximal 484 000) eingedrun-
gen,
vonjedem mm 3 des frischen Spermas dagegen durchschnittlich 626 000
(maximal 1 114 000) Spermien.
T
ABER und B LUM (1960) und S KROBAL , V ESELY und II RD Y (1966) fanden
bei manchen Spermakonserven deutliche Anzeichen
vonInfektionen, die durch Änderung der Farbe, durch Zerreissen der Spermasäule in der Kapillare,
durch höhere Viskosität des Inhalts und durch üblen Geruch beim Öffnen
der Konserven bemerkbar wurden. Sie sehen
inbakteriellen Infektionen eine der möglichen Ursachen für die kurze Lebensdauer der konservierten
Spermien.
Ziel der vorliegenden Arbeit
ist esdeshalb, festzustellen, wie weit
mandurch garantierte Sterilität des Spermas
inder Konserve die Motilität und damit die Brauchbarkeit der Spermien beeinflussen kann. Wir wollten ferner das eventuelle Vorkommen
vonMikroorganismen primärer oder sekundärer Herkunft und die Zusammensetzung der Mikroflora in den Spermakonserven
feststellen. Schließlich wollten wir klären, ob eine sterile Abnahme
vonSperma möglich ist und welche Ergebnisse
man vonSchutzstoffen
erwartenkann.
MATERIAL UND METHODIK
Sperma
Reines
Sperma
ohneSchleimbeimischung
saugten wir von denausgestülpten Begattungs-
organen von mehr als 12
Tage
altenDrohnen,
die vonbegatteten
undunbegatteten
Köni-ginnen
der RasseApis mel l ifica
carnica Pollm. stammten, in dieSpritzennadel
des Insemina-tionsapparates
ein(V ESEL Y, 1961).
DieAusstülpung
erreichten wir durchBetäubung
derDrohnen mit
Chloroformdämpfen,
dieEjakulation
durch Druck auf den Hinterleib.Die
Spermakonserven
stellten wir nach der Methodik von TABER(1961)
her. Die sperma- säule in derKapillare fügten
wir durch 1-2minütiges Zentrifugieren
bei 6 000Umdrehungen
zusammen. Der Inhalt der einzelnen Konserven
betrug
8-12 mm’Sperma.
Stoffe
zum Schutz desSpermas
gegen bakterielleInfektionen
1.
Lysosym,
einEnzym,
das in den Zellwänden von Mikrobengewisse Mucopolysaccharide spaltet (S T Ä RKA , 1959).
Wir haben es wegen seiner bakterizidenWirkung
auf eine ganze Reiheapathogener
oderwenig pathogener,
auf der menschlichen Haut und auf Schleimhäutenhäufig
vorkommender Mikroben
gewählt (S EDLAK
undKol., 1962).
Wir benutzten das von der Firma Zdravotnickézäsobobäni, Heilmittelfabrik, hergestellte Lysosym.
Von der konzentriertenLysosymlösung,
die mit Hilfe eines Seitz-Filters EK sterilisiertwurde,
haben wirLösungen
mit den Konzentrationen 10
mg /ml,
5mg /ml
und 1mg /ml
vorbereitet.2.
Chloramphenikol,
ein Antibioticum mit einem breiten antimikrobiellenSpektrum.
Eswirkt auf
gramnegative
undgrampositive
Bakterien undKokken, Spirochäten, Actinomyceten,
Rickettsien und auf manche grosse Viren. Auf die meisten Mikroben wirkt es bakteriostatisch schon bei Konzentrationen von
0,001-0,01 mg /ml (M ODR ,
HERMANSKY undV L C EK , 1969).
Vonder konzentrierten
Chloramphenikollösung (Erzeugnis
der Firma Zdravotnickézäsoboväni, Heilmittelfabrik)
haben wir eineLösung
mit der Konzentration 1 mg/ml
vorbereitet.Lösungen
der Schutzstoffe setzten wir bei derSpermaabnahme durchweg
im Verhältnis 1 : 10 zumSperma
zu.Öffnen
der KonservenDie Oberfläche der
Kapillaren
haben wir nachEntfernung
des Etiketts mit 96% igem Äthylalkohol gereinigt.
Dann schnitten wir beide Enden derKapillare
ab undpreßten
denInhalt mit einer
ausgeglühten
Nadel heraus.Bewertung
der MotilitätDen Inhalt der Konserve
(bis
auf einenwinzigen,
zurbakteriologischen Analyse
dienendenRest)
verrührten wir imhängenden Tropfen
mit 0.04 ml einer 1%igen NaCI-Lösung.
Dannbeobachteten wir bei
Zimmertemperatur
dieSpermienbewegung mikroskopisch
bei 200 facherVergrösserung
bis zum Austrocknen desTropfens (etwa
1Stunde).
Während dieser Zeit durch- lüfteten wir denTropfen
ab und zu durch Mischen.Wir bewerteten die maximale Motilität der
Spermien,
die bis zurErreichung
der maxi-malen Motilität
vergehende Zeitspanne
und die Dauer derSpermienbewegung.
Die Motilität haben wir in dieBewertungsstufen
0-6eingeteilt.
Stufe 0 bedeutet :Spermien
ohnejede
Bewegung
undStruktur;
Stufe 1 :Spermien
ohne sichtbareBewegung,
sie bilden aber amRande des
Tropfens
einekreisförmige Struktur;
Stufe 2 :langsame Bewegung
einzelnerSper- mien;
Stufe 3 :Bewegung
kleinerSpermiengruppen
auf derStelle;
Stufe 4 :Bewegung
dermeisten
Spermien
auf derStelle;
Stufe 5 : Wirbeln undGewoge
grosserSpermiengruppen;
Stufe 6 :
heftiges
Wirbeln undGewoge
der ganzenSpermienmasse.
Kultivierung
undIsolierung
der bakteriellen KulturenZur
Kultivierung
undIsolierung
benutzten wir das modifizierte Holst-Sturtevant-Medium- HSAgar (A ZUMA
undK ITA O KA , 1965).
Von
jeder
Konserve wurden 2 Schalen mit festem Nährbodenbeimpft.
Die eine Schalewurde
aerob,
die andere anaerob bebrütet. DieBebrütung
wurde bei 37° C bis zü 1 Wochedurchgeführt.
Es wurden
geklonte
Subkulturen derangezüchteten
Keimeangelegt.
Von diesen Subkul-turen sind wir beim Feststellen der
Eigenschaften
der betreffenden Bakterien ausgegangen.Die Kulturen hielten wir auf
Schrägagar
bei 4° C.Identifikation
derangezüchteten
BakterienZur
Feststellung
der biochemischenEigenschaften
und der anderenBewertungskriterien
benutzten wir eine Reihe von Testen.
Wir bewerteten
Aussehen,
Farbe und Größe derKolonien, Sauerstoffbedürftigkeit,
Größe und
Anordnung
der Mikroben imPräparat, Beweglichkeit, Gramreaktion,
dieSporen- färbung
nachSchaeffer-Fulton,
das Anwachsen aufFleischpepton-Bouillon, Ammoniakbildung, Harnstoffspaltung, Gelatineverflüssigung,
Reduktion von Nitrat zuNitrit,
Schwefelwasser-stoffbildung,
fernerFällung, Peptonisierung, Säuerung
oderAlkalisierung
vonMilch, Stärkehy- drolyse,
dieMethylrot-und
dieVoges-Proskauer-Reaktion,
dieVergärung
vonSaccharose,
das Wachstum auf Nährböden mit hoherSalzkonzentration,
Katalase-undOxydasereaktion.
Zu diesen Zwecken benutzten wir das Medium der sog. bunten Reihe nach ZAHRADNICKY und Kol.
(1965).
Desinfektion
derSpritzennadel
Zur sterilen Abnahme des
Spermas
haben wir dieSpritzennadel
durchDurchspülen
mit96
% igem Äthylalkohol
desinfiziert. Reste des Alkokols wurden mit destilliertem Wasser entfernt.ERGEBNISSE
a. -
Mit konserviertem Sperma
In Dol und in Libechov stellten wir 1968 und 1969 insgesamt 50 Sper-
makonserven her. Bei allen Konserven haben wir die Motilität der Spermien geprüft, 33 Konserven untersuchten
wirausserdem bakteriologisch.
Die Ergebnisse der Motilitätsprüfungen sind in der Tabelle
zusammen-gestellt. Zu grösseren Unterschieden in der Motilität der ohne und der mit Zusatz
vonSchutzstoffen konservierten Spermien kam
es erstbei den 60
Tage gelagerten Konserven. Eine auffallend höhere Motilität wurde bei dem mit Zusatz
vonChloramphenikol gelagerten Sperma festgestellt.
Die maximale Spermienbewegung
warnach 3-30 Minuten
zubeobachten, unabhängig
vondem verwendeten Schutzstoff. Mit der Lagerungszeit
ver-längerte sich auch die
zurErreichung der maximalen Motilität benötigte
Zeit.
Die Spermienbewegung dauerte bei allen Konserven bis
zumAustrocknen
des Tropfens
-mit Ausnahme
vondrei 60 Tage lang gelagerten Konserven (1 mit Zusatz
vonLysosym,
2mit Zusatz
vonLysosym und Chloramphenikol),
bei denen die Bewegung auf
nureinige Minuten beschränkt
war.Bakteriologisch wurden untersucht :
15 Spermakonserven ohne Zusatz eines Schutzstoffes. Alle diese Kon-
serven
hatten beim Öffnen
einnormales Aussehen und
warenohne üblen Geruch. Vom Inhalt
von5 Konserven wurden nach dem Öffnen folgende
Bakterien angezüchtet, isoliert und identifiziert : Streptococcus epidermidis,
Bacillus brevis ; in
einemFalle wurden aerobe Stäbchen der Familie Bacillaceae
gefunden ;
esgelang nicht, sie näher
zubestimmen. Der Inhalt der anderen Konserven
warsteril.
12
Spermakonserven
mitZusatz
vonLysosymlösung
inden Konzentra- tionen 1, 5 und 10 mg !ml. Alle Konserven hatten beim Öffnen ein normales Aussehen und
warenebenfalls ohne üblen Geruch. Von dem Inhalt
von3 Konserven wurden folgende Bakterien angezüchtet, isoliert und identifiziert :
Gaffkya tetragena, Citrobacter (Escherichia) freundii ; in
einemFalle wurden aerobe Stäbchen der Familie Bacillaceae gefunden ;
esgelang nicht, sie näher
zu
bestimmen. Zwischen den einzelnen Konzentrationen der Lysosymlösung (1, 5 und 10 mg/ml) wurden keine Unterschiede gefunden.
2 Spermakonserven mit Zusatz
vonChloramphenikollösung
inder Kon-
zentration 1 mg !ml. Beide Konserven hatten beim Öffnen ein normales Aussehen und
warenohne Geruch. Der Inhalt
warsteril.
4 Spermakonserven
mitZusatz
vonChloramphenikol- und Lysosym- lösung
inder Konzentration 1 !- 1 mg !ml. Alle Konserven hatten beim
Öffnen
einnormales Aussehen und
warenohne Geruch. Der Inhalt erwies sich als steril.
b.
-Mit frischem Sperma
Bei 40 Drohnen haben wir Sperma und Schleim unmittelbar
vonden
Begattungsorganen abgenommen und je einen Sperma- und Schleimtropfen
auf HS-Agar ausgebreitet. Die Kultur
warin allen Fällen negativ.
Ferner haben wir in 10 Fällen Sperma kultiviert, das mit einer nicht desinfizierten Nadel abgenommen worden
war.Nach 24 Stunden wurde auf allen Schalen ein starker Bakterienbewuchs festgestellt. Diese Bakterien wurden mikroskopisch als grampositive Kokken identifiziert. Dagegen
warenalle mit einer desinfizierten Nadel durchgeführten Abnahmen steril.
DISKUSSION
Die Motilität der Spermien halten wir für ein geeignetes Kriterium für
die Verwendbarkeit des konservierten Spermas. Bei Probebesamungen zeigte
sich, daß unbewegliches Sperma (Motilitätsstufen 0 und 1) nicht mehr
indie Samenblasen der Königinnen gelangt. Als
untersteGrenze, bei der Besamungen wenigstens teilweise erfolgreich sind, kann
mandie Motilitätsstufe 2 ansehen.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei 60-tägiger Lagerung
nurKon-
serven
mit Zusatz
vonChloramphenikol und Lysosym mit Chloramphenikol
diese Grenze überschritten haben.
Das frische Sperma
warin
unserenVersuchen immer steril. Den Befund
polnischer
Autoren(G AL uscnKo,
NIEMCZUx undT OMASCHEWSKA , 1965),
die inunmittelbar in die Spritzennadel des Besamungsapparates aufgesaugtem und
sofort kultiviertem
Sperma Streptococcus apis feststellten,
konnten wir nichtbestätigen.
Die Infektion des Spermas erfolgt sekundär bei der Abnahme des Sper-
mas,
bei der Herstellung
undeventuell auch
beimÖffnen
derKonserven.
Der positive Befund bei den lysosymierten Konserven wurde höchstwahrschein- lich durch Infektion beim Öffnen verursacht, weil
essich
umdie
erstenKon-
serven
handelte, bei denen
wirdie Öffnungsmethode noch nicht beherrschten.
Dies zeigt auch der Umstand, daß gerade Gaffkya tetragena isoliert wurde, das gegen Lysosym sehr empfindlich ist.
Alle im Sperma gefundenen Mikroorganismen gehören
zurbanalen apa-
thogenen Mikroflora. Sterilität kann ebenso gut durch eine sterile Abnahme des Spermas wie durch den Zusatz
vonLysosym oder Chloramphenikol
erreicht werden.
Durch Gewährleistung der Sterilität verhindert
mandie vorzeitige Ent-
wertung des Konserveninhalts. Dennoch wird die maximale Lagerungsfrist
nicht verlängert. Es scheint, daß manche Schutzstoffe (Chloramphenikol)
eine günstige Nebenwirkung auf die Erhaltung der Vitalität der Spermien
ausüben, weil sie in den Metabolismus derselben eingreifen. Chloramphenikol
ist durch seine Hemmwirkung auf die Proteinsynthese und teilweise auch auf die DNS-Synthese der Bakterien bekannt (G ALE , 1963).
Weitere Bemühungen, die Lagerungsfähigkeit des Bienenspermas
zuerhöhen, könnten gerade in dieser Richtung geführt werden —
zurbioche- mischen Begrenzung des Spermien-Metabolismus. Es ist nicht ausgeschlossen,
daß auch niedrige Temperaturen günstig
wären.Die bisherigen Erkenntnisse über die Wirkung niedriger Temperaturen weichen stark
voneinander ab
(TA BER
, 1961, L ENSKY und S CBINDLER , 1967, S AVADA und C H A NG , 1964).
In dieser Hinsicht
wärenbiochemische Untersuchungen der Spermathekal-
drüse sehr nützlich; denn diese Drüse spielt eine wichtige Rolle bei der Auf-
bewahrung des Spermas in der Samenblase der Bienenkönigin (K OENIGER , 1969).
Eingegangen
im Juni 1970.Re f
a
pourpublication
enjuin
1970.RÉSUMÉ
Bien que les
spermatozoïdes
d’abeille restent en vieplusieurs
années invivo,
c’est-à-dire dans laspermathèque
de lareine,
on n’ajamais
pu résoudrejusqu’ici
defaçon
satisfaisante le problèmc de leur conservation in vitro.T
ABEB
etBLUM (1960)
etSKSOBAL , V ESEL Y
etHIt D -i (1966)
onttrouvé fréquemment
dans le sperme conservé des
signes
très nets d’infection. Ils voient dans l’infection bactérienne l’une des causepossibles
de la courte durée de vie du sperme conservé.C’est
FfDUf t l üel
lé but duprésent
travail est de déterminer dansquelle
mesure on peutagir
sur la motilité et parconséquent
sur laqualité
du sperme par une conservation stérile.Le sperme conservé a été obtenu par la méthode de TARER
(1961).
Le sperme pur, sansmucus est
aspiré
sur les organesd’accouplement
éversés de mâlesâgés
deplus
de 12jours
provenant de reines fécondées et non fécondées appartenant à la race carnica. L’éversionest obtenue par anesthésie des mâles aux vapeurs de chloroforme.
Pour la
protection
du sperme contre les infections bactériennes nous avons utilisé lelysozyme
en solution concentrée. Nous avonspréparé
des solutions à 10,5 et 1mg/ml.
Lessolutions
protectrices
ont étéajoutées
auprélèvement
de sperme dans laproportion
constantede 1 à 10.
Nous avons
éprouvé
la motilité en gouttependante
avec0,04
ml d’une solution de Na CI à 1%.
La motilité maximum a étéappréciée
selon l’échelle suivante :0
= spermatozoïdes
sans mouvements, ni structure.1 =
spermatozoïdes
sans mouvementsperceptibles.
2 = mouvements lents de
spermatozoïdes
isolés.3 = mouvements sur
place
depetits
groupes despermatozoïdes.
4 = mouvements sur
place
de laplupart
desspermatozoïdes.
5 = mouvements
spirales
degrands
paquets despermatozoïdes.
6 = mouvements
spirales
violents de toute la masse de sperme.La mise en culture a été effectuée en
partie
en conditionsaérobies,
enpartie
en conditionsanaérobies.
Au total 50 échantillons de sperme conservé ont été
préparés
dont 33 ont été examinés dupoint
de vuebactériologique. Parallèlement,
du sperme frais provenant directement des organes sexuels a été mis en culture.Nos résultats permettent de tirer les conclusions suivantes :
1° Le sperme,
primitivement
stérile est infecté secondairement par leprélèvement
sur lesorganes du
mâle,
par lapréparation
ou par l’ouverture de la conserve.2° Les bactéries contenues dans le sperme infecté ont été identifiées comme étant
Strep-
tococcus
eperdermidis,
Bacillusbrevis, Gaffkya Tetragena
et Citrobacter(Escherichia) freundü.
Toutes les
espèces
trouvéesappartiennent
à la microflore banale et, dans aucun cas il nes’agis-
sait de formes
pathogènes
pour l’abeille ou pour l’homme. La source d’infection laplus
couranteétait la peau de l’homme.
3° On peut
garantir
la stérilité de la conserve par unprélèvement soigneux
du spermeou addition de
Lysozyme
ou dechloramphénicole
en solution à la concentration delmg/ml
dans la
proportion
de 1 : 10 de sperme.4° La stérilité
protège
le sperme conservé d’unedégradation prématurée
mais neprolonge
pas la durée maximale de
stockage (60 jours).
5° Avec le
chloramphénicole
on a découvert une action secondairejusqu’ici
inconnue :la motilité des
spermatozoïdes
conservéspendant
60jours
est notablementaugmentée.
6° De nouvelles recherches devraient être faites sur cette action secondaire au chloram-
phénicole
ou d’autres substancesagissant
sur le métabolisme desspermatozoïdes.
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