Пчела, относясь к отряду высокоразвитых насекомых, по своей физиологии является характерным представителем этого обширного класса. Как и у самых примитивных представителей многочисленного класса насекомых, тело пчелы сформировано тремя крупными разделами: головой, грудью и брюшком, которые подвижно соединены друг с другом. В свою очередь, каждый раздел состоит также из нескольких сегментов. Все тело взрослой особи покрыто плотным хитиновым панцирем, который надежно защищает внутренние органы насекомого от внешней среды. Окраска хитинового покрова определяется содержащимся в нем пигментом и может варьироваться, в зависимости от породы от желтой до коричневой или серой. Сверху панцирь покрыт мелкими волосками, которые выполняют как защитную функцию, так и осязательную.

Форма головы пчелы может быть круглой, если это матка или трутень, или треугольной — именно такая форма свойственна рабочим пчелам. Большую часть головы занимает пара сложных шестигранных фасеточных глаз, каждый из которых состоит из 5000 тыс. отдельных омматидий, или простых глазков. Каждый из омматидиев может улавливать даже слабое движение, благодаря чему насекомые мгновенно получают информацию о любом перемещении потенциального врага или, наоборот, добычи. А так как каждый из омматидиев расположен под своим углом зрения, сложные глаза помогают собирать информацию с широкого поля зрения. Каждый омматидий по своему строению представляет собой отдельный орган со своими хрусталиком, сетчаткой, нервными окончаниями, передающими информацию в головной мозг. Главная задача этой пары глаз — не столько передача информации о форме, цвете, размере окружающих предметов (пчелы плохо различают или вовсе не видят мелкие предметы, а крупные видят мозаично), сколько сбор и передача сигналов о движении вокруг насекомого, что позволяет ему максимально точно ориентироваться в пространстве. Кроме этого, такое устройство глаз позволяет насекомым воспринимать невидимые для человека ультрафиолетовые лучи и различать высокочастотные мигания света, однако пчелы не видят красного цвета, они воспринимают его как темно-синий, темно-серый или даже черный.

Помимо пары сложных глаз, на голове пчелы расположены три простых глаза, которые передают насекомому информацию об интенсивности света, благодаря чему пчелы узнают, когда наступает рассвет или близится закат. Простые глаза имеют форму треугольника и расположены ближе к темени. В отличие от сложного глаза с двойной линзой, в простом глазе линза только одна, собранная информация по зрительному нерву передается в мозг. Кроме глаз, на голове пчелы расположены состоящие из 11 члеников усики, у трутня на один членик больше. На усиках, или антеннах, расположены органы обоняния и осязания пчел. Ротовой аппарат пчел представляет собой трехсегментный орган, который состоит из хоботка, верхней губы и челюстей. Длина хоботка пчелы варьируется от 4,1 до 7 мм. Длиннее хоботок у рабочих пчел, который требуется им для сбора нектара. У матки и трутня, не занятых сбором корма, хоботок в 1,5–2 раза короче. Ротовой орган пчелы позволяет насекомому различать четыре основных вкуса: соленый, горький, кислый и сладкий.

Следующий сегмент тела пчелы — грудь. Как и у большинства насекомых, грудь пчелы сформирована четырьмя отдельными сегментами, плотно соединенными между собой.

В нижней части груди у пчелы закреплены три пары ножек, от верхней части отходят два пары крыльев.

Ножки пчелы выполняют сразу несколько функций: при помощи передней пары она очищает свои усики после сбора нектара или пыльцы, а также после кормления, в корзиночках задних ножек пчела транспортирует собранную пыльцу в улей. Средние ножки нужны пчеле для отделения обножки от корзиночки и утрамбовки ее в ячейку сот.

Как и большинство частей тела пчелы, ножки состоят из нескольких члеников: начинаются тазиком и заканчиваются лапкой с двумя коготками, разделенными подушечкой.

Крылья пчелы для преодоления по несколько раз в день значительных расстояний должны отличаться особой прочностью. Крылья перепончатые, они состоят из нескольких крепких жил, между которыми закреплена прочная перепонка. На передней паре крыльев пчелы расположены зацепки, при помощи которых крылья сцепляются с крючками задней пары крыльев. Благодаря этому, при взлете и в фазе полета обе пары крыльев превращаются в единую плоскость и позволяют развивать скорость от 15 км/ч с грузом до 70 км/ч налегке.

Следующий отдел тела пчелы — брюшко, которое у женских особей состоит из шести сочлененных сегментов, а у трутня — из семи. Каждый брюшной сегмент, в свою очередь, представляет собой два соединенных полукольца — стернита и тергита, которые скреплены между собой прочной хитиновой пленкой. Благодаря особому сочленению отдельных сегментов брюшка, оно может при необходимости значительно увеличиваться. На брюшных полукольцах рабочих пчел расположены восковые зеркальца, прикрывающие внутренние восковые железы. Так как матка и трутень в строительстве сот не участвуют, восковые железы и зеркальца у них не развились. Все особи женского пола в семье выполняют при необходимости оборонительную функцию. Главным орудием защиты является пчелиный яд, выделяемый ядовитыми железами, и жало, состоящее из пары стилетов. Каждый стилет в верхней части имеет зазубрины, которые прочно застревают в мягких тканях врага и мешают пчеле вытащить жало обратно. В результате жало отрывается вместе с железами и частью брюшка и пчела через некоторое время погибает. Но если врагом пчелы выступают не теплокровное животное или человек, а насекомые или другие членистоногие с хитиновым покрытием, пчела после нападения вытаскивает жало обратно, и атака на врага не приносит ей гибели.

Пчелы, относясь к высшим насекомым, в полной мере обладают высокоразвитыми системами жизнеобеспечения, основными из которых являются система пищеварения, кровоснабжения, дыхания и размножения.

Пищеварительная система пчелы представлена передним отделом, или передней кишкой, кишечником, железами, участвующими в процессе переваривания пищи, и задней кишкой, которая завершается выделительным отверстием.

Процесс поглощения пищи начинается с переднего отдела, который составляют ротовое отверстие, глотка, медовый зобик и сам пищевод. Через ротовую полость пища попадает в короткую глотку, переходящую в пищевод. Если глотка расположена в голове пчелы, то пищевод размещается внутри груди насекомого. В брюшке пчелы пищевод расширяется и образует медовый зобик, который за счет особой конструкции с обилием петель может значительно растягиваться при заборе пчелой нектара. При весе в среднем в 100 мг пчела способна набрать в свой зобик свыше 60 мг нектара, т. е. больше, чем половину своего веса. На заднем конце медового зобика расположен преджелудочек, отделяющий передний отдел от средней кишки и выполняющий при помощи мышц роль промежуточного клапана. При открытии клапана преджелудочка часть пищи поступает в среднюю кишку, при закрытом клапане часть переработанного нектара может отрыгиваться наружу. Средняя кишка пчелы представляет собой самый длинный внутренний орган насекомого и делится на три отдела: передний, средний и задний. Этот орган выполняет функции желудка, именно здесь протекают процессы переваривания пищи и всасывания питательных веществ в кровь, которая затем разносит их по всему организму для снабжения пчелы энергией. Длина средней кишки взрослой рабочей пчелы достигает 1,2 см, а у трутня может достигать почти 2 см. Внутри средней кишки расположено множество складок, что позволяет значительно увеличить площадь данного органа и, как результат, ускорить процесс переваривания пищи. В этом же органе, в глубине складок, расположены железы, выделяющие ферменты, которые активизируют процесс переваривания нектара. Процесс всасывания переваренной пищи протекает в заднем отделе средней кишки, а непереваренные остатки через клапан выводятся в кишечник, состоящий из передней и задней кишки. Задняя, или толстая кишка, заканчивается анальным отверстием, через которое происходит удаление каловых масс из тела насекомого. Задняя кишка пчелы способна к сильному растяжению, так как в период зимовки (а в зимних районах зимовка может продолжаться до 6 месяцев) именно в этом отделе пищеварительного тракта происходит накопление непереваренных остатков пищи; за весь период зимовки в толстой кишке может накапливаться около 40 мг кала, и только во время первого облета пчелы опорожняют свой кишечник. Поэтому первый весенний облет пчел и называется очистительным.

Кровеносная система насекомых устроена значительно проще, чем у высших животных, и состоит всего из двух органов: пятикамерного сердца, которое расположено в брюшке пчелы, и единственного сосуда — аорты. Аорта представляет собой полую трубку, один конец которой примыкает к переднему суженному участку сердца, а второй конец заканчивается в голове насекомого. В отличие от высших представителей животного мира, у которых кровь циркулирует по сосудам и имеет замкнутую систему, у насекомых кровеносная система не замкнута. У пчелы кровоснабжение устроено таким образом, что от сердца к голове кровь поступает по аорте, а в обратном направлении циркулирует свободно внутри тела насекомого и по пути омывает внутренние органы пчелы, после чего снова всасывается сердцем. Движение крови по организму пчелы осуществляется как за счет сокращений сердца, так и за счет движения брюшной и спинной диафрагм. Частота сокращений сердца колеблется в зависимости от активности насекомого — от 50 ударов в минуту до 150.

Главная функция крови — перенос питательных веществ из желудочно-кишечного тракта, где они поступают в организм, ко всем остальным органам; при этом кровь выполняет и очистительную функцию, так как служит для выведения части выделяемых клетками веществ из организма. В отличие от крови высших животных, гемолимфа практически не переносит кислород к внутренним органам, но при этом выполняет несколько важных для насекомого дополнительных функций. Прежде всего, она помогает перераспределить тепло в организме, перенося его из места максимального теплообразования (а у пчелы это всегда область груди, где за счет сильного сокращения мускулатуры вырабатывается энергия) в более холодные области. В результате циркуляции гемолимфы внутренняя температура насекомого выравнивается. По своему составу кровь пчелы значительно отличается от крови теплокровных животных: в ней нет красных кровяных телец — эритроцитов, поэтому она чаще бесцветная. Около 75 % гемолимфы составляет вода, в которой растворены белки, жиры, аминокислоты, микроэлементы, сахара. Основной форменный элемент крови насекомого — особые клетки гемоциты, которые предназначены для защиты внутренних органов пчелы от проникающих в организм бактерий, вирусов, продуктов распада, инородных тел. Процентное содержание крови в теле пчелы относительно невелико — около 8 % от общей массы тела, поэтому при вскрытии тела пчелы она практически не вытекает. Еще одна особенность крови насекомого заключается в том, что полная потеря гемолимфы не является для него смертельной. Если у пчелы полностью удалить гемолимфу, то насекомое будет обездвижено, но стоит пчелу напоить водой с растворенной в ней глюкозой, как через некоторое время она оживет.

Основная задача дыхательной системы пчелы — обеспечение всех жизненно важных систем кислородом и удаление из организма углекислого газа. Дыхательная система насекомых представляет собой множество трубочек различного диаметра, которые осуществляют доставку кислорода ко всем жизненно важным органам. Помимо полых трубок, в систему дыхания пчелы входят воздушные мешки и несколько пар дыхалец, которые расположены на груди и брюшке. У каждой пчелы есть по три пары грудных дыхалец и как минимум шесть пар брюшных, у трутня количество брюшных дыхалец увеличено на одну пару. Брюшные дыхальца расположены по бокам брюшка насекомого. Дыхальца через трахеи соединены с воздушными мешками, которые расположены тоже в нескольких отделах тела насекомого: в голове, груди и брюшке. Самые крупные воздушные мешки расположены в груди. Как и дыхальца, воздушные мешки представлены парами в левой и правой половинах тела пчелы и соединены между собой крупными трахеями. Из дыхалец воздух попадает в воздушные мешки, откуда по разветвленной системе средних и мелких трахей поступает ко всем внутренним органам и клеткам пчелы. Потребности пчелы в свежем притоке кислорода зависят от температуры окружающего воздуха и активности насекомого: при низкой температуре потребление кислорода уменьшается почти вдвое, а в активной стадии полета пчела потребляет почти в 110 раз больше кислорода, чем в стадии покоя при той же температуре.

При дыхании, помимо углекислого газа, пчелы выделяют воду, поэтому дополнительная вентиляция ульев позволит решить проблему повышения влажности внутри гнезда.

Немаловажную роль в жизни пчелиной семьи играют такие внутренние органы насекомого, как железы, которые выделяют секретирующие вещества, способствующие нормальному биологическому развитию семьи. Всего у пчелы семь различных видов желез, секрет которых помогает строить гнездо, перерабатывать корм, выращивать молодое поколение. Особенностью пчел является то, что каждая железа активна не весь период жизни насекомого, а только определенное время, в которое пчела и выполняет функцию, определяемую выделяемым той или иной железой секретом. В области головы насекомого расположены верхнечелюстные железы, главное предназначение которых — выработка основного компонента маточного молочка. Данная железа хорошо развита у особей женского пола, но отсутствует у трутней. Секрет данной железы используется для выращивания личинок, причем как рабочих пчел, так и маток, и трутней. Максимально развиты данные железы именно у матки, которая активно вырабатывает маточное молочко. Рабочие пчелы собирают выделенный секрет с ее тела, часть молочка пчелы потребляют сами, при этом вещество, способствующее быстрому росту молодняка, в то же время у взрослых пчел тормозит развитие половых органов, а также препятствует активизации инстинкта роения, т. е. направлено на сохранение целостности семьи при одной активной матке. Если матка начинает выделять меньше молочка, то взрослые пчелы испытывают нехватку данного секрета, как следствие, у них происходит активизация развития яйцекладки. А так как рабочая пчела не способна оплодотворять яйца, из них вылупляются только трутни. В природе пчелы в ответ на снижение количества маточного молочка могут начать строить маточник для самостоятельной замены матки. На пасеке знание этой биологической особенности пчелиной семьи позволяет вовремя заменить стареющую или больную матку новой, что помогает сохранить силу семьи.

Следующие железы пчелы, расположенные также на голове, — глоточные. Эти железы имеются только у рабочих пчел и используются как для производства секрета, добавляемого в маточное молочко для корма личинок, так и для производства специального фермента интраветазы, которая участвует в переработке нектара в мед. Так как матка и трутень выработкой меда и воспитанием потомства не занимаются, у них этот вид желез полностью отсутствует. Следующие железы пчелы, расположенные частично на голове насекомого, а частично — на груди, нижнегубные и грудные. Эти железы выделяют вещество, используемое пчелами в гигиенических целях: для очистки матки, себя, прочистки хоботка, содержания в чисто те гнезда. Важнейшую роль в жизни пчелиной семьи выполняют восковые железы рабочих пчел, расположенные под восковыми зеркальцами на брюшном членике пчелы. Секрет данных желез в жидком виде поступает на поверхность восковых зеркалец, где застывает в виде тонких пластинок. Именно их пчелы и используют при строительстве сот. Данные железы развиваются у молодой пчелы ко второй неделе ее взрослой жизни и максимально активизируются во время основного медосбора. Следующая железа пчелы расположена на спинке брюшного членика и называется пахучей. При помощи секрета данной железы пчелы узнают представителей своей семьи. Выделение этого секрета способствует пробуждению инстинкта роения, а также пахучая жидкость, выделяемая пчелами, помогает им ориентироваться вне улья, определяя, где именно их сородичи собирают нектар.

Еще одна немаловажная железа пчелы — ядовитая, с ее помощью пчела выделяет яд при нападении на врага. Личинки пчелы в своем развитии имеют также прядильные железы для выработки вещества для окукливания, которые у взрослой особи отсутствуют.

Функцию размножения в пчелиной семье выполняет матка, половые органы у остальных представительниц семьи остаются недоразвитыми, рабочие пчелы способны откладывать яйца, но только неоплодотворенные. Половые органы матки представлены влагалищем, парой яичников, двумя яйцеводами и семяприемником, соединенными в единую половую систему пчелы. Яичники матки с яйцевыми трубочками, расположенные в центральной части верхней половины брюшка, парными яйцеводами соединены с непарным яйцеводом, который, в свою очередь, соединен с влагалищем. Над непарным яйцеводом размещается семяприемник со сперматозоидами. Половые органы мужского представителя пчелиной семьи состоят из пары семенников, в которых расположены семенные канальцы, производящие сперматозоиды, семяпровода, семенного пузырька, придаточных желез и копулятивного аппарата с семяизвергательным каналом.

Половая зрелость трутня наступает к 12-му дню, матки созревают раньше и готовы к спариванию уже на 7-й день выхода из ячейки. Чаще за неделю после наступления половой зрелости матке удается завершить брачный полет актом спаривания с трутнем, при этом не одним, а последовательно с несколькими, пока в парных яйцеводах не будет достаточного количества спермы. Брачный полет совершается в ясную погоду, как правило, после полудня. При спаривании сперма трутня попадает в половые органы матки, а сам трутень погибает. После возвращения матки из брачного полета сперма из парных яйцеводов медленно стекает в семяприемник, в среднем этот процесс занимает около суток, за это время сперма сгущается и из прозрачной становится серой. Спаривание матки с трутнем позволяет ей получить свыше 8 млн сперматозоидов, на третьи сутки после спаривания матка готова к кладке оплодотворенных яиц. В то же время часть яиц матка откладывает неоплодотворенными, из них при дальнейшем развитии вырастают трутни.