УДК 632.937.12

В.М. Бельченко, А.В. Лешишак, Е.П. Наголович

Инженерно-технологический институт «Биотехника»

НААН Украины, пгт. Хлебодарское, Одесская область

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРИХОГРАММЫ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

 

Дата поступления статьи в редакцию: 23.04.2015

Рецензенты: д-р с.-х. наук Таргоня В. С.,

канд. биол. наук Войтка Д.В.

 

    Аннотация. Создан экспериментальный стенд, который позволяет проводить многофакторные эксперименты по изучению влияния факторов абиотической среды на жизнеспособность и активность энтомофага трихограммы. Конструкция и программное обеспечение экспериментального стенда позволяет использовать его для проведения исследований широкого спектра насекомых и клещей.

   Ключевые слова: энтомофаг, трихограмма, техноценоз, стенд, температура, влажность, аэрация.

 

    Введение. Обязательным условием программ биометода является получение культур насекомых-энтомофагов, которые по своим физиологическим, генетическим и экологическим особенностям максимально приближены к естественным популяциям энтомофага [1]. Поэтому основным направлением исследований насекомых должна стать разработка методов повышения жизнеспособности и производительности энтомокультур при их промышленном разведении [2].

Результаты исследований. С целью исследования способов получения высокоэффективных энтомокультур трихограммы нами разработан экспериментальный стенд (рис. 1) для моделирования комплексного действия основных абиотических факторов, которые влияют на жизнеспособность, производительность и активность энтомофага [3].

 

Рисунок 1 - Общий вид экспериментального стенда

 

    Изучение энтомокультуры трихограммы на основе созданного стенда представляет собой многофакторный эксперимент, в котором сменными параметрами являются температура, относительная влажность воздуха и интенсивность аэрации, а функцией отзыва является жизнеспособность энтомокультуры трихограммы. Проведение таких исследований требует одновременного поддержания параметров воздуха во всех вариантах эксперимента в довольно узком диапазоне отклонений на протяжении длительного времени, что возможно лишь при использовании разработанного стенда.

     В состав экспериментального стенда входит комплект модулей, система парогенераторов и контрольно-измерительный комплекс. Каждый модуль (рис. 2) состоит из трех прямоугольных блоков (120 x 40 мм), предназначенных для имитации гигротермических условий.

    Блок подготовки воздуха (1) при высоте 100 мм обеспечивает равномерность распределения в пространстве и времени гигротермических условий внутри основного экспериментального блока (2). Инструментами для обеспечения этих параметров является электронагреватель (3) и распределитель водяного пара (4).

   Экспериментальный блок (2) является объемом проживания (рабочая зона) с расположенном в нем поверхностью (рабочая поверхность) для размножения трихограммы (5). Объем рабочей зоны (1,2 л) рассчитан исходя из плотности содержания культуры

 

1 - блок подготовки воздуха, 2 - экспериментальный блок,

3 - электронагреватель, 4 - распределитель водяного пара,

5 - рабочая поверхность, 6 - датчик температуры,

7 - блок вентиляции воздуха, 8 - вентилятор,

9 - датчик температуры/влажности, 10 - фланец

Рисунок 2 - Принципиальная схема модуля экспериментального стенда

 

 

 

энтомофага и позволяет содержать 40 тыс, особей трихограммы, что соответствует плотности содержания трихограммы в емкостях [4, 5], которые распространены в промышленности - 33 особи на см³.

Высота экспериментального блока составляет 250 мм, при такой высоте действие фото- и геотаксиса трихограммы не препятствует эффективному и равномерному распределению особей в рабочей зоне и способствует более полному паразитированию яиц хозяина. Поверхность для размножения трихограммы равноудалена от стенок экспериментального блока. В нижней части экспериментального блока расположен датчик температуры (6). Блок вентиляции воздуха (7) с вентилятором (8) обеспечивает равномерность потоков воздуха по всему сечению экспериментального блока, а также регулирование скорости в необходимом диапазоне. На стороне всасывания вентилятора расположены датчики температуры и влажности воздуха (9).

Расположение датчиков в нижней части экспериментального блока и в верхней части блока вентиляции воздуха обеспечивает своевременное выявление отклонений параметров воздуха и позволяет автоматической системе управления оперативно реагировать на отклонения.

Все камеры каждого экспериментального модуля соединены между собой с помощью фланцев (10) из эластичного материала и сетки с диаметром ячейки 0,1 мм, что обеспечивает содержание особей трихограммы в рабочей зоне. Внешне модули покрыты слоем теплоизолирующего материала.

Обеспечение необходимой влажности воздуха в каждом из модулей осуществляется парогенератором. Влага, которая подается в экспериментальный блок, должна быть полностью поглощена воздухом. Это достигается использованием распределителя водяного пара. Наличие расстояния между осью распределителя и верхней границей блока подготовки воздуха обеспечивает полное насыщение воздуха и исключает возможность непосредственного воздействия пара на датчики и биоматериал, а также действия вторичной тепловой радиации от конструктивных элементов.

Для измерения и регулирования параметров микроклимата создан контрольно-измерительный комплекс (КИК) на базе контроллера ArdunioMega(МК), блоков реле, датчиков и персонального компьютера (ПК). Обработка и первичный анализ полученных данных, их хранение, а также настройки КИК проводится с использованием ПК и созданного специализированного программного обеспечения (ПО). Разработанное ПО реализовано с использованием языка программирования Делфи (Delphi) при соблюдении принципов объектно-ориентированного про­граммирования и включает следующие части:

• ПО станции мониторинга – программа для персонального компьютера с функциями установки и изменения параметров микроклимата, опрос микроконтроллера и передачи заданных параметров микроклимата на КИК, анализа и автоматического запоминания значений параметров микроклимата в экспериментальных модулях стенда;
• ПО микроконтроллера – программный код управления для микроконтроллера автоматизированной системы КИК.

Значения параметров температуры и влажности, полученные c каждого датчика, хранятся в базе данных. Запись результатов измерений выполняется в файл в формате * .TXT с возможностью импорта полученных данных в таблицу MS EXCEL.

Режим работы ПО станции мониторинга функционально делится на две части: настройка параметров эксперимента и мониторинг эксперимента. Соответственно, интерфейс также делится на две части. Настройка МК предоставляет возможность установки температуры и влажности воздуха в рабочей зоне для каждого из экспериментальных модулей в отдельности, а также настройки диапазона допустимых значений этих параметров (dT, dH). Временной интервал сохранения результатов измерения может быть задан от 10 секунд до 1 часа. Все настройки хранятся в инициализационном файле. Эта информация может быть использована для продолжения эксперимента в случае непредвиденного закрытия программы при ее последующем запуске.

В начале работы происходит передача настроек на МК. В дальнейшем МК выполняет все функции по поддержанию параметров микроклимата в рабочей зоне экспериментальных модулей независимо от ПК.

Алгоритм работы ПО микроконтроллера (рис. 3): при включении микроконтроллера происходит инициализация последовательного порта ввода-вывода (I/Oinit), после чего МК находится в режиме ожидания передачи установочных параметров от станции мониторинга (INITDATA). В то же время с интервалом в 10 секунд происходит опрос датчиков температуры и влажности. Полученные текущие данные записываются в пакет данных «CURDATA» в последовательный порт ввода-вывода МК (Send Tn, Hn to СОМ). В случае наличия пакета «INITDATA» в буфере последовательного порта ввода-вывода МК происходит инициализация линий МК для проведения операций с коммутационными реле (Init AI / О), которые включают или выключают нагреватели и увлажнители в каждом из экспериментальных блоков. После проведения этой процедуры происходит инициализация циклического процесса опроса датчиков и сравнения данных пакетов «CURDATA» и «INITDATA».

КИК обеспечивает высокоточное регулирование параметров микроклимата благодаря использованию высокоинерционных систем воздействия (нагреватель, парогенератор). Высокая инерционность систем воздействия позволяет поддерживать параметры воздуха на заданном уровне, используя наименьшую возможную мощность приборов в каждом

из вариантов эксперимента.

 

 

 

Рисунок 3 - Алгоритм работы микроконтроллера и блока реле

 

   Созданная система микроклимата предоставляет возможность поддерживать температуру воздуха с точностью ± 0,5 °С и относительную влажность воздуха с точностью ± 3 %.

Для обеспечения стабильности параметров микроклимата во всех модулях, в помещении, где находится стенд, необходимо поддерживать температуру и относительную влажность воздуха на уровне нижней границы параметров микроклимата, которые используются в эксперименте. Поддержание температуры воздуха обеспечивается кондиционером (сплит система), а влажность - мипластовим увлажнителем воздуха (ЗПМ-2, ИТИ «Биотехника» НААН).

Выводы. Созданный экспериментальный стенд позволяет провести двухфакторный эксперимент с соблюдением необходимой точности поддержания параметров микроклимата для установки оптимальных гидротермических режимов содержания трихограммы в техноценозе.

Учитывая конструкцию и программное обеспечение экспериментального стенда, его можно будет использовать для проведения исследований экологических и физиологических особенностей широкого спектра насекомых и клещей. Контрольно-измерительный комплекс является универсальным решением и может быть использован для создания промышленного микроклиматического оборудования для разведения насекомых и других объектов.

Список литературы

1. Тамарина, Н.А. Техническая энтомология - новая отрасль прикладной энтомологии / НА Тамарина // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Энтомология. М.: ВИНИТИ. - 1987. - Вып. 7 - С. 35.
2. Наукове забезпечення сталого розвитку сільського господарства в лісостелу України / відп. за вип.: I.I. Ібатуллін [i інш.]. - К.: Видавництво Алефа, 2003 р. - Т. 2.-352 с.
3. Бельченко, В.М. Имитация естественных климатических условий для разведения насекомых энтомофагов в техноценозе / В.М. Бельченко, О.В. Ле- шишак, Н В Жихарева // Збірник тез доповідей IX Міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні проблеми холодильної техніки i технології», м. Одеса, 9-13верасня 2013 р. / Одеська Національна академія харчових технолгій. Навчально-науковий інститут холоду, кріотехнологій та екоенергетики ім. В.С. Мартиновського. - Одеса, 2013. - С. 257-260.
4. К вопросу определения объемов обитания энтомокультур в промышленных биотехнологических системах /В.М. Бельченко [и др.] // Защита растений: сб. науч. труд. / НПЦ НАН Беларуси по земледелию, Ин-т защиты растений; под ред. Л.И. Трепашко. - Несвиж, 2013. - Вып. № 37. - С. 161-167.
5. Бельченко, В.М. Онтогенез насекомых как основа биотехнологических систем промышленной энтомологии /В.М. Белшенко, Б.М. Шейкин, Е.Б. Шейкина // Защита растений: сб. науч. труд. / НПЦ НАН Беларуси по земледелию, Ин-т защиты растений; под ред Л.И. Трепашко. - Несвиж, 2013. - Вып. № 38. - С. 177-183.

 

 

V.M. Belchenko, A.V. Leshishak, Е. Р. Nagolovich

Engineering and Technological Institute «Biotechnica» NAAS of Ukraine, Hlibodarske town, Odessa region

 

TECHNOLOGICAL EQUIPPEMENT

FOR EXPERIMENTAL RESEARCH OF TRICHGRAMMA IN LABORATORY CONDITIONS

Annotation. Developed an experimental stand that allows to carry out multifactor experiments to study the influence of abiotic environment factors on the viability and activity of entomophagous Trichogramma. The design and software of experimental stand can be used for a wide range of studies of insects and mites.

Key words: entomophagous, Trichogramma, technocenosis, stand, temperature. humidity, aeration.