СПОСОБ СТИМУЛЯЦИИ ПРОДУКТИВНОСТИ И ПЛОДОВИТОСТИ МУХИ ЧЕРНОЙ ЛЬВИНКИ
METHOD FOR STIMULATION OF BLACK SOLDIER FLY PRODUCTIVITY AND FERTILITY

Изобретение относится к сфере биотехнологии, в частности к способам повышения продуктивности и плодовитости мухи черная львинка и может найти применение в технологиях биоконверсии органических отходов в кормовой белково-липидный концентрат, вырабатываемый из личинок указанного насекомого.
Известно, что мухи черная львинка (Hermetia illucens L. из семейства Diptera Muscidae) могут использоваться в качестве продуцентов кормового белка (Кожебаев Б.Ж. Муха (Diptera Muscidae) как продуцент кормового белка для птиц на востоке Казахстана. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. с/х. н., Семипалатинск, 2003 [1]). Личинки способны перерабатывать органические отходы, включая осадки сточных вод и отходы обработки рыбы и мяса, некондиционные фрукты, овощи, пищевые отходы и пищевые продукты, утратившие потребительские качества. Образующийся в качестве конечного продукта энтомологический зоогумус может использоваться как компонент субстратов для выращивания растений (Sheppard et. al., 2002. Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratomyiadae) [2]). Полученную из личинок мухи биомассу используют, как правило, в высушенном виде. Согласно данным проведенных научных исследований, мука из высушенных личинок содержит 48-52% белка и до 27% жира, причем при развитии на некоторых питательных субстратах содержание жира в личинках превышает 45% и наблюдается обогащение биомассы кальцием, фосфором, железом ( Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2013, LXI, No. 1, p. 77-83 [3]; Stamer A. Insect proteins - a new source for animal feed. EMBO Reports. 2015. №16. P. 676-680 [4]; Tschirner M., Simon A. Influence of different growing substrates and processing on the nutrient composition of black soldier fly larvae destined for animal feed. Journal of Insects as Food and Feed. 2015. №1. P. 1-12 [5]; Maurer V., Holinger M., Amsler Z., Wohlfahrt J., Stamer A., Leiber F. Replacement of soybean cake by Hermetia illucens meal in diets for layers. Journal of Insects as Food and Feed. 2016. №2. P. 83-90 [6], Veldkamp Т., Bosch G. Insects: A protein-rich feed ingredient in pig and poultry diets. Animal Frontiers. 2015. №5. P. 45-50 [7]).
Добавка к комбикорму сухой личиночной биомассы эффективно отражается на скорости роста цыплят и молодняке сельскохозяйственной птицы.
Ключевую роль в биотехнологиях переработки отходов и получения личиночной биомассы с участием черной львинки играет процесс содержания имаго мух и получение яйцекладок в условиях инсектария. Соответствующие количества получаемых оплодотворенных яиц насекомого определяют масштабы и логистику дальнейших этапов технологического процесса получения целевого продукта.
Процесс получения яйцекладок предполагает размещение контейнеров с куколками мух в подготовленный инсектарий, куда также помещаются емкости с питательным субстратом, а также кассеты для откладки яиц. При составлении пищевых композиций во внимание принимается факт низкой интенсивности питания имаго. По этой причине субстраты составляются на основе легкоассимилируемых компонентов, например, сахаров с низкой молекулярной массой.
3
Основными поддерживаемыми параметрами процесса являются: плотность популяции мух, которая составляет около 2000 экз./м; температура воздуха в маточнике на уровне 28-35°С; влажность воздуха 60-80%; освещение - не менее 12 часов в сутки. Спустя двое суток после выхода из куколок, мухи приступают к спариванию. Спустя еще двое суток, мухи откладывают яйца. При соблюдении вышеуказанных условий наблюдается выводимость яиц 80% и более [2].
Известен способ увеличения количества кладок мухи черная львинка. Способ характеризуется тем, что для кладки яиц мухи в качестве рабочего материала используют натуральные и искусственные пчелиные соты, выполняющие роль матрицы. (RU 2641622 С1, 18.01.2018 [8]). К недостаткам указанного способа можно отнести малую доступность материала сот, а также невозможность увеличения показателя выводимости яиц, ограниченность повторного использования сот.
Известен способ стимуляции продуктивности и плодовитости пчел путем использования подкормки смесью на основе сахарного сиропа с биологически активным веществом - карнитинхлоридом, согласно которому при скармливании сахарного сиропа с карнитинхлоридом при соотношении компонентов в смеси - вода: сахар: карнитинхлорид - 3:1:(0,0016-0,016) в дозе 0,25 кг на 1 кг живой массы пчел один раз в 5 дней в течение весенне-летнего периода не менее 16-18 раз, возможна стимуляция суточной яйценоскости маток медоносной пчелы в 1,8 раза. Недостатками указанного изобретения может быть использование дорогостоящего карнитинхлорида, многократность процедур внесения стимулирующего препарата, а также принадлежность установленного положительного влияния препарата к сфере пчеловодства, что затрудняет экстраполяцию полученных результатов на биотехнологию переработки органических отходов с использованием мухи черной львинки (RU 2199210 С2, 27.02.2003 [9]).
12
12
Известен способ стимуляции размножения насекомых с использованием витаминно-экдистеронового стимулятора насекомых, преимущественно пчел (ВЭСП), представляющего собой комплекс биологически активных веществ в виде таблеток весом 0,1 г, состоящих из экдистерона, витамина В и наполнителя при следующем соотношении компонентов: (мас. %) экдистерон 0,0008-0,0012, витамин B 0,0008-0,0012, наполнитель - остальное. В концентрациях, которые определены на адекватных тест-системах культур клеток насекомых, а также на целых насекомых (плодовой мухи дрозофилы) препарат оказывает положительный физиологический эффект. Внесение указанного препарата в питательную среду, на которую помещаются яйца насекомого, в количестве 0,2 г (2 таблетки на 1 пробирку) способствует сокращению времени окукливания и ускорению выхода имаго на 52,2% и 32,2% соответственно по отношению к контролю. Недостатком данного способа является отсутствие сведений о положительном влиянии на яичную продуктивность насекомых и о влиянии на жизненный цикл черной львинки, а также малая доступность основной функциональной субстанции препарата - экдистерона (RU 2034504 С2, 10.05.1995 [10]).
Наиболее близким по технологической сущности является способ стимуляции плодовитости и продуктивности пчел карпатской породы, по которому в качестве подкормки использовали инвертированный сахарный сироп с добавлением янтарной кислоты в концентрации 0,1-0,3%, подкормку проводили дважды из расчета 1,0 литра на семью пчел с интервалом 6 дней. При этом, констатировался факт увеличения суточной яйценоскости медоносной пчелы карпатской породы до 60, 1% по отношению к контролю (Пирязев, К.О. Плодовитость, продуктивность и биологические особенности пчел карпатской породы при использовании янтарной кислоты /К.О. Пирязев. - Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. Москва, 2011 [11])
Недостатком данного способа является его ограниченность сферой пчеловодства и, как следствие, отсутствие сведений о положительном влиянии янтарной кислоты в указанной концентрации на яичную продуктивность, а также и относительную величину выводимости яиц мухи черной львинки.
Технической проблемой, решаемой предложенным изобретением, является разработка способа стимуляции продуктивности и плодовитости мухи черной львинки, содержащейся в условиях инсектария.
Техническая проблема решается способом стимуляции продуктивности и плодовитости мухи черной львинки, по которому используют для питания мух черная львинка в период от момента выхода их из куколок до момента откладывания яиц кормовой субстрат, содержащий смесь углеводов: сахарозы или глюкозы, лактозы и крахмала, а также янтарную кислоту в количестве 0,05-0,15% от массы субстрата.
В предпочтительном варианте смесь углеводов содержит компоненты в следующем соотношении, масс. части:
сахароза или глюкоза
1-8
лактоза
8-1
крахмал
1
Сущность изобретения заключается в том, что в базовый кормовой субстрат (смесь легкоусвояемых углеводов) на стадии его приготовления вносят янтарную кислоту, из расчета конечного содержания препарата на уровне установленного физиологически значимого диапазона 0,05-0,15 мас. % (в среднем 0,1 мас. %).
Массовые величины содержания янтарной кислоты за пределами указанного интервала не способствуют достижению эффекта стимуляции или являются экономически нецелесообразными. Соотношение углеводов подбиралось опытным путем. В этой работе использовался широкий спектр тривиальных, повсеместно распространенных и экономически доступных углеводов, являющихся представителями соответствующих классов указанной категории биоорганических веществ, а именно: моно-, олиго-, и полисахаридов. Также, в роли критерия выбора углеводов использовали эффективность биохимической ассимиляции личинками мухи черной львинки. В рамках данных изысканий были отобраны следующие углеводы: глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза, рамноза, сахароза, лактоза, мальтоза, картофельный крахмал. На основе указанных углеводов были составлены различные комбинации с целью достижения оптимального сочетания, позволяющего реализовать максимальную продуктивность и плодовитость мухи черной львинки в условиях инсектария. По итогам этих исследований было установлено, что эффективная реализация потенциала яйценоскости насекомого проявляется на смесях следующих углеводов в различных пропорциях: глюкоза, лактоза, крахмал и сахароза, лактоза, крахмал. Крахмал включался в композиции преимущественно в качестве связующего компонента, формирующего консистенцию субстрата. Во всех вариантах его количество, определяющее оптимальную консистенцию, было постоянным по отношению к другим компонентам и составляло 10% от общей массы субстрата. Таким образом, указанные смеси углеводов в различных соотношениях, не ограниченных вышеуказанным соотношением, использовались в качестве базовых субстратов и рассматривались как трофический фон, к которому добавлялась янтарная кислота с целью наиболее полной реализации продуктивного потенциала и плодовитости мухи черной львинки.
Используемая янтарная кислота представляет собой продажный реактив, имеющий степень чистоты не ниже класса «ч» по ГОСТ 6341-75. Полученная смесь распределяется по контейнерам, которые впоследствии размещаются в инсектарии. При этом строгих правил количественного распределения субстрата по контейнерам не придерживаются, поскольку процесс его поедания взрослыми мухами имеет естественные ограничения, обусловленные физиологическим временным интервалом от момента выхода из куколки до момента начала спаривания и яйцекладок.
3
Одновременно с процедурой размещения кормового субстрата в инсектарий помещаются емкости с куколками насекомого. Количество куколок определяется из ожидаемой плотности распределения имаго в объеме инсектария. Обычно плотность искусственной популяции мух поддерживают на уровне 2000 экз./м. При этом соотношение самцов и самок составляет относительно постоянную величину, близкую к 1:1. Температуру воздуха в маточнике поддерживают в пределах 28-35°С; влажность воздуха 60-80%; освещение - не менее 12 часов в сутки. Спустя двое суток после выхода из куколок, мухи приступают к спариванию. Спустя еще двое суток мухи откладывают яйца. На протяжении периода от момента выхода из куколок до момента спаривания мухи питаются субстратом, содержащим янтарную кислоту.
Янтарная кислота (сукцинат) является важнейшим биохимическим продуктом, играющим определяющую роль в регулировании метаболических процессов, в частности, протекающих в цикле Кребса, а также дыхательной электронно-транспортной цепи мембран митохондрий. Именно от сукцинатного статуса клетки может зависеть активность фермента сукцинатдегидрогеназы, а, следовательно, проявляться его влияние на систему коэнзима Q 10, в свою очередь выступающего в роли универсального акцептора водорода, поступающего от органических источников в энергетических процессах клеток (Мецлер, Д. Биохимия, Москва: Мир, 1980, с. 325) [12])
Процессы морфогенеза насекомых характеризуются высокой энергоемкостью. По этой причине применение янтарной кислоты в роли биохимического регулятора и активатора может рассматриваться как прогрессивный технологический подход в искусственном выращивании черной львинки.
Технический результат, достигаемый использованием кормовой смеси, обогащенной янтарной кислотой, заключается в более высокой яичной продуктивности с одновременным повышением доли оплодотворенных и жизнеспособных яиц.
Пример 1.
3
3
Для проведения эксперимента по установлению влияния янтарной кислоты, было сформировано два варианта - опытный и контрольный, каждый из которых включал по пять инсектариев объемом по 2,0 м каждый. В инсектариях размещалось по два контейнера с сухим кормовым субстратом массой по 100 г. Для достижения ожидаемого эффекта янтарную кислоту вносили в приготавливаемый субстрат, состоящий из смеси химически индивидуальных углеводов следующего состава (масс.): 6 частей глюкозы, 3 части лактозы и 1 часть крахмала (6:3:1). Затем в смесь углеводов для опытного варианта вносилась янтарная кислота из расчета ее конечного содержания на уровне средней величины выявленного физиологически значимого диапазона от 0,05 до 0,15% т.е. 0,1 мас. % (по сухому веществу). В питательный субстрат контрольного варианта янтарная кислота не вносилась. Следующим технологическим шагом было помещение в инсектарий куколок, количество которых рассчитывалось из предполагаемой плотности имаго на уровне 2000 экз./м и, таким образом, составляло 4000 особей на инсектарий как опытного, так и контрольного варианта. Также в инсектариях размещались кассеты для кладки яиц. Для определения общей яйценоскости кассеты взвешивали до помещения в инсектарий и, соответственно, после извлечения. По разнице полученных величин определяли массу яиц. Определение степени оплодотворенности проводили путем подсчета и соотнесения вылупившихся личинок к исходному числу яиц. Для этого яйца, полученные из опытного и контрольного вариантов с помощью стереомикроскопа (МБС-10), выборочно распределяли в локальные группы по 100 шт. Затем помещали на инкубацию в индивидуальных контейнерах. Из исходной выборки формировали по пять групп в каждом варианте.
Было определено, что суммарная масса яиц, полученная из инсектариев опытного варианта в среднем (по пяти повторностям) составляет 29,8±3,0 г. Масса яиц, полученная из инсектариев контрольного варианта соответственно (по пяти повторностям) составляла 21,0±2,5 г. В процентном выражении увеличение данного показателя по отношению к контролю составляло 41,9%.
Оценка доли оплодотворенных яиц позволила выявить положительное влияние кормового субстрата, обогащенного янтарной кислотой на рассматриваемый показатель. Так, количество вылупившихся личинок на 100 яиц (в среднем по пяти повторностям) составило 85,8%, тогда как в контрольном варианте (в среднем по пяти повторностям) аналогичный показатель составлял 74,8%.
Пример 2.
3
3
Для проведения эксперимента по установлению влияния янтарной кислоты, было сформировано два варианта - опытный и контрольный, каждый из которых включал по пять инсектариев объемом по 2,0 м каждый. В инсектариях размещалось по два контейнера с сухим кормовым субстратом массой по 100 г. Для достижения ожидаемого эффекта янтарную кислоту вносили в приготавливаемый субстрат, состоящий из смеси химически индивидуальных углеводов следующего состава (масс.): 3 части глюкозы, 6 частей лактозы и 1 часть крахмала (3:6:1). Затем в смесь углеводов для опытного варианта вносилась янтарная кислота из расчета ее конечного содержания 0,05 мас. % (по сухому веществу). В питательный субстрат контрольного варианта янтарная кислота не вносилась. Следующим технологическим шагом было помещение в инсектарий куколок, количество которых рассчитывалось из предполагаемой плотности имаго на уровне 2000 экз./м и, таким образом, составляло 4000 особей на инсектарий как опытного, так и контрольного варианта. Также в инсектариях размещались кассеты для кладки яиц. Для определения общей яйценоскости кассеты взвешивали до помещения в инсектарий и, соответственно, после извлечения. По разнице полученных величин определяли массу яиц. Определение степени оплодотворенности проводили путем подсчета и соотнесения вылупившихся личинок к исходному числу яиц. Для этого яйца, полученные из опытного и контрольного вариантов с помощью стереомикроскопа (МБС-10), выборочно распределяли в локальные группы по 100 шт. Затем помещали на инкубацию в индивидуальных контейнерах. Из исходной выборки формировали по пять групп в каждом варианте.
Было определено, что суммарная масса яиц, полученная из инсектариев опытного варианта в среднем (по пяти повторностям) составляет 25,5±2,4 г. Масса яиц, полученная из инсектариев контрольного варианта соответственно (по пяти повторностям) составляла 17,2±3,2 г. В процентном выражении увеличение данного показателя по отношению к контролю составляло 48,3%.
Оценка доли оплодотворенных яиц позволила выявить положительное влияние кормового субстрата, обогащенного янтарной кислотой на рассматриваемый показатель. Так, количество вылупившихся личинок на 100 яиц (в среднем по пяти повторностям) составил 90,2%, тогда как в контрольном варианте (в среднем по пяти повторностям) аналогичный показатель составлял 74,2%.
Пример 3.
3
Для проведения эксперимента по установлению влияния янтарной кислоты, было сформировано два варианта - опытный и контрольный, каждый из которых включал по пять инсектариев объемом по 2,0 м каждый. В инсектариях размещалось по два контейнера с сухим кормовым субстратом массой по 100 г. Для достижения ожидаемого эффекта янтарную кислоту вносили в приготавливаемый субстрат, состоящий из смеси химически индивидуальных углеводов следующего состава (масс.): 1 часть сахарозы, 8 части лактозы и 1 часть крахмала (1:8:1). Затем в смесь углеводов для опытного варианта вносилась янтарная кислота из расчета ее конечного содержания 0,15 мас. % (по сухому веществу). В питательный субстрат контрольного варианта янтарная кислота не вносилась.
3
Следующим технологическим шагом было помещение в инсектарий куколок, количество которых рассчитывалось из предполагаемой плотности имаго на уровне 2000 экз./м и, таким образом, составляло 4000 особей на инсектарий как опытного, так и контрольного варианта. Также в инсектариях размещались кассеты для кладки яиц. Для определения общей яйценоскости кассеты взвешивали до помещения в инсектарий и, соответственно, после извлечения. По разнице полученных величин определяли массу яиц. Определение степени оплодотворенности проводили путем подсчета и соотнесения вылупившихся личинок к исходному числу яиц. Для этого яйца, полученные из опытного и контрольного вариантов с помощью стереомикроскопа (МБС-10), выборочно распределяли в локальные группы по 100 шт. Затем помещали на инкубацию в индивидуальных контейнерах. Из исходной выборки формировали по пять групп в каждом варианте.
Было определено, что суммарная масса яиц, полученная из инсектариев опытного варианта, в среднем (по пяти повторностям), составляла 24,3±2,2 г. Средняя масса яиц, полученная из инсектариев контрольного варианта составляла (по пяти повторностям) 20,1±1,8 г. В процентном выражении увеличение данного показателя по отношению к контролю составляло 20,1%.
Оценка доли оплодотворенных яиц позволила также выявить положительное влияние кормового субстрата, обогащенного янтарной кислотой на рассматриваемый показатель. Так, количество вылупившихся личинок на 100 яиц (в среднем по пяти повторностям) составило 88,7%, тогда как в контрольном варианте (в среднем по пяти повторностям) аналогичный показатель составлял 80,5%.
Пример 4.
3
3
Для проведения эксперимента по установлению влияния янтарной кислоты, было сформировано два варианта - опытный и контрольный, каждый из которых включал по пять инсектариев объемом по 2,0 м каждый. В инсектариях размещалось по два контейнера с сухим кормовым субстратом массой по 100 г. Для достижения ожидаемого эффекта янтарную кислоту вносили в приготавливаемый субстрат, состоящий из смеси химически индивидуальных углеводов следующего состава (масс.): 8 части сахарозы, 1 часть лактозы и 1 часть крахмала (8:1:1). Затем в эту смесь для опытного варианта вносилась янтарная кислота из расчета ее конечного содержания на уровне средней величины выявленного физиологически значимого диапазона от 0,05 до 0,15% т.е. на уровне 0,1% (по сухому веществу). В питательный субстрат контрольного варианта янтарная кислота не вносилась. Следующим технологическим шагом было помещение в инсектарий куколок, количество которых рассчитывалось из предполагаемой плотности имаго на уровне 2000 экз./м и, таким образом, составляло 4000 особей на инсектарий как опытного, так и контрольного варианта. Также в инсектариях размещались кассеты для кладки яиц. Для определения общей яйценоскости кассеты взвешивали до помещения в инсектарий и, соответственно, после извлечения. По разнице полученных величин определяли массу яиц. Определение степени оплодотворенности проводили путем подсчета и соотнесения вылупившихся личинок к исходному числу яиц. Для этого яйца, полученные из опытного и контрольного вариантов с помощью стереомикроскопа (МБС-10), выборочно распределяли в локальные группы по 100 шт. Затем помещали на инкубацию в индивидуальных контейнерах. Из исходной выборки формировали по пять групп в каждом варианте.
Было определено, что суммарная масса яиц, полученная из инсектариев опытного варианта в среднем (по пяти повторностям) составляет 22,4±1,6 г. Масса яиц, полученная из инсектариев контрольного варианта соответственно (по пяти повторностям) составляла 17,9±1,7 г. В процентном выражении увеличение данного показателя по отношению к контролю составляло 25,1%.
Оценка доли оплодотворенных яиц позволила выявить положительное влияние кормового субстрата, обогащенного янтарной кислотой на рассматриваемый показатель. Так, количество вылупившихся личинок на 100 яиц (в среднем по пяти повторностям) составил 94,2%, тогда как в контрольном варианте (в среднем по пяти повторностям) аналогичный показатель составлял 82,8%.