СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОБИОНТОВ, НАПРИМЕР, ОСЕТРОВЫХ РЫБ В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ
METHOD TO MONITOR DEVELOPMENT OF HYDROCOLES, FOR INSTANCE, STURGEONS, IN EARLY ONTOGENESIS

Изобретение относится к рыбоводству и может быть использовано при искусственном разведении ценных пород рыб, в частности при инкубации икры осетровых на рыбоводных заводах.
Известно влияние температурного режима на продолжительность эмбрионального развития рыб.
Хронология зародышевого развития осетра предполагает морфологические изменения на переходных этапах состояния эмбриона, условно называемых стадиями развития с присвоенными им номерами.
Контроль развития рыб в раннем онтогенезе является необходимым и действенным мероприятием при выявлении патологий, замедления роста и нарушений синхронности развития эмбрионов в одной партии вследствие отрицательного воздействия экологических, механических и других факторов.
Известна графическая зависимость продолжительности развития икры при постоянной температуре воды в диапазоне 11-20°С (т.е. при 11, 12, 13°С и т.д.) для осетра и 14-22°С для севрюги, а также показатель развития эмбриона (число τ°) для каждой стадии развития только при температуре 18°С (1). При переменном температурном режиме инкубации продолжительность эмбрионального развития икры увеличивается при снижении температуры и уменьшается при ее повышении.
Этот способ не позволяет достаточно точно определить стадию развития эмбриона, так как продолжительность развития при переменной температуре может значительно отличаться от данных при температуре 18°С.
Наиболее близким к предлагаемому способу, выбранным в качестве прототипа является способ определения продолжительности развития эмбрионов осетра и севрюги при различных значениях температуры, который применяется на практике (2). Он предусматривает периодическое измерение, как правило, вручную температуры воды и определение по известным графикам продолжительности развития с учетом ожидаемых отклонений во времени, периодический отбор проб икры для установления качества развития и проведения соответствующих рыбоводных и ихтиопатологических мероприятий.
Недостатком описанного способа является его трудоемкость:
замеры температуры воды выполняют 3 раза в сутки при помощи термометров общего назначения, регулярно проводят отбор проб икры для определения возможных аномалий в развитии. Переход на следующую стадию определяют по текущей или прогнозируемой температуре ориентировочно в зависимости от тенденции ее изменения в ближайшие часы.
Целью настоящего изобретения является повышение точности определения продолжительности развития гидробионтов по стадиям и, таким образом, эффективности контроля биологического процесса в среде с переменным температурным режимом.
Эта цель достигается тем, что измеряют температуру среды дискретно, для каждого замера определяют параметры продолжительности развития объекта и суммируют их, сравнение с графиком выбранной оптимальной для данного объекта температурной оси осуществляют при помощи поправочных коэффициентов, отражающих отношение общей продолжительности развития при постоянной температуре к общей продолжительности развития при текущей температуре, определяют температурный критерий, который представляет собой сумму произведений текущей температуры (в градусах) на дискретное время (в часах) и на поправочный коэффициент и отражает качество развития объекта, периодически отбирают пробы икры для установления типичности развития и проведения рыбоводных и ихтиопатологических мероприятий, далее для сбора и обработки замеров в автоматическом режиме полученные данные вводят в программу-диспетчер, которую устанавливают в измеритель температуры.
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является дискретное измерение температуры (т.е. через равные промежутки времени, например, 1 час), введение поправочных коэффициентов, позволяющих наиболее точно определять стадии развития объекта и представляющих собой отношение общей продолжительности развития при постоянной температуре на выбранной базовой оси (графике) в оптимальном диапазоне к общей продолжительности развития при текущей температуре (для базовой оси этот коэффициент равен 1) и определением температурного критерия, отражающего качество развития объекта, далее сбор и обработка данных осуществляется в автоматическом режиме.
Технический результат, достигнутый в предлагаемом изобретении, получен за счет определения описанных выше поправочного коэффициента и температурного критерия, а также их использования при обработке данных в автоматическом режиме
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема подключения измерителя-регулятора температуры ОВЕН ТРМ202 с интерфейсом RS-485.
На чертеже обозначено: измеритель-регулятор температуры ОВЕН ТРМ202 с интерфейсом RS-485 (1), датчик температуры (2), размещенный в емкости (3) с развивающейся икрой, кабель (4), соединяющий измеритель-регулятор температуры (1) с преобразователем интерфейсов АС3-М (5) и по интерфейсу USB-232 кабелем (6) с ПК (7), имеющим диск (8) для установки программы-диспетчера на языке С # с использованием функционального блока «Скрипт» (категория «Служебные», MASTER SCADA). Программа и ОРС-сервер установлены с диска при конфигурации SCADA.
1-5
1-35
На фиг.2 представлен график для определения стадий развития объекта. На оси абсцисс отмечена продолжительность развития биообъекта в часах - от C до C, на оси ординат - контрольные стадии развития биообъекта (для осетровых рыб - №5, 12, 13, 16, 18, 19, 22, 26, 28, 29, 32 и 35).
1
N
0
По графику диапазон оптимальных температур составляет от T=const (базовая ось) до T с перепадом, например, в 1°С. Начало контроля осуществляется от начальной продолжительности С с дискретностью Δ час.
1
2
3
1
1
3
1
Условно показано изменение температуры по замерам на 1°С по сравнению с предыдущим и соответствующим T. Показано приведение данных продолжительности для Т, Т и т.д. в масштаб T. Полученные значения C-С перенесены на ось T (точки 1, 2, 3) и по ним на оси ординат найдены номера стадий развития биообъекта.
На фиг.3 изображена схема подключения «Устройства контроля температуры водной среды с гидробионтами».
На чертеже обозначено:
Устройство для контроля температуры водной среды с гидробионтами, оснащенное программой-диспетчером (1), датчик температуры (2), рыбоводная емкость с гидробионтами (3).
Способ осуществляется следующим образом.
Б
1
2
N
Б
1
1-5
1-12
1-13
1-35
Определяют диапазон оптимальных температур для развития контролируемого объекта, выделяют и нумеруют в нем температурные оси с интервалом (дискретностью) 1 час, выбирают в качестве базовой оси Т, по которой будет вестись сравнение контрольных параметров во всем диапазоне (T, Т,…Т), например, Т=T (фиг.2). Для этой оси должны быть известны продолжительности развития в часах на всех этапах (стадиях) развития объекта (т.е. C, C, C…C), а для остальных температурных осей - данные общей продолжительности от 0 (оплодотворение) до 35 (выклев).
Б
1
Рассчитывают поправочные коэффициенты, представляющие собой отношение общей продолжительности развития для оси Т=T к продолжительностям для каждой оси, т.е.
откуда следует:
1T
1-35
1-35
P=С / C=1;
2T
1-35
2-35
P=С / С;
NT
1-35
N-35
P=С / С.
1
Определяют зависимость в общем виде для текущих значений продолжительности развития относительно базовой оси Т:
где
- сумма i последовательных вычислений по достижении стадии 35;
i
Δ - дискретность замеров;
Ti
i
Р - поправочный коэффициент для текущей температуры Т.
Определяют формулу температурного критерия развития икры осетровых рыб в следующем виде:
где  - сумма i последовательных вычислений от 0 до 35 стадии;
i
0
Т - текущая температура, °С;
Ti
P - поправочный температурный коэффициент;
i
Δ - текущий (дискретный) интервал времени между
замерами, час.
Эти данные вносят в программу-диспетчер, которую устанавливают в измеритель температуры.
1
Сравнение показателей развития гидробионтов в среде с переменным терморежимом со значениями температуры T=const и их пересчет позволяет упростить и повысить эффективность контроля благодаря применению современной измерительной техники в рыбоводстве.
Непосредственный контроль изменения температуры проводят, начиная с момента загрузки рыбоводной икры в инкубаторы после этапов оплодотворения и обесклеивания в течение 1,5÷2 часов, происходящих перед загрузкой.
Замеры температуры осуществляют через равные промежутки времени продолжительностью 1 час, что значительно облегчает автоматизацию процесса контроля. По результатам замеров температуры, как показано на графике, осуществляют суммирование продолжительности интервалов, при этом для температур, отличных от базовой, используют соответствующие поправочные коэффициенты по формуле 2 (см. пример 1).
Пример 1.
1. Определяют исходные данные продолжительности развития до 35 стадии выклева личинок осетра при температуре:
1
1-35
Т=15°С-С=152 ч (базовая ось) - 5 замеров;
2
2-35
Т=16°С-С=135 ч - 10 замеров;
3
3-35
Т=17°С-С=121 ч - 5 замеров.
2. Определяют поправочные коэффициенты по формуле (1) для всех осей:
1
1
T-Р=1,0;
2
2
Т-Р=1,12;
3
3
Т-Р=1,25.
0
3. Продолжительность развития до начала контроля C при Т=15°С равна 2,0 часа.
r
4. Определяют продолжительность контролируемого развития в реальном времени - t=5+10+5=20 час.
1
3
5. То же с применением коэффициентов P-Р:
P1-3
С=5×1,0+10×1,12+5×1,25=22,45 ч.
6. Определяют суммарное время продолжительности развития с момента оплодотворения икры:
t
0
P1-3
C=С+С=2+22,45=24, 45 ч.
1
7. На графике (фиг.2) видно, как при каждом изменении температуры на 1°С изменяются значения продолжительности, приведенные в масштаб базовой оси Т (точки 1, 2, 3).
t
1
8. Сравнивают значение С с контрольными на базовой оси Т и получают соответствие 13-й стадии развития, равной 23 часам + переход на следующую стадию на 1,45 часа.
Пример 2.
На этапе подготовки системы контроля развития с помощью ТРМ202 (фиг.1) устанавливают программу-диспетчер на языке С # с использованием функционального блока «Скрипт» (категория «Служебные», MASTER SCADA), для определения температурного критерия и регистрации параметров среды по схеме с ОРС-сервером задают сетевую конфигурацию прибора ОВЕН ТРМ202 с помощью программы-конфигуратора (MasterSCADA™/InSAT Company (прилагается изготовителем), определяют диапазон допускаемых значений температуры среды и базовую температурную ось в оптимальной зоне, значения температурно-временных поправочных коэффициентов из соотношений продолжительности каждого этапа развития объекта (стадии развития) на каждой температурной оси относительно базовой оси и конфигурируют SCADA в ПК (7) в следующем порядке:
- устанавливают с Диска программы для связи ПК с прибором и ОРС-сервер ОВЕН;
- создают «новый проект»;
- проводят конфигурацию ОРС-сервера, при этом добавляют в данную программу прибор ТРМ202 и настраивают связь с ним;
- в «проекте» SCADA во вкладке «объект» создают «раппорт» (сохранение текущих значений), «тренды» (график текущих значений параметров среды, отражающий зависимость
для температурного критерия с дополнительным смещением начала отсчета на несколько дискретных включений, (если контроль развития начинают не с нулевой стадии) и шаблона продолжительности развития в виде графика или таблицы с нулевой стадии в реальном масштабе времени и температуре, соответствующей температурному режиму для текущей Т°С на всех этапах, соответствующих контрольным стадиям;
i
i
Ti
- во вкладке «расписание» прописывают время сохранения «раппорта» (например, раз в день) со значениями температуры, произведений Т×Δ×P за период включения прибора плюс дополнительное время в часах, прошедшее от 0 стадии развития до включения прибора, соответствующих им № стадий по шаблону, а также общей продолжительности замеров (периода включения прибора).
В процессе эксплуатации:
i
i
Ti
устанавливают прибор ТРМ202 (1) в технологическую систему контроля объекта, подключают датчик температуры (2), размещенный в контролируемой среде (в ванне, инкубационном аппарате и т.п.) (3), преобразователь АСЗ (5), ПК (7) с установленной на диске (8) программой-диспетчером контроля, регистрации и сохранения текущих показателей продолжительности развития. При включении прибора показания температуры в виде сформированного унифицированного сигнала с датчика поступают в блок обработки, затем в логические устройства, на индикатор и к другим исполнительным механизмам. Регистрируемые показания автоматически обновляются через заданное дискретное время (например, через 1 час). При каждом обновлении в программном блоке осуществляется вычисление произведений дискретного времени и поправочного коэффициента на текущее значение температуры из зависимости (Т×Δ×Р), которые записываются в «раппорт» и заносятся в шаблон базовой температурной оси. В шаблоне отмечены продолжительности этапов развития и соответствующие им контрольные стадии развития в температурном режиме, присущем базовой оси. Текущие программируемые показания в реальном масштабе времени (без учета поправочных коэффициентов) могут быть выведены на индикатор прибора, а номер текущей стадии в процессе работы может быть изменен (откорректирован) при помощи кнопок на лицевой панели прибора.
Порядок проведения регистрации измерений и показателей в режиме
1:
Начало работы. При включении прибора контролируют показания текущей температуры на верхнем индикаторе и № стадии на нижнем: «16» и «4» (16° и ст.4);
- Кнопкой «прог.» осуществляют вход в меню программирования и группу параметров шаблона базовой оси, находят текущие значения параметров «стадия» и «критерий»: «4» и «45» (стадия 4-я и 45 градхчас);
- 10 часов работы. Показания индикаторов: «17» и «10»;
В МЕНЮ «параметры»: «10» и «160»;
- 40 часов работы. Показания индикаторов: «17» и «22»;
В МЕНЮ « параметры»: «22» и «740».
Сигнал для проведения ихтиопатологических мероприятий (светодиодом на панели) или звуковой на выходе №1-2.
- 55 часов работы. Показания индикаторов: «17» и «26»;
В МЕНЮ «параметры»: «26» и «990»;
- 65 часов работы. Показания индикаторов «18» и «28»;
В МЕНЮ «параметры»: «28» и «1170».
Сигнал для проведения ихтиопатологических мероприятий световой (светодиодом на панели) или звуковой на выходе №1-2.
- 90 часов работы. Показания индикаторов: «18» и «32»;
В МЕНЮ «параметры»: «32» и «1450»;
- 120 часов работы. Показания индикаторов: «18» и «35»;
В МЕНЮ «параметры»: «35» и «2000».
Сигнал световой (светодиодом на панели) или звуковой на выходе №1-2.
Начало выклева личинок. Окончание процесса контроля. Прибор выключают.
Пример 3.
Контроль развития биообъекта осуществляли в автоматическом режиме с помощью «Устройства контроля температуры водной среды с гидробионтами» (6).
Исходные данные режима контроля и параметров среды аналогичны примеру 1.
1. Перед загрузкой инкубатора икрой на входе или сливе устанавливают датчик (3) температуры (фиг.3).
2. Включают устройство в сеть до появления на индикаторе значения температуры «15» «Градус».
0
3. При нажатии кнопки «+1 час» вводят начальную продолжительность С+2 часа.
i
4. Опрос показаний «№ стадии» и «∑ Произвед.» (температурный критерий К) путем нажатия соответствующих кнопок на начальных стадиях процесса не осуществляют.
5. Через 5 часов проводят опрос показаний, на индикаторе высвечивается:
- «15» «Градус»;
- «105» «∑ Произвед.» - получают просуммированные значения параметров в течение (2+5) часов при 15°С;
6. Еще через 10 часов постоянной температуры 16°С на индикаторе высвечивается:
- «16» «Градус»;
- «265» «∑ Произвед.» при 15 и 16°С.
7. Еще через 5 часов постоянной температуры 17°С на индикаторе высвечивается:
- «17» «Градус»;
- «550» «∑ Произвед.» при 15, 16 и 17°С;
- «13» « № стадии»;
и т.д.
Предлагаемый способ позволяет упростить технологию обслуживания процесса инкубации, повысить эффективность его контроля независимо от перепадов температуры, получать и сохранять в памяти измерителя температуры полную картину формирования показателя итоговой продолжительности развития, увеличение или уменьшение ее в зависимости от изменчивости температурного режима среды в процессе инкубации и тем самым получать полную информацию о наиболее благоприятных условиях развития объекта.
Способ программируемого контроля биологического процесса является наиболее эффективным и особенно необходим в биотехнике промышленного разведения ценных пород рыб, в том числе требующих регистрации показателя суточного накопления градусочасов, а также в автоматизированных системах с замкнутым водоснабжением. Предлагаемый способ может быть принят за основу при разработке целого спектра устройств контроля развития биообъектов, например в селекции с/х культур и генной инженерии.
Источники информации
1. Детлаф Т.А., Гинзбург А.С., Шмальгаузен О.И. Развитие осетровых рыб. Созревание яиц, оплодотворение, развитие зародышей и предличинок. - М.: Наука. - 1981. - С.120-123.
2. Гинзбург А.С., Детлаф Т.А. Развитие осетровых рыб. Созревание, оплодотворение и эмбриогенез. - М.: Наука. - 1969. - С.120-122. (Прототип).