Светодизайн и архитектура Cтатьи Практикум Наука Светодизайнеры мира

Новый метод контроля и прогнозирования результатов искусственного облучения биообъектов

Овчукова С.А., МГУ печати, г. Москва, Казаков В.А., Нижегородская Государственная СХА, г. Нижний Новгород, Коваленко О.Ю., МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск

Режимы оптического излучения (ОИ) влияют на обменные процессы биообъектов и коррелируют с конечными показателями продуктивности (привесы, удои). Поэтому продуктивность является основным критерием оценки эффективности воздействия излучения различных источников ОИ на животных.

Многими учеными доказана эффективность использования оптических средств на увеличение производства сельскохозяйственной продукции, однако совершенных методов контроля до сих пор не разработано.

В настоящее время контроль за воздействием искусственного ультрафиолетового облучения (УФО) на биообъекты осуществляется путем биохимического анализа, который определяет набор биохимических (гемоглобин, кальций), физиологических (частота дыхания, пульса, температуры), зоологических (линейные размеры) измерений. Эти показатели являются экспресс-анализом, они могут определить промежуточные изменения, коррелирующие с изменением конечных результатов.

Однако метод определения биологических реакций на ОИ отличается длительностью (недели, месяцы), трудностями, связанными с применением специального лабораторного оборудования, отсутствующего в хозяйствах, и ненадежностью сохранности крови при доставке из дальних регионов. Кроме того, достоверность получаемых результатов снижается из-за ограниченного числа исследуемых животных, а также не учитываемых технологических факторов, например, изменений условий содержания.

Поэтому на фермах корреляцию ОИ с продуктивностью часто осуществляют методом зоологических замеров, также не отличающимся точностью и достоверностью.

Выборку животных, достаточную для обеспечения достоверных промежуточных и конечных результатов может обеспечить только хозяйственный эксперимент. Эти опыты тоже трудно осуществимы из-за сложности подборки животных-аналогов, имеющих максимально схожие физические параметры: живой массы, возраст в отеле, дата планируемого отела, продуктивность за 305 дней, среднесуточный удой за январь, февраль, март. Число выбранных животных неминуемо сокращается за длительный (не менее года) срок проведения эксперимента. Условия исследований усложняет наличие общего молокопровода на фермах.

В целях получения наиболее достоверной информации нами был выбран хозяйственный эксперимент, при этом были приняты меры в преодолении перечисленных выше трудностей.

Поиск быстрого и наиболее коррелирующего способа получения показателей экспресс-оценки изменения функционального состояния облучаемых животных на промежуточном и конечном этапах контроля привел нас к использованию этологического метода (поведенческих реакций), разработанного В. И. Великжаниным. Этологический метод контроля не применялся ранее в светотехнических и УФО технологиях. Метод отличается высокой разрешающей способностью, возможностью проведения контроля в короткие сроки (несколько суток) при невмешательстве в состояние биообъекта, поскольку основой целостного поведения животного являются визуальные наблюдения.

Для составления и отработки программы поиска претендента на экспресс-анализ был использован биологический метод. С участием математика-биолога Т.А. Петровой была проведена статистическая обработка шестидесяти различных биологических показателей коров, представленных Л.М. Тихомировой и Л.М. Юрковым. Начальные факторы, такие как интенсивность и спектральный состав УФО обозначались как Х; промежуточные биологические показатели обмена веществ и резистентности ? как Y. Конечные показатели сохранности, заболеваемости и продуктивности поголовья – это необходимый экспресс-анализ Z, ускоряющий подбор оптимальных режимов УФО, т.к. откликается на изменение Х и максимально связан с изменением конечного результата. Проведенные эксперименты молочного стада подтвердили правильную работу программы ЭВМ, показав сильную положительную корреляцию УФО с сохранностью (бактерицидная активность К= О,8), сильную отрицательную связь с продуктивностью (фагоцитарная активность К= - 0,9). Перспективными оказались биохимические анализы гемоглобина, которые достоверно (К=Ккрит.) коррелируют с продуктивностью и почти достоверно (отрицательная связь) с сохранностью.

Отработанная на биологических показателях программа ЭВМ была использована нами при проведении хозяйственного эксперимента на молочном стаде. Была составлена программа на основе поведенческой «азбуки», для чего выделялись 6 основных систем поведения животных: продуктивное, пищевое, адаптационное, половое, двигательное и популяционное. Проводилась индексная оценка специфических форм поведения по 3-м уровням функциональной сложности: элементу поведения, поведенческому акту, функциональной активности системы поведения. Индексная оценка включала название органа, состояния деятельности, например Е ? еда, Ж – жвачка, И ? идти, П и Л ? право и лево сторонность и т.д. Символы соединяются в сочетания в соответствии с функциональной системой поведенческого акта или целостного поведения: ПЖ - лежит на правом боку, жует, ЛС – лежит на левом боку, спит и т. д.

Были выбраны восемь промежуточных величин, претендующих на роль экспресс-метода:

Y1 - пищевая активность за сутки: ПС = ЕК + ЕС + ПВ + ЖЛ + ЖС ,

Y2 – отношение Y3 /Y4,

Y3 – активность в состоянии «лежа» за сутки,

Y4 - активность в состоянии «стоя» за сутки,

Y5 – жевательная активность: Ж Л + Ж С,

Y6 – пищевая реакция без жевания: ЕК + ЕС + ПВ,

Y7 – еда комбикорма ЕК,

Y8 – индекс упорядоченности поведения по В.А. Жукову:

Y8 = ( Сумма Д инд. стоя + Сумма Н инд. лежа )/( СуммаД инд. лежа + Сумма Н инд. стоя).

В качестве конечных величин Zi выбрали:

Z1 - продуктивность, среднесуточный привес одного бычка,

Z2 - сохранность животных в течение эксперимента,

Z1 и Z2 – величины, средние по группе животных.

На основании индексной оценки были разработаны формулы поведенческих реакций по типу, приведенному для Y8.

По этим показателям на ЭВМ была составлена программа поиска претендентов на экспресс-анализ. Путем сравнения индексов с конечными показателями выявлялось влияние УФО на продуктивность животных. Математическая обработка полученных нами данных по облучению УФО бычков и молочных коров свидетельствует о том, что у отдельных поведенческих показателей возникают достаточно высокие коэффициенты корреляции (К = 0,7), указывающие на их сильную связь с конечным результатом – продуктивностью и сохранностью (Y - Z). Корреляционные связи в опытных группах проявляются более часто, чем в контроле, как это следует из приведенной для примера табл. 1.

Поиск этологического экспресс-анализа на отдельных животных и стаде проводился и обрабатывался нами в Нижегородской и Московской областях, о чем имеются документальные подтверждения. Результаты некоторых исследований, например, для 2-х групп бычков, облучаемых УФО при обычном и высокочастотном питании, свидетельствует, что в марте, до действия УФО, все показатели во всех трех группах были примерно одинаковы. В апреле влияние облучения выразилось в увеличении комбикорма и кормовой активности в 1 группе; индекс жвачки СЖ в этой группе наименьший. Напротив, группа II (эр.обл.+ в/ч) затрачивает на жвачку в 2 раза больше времени, а на отдых меньше. УФО привело к относительному увеличению индексов «стоит» в обеих опытных группах.

Таким образом, улучшение показателей продуктивности облучаемых животных характеризуется увеличением индекса поедания корма (Y6), а кормовая активность - большим индексом жвачки (Y5), а также более коротким отдыхом (Y3) и повышенной двигательной активностью (реакция стоит, Y4) по сравнению с контролем. В начале мая опытные группы продолжают сохранять преимущества в живой массе, несмотря на перевод в другое помещение с временным перебоем УФО. С привесом (Z1) в опытных группах по-прежнему коррелирует повышенная двигательная активность (Y4). По сравнению с апрельскими показателями в группе 1 (эр.) индекс отдыха стал наибольшим, а кормовая активность (Y6) - наименьшей. На жвачку (Y5) по прежнему затрачивается меньше времени, чем в других группах.

В рамочках отмечены достоверные коэффициенты корреляции и их критические величины для объектов выборки n = 4. Для различных Y1, большинство значений коэффициентов корреляции К показывает сильную связь с продуктивностью. Так в опыте 2 (увеличение светового дня) имеем 8 достоверных коэффициентов корреляции. В опыте 1 проявляются сильные корреляционные отрицательные связи с сохранностью. Устойчивую, близкую к сильной, положительную связь с продуктивностью проявляет Y5 – жевательная активность. Устойчивую отрицательную связь с сохранностью проявляют Y7 и Y8 (еда и упорядоченность поведения, опыт 2). Корреляция вычисленных опытных и контрольных Yi между собой выявляет претендентов на экспресс-метод Y2, Y5, Y6, Y7, Y8.

Таким образом, результаты экспериментов показали, что прогнозирование биологического эффекта от воздействия искусственного освещения и облучения животных по поведенческим реакциям возможно, и не только на конечном, но и промежуточном этапе.

По ходу научно-хозяйственных экспериментов с применением этологического метода было выявлено количественное влияние света и УФО на прибавочную валовую продукцию в зависимости от времени суток и месяца при различном расположении стойл животных, облучаемых зон на теле животного. Определены варианты облучательных установок, обеспечивающих продление срока лактации коров и замедление естественного спада удоев стельных коров. Установлено, что при равном числе ламп молочная продуктивность коров под ОСУ на базе ДНаТ втрое выше, чем на базе ДРЛ (при одинаковом расположении), период лактации на 20% дольше, чем под ДРЛ и в 2 раза больше – по сравнению с контролем. Уточнен максимум на кривой зависимости выхода молочной продукции в функции от облученности (Е = 125 лк), до которого оправданы энергетические затраты. Получено увеличение молочной продуктивности при преимущественном освещении вымени. Влияние спектрального отличия ламп типа ДНаТ и ДРЛ, а также благоприятного времени суток для использования оптического излучения по результатам эксперимента выявить не удалось.

При самом обширном алфавите поведенческих реакций не было отмечено патологических форм поведения, которые свидетельствовали бы о неприемлемости действия применяемых нами световых и облучательных технологий. Это позволяет рекомендовать применение метода поведенческих реакций для экспресс-оценки изменения функционального состояния животных при изменении режимов УФО и комплексно решать вопросы внедрения в с.-х. производство эффективных световых технологий.