Ижевск, Россия
Ижевск, Россия
Ижевск, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
В современном мире насекомых широко используют в научно-производственных целях. Для их культивирования в лабораторных условиях разработаны различные установки, основной недостаток которых некачественная сортировка от мусора. Поэтому вопрос культивирования и сортировки личинок большой восковой моли (Galleria mellonella L.) в лабораторных условиях с целью дальнейшего использования в качестве модельного объекта в различных областях биологических наук и медицинских целях актуален. Влияние температурного градиента и экспозиции на передвижение личинок G. mellonella из нагретого отделения установки по их размножению в холодное определяли по количеству особей, переместившихся за 10, 15 и 20 минут при 35, 40, 45, 50, 55 °С, визуальным подсчетом. При 35 °С независимо от времени экспозиции личинки оставались на сотовых рамках, при 40 °С и 45 °С в среднем перемещалось 11,5 % и 31,8 % особей соответственно. Чем выше был температурный градиент, тем быстрее личинки передвигались в холодное отделение. С нижней рамки в него переходило больше личинок, чем с верхней. Разница при температуре 45 °С в среднем составляла 2 %, 50 °С – 18,7 %, 55 °С – 0,4 %. Оптимальный градиент температуры сортировки личинок 50…55 °C при экспозиции 15…20 минут, в этом случае в холодное отделение перемещалось более 98 % личинок. Применение системы электронагрева инфракрасным излучением позволит оптимизировать процесс разведения личинок G. mellonella и обеспечит их качественную сортировку
инфракрасное излучение, температурный градиент, экспозиция, сортировка, большая восковая моль, Galleria mellonella
На сегодняшний день изучение насекомых получает широкое распространение в разных областях науки – иммунологии, микробиологии, экологии, токсикологии и др. Насекомые приобретают статус альтернативной модели, замещающей в лабораторных экспериментах мышей. Экономичность, простота выращивания, быстрый цикл развития – те преимущества, которые позволяют использовать насекомых в качестве тест-объекта [1, 2, 3].
В научно-производственных целях широко используют большую восковую моль (Galleria mellonella L.). Например, на севере США и в Европе личинок G. mellonella в коммерческих объемах выращивают в качестве наживки для рыболовства. Она служит сырьем для производства косметических средств и медицинских препаратов. Кроме того, ее используют в лабораторных опытах по изучению биологии развития, физиологии, токсикологии насекомых и др. С другой стороны, личинки G. mellonella представляет интерес как хозяин паразитов-энтомофагов, используемых для биологической защиты растений [4]. Хитин и хитозан гусениц применяют в качестве биологически активного соединения, а также вещества, обладающего противотуберкулезной активностью [5]. Исследования последних лет показывают, что личинки большой восковой моли поедают синтетические полимеры [6, 7, 8].
Важное условие для жизнедеятельности насекомых – такой абиотический фактор, как температура. При -10 °С личинки G. mellonella погибают в течение 1,5 ч, при 49…55 °С – за 1 час [9, 10]. По наблюдениям американских исследователей процессы их жизнедеятельности прекращаются при 48 °С [11]. Ряд авторов подтверждает, что нагревание до 49 °С в течение 90 минут уничтожает G. mellonella на любой стадии развития [12, 13]. При 45 °С и экспозиции 1 час погибает 0 % яиц, 83,3 % личинок, 16,7 % куколок, 55,5 % имаго, при экспозиции 2…3 часа – 100 % насекомых этого вида на всех стадиях [13]. Таким образом, 45 °С – предельная температура, после которой происходят необратимые изменения в процессах жизнедеятельности G. mellonella.
Для выращивания насекомых используют различные установки с определенными заданными условиями и размерами [14, 15]. Проблема большинства таких устройств заключается в отсутствии возможности отсортировать чистых личинок от продуктов их жизнедеятельности, остатков воска и мусора. Пчеловоды-любители для выращивания личинок G. mellonella часто используют пустые ульи с выбракованными сотовыми рамками, но при этом возникает такая же проблема со сбором личинок. Недостаток известных устройств для разделения личинок G. Mellonella – низкая эффективность технологического цикла сортировки [16].
Один из современных способов нагрева предусматривает использование инфракрасного (ИК) излучения. Так, несколько лет назад группа учёных разработала устройство для содержания калифорнийских червей (Eisenia foetida), в котором ИК-излучение применяют для подсушивания биогумуса [17, 18].
Цель нашего исследований – обосновать технологические параметры процесса сортировки личинок G. mellonella с использованием ИК-излучения.
Условия, материалы и методы исследований. Объект исследования – личинки большой восковой моли V-VI возраста, взятые из одной маточной культуры. Наблюдения и исследования выполняли в соответствии с «Методическими рекомендациями по лабораторному содержанию и разведению большой восковой огнёвки Galleria mellonella L.». Оптимальный градиент температуры и времени для сортировки личинок определяли в лабораторных условиях Удмуртского исследовательского центра Уральского отделения наук и Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.
Личинок G. mellonella содержали в ящике размерами 560х560х570 мм из ориентированно-стружечной плиты (ОСП) с двумя отделениями (теплое, холодное), разделенными перегородкой. В теплом отделении установлен «кейс» с деревянными планками для рамок. Для поддержания температурного режима в теплом отделении использовали ПЛЭН (пленочный электронагреватель). Снижение теплопотерь обеспечивали путем утепления внешней стороны по периметру отделения фольгированным изолоном, который закрывает внешнюю часть инфракрасного пленочного электронагревателя. На фольгированном изолоне закреплена теплоизоляционная плита из экструзионного пенополистирола (пеноплекс) толщиной 20 мм.
В холодном отделении внизу сделаны деревянные направляющие, на которых установлен выдвижной контейнер для сортировки личинок G.mellonella без рамок и без ПЛЭНов. Крышка ящика выполнена из ориентированно-стружечной плиты (ОСП), открывается с помощью скрытых металлических петлей, для ее прижима и герметизации установлен металлический зажим. Для воздухообмена в передней части ящика сделано отверстие диаметром
50 мм закрытое металлической сеткой с диаметром ячеек 0,5 мм. Дно утеплено напыляемым полиуретановый утеплителем.
Для регуляции и контроля температуры снаружи по бокам теплого отделения установлен инфракрасный обогреватель типа ПЛЭН. Он представляет собой систему, состоящую из двух листов рулонной плёнки и резистивного излучающего элемента, который под действием электрического тока излучает ИК волны в средневолновом диапазоне (9,2 мкм), позволяющие осуществлять непосредственно нагрев объекта облучения. Для поддержания постоянной температуры, в теплом отделении на DIN-рейке шириной 35 мм установлен терморегулятор terneo rk с диапазоном температуры от 55 до 125 °С. Датчик температуры – выносной. Температура контролируется в том месте, где он расположен. Для измерения температуры воздуха использовали более точный и помехоустойчивый цифровой датчик D18-2, а также аналоговый датчик R10.
На каждую из 5 рамок помещали по 20 личинок. Повторность эксперимента – трехкратная (табл. 1). Влияние температурного градиента и экспозиции на передвижение личинок G. mellonella определяли по количеству особей, переместившихся к холодному отделению ящика путем визуального подсчета за 10, 15 и 20 минут.
Полученные данные подвергали статистической обработке методами вариационной статистики с проверкой достоверности различий с помощью критерия Стьюдента с использованием пакета прикладной программы MS OFFICE (Microsoft Excel).
Анализ и обсуждение результатов исследований. При 35 °С личинки оставались на рамке, поедая ее содержимое, без перехода в холодное отделение при всех изучаемых экспозициях. При 40 °С в холодное отделение перемещались в среднем по экспозициям 15 % личинок, что ниже контроля на 17,3 %, 17 особей располагались под нижней рамкой, 3 – перешли в холодное отделение. При 50 °С по мере увеличения экспозиции число перемещавшихся личинок изменялось незначительно. Наибольшая в опыте температура (55 °С) при разных экспозициях обеспечивала переход в холодное отделение в среднем 99 % особей, что на 66,7 % выше контроля.
Аналогичную ситуацию отмечали на верхней рамке (табл. 3). При нагреве до 35 °С перехода личинок не наблюдали. Увеличение температуры до 40 °С и экспозиции до 20 минут в холодное отделение перемещались только 23 % особей. Уже при 50 °С их количество достоверно возрастало в среднем до 75,6 %. Больше всего личинок перемещались в холодное отделение при температуре 55 °С – в среднем по экспозициям 98,6 %, что в 16,4 раз больше контроля.
Переход личинок в холодное отделение с нижней рамки был выше, чем с верхней. Разница при температуре 45 °С в среднем составляла 2 %, 50 °С – 18,7 %, 55 °С – 0,4 %.
Увеличение выборки в 3 раза при одновременной загрузке на верхнюю, среднюю и нижнюю рамки не снижало перемещение личинок в холодное отделение, а сортировка проходила более эффективно, подтверждая зависимости,
1. Cook S.M., McArthur J.D. Developing Galleria mellonella as a model host for human pathogens // Virulence. 2013. № 4. pp. 350-353. doi:https://doi.org/10.4161/viru.25240.
2. Methods for using Galleria mellonella as a model host to study fungal pathogenesis / B.B. Fuchs, E. O’Brien, J.B. Khoury, et al // Virulence. 2010. № 1. pp. 475-482. doi:https://doi.org/10.4161/viru.1.6.12985
3. Pathogenicity of Aspergillus fumigatus mutants assessed in Galleria mellonella matches that in mice / J.L. Slater, L. Gregson, D.W. Denning, et al. // Med Mycol. 2011. № 49. pp. 107-113. doi:https://doi.org/10.3109/13693786.2010.523852
4. Коновалова Т.В. Лабораторное содержание и разведение большой восковой огневки Galleria mellonella L. // Российский ветеринарный журнал. Сельскохозяйственные животные. 2009. № 4. С. 46-48.
5. Останина Е.С. Технология переработки восковой моли, изучение противотуберкулёзных свойств хитозана и взаимодействия с липолитическими ферментами: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Щёлково, 2007. - 26 с.
6. Bombelli P., Howe C.J., Bertocchini F. Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella // Current Biology. 2017. Vol. 27. Issue 8. pp. 292-293. doi:https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.02.060.
7. Осокина А.С., Бодалева А.П., Платунова Г.Р. Влияние синтетических полимеров на процессы жизнедеятельности личинок Galleria mellonella L. // Астраханский вестник экологического образования. 2018. № 6 (48). С. 139-144.
8. Bio-degradation of Polyethylene and Polystyrene by Greater Wax Moth Larvae (Galleria mellonella L.) and the Effect of Co-diet Supplementation on the Core Gut Microbiome / Y. Lou, P. Ekaterina, S. Yang, et al. // Environ Sci Technol. 2020. pp. 1821-1831. doi:https://doi.org/10.1021/acs.est. 9b07044. Epub 2020 Feb 11.
9. Цветкова К.П. Уничтожение вощинной моли холодом // Пчеловодство. 1949. № 12. С. 37-39.
10. Клочко Р.Т. Борьба с большой восковой молью на пасеках // Пчеловодство. 2019. № 3. С. 15-17.
11. Ritter W., Akratanakul P. Honey bee deasises and pest: a practical guide. 2006. P.42.
12. Ярош Е., Глинский З. Методы борьбы с большой восковой молью // Апиакта. 1992. № 3. С. 86-92.
13. Черкасова А.И., Мащенко В.А. Как бороться с восковой молью // Пчеловодство. 1981. № 9. С. 14-15.
14. Bronskill J.F. A cage to simplify the rearing of the greater wax moth, Galleria mellonella (Pyralidae) // J. of the Lepidopterists Soc. 1961. № 15(2). pp. 102-104.
15. Севастьянов Б.Г. Выращивание личинок восковой моли и изготовление экстракта на их основе: мат. междунар. и практ. конф. по апитерапии «Апитерапия сегодня». Рыбное: ННИП, 2008. С. 118-127.
16. Мирзалиева Х.Л., Мирзалиев Б.Т. Устройство для разделения гусениц большой восковой моли по возрастам // Патент СССР №3453344/30-15, 07.07.1985.
17. Выгузова М.А., Касаткин В.В., Литвинюк Н.Ю. и др. Способ производства биогумуса с помощью красного калифорнийского червя и установка для реализации способа // Патент РФ №2493139, 14.12.2011.
18. Выгузова М.А., Касаткин В.В., Литвинюк Н.Ю. и др. Способ производства биогумуса и установка для реализации способа // Патент РФ № 2011151244/13, 2011.12.14.
19. Sevastyanov B.G. Vyraschivanie lichinok voskovoy moli i izgotovlenie ekstrakta na ikh osnove: mat. mezhdunar. i prakt. konf. po apiterapii “Apiterapiya segodnya”. [Growing of wax moth larvae and making an extract based on them: proceedings of International and practical conference on apitherapy “Apitherapy today”). Rybnoe: NNIP, 2008. P. 118-127.
