СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА КЛАДОК МУХИ ЧЁРНАЯ ЛЬВИНКА

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам повышения количества кладок мухи Черная львинка, с помощью применения натуральных (использованных) и искусственных (пластиковых) пчелиных сот.

Муха Черная львинка (Hermetia illucens) - это крупная американская муха из семейства львинок (Stratiomyidae), получившая большую популярность в последнее десятилетие в качестве кормового объекта для рептилий, птиц и других животных. Прежде всего, это связано с высокой питательностью личинок, которые содержат значительное количество белка и кальция. Кроме того, они могут быть использованы в сельскохозяйственных установках для стабилизации проблемных отходов, включая, навоз свиней, крупного рогатого скота и птицы. Личинки способны переваривать отходы, включая органические порции твердых биологических составляющих, осадки сточных вод и отходы от обработки рыбы и мяса, фрукты, овощи, отходы из ресторанов, кухонные отходы и целлюлозу, причем полученный после такой переработки субстрат может быть использован для выращивания растений [Sheppard et. al., 2002. Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratomyiadae) in a colony. J. Med. Entomol. 39: p. 695-698]. Однако промышленное разведение мухи Черная львинка осуществляется преимущественно в странах с теплым климатом, в вольерах, расположенных на открытом воздухе. Разведение вида на территориях с холодным климатом возможно только в лабораторных и промышленных, искусственно созданных условиях и объясняется некоторыми трудностями, в первую очередь связанными с высокой требовательностью имаго к освещенности, влажности и температуре [Tomberlin, J.K. et. al., 2002. Selected life-history traits of black soldier flies (Diptera: Stratiomyidae) reared on three artificial diets. Annals of the Entomological Society of America, 95: p. 379-386; Zhang J. et. al., Date unknown (circa 2009). An artificial light source influences mating and oviposition of black soldier flies (Diptera: Stratiomyidae). Unpublished. State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, National Engineering Research Center of Microbial Pesticides, Huazhong Agricultural University, Wuhan, China].

Спаривание взрослых особей мухи Черная львинка обычно происходит через два три дня после выхода из стадии куколки. В данном процессе уровни температуры и освещенности имеют большое значение. Согласно исследованиям Zhang и др. (2009) установлено, что минимальная освещенность, необходимая для спаривания, составляет 70 мкмоль/м²/с, максимальная - 100 мкмоль/м²/с. Для укладки яиц оптимальное значение температуры должно поддерживаться на уровне 27°C с относительной влажностью окружающей среды 60%. При таких условиях наблюдается выводимость яиц 80% и более [Sheppard et. al., 2002. Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratomyiadae) in a colony. J. Med. Entomol. 39: p 695-698].

Кладка яиц обычно происходит через два дня после спаривания. Самки ищут места, которые находятся близко к источнику пищи, чтобы отложить свои оплодотворенные яйца. Яйца мухи хрупкие, маленькие и уязвимы к перепадам и изменениям параметров окружающей среды. Для сохранения и обеспечения безопасности самки откладывают яйца в ограниченных пространствах. Это должны быть места, защищающее места кладки от иссушения, от неблагоприятных внешних факторов, с оптимальным температурным режимом (27…33°С) и влажностью воздуха (25…60%).

При проведении исследований на базе Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН (г. Москва, Россия), направленных на разведение Черной львинки (Hermetici illucens) в условиях с холодным климатом, для откладки яиц использовался гофрированный картон, нарезанный полосками. В лабораторных условиях на дно террариума (размером 40×115×100 см, где 100 см - высота) устанавливали полуторалитровую емкость, в которую насыпали 3-сантиметровый слой смоченных пшеничных отрубей. Над отрубями устанавливалась пластиковая сетка, на которой размещали гофрокартон. Самки откладывали яйца в отверстия гофрированного картона в виде больших кладок, содержащих по 400-500 яиц. Продолжительность жизни имаго составляла от 10 до 20 суток. Замена картона с кладками производилась ежедневно. Яйца инкубировались в чашках Петри в сухом картоне, при температуре 26°С и влажности воздуха 80%.

При разведении личинок мухи Черная львинка в условиях холодного климата подобные исследования проводили на территории штата Онтарио, Канада, примерно в 300 км к югу от северной границы естественного распространения мухи. При разведении личинок в качестве яйцеклада вводили новые пластиковые яичные картриджи. Инкубатор (место разведения личинок мухи) был разделен на две отдельные зоны каждая размером 0,762 м × 0,305 м. В одной из частей размещали картриджи для укладки яиц. Картриджи были сделаны из сравнительно твердого пластикового картона для рекламных вывесок, который разрезали на части размером 0,305 м × 0,003 м × 0,0254 м. Каждый картридж имел два отверстия (5 мм × 3 мм), через которые были вставлены два стальных резьбовых стержня, соединяющие картриджи вместе. После сборки блоков для укладки яиц их устанавливали в инкубатор. Для обеспечения оптимальной влажности воздуха в инкубаторе использовались губки. Выемки в губках также защищали кладки яиц от иссушения и держали их во влажном состоянии.

Задача, на решение которой направлен заявленный патент, заключаются в применении натуральных использованных и/или искусственных пчелиных сот для повышения количества кладок мухи Черная львинка в лабораторных и промышленных условиях.

В первом случае поставленная задача решается за счет применения, в роли матрицы (места для кладки), использованных натуральных пчелиных сот для увеличения процента выхода личинок и обеспечения их сохранности от неблагоприятных факторов окружающей среды. Пчелиные соты - восковые постройки пчел, предназначенные для хранения запасов корма (меда и перги) и выращивания потомства. Они состоят из шестиугольных призматических ячеек, расположенных по обе стороны от общего средостения. Шестиугольная форма является наиболее экономичной и эффективной фигурой для строительства сот. Горизонтальный диаметр пчелиной ячейки 5,3-5,7 мм (на 1 см² приходится около четырех ячеек), глубина 10-12 мм; толщина сот с незапечатанным расплодом - в среднем 22 мм, а после их запечатывания - до 25 мм и более. Объем ячейки - около 0,28 см³.

Самка мухи Черная львинка после спаривания откладывает оплодотворенные яйца на дно ячеек сот, где они находятся в состоянии покоя в течение 3 дней. В ячейках использованных сот присутствуют остатки меда, что является начальным кормом будущим личинкам, к тому же это экологически чистый натуральный природный материал с правильным соотношением диаметра и глубины ячеек (фиг. 1).

При кладке яиц самка мухи Черная львинка ищет место, близкое к источнику питания, поскольку после вылупления новые личинки начинают мигрировать в сторону основного источника пищи. Благодаря своим извивающимся движениям молодая личинка выделяет большое количество тепла и энергии, и чтобы хватило сил добраться до корма, место кладки необходимо обрабатывать разбавленным высококалорийным и питательным раствором меда с добавлением белковых порошков. В старых сотах такая смесь присутствует. Воск соприкасается с прополисом, пыльцой, медом, экскрементами личинок и разложившимися остатками их корма. Полученное соединение является очень вкусным, полезным и сытным продуктом будущим личинкам.

В качестве строительного материала пчелиных сот используется воск. Это достаточно прочный натуральный безвредный продукт восковых желез пчел, защищающий отложенные яйца от множества факторов воды, высыхания, вредных микроорганизмов. Воск может даже отражать ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, обеспечивая максимальную защищу и сохранность будущим личинкам мух.

В среднем состав воска насчитывает около 300 различных веществ, среди которых углеводороды, сложные эфиры, вода, свободные жирные кислоты, минеральные, ароматические и прочие вещества. Основой воска являются сложные эфиры, образованные неоцеротиновой, пальмитиновой, мелиссиновой кислотами, цериловым и мелиссиновым спиртами [Кондратьев Г.П. Химический состав и свойства воска и воскового сырья / http://al-bee.com/%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0//2013]. Для каждого компонента характерен запах, цвет и вкус. Сам воск, полученный на пасеке, также издает некоторый аромат. При смешении всех перечисленных компонентов полученное соединение излучает характерный запах, который привлекает самок мухи и является определяющим условием в использовании натуральных сот при кладке яиц.

Определение эффективности выхода личинок при разведении мухи Черная львинка проводили на базе малого инновационного предприятия ООО «НордТехСад», г. Архангельск в лабораторных условиях в специально созданных камерах (клетках). Камеры размерами 40*80-130*100 см, где 100 - высота, представляют собой призму из вспененного ПВХ объемом 0,42 м³. Искусственно созданные условия, необходимые для роста, развития и размножения мухи, соответствуют необходимым требованиям, при которых личинки и взрослые особи комфортно себя чувствуют: температура окружающей среды - 30-35°С, влажность воздуха более 70%. Для сравнительного анализа основы для кладки яиц применяли использованные пчелиные соты (Фиг. 2), размерами: толщина дна - 0,73-1,44 мм, толщина стенок ячеек - 0,20 мм, диаметр ячеек - 5,26 мм, объем ячеек - 0,25 см², и полоски гофрокартона, размерами 10×15 см.

В инсектарий поместили контейнер с заранее размоченным комбикормом, который должен издавать неприятный запах. Сверху на комбикорм поместили пластиковую сетку, свернутую зигзагом, а на нее - полоски гофрокартона отверстиями вверх и натуральные использованные пчелиные соты. В ячейки гофрокартона и сот мухи откладывали яйца. В одной кладке (ячейке) насчитывалось до 500 яиц. Спустя 1-3 суток провели сравнительный анализ полученных результатов.

С применением использованных пчелиных сот процент кладок, и как следствие выхода личинок мухи, значительно увеличился, в среднем на 90%, в отличие от картона (Фиг. 3). За счет естественного природного запаха пчелиные соты привлекают большее количество самок мухи Черная львинка для кладки яиц. Воск соприкасается с остатками меда, прополиса, пыльцой, полученное соединение является вкусным, сытным и питательным кормом будущим личинкам. Ограниченное пространство, правильные размеры соотношения диаметра и глубины ячеек обеспечивают защиту отложенных яиц от множества неблагоприятных факторов окружающей среды. За счет сложных эфиров (неоцеротиновая, пальмитиновая, мелиссиновая кислоты, цериловый и мелиссиновый спирты) пчелиные соты имеют природный запах и тем самым привлекают самок для кладки яиц. Изложенные критерии определяют возможность использовать натуральные пчелиные соты в качестве основы для кладки яиц при разведении личинок мухи Черная львинка в лабораторных и промышленных условиях.

Второй способ решения поставленной задачи - применение в роли места для кладки яиц мухи Черная львинка искусственных (пластиковых) пчелиных сот. Принцип действия схож с натуральными сотами, однако в данном случае в роли основы выступает органический материал из синтетических или природных высокомолекулярных соединений (полимеров) типа PLA-пластик. Материал под действием нагревания и давления способен формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения.

Искусственные соты (Фиг. 4) не подтверждены деформации и в отличие от естественных, срок действия которых не превышает 1 месяца (3 кладки), искусственные более долговечны (срок более 10 лет). Они обладают способностью устойчивости к повышенным температурам, вследствие чего соты можно стерилизовать и дезинфицировать для предотвращения разведения паразитов и бактерий, что особенно актуально при промышленном производстве личинок Черной львинки.

Размеры искусственных пчелиных сот могут варьироваться: по диаметру - 4,0-7,0 мм, по толщине стенок - 0,1-1,0 мм и более, по толщине дна 0,1-0,3 мм. Цвет и запах можно искусственно изменять в зависимости от предпочтения мухи. Искусственным сотам можно придать любой приятный мухам аромат; по цвету соты могут быть любого спектра: белые, желтые, красные, зеленые, черные, синие (Фиг. 5). Однако согласно исследованиям, проведенным в лаборатории на базе ООО «НордТехСад», насекомое предпочитает красный цвет сот. При сравнении зеленных, черных и красных оттенков максимальное количество кладок мухи отмечено именно в красных сотах: красные - 10 шт., черные - 5 шт., зеленые - 1 штука. По своей структуре искусственные пчелиные соты могут быть односторонними или двухсторонними.

Определение эффективности использования пластиковых сот для увеличения кладок мухи и, как следствие, увеличения процента выхода личинок проводили в лабораторных условиях на базе ООО «НордТехСад». В работе применяли искусственные соты, созданные на 3D-принтере - периферийном устройстве, использующем метод послойного создания физических объектов по цифровой 3D-модели. Материал - полимерная основа, размеры сот: толщина дна - 0,22 мм, толщина стенок ячеек - 0,12 мм, глубина ячеек 10 мм, диаметр ячеек - 5,38 мм.

Проведенные лабораторные испытания определили возможность использования пластиковых сот для разведения личинок мухи. За счет перечисленных преимуществ искусственные соты оптимально подходят в качестве основы для кладки яиц при массовом разведении мухи Черная львинка в искусственно созданных условиях как в промышленных, так и в лабораторных масштабах.

Способ применения пчелиных сот по сравнению с гофрокартоном отличается тем, что яйца находятся в безопасности от внешних неблагоприятных факторов окружающей среды; в ячейках натуральных сот присутствуют остатки меда, прополиса, пыльцы и разложившиеся остатки корма, что являются начальным питательным и сытным кормом будущим личинкам; натуральные пчелиные соты - это экологически чистый, безвредный природный материал с правильным соотношением диаметра и глубины ячеек; естественные соты, за счет наличия сложных эфиров, имеют природный запах и тем самым привлекают самок для кладки; искусственные соты более долговечные (более 10 лет) и не подлежат деформации; пластиковые соты могут быть подвержены стерилизации и дезинфекции при промышленном производстве для предотвращения разведения бактерий и паразитов; размер, запах и цвет пластиковых сот может варьироваться.

Размер: по диаметру - 4,0-7,0 мм, по толщине стенок - 0,1-1,0 мм, по глубине от 5 до 15 мм, по толщине дна 0,1-2 мм.

Запах: любой аромат приятный мухам.

Цвет: любой оттенок белого, желтого, красного, зеленого, черного, синего цветов.

Способ применения пчелиных сот по сравнению с гофрокартоном отличается тем, что искусственные пчелиные соты созданы на 3D-принтере и имеют низкую стоимость производства, что может быть масштабировано в крупное производство; материал искусственных 3D-сот - полимерная основа (пластик), размеры сот: толщина дна - 0,22 мм, толщина стенок ячеек - 0,12 мм, диаметр ячеек - 5,38 мм, глубина ячеек 10 мм; красные искусственные 3D-соты обеспечивают максимальное количество кладок мухи Черная львинка.