Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Элементы сравнительной экологии трех видов синантропных блаттеллид

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Цвирко, Наталья Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НАСЕКОМЫХ.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА.

2.1. Методика определения оптимальной плотности популяций синантропных блаттеллид.

2.2. Изучение процессов роста и морфогенеза синантропных блаттеллид.

2.3. Изучение влияния абиотических факторов на развитие блаттеллид.

2.4. Определение пищевых предпочтений блаттеллид.

3. СООТНОШЕНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА И МОРФОГЕНЕЗА СИНАНТРОПНЫХ БЛАТТЕЛИД НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА.

3.1. Особенности онтогенеза для особей Blattella germanica.

3.2. Особенности онтогенеза для особей Naupheta cinerea.

3.3. Особенности онтогенеза для особей Periplaneta americana.

3.4. Физиологические характеристики развития синантропных блаттеллид.

4. ОСОБЕННОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ АБИОТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ СИНАНТРОПНЫХ БЛАТТЕЛЛИД.

4.1. Влияние температуры на развитие синантропных блаттеллид.

4.2. Влияние светового режима на биологические характеристики синантропных блаттеллид.

4.3. Влияние водного режима и неполноценного питания на развитие синантропных блаттеллид.

5. ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОПУЛЯЦИИ.

5.1. Типы культуральных емкостей.

5.2. Определение оптимальной плотности искусственных популяций синантропных блаттеллид.

6. ОТНОШЕНИЕ БЛАТТЕЛЛИД К КАЧЕСТВУ ПИЩИ.

6.1. Возможность утилизации биоорганических отходов посредством синантропных блаттеллид.

6.2. Потребление пищи блаттеллидами.

7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ БЛАТТЕЛЛИД В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Элементы сравнительной экологии трех видов синантропных блаттеллид"

Актуальность проблемы. В условиях тотального загрязнения отходами окружающей среды, когда свалки гниющего мусора вокруг крупных городов и промышленных предприятий стали неотъемлемым компонентом складывающихся антропогенных ландшафтов, а дешевого и эффективного способа переработки и возврата в систему органического вещества еще не найдено. Использование для этих целей живых организмов является прекрасной возможностью реализации эволюционно обусловленных особенностей биологии некоторых насекомых на пользу человеку.

В последнее время интенсивно развивается одно из новых направлений экологии - утилизация биоорганических отходов посредством насекомых с последующим производством кормового белка и биоудобрений. Логическим развитием этих исследований было создание технологических режимов и поточных линий при животноводческих и птицеводческих фермах, где осуществляется по безотходной технологии утилизация свиного навоза и куриного помета посредством синантропных мух. Однако то обстоятельство, что личинки мух не могут перерабатывать твердые органические отходы (преимущественно растительного происхождения), а так же нуждаются в особом субстрате для выращивания яиц, побудило нас к рассмотрению в качестве утилизаторов синантропных насекомых из другого отряда -Blattodea, обладающих ротовым аппаратом грызущего типа и характеризующихся практически всеядностью.

Эти насекомые за счет особых свойств хитинового покрова тела в процессе эволюции приспособились к существованию в неблагополучных для других животных условиях обитания. Их хитин может сорбировать ионы тяжелых металлов, радионуклеиды и другие токсические вещества (Корпачев,1989). За счет повторяющихся линек происходит освобождение насекомого от старого хитинового покрова, что обеспечивает очищение его организма от этих веществ, что в свою очередь позволяет существовать в условиях загрязнения.

Благодаря низкомолекулярной структуре своих белков (Северин, Вульфсон, 1959) блаттеллиды, как организмы низшего эволюционного уровня, являются желательной добавкой в корма молоди сельскохозяйственных животных (рыб, птиц и т.д.), в рационе которых необходим определенный баланс растительных и животных белков (Тамарина, 1990).

Целью работы является изучение влияния экологических факторов на рост и развитие популяций синантропных блаттеллид в условиях их искусственного разведения. Для реализации поставленной цели были выдвинуты следующие задачи исследования:

1. провести анализ экологических и паразитологических взаимоотношений синантропных блаттеллид с человеком;

2. изучить особенности различных стадий онтогенеза рассматриваемых видов блаттеллид;

3. определить оптимальную плотность популяций исследуемых насекомых в искусственных емкостях в зависимости от видовой специфики;

4. проследить влияние абиотических факторов среды (температура, освещенность, водный режим) на рост, развитие и плодовитость популяций синантропных блаттеллид;

5. изучить особенности утилизации блаттеллидами различных видов биоорганических отходов хозяйственной деятельности человека;

6. разработать эко лого-техно логические нормативы разведения изучаемых видов синантропных блаттеллид.

Научная новизна исследования состоит в изучении влияния отдельных экологических факторов среды на рост и развитие популяций синантропных блаттеллид в условиях их искусственного разведения, а именно на плодовитость самок, жизнеспособность оотек, продолжительность жизни особей, продуктивность искусственных популяций блаттеллид и т.д. Определены морфофизиологические особенности каждой возрастной стадии трех изучаемых видов: их размерно-весовые характеристики, особенности обмена веществ, скорость прохождения пищи и т.д.

Впервые предложена идея разведения блаттеллид с учетом их эколого-технологических особенностей для утилизации биоорганических отходов. Разработаны предварительные нормативы культивирования синантропных блаттеллид. Установлено, что из трех изучаемых видов наиболее перспективным является Nauphoeta cinerea.

Практическая значимость. В ситуации хронического дефицита кормов, низкого их качества и несбалансированности рационов по питательным веществам биомасса этих животных может служить нетрадиционной высокобелковой (около 50 % протеина) низкомолекулярной добавкой в корма молоди сельскохозяйственных животных (рыб, птиц и т.д.), в рационе которых необходим определенный баланс растительных и животных белков.

Установлено, что биомасса тараканов может быть полезной для человека. По данным В.В. Корпачева (1989), она может быть использована для фармакологии (сульфопроизводные хитозана препятствуют свертыванию крови и образованию тромбов в сосудах, и для получения веществ, способных выводить вредные вещества из организма животных и человека). Особо важное значение тараканы могут иметь в кормопроизводстве. Удалось показать, что кормовая ценность биомассы тараканов близка к естественной пище личинок карповых рыб. Например, эффективность кормления личинок карпа тараканами оказалась всего на 12,7 % ниже, чем при кормлении моинами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Апробация работы. Основные положения диссертации были изложены на заседаниях кафедры зоологии, ученых советах и ежегодных научных конференциях Ставропольского государственного университета, а так же на II Международном симпозиуме «Ресурсосберегающие технологии в аквакультуре» (Россия, Адлер, 1999), на XIII Международной научно -практической конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, КубГУ, 2000), на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, МГУ, 2000), на Всероссийской научной телеконференции «Биогеография на рубеже XXI века» (Ставрополь, 2000), на Международном симпозиуме «Биоразнообразие и динамика экосистем северной Евразии» (Новосибирск, 2000), на IV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Ставрополь, СКГТУ, 2000).

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 157 страницах компьютерного текста. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, содержащего 305 источника (в том числе 184 отечественных и 121 зарубежных авторов). Работа иллюстрирована 28 таблицами и 34 рисунками.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Цвирко, Наталья Ивановна

ВЫВОДЫ

1. Доказана эволюционно обусловленная возможность утилизации биоорганических отходов посредством синантропных блаттеллид, включая отходы жизнедеятельности животных.

2. Получены размерно-весовые характеристики каждой стадии онтогенеза изучаемых видов блаттеллид, с присущими им физиологическими показателями.

3. Максимальная продуктивность у изучаемых видов получена при температуре окружающей среды 26 - 28°С. Рассчитаны суммы эффективных температур, которые составили в градусоднях: 980 для В. germanica, 1800 для N. cinerea и 3180 для Р. americana.

4. Оптимальным является выращивание и содержание маточных популяций блаттеллид в условиях, когда длительность фотофазы не превышает 1,5 - 2 ч в сутки. Для особей работающей культуры (предназначенных для последующего использования их биомассы) предпочтительнее естественная смена дня и ночи. Выявлено, что наибольшую пластичность по отношению к фактору освещенности проявили особи P. americana, а наименьшую - особи В. germanica.

5. Оптимальная плотность популяций синантропных блаттеллид составляет для имаго (в расчете на 1000 см3) 67 особей для B.germanica, 6 особей для P. americana, и 40 особей для N. cinerea.

6. Ежесуточное потребление кормов сильно зависит не только от вида и возраста, но и от пола блаттеллид. Максимальное количество пищи потребляют личинки и имаго N. cinerea. Выращивание на любых монодиетах отрицательно сказывается на продуктивности популяций блаттеллид.

7. Самым перспективным для разведения в условиях лаборатории и для переработки пищевых отходов видом является N.cinerea, высокая экологическая пластичность и большая индивидуальная масса особей которых сочетаются с наибольшими величинами потребления пищевых отходов.

8. Показана возможность использования биомассы блаттеллид в кормопроизводстве и медицине. Например, кормовая ценность биомассы блаттеллид оказалась близка к естественной пище личинок карповых рыб (на 12,7% ниже, чем при кормлении моинами). Добавка 1% хитина в стандартный комбикорм позволила снизить содержание солей кадмия в теле личинок карпа на 12%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Схема разведения может быть использована при разведении других животных и при обучении в рамках курсов «Экспериментальная зоология», «Зоология беспозвоночных», «Экология».

2. Предлагается использование популяций синантропных блаттеллид в качестве утилизаторов биоорганических отходов сельскохозяйственной промышленности и коммунального хозяйства в виде технологических цехов и проточных линий при крупных предприятиях и заводах. Предварительные эколого-технологические нормативы по выращиванию блаттеллид изложены в таблице 28.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Цвирко, Наталья Ивановна, Ставрополь

1. Абакумова И.А., Ахлебинский К.С., Бычков В.П. Некоторые данные по звену животных в замкнутой экологической системе. // Проблемы космической биологии.- М.: Наука, 1965. - Т.4. - С. 107 - 118

2. Адашкевич Б.П., Шийко Э.С. Разведение и хранение энтомофагов. -Ташкент, 1983. 99 с.

3. Адрианова М.С. Экология насекомых. Курс лекций. М.: Издательство Московского Университета, 1970. - 158 с.

4. Алексеева Т.А., Злотин З.И. Стандартный обмен насекомых: клопы, бабочки, перепончатокрылые // Изв. Рос. АН Сер. Биол. 1996. №2. - С. 193 -205

5. Алешо Н.А., Брикман Л.И., Захаров Е.В. и др. Степень поедания тараканами некоторых веществ // Современные методы и средства дезинфекции и стериализации.- М., 1979. С.107 - 109

6. Алешо Н.А., Брикман Л.И., Кожина Г.И., Маркина В.В. Аттрактивно -репеллентное действие на рыжих тараканов веществ из различных групп химических соединений // Современные методы и средства дезинфекции и стериализации. М., 1979. - С. 102 - 105

7. Алешо Н.А. Биологическое обоснование разработки и использования пищевых токсических приманок в системе интегрированной борьбы с синантропными тараканами. Дисс. канд. биол. наук.- М., 1992. 326 с.

8. Алпатов В.В. Среда и рост животных. // Рост животных. М., Л., Биомедгиз, 1935. - С.330 - 366.

9. Анцышкина Л.М., Кириленко Н.С., Мамонтов В.Я. и др. Опыт содержания рыб в герметических аквариумах с хлореллой и без нее. // Проблемы космической биологии. М., Наука, 1965. - Т.4. - С. 646 - 654.

10. Артюхина И.Н. О разработке методов учета и определение критериев оценки численности популяций рыжего таракана (Blattella germanica L.) // Мед. Паразитология и паразитарные болезни, 1972. №4. - С.472 - 474

11. Артюхина И.Н. Методы и средства борьбы с синантропными тараканами в отдельных городах СНГ. Дисс. канд. биол. наук.- М.: 1974. 181 с.

12. Ахлебинский К.С., Бычков В.П., Ильина И.А. и др. К вопросу об обеспечении членов экипажа космического корабля продуктами животного происхождения. // Проблемы космической биологии. М., Наука, 1962. -Т.1.- С. 145-151.

13. Бей Биенко Г.Я. О тараканах (Blattodea), завезенных с бананами в Ленинград. // Энтомол. обозр., 1947. - T.XXIX. - № 1-2. - С. 44-48.

14. Бей Биенко Г.Я. Фауна СССР. Таракановые.- М. - Л., 1950. - С. 3 - 164.

15. Бей-Биенко Г.Я., Скорикова О .Я. Лабораторные занятия по энтомологии.-Л., Колос, 1966. 304 с.

16. Бей Биенко Г.Я. Общая энтомология. - М., Высшая школа, 1980. - 416 с.

17. Беклемишев В.Н. Учебник медицинской энтомологии. М., 1948. С. 418-420

18. Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных М. : Наука, 1964. -Т.1.-432 е.; Т.2. - 446 с.

19. Беклемишев В.Н. Биоценологические основы сравнительной паразитологии М.: Наука, 1970. - 502 с.

20. Бигон М., Харпер Дж., Таусенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. М.: Мир, 1989. - Т.1 - 667 е., Т.2 - 477 с.

21. Бойчук Ю.Д., Злотин А.З. Техническая энтомология: задачи и перспективы развития // Биология в школе, 1996. №1. - С. 5 - 7

22. Бондаренко Н.В. Общая и сельскохозяйственная энтомология.- М., Колос, 1983.-416 с.

23. Брикман Л.И., Алешо Н.А., Капанадзе Э.И. Экспериментальное изучение с помощью радиоактивной метки дальности перемещения рыжих и черных тараканов. // Проблемы дезинсекции и стерилизации /Тр. ВНИИДиС. М., 1971. -Вып. 21.- Т.2. - С. 136-144

24. Брикман JI.И., Алешо Н.А. Методы изучения поедаемости синантропными тараканами различных веществ. // Современные методы и средства дезинфекции и стериализации М., 1974. - Вып. 26. - С. 151 - 154

25. Буренков М.С. Эколого-физиологические исследования некоторых видов наземных моллюсков как возможного компонента замкнутых экологических систем. Автореф. дис. канд. биол. наук. М., 1975. - 21 с.

26. Варли Дж.К., Градуэл Дж.Р., Хассел М.П. Экология популяций насекомых (анатомический подход).- М., «Колос», 1978 222 с.

27. Веселовский Г.В. Использование в животноводстве нетрадиционных кормовых добавок из отходов и побочных продуктов лесной, деревоперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Дис. . д. с-х. н. С-Пб, 1998. - 289 с.

28. Викторов Г.А. Роль поведения в регуляции плотности популяций насекомых. Киев, 1975. - С. 26 - 33

29. Вилкова Н.А., Иващенко Л.С. Влияние качества корма на уровень метаболизма вредной черепашки в различные периоды постэмбрионального развития. /Тр. ВИЗР. Л, 1976. - С.73 - 83

30. Винберг Г.Г. Взаимозависимость роста и энергетического обмена пойкилотермных животных // Количественные аспекты роста организмов.-М., Наука, 1975.- С. 64-72

31. Генис Д.Е. Медицинская паразитология. М.: Медицина, 1991. - 304 с.

32. Гилмур Д. Метаболизм насекомых. М. 1968. - 227с.

33. Гиляров A.M. Современное состояние концепции экологической ниши // Успехи современной биологии, 1978, 85 - №3 - С. 431 - 446

34. Голубева Е.Г. Эколого-физиологические характеристики Musca domestica L. Как компонента гетеротрофного звена в биологической системе жизнеобеспечения человека. Дисс. канд. биол. наук. М., 1982. - 201 с.

35. Гольдшвенд Б.Л., Гусаров Б.Г., Лобанов А.Г. и др. Проблема утилизации в условиях длительного космического полета. // Проблемы космической биологии. М., Наука, 1962. - Т.З. - С. 89 - 98.

36. Горышин Н.И., Козлова Р.Н. Термопериодизм как фактор в развитии насекомых // Ж. общ. биол., 1967. Т.28. - Вып.З. - С.278 - 288

37. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1993. - Т.2. - 327 е.; Т.З.- 374 с.

38. Дажо Р. Основы экологии. М., 1975. - 415 с.

39. Данилевский А.С. Фотопериодизм и сезонное развитие насекомых. Л.: изд-во ЛГУ, 1961.-243 с.

40. Дементьев М.С. Концепция и методы изучения личинок карповых рыб, обеспечивающие технологию их выращивания в условиях заводского производства.- Краснодар:КубГУ, 1996. 24 с.

41. Дементьев М.С. Эколого-технологические основы кормления личинок карповых рыб в условиях заводского производства: Дис. . д.с.-х.н. / КубАГУ. Краснодар, 1996. - 347 с.

42. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. М., Высшая школа, 1975. - 560 с.

43. Елизаров Ю.А. Хеморецепция насекомых и репелленты. М.: 1962. - Т.54. - Вып. 1.- С. 102-114

44. Жужиков Д.П. Пищевые потребности насекомых // Успехи современной биологии. М.: 1969. - Т.67. - Вып.2. - С.295 - 309

45. Заславский В.А. Фотопериодический и температурный контроль развития насекомых. Л.: Наука, 1984. - 184 с.

46. Захваткин Ю.А. Эмбриология насекомых. Курс лекций. М.: Высшая школа, 1975. - 328 с.

47. Захваткин Ю.А. Курс общей энтомологии. М.: 1986. 320 с.

48. Злотин А.З. Экспериментальное обоснование методики круглогодичного разведения непарного шелкопряда (Ocneria dispar L.) и рекомендации по использованию в прикладной энтомологии. Дисс. . канд. биол. наук. -Харьков, 1965. 208 с.

49. Злотин А.З. Разработка и биологическое обоснование приемов повышения жизнеспособности и продуктивности насекомых при разведении на примере Bombyx mori L., Ocneria dispar L., Sitotroga cerealella Oliv. Дисс. д-ра биол. наук Харьков, 1981а. - 339 с.

50. Злотин А.З. Теоретическое обоснование массового разведения насекомых // Энтомолог. Обозрение ,19816. Вып. 60. - № 3. - С.494 - 510

51. Злотин А.З. Насекомые служат человеку.- Киев: Наукова думка, 1986. -101 с.

52. Злотин А.З. Насекомые друзья и враги человека.- Киев: Урожай, 1987. -215 с.

53. Злотин А.З. Техническая энтомология. Киев: Наукова думка, 1989. - 183 с.

54. Зотов В.А., Чернышев В.Б., Афонина В.М., Шульце Б. О разведении насекомых при постоянной темноте. / Тезисы докл. 2 Всесоюз конференции по промышл разведению насекомых. М.: Изд-во Московского Университета, 1989. - С. 16

55. Иванов К.П. Современная теория терморегуляции и зимняя спячка // Сб. Эволюц. аспекты гипобиоза и зимней спячки. Л., 1986 - С. 49 - 54

56. Иващенко JI.C. Влияние кормового субстрата на метаболизм стеблевого мотылька Ostrinia nubilalis. /Тр. ВИЗР. Л., 1979. - С.113 - 116

57. Игльберт И. Лабораторное разведение тараканов, клопов, платяных вшей и блох. / Бюллетень ВОЗ. 1964. - Вып. 31. - №4. - С.576 - 578

58. Ипатова Т.Н. Методы изучения липидов насекомых // Методы исследования патологических изменений растений. М.: Колос, 1976. -С.193 -197

59. Калабухов Н.И. Методика экспериментальных исследований по зоологии наземных позвоночных. М., 1951. - С. 6 - 45.

60. Капанадзе Э.И. Биология черных тараканов (Blatta orientalis L.) в условиях инсектария и методика их разведения.- М.: Мед паразитология, 1969. Т.38. -Вып.1. -С.66-70

61. Капанадзе Э.И. Биология черного (Blatta orientalis L.) и туркестанского (Shelfordella tartara Sauss) тараканов, как обоснование мер борьбы с ними. Дисс. канд. биол. наук. М., 1971. - 177 с.

62. Кашкаров Д.Н. Основы экологии животных. Л.: Учпедгиз, 1945 - 396 с.

63. Кирюханцева В.Н., Бессонова И.В. Влияние фактора плотности рыжих тараканов в убежищах на численность насекомых // Актуальные вопросы дезинфекции и стериализации. М.: 1884. - С. 76 - 79

64. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. М.: Химия, 1975.- 223 с.

65. Кожанчиков И.В. Пищевая специализация и ее значение в жизни насекомых // Энтомол обозрение. М. - Л., 1951. - Т.31. - № 3 - 4 . - С. 323

66. Кожанчиков И.В. Основные результаты изучения экологии насекомых // Энтомол обозрение, 1959, т.38, вып.2, с. 273 289

67. Кожанчиков И.В. Методы исследования экологии насекомых. М.: Высшая школа, 1961. - 286 с.70