nati.org.uanati.org.ua/docs/science/2013/Conference_24012017_p001.pdf · УДК 378.14 ББК 74.58...

УДК 378.14

ББК 74.58 + 72.4 (4 Укр)

М 34

Матеріали Міжнародної студентської науково-практичної конференції "Перспективи

розвитку аграрної вищої освіти України очима молодих науковців": Зб. наук. пр. /

Редкол.: В.С. Лукач (голова) та ін. – Ніжин, 2013. – 401 с.

Рекомендовано до друку вченою радою від 31.01.2013 р. № 6.

Редакц. колегія: В.С. Лукач (відповідальний редактор); С.В. Толочко (заступник відповідального редактора);

А.Г.Кушніренко; О.І.Литвинов; І.І.Махмудов; М.М.Муквич; І.Г.Тивоненко;

В.П.Литовченко; М.О.Демидко; Є.І.Храпач; Ю.А.Кліментовський; З.Д.Овчарик;

В.М.Стригун; С.П.Джупін; Г.М. Македон.

У збірнику надруковані доповіді Міжнародної студентської науково-практичної

конференції "Перспективи розвитку аграрної вищої освіти України очима молодих

науковців", висвітлено результати наукових досліджень, проведених студентами та

науково-педагогічними працівниками Національного університету біоресурсів і

природокористування України, Відокремленого підрозділу Національного університету

біоресурсів і природокористування України "Ніжинський агротехнічний інститут", НТУУ

"Київський політехнічний інститут", Дніпропетровського державного аграрного

університету, Таврійського державного агротехнологічного університету, КНУ ім. Тараса

Шевченка, Київського національного університету культури і мистецтв, Луганського

національного аграрного університету, Одеського державного аграного університету,

Волгоградського державного аграрного університету, Білоруської сільськогосподарської

академії, Коледжу економіки і фінансів м.Астани Республіки Казахстан, Карагандинського

університету ім. Е.А.Букетова, Поліського державного університету, Варшавського

університету наук про життя, Університету Південної Данії.

Тексти статей друкуються в авторській редакції. Відповідальність за інформацію,

подану в науковому дослідженні, несуть автори статей.

© ВП НУБіП України «Ніжинський

агротехнічний інститут»

© автори статей

Матеріали Міжнародної студентської науково-практичної конференції «Перспективи розвитку аграрної вищої освіти України очима молодих науковців»

3

ШАНОВНІ УЧАСНИКИ КОНФЕРЕНЦІЇ

Студентська наука – невід’ємна складова формування

сучасного фахівця будь-якого профілю. Перші наукові

матеріали, перші виступи – важливий поступ усамореалізації

молодих людей в інтересах особистості, суспільства й

держави. Пройде не так багато часу, коли у світі індекс

багатства держави стане оцінюватися не за запасом тієї чи

іншої сировини, а за індексом знань та інтелектуальним

багатством.

Приємно усвідомлювати, що ВП НУБіП України

"Ніжинський агротехнічний інститут" не стоїть осторонь

сучасної науки. Сьогодні це інтелектуальний мікрокосм, де

складаються й формуються висококваліфіковані кадри аграрного профілю.

Наше прагнення – забезпечити захист законних інтересів студентів, реалізацію

ними своїх прав та здійснення обов`язків, сприяти розвиткові науково-дослідної,

пошукової, творчої, інтелектуальної, культурно-освітньої, спортивно-масової та інших

видів діяльності. Крім того, допомогти молодому поколінню знайти себе у світовому

науковому просторі, здобути необхідний досвід публічних виступів, дискурсів тощо.

Проблеми, що піднімалися на Міжнародній студентській науково-практичній

конференції "Перспективи розвитку аграрної вищої освіти України очима молодих

науковців" , є актуальними для всієї України – науково-технічний прогрес у розвитку

вищої освіти, кроки модернізації управління якістю освіти, новітні технології як

складові економіки і суспільства, гуманітарні складові становлення кваліфікованих

фахівців, освітні інновації та формування сприятливого соціального середовища. Дуже

приємно, що молодь України шукає відповіді на такі складні питання сьогодення. Ми

впевнені, що проведення конференції відіграє вагому роль у розвитку вищої освіти,

сприятиме ствердженню України як повноцінної частини спільного Європейського

освітнього простору. Залучення студентської молоді до процесу розвитку аграрної вищої

освіти на основі принципу рівноправного партнерства з державним і викладацьким

співтовариством підтверджує демократизм і подальшу Європейську інтеграцію

України.

Тож хочеться побажати учасникам конференції подальших наукових здобутків,

натхненної та плідної праці.

Директор Ніжинського агротехнічного інституту В.С. Лукач

СЕКЦІЯ 1

ТЕХНІЧНІ ІННОВАЦІЇ ТА

ПРАКТИКА В УПРАВЛІННІ ЯКІСТЮ ВИЩОЇ ОСВІТИ.

НАУКОВО-ТЕХНІЧНИЙ ПРОГРЕС У РОЗВИТКУ

ВИЩОЇ ОСВІТИ УКРАЇНИ


5

УДК 332.3:504.064

БІОТЕХНОЛОГІЇ В СІЛЬСЬКОМУ ГОСПОДАРСТВІ ЯК СПОСІБ

ЗБЕРЕЖЕННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ЗЕМЕЛЬ

О.В. Буряк, відділення з підготовки молодших спеціалістів, спеціальність

«Монтаж обслуговування та ремонт електротехнічних установок в агропромисловому

комплексі», 1 курс

Науковий керівник – О.В. Селюк, викладач відділення з підготовки молодших

спеціалістів

ВП Національного університету біоресурсів і природокористування України

«Ніжинський агротехнічний інститут»

В даній статті розглянуто основні напрями біотехнологій (ембріональна інженерія,

інженерна ензимологія, генна інженерія, клітинна інженерія, промислова мікробіологія) та

застосування біотехнологій, особливо — біологічне відновлення земельних і водних ресурсів,

обробка відходів, охорона ґрунтів, відновлення земель як спосіб збереження

сільськогосподарських земель.

Біотехнологія, інженерна ензимологія, ембріональна, генна, клітинна інженерії,

промислова мікробіологія

Біотехнологія – це сукупність промислових методів, які застосовують для

виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи

явищ. Сам термін “біотехнологія” з’явився в 70-их роках XX ст. (біос – життя, технос –

мистецтво, майстерність, логос – слово, вчення) хоча біотехнологічні принципи людина

розробила уже давно – використання життєдіяльності мікроорганізмів для випікання хліба,

виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоварення.

З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при

хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві тощо, але лише завдяки

роботам Луї Пастера в середині 19 століття, що довели зв'язок процесів шумування з

діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40-50-ті

роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера

антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню

мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна

інженерія.

Термін „біотехнологія” вперше використав угорський вчений Карл Ереки в 1919 році

для позначення процесів, в яких продукти отримують за допомогою живих організмів.

Європейська федерація біотехнології визначає сучасну біотехнологію як використання наук

про природу (біології, хімії, фізики) та інженерних наук (наприклад, електроніки) в

біоіндустрії, застосовуючи їх до біосистем з метою отримання необхідних продуктів і

послуг. Будучи досить древньою сферою виробництва, біотехнологія сьогодні являє собою

ультрасучасний етап науково-технічного прогресу в галузі біології.

Зі створенням у 1972 групою П.Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro

формально пов'язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни

генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні

людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової

біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина

використовувала протягом тисячоріч. Показово, що в 1970-ті рр. одержав поширення і самий

термін біотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і

клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За

стислий період свого розвитку (25-30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася

СЕКЦІЯ 1 «Технічні інновації та практика в управлінні якістю вищої освіти»

«Науково-технічний прогрес у розвитку вищої освіти України»»

6

істотних успіхів, але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і

біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.

Біотехнологія застосовується навколо нас у багатьох предметах щоденного вжитку -

від одягу, який ми носимо, до сиру, який ми споживаємо. Протягом століть фермери, пекарі

та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та

продуктів харчування - пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин - одним з

останніх прикладів цього. Сьогодні біотехнологія використовує сучасні наукові методи, які

дозволяють покращити чи модифікувати рослини, тварини, мікроорганізми з більшою

точністю та передбачуваністю.

можна виділити кілька напрямів сучасної біотехнології, які тісно пов’язані між собою.

Основні напрями біотехнології

Промислова Інженерна Генна Клітинна Ембріональна

мікробіологія ензимологія інженерія інженерія інженерія

Промислова мікробіологія – використання мікроорганізмів у різних галузях промисловості.

Наприклад, перетворення парафінів у кормовий білок у результаті життєдіяльності

мікроорганізмів, виробництво антибіотиків та інших лікарських речовин.

Інженерна ензимологія – одержання і використання чистих ферментів і ферментних препаратів.

Генетична (генна) інженерія - прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії.

Клітинна (тканинна) інженерія - галузь біотехнології, у якій застосовують методи виділення

клітин з організму і перенесення на штучні поживні середовища, де продовжується їх

життєдіяльність.

Ембріональна інженерія — галузь, що займається штучними змінами організмів у ході

зародкового розвитку.

У наш час різні види бактерій і грибів використовують у мікробіологічній

промисловості для виробництва антибіотиків, вітамінів, гормонів, ферментів, кормових

білків тощо. У харчовій промисловості високопродуктивні штами мікроорганізмів дають

змогу збільшити випуск високоякісних продуктів харчування (кисломолочних, сирів, пива),

кормів для тварин (силос, кормові дріжджі) тощо.

Застосування біотехнологій в сільському господарстві Біотехнологічні процеси застосовують і для очищення навколишнього середовища,

зокрема стічних вод і ґрунту від побутового і промислового забруднення. Методи

біологічного очищення ґрунтуються на здатності певних видів бактерій розкладати органічні

сполуки, які потрапляють у довкілля. Завдяки селекційній роботі створено штами

мікроорганізмів, здатних розкладати ті сполуки, які природні види не можуть

мінералізувати. Для очищення стічних вод, природних водойм і ґрунту застосовують

властивості деяких організмів накопичувати органічні та неорганічні сполуки або певні

хімічні елементи у своїх клітинах (деякі види бактерій, водоростей, найпростіших).

Біотехнологічні процеси враховують і під час розроблення біологічних методів

боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарств, а також паразитичними і

кровосисними видами. Використовуючи штами певних видів мікроорганізмів (бактерій,

грибів), виготовляють препарати, які ефективно знижують чисельність шкідливих видів, не

забруднюючи при цьому довкілля токсичними сполуками. Необхідною умовою

використання біологічних препаратів у біологічному методі боротьби є їхня безпечність для

корисних видів організмів.

Останнім часом у розробці біотехнологічних процесів все ширше застосовують

методи генетичної і клітинної інженерії, які дають можливість одержати різноманітні

сполуки і препарати.


7

Біотехнологія пропонує величезні потенційні переваги. Розвинуті країни та країни, що

розвиваються, повинні бути прямо зацікавлені у підтримці подальших досліджень,

спрямованих на те, щоб біотехнологія могла повністю реалізувати свій потенціал.

Біотехнологія допомагає довкіллю. Дозволяючи фермерам зменшити кількість

пестицидів та гербіцидів, біотехнологічні продукти першого покоління призвели до

зменшення їх використання в сільськогосподарській практиці, а майбутні продукти

біотехнологій повинні принести ще більше переваг. Зменшення пестицидного і гербіцидного

навантаження означає менший ризик токсичного забруднення грунтів та грунтових вод.

Окрім того, гербіциди,які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими

рослинами, часто є більш безпечними для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління,

на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до

ширшого застосування безвідвальної обробки грунту, що в кінцевому рахунку призводить до

зменшення втрат родючості грунту.

Хвороби рослин, включаючи грибкові та вірусні, можуть знищити врожай та суттєво

знизити якість продукції. Щоб зменшити економічні втрати від хвороб, фермери мусять

збільшувати площі для отримання потрібного врожаю. Це збільшення посівної площі,

пального, води та добрива, тягнуть витрати, які потім будуть відшкодовувати покупці.

До того ж, багато фермерів борються з вірусними хворобами шляхом знищення

шкідників, таких як попелиця, що розповсюджує хворобу. Хімічні інсектициди сприяють

підвищенню цін та ресурсів, необхідних для відшкодування наслідків захворювань.

Не всі фермери мають можливість дозволити собі традиційні методи боротьби з

хвороб. А дорогі хімічні препарати є недоступними у багатьох частинах світу, а саме у

Африки, де, наприклад, є певний вірус, який часто знищує дві третини врожаю батату.

Біотехнологія надає можливість отримувати сорти, захищені від певних різновидів

вірусів. Шляхом перенесення маленької частки ДНК від вірусу до генетичної структури

рослини, дослідники отримують сорти, у яких є імунітет до певних хвороб.

Захищені від хвороб сорти надають сільськогосподарські, економічні переваги

фермерам, та не забруднюють навколишнє середовище. Фермери зможуть боротися з

комахами, які розповсюджують вірусні хвороби, та, таким чином, захистити свої врожаї.

Фермери мають можливість вирощувати вищі врожаї на тій же площі, та зменшувати

витрати ресурсів, таких як: робоча сила, добрива, пестициди, насіння та обладнання. Ці

переваги дозволяють фермерам обробяти додаткові площі, або збільшувати врожай на

одиницю площі і, як наслідок, дозволяє їм збільшити законсервовані площі.

Заохочення застосування біотехнологій, особливо — біологічного відновлення

земельних і водних ресурсів, обробки відходів, охорони ґрунтів, відновлення лісу,

лісонасадження, відновлення земель дозволить запобігти, припинити і повернути у

зворотному напрямку процес деградації навколишнього середовища.

Отже, біотехнологія спроможна допомогти людству вирішити деякі питання його

розвитку (проблеми здоров’я, харчування та ін.).

Водночас необхідно враховувати, що неконтрольоване поширення геноінженерних

живих організмів і продуктів може порушити біологічний баланс у природі і являти загрозу

здоров'ю людини.

Список літератури

1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение.

Пер. с англ. – М.: Мир, 2002 – 589 с.

2. Мельничук М.Д., Новак Т.В., Кунах В.А. Біотехнологія рослин. К.,

Поліграфконсалтинг, 2003. – 520 с.

3. Проблемы, приоритеты и масштабы сельскохозяйственной биотехнологии в ХХІ

веке / Шевелуха В.С. // Сельскохозяйственная биотехнология.- М., 2000.

4. Сасон А. Біотехнологія: Здійснення і надії: Пер. с англ. М., 1987.



8

В данной статье рассмотрены основные направления биотехнологий (эмбриональная

инженерия, инженерная энзимология, генная инженерия, клеточная инженерия,

промышленная микробиология) и применение биотехнологий, особенно – биологическое

обновление земельных и водных ресурсов, обработка отходов, охрана почвы, обновление

земель как способ сохранения сельскохозяйственных земель.

Биотехнология, эмбриональная инженерия, инженерная энзимология, генная

инженерия, клеточная инженерия, промышленная микробиология

The article deals with directions of biotechlogies (embryo engineering, engineering

enzymology, gene engineering, cellular engineering, industrial microbiology) and usage of

biotechnologies, especially biological restoring of land and water resources, waste processing,

protection, land restoring as means of preserving of agricultural lands.

Biotechnology, engineering enzymology, cellular engineering, industrial microbiology

УДК 831.621.01

ВИКОРИСТАННЯ РІВНЯНЬ ЛАГРАНЖА ДРУГОГО РОДУ

ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ

О.М. Гаркавий, факультет механізації сільського господарства

Науковий керівник – О.І. Литвинов, к.т.к, доц.

ВП Національного університету біоресурсів і природокористування України

«Ніжинський агротехнічний інститут»

У науковій праці отримані диференціальні рівняння коливань одновісного

підресореного причепа на пневматичних шинах, який разом з енергетичним засобом

рухається по нерівній дорозі, профіль якої описаний заданим рівнянням.

Коливання, стійкість рівноваги, потенціальна енергія, кінетична енергія, ступінь

вільності, диференціальне рівняння, критерій, мінор, дискримінант.

Відомо, що всяке так зване тверде тіло має пружність, тому будучи деформоване та

потім представлене дії пружних сил, починає вібрувати, причому окремі його частини

здійснюють коливальні рухи біля своїх рівноважних положень. Звідси, розповсюдженість

коливальних рухів в природі та їх велика важливість в техніці зрозуміла. З явищами

коливань доводиться рахуватись в сільськогосподарському машинобудуванні, в будівельних

конструкціях інженерних споруд та транспортних засобів. Вивчення явищ коливань та

боротьба зі шкідливими наслідками цих явищ або використання у технологічних цілях – це

такі проблеми, що наполегливо висуваються технікою перед інженерами та вченими. Теорія

малих коливань стала в наш час вельми важливим розділом механіки, а вітротехніка –

самостійною і важливою галуззю інженерних знань.

Відмітимо, що говорити про коливальний рух системи біля положення рівноваги

можна тільки в тому випадку, коли рівновага положення системи стійка. Якщо рівновага

системи нестійка, тобто, якщо при найменшому відхиленні від рівноважного положення

система все більше від нього віддаляється, то неможна вести мову про малі коливання

системи біля положення рівноваги. Тому, приступаючи до вивчення теорії малих коливань

системи, ми повинні зупинитися на питанні про стійкість рівноваги з тим, щоб навчитися

відрізняти стійкі рівноважні стани від нестійких.


9

А.М. Ляпунов у знаменитому творі «Загальна задача про стійкість руху» дав строге

визначення стійкості стану положення рівноваги:

«Стійким положенням рівноваги системи називається таке її положення, коли при

достатньо малому початковому відхиленні від нього та при достатньо малих початкових

швидкостях всі точки системи, маючи скільки завгодно малі швидкості, будуть рухатись

таким чином, що всі вони не відхиляться від свого рівноважного положення далі наперед

заданої відстані, якою б малою вона не була».

Стійке положення рівноваги системи залежить від її потенціальної енергії.

Потенціальна енергія матеріальної системи для стаціонарного силового поля і стаціонарних

в’язей є деякою функцією узагальнених координат

,...,,,21 sqqqΠΠ (1)

де s – число ступенів вільності системи.

Розкладаючи вираз потенціальної енергії в ряд Маклорена за степенями узагальнених

координат в околі положення рівноваги, де qj = 0, маємо

...2

10

01 1

2

01

ji

S

i

S

j jij

S

j j

qqqq

Πq

q

ΠΠΠ (2)

Не порушуючи загальності, можна прийняти, що потенціальна енергія системи в

положенні рівноваги дорівнює нулю П(0) = 0. Перші частинні похідні потенціальної енергії

за узагальненими координатами є узагальненими силами, які в положенні рівноваги

дорівнюють нулю, тому

;0

0

jq

Π .0

01

j

S

j j

qq

Π (3)

Вважаємо, що в положенні рівноваги потенціальна енергія має мінімум. Це є

достатньою умовою стійкості положення рівноваги і друга похідна від потенціальної енергії

за узагальненою координатою буде додатною. В результаті нехтування в виразі (2) всіх

членів порядку вище другого знайдемо

.2

1

01 1

2

ji

S

i

S

j ji

qqqq

ΠΠ

(4)

В подальшому введемо позначення коефіцієнтів при других степенях узагальнених

координат

ji

ji

cqq

Π

0

2

.,...,2,1 Sij (5)

Звідси, наближений вираз для потенціальної енергії системи представиться наступною

формулою:

...)2...2...(2

11)1(2112

22111 sssssss qqcqqcqcqc

або .2

1

1 1ji

S

i

S

jij qqcΠ

(6)

Формула (6) показує, що потенціальну енергію системи можна наближено подати

однорідною квадратичною функцією узагальнених координат. Сталі симетричні величини

ijc , що входять в формулу (6), називаються коефіцієнтами жорсткості. На закінчення слід



10

відмітити, що потенціальна енергія системи визначається за формулою (6) з точністю до

величин другого порядку мализни включно.

У галузі техніки інженер має звичайно справу з коливаннями і вібраціями надто малої

амплітуди. У деяких випадках коливання виявляються тільки чутливими приладами, що не

зменшує їхні можливі небажані наслідки для надійності і довговічності. Тому інженер

повинен підходити до цього питання з точки зору гарантування безпечної величини

амплітуди вібрації.

Необхідну і достатню умову стійкості рівноваги системи з кінцевим числом ступенів

вільності надає теорема Лангранжа-Діріхле, в якій стійкому рівноважному положенню

відповідає мінімум потенціальної енергії.

Потенціальна енергія консервативної системи з "s" ступенями вільності виражається

відомою формулою (6).

Для визначення умов, при яких дана квадратична форма буде строго додатною,

необхідно скористатись критерієм Сильвестра про знаковизначеність квадратичної форми:

для того, щоб квадратична форма була строго додатною, необхідно та достатньо, щоб

головні мінори її дискримінанта були додатні:

;011 c ;02221

1211

cc

cc .0

...

............

............

...

...

21

22221

11211

SSSS

S

S

ccc

ccc

ccc

(7)

Тут прийняті наступні позначення:

;21

2

11q

Πc

;

22

2

22q

Πc

..., ;

2

2

S

SSq

Πc

;

21

2

12qq

Πc

32

2

23qq

Πc

і т. д. (8)

При цьому слід мати на увазі: с12 = с21; с23 = с32 і т. д.

Як видно з головних мінорів дискримінанта, зі збільшенням числа ступенів вільності

системи дослідження стійкості рівноваги таких систем значно ускладнюється.

Для дослідження коливального руху матеріальної системи за допомогою рівнянь

Лагранжа другого роду необхідно знати її кінетичну енергію. Вираз кінетичної енергії для

системи з "s" ступенями вільності має вигляд

,2

1

1 1

S

i

S

jjiij qqaT (9)

де aij – незалежні від часу додатні симетричні відносно індексів сталі величини, що

називаються коефіцієнтами інерції, розмірності яких співпадають з розмірністю маси або

моменту інерції мас системи;

ji qq , – узагальнені швидкості точок системи.


11

Отже, в разі стаціонарних в’язей кінетична енергія матеріальної системи є

квадратичною формою узагальнених швидкостей. Якщо система має один ступінь вільності

s = 1, то на підставі виразу (9) запишемо

.2

1 2qaT

Якщо система має два ступеня вільності s = 2, то із виразу (9)

)2(2

1 22222112

2111 qaqqaqaT . (10)

Як відомо, коливання системи в реальних умовах згасають, оскільки на її точки діють

сили опору середовища, завдяки чому відбувається розсіювання механічної енергії системи.

Припустимо, що сили опору, що діють на окремі точки системи, пропорційні першим

степеням швидкостей, тобто, вони є лінійною функцією швидкостей

,iiiR (11)

де i

– сталий коефіцієнт пропорційності або коефіцієнт опору, що визначається

експериментально.

За відомим правилом знайдемо узагальнені сили опору у випадку стаціонарних в’язей

матеріальної системи

;1 1

1

n

i

iiR

q

rRQ ;

1 22

n

i

iiR

q

rRQ ...; .

1

n

i S

iiSR

q

rRQ (12)

Швидкість кожної точки системи

....22

11

SS

iiiii q

q

rq

q

rq

q

r

dt

rd

(13)

Для подальших викладок нам знадобиться перша тотожність Лагранжа

.j

i

j

i

q

r

q

(14)

Підставивши значення Ri та

j

i

q

r

у вирази узагальнених сил опору, маємо

;21

2

1

1

n

i

ii

Rq

Q

;

21

2

2

2

n

i

ii

Rq

Q

...; .

21

2

n

i

ii

S

SRq

Q

(15)

Введемо нову скалярну функцію

n

i

iiΦ1

2

2

n

i

iii vv

1 2

. (16)

Ця функція називається дисипативною функцією Релея або функцією розсіювання

енергії. Вона аналогічна за своєю структурою кінетичній енергії системи, але замість

коефіцієнтів інерції у вираз дисипативної функції входять коефіцієнти опору середовища.



12

Виразимо функцію Релея через узагальнені координату і швидкість q та q , враховуючи, що радіуси-вектори точок системи і їхні похідні дорівнюють

jj

is

jiisii q

дq

rдvrqqqrr

1

21 );,...,,( .

Звідси, у випадку стаціонарних в’язей дисипативна функція є додатною квадратичною

функцією узагальнених швидкостей

Φ ,2

1

1 1

S

i

S

jjiij qqb

де

j

is

i j

iijiij

q

r

q

rbb

1

,

).2...2...(2

1112112

22222

2111 ssssss qqbqqbqbqbqb (17)

Отже, функція розсіювання енергії є однорідною функцією узагальнених швидкостей

зі сталими коефіцієнтами опору ijb , що залежать тільки від узагальнених координат.

Фізичний зміст функції розсіювання полягає у наступному: розсіювання повної механічної

енергії за одиницю часу у випадку консервативної системи дорівнює подвоєному значенню

дисипативної функції Релея. Якщо матеріальна система має один ступінь вільності, то із

виразу (16)

.)(2

1 2qqb

Якщо матеріальна система має два ступеня вільності, то

).2(2

1 22222112

2111 qbqqbqb (18)

Тоді узагальнені сили опору представляються формулами:

;1

1q

ΦQ R

;

22

q

ΦQ R

...; .

SSR

q

ΦQ

(19)

Рівняння Лагранжа другого роду з урахуванням сил опору запишеться

,nnnn q

Φ

q

Π

q

T

q

T

dt

d

(20)

Розглянемо приклад застосування рівнянь Лагранжа другого роду для випадку руху

підресореного одновісного причепу на пневматичних шинах вздовж нерівної дороги, профіль

якої заданий рівнянням. Для цього складемо диференціальні рівняння коливання причепа під

час руху по дорозі з нерівностями, що описуються рівнянням ,2

cos1

l

xhh

O де

tx (так зване, кінематичне збудження коливань). Врахувати, що при коливаннях причепа в ресорах виникають сили тертя, пропорційні швидкості вертикального зміщення

1yyF (рис. 1).


13

Де tx – горизонтальна координата точки О кріплення причепа при його рівномірному русі,

Рис. 1

h – висота нерівностей дороги, – коефіцієнт опору в ресорах (коефіцієнт тертя).

1yy – різниця вертикальних проекцій швидкостей причепа і центра колеса. Кінетична енергія причепа як системи з двома ступенями вільності

складається із суми енергій поступального руху самого причепа, коливального руху або

повороту відносно центра кріплення і енергії мас коліс

,2

1

2

1

2

1 211

22ymImT o

(20)

де m – маса причепа;

m1 – маса коліс,

oI – момент інерції маси причепа відносно осі, що проходить через точку кріплення причепа

до машини (точка O),

υ – швидкість буксирування,

, – кут повороту причепа відносно поперечної осі, що перетинає точку О кріплення причепа до тягача і кутова швидкість цього повороту.

Потенціальна енергія системи, яка визначається пружною деформацією ресор причепа

і шин коліс, дорівнює

,2

1

2

1 211

21 hycylcΠ

де с – коефіцієнт жорсткості ресор; с1 – коефіцієнт жорсткості шин коліс.

Дисипативна функція (функція розсіювання енергії при перетворенні його у тепло)

представиться формулою

.2

1 21yl

Оскільки механічна система має два ступеня вільності, то приймаємо дві узагальнені

координати 1y та . Тоді два рівняння Лагранжа з урахуванням дисипативної функції

мають вигляд



14

;1111

yy

Π

y

T

y

T

dt

d

.

ΠTT

dt

d

Підставляючи вирази похідних для T, П та у рівняння Лагранжа, остаточно маємо

,0111111 hycylcylym .011 lylclylIo

Це і є шукані диференціальні рівняння коливання причепа з кінематичним

збудженням від нерівностей дороги.

При відсутності сили тертя рівняння набудуть вигляду:

,011111 hycylcym

.01 lylcIo

В научной работе получены дифференциальные уравнения колебаний одноосного

подрессоренного прицепа на пневматических шинах, который вместе с энергетическим

средством движется по неровной дороге, профиль которой описанный заданным

уравнением.

Колебания, стойкость равновесия, потенциальная энергия, кинетическая энергія,

степень свободы, дифференциальное уравнение, критерий, минор, дискриминан.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ

МЕТОДОВ ВВЕДЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ

Е.П. Глеб, Е.С. Гук, студентки биотехнологического факультета

УО «Полесский государственный университет»

Научные руководители – А.А. Волотович, к.б.н., О.А. Кудряшова, научный сотрудник УО

«Полесский государственный университет»

Голубика высокая (Vaccinium corymbosum L.) – перспективный, экономически

значимый вид для промышленного культивирования в условиях нашей страны, особенно в

южной агроклиматической зоне Беларуси [1]. Клональное микроразмножение видов рода

Vaccinium является экономически выгодным [2, 3], и рассматривается как один из основных

промежуточных этапов комплексной, современной технологии ускоренного производства

качественного посадочного материала в промышленных объемах [4].

Клональное микроразмножение растений in vitro возможно только после получения

стерильных, активно регенерирующих эксплантов. Для повышения генетической

стабильности размножаемых in vitro регенерантов, активируют аксиллярные меристемы

растений [2]. После изолирования и стерилизации первичные экспланты размещают на

стерильной, питательной, агаризованной среде, содержащей разные фитогормоны (как

правило, цитокинины и ауксины) в оптимальном соотношении для инициации

побегообразования in vitro. В случае голубики высокой на данном этапе используют среду на

макро- и микро- солевой основе WPM [5] с добавлением 15 мг/л 6-(γ,γ-диметил-аллил-

амино)-пурина и 4 мг/л индолилуксусной кислоты [2, 3].

Брассиностероиды являются перспективной группой гормонов растений. По

химической природе – это производные оксистероидов с лактонной группой в кольце В.

Внутриклеточный путь передачи сигнала и регуляция экспрессии генов начинается со


15

связывания молекул брассиностероида с цитоплазматическим рецептором растительных

клеток, представляющим собой BRI1-BAK1-киназный комплекс. В цитоплазме запускается

каскад реакций фосфорилирования, в результате которого происходит ингибирование

активности BIN2-киназы, с одной стороны, и накопление активных, находящихся в

дефосфорилированном состоянии, факторов транскрипции BES1 и BZR1, с другой. В ядре

растительных клеток факторы транскрипции распознают нуклеотидные ДНК-

последовательности промоторной области генов-мишеней, и после связывания с ними

запускают экспрессию этих генов. Брассиностероиды стимулируют различные

физиологические изменения в растительных клетках, включающие изменение мембранного

потенциала, фотосинтетической и ферментной активности, баланса эндогенных

фитогормонов. В действии брассиностероидов на рост и развитие растений отмечены также

эффекты синергизма с другими фитогормонами, в частности, с ауксинами. Регуляция роста и

дифференцировки растительных клеток, опосредованная брассиностероидами, приводит к

усилению реакции геотропизма, удлинению стебля, ускорению развития листа и роста

пыльцевой трубки, дифференциации ксилемы, повышению жизнеспособности пыльцы,

задерживанию старения листьев, и к повышению устойчивости растений к стрессу [6].

В настоящее время на базе НИЛ клеточных технологий в растениеводстве УО

«Полесский государственный университет» разработан проект технологического регламента

комплексного производства посадочного материала сортовой голубики высокой Vaccinium

corymbosum L. в промышленных объемах по ускоренной технологии, с использованием

метода клонального микроразмножения растений in vitro на начальном этапе производства

[7]. Результаты научных исследований, проведенных на базе НИЛ клеточных технологий в

растениеводстве ПолесГУ в 2009-2011гг., позволили существенно изменить традиционные

[2, 3] в Республике Беларусь подходы к клональному микроразмножению растений рода

Vaccinium L., в частности, усовершенствовать составы питательных сред, и сделать процесс

производства посадочного материала более технологичным [8].

Целью настоящей работы является сравнительный анализ эффективности

стандартных и модифицированных методов введения и стабилизации сортовой голубики

высокой Vaccinium corymbosum L. в культуре in vitro, с целью выявления метода

гарантированного введения и стабилизации in vitro сортовой голубики высокой.

Результаты первых введений сортовой голубики высокой по стандартным методам [1]

представлены в таблице 1. Следует отметить часто низкий выход стерильных эксплантов в

пределах 3-73%, а также в подавляющем большинстве случаев исключительно низкий выход

активно регенерирующих, стерильных эксплантов (0-25%).

Таблица 1 – Выход стерильных эксплантов на питательной, агаризованной среде с

органическими соединениями и на микро-, макро-солевой основе WPM, 2009-2010гг.

Сорт Общее количество

эксплантов

Количество стерильных

эксплантов in vitro %

Количество активно

регенерирующих эксплантов,

пригодных для пассажа, %

Блюждей 146 33,56 25,34

Торо 34 2,94 0,00

Блюголд 80 18,75 5,00

Нельсон 160 28,75 6,88

Дарроу 319 28,21 3,76

Чандлер 45 15,56 2,22

Патриот 70 8,57 8,57

Нортланд 81 39,50 8,64

Блюкроп 265 57,73 9,06

http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=624105http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=643947



16

Эрлиблю 79 58,23 5,06

Джерси 266 46,24 4,89

Легаси 30 73,00 13,00

Герберт 76 67,10 0,00

Конкорд 286 60,49 12,94

Стенли 100 72,00 5,00

Результаты введения и стабилизации сортовой голубики высокой на

модифицированных нами по составу питательных, агаризованных средах приведены в

таблицах 2–4. Следует отметить значительное увеличение выхода как стерильных

эксплантов (25-100%), так и активно регенерирующих, стерильных эксплантов (6-73%).

Таблица 2 – Выход стерильных, активно регенерирующих in vitro эксплантов сортовой

голубики высокой на модифицированных по составу питательных средах, 2010-2011гг.

Сорт Вариант опыта Общее

количество

ПЭ, шт.

Количество

стерильных

ПЭ, %

Количество активно

регенерирующих

стерильных ПЭ, %

Патриот 1 (контроль) 161 58,0±16,0 13,5±4,5

2 (0,50 мг/л 24-ЭБ) 132 74,7±18,2 25,8±0,1

Нортланд 1 (контроль) 48 68,0 17,0

2 (0,50 мг/л 24-ЭБ) 28 100,0 82,0

Блюкроп

(от

23.09.10)

1 (контроль) 88 37,7 22,4

2 (0,50 мг/л 24-ЭБ) 91 64,8 26,2

Блюкроп

(от

14.10.10)

1 (контроль) 57 33,4 15,7

2 (0,25 мг/л 24-ЭБ) 43 25,0 16,3

3 (0,50 мг/л 24-ЭБ) 44 25,6 20,5

4 (0,75 мг/л 24-ЭБ) 58 46,6 34,5

Примечание. Данные для сорта Патриот представлены как среднее арифметическое ±

стандартная ошибка.

Таблица 3 – Выход стерильных, активно регенерирующих in vitro эксплантов сортовой

голубики высокой на модифицированных по составу питательных средах, 2011гг.

Сорт

Количество стерильных, активно регенерирующих

эксплантов, %

WPMЭБ_0,75 АндерсонаЭБ_0,75 Река 33,30 71,45

Элизабет 9,09 54,54

Денисблю 62,50 72,73

40,00 61,54

Дюк - 71,43

Нельсон - 41,66

Блюголд - 65,52

Эрлиблю - 50,00


17

Таблица 4 – Выход стерильных, активно регенерирующих in vitro эксплантов сорта

Цукертраубе голубики высокой на модифицированных по составу питательных средах,

2011гг.

Параметры WPM Андерсона

2iP15 ЭБ0,75 Зеатин1 ЭБ0,75 2iP15 ЭБ0,75 Зеатин1 ЭБ0,75


стерильных


76,90

77,30

64,70

70,96


стерильных,

активно

регенерирующих


7,65

6,87

5,80

25,80

В среднем, следуя классическому методу введения и стабилизации сортовой голубики

высокой in vitro, количество стерильных, активно регенерирующих эксплантов на выходе

составляет 7,4 % (по данным таблицы 1).

Следуя предложенным нами методам введения и стабилизации сортовой голубики

высокой in vitro, количество стерильных, активно регенерирующих эксплантов на выходе, в

среднем, составляет 36,7 % (по данным таблиц 2 – 4). Причем все используемые в

исследованиях сорта голубики высокой были введены и стабилизированы in vitro.

Выход стерильных эксплантов голубики высокой in vitro после стерилизации и высадки

на питательные среды сортов Патриот, Нортланд, Блюкроп представлены в таблице 2. В

соответствии с полученными данными, присутствие в составе модифицированной,

агаризованной, питательной среды 24-эпибрассинолида в концентрации 0,50 мг/л позволяет

увеличить количество активно регенерирующих стерильных эксплантов исследуемых сортов на

3,8–65,0% (в 1,2–4,8 раза), в зависимости от генотипа (сорта).

В дальнейшем представляло интерес изучить возможные эффекты разных концентраций

24-эпибрассинолида на регенерантах in vitro. Так, в экспериментах с эксплантами сорта Блюкроп

установлено повышение количества активно регенерирующих стерильных эксплантов с

увеличением концентрации 24-эпибрассинолида в составе агаризованной питательной среды

(таблица 2). При этом присутствие 24-эпибрассинолида в концентрациях 0,25, 0,50 и 0,75 мг/л

увеличивало выход активно регенерирующих стерильных эксплантов сорта Блюкроп на 0,6 % (в

1,1 раза), 4,8% (в 1,3 раза) и 18,8% (в 2,2 раза), соответственно. Известно, что брассиностероиды

ускоряют синтез этилена на этапе между S-аденозилметионином и 1-аминоциклопропан-1-

карбоновой кислотой [6]. Этилен стимулирует синтез АБК, которая ускоряет старение клеток,

тормозит биохимические процессы, являясь антагонистом ауксинов, цитокининов и

гиббереллинов. При стрессах повышение концентрации этилена играет защитную роль.

Стрессовый этилен индуцирует синтез защитных фитоалексинов и фермента хитиназы,

разрушающего клеточные стенки грибов (в том числе, патогенных). Возможно, именно с

подобным сложным, опосредованным эффектом брассиностероидов, связана эффективность

применения ЭБ на этапе инициации побегообразования у регенерантов сортовой голубики

высокой при асептическом введении в культуру in vitro, выражающаяся в достоверном

увеличении количества стерильных, активно регенерирующих эксплантов.

Согласно полученным данным (таблица 3), культивирование эксплантов на

модифицированной питательной, агаризованной среде Андерсона приводит к выходу, в

среднем, 65,07±4,31% стерильных, активно регенерирующих in vitro эксплантов. Этот

показатель превышает соответствующий показатель для эксплантов на модифицированной

питательной, агаризованной среде WPM в 1,8 раза (36,22±10,99%). Все без исключений,

вторичные, стерильные экспланты, состоящие не менее чем из двух метамеров и полученные из



18

активно регенерирующих, стерильных эксплантов, независимо на двух исследуемых типах

питательных сред, после пассажа сохраняли жизнеспособность, и активно формировали

аксиллярные побеги. Полученные данные свидетельствуют о том, что присутствие высоких

концентраций (0,75 мг/л) 24-эпибрассинолида в составе питательной среды способствует

стабилизации сортов голубики высокой в культуре in vitro.

После того, как нами была установлена эффективность модифицированной питательной

среды Андерсона, способствующей существенному увеличению количества стерильных,

активно регенерирующих эксплантов на этапе введения в культуру in vitro трех исследуемых

сортов голубики высокой (Река, Элизабет и Денисблю), для контроля эффективности, по

отработанной методике вводили в культуру in vitro четыре новых сорта голубики высокой (Дюк,

Нельсон, Блюголд и Эрлиблю), с высадкой эксплантов на модифицированную среду Андерсона.

Результаты исследований регенерационной активности эксплантов сортов ‘Дюк’, ‘Нельсон’,

‘Блюголд’, ‘Эрлиблю’ in vitro также приведены в таблице 3. Анализ данных свидетельствует о

том, что культивирование эксплантов на модифицированной среде Андерсона в подавляющем

большинстве случаев (за единственным исключением, 41,66% эксплантов сорта ‘Нельсон’)

обеспечивает выход не менее половины (50,00–72,73%) стерильных, активно регенерирующих

эксплантов вводимых в культуру in vitro сортов голубики высокой. Поскольку после пассажа,

все без исключения вторичные экспланты сохраняли способность к активному

побегообразованию in vitro, можно рекомендовать разработанный нами состав

модифицированной среды Андерсона для гарантированного введения и стабилизации в культуре

in vitro практически любого сорта голубики высокой V. corymbosum L. Привлекательность

предлагаемого метода заключается также в снижении затрат (в частности, в сокращении расхода

дорогостоящего цитокинина) на введение и стабилизацию сортов голубики высокой in vitro, в

связи с высоким процентным выходом стерильных, активно регенерирующих первичных

эксплантов, сохраняющих регенерационную активность in vitro после пассажа.

В дальнейшем был поставлен эксперимент с применением максимальной (0,75 мг/л) из

изученных концентраций 24-эпибрассинолида в разных по микро-макро- солевому составу

агаризованных, питательных сред для инициации побегообразования у эксплантов сорта Цукер

Траубе при их введении в культуру in vitro. Кроме того среды различались по составу

цитокининов.

Результаты исследований регенерационной активности эксплантов сорта Цукер Траубе

in vitro на 4 типах модифицированных, агаризованных, питательных сред приведены в таблице

2.

Установлено повышение в 3,4–4,5 раза выхода стерильных эксплантов на макро-, микро-

солевой основе среды Андерсона c 1 мг/л зеатина и 0,75 мг/л ЭБ, по сравнению с другими

анализируемыми составами сред.

Следует также отметить, что во всех изученных вариантах с применением 24-

эпибрассинолида, после пассажа регенеранты сохраняли не только стерильность, но и

способность к активному побегообразованию in vitro. Некоторый спад активности

побегообразования начинал проявляться только после 4–5 пассажей. В данном случае 24-

эпибрассинолид можно рекомендовать и для стабилизации растений сортовой голубики высокой

в культуре in vitro.

Культивирование первичных эксплантов сортовой голубики высокой на

модифицированной среде WPM, содержащей 0,75 мг/л 24-эпибрассинолида, после

предварительной стерилизации первичных эксплантов, в среднем, приводит к выходу 36,7 %

стерильных, активно регенерирующих эксплантов.

Культивирование первичных эксплантов сортовой голубики высокой на

модифицированной среде Андерсона, содержащей 1,00 мг/л зеатина, 0,75 мг/л 24-

эпибрассинолида, а также повышенные концентрации сульфата меди (в 10 раз – 0,25 мг/л

CuSO4×5H2O) и хлорида кобальта (в 2 раза – 0,05 мг/л CoCl2×6H2O), после предварительной


19

стерилизации первичных эксплантов, в среднем, приводит к выходу 65,07% стерильных,

активно регенерирующих эксплантов, что в 1,8 раз выше соответствующего показателя на

модифицированной среде WPM.

Все без исключений, вторичные, стерильные экспланты, состоящие не менее чем из двух

метамеров и полученные из активно регенерирующих, стерильных эксплантов, независимо на

двух исследуемых типах модифицированных питательных сред – WPM и Андерсона, после

пассажа сохраняли стерильность и способность к активному побегообразованию in vitro, что

свидетельствует о стабилизации всех семи исследуемых сортов голубики высокой в культуре in

vitro.

Применение 0,75 мг/л 24-эпибрассинолида в сочетании с 1 мг/л зеатина в составе среды

Андерсона привело к увеличению выхода стерильных, активно регенерирующих эксплантов

сорта Цукер Траубе в 3,4–4,5 раз, по сравнению с другими исследуемыми типами

агаризованных, питательных сред, различающихся по компонентному составу.

Предлагаемый метод стерилизации первичных эксплантов в сочетании с последующим

их культивированием на модифицированной питательной, агаризованной среде Андерсона

указанного химического состава, рекомендуется для гарантированного введения и стабилизации

в культуре in vitro практически любого сорта голубики высокой V. corymbosum L. в течение 8–10

недель.

Список литературы

1. Рупасова Ж.А. Голубика высокорослая: оценка адаптационного потенциала при интродукции в условиях Беларуси / Ж.А. Рупасова [и др.]. – Мн., 2007. – 442 с.

2. Сидорович Е.А. Клональное микроразмножение новых плодово-ягодных растений / Е.А. Сидорович, Е.Н. Кутас. – Мн., 1996. – 246 с.

3. Решетников В.Н. Некоторые аспекты микроклонального размножения голубики высокой и брусники обыкновенной / В.Н. Решетников [и др.] // Плодоводство. –

2007. – Т. 19. – C. 209–216.

4. Волотович А.А. Разработка и внедрение инновационной технологии ускоренного производства посадочного материала растений семейств Vacciniaceae и

Ericaceae на базе УО «Полесский государственный университет» / А.А. Волотович, О.А.

Кудряшова, И.Э. Бученков, В.Г. Лягуский, Ю.Н. Деркач // Материалы IV межд. науч.-практ.

конференции «Устойчивое развитие экономики: состояние, проблемы, перспективы», Пинск,

20-22 мая 2010 г. – Пинск, 2010. – Ч. II. – С. 163–165.

5. Trigiano R.N. Plant tissue culture concepts and laboratory exercises / R.N. Trigiano, D.J. Gray. – US/MA, CRC Press LLC., 1999–2000. – 454 p.

6. Hayat S. Brassinosteroids: A Class of Plant Hormone / S. Hayat, A. Ahmad. – 2010. – 462 p. 7. Волотович А.А. Результаты деятельности НИЛ клеточных технологий в

растениеводстве УО «Полесский государственный университет» как модель развития

прикладной биотехнологии на базе ВУЗа / А.А. Волотович // Материалы V междунар. науч.-

практ. конф. «Устойчивое развитие экономики: состояние, проблемы, перспективы», Пинск,

28-29 апреля 2011 г. Пинск: П

nati.org.uanati.org.ua/docs/science/2013/Conference_24012017_p001.pdf · УДК 378.14 ББК 74.58...

Documents

Transcript of nati.org.uanati.org.ua/docs/science/2013/Conference_24012017_p001.pdf · УДК 378.14 ББК 74.58...