МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
В основе всех методов постановки научных и научно-хозяйственных экспериментов положен принцип сравнения, поскольку только путем сравнения возможно определить воздействие изучаемых факторов на подопытное животное. В зависимости от того, какой подход применяется для сравнения экспериментальных данных, применяемые методы организации экспериментов подразделяются на две большие категории: методы, основанные на сравнении отдельных групп подопытных животных и методы основанные на сравнении данных у одних и тех же животных в отдельные, временные периоды. Входящие в ту и другую категорию методы экспериментов существенно различаются по степени сложности. В последующем изложении методы экспериментов рассматриваются по степени нарастания сложности их организации.
Метод пар-аналогов. Это достаточно простой, наиболее универсальный и широко применяемый метод зоотехнических экспериментов. Для постановки опыта формируют в простейшем случае две, в более сложном эксперименте большее число аналогичных групп подопытных животных. Принципиальным положением метода является подбор пар животных-аналогов, максимально близко сходных одно с другим как генотипически, так и фенотипически. Группы подопытных животных комплектуются из определенного числа пар животных-аналогов, причем так, что из каждой пары одно животное входит в состав опытной группы, а его аналог - в состав контрольной группы. Вследствие этого метод может называться также парным методом.
При подборе животных-аналогов в группы учитываются их порода, происхождение, пол, продуктивность, физиологическое состояние. Предпочтительно включать в группу или однопометных животных, или полусибсов по отцу и происходящих от близких по качеству матерей. В аналоги подбираются животные одного пола, близкие по возрасту, развитию, живой массе, типу телосложения и другим параметрам. Если подбираются животные, неродственные по происхождению, сходству их по всем показателям уделяется особое внимание.
Причина такого внимания при комплектовании групп определяется тем, что животные с разной наследственностью имеют различную норму реакции на воздействие одних и тех же факторов среды. Максимально возможное устранение наследственно обусловленных различий в реакции отдельных особей на влияние среды является важнейшим моментом, определяющим точность и достоверность эксперимента.
Именно поэтому для формирования пар-аналогов наиболее пригодны однояйцовые близнецы. Особи, входящие в состав однояйцовых двоен, характеризуются общим генотипом, вследствие чего использование их существенно повышает точность эксперимента. В исследовательских центрах, в которых регулярно проводится экспериментальная работа, целесообразно формировать специально партии животных, состоящих из однояйцовых близнецов. Это достаточно дорогое и сложное мероприятие, поскольку для комплектования такого стада необходима кропотливая поисковая работа в масштабе обширного региона
В противоположность этому возможна ситуация, когда о подопытных животных нет достаточно полной информации и не представляется возможным скомплектовать пары аналогов. В таких случаях для повышения надежности эксперимента принимаются специальные "компенсаторные" меры, состоящие в том, что в подопытные группы включаются в 1,5-2 раза больше животных, чем в опыте по методу пар-аналогов. Тем не менее группы по качеству составляющих их животных должны быть по возможности выровнены по фенотипическим признакам, аналогичность групп соблюдается через средние показатели по группам в целом. С точки зрения зоотехнической группы считаются сформированными удовлетворительно, если значения средних показателей различаются не более чем на 5%.
Зоотехнический опыт, в котором группы сформированы таким образом, проводится по методу, называемому методом сбалансированных групп-аналогов. Сформированные группы животных проверяют по сред-негрупповым показателям, затем путем жеребьевки одну из них используют в качестве опытной, другую - в качестве контрольной группы. Преднамеренное специальное формирование опытной или контрольной групп недопустимо. Если ставится задача изучить действие не одного, а двух, трех и более факторов, то для каждого дополнительного фактора формируется аналогичная группа животных.
Схема опыта по методу пар-аналогов
Подопытные группы | Уравнительный период | Переходный период | Главный период |
Контрольная | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс факторов (ОКФ) |
Опытная | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Постепенный переход на режим опыта (фактор А) | ОКФ + фактор А |
Продолжительность периода | 15 суток | 7-10суток | 45-60 суток |
Примечание. При необходимости изучения влияния не одного фактора А, а двух, трех или большего числа факторов, в число опытных включаются дополнительные аналогичные группы животных.
При использовании метода пар-аналогов или сбалансированных групп-аналогов опыт делится на три периода: уравнительный, переходный и главный (учетный) (см. схему).
Задача уравнительного периода - проверить аналогичность состава подобранных опытных и контрольных групп и пар-аналогов. Животные всех групп находятся в одинаковых условиях содержания и кормления. Длительность периода не менее двух недель. На основе полученных за этот период данных могут быть приняты дополнительные меры по уравниванию групп, возможна перестановка из группы в группу аналогичных животных или даже замена отдельных особей. Особенно важно проверить состояние здоровья животных, наличие латентных инфекций или глистных инвазий. В уравнительный период в течение по крайней мере одной недели необходимо 2-3 раза в день измерять температуру, учитывать частоту пульса и количество дыханий в минуту.
Переходный период, длящийся 7-10 дней, необходим для постепенного приспособления животного к условиям воздействия исследуемого фактора (опытного режима кормления или содержания). В этот период проводится учет продуктивности, но его результаты не включаются в материалы опытного периода. Перестановка и замена подопытных животных не допускаются.
В главный (учетный) период на животных подопытных групп воздействует комплекс изучаемых факторов. Проводится тщательный учет всех показателей, предусмотренных методикой. Замены и перестановки животных не допускаются. При выбытии какого-либо животного в результате несчастного случая необходимо удалить также и его аналогов из параллельных групп.
При математической обработке результатов эксперимента, проведенного методом пар-аналогов, определяется достоверность разности средних арифметических с применением критерия Стьюдента. В случае эксперимента по методу сбалансированных групп применяется дисперсионный анализ, расчет достоверности разности средних по Cтьюденту неприменим.
В экспериментах по методу групп, особенно если они выполняются на молодняке (телятах, поросятах), очень часто применяется групповое содержание животных. В таких случаях практически невозможно проводить учет индивидуального потребления кормов, а следовательно, невозможно определять достоверность различий в потреблении корма, расхода корма на единицу продукции. Это часто встречающийся недостаток экспериментов, выполняемых методом групп.
Метод периодов. При работе по методу периодов опыт ведется на одних и тех же животных, что устраняет недостаток методов групп, поскольку снимается влияние генетической дифференцированности животных.
Животных, подобранных в группу, в предварительный период проверяют по состоянию здоровья, выравненности по продуктивности, реакции на средовые факторы. Если животные находились на хозяйственном рационе, то в этот период их по правилам переходного периода переводят на основной рацион эксперимента. Продолжительность предварительного периода 15 суток.
В первый опытный период животные находятся на основном комплексе факторов, учитываются все предусмотренные методикой показатели продуктивности и физиологического состояния животных. Полученные в этот период экспериментальные данные используются в качестве контроля для сравнения с данными главного опытного периода. Продолжительность первого опытного периода 25-30 суток.
Во втором (главном) опытном периоде наряду с основным комплексом факторов, действующих ранее, вводится испытуемый фактор (А). Продолжительность периода 30-60 суток.
Схема опыта методом периодов
Предварительный период | Первый опытный период | Второй (главный) опытный период | Контрольный (заключительный) период |
Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс + изучаемый фактор (ОКФ+А) | Основной комплекс факторов (ОКФ) |
15 суток | 25-30 суток | 30-60 суток | 25-30 суток |
Наличие контрольного (заключительного) периода является непременным условием проведения эксперимента по методу периодов. В идеальном выражении показатели продуктивности и физиологического состояния животных в этом периоде должны вернуться к соответствующим значениям, полученным в первом опытном периоде. Заключительный период обусловливает достоверность результатов опыта, в этот период имеется возможность установить, насколько достоверно изменения в продуктивности или физиологическом состоянии животных во время главного опытного периода определялись действием испытуемого фактора, но не другими случайными факторами. Продолжительность заключительного периода 25-30 суток.
Недостатком рассмотренного метода организации эксперимента является то, что на его результаты неизбежно налагают отпечаток изменения в продуктивности и состоянии животного, происходящие с течение времени за весь период опыта. Этот метод широко применяется на лактирующих коровах, и с изменениями, происходящими в ходе лактации на протяжении опыта, следует считаться. В этой связи метод периодов лучше применять в кратковременных опытах.
Метод параллельных групп-периодов. Метод сочетает в себе положительные стороны обоих ранее рассмотренных методов - группового и периодического. Недостатки этих методов также могут иметь место. Наиболее приемлем для постановки краткосрочных опытов. При работе этим методом имеется возможность сравнительного изучения одновременно нескольких факторов, независимой оценки их.
Схема опыта по методу параллельных групп периодов
Группы | Предварительный период | Первый опытный период | Второй (главный) опытный период | Контрольный (заключительный) период |
А | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс + изучаемый фактор (ОКФ+А) | Основной комплекс факторов (ОКФ) |
В | Основной комплекс факторов | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс + изучаемый фактор (ОКФ+В) | Основной комплекс факторов (ОКФ) |
Продолжительность | 15 суток | 25-30 суток | 30-60 суток | 25-30 суток |
Метод групп-периодов с обратным замещением. Метод, предложенный профессором , методически объединяет вышеизложенные методы.
Схема опыта по методу групп-периодов с обратным замещением
Группы | Назначение группы | Уравнительный период | Переходный период | Опытный период | |
первый | второй | ||||
I | контрольная | Основной комплекс факторов (ОКФ) | Основной комплекс факторов (ОКФ) | ОКФ | ОКФ |
II | опытная | Основной комплекс факторов (ОКФ) | постепенный - переход на режим опыта | ОКФ+А | ОКФ+Б |
III | опытная | Основной комплекс факторов (ОКФ) | ОКФ+Б | ОКФ+А | |
Продолжительность периода | 15 суток | 7-10 суток | 30-60 суток | 30-60 суток |
В определенной степени является переходной ступенькой к организации эксперимента по схеме латинского квадрата.
При работе этим методом происходит сравнение изучаемых показателей в двух направлениях: между группами животных и между периодами опыта. Правила подбора животных в группы остаются такими же, как и при парном методе. Для обеспечения сравнительного контроля при этом методе вводится или контрольная группа животных, или дополнительный контрольный (заключительный) период.
Метод групп, смещенных по фазам эксперимента. Метод, сложившийся в экспериментальных работах , в основном применим в продолжительных исследованиях на лактирующих коровах и курах-несушках с охватом практически всего продуктивного периода Сложность фундаментальных исследований на лактирующих коровах и на курах-несушках состоит в том, что длительный продуктивный период охватывает как летний, так и зимний период, существенно различающиеся по комплексу факторов среды. Первая и вторая половины продуктивного периода существенно различаются по физиологическому состоянию животного, по количеству и качеству получаемой продукции. Каждая половина продуктивного периода может налагаться как на летний, так и на зимний период в разных сочетаниях, что создает сложное взаимодействие указанных факторов. Метод групп, смещенных по фазам эксперимента, позволяет провести эксперимент с учетом этих сложных взаимодействий.
При организации эксперимента по этой схеме формируются две группы животных по принципу пар-аналогов. Обязательным отличием этих групп является разный срок начала продуктивного периода у животных, входящих в состав групп. Так, например, если коровы первой группы начинают продуктивный период в мае, то первая половина лактации их приходится на летний период, а вторая половина на зимний период. Вторая группа формируется из коров, начинающих продуктивный период в октябре, - первая половина лактации их протекает в зимний период, вторая - в летний сезон следующего календарного года.
Включение данных эксперимента в форму статистического комплекса позволяет построить классическую двухфакторную схему, где один фактор - сезон года, второй - период продуктивности животного. При необходимости включается третий фактор (кормовой, генетический и др.) с двумя, тремя, четырьмя градациями. Математическая обработка материалов эксперимента проводится дисперсионным анализом.
Факториальный эксперимент (метод интегральных групп). При организации научных исследований в животноводстве большое значение в современных условиях имеет метод построения эксперимента с применением факториального анализа дисперсий или факториальный эксперимент. Этот метод позволяет выполнить комплексное изучение влияния нескольких факторов на интересующий исследователя признак с определением взаимодействия во влиянии этих факторов. Обычно в таких экспериментах одновременно изучается влияние одного, двух или трех факторов. Возможны факториальные эксперименты по изучению влияний генетических, кормовых факторов, физиологического состояния животных, а также факторов условий содержания - климатических факторов, плотности размещения животных, фронтов кормления и поения, конструкций клеток и станков. Эксперимент предполагает предварительное построение специальной схемы, обеспечивающей в итоге возможность расчета экспериментального цифрового материала дисперсионным анализом. Метод эксперимента по факториальной схеме в основном применяется в опытах на мелких животных объектах, в работе с которыми обеспечивается возможность случайного подбора достаточно большого количества выровненных подопытных особей. Наиболее удобен и широко используется этот метод в работе с сельскохозяйственной птицей, размещение которой в клетках при сложной схеме эксперимента обеспечивает необходимые условия для наблюдения и четкий учет экспериментальных данных. Он может применяться в экспериментах с кроликами, пушными зверями, рыбой, а также со свиньями и овцами.
При составлении схем факгориального эксперимента прежде всего должно соблюдаться правило полной независимости изучаемых факторов. В одном эксперименте могут сочетаться исследования влияния разных уровней нескольких факторов. При этом каждый уровень одного фактора исследуется на фоне различных уровней другого фактора. Поскольку при таком наложении факторов может получиться довольно много исследуемых вариантов, не следует стремиться к организации большого числа уровней - как правило, по каждому фактору применяется два-три, реже четыре уровня. В целях выявления внутригруппового разнообразия, необходимого при последующих расчетах достоверности влияний изучаемых факторов, в каждой градации предусматриваются повторности или так называемые реплики. В пределах градации оптимально планируется четыре реплики. В зависимости от организации эксперимента в каждом конкретном случае характер реплик может быть разным.
Подбор животных в эксперимент осуществляют на основе рэндо-мизации, то есть случайного отбора на выровненном по качеству поголовье. В частности, это может быть птица одной партии вывода и выращивания, из которой исключены больные, слабые, отставшие в развитии особи. По подопытным группам животные также распределяются на основе принципа рэндомизации. В случае сравнительно немногочисленного подопытного поголовья каждая реплика может быть представлена одним животным, поставляющим экспериментальную информацию на основе индивидуального учета. При работе с мелкими животными объектами реплика формируется из нескольких особей (возможно до 15 голов), в этом случае представляющих собой блок, являющийся основным элементом в структуре эксперимента. Степень однородности распределения животных по репликам проверяется в предварительном периоде эксперимента, по итогам которого могут быть сделаны необходимые коррективы.
Метод латинского квадрата. Метод постановки зоотехнических опытов по схеме латинского квадрата особенно приемлем в исследованиях на лактирующих коровах. Этот метод удобен тем, что он позволяет провести эксперимент на довольно ограниченном поголовье животных, учесть одновременно влияние на результативные признаки как изучаемого фактора (рацион), так и фактора времени (изменение молочной продуктивности с течением лактации) и индивидуальных особенностей подопытных животных, определив достоверность этих влияний.
В схеме латинского квадрата предполагается, что подопытные животные последовательно подвергаются действию всех градаций изучаемого фактора (рацион) на разных этапах продуктивного периода, что в значительной степени позволяет нивелировать влияние индивидуальности на конечный результат. Соответствующим построением схемы опыта при его планировании обеспечивается учет варьирования результативных признаков в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Понятие "квадрат" предполагает одинаковое число градаций изучаемого фактора, периодов опыта и подопытных групп животных (блоков). Предположим, в опытах по кормлению коров изучается пять вариантов рационов в их влиянии на молочную продуктивность. Планируется пять опытных периодов на протяжении лактации и отбираются пять подопытных групп коров. Продолжительность каждого периода может быть принята в 28 дней, из которых 7 дней считаются переходными, а 21 день - учетным периодом.
Схема трехфакторного эксперимента по изучению влияния генетических и средовых факторов на рост бройлеров
Фактор I | Генотип | |||||||||||
nа+/nа+ | Na/na+ | Na/Na | ||||||||||
Фактор II | Температурные условия | |||||||||||
21°С | 38 °С | 21°С | 38 °С | 21°С | 38 °С | |||||||
Фактор III | Пол птицы | |||||||||||
пе-тушки | ку-рочки | пе-тушки | ку-рочки | пе-тушки | ку-рочки | пе-тушки | ку-рочки | пе-тушки | ку-рочки | пе-тушки | ку-рочки | |
Реплики | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С | А В С |
Началу эксперимента предшествует 20-дневный уравнительный период. Размер каждой подопытной группы животных (блока) определяется имеющимися возможностями, но наиболее целесообразен в 3-5 голов; при очень хорошем подборе аналогов каждый блок может быть представлен одной коровой. Обозначив блоки буквами латинского алфавита, схему такого эксперимента можно представить следующим образом:
Периоды опыта | РАЦИОНЫ | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
I | А | В | С | D | Е |
II | В | А | Е | С | D |
III | С | D | А | Е | В |
IV | D | Е | В | А | С |
V | Е | С | D | В | А |
Важное правило построения схемы: в каждой горизонтальной строчке и в каждой вертикали должны быть представлены все принятые литеры и ни одна не должна повторяться дважды.
После проведения эксперимента значения результативного признака ставятся в клетку, соответствующую данному блоку, рациону, периоду.
