Методы неинвазивной оценки полового диморфизма эмбрионов в яйце птицы

Показана необходимость определения пола эмбрионов в яйце птицы неинвазивными методами до инкубации и в ее период. Применение неразрушающих методов оценки полового диморфизма на практике существенно уменьшит затраты на производство яиц и мяса сельскохозяйственной птицы. Внедрение таких методов также снизит нравственные проблемы, связанные с физическим уничтожением вылупившихся цыплят в зависимости от яичного или бройлерного направления профиля птицефабрик. Рассмотрены основные методы и технические средства определения полового диморфизма, применяемые в мировой практике, основным недостатком которых является сложность реализации и связанная с ней высокая цена приобретения таких средств. Проведен анализ существующих мировых тенденций по определению полового диморфизма эмбрионов в яйце птицы. Выявлены менее затратные методы оценки их пола до инкубации и во время ее проведения. Проанализированы основные неинвазивные методы оценки полового диморфизма эмбриона яйца и показаны преимущества и недостатки этих методов. Научная новизна исследований заключается в том, что впервые предложено использовать при оценке полового диморфизма все параметры формы, включая асимметрию яйца по трем пространственным координатам, определяемым методами компьютерного зрения. Предложена экспериментальная колориметрическая установка для оценки полового диморфизма эмбрионов яиц до и во время инкубационного процесса на основе компьютерного зрения. Использование экспериментальной установки при исследованиях позволит оценить эффективность не менее трех методов определения полового диморфизма эмбрионов в яйце курицы по следующим параметрам: пространственной асимметрии яйца, структурным изменениям развития эмбриона и частоте его сердечных сокращений.

1. Burke W.H., Sharp P.J. Sex differences in body weight of chicken embryos // Poultry Science. 1989. Vol. 68. P. 805–810.

2. Burke W.H. Sex differences in incubation length and hatching weights of broiler chicks // Poultry Science. 1992. Vol. 71. P. 1933–1938.

3. Galli R., Preusse G., Uckermann O., Bartels T., Krautwald-Junghanns M.-E., Koch E., Steiner G. In Ovo Sexing of Domestic Chicken Eggs by Raman Spectroscopy // Analytical Chemistry. 2016. Vol. 88. P. 8657–8663. DOI: 10.1021/acs.analchem.6b01868.

4. Alin K., Fujitani S., Kashimori A., Suzuki T., Ogawa Y., Kondo N. Non-invasive broiler chick embryo sexing based on opacity value of incubated eggs // Computers and Electronics in Agriculture. 2019. Vol. 158. P. 30–35. DOI: 10.1016/j.compag.2019.01.029.

5. Galli R., Preusse G., Uckermann O., Bartels T., Krautwald-Junghanns M.-E., Koch E., Steiner G. In ovo sexing of chicken eggs by fluorescence spectroscopy // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017. Vol. 409. Is. 5. P. 1185–1194. DOI: 10.1007/s00216-016-0116-6.

6. Weissmann A., Reitemeier S., Hahn A., Gottschalk J., Einspanier A. Pre-hatch sexing of domestic hens: a new method for in ovo sex identification // Theriogenology. 2013. Vol. 80. Is. 3. P. 199–205. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2013.04.014.

7. Tran H.T., Ferrell W., Butt T.R. Estrogen sensor for sex sorting of poultry // Journal of Animal Science. 2010. Vol. 88. Is. 4. P. 1358–1364.

8. Galli R., Preusse G., Uckermann O., Bartels T., Krautwald-Junghanns M.-E., Koch E., Steiner G. In-ovo sexing of chicken eggs by fluorescence spectroscopy // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017. Vol. 409. P. 1185–1194.

9. Galli R., Koch E., Preusse G., Schnabel C., Bartels T., Krautwald-Junghanns M.-E., Steiner G. Contactless in ovo sex determination of chicken eggs // Annual Review of Biomedical Engineering. 2017. Vol. 3. P. 131–134.

10. Harz M., Krause M., Bartels T., Cramer K., Rosch P., Popp J. Minimal invasive gender determination of birds by means of UV-resonance Raman spectroscopy // Analytical Chemistry. 2008. Vol. 80. P. 1080–1086.

11. Galli R., Preusse G., Uckermann O., Bartels T., Krautwald-Junghanns M.-E., Koch E., Steiner G. In ovo sexing of domestic chicken by Raman spectroscopy // Analytical Chemistry. 2016. Vol. 88. P. 8657–8663.

12. Galli R., Preusse G., Schnabel C., Bartels T., Cramer K., Krautwald-Junghanns M.-E., Koch E., Steiner G. Sexing of chicken eggs by fluorescence and Raman spectroscopy through the shell membrane // PLoS ONE. 2018. Vol. 13. Is. 2. DOI: 10.1371/journal.pone.0192554.

13. Rosenbruch M. Early stages of the incubated chicken egg as a model in experimental biology and medicine // Alternatives to Animal Experimentation. 1994. Vol. 11. Is. 4. P. 199–206.

14. Rosenbruch M. The sensitivity of chicken embryos in incubated eggs // Alternatives to Animal Experimentation 1997. Vol. 14. Is. 3. P. 111–113.

15. Narushin V.G. Egg geometry calculation using the measurements of length and breadth // Poultry Science. 2005. Vol. 84. P. 482–484.

16. Nishiyama Y. The mathematics of egg shape // International Journal of Pure and Applied Mathematics. 2012. Vol. 78. P. 679–689.

17. Troscianko J.A simple tool for calculating egg shape, volume and surface area from digital images // Ibis. 2014. Vol. 156. P. 874–878.

18. Mytiai I.S., Matsyura A.V. Geometrical standards in shapes of avian eggs // Ukrainian Journal of Ecology. 2017. Vol. 7. P. 264–282.

19. Biggins J.D., Thompson J.E., Birkh'ead T.R. Accurately quantifying the shape of birds’ eggs // Ecology and Evolution. 2018. Vol. 8. P. 9728–9738.

20. Narushin V.G., Lu G., Cugley J., Romanov M.N., Griffin D.K. A 2-D imaging-assisted geometrical transformation method for non-destructive evaluation of the volume and surface area of avian eggs // Food Control. 2020. Vol. 112. P. 107–112. DOI: 0.1016/j.foodcont.2020.107112.

21. Narushin V.G., Romanov M. N., Griffin D.K. Egg and math: introducing a universal formula for egg shape // Annals of the New York Academy of Sciences. 2021. Vol. 1505. Is. 1. P. 169– 177. DOI: 10.1111/nyas.14680.

22. Okinda C., Lu M., Liu L., Nyalala I., Muneri C., Wang J., Zhang H., Shen M. A review on computer vision systems in monitoring of poultry: A welfare perspective // Artificial Intelligence in Agriculture. 2020. Vol. 4. P. 184–208. DOI: 10.1016/j.aiia.2020.09.002.

23. Fujiyoshi H., Hirakawa T., Yamashita T. Deep learning-based image recognition for autonomous driving // International Association of Traffic and Safety Sciences Research. 2019. Vol. 43. Р. 244–252. DOI: 10.1016/j.iatssr.2019.11.008.

24. Rutkowska J., Dubiec A., Nakagawa S. All eggs are made equal: meta-analysis of egg sexual size dimorphism in birds // Journal of Evolutionary Biology. 2013. Vol. 27. Is. 1. Р. 153–160. DOI: 10.1111/jeb.12282.

25. Rosandić M., Vlahović I., Paara V. Novel look at DNA and life-Symmetry as evolutionary forcing // Journal of Theoretical Biology. 2019. Vol. 483: 109985. DOI: 10.1016/j.jtbi.2019.08.016.

26. Toksoz C., Albayrak M., Yasar H. Chicken egg sexing by using data mining process // Fresenius Environmental Bulletin. 2021. Vol. 30. Is. 2. P. 1373–1381.

27. Zhu Z.H., Ye Z.F., Таn Y. Non-destructive identification for gender of chicken eggs based on GA-BPNN with double hidden layers // Journal of Applied Poultry Research. 2021. Vol. 30. Is. 4:100203. DOI: 10.1016/j.japr.100203.

28. Akiyama R., Matsuhisa A., Pearson J. T., Tazawa H. Long-term measurement of heart rate in chicken eggs // Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular & Integrative Physiology. 1999. Vol. 124. Is. 4. P. 483–490. DOI: 10.1016/s1095-6433(99)00141-5.

29. Youssef A., Viazzi S., Exadaktylos V., Berckmans D. Non-contact, motion-tolerant measurements of chicken (Gallus gallus) embryo heart rate (HR) using video imaging and signal processing // Biosystems Engineering, 2014. Vol. 125. P. 9–16. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2014.06.014.

30. Khaliduzzaman A., Fujitani S., Kondo N., Ogawa Y., Fujiura T., Suzuki T., Kashimori A., Syduzzaman M., Rahman A. Non-invasive characterization of chick embryo body and cardiac movements using near infrared light // Eng. Agric. Environ. Food. 2018. Vol. 12. P. 32–39. DOI: 10.1016/J.EAEF.2018.09.002.

31. Pan L., Zhang W., Yu M., Sun Y., Gu X., Ma L., Li Z., Hu P., Tu K. Gender determination of early chicken hatching eggs embryos by hyperspectral imaging // Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2016. Vol. 3. Is. 1. P. 181–186. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.025

32. Алейников А.Ф Автоматизация качества инкубационного яйца птицы – важнейший элемент точного птицеводства // Тенденции развития науки и образования. 2019. № 55 (3). С. 5–8. DOI: 10.18411/lj-10-2019-37.