Разработка и исследование моделей пространственно неоднородных генномодифицированных популяций

• Автор: Ляпунова, Ирина Артуровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОСНОВНЫЕ МОДЕЛИ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ГЕНЕТИКИ
1.1 Имитационные пространственные модели
1.2 Диффузионные модели математической генетики
1.3 Демо-генетические диффузионные модели, учитывающие демографию изучаемых видов
1.4 Выводы
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ . ВРЕДИТЕЛЕЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТРАНСГЕННОЙ КУЛЬТУРЫ
2.1 Разработка двухуровневой демо-генетической модели «растительный ресурс - вредитель»
2.2 Разработка моделей межвидовой конкуренции для генномодицированных культур
2.2.1 Раз эаботка модели динамики пространственного распределения трансгенных и не трансгенных культур с учетом конкуренции..
2.2.2 Разработка демо-генетической пространственно-временной модели динамики плотности вредителей с учетом конкуренции
2.3 Разработка модели пространственного распределения агрокультуры вследствие процессов запаздывания
2.4 Выводы
3 РАЗРАБОТКА ДЕМО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АДАПТАЦИИ г ВРЕДИТЕЛЕЙ К ТРАНГСЕННЫМ АГРОКУЛЬТУРАМ С УЧЕТОМ ВИДА ТАКСИСА
3.1 Постановка начально-краевой задачи
3.2 Исследование единственности решения задачи

3.3 Численное исследование демо-генетической модели адаптации вредителей к изменении! кормовой базы
3.3.1 Пос'роение дискретной модели адаптации вредителей к изменению кормовой базы
3.3.2 Применение адаптивного модифицированного попеременно-треугольнэго метода вариационного типа
3.3.3 Построение сеточных уравнений модели динамики вредителей с учетом вида таксиса
3.3.4 Оценка погрешности аппроксимации операторов конвективного и диффузионного переноса демо-генетической модели
3.4 Исследование устойчивости разработанной дискретной модели
3.5 Результаты численного моделирования динамики вредителей на трансгенной агрокультуре
3.6 Выводы
4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АДАПТАЦИИ ВРЕДИТЕЛЕЙ К ИЗМЕНЕНИЮ КОРМОВОЙ БАЗЫ
4.1 Программная реализация задачи динамики вредителей с учетом эффекта запаздывания и ее логическая структура
4.2 Программная реализация задачи динамики плотности трансгенных и не трансгенных культур с учетом конкуренции ее логическая структура
4.3 Программная реализация задачи динамики вредителей с учетом типа таксиса и ее логическая структура
4.4 Сравнительный анализ программного обеспечения
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на высокотехнологичный инновационный уровень культивирования и обработки, ущерб, наносимый насекомыми - вредителями, по-прежнему высок. В связи с этим возрастает актуальность выращивания новых генномодифицированных (ГМ) сортов агрокультур [1], содержащих ген почвенной бак герии, называемых трансгенными.
Генномодифицированные растения, вовлеченные в сельскохозяйственный оборот, имеют большое практическое значение и представляют научный интерес, поскольку во взаимодействии с вредителями выступают в роли антагонистического сообщества, приводят к образованию пространственнонеоднородных в том числе самоорганизующихся, структур.
Разработка новых математических методов моделирования для решения задачи прогнозирования динамики ГМ - популяций, включающих комплекс взаимосвязанн дх моделей, их численная реализация в виде пакетов программ с учетом направления перемещения популяции, эффектов запаздывания и видов таксиса, является актуальной проблемой в области математического моделирования сложных систем и представляет интерес для области научных исследований «информатика и вычислительная техника». Математическому моделированию принадлежит важная роль в исследованиях трансгенной биотехнологии, позволяющему строить модели сложных агроэкологических систем и исследовать их динамические свойства.
Прикладная проблема применения трансгенных агрокультур для подавления -гасленности популяции насекомых-вредителей на полях заключается в необходимости снижения риска адаптации данного вредителя к ЙГ-токсину, вырабатываемому трансгенной культурой, при заданных ограничениях на пространственную конфигурацию системы и заданных сценариях стратегии “высокая доза-убежище”, рекомендуемой для контроля

2 РАЗРАБ ОТКА МОДЕЛЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ ВРЕДИТЕЛЕЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТРАНСГЕННОЙ
КУЛЬТУРЫ
Используемые на сегодняшний день модельные подходы базируются на модифицированной демо-генетической модели Костицына (1.10) [26], дающей описание динамики конкурирующих генотипов вредителя на основе уравнений Лотки - Вольте рра.
В работах Тютюнова Ю.В. и др. [25] впервые вводится модель «хищник -жертва» типа эеакция-адвекция-диффузия. Эта модель не носит генетического характера, однако основана на гипотезе пропорциональности ускорения перемещения хищников градиенту плотности жертв и содержит диффузионный член, который интерпретируется как результат социального поведения особей: стайные эффекты выравнивают величины и направления находящихся рядом хищников. В случае кукурузного мотылька последним можно пренебречь, поскольку у него, как и у многих насекомых, отсутствуют стайные эффекты.
Одними из наиболее успешных моделей являются двухуровневые демо-генетические модели «растительный ресурс - вредитель» и «вредитель -паразитоид», предложенные Жадановской Е.А. Но и они не учитывают направления движения хищников (в нашем случае мотылька) и их устойчивость исследуется относительно плотностей распределения вредителя на основе равновесия Харди-Вайнберга.
В пространственно распределенных экосистемах, где однородность пространства резко нарушена, могут возникать неоднородные по пространству равновесные структуры. Примером может служить мозаичность распределения пищевого ресурса по ареалу, что приводит к мозаичности экосистемы. Но существуют и другие примеры, когда в однородной среде, на однородном ареале возникает мозаичная структура. Такие структуры являются следствием