Dankie dat jy Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste resultate, beveel ons aan om 'n nuwer blaaier te gebruik (of om versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer te deaktiveer). In die tussentyd, om volgehoue ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript vertoon.
Die swart soldaatvlieg (Hermetia illucens, L. 1758) is 'n omnivore etende insek met 'n hoë potensiaal om koolhidraatryke organiese neweprodukte te benut. Onder koolhidrate maak swart soldaatvlieë staat op oplosbare suikers vir groei en lipiedsintese. Die doel van hierdie studie was om die uitwerking van algemene oplosbare suikers op die ontwikkeling, oorlewing en vetsuurprofiel van swart soldaatvlieë te evalueer. Vul hoendervoer afsonderlik aan met monosakkariede en disakkariede. Sellulose is as kontrole gebruik. Larwes wat glukose, fruktose, sukrose en maltose gevoer het, het vinniger gegroei as kontrole larwes. Daarteenoor het laktose 'n anti-voedingseffek op larwes gehad, wat groei vertraag en finale individuele liggaamsgewig verminder het. Alle oplosbare suikers het larwes egter vetter gemaak as dié wat die kontrole-dieet gevoer het. Die getoetste suikers het veral die vetsuurprofiel gevorm. Maltose en sukrose het die versadigde vetsuurinhoud verhoog in vergelyking met sellulose. In teenstelling hiermee het laktose die bio-akkumulasie van dieet onversadigde vetsure verhoog. Hierdie studie is die eerste om die effek van oplosbare suiker op die vetsuursamestelling van swart soldaatvlieglarwes te demonstreer. Ons resultate dui daarop dat die getoetste koolhidrate 'n beduidende effek op die vetsuursamestelling van swart soldaatvlieglarwes het en dus hul finale toediening kan bepaal.
Die wêreldwye vraag na energie en dierlike proteïene neem steeds toe1. In die konteks van aardverwarming is dit noodsaaklik om groener alternatiewe vir fossielenergie en tradisionele voedselproduksiemetodes te vind terwyl produksie verhoog word. Insekte is belowende kandidate om hierdie kwessies aan te spreek weens hul laer chemiese samestelling en omgewingsimpak in vergelyking met tradisionele veeboerdery2. Onder insekte is 'n uitstekende kandidaat om hierdie kwessies aan te spreek die swart soldaatvlieg (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), 'n skadelike spesie wat in staat is om op 'n verskeidenheid organiese substrate te voed3. Daarom kan die valorisering van hierdie substrate deur BSF-teling 'n nuwe bron van grondstowwe skep om aan die behoeftes van verskeie industrieë te voldoen.
BSF-larwes (BSFL) kan vreet op landbou- en agro-industriële neweprodukte soos brouers se graan, groentereste, vrugtepulp en ou brood, wat veral geskik is vir BSFL groei as gevolg van hul hoë koolhidraat (CH)4,5, 6 inhoud. Grootskaalse produksie van BSFL lei tot die vorming van twee produkte: ontlasting, 'n mengsel van substraatreste en ontlasting wat as kunsmis vir plantverbouing gebruik kan word7, en larwes, wat hoofsaaklik uit proteïene, lipiede en chitien bestaan. Proteïene en lipiede word hoofsaaklik in veeboerdery, biobrandstof en skoonheidsmiddels gebruik8,9. Wat chitien betref, vind hierdie biopolimeer toepassings in die landbou-voedselsektor, biotegnologie en gesondheidsorg10.
BSF is 'n outogene holometaboliese insek, wat beteken dat sy metamorfose en voortplanting, veral die energieverbruikende stadiums van die insek se lewensiklus, geheel en al ondersteun kan word deur voedingstofreserwes wat tydens larwegroei gegenereer word11. Meer spesifiek lei proteïen- en lipiedsintese tot die ontwikkeling van die vetliggaam, 'n belangrike stoororgaan wat energie vrystel tydens die nie-voedende fases van BSF: prepupa (dws die finale larfstadium waartydens BSF-larwes swart word terwyl hulle voed en soek). vir 'n omgewing wat geskik is vir metamorfose), papies (dws die nie-beweeglike stadium waartydens die insek metamorfose ondergaan), en volwassenes12,13. CH is die belangrikste energiebron in die dieet van BSF14. Onder hierdie voedingstowwe kan veselagtige CH soos hemisellulose, sellulose en lignien, anders as disakkariede en polisakkariede (soos stysel), nie deur BSFL15,16 verteer word nie. Vertering van CH is 'n belangrike voorlopige stap vir die opname van koolhidrate, wat uiteindelik tot eenvoudige suikers in die ingewande gehidroliseer word16. Die eenvoudige suikers kan dan geabsorbeer word (dws deur die derm peritrofiese membraan) en gemetaboliseer word om energie te produseer17. Soos hierbo genoem, stoor larwes oortollige energie as lipiede in die vet liggaam12,18. Die bergingslipiede bestaan uit trigliseriede (neutrale lipiede wat gevorm word uit een gliserolmolekule en drie vetsure) wat deur die larwes gesintetiseer word uit eenvoudige dieetsuikers. Hierdie CH verskaf die asetiel-CoA substrate wat benodig word vir vetsuur (FA) biosintese via die vetsuur sintase en tioesterase weë19. Die vetsuurprofiel van H. illucens lipiede word natuurlik oorheers deur versadigde vetsure (SFA) met 'n hoë proporsie lauriensuur (C12:0)19,20. Daarom word die hoë lipiedinhoud en vetsuursamestelling vinnig beperkende faktore vir die gebruik van heel larwes in veevoer, veral in akwakultuur waar poli-onversadigde vetsure (PUFA) benodig word21.
Sedert die ontdekking van die potensiaal van BSFL om organiese afval te verminder, het studies oor die waarde van verskeie neweprodukte getoon dat die samestelling van BSFL gedeeltelik deur sy dieet gereguleer word. Tans verbeter die regulering van die FA-profiel van H. illucens steeds. Die vermoë van BSFL om PUFA te bioakkumuleer is gedemonstreer op PUFA-ryke substrate soos alge, visafval, of maaltye soos vlasaad, wat 'n hoër kwaliteit FA-profiel vir dierevoeding verskaf19,22,23. Daarenteen, vir neweprodukte wat nie in PUFA verryk is nie, is daar nie altyd 'n korrelasie tussen die dieet-FA-profiele en die larf-FA nie, wat die invloed van ander voedingstowwe aandui24,25. Trouens, die effek van verteerbare CH op FA-profiele bly swak verstaan en onder-nagevors24,25,26,27.
Na die beste van ons wete, alhoewel totale monosakkariede en disakkariede volop in die dieet van H. illucens voorkom, bly hul voedingsrol swak verstaan in H. illucens-voeding. Die doel van hierdie studie was om hul effekte op BSFL-voeding en lipiedsamestelling toe te lig. Ons sal die groei, oorlewing en produktiwiteit van larwes onder verskillende voedingstoestande evalueer. Dan sal ons die lipiedinhoud en vetsuurprofiel van elke dieet beskryf om die uitwerking van CH op BSFL-voedingskwaliteit uit te lig.
Ons het veronderstel dat die aard van die getoetste CH (1) larwale groei, (2) totale lipiedvlakke en (3) die FA-profiel sal beïnvloed. Monosakkariede kan direk geabsorbeer word, terwyl disakkariede gehidroliseer moet word. Monosakkariede is dus meer beskikbaar as direkte energiebronne of voorlopers vir lipogenese via die FA-sintase- en tioesterase-weë, waardeur H. illucens larwegroei verbeter en die ophoping van reserwelipiede (veral lauriensuur) bevorder.
Die getoetste CH het die gemiddelde liggaamsgewig van larwes tydens groei beïnvloed (Fig. 1). FRU, GLU, SUC en MAL het larwale liggaamsgewig soortgelyk aan die kontroledieet (CEL) verhoog. Daarteenoor het LAC en GAL blykbaar die ontwikkeling van larwes vertraag. Veral, LAC het 'n beduidende negatiewe effek op larwegroei in vergelyking met SUC deur die groeiperiode gehad: 9.16 ± 1.10 mg teenoor 15.00 ± 1.01 mg op dag 3 (F6,21 = 12.77, p < 0.001; Fig. 1), 125.11 ± 426. mg en 211,79 ± 14,93 mg, onderskeidelik op dag 17 (F6,21 = 38,57, p < 0,001; Fig. 1).
Gebruik verskillende monosakkariede (fruktose (FRU), galaktose (GAL), glukose (GLU)), disakkariede (laktose (LAC), maltose (MAL), sukrose (SUC) en sellulose (CEL) as kontroles. Groei van larwes wat met swart soldaatvlieglarwes gevoer word. Elke punt op die kurwe verteenwoordig die gemiddelde individuele gewig (mg) wat bereken is deur 20 ewekansig geselekteerde larwes uit 'n populasie van 100 larwes (n = 4) te weeg. Foutstawe verteenwoordig SD.
Die CEL-dieet het uitstekende larwe-oorlewing van 95.5 ± 3.8% verskaf. Verder is die oorlewing van H. illucens gevoer diëte wat oplosbare CH bevat, verminder (GLM: χ = 107.13, df = 21, p < 0.001), wat veroorsaak is deur MAL en SUC (disakkariede) in die bestudeerde CH. Die mortaliteit was laer as dié van GLU, FRU, GAL (monosakkaried) en LAC (EMM: p < 0,001, Figuur 2).
Kasplot van oorlewing van swart soldaatvlieglarwes wat behandel is met verskeie monosakkariede (fruktose, galaktose, glukose), disakkariede (laktose, maltose, sukrose) en sellulose as kontrole. Behandelings met dieselfde letter verskil nie betekenisvol van mekaar nie (EMM, p > 0.05).
Alle diëte wat getoets is, het larwes toegelaat om die prepupale stadium te bereik. Die CHs wat getoets is, was egter geneig om larwale ontwikkeling te verleng (F6,21=9.60, p<0.001; Tabel 1). In die besonder het larwes wat GAL en LAC gevoer is, langer geneem om die prepupale stadium te bereik in vergelyking met larwes wat op CEL grootgemaak is (CEL-GAL: p<0.001; CEL-LAC: p<0.001; Tabel 1).
Die getoetste CH het ook verskillende effekte op die larwale liggaamsgewig gehad, met die liggaamsgewig van larwes wat die CEL-dieet gevoer het, wat 180.19 ± 11.35 mg bereik het (F6,21 = 16.86, p < 0.001; Fig. 3). FRU, GLU, MAL en SUC het gelei tot 'n gemiddelde finale larwale liggaamsgewig van meer as 200 mg, wat aansienlik hoër was as dié van CEL (p < 0.05). Daarteenoor het larwes wat GAL en LAC gevoer is, laer liggaamsgewigte gehad, gemiddeld 177.64 ± 4.23 mg en 156.30 ± 2.59 mg, onderskeidelik (p < 0.05). Hierdie effek was meer uitgesproke met LAC, waar finale liggaamsgewig laer was as met die kontrole dieet (CEL-LAC: verskil = 23.89 mg; p = 0.03; Figuur 3).
Gemiddelde finale gewig van individuele larwes uitgedruk as larwekolle (mg) en swart soldaatvlieë uitgedruk as histogram (g) wat verskillende monosakkariede (fruktose, galaktose, glukose), disakkariede (laktose, maltose, sukrose) en sellulose (as kontrole) gevoer word. Kolomletters verteenwoordig groepe wat betekenisvol verskil in totale larfgewig (p < 0,001). Letters wat met larwekolle geassosieer word, verteenwoordig groepe met aansienlik verskillende individuele larfgewigte (p < 0,001). Foutstawe verteenwoordig SD.
Maksimum individuele gewig was onafhanklik van die maksimum finale totale larwale kolonie gewig. Trouens, diëte wat FRU, GLU, MAL en SUC bevat het nie die totale larfgewig wat in die tenk geproduseer is, verhoog in vergelyking met CEL nie (Figuur 3). LAC het egter die totale gewig aansienlik verlaag (CEL-LAC: verskil = 9.14 g; p < 0.001; Figuur 3).
Tabel 1 toon die opbrengs (larwes/dag). Interessant genoeg was die optimale opbrengste van CEL, MAL en SUC soortgelyk (Tabel 1). Daarteenoor het FRU, GAL, GLU en LAC die opbrengs verminder in vergelyking met CEL (Tabel 1). GAL en LAC het die swakste gevaar: die opbrengs is gehalveer tot onderskeidelik 0.51 ± 0.09 g larwes/dag en 0.48 ± 0.06 g larwes/dag (Tabel 1).
Monosakkariede en disakkariede het die lipiedinhoud van die CF-larwes verhoog (Tabel 1). Op die CLE-dieet is larwes met 'n lipiedinhoud van 23.19 ± 0.70% van die DM-inhoud verkry. Ter vergelyking was die gemiddelde lipiedinhoud in larwes wat met oplosbare suiker gevoer is, meer as 30% (Tabel 1). Die getoetste CH's het egter hul vetinhoud in dieselfde mate verhoog.
Soos verwag, het die CG-vakke die FA-profiel van die larwes in verskillende mate beïnvloed (Fig. 4). Die SFA-inhoud was hoog in alle diëte en het meer as 60% bereik. MAL en SUC het die FA-profiel ongebalanseerd, wat gelei het tot 'n toename in die SFA-inhoud. In die geval van MAL, aan die een kant, het hierdie wanbalans hoofsaaklik gelei tot 'n afname in die inhoud van mono-onversadigde vetsure (MUFA) (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Fig. 4). Aan die ander kant, vir SUC, was die afname meer eenvormig tussen MUFA en PUFA. LAC en MAL het teenoorgestelde effekte op die FA-spektrum gehad (SFA: F6,21 = 8.74; p < 0.001; MUFA: F6,21 = 7.47; p < 0.001; PUFA: χ2 = 19.60; Df = 6; p < e. 0.001; 4). Die laer proporsie SFA in LAC-gevoede larwes blyk die MUFA-inhoud te verhoog. Veral, MUFA-vlakke was hoër in LAC-gevoede larwes in vergelyking met ander oplosbare suikers behalwe vir GAL (F6,21 = 7,47; p < 0,001; Figuur 4).
Die gebruik van verskillende monosakkariede (fruktose (FRU), galaktose (GAL), glukose (GLU)), disakkariede (laktose (LAC), maltose (MAL), sukrose (SUC) en sellulose (CEL) as kontroles, boksplot van vetsuur samestelling gevoer aan swart soldaat vlieg larwes. Resultate word uitgedruk as persentasie van totale FAME. Behandelings wat met verskillende letters gemerk is, verskil aansienlik (p < 0,001). (a) Proporsie versadigde vetsure; (b) Mono-onversadigde vetsure; (c) Poli-onversadigde vetsure.
Onder die geïdentifiseerde vetsure was lauriensuur (C12:0) dominant in alle waargenome spektra (meer as 40%). Ander huidige SFA's was palmitiensuur (C16:0) (minder as 10%), steariensuur (C18:0) (minder as 2,5%) en kapriensuur (C10:0) (minder as 1,5%). MUFA's is hoofsaaklik verteenwoordig deur oliesuur (C18:1n9) (minder as 9.5%), terwyl PUFA's hoofsaaklik saamgestel is uit linoleïensuur (C18:2n6) (minder as 13.0%) (sien Aanvullende Tabel S1). Boonop kon 'n klein deel van verbindings nie geïdentifiseer word nie, veral in die spektra van CEL-larwes, waar ongeïdentifiseerde verbinding nommer 9 (UND9) 'n gemiddeld van 2.46 ± 0.52% uitmaak (sien Aanvullende Tabel S1). GC×GC-FID-analise het voorgestel dat dit 'n 20-koolstof-vetsuur met vyf of ses dubbelbindings kan wees (sien Aanvullende Figuur S5).
Die PERMANOVA-analise het drie afsonderlike groepe aan die lig gebring gebaseer op die vetsuurprofiele (F6,21 = 7.79, p < 0.001; Figuur 5). Hoofkomponentanalise (PCA) van die TBC-spektrum illustreer dit en word deur twee komponente verduidelik (Figuur 5). Die hoofkomponente het 57.9% van die variansie verklaar en ingesluit, in volgorde van belangrikheid, lauriensuur (C12:0), oliesuur (C18:1n9), palmitiensuur (C16:0), steariensuur (C18:0), en linoleensuur (C18:3n3) (sien Figuur S4). Die tweede komponent het 26.3% van die variansie verklaar en het, in volgorde van belangrikheid, dekaansuur (C10:0) en linoleïensuur (C18:2n6 cis) ingesluit (sien Aanvullende Figuur S4). Die profiele van diëte wat eenvoudige suikers (FRU, GAL en GLU) bevat het soortgelyke eienskappe getoon. Daarteenoor het disakkariede verskillende profiele opgelewer: MAL en SUC aan die een kant en LAC aan die ander kant. MAL was veral die enigste suiker wat die FA-profiel verander het in vergelyking met CEL. Daarbenewens het die MAL-profiel aansienlik verskil van die FRU- en GLU-profiele. Die MAL-profiel het veral die hoogste proporsie van C12:0 (54.59 ± 2.17%) getoon, wat dit vergelykbaar maak met die CEL (43.10 ± 5.01%), LAC (43.35 ± 1.31%), FRU (48.90 ± 1.97%) en GLU (48.38 ± 2.17%) profiele (sien aanvullende tabel S1). Die MAL-spektrum het ook die laagste C18:1n9-inhoud (9.52 ± 0.50%) getoon, wat dit verder onderskei het van die LAC (12.86 ± 0.52%) en CEL (12.40 ± 1.31%) spektra. 'n Soortgelyke neiging is waargeneem vir C16:0. In die tweede komponent het die LAC-spektrum die hoogste C18:2n6-inhoud (17.22 ± 0.46%) getoon, terwyl MAL die laagste (12.58 ± 0.67%) getoon het. C18:2n6 het ook LAC gedifferensieer van die kontrole (CEL), wat laer vlakke (13.41 ± 2.48%) getoon het (sien Aanvullende Tabel S1).
PCA plot van vetsuurprofiel van swart soldaatvlieglarwes met verskillende monosakkariede (fruktose, galaktose, glukose), disakkariede (laktose, maltose, sukrose) en sellulose as kontrole.
Om die voedingseffekte van oplosbare suikers op H. illucens larwes te bestudeer, is sellulose (CEL) in hoendervoer vervang met glukose (GLU), fruktose (FRU), galaktose (GAL), maltose (MAL), sukrose (SUC), en laktose (LAC). Monosakkariede en disakkariede het egter verskillende effekte op die ontwikkeling, oorlewing en samestelling van HF-larwes gehad. Byvoorbeeld, GLU, FRU en hul disakkariedvorme (MAL en SUC) het positiewe ondersteunende effekte op larwegroei uitgeoefen, wat hulle in staat gestel het om hoër finale liggaamsgewigte as CEL te bereik. Anders as onverteerbare CEL, kan GLU, FRU en SUC die dermversperring omseil en dien as belangrike voedingsbronne in geformuleerde diëte16,28. MAL het nie spesifieke dierevervoerders nie en word vermoedelik tot twee glukosemolekules gehidroliseer voor assimilasie15. Hierdie molekules word in die insekliggaam gestoor as 'n direkte energiebron of as lipiede18. Eerstens, met betrekking tot laasgenoemde, kan sommige van die waargenome intramodale verskille te wyte wees aan klein verskille in geslagsverhoudings. Inderdaad, by H. illucens kan voortplanting heeltemal spontaan wees: volwasse wyfies het natuurlik voldoende eierlê-reserwes en is swaarder as mannetjies29. Lipiedophoping in BSFL korreleer egter met dieetoplosbare CH2-inname, soos voorheen waargeneem vir GLU en xilose26,30. Li et al.30 het byvoorbeeld waargeneem dat wanneer 8% GLU by die larwaleet gevoeg is, die lipiedinhoud van BSF-larwes met 7.78% toegeneem het in vergelyking met kontroles. Ons resultate stem ooreen met hierdie waarnemings, wat toon dat die vetinhoud in larwes wat die oplosbare suiker gevoer is hoër was as dié van larwes wat die CEL dieet gevoer het, in vergelyking met 'n 8.57% toename met GLU aanvulling. Verbasend genoeg is soortgelyke resultate waargeneem in larwes wat GAL en LAC gevoer is, ten spyte van die nadelige effekte op larwegroei, finale liggaamsgewig en oorlewing. Larwes wat LAC gevoer is, was aansienlik kleiner as dié wat die CEL-dieet gevoer het, maar hul vetinhoud was vergelykbaar met larwes wat die ander oplosbare suikers gevoer het. Hierdie resultate beklemtoon die antivoedingseffekte van laktose op BSFL. Eerstens bevat die dieet 'n groot hoeveelheid CH. Die absorpsie- en hidrolisestelsels van onderskeidelik monosakkariede en disakkariede kan versadiging bereik, wat knelpunte in die assimilasieproses veroorsaak. Wat hidrolise betref, word dit deur α- en β-glukosidases 31 uitgevoer. Hierdie ensieme het voorkeursubstrate na gelang van hul grootte en die chemiese bindings (α of β bindings) tussen hul samestellende monosakkariede 15 . Hidrolise van LAC na GLU en GAL word uitgevoer deur β-galaktosidase, 'n ensiem waarvan die aktiwiteit in die ingewande van BSF 32 gedemonstreer is. Die uitdrukking daarvan kan egter onvoldoende wees in vergelyking met die hoeveelheid LAC wat deur larwes verbruik word. Daarteenoor is α-glukosidase maltase en sukrase 15, wat bekend is dat hulle volop in insekte uitgedruk word, in staat om groot hoeveelhede MAL en sukrose SUC af te breek en sodoende hierdie versadigende effek te beperk. Tweedens kan anti-voedingseffekte te wyte wees aan die verminderde stimulasie van insek intestinale amilase-aktiwiteit en die verlangsaming van voedingsgedrag in vergelyking met ander behandelings. Inderdaad, oplosbare suikers is geïdentifiseer as stimuleerders van ensiemaktiwiteit wat belangrik is vir insekvertering, soos amilase, en as snellers van die voedingsreaksie33,34,35. Die mate van stimulasie wissel na gelang van die molekulêre struktuur van die suiker. Trouens, disakkariede benodig hidrolise voor absorpsie en is geneig om amilase meer as hul samestellende monosakkariede te stimuleer34. Daarteenoor het LAC 'n ligter effek en is gevind dat dit nie in staat is om insekgroei in verskeie spesies te ondersteun nie33,35. Byvoorbeeld, in die plaag Spodoptera exigua (Boddie 1850), is geen hidrolitiese aktiwiteit van LAC opgespoor in ekstrakte van ruspe-midderm-ensieme36 nie.
Wat die FA-spektrum betref, dui ons resultate beduidende modulerende effekte van die getoetste CH aan. Opmerklik, alhoewel lauriensuur (C12:0) minder as 1% van die totale FA in die dieet uitmaak, het dit in alle profiele oorheers (sien Aanvullende Tabel S1). Dit stem ooreen met vorige data dat lauriensuur gesintetiseer word vanaf dieet CH in H. illucens via 'n pad wat asetiel-CoA karboksilase en FA sintase19,27,37 behels. Ons resultate bevestig dat CEL grootliks onverteerbaar is en optree as 'n "bulk agent" in BSF beheer diëte, soos bespreek in verskeie BSFL studies38,39,40. Die vervanging van CEL met monosakkariede en disakkariede anders as LAC het die C12:0 verhouding verhoog, wat verhoogde CH opname deur larwes aandui. Interessant genoeg bevorder die disakkariede MAL en SUC lauriensuursintese meer doeltreffend as hul samestellende monosakkariede, wat daarop dui dat disakkaried-vervoerders ten spyte van die hoër graad van polimerisasie van GLU en FRU, en aangesien Drosophila die enigste sukrose-vervoerder is wat in diereproteïenspesies geïdentifiseer is. mag nie in die ingewande van H. illucens larwes15 voorkom nie, die benutting van GLU en FRU word verhoog. Alhoewel GLU en FRU egter teoreties makliker deur BSF gemetaboliseer word, word hulle ook makliker gemetaboliseer deur substrate en dermmikro-organismes, wat kan lei tot hul vinniger degradasie en verminderde benutting deur larwes in vergelyking met disakkariede.
Met die eerste oogopslag was die lipiedinhoud van larwes wat LAC en MAL gevoer is vergelykbaar, wat soortgelyke biobeskikbaarheid van hierdie suikers aandui. Verrassend genoeg was die FA-profiel van LAC egter ryker aan SFA, veral met 'n laer C12:0-inhoud, in vergelyking met MAL. Een hipotese om hierdie verskil te verduidelik, is dat LAC die bioakkumulasie van dieet-FA via asetiel-CoA FA-sintase kan stimuleer. Ter ondersteuning van hierdie hipotese, het LAC larwes die laagste dekanoaat (C10:0) verhouding (0.77 ± 0.13%) as die CEL dieet (1.27 ± 0.16%) gehad, wat dui op verminderde FA sintase en tioesterase aktiwiteite19. Tweedens word dieetvetsure beskou as die hooffaktor wat die SFA-samestelling van H. illucens27 beïnvloed. In ons eksperimente was linoleïensuur (C18:2n6) verantwoordelik vir 54.81% van dieetvetsure, met die proporsie in LAC-larwes 17.22 ± 0.46% en in MAL 12.58 ± 0.67%. Oliesuur (cis + trans C18:1n9) (23.22% in die dieet) het 'n soortgelyke neiging getoon. Die verhouding van α-linoleensuur (C18:3n3) ondersteun ook die bioakkumulasie hipotese. Dit is bekend dat hierdie vetsuur in BSFL ophoop met substraatverryking, soos die byvoeging van vlasaadkoek, tot 6-9% van die totale vetsure in larwes19. In verrykte diëte kan C18:3n3 tot 35% van die totale dieetvetsure uitmaak. In ons studie het C18:3n3 egter slegs 2.51% van die vetsuurprofiel uitgemaak. Alhoewel die proporsie wat in die natuur gevind is laer in ons larwes was, was hierdie proporsie hoër in LAC larwes (0.87 ± 0.02%) as in MAL (0.49 ± 0.04%) (p < 0.001; sien Aanvullende Tabel S1). Die CEL-dieet het 'n intermediêre proporsie van 0,72 ± 0,18% gehad. Laastens weerspieël die palmitiensuur (C16:0) verhouding in CF larwes die bydrae van sintetiese weë en dieet FA19. Hoc et al. 19 het waargeneem dat C16:0-sintese verminder is wanneer die dieet met vlasaadmeel verryk is, wat toegeskryf is aan 'n afname in die beskikbaarheid van die asetiel-CoA-substraat as gevolg van 'n afname in die CH-verhouding. Verbasend genoeg, hoewel beide diëte soortgelyke CH-inhoud gehad het en MAL hoër biobeskikbaarheid getoon het, het MAL-larwes die laagste C16:0-verhouding (10.46 ± 0.77%) getoon, terwyl LAC 'n hoër proporsie getoon het, wat verantwoordelik was vir 12.85 ± 0.27% (p < 0.05; sien; sien Aanvullende Tabel S1). Hierdie resultate beklemtoon die komplekse invloed van voedingstowwe op BSFL-vertering en metabolisme. Tans is navorsing oor hierdie onderwerp meer deeglik in Lepidoptera as in Diptera. In ruspes is LAC geïdentifiseer as 'n swak stimulant van voedingsgedrag in vergelyking met ander oplosbare suikers soos SUC en FRU34,35. In die besonder, in Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), het MAL-verbruik amylolitiese aktiwiteit in die ingewande gestimuleer tot 'n groter mate as LAC34. Soortgelyke effekte in BSFL kan die verbeterde stimulasie van die C12:0 sintetiese pad in MAL larwes verklaar, wat geassosieer word met verhoogde intestinaal geabsorbeerde CH, langdurige voeding en intestinale amilase aksie. Minder stimulasie van die voedingsritme in die teenwoordigheid van LAC kan ook die stadiger groei van LAC-larwes verklaar. Boonop het Liu Yanxia et al. 27 het opgemerk dat die raklewe van lipiede in H. illucens-substrate langer was as dié van CH. Daarom kan LAC-larwes meer op dieetlipiede staatmaak om hul ontwikkeling te voltooi, wat hul finale lipiedinhoud kan verhoog en hul vetsuurprofiel kan moduleer.
Sover ons kennis strek, het slegs 'n paar studies die effekte van monosakkaried- en disakkariedtoevoeging tot BSF-diëte op hul FA-profiele getoets. Eerstens, Li et al. 30 het die effekte van GLU en xilose beoordeel en lipiedvlakke soortgelyk aan ons s'n waargeneem teen 'n 8%-toevoegingstempo. Die FA-profiel was nie gedetailleerd nie en het hoofsaaklik uit SFA bestaan, maar geen verskille is gevind tussen die twee suikers of wanneer dit gelyktydig aangebied is nie30. Verder het Cohn et al. 41 het geen effek getoon van 20% GLU, SUC, FRU en GAL toevoeging tot hoendervoer op die onderskeie FA profiele nie. Hierdie spektra is verkry uit tegniese eerder as biologiese herhalings, wat, soos deur die skrywers verduidelik, die statistiese analise kan beperk. Verder beperk die gebrek aan iso-suikerbeheer (met behulp van CEL) die interpretasie van die resultate. Onlangs het twee studies deur Nugroho RA et al. anomalieë in die FA-spektra getoon42,43. In die eerste studie het Nugroho RA et al. 43 die effek van die toevoeging van FRU by gefermenteerde palmpitmeel getoets. Die FA-profiel van die resulterende larwes het abnormaal hoë vlakke van PUFA getoon, waarvan meer as 90% afkomstig was van die dieet wat 10% FRU bevat (soortgelyk aan ons studie). Alhoewel hierdie dieet PUFA-ryke viskorrels bevat het, was die gerapporteerde FA-profielwaardes van die larwes op die kontroledieet wat uit 100% gefermenteerde PCM bestaan het nie in ooreenstemming met enige voorheen gerapporteerde profiel nie, veral die abnormale vlak van C18:3n3 van 17.77 ± 1,67% en 26,08 ± 0,20% vir gekonjugeerde linoleïensuur (C18:2n6t), 'n seldsame isomeer van linoleïensuur. Die tweede studie het soortgelyke resultate getoon, insluitend FRU, GLU, MAL en SUC42 in gefermenteerde palmpitmeel. Hierdie studies, soos ons s'n, beklemtoon ernstige probleme met die vergelyking van resultate van BSF larwe dieet proewe, soos kontrole keuses, interaksies met ander voedingsbronne, en FA analise metodes.
Tydens die eksperimente het ons waargeneem dat die kleur en reuk van die substraat verskil afhangende van die dieet wat gebruik word. Dit dui daarop dat mikroörganismes 'n rol kan speel in die resultate wat in die substraat en die spysverteringstelsel van die larwes waargeneem word. Trouens, monosakkariede en disakkariede word maklik gemetaboliseer deur koloniserende mikroörganismes. Die vinnige verbruik van oplosbare suikers deur mikroörganismes kan lei tot die vrystelling van groot hoeveelhede mikrobiese metaboliese produkte soos etanol, melksuur, kortkettingvetsure (bv. asynsuur, propionsuur, bottersuur) en koolstofdioksied44. Sommige van hierdie verbindings kan verantwoordelik wees vir die dodelike toksiese effekte op larwes wat ook deur Cohn et al.41 onder soortgelyke ontwikkelingstoestande waargeneem word. Etanol is byvoorbeeld skadelik vir insekte45. Groot hoeveelhede koolstofdioksiedvrystellings kan lei tot die ophoping daarvan aan die onderkant van die tenk, wat die atmosfeer van suurstof kan ontneem as lugsirkulasie dit nie toelaat nie. Wat SCFA's betref, bly die uitwerking daarvan op insekte, veral H. illucens, swak verstaan, alhoewel daar bewys is dat melksuur, propionzuur en bottersuur dodelik is in Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. In Drosophila melanogaster Meigen 1830 is hierdie SCFA's reukmerkers wat wyfies na oviposisie-plekke lei, wat 'n voordelige rol in larwale ontwikkeling voorstel47. Asynsuur word egter as 'n gevaarlike stof geklassifiseer en kan larwes se ontwikkeling aansienlik inhibeer47. Daarteenoor is daar onlangs gevind dat mikrobiese afgeleide laktaat 'n beskermende effek teen indringende dermmikrobes in Drosophila48 het. Verder speel mikroörganismes in die spysverteringstelsel ook 'n rol in CH-vertering by insekte49. Fisiologiese effekte van SCFA's op die dermmikrobiota, soos voedingstempo en geenuitdrukking, is in vertebrate beskryf 50 . Hulle kan ook 'n trofiese effek op H. illucens larwes hê en kan gedeeltelik bydra tot die regulering van FA profiele. Studies oor die voedingseffekte van hierdie mikrobiese fermentasieprodukte sal hul effekte op H. illucens-voeding duidelik maak en 'n basis bied vir toekomstige studies oor voordelige of nadelige mikro-organismes in terme van hul ontwikkeling en die waarde van FA-ryke substrate. In hierdie verband word die rol van mikroörganismes in die verteringsprosesse van massa-geboerde insekte toenemend bestudeer. Insekte begin beskou word as bioreaktore, wat pH- en oksigenasietoestande verskaf wat die ontwikkeling van mikroörganismes wat gespesialiseer is in die afbreek of ontgifting van voedingstowwe wat moeilik is vir insekte om te verteer 51 fasiliteer. Onlangs het Xiang et al.52 gedemonstreer dat byvoorbeeld inokulasie van organiese afval met 'n bakteriese mengsel CF toelaat om bakterieë wat in lignosellulose-afbraak gespesialiseer is, te lok, wat die afbraak daarvan in die substraat verbeter in vergelyking met substrate sonder larwes.
Ten slotte, met betrekking tot die voordelige gebruik van organiese afval deur H. illucens, het die CEL- en SUC-dieet die hoogste aantal larwes per dag geproduseer. Dit beteken dat ten spyte van die laer finale gewig van individuele individue, is die totale larfgewig wat op 'n substraat wat uit onverteerbare CH bestaan, vergelykbaar met dié wat verkry word op 'n homosakkarieddieet wat monosakkariede en disakkariede bevat. In ons studie is dit belangrik om daarop te let dat die vlakke van ander voedingstowwe voldoende is om die groei van die larwe populasie te ondersteun en dat die byvoeging van CEL beperk moet word. Die finale samestelling van die larwes verskil egter, wat die belangrikheid van die keuse van die regte strategie vir die valorisering van die insekte beklemtoon. CEL-larwes wat met volvoer gevoer word, is meer geskik vir gebruik as veevoer as gevolg van hul laer vetinhoud en laer lauriensuurvlakke, terwyl larwes wat met SUC- of MAL-dieet gevoer word, ontvetting benodig deur te pers om die waarde van die olie te verhoog, veral in die biobrandstof sektor. LAC word gevind in suiwelbedryf neweprodukte soos wei van kaasproduksie. Onlangs het die gebruik daarvan (3,5% laktose) die finale larwe-liggaamsgewig verbeter53. Die kontroledieet in hierdie studie het egter die helfte van die lipiedinhoud bevat. Daarom is die antivoedingseffekte van LAC moontlik teengewerk deur larwale bioakkumulasie van dieetlipiede.
Soos getoon deur vorige studies, beïnvloed die eienskappe van monosakkariede en disakkariede die groei van BSFL aansienlik en moduleer die FA-profiel daarvan. In die besonder blyk dit dat LAC 'n anti-voedingsrol speel tydens larwes ontwikkeling deur die beskikbaarheid van CH vir dieetlipiedabsorpsie te beperk, en sodoende UFA-bioakkumulasie te bevorder. In hierdie konteks sal dit interessant wees om biotoetse uit te voer deur diëte te gebruik wat PUFA en LAC kombineer. Verder bly die rol van mikroörganismes, veral die rol van mikrobiese metaboliete (soos SCFA's) afkomstig van suikerfermentasieprosesse, 'n navorsingsonderwerp wat ondersoek moet word.
Insekte is verkry uit die BSF-kolonie van die Laboratorium vir Funksionele en Evolusionêre Entomologie wat in 2017 by Agro-Bio Tech, Gembloux, België gestig is (vir meer besonderhede oor grootmaakmetodes, sien Hoc et al. 19). Vir eksperimentele proewe is 2.0 g BSF-eiers daagliks ewekansig uit teelhokke versamel en in 2.0 kg 70% nat hoendervoer (Aveve, Leuven, België) geïnkubeer. Vyf dae na uitbroei is larwes van die substraat geskei en met die hand vir eksperimentele doeleindes getel. Die aanvanklike gewig van elke bondel is gemeet. Die gemiddelde individuele gewig was 7.125 ± 0.41 mg, en die gemiddelde vir elke behandeling word in Aanvullende Tabel S2 getoon.
Die dieetformulering is aangepas uit die studie deur Barragan-Fonseca et al. 38 . Kortliks, 'n kompromie is gevind tussen dieselfde voerkwaliteit vir larwe hoenders, soortgelyke droëmateriaal (DM) inhoud, hoë CH (10% gebaseer op vars dieet) en tekstuur, aangesien eenvoudige suikers en disakkariede geen tekstuur eienskappe het nie. Volgens die vervaardiger se inligting (Hoendervoer, AVEVE, Leuven, België), is die getoetste CH (dws oplosbare suiker) afsonderlik as 'n outoklaveerde waterige oplossing (15.9%) gevoeg by 'n dieet wat bestaan uit 16.0% proteïen, 5.0% totale lipiede, 11,9% gemaalde hoendervoer wat uit as en 4,8% vesel bestaan. In elke 750 ml-fles (17.20 × 11.50 × 6.00 cm, AVA, Tempsee, België), is 101.9 g geoutoklaveerde CH-oplossing met 37.8 g hoendervoer gemeng. Vir elke dieet was die droëmateriaalinhoud 37,0%, insluitend homogene proteïen (11,7%), homogene lipiede (3,7%) en homogene suikers (26,9% van bygevoegde CH). Die CH wat getoets is, was glukose (GLU), fruktose (FRU), galaktose (GAL), maltose (MAL), sukrose (SUC) en laktose (LAC). Die kontrole dieet het bestaan uit sellulose (CEL), wat as onverteerbaar beskou word vir H. illucens larwes 38. Honderd 5-dae oue larwes is in 'n skinkbord geplaas met 'n deksel met 'n gat van 1 cm deursnee in die middel en bedek met 'n plastiek muskietnet. Elke dieet is vier keer herhaal.
Larwalgewigte is drie dae na die begin van die eksperiment gemeet. Vir elke meting is 20 larwes van die substraat verwyder met behulp van steriele warm water en tang, gedroog en geweeg (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, VSA). Na weeg is larwes na die middel van die substraat teruggekeer. Metings is gereeld drie keer per week geneem totdat die eerste prepapie te voorskyn gekom het. Op hierdie punt, versamel, tel en weeg alle larwes soos voorheen beskryf. Skei stadium 6-larwes (dws wit larwes wat ooreenstem met die larwestadium wat die prepapa-stadium voorafgaan) en prepappe (dws die laaste larfstadium waartydens BSF-larwes swart word, ophou voed en 'n omgewing soek wat geskik is vir metamorfose) en stoor by - 18°C vir komposisie-analise. Die opbrengs is bereken as die verhouding van die totale massa insekte (larwes en prepape van stadium 6) verkry per gereg (g) tot die ontwikkelingstyd (d). Alle gemiddelde waardes in die teks word uitgedruk as: gemiddelde ± SD.
Alle daaropvolgende stappe met behulp van oplosmiddels (heksaan (Hex), chloroform (CHCl3), metanol (MeOH)) is uitgevoer onder 'n dampkap en vereis dat nitrilhandskoene, voorskote en veiligheidsbril gedra word.
Wit larwes is vir 72 uur in 'n FreeZone6 vriesdroër (Labconco Corp., Kansas City, MO, VSA) gedroog en dan gemaal (IKA A10, Staufen, Duitsland). Totale lipiede is met behulp van die Folch-metode 54 uit ±1 g poeier onttrek. Die oorblywende voginhoud van elke gevriesdroogde monster is in duplikaat bepaal deur gebruik te maak van 'n vogontleder (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Duitsland) om vir totale lipiede reg te stel.
Totale lipiede is onder suur toestande omgeester om vetsuurmetielesters te verkry. Kortliks, ongeveer 10 mg lipiede/100 µl CHCl3-oplossing (100 µl) is verdamp met stikstof in 'n 8 ml Pyrex©-buis (SciLabware – DWK Life Sciences, Londen, VK). Die buis is in Hex (0.5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% vir organiese spooranalise, VWR Chemicals, Radnor, PA, VSA) en Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) oplossing (0.5) geplaas ml) in 'n waterbad by 70 °C vir 90 min. Na afkoeling is 10% waterige H2SO4-oplossing (0,2 ml) en versadigde NaCl-oplossing (0,5 ml) bygevoeg. Meng die buis en vul die mengsel met skoon Hex (8,0 ml). 'n Gedeelte van die boonste fase is na 'n flessie oorgeplaas en deur gaschromatografie met 'n vlamionisasiedetektor (GC-FID) ontleed. Monsters is ontleed met behulp van 'n Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, VSA) toegerus met 'n gesplete/splitlose inspuiter (240 °C) in gesplete modus (gesplete vloei: 10 mL/min), 'n Stabilwax®-DA kolom ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, VSA) en 'n FID (250 °C). Die temperatuurprogram is soos volg ingestel: 50 °C vir 1 min, verhoog tot 150 °C teen 30 °C/min, styg tot 240 °C teen 4 °C/min en gaan voort by 240 °C vir 5 min. Hex is as 'n blanko gebruik en 'n verwysingstandaard wat 37 vetsuurmetielesters (Supelco 37-komponent FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, België) bevat het, is vir identifikasie gebruik. Die identifikasie van onversadigde vetsure (UFAs) is bevestig deur omvattende tweedimensionele GC (GC×GC-FID) en die teenwoordigheid van isomere is akkuraat bepaal deur 'n effense aanpassing van die metode van Ferrara et al. 55. Instrumentbesonderhede kan gevind word in Aanvullende Tabel S3 en die resultate in Aanvullende Figuur S5.
Die data word in Excel-sigbladformaat aangebied (Microsoft Corporation, Redmond, WA, VSA). Statistiese analise is uitgevoer met behulp van R Studio (weergawe 2023.12.1+402, Boston, VSA) 56 . Data oor larfgewig, ontwikkelingstyd en produktiwiteit is beraam deur gebruik te maak van die lineêre model (LM) (opdrag "lm", R-pakket "statistieke" 56 ) aangesien dit by 'n Gaussiese verspreiding pas. Oorlewingsyfers met behulp van binomiale modelanalise is beraam met behulp van die algemene lineêre model (GLM) (opdrag "glm", R-pakket "lme4" 57). Normaliteit en homoscedastisiteit is bevestig met behulp van die Shapiro-toets (opdrag "shapiro.test", R-pakket "stats" 56 ) en analise van data-variansie (opdrag betadisper, R-pakket "vegan" 58). Na paarsgewyse analise van beduidende p-waardes (p < 0.05) van die LM- of GLM-toets, is beduidende verskille tussen groepe opgespoor met behulp van die EMM-toets (opdrag "emmeans", R-pakket "emmeans" 59).
Die volledige FA-spektra is vergelyk met behulp van meerveranderlike permutasie-variansie-analise (dws permMANOVA; opdrag “adonis2”, R-pakket “vegan” 58) deur gebruik te maak van die Euklidiese afstandmatriks en 999 permutasies. Dit help om vetsure te identifiseer wat deur die aard van dieetkoolhidrate beïnvloed word. Beduidende verskille in die FA-profiele is verder ontleed met behulp van paarsgewyse vergelykings. Die data is dan gevisualiseer deur gebruik te maak van hoofkomponentanalise (PCA) (opdrag “PCA”, R-pakket “FactoMineR” 60). Die FA verantwoordelik vir hierdie verskille is geïdentifiseer deur die korrelasiekringe te interpreteer. Hierdie kandidate is bevestig deur gebruik te maak van 'n eenrigting-variansieanalise (ANOVA) (opdrag “aov”, R-pakket “statistieke” 56 ) gevolg deur Tukey se post hoc-toets (opdrag TukeyHSD, R-pakket “statistieke” 56 ). Voor ontleding is normaliteit geassesseer met behulp van die Shapiro-Wilk-toets, homoscedastisiteit is nagegaan met behulp van die Bartlett-toets (opdrag "bartlett.test", R-pakket "stats" 56), en 'n nie-parametriese metode is gebruik indien nie een van die twee aannames nagekom is nie. . Ontledings is vergelyk (opdrag “kruskal.test”, R-pakket “stats” 56 ), en daarna is Dunn se post hoc-toetse toegepas (command dunn.test, R-pakket “dunn.test” 56 ).
Die finale weergawe van die manuskrip is nagegaan met behulp van Grammarly Editor as 'n Engelse proefleser (Grammarly Inc., San Francisco, Kalifornië, VSA) 61 .
Die datastelle wat tydens die huidige studie gegenereer en ontleed is, is op redelike versoek by die ooreenstemmende outeur beskikbaar.
Kim, SW, et al. Voldoen aan die globale vraag na voerproteïen: uitdagings, geleenthede en strategieë. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Oorsig van die status en vooruitsigte van wêreldproduksie van eetbare insekte. Entomol. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur, et al. Swart soldaatvlieg (Hermetia illucens) as 'n potensieel innoverende en eko-vriendelike hulpmiddel vir organiese afvalbestuur: 'n Kort oorsig. Waste Management Research 41, 81–97 (2023).
Skala, A., et al. Grootmaaksubstraat beïnvloed groei en makrovoedingstofstatus van industrieel vervaardigde swart soldaatvlieglarwes. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, et al. Antimikrobiese eienskappe van olie-ekstrakte van swart soldaatvlieglarwes wat op broodkrummels grootgemaak word. Veevoedselwetenskap, 64, (2024).
Schmitt, E. en de Vries, W. (2020). Potensiële voordele van die gebruik van swart soldaatvliegmis as 'n grondwysiging vir voedselproduksie en verminderde omgewingsimpak. Huidige mening. Groen Onderhou. 25, 100335 (2020).
Franco A. et al. Swart soldaatvlieglipiede—'n innoverende en volhoubare bron. Volhoubare Ontwikkeling, Vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Insekte as voedsel en voer, 'n opkomende veld in die landbou: 'n oorsig. J. Insekvoer 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., en Beganovsky, A. Verskeie gebruike van swart soldaatvlieg in nywerheid en landbou – 'n resensie. Biologie 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., en Caparros Megido, R. Optimalisering van kunsmatige voortplanting van Hermetia illucens. PLOS EEN 14, (2019).
Postyd: 25 Desember 2024