Täname, et külastasite veebilehte Nature.com. Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi. Parimate tulemuste saavutamiseks soovitame kasutada uuemat brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim). Seni kuvame saidi jätkuva toe tagamiseks ilma stiilide ja JavaScriptita.
Must sõdurkärbes (Hermetia illucens, L. 1758) on kõigesööja detritiivoorne putukas, kellel on suur potentsiaal kasutada süsivesikuterikkaid orgaanilisi kõrvalsaadusi. Süsivesikute hulgas tuginevad mustad sõdurikärbsed kasvuks ja lipiidide sünteesiks lahustuvatele suhkrutele. Selle uuringu eesmärk oli hinnata tavaliste lahustuvate suhkrute mõju mustade sõdurikärbeste arengule, ellujäämisele ja rasvhapete profiilile. Täiendage kanasööta eraldi monosahhariidide ja disahhariididega. Kontrollina kasutati tselluloosi. Glükoosi, fruktoosi, sahharoosi ja maltoosiga toidetud vastsed kasvasid kiiremini kui kontrollvastsed. Seevastu laktoos avaldas vastsetele toitumisvastast toimet, aeglustades kasvu ja vähendades individuaalset lõplikku kehakaalu. Kuid kõik lahustuvad suhkrud muutsid vastsed paksemaks kui need, keda toideti kontrolltoiduga. Nimelt kujundasid testitud suhkrud rasvhapete profiili. Maltoos ja sahharoos suurendasid küllastunud rasvhapete sisaldust võrreldes tselluloosiga. Seevastu laktoos suurendas toidust saadavate küllastumata rasvhapete bioakumulatsiooni. See uuring on esimene, mis demonstreerib lahustuva suhkru mõju musta sõdurikärbse vastsete rasvhapete koostisele. Meie tulemused näitavad, et testitud süsivesikutel on märkimisväärne mõju musta sõdurikärbse vastsete rasvhapete koostisele ja seepärast võivad need määrata nende lõpliku kasutamise.
Ülemaailmne nõudlus energia ja loomsete valkude järele kasvab jätkuvalt1. Globaalse soojenemise kontekstis on hädavajalik leida fossiilenergiale ja traditsioonilistele toidutootmismeetoditele rohelisemaid alternatiive, suurendades samal ajal tootmist. Putukad on paljutõotavad kandidaadid nende probleemide lahendamiseks, kuna neil on traditsioonilise loomakasvatusega võrreldes väiksem keemiline koostis ja keskkonnamõju2. Putukate hulgas on nende probleemide lahendamiseks suurepärane kandidaat must sõdurkärbes (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), detritiivoorne liik, mis suudab toituda mitmesugustest orgaanilistest substraatidest3. Seetõttu võib nende substraatide väärtustamine BSF-i aretamise kaudu luua uue tooraineallika, mis vastab erinevate tööstusharude vajadustele.
BSF-i vastsed (BSFL) võivad toituda põllumajandus- ja agrotööstuslikest kõrvalsaadustest, nagu õlletootjate tera, köögiviljajäägid, viljaliha ja vananenud leib, mis sobivad eriti hästi BSFL-i kasvatamiseks oma kõrge süsivesikute (CH)4,5-sisalduse tõttu. 6 sisu. BSFL-i suuremahulise tootmise tulemusena moodustuvad kaks toodet: väljaheited, substraadijääkide ja väljaheidete segu, mida saab kasutada taimekasvatuses väetisena7, ning vastsed, mis koosnevad peamiselt valkudest, lipiididest ja kitiinist. Valke ja lipiide kasutatakse peamiselt loomakasvatuses, biokütustes ja kosmeetikas8,9. Kitiini osas leiab seda biopolümeeri rakendusi põllumajandus- ja toiduainesektoris, biotehnoloogias ja tervishoius10.
BSF on autogeenne holometaboolne putukas, mis tähendab, et selle metamorfoosi ja paljunemist, eriti putuka elutsükli energiat tarbivaid etappe, saab täielikult toetada vastsete kasvu ajal tekkivate toitainete varudega11. Täpsemalt, valkude ja lipiidide süntees viib rasvakeha arenguni, mis on oluline säilitusorgan, mis vabastab energiat BSF-i mittetoitmise faasides: prepupa (st viimane vastsestaadium, mille jooksul BSF-i vastsed muutuvad toitumise ja otsimise ajal mustaks. metamorfoosiks sobiva keskkonna jaoks), nukud (st mitteliikuv staadium, mille jooksul putukas läbib metamorfoosi) ja täiskasvanud isendid12,13. CH on BSF14 dieedi peamine energiaallikas. Nende toitainete hulgas ei saa BSFL15,16 seedida erinevalt disahhariididest ja polüsahhariididest (nagu tärklis) kiulist CH, nagu hemitselluloos, tselluloos ja ligniin. CH seedimine on oluline eeletapp süsivesikute imendumisel, mis lõpuks hüdrolüüsitakse soolestikus lihtsuhkruteks16. Lihtsuhkrud võivad seejärel imenduda (st läbi soolestiku peritroofse membraani) ja metaboliseerida energia tootmiseks17. Nagu eespool mainitud, säilitavad vastsed rasva kehas liigset energiat lipiididena12,18. Säilituslipiidid koosnevad triglütseriididest (neutraalsed lipiidid, mis moodustuvad ühest glütserooli molekulist ja kolmest rasvhappest), mida vastsed sünteesivad toidust saadavatest lihtsuhkrutest. Need CH pakuvad rasvhapete (FA) biosünteesiks vajalikke atsetüül-CoA substraate rasvhapete süntaasi ja tioesteraasi radade kaudu19. H. illucensi lipiidide rasvhapete profiilis domineerivad loomulikult küllastunud rasvhapped (SFA), milles on kõrge lauriinhappe osakaal (C12:0)19,20. Seetõttu on kõrge lipiidide sisaldus ja rasvhapete koostis kiiresti muutumas piiravateks teguriteks tervete vastsete kasutamisel loomasöödas, eriti vesiviljeluses, kus on vaja polüküllastumata rasvhappeid (PUFA)21.
Alates BSFL-i potentsiaali avastamisest orgaaniliste jäätmete vähendamisel on erinevate kõrvalsaaduste väärtuse uuringud näidanud, et BSFL-i koostist reguleerib osaliselt selle toitumine. Praegu paraneb jätkuvalt H. illucensi FA profiili reguleerimine. BSFL-i võimet PUFA-d bioakumuleeruda on demonstreeritud PUFA-rikastel substraatidel, nagu vetikad, kalajäätmed või jahu, nagu linaseemned, mis tagab loomasööda jaoks kvaliteetsema FA profiili19, 22, 23. Seevastu kõrvalsaaduste puhul, mis ei ole PUFA-ga rikastatud, ei ole toidu FA profiilide ja vastsete FA vahel alati korrelatsiooni, mis näitab teiste toitainete mõju 24, 25. Tegelikult on seeditava CH mõju FA profiilidele halvasti mõistetav ja alauuritud 24, 25, 26, 27.
Kuigi meile teadaolevalt on H. illucensi toidus palju monosahhariide ja disahhariide, on nende toitumisalane roll H. illucensi toitumises halvasti mõistetav. Selle uuringu eesmärk oli selgitada nende mõju BSFL-i toitumisele ja lipiidide koostisele. Hindame vastsete kasvu, ellujäämist ja produktiivsust erinevates toitumistingimustes. Seejärel kirjeldame iga dieedi lipiidide sisaldust ja rasvhapete profiili, et rõhutada CH mõju BSFL-i toitumiskvaliteedile.
Me oletasime, et testitud CH olemus mõjutab (1) vastsete kasvu, (2) lipiidide üldtaset ja (3) moduleerib FA profiili. Monosahhariidid võivad imenduda otse, samas kui disahhariidid tuleb hüdrolüüsida. Monosahhariidid on seega paremini kättesaadavad otseste energiaallikatena või lipogeneesi prekursoridena FA süntaasi ja tioesteraasi radade kaudu, suurendades seeläbi H. illucens'i vastsete kasvu ja soodustades reservlipiidide (eriti lauriinhappe) kogunemist.
Testitud CH mõjutas vastsete keskmist kehakaalu kasvu ajal (joonis 1). FRU, GLU, SUC ja MAL suurendasid vastsete kehakaalu sarnaselt kontrolldieediga (CEL). Seevastu näisid, et LAC ja GAL aeglustavad vastsete arengut. LAC avaldas vastsete kasvule märkimisväärset negatiivset mõju võrreldes SUC-ga kogu kasvuperioodi vältel: 9,16 ± 1,10 mg versus 15,00 ± 1,01 mg 3. päeval (F6,21 = 12,77, p < 0,001; joonis 1), 125,16 ± 4. mg ja 211,79 ± 14,93 mg vastavalt 17. päeval (F6,21 = 38,57, p < 0,001; joonis 1).
Kasutades kontrollina erinevaid monosahhariide (fruktoos (FRU), galaktoos (GAL), glükoos (GLU)), disahhariide (laktoos (LAC), maltoos (MAL), sahharoos (SUC)) ja tselluloosi (CEL). Musta sõdurikärbsevastsega toidetud vastsete kasv. Iga punkt kõveral tähistab indiviidi keskmist massi (mg), mis on arvutatud 100 vastsest koosnevast populatsioonist (n = 4) juhuslikult valitud 20 vastse kaalumisel. Vearibad tähistavad SD-d.
CEL-dieet tagas vastsete suurepärase ellujäämise 95,5 ± 3,8%. Lisaks vähenes lahustuvat CH-d sisaldavate H. illucens'i toidetud dieetide ellujäämine (GLM: χ = 107,13, df = 21, p < 0,001), mille põhjustasid MAL ja SUC (disahhariidid) uuritud CH-s. Suremus oli madalam kui GLU, FRU, GAL (monosahhariid) ja LAC puhul (EMM: p < 0,001, joonis 2).
Erinevate monosahhariidide (fruktoos, galaktoos, glükoos), disahhariidide (laktoos, maltoos, sahharoos) ja tselluloosiga kontrollina töödeldud musta sõdurikärbse vastsete ellujäämise kastplokk. Sama tähega ravid ei erine üksteisest oluliselt (EMM, p > 0,05).
Kõik testitud dieedid võimaldasid vastsetel jõuda nukueelsesse staadiumisse. Siiski kaldusid testitud CH-d vastsete arengut pikendama (F6,21=9,60, p<0,001; tabel 1). Eelkõige kulus GAL-i ja LAC-ga toidetud vastsetel nukueelsesse staadiumisse jõudmiseks kauem aega võrreldes CEL-il kasvatatud vastsetega (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; tabel 1).
Testitud CH-l oli ka erinev mõju vastsete kehakaalule, kusjuures CEL-toiduga toidetud vastsete kehamass ulatus 180,19 ± 11,35 mg-ni (F6,21 = 16,86, p < 0,001; joonis 3). FRU, GLU, MAL ja SUC andsid tulemuseks vastsete keskmise lõpliku kehamassi üle 200 mg, mis oli oluliselt kõrgem kui CEL-i puhul (p < 0,05). Seevastu GAL-i ja LAC-ga toidetud vastsetel oli väiksem kehakaal, vastavalt 177,64 ± 4,23 mg ja 156,30 ± 2,59 mg (p < 0,05). See efekt oli tugevam LAC puhul, kus lõplik kehakaal oli väiksem kui kontrolldieedil (CEL-LAC: erinevus = 23,89 mg; p = 0,03; joonis 3).
Üksikute vastsete keskmine lõppmass, väljendatuna vastsetekkidena (mg) ja mustade sõdurkärbeste keskmine mass, väljendatuna histogrammina (g), kellele toideti erinevaid monosahhariide (fruktoos, galaktoos, glükoos), disahhariide (laktoos, maltoos, sahharoos) ja tselluloosi (kontrollina). Veerutähed tähistavad vastsete kogumassi poolest oluliselt erinevaid rühmi (p < 0,001). Vastselaikudega seotud tähed tähistavad rühmi, mille vastsed on oluliselt erineva kaaluga (p < 0,001). Vearibad tähistavad SD-d.
Maksimaalne üksikkaal ei sõltunud vastsete kolooniate maksimaalsest lõplikust kogumassist. Tegelikult ei suurendanud FRU, GLU, MAL ja SUC sisaldavad dieedid paagis toodetud vastsete kogumassi võrreldes CEL-iga (joonis 3). Kuid LAC vähendas oluliselt kogumassi (CEL-LAC: erinevus = 9,14 g; p < 0,001; joonis 3).
Tabel 1 näitab saagikust (vastsed/päevas). Huvitaval kombel olid CEL, MAL ja SUC optimaalsed saagised sarnased (tabel 1). Seevastu FRU, GAL, GLU ja LAC vähendasid saagist võrreldes CEL-iga (tabel 1). GAL ja LAC toimisid kõige halvemini: saagis vähenes poole võrra, vastavalt ainult 0,51 ± 0,09 g vastseid päevas ja 0,48 ± 0,06 g vastseid päevas (tabel 1).
Monosahhariidid ja disahhariidid suurendasid CF vastsete lipiidide sisaldust (tabel 1). CLE dieedil saadi vastsed, mille lipiidide sisaldus oli 23,19 ± 0,70% DM sisaldusest. Võrdluseks, keskmine lipiidide sisaldus lahustuva suhkruga toidetud vastsetes oli üle 30% (tabel 1). Testitud CH-d suurendasid aga oma rasvasisaldust samal määral.
Nagu oodatud, mõjutasid CG subjektid vastsete FA profiili erineval määral (joonis 4). SFA sisaldus oli kõigis dieetides kõrge ja ulatus üle 60%. MAL ja SUC tasakaalustasid FA profiili, mis viis SFA sisalduse suurenemiseni. MAL-i puhul tõi see tasakaalutus ühelt poolt kaasa valdavalt monoküllastumata rasvhapete (MUFA) sisalduse vähenemiseni (F6,21 = 7,47; p < 0,001; joonis 4). Teisest küljest oli SUC-i langus MUFA ja PUFA vahel ühtlasem. LAC ja MAL avaldasid FA spektrile vastupidist mõju (SFA: F6,21 = 8,74; p < 0,001; MUFA: F6,21 = 7,47; p < 0,001; PUFA: χ2 = 19,60; Df = 6; p < 0,001; joonis 4). SFA väiksem osakaal LAC-ga toidetud vastsetes näib suurendavat MUFA sisaldust. Eelkõige oli MUFA tase kõrgem LAC-ga toidetud vastsetes võrreldes teiste lahustuvate suhkrutega, välja arvatud GAL (F6,21 = 7,47; p < 0,001; joonis 4).
Kasutades kontrollidena erinevaid monosahhariide (fruktoos (FRU), galaktoos (GAL), glükoos (GLU)), disahhariide (laktoos (LAC), maltoos (MAL), sahharoos (SUC)) ja tselluloosi (CEL), rasvhapete kastdiagramm koosseis, mida toidetakse musta sõdurikärbsevastsetele. Tulemused on väljendatud protsentides FAME kogusisaldusest. Erinevate tähtedega tähistatud ravimeetodid on oluliselt erinevad (p < 0,001). a) küllastunud rasvhapete osakaal; b) monoküllastumata rasvhapped; c) polüküllastumata rasvhapped.
Tuvastatud rasvhapete hulgas oli lauriinhape (C12:0) domineeriv kõigis vaadeldud spektrites (üle 40%). Teised olemasolevad SFA-d olid palmitiinhape (C16:0) (alla 10%), steariinhape (C18:0) (alla 2,5%) ja kapriinhape (C10:0) (alla 1,5%). MUFA-sid esindas peamiselt oleiinhape (C18:1n9) (alla 9,5%), samas kui PUFA-d koosnesid peamiselt linoolhappest (C18:2n6) (alla 13,0%) (vt lisatabel S1). Lisaks ei olnud võimalik tuvastada väikest osa ühendeid, eriti CEL-i vastsete spektrites, kus identifitseerimata ühend number 9 (UND9) moodustas keskmiselt 2, 46 ± 0, 52% (vt lisatabel S1). GC × GC-FID analüüs näitas, et see võib olla 20 süsinikusisaldusega rasvhape, millel on viis või kuus kaksiksidet (vt täiendav joonis S5).
PERMANOVA analüüs näitas kolm erinevat rühma rasvhapete profiilide põhjal (F6,21 = 7,79, p < 0,001; joonis 5). TBC spektri põhikomponentide analüüs (PCA) illustreerib seda ja seda selgitab kaks komponenti (joonis 5). Põhikomponendid selgitasid 57,9% dispersioonist ja sisaldasid tähtsuse järjekorras lauriinhapet (C12:0), oleiinhapet (C18:1n9), palmitiinhapet (C16:0), steariinhapet (C18:0) ja linoleenhape (C18:3n3) (vt joonis S4). Teine komponent selgitas 26, 3% dispersioonist ja sisaldas tähtsuse järjekorras dekaanhapet (C10: 0) ja linoolhapet (C18: 2n6 cis) (vt täiendav joonis S4). Lihtsuhkruid (FRU, GAL ja GLU) sisaldavate dieetide profiilid näitasid sarnaseid omadusi. Seevastu disahhariidid andsid erinevad profiilid: ühelt poolt MAL ja SUC ning teiselt poolt LAC. Eelkõige oli MAL ainus suhkur, mis muutis FA profiili võrreldes CEL-iga. Lisaks erines MAL-profiil oluliselt FRU ja GLU profiilidest. Eelkõige näitas MAL-profiil C12:0 suurimat osakaalu (54,59 ± 2,17%), mis teeb selle võrreldavaks CEL-iga (43,10 ± 5,01%), LAC-ga (43,35 ± 1,31%), FRU-ga (48,90 ± 1,97%) ja GLU (48,38 ± 2,17%) profiilid (vt lisa Tabel S1). MAL-spekter näitas ka madalaimat C18:1n9 sisaldust (9,52 ± 0,50%), mis eristas seda veelgi LAC (12,86 ± 0,52%) ja CEL (12,40 ± 1,31%) spektrist. Sarnast suundumust täheldati ka C16:0 puhul. Teises komponendis näitas LAC spekter kõrgeimat C18:2n6 sisaldust (17,22 ± 0,46%), MAL aga madalaimat (12,58 ± 0,67%). C18:2n6 eristas ka LAC-i kontrollist (CEL), mis näitas madalamat taset (13, 41 ± 2, 48%) (vt lisatabel S1).
PCA graafik musta sõdurikärbse vastsete rasvhapete profiilist koos erinevate monosahhariidide (fruktoos, galaktoos, glükoos), disahhariidide (laktoos, maltoos, sahharoos) ja tselluloosiga kontrollina.
Lahustuvate suhkrute toitumismõjude uurimiseks H. illucensi vastsetele asendati tselluloos (CEL) kanasöödas glükoosi (GLU), fruktoosi (FRU), galaktoosi (GAL), maltoosi (MAL), sahharoosi (SUC) ja laktoos (LAC). Monosahhariididel ja disahhariididel oli aga erinev mõju HF-vastsete arengule, ellujäämisele ja koostisele. Näiteks GLU, FRU ja nende disahhariidide vormid (MAL ja SUC) avaldasid vastsete kasvule positiivset toetavat mõju, võimaldades neil saavutada suuremat lõplikku kehamassi kui CEL. Erinevalt seedimatust CEL, GLU, FRU ja SUC võivad soolebarjäärist mööda minna ja olla olulised toitainete allikad koostatud dieetides16, 28. MAL-il puuduvad spetsiifilised loomatransporterid ja arvatakse, et see hüdrolüüsitakse enne assimilatsiooni kaheks glükoosimolekuliks15. Neid molekule hoitakse putuka kehas otsese energiaallikana või lipiididena18. Esiteks, mis puudutab viimast, võivad mõned täheldatud intramodaalsed erinevused olla tingitud väikestest erinevustest sugude vahekordades. Tõepoolest, H. illucens'i puhul võib paljunemine olla täiesti spontaanne: täiskasvanud emastel on loomulikult piisavad munemisvarud ja nad on isastest raskemad29. Kuid lipiidide kogunemine BSFL-is korreleerub toidust lahustuva CH2 tarbimisega, nagu varem täheldati GLU ja ksüloosi puhul 26, 30. Näiteks Li et al.30 täheldasid, et kui vastsete dieedile lisati 8% GLU-d, suurenes BSF-i vastsete lipiidide sisaldus kontrollrühmaga võrreldes 7,78%. Meie tulemused on nende tähelepanekutega kooskõlas, näidates, et lahustuva suhkruga toidetud vastsete rasvasisaldus oli kõrgem kui CEL-dieediga toidetud vastsetel, võrreldes 8,57% suurenemisega GLU-lisandiga. Üllataval kombel täheldati sarnaseid tulemusi vastsete puhul, keda toideti GAL-i ja LAC-ga, hoolimata kahjulikust mõjust vastsete kasvule, lõplikule kehakaalule ja ellujäämisele. LAC-ga toidetud vastsed olid oluliselt väiksemad kui CEL-dieediga toidetud vastsed, kuid nende rasvasisaldus oli võrreldav vastsete omaga, keda toideti teiste lahustuvate suhkrutega. Need tulemused rõhutavad laktoosi toitumisvastast toimet BSFL-ile. Esiteks sisaldab dieet suures koguses CH-d. Vastavalt monosahhariidide ja disahhariidide absorptsiooni- ja hüdrolüüsisüsteemid võivad jõuda küllastumiseni, põhjustades assimilatsiooniprotsessis kitsaskohti. Mis puutub hüdrolüüsi, siis seda viivad läbi α- ja β-glükosidaasid 31 . Nendel ensüümidel on eelistatud substraadid sõltuvalt nende suurusest ja keemilistest sidemetest (α- või β-sidemed) nende koostises olevate monosahhariidide vahel15. LAC hüdrolüüsi GLU-ks ja GAL-iks viib läbi β-galaktosidaas, ensüüm, mille aktiivsust on näidatud BSF32 soolestikus. Kuid selle ekspressioon võib olla ebapiisav võrreldes vastsete tarbitava LAC kogusega. Seevastu α-glükosidaasi maltaas ja sahharaas 15, mida teadaolevalt putukates rohkesti ekspresseeritakse, on võimelised lagundama suures koguses MAL-i ja sahharoosi SUC-d, piirates seeläbi seda küllastavat toimet. Teiseks võib toitumisvastane toime olla tingitud putukate soolestiku amülaasi aktiivsuse vähenenud stimulatsioonist ja toitumiskäitumise aeglustumisest võrreldes teiste ravimeetoditega. Tõepoolest, lahustuvad suhkrud on tuvastatud putukate seedimiseks olulise ensüümi aktiivsuse stimulaatoritena, nagu amülaas, ja toitumisvastuse vallandajatena33,34,35. Stimulatsiooni aste varieerub sõltuvalt suhkru molekulaarstruktuurist. Tegelikult vajavad disahhariidid enne imendumist hüdrolüüsi ja kipuvad stimuleerima amülaasi rohkem kui nende koostises olevad monosahhariidid34. Seevastu LAC-l on leebem toime ja on leitud, et see ei suuda toetada erinevate liikide putukate kasvu33, 35. Näiteks kahjuri Spodoptera exigua (Boddie 1850) puhul ei tuvastatud röövikute kesksooleensüümide ekstraktides LAC hüdrolüütilist aktiivsust36.
FA spektri osas näitavad meie tulemused testitud CH olulist moduleerivat toimet. Nimelt, kuigi lauriinhape (C12:0) moodustas toidus alla 1% kogu FA-st, domineeris see kõigis profiilides (vt lisatabel S1). See on kooskõlas varasemate andmetega, et lauriinhape sünteesitakse H. illucens'is toidust saadavast CH-st atsetüül-CoA karboksülaasi ja FA süntaasi hõlmava raja kaudu19, 27, 37. Meie tulemused kinnitavad, et CEL on suures osas seedimatu ja toimib BSF-i kontrolldieetides "täiteainena", nagu on arutatud mitmetes BSFL-i uuringutes 38, 39, 40. CEL-i asendamine monosahhariidide ja disahhariididega peale LAC suurendas C12:0 suhet, mis näitab vastsete suurenenud CH omastamist. Huvitaval kombel soodustavad disahhariidid MAL ja SUC lauriinhappe sünteesi tõhusamalt kui nende koostises olevad monosahhariidid, mis viitab sellele, et vaatamata GLU ja FRU kõrgemale polümerisatsiooniastmele ning kuna Drosophila on ainus sahharoosi transportija, mis on loomsete valkude liikides tuvastatud, on disahhariidide transportijad. ei pruugi H. illucens larvae15 soolestikus esineda, GLU kasutamine ja FRU on suurendatud. Kuigi GLU ja FRU metaboliseeruvad teoreetiliselt BSF-i poolt kergemini, metaboliseeruvad need kergemini ka substraatide ja soolestiku mikroorganismide poolt, mille tulemuseks võib olla nende kiirem lagunemine ja vastsete vähenenud kasutus võrreldes disahhariididega.
Esmapilgul oli LAC ja MAL-iga toidetud vastsete lipiidide sisaldus võrreldav, mis näitab nende suhkrute sarnast biosaadavust. Üllatuslikult oli aga LAC-i FA-profiil SFA-st rikkam, eriti madalama C12:0 sisaldusega võrreldes MAL-iga. Üks hüpotees selle erinevuse selgitamiseks on see, et LAC võib stimuleerida toiduga saadava FA bioakumulatsiooni atsetüül-CoA FA süntaasi kaudu. Seda hüpoteesi toetades oli LAC vastsetel madalaim dekanoaadi (C10:0) suhe (0, 77 ± 0, 13%) kui CEL dieedil (1, 27 ± 0, 16%), mis näitab FA süntaasi ja tioesteraasi aktiivsuse vähenemist19. Teiseks peetakse toidust saadavaid rasvhappeid peamiseks teguriks, mis mõjutab H. illucensi SFA koostist27. Meie katsetes moodustas linoolhape (C18:2n6) 54,81% toidurasvhapetest, osakaal LAC-vastsetes oli 17,22 ± 0,46% ja MAL-is 12,58 ± 0,67%. Oleiinhape (cis + trans C18:1n9) (23,22% toidus) näitas sarnast tendentsi. α-linoleenhappe (C18:3n3) suhe toetab samuti bioakumulatsiooni hüpoteesi. Teadaolevalt koguneb see rasvhape BSFL-i substraadi rikastamisel, näiteks linaseemnekoogi lisamisel, kuni 6–9% vastsete rasvhapete koguarvust19. Rikastatud toitumises võib C18:3n3 moodustada kuni 35% kogu toidu rasvhapetest. Kuid meie uuringus moodustas C18:3n3 rasvhapete profiilist vaid 2,51%. Kuigi looduses leitud osakaal oli meie vastsetes madalam, oli see osakaal suurem LAC-vastsetes (0, 87 ± 0, 02%) kui MAL-is (0, 49 ± 0, 04%) (p <0, 001; vt lisatabel S1). CEL-dieedil oli vahepealne osakaal 0,72 ± 0,18%. Lõpuks peegeldab palmitiinhappe (C16:0) suhe CF vastsetes sünteetiliste radade ja toiduga saadava FA19 panust. Hoc et al. 19 täheldas, et C16:0 süntees vähenes, kui dieeti rikastati linaseemnejahuga, mis oli tingitud atsetüül-CoA substraadi kättesaadavuse vähenemisest CH suhte vähenemise tõttu. Üllataval kombel oli mõlemal dieedil sarnane CH-sisaldus ja MAL-i biosaadavus oli kõrgem, kuid MAL-i vastsetel oli madalaim C16:0 suhe (10,46 ± 0,77%), samas kui LAC-i osakaal oli suurem, moodustades 12,85 ± 0,27% (p < 0,05; vt. Täiendav tabel S1). Need tulemused rõhutavad toitainete keerulist mõju BSFL-i seedimisele ja ainevahetusele. Praegu on selleteemalised uuringud liblikõieliste puhul põhjalikumad kui kahepoolsetel. Röövikute puhul tuvastati, et LAC on nõrk toitumiskäitumise stimulaator võrreldes teiste lahustuvate suhkrutega, nagu SUC ja FRU34,35. Täpsemalt, Spodopteralittoralis (Boisduval 1833) stimuleeris MAL-i tarbimine soolestikus amülolüütilist aktiivsust suuremal määral kui LAC34. Sarnased mõjud BSFL-is võivad seletada C12:0 sünteesiraja suurenenud stimuleerimist MAL-i vastsetes, mis on seotud suurenenud soolestikus imenduva CH, pikema toitmise ja soolestiku amülaasi toimega. LAC-i vastsete aeglasemat kasvu võib seletada ka toitumisrütmi väiksem stimuleerimine LAC juuresolekul. Veelgi enam, Liu Yanxia et al. 27 märkis, et lipiidide säilivusaeg H. illucensi substraatides oli pikem kui CH-l. Seetõttu võivad LAC-i vastsed oma arengu lõpuleviimiseks rohkem toetuda toidulipiididele, mis võib suurendada nende lõplikku lipiidisisaldust ja moduleerida nende rasvhapete profiili.
Meie teadmiste kohaselt on vaid mõned uuringud testinud monosahhariidide ja disahhariidide lisamise mõju BSF-dieetidele nende FA profiilidele. Esiteks, Li et al. 30 hindas GLU ja ksüloosi mõju ning täheldas lipiidide taset, mis sarnanes meie omaga 8% lisamiskiirusega. FA profiil ei olnud üksikasjalik ja koosnes peamiselt SFA-st, kuid erinevusi kahe suhkru vahel ega nende samaaegsel esitamisel ei leitud30. Lisaks Cohn et al. 41 ei näidanud 20% GLU, SUC, FRU ja GAL lisamist kanasöödale vastavatele FA profiilidele. Need spektrid saadi pigem tehnilistest kui bioloogilistest kordustest, mis, nagu autorid selgitasid, võivad statistilist analüüsi piirata. Lisaks piirab iso-suhkru kontrolli puudumine (kasutades CEL-i) tulemuste tõlgendamist. Hiljuti viidi läbi kaks Nugroho RA jt uuringut. näitasid kõrvalekaldeid FA spektrites 42, 43. Esimeses uuringus uurisid Nugroho RA et al. 43 testis fermenteeritud palmituumajahule FRU lisamise mõju. Saadud vastsete FA profiil näitas ebanormaalselt kõrget PUFA taset, millest enam kui 90% pärines 10% FRU-d sisaldavast dieedist (sarnaselt meie uuringuga). Kuigi see dieet sisaldas PUFA-rikkaid kalagraanuleid, ei olnud vastsete teatatud FA profiili väärtused kontrolltoidul, mis koosnes 100% fermenteeritud PCM-ist, ühegi varem teatatud profiiliga, eriti C18:3n3 ebanormaalse tasemega 17,77. ± 1,67% ja 26,08 ± 0,20% konjugeeritud linoolhappe puhul (C18:2n6t), haruldane linoolhappe isomeer. Teine uuring näitas sarnaseid tulemusi, sealhulgas FRU, GLU, MAL ja SUC42 kääritatud palmituumajahus. Need uuringud, nagu meiegi, toovad esile tõsised raskused BSF-i vastsete toitumiskatsete tulemuste võrdlemisel, nagu kontrollivalikud, koostoimed teiste toitainete allikatega ja FA analüüsimeetodid.
Katsete käigus täheldasime, et substraadi värvus ja lõhn varieerusid sõltuvalt kasutatud dieedist. See viitab sellele, et mikroorganismid võivad mängida rolli substraadis ja vastsete seedesüsteemis täheldatud tulemustes. Tegelikult metaboliseeruvad monosahhariidid ja disahhariidid kergesti koloniseerivate mikroorganismide poolt. Lahustuvate suhkrute kiire tarbimine mikroorganismide poolt võib põhjustada suurtes kogustes mikroobide ainevahetusprodukte, nagu etanool, piimhape, lühikese ahelaga rasvhapped (nt äädikhape, propioonhape, võihape) ja süsinikdioksiid44. Mõned neist ühenditest võivad olla vastutavad surmava toksilise toime eest vastsetele, mida on täheldanud ka Cohn et al.41 sarnastes arengutingimustes. Näiteks etanool on putukatele kahjulik45. Suures koguses süsinikdioksiidi emissioon võib põhjustada selle kogunemist paagi põhja, mis võib jätta atmosfääri hapnikust ilma, kui õhuringlus ei võimalda selle vabanemist. Seoses SCFA-dega on nende mõju putukatele, eriti H. illucensile, endiselt halvasti mõistetav, kuigi piimhape, propioonhape ja võihape on Callosobruchus maculatus'e (Fabricius 1775)46 puhul osutunud surmavaks. Drosophila melanogaster Meigen 1830 puhul on need SCFA-d haistmismarkerid, mis suunavad emasloomi munarakukohtadesse, mis viitab kasulikule rollile vastsete arengus47. Äädikhape on aga klassifitseeritud ohtlikuks aineks ja võib oluliselt pärssida vastsete arengut47. Seevastu on hiljuti leitud, et mikroobse päritoluga laktaadil on Drosophila48-s kaitsev toime invasiivsete soolestiku mikroobide vastu. Lisaks mängivad seedesüsteemi mikroorganismid ka putukate CH seedimisel rolli49. Selgroogsetel on kirjeldatud SCFA-de füsioloogilisi mõjusid soolestiku mikrobiootale, nagu toitumiskiirus ja geeniekspressioon. Neil võib olla ka troofiline mõju H. illucens'i vastsetele ja need võivad osaliselt kaasa aidata FA profiilide reguleerimisele. Nende mikroobsete fermentatsioonitoodete toitumismõjude uuringud selgitavad nende mõju H. illucensi toitumisele ja loovad aluse tulevasteks uuringuteks kasulike või kahjulike mikroorganismide kohta nende arengu ja FA-rikaste substraatide väärtuse osas. Sellega seoses uuritakse üha enam mikroorganismide rolli massiliselt kasvatatavate putukate seedimisprotsessides. Putukaid on hakatud vaatlema kui bioreaktoreid, mis pakuvad pH- ja hapnikuga varustamise tingimusi, mis hõlbustavad mikroorganismide arengut, mis on spetsialiseerunud putukatele raskesti seeditavate toitainete lagundamisele või detoksifitseerimisele 51 . Hiljuti näitasid Xiang et al.52, et näiteks orgaaniliste jäätmete inokuleerimine bakteriseguga võimaldab CF-l meelitada ligi lignotselluloosi lagundamisele spetsialiseerunud baktereid, parandades selle lagunemist substraadis võrreldes vastseteta substraatidega.
Lõpuks, mis puudutab orgaaniliste jäätmete kasulikku kasutamist H. illucensi poolt, siis CEL- ja SUC-dieedid tekitasid päevas kõige rohkem vastseid. See tähendab, et vaatamata üksikute isendite väiksemale lõppmassile on seedimatust CH-st koosneval substraadil toodetud vastsete kogukaal võrreldav monosahhariide ja disahhariide sisaldava homosahhariiddieedi puhul saadud vastsete kogumassiga. Meie uuringus on oluline märkida, et teiste toitainete tase on vastsete populatsiooni kasvu toetamiseks piisav ja CEL-i lisamist tuleks piirata. Siiski on vastsete lõplik koostis erinev, mis rõhutab putukate väärtustamise õige strateegia valimise tähtsust. Täissöödaga söödetud CEL-vastsed sobivad oma väiksema rasvasisalduse ja madalama lauriinhappesisalduse tõttu rohkem loomasöödaks, SUC- või MAL-toiduga toidetud vastsed aga vajavad rasvatustamist pressimise teel, et tõsta õli väärtust, eriti biokütuses. sektoris. LAC-d leidub piimatööstuse kõrvalsaadetes, nagu juustutootmise vadak. Hiljuti parandas selle kasutamine (3,5% laktoosi) vastse lõplikku kehakaalu53. Selle uuringu kontrolldieet sisaldas aga poole vähem lipiidide sisaldusest. Seetõttu võis LAC-i toitumisvastast toimet neutraliseerida toidulipiidide vastsete bioakumuleerumine.
Nagu on näidanud varasemad uuringud, mõjutavad monosahhariidide ja disahhariidide omadused oluliselt BSFL-i kasvu ja moduleerivad selle FA-profiili. Eelkõige näib, et LAC mängib vastsete arengu ajal toitumisvastast rolli, piirates CH kättesaadavust lipiidide imendumiseks toidu kaudu, soodustades seeläbi UFA bioakumulatsiooni. Selles kontekstis oleks huvitav läbi viia bioanalüüse, kasutades dieeti, mis ühendab PUFA ja LAC. Veelgi enam, mikroorganismide roll, eriti suhkru kääritamisprotsessidest pärinevate mikroobsete metaboliitide (nagu SCFA-d) roll, jääb uurimist väärivaks uurimisteemaks.
Putukad saadi 2017. aastal Belgias Gembloux's Agro-Bio Techis asutatud funktsionaalse ja evolutsioonilise entomoloogia laboratooriumi BSF-kolooniast (kasvatusmeetodite kohta vt täpsemalt Hoc jt 19). Eksperimentaalseteks katseteks koguti iga päev aretuspuuridest juhuslikult 2,0 g BSF-i mune ja inkubeeriti 2,0 kg 70% märjasöödas (Aveve, Leuven, Belgia). Viis päeva pärast koorumist eraldati vastsed substraadist ja loendati katselistel eesmärkidel käsitsi. Mõõdeti iga partii algkaal. Üksikisiku keskmine kaal oli 7, 125 ± 0, 41 mg ja iga ravi keskmine on näidatud täiendavas tabelis S2.
Dieedi koostis kohandati Barragan-Fonseca jt uuringu põhjal. 38 . Lühidalt öeldes leiti kompromiss vastsete kanade sama söödakvaliteedi, sarnase kuivaine (DM) sisalduse, kõrge CH (10% värske toidu põhjal) ja tekstuuri vahel, kuna lihtsatel suhkrutel ja disahhariididel puuduvad tekstuuriomadused. Tootja andmetel (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Belgia) lisati testitud CH (st lahustuv suhkur) eraldi autoklaavitud vesilahusena (15,9%) toidule, mis sisaldas 16,0% valku, 5,0% üldlipiide, 11,9% jahvatatud kanasööt, mis koosneb tuhast ja 4,8% kiudainetest. Igas 750 ml purgis (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Belgia) segati 101,9 g autoklaavitud CH lahust 37,8 g kanasöödaga. Iga dieedi puhul oli kuivainesisaldus 37,0%, sealhulgas homogeenne valk (11,7%), homogeensed lipiidid (3,7%) ja homogeensed suhkrud (26,9% lisatud CH-st). Testitud CH olid glükoos (GLU), fruktoos (FRU), galaktoos (GAL), maltoos (MAL), sahharoos (SUC) ja laktoos (LAC). Kontrolltoit koosnes tselluloosist (CEL), mida peetakse H. illucens vastsete jaoks seedimatuks 38 . Sada 5-päevast vastset asetati kaanega varustatud alusele, mille keskel oli 1 cm läbimõõduga auk ja mis kaeti plastikust sääsevõrguga. Iga dieeti korrati neli korda.
Vastsete kaal mõõdeti kolm päeva pärast katse algust. Iga mõõtmise jaoks eemaldati steriilse sooja vee ja tangidega substraadist 20 vastset, kuivatati ja kaaluti (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, USA). Pärast kaalumist viidi vastsed tagasi substraadi keskele. Mõõtmisi tehti regulaarselt kolm korda nädalas kuni esimese prepupa tärkamiseni. Sel hetkel koguge, loendage ja kaaluge kõik vastsed, nagu eelnevalt kirjeldatud. Eraldage 6. staadiumi vastsed (st valged vastsed, mis vastavad nukueelsele staadiumile) ja eelnukud (st viimane vastse staadium, mille jooksul BSF-i vastsed muutuvad mustaks, lõpetavad toitumise ja otsivad metamorfoosiks sobivat keskkonda) ja säilitage 18°C koostise analüüsiks. Saagis arvutati ühe tassi kohta saadud putukate (6. staadiumis vastsete ja eelnukkide) kogumassi (g) ja arenguaja (d) suhtena. Kõik tekstis olevad keskmised väärtused on väljendatud kujul: keskmine ± SD.
Kõik järgnevad etapid, milles kasutati lahusteid (heksaan (Hex), kloroform (CHCl3), metanool (MeOH)), viidi läbi tõmbekapi all ja nõudsid nitriilkindate, põllede ja kaitseprillide kandmist.
Valgeid vastseid kuivatati FreeZone6 külmkuivatis (Labconco Corp., Kansas City, MO, USA) 72 tundi ja seejärel jahvatati (IKA A10, Staufen, Saksamaa). Üldlipiidid ekstraheeriti ±1 g pulbrist Folchi meetodil 54. Iga lüofiliseeritud proovi jääkniiskuse sisaldus määrati kahes korduses, kasutades niiskusanalüsaatorit (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Saksamaa), et korrigeerida üldlipiidide sisaldust.
Kogu lipiidid transesterdati happelistes tingimustes, et saada rasvhapete metüülestrid. Lühidalt, ligikaudu 10 mg lipiide/100 µl CHCl3 lahust (100 µl) aurustati lämmastikuga 8 ml Pyrex© torus (SciLabware – DWK Life Sciences, London, UK). Tuub asetati heksaani (0,5 ml) (PESTINORM® SUPRATRACE n-heksaan > 95% orgaaniliste jälgede analüüsiks, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) ja Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) lahusesse (0,5 ml) veevannis temperatuuril 70 °C 90 minutit. Pärast jahutamist lisati 10% H2SO4 vesilahus (0,2 ml) ja küllastunud NaCl lahus (0,5 ml). Segage katsuti ja täitke segu puhta Hex-ga (8,0 ml). Osa ülemisest faasist kanti üle viaali ja analüüsiti gaasikromatograafia abil leekionisatsioonidetektoriga (GC-FID). Proove analüüsiti kasutades Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA), mis oli varustatud split/splitless injektoriga (240 °C) poolitusrežiimis (jaotatud vool: 10 ml/min), Stabilwax®-DA kolonni ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, USA) ja FID (250 °C). Temperatuuriprogramm seadistati järgmiselt: 50 °C 1 minutiks, tõus 150 °C-ni kiirusega 30 °C/min, tõus 240 °C-ni 4 °C/min ja jätkamine 240 °C juures 5 minutit. Hexi kasutati pimekatsena ja identifitseerimiseks kasutati 37 rasvhappe metüülestrit sisaldavat etalonstandardit (Supelco 37-komponentne FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Belgia). Küllastumata rasvhapete (UFA) identifitseerimist kinnitas kõikehõlmav kahemõõtmeline GC (GC × GC-FID) ja isomeeride olemasolu määrati täpselt Ferrara jt meetodi kerge kohandamisega. 55. Seadme üksikasjad leiate lisatabelist S3 ja tulemused täiendavalt jooniselt S5.
Andmed esitatakse Exceli tabelivormingus (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA). Statistiline analüüs viidi läbi, kasutades R Studio (versioon 2023.12.1+402, Boston, USA) 56 . Andmeid vastsete massi, arenguaja ja produktiivsuse kohta hinnati lineaarse mudeli (LM) abil (käsk “lm”, R pakett “stats” 56 ), kuna need sobisid Gaussi jaotusega. Elulemuse määrad binoommudeli analüüsi abil hinnati üldise lineaarse mudeli (GLM) abil (käsk “glm”, R pakett “lme4” 57 ). Normaalsust ja homoskedastilisust kinnitati Shapiro testiga (käsk “shapiro.test”, R pakett “stats” 56 ) ja andmete dispersiooni analüüsiga (käsk betadisper, R pakett “vegan” 58 ). Pärast LM- või GLM-testi oluliste p-väärtuste (p <0,05) paarikaupa analüüsi tuvastati EMM-testi abil rühmadevahelised olulised erinevused (käsk “emmeans”, R-pakett “emmeans” 59).
Täielikke FA-spektreid võrreldi mitme muutujaga dispersioonanalüüsi (st permMANOVA; käsk "adonis2", R pakett "vegan" 58) abil, kasutades eukleidilist kaugusmaatriksit ja 999 permutatsiooni. See aitab tuvastada rasvhappeid, mida mõjutavad toidus sisalduvate süsivesikute olemus. FA profiilide olulisi erinevusi analüüsiti täiendavalt paaride võrdluste abil. Seejärel visualiseeriti andmed põhikomponentide analüüsi (PCA) abil (käsk “PCA”, R-pakett “FactoMineR” 60). Nende erinevuste eest vastutav FA tuvastati korrelatsiooniringide tõlgendamise teel. Need kandidaadid kinnitati ühesuunalise dispersioonanalüüsi (ANOVA) abil (käsk “aov”, R pakett “stats” 56 ), millele järgnes Tukey post hoc test (käsk TukeyHSD, R pakett “stats” 56 ). Enne analüüsi hinnati normaalsust Shapiro-Wilki testiga, homoskedastilisust kontrolliti Bartletti testiga (käsk “bartlett.test”, R pakett “stats” 56) ja kui kumbki kahest eeldusest ei täitunud, kasutati mitteparameetrilist meetodit. . Võrreldi analüüse (käsk “kruskal.test”, R pakett “stats” 56 ) ja seejärel rakendati Dunni post hoc teste (käsk dunn.test, R pakett “dunn.test” 56 ).
Käsikirja lõplikku versiooni kontrolliti Grammarly Editori abil inglise keele korrektorina (Grammarly Inc., San Francisco, California, USA) 61 .
Käesoleva uuringu käigus loodud ja analüüsitud andmekogumid on mõistliku taotluse korral kättesaadavad vastavalt autorilt.
Kim, SW jt. Söödavalgu ülemaailmse nõudluse rahuldamine: väljakutsed, võimalused ja strateegiad. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R. et al. Ülevaade maailma söödavate putukate tootmise olukorra ja väljavaadete kohta. Entomol. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur et al. Must sõdurkärbes (Hermetia illucens) kui potentsiaalselt uuenduslik ja keskkonnasõbralik tööriist orgaaniliste jäätmete käitlemisel: lühike ülevaade. Jäätmekäitlusuuringud 41, 81–97 (2023).
Skala, A. et al. Kasvatussubstraat mõjutab tööstuslikult toodetud musta sõdurikärbsevastsete kasvu ja makrotoitainete seisundit. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK jt. Riivsaial kasvanud musta sõdurikärbsevastsete õliekstraktide antimikroobsed omadused. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. ja de Vries, W. (2020). Musta sõdurikärbse sõnniku kasutamise potentsiaalne kasu mullaparandusena toiduainete tootmisel ja keskkonnamõju vähendamine. Praegune arvamus. Roheline Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. et al. Musta sõdurikärbse lipiidid – uuenduslik ja jätkusuutlik allikas. Säästev areng, Vol. 13, (2021).
Van Huis, A. Putukad kui toit ja sööt, arenev valdkond põllumajanduses: ülevaade. J. Putukate sööt 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., and Beganovsky, A. Various uses of Black soldier fly in industry and agriculture – review. Bioloogia 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F. ja Caparros Megido, R. Hermetia illucensi kunstliku paljundamise optimeerimine. PLOS ONE 14, (2019).
Postitusaeg: 25. detsember 2024