Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS stuðning. Til að ná sem bestum árangri mælum við með að nota nýrri vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer). Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við birta síðuna án stíla og JavaScript.
Svarta hermannaflugan (Hermetia illucens, L. 1758) er alltætandi skordýr sem hefur mikla möguleika á að nýta kolvetnaríkar lífrænar aukaafurðir. Meðal kolvetna treysta svartar hermannaflugur á leysanlegan sykur fyrir vöxt og lípíðmyndun. Markmið þessarar rannsóknar var að meta áhrif algengra leysanlegra sykra á þróun, lifun og fitusýrusnið svartra herflugna. Bættu kjúklingafóðri með einsykrum og tvísykrum sérstaklega. Sellulósi var notaður sem viðmiðunarefni. Lirfur sem fengu glúkósa, frúktósa, súkrósa og maltósa uxu hraðar en samanburðarlirfur. Aftur á móti hafði laktósi næringareyðandi áhrif á lirfur, hægði á vexti og minnkaði endanlega líkamsþyngd einstaklingsins. Hins vegar gerðu allir leysanlegir sykur lirfur feitari en þær sem fengu viðmiðunarfæði. Athyglisvert er að prófaðar sykrur mótuðu fitusýrusniðið. Maltósi og súkrósa jók innihald mettaðra fitusýra samanborið við sellulósa. Aftur á móti jók laktósi uppsöfnun ómettaðra fitusýra í fæðu. Þessi rannsókn er sú fyrsta sem sýnir fram á áhrif leysanlegs sykurs á fitusýrusamsetningu svartra hermannaflugulirfa. Niðurstöður okkar benda til þess að prófuð kolvetni hafi marktæk áhrif á fitusýrusamsetningu svartra herflugulirfa og geti því ráðið endanlega notkun þeirra.
Heimseftirspurn eftir orku og dýrapróteinum heldur áfram að aukast1. Í samhengi við hlýnun jarðar er brýnt að finna grænni valkosti við jarðefnaorku og hefðbundnar matvælaframleiðsluaðferðir um leið og framleiðslu aukist. Skordýr eru efnilegir frambjóðendur til að taka á þessum málum vegna minni efnasamsetningar og umhverfisáhrifa samanborið við hefðbundið búfjárrækt2. Meðal skordýra er frábær frambjóðandi til að takast á við þessi mál svarta hermannaflugan (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), óæskileg tegund sem er fær um að nærast á ýmsum lífrænum undirlagi3. Þess vegna gæti hagnýting þessara hvarfefna með BSF ræktun skapað nýja uppsprettu hráefna til að mæta þörfum ýmissa atvinnugreina.
BSF lirfur (BSFL) geta nærst á aukaafurðum úr landbúnaði og landbúnaðariðnaði eins og korni frá bruggvélum, grænmetisleifum, ávaxtakvoða og grófu brauði, sem henta sérstaklega vel fyrir BSFL vöxt vegna mikils kolvetna (CH)4,5, 6 innihald. Stórframleiðsla á BSFL hefur í för með sér myndun tveggja afurða: saur, blöndu af hvarfefnisleifum og saur sem hægt er að nota sem áburð fyrir plönturæktun7 og lirfur sem eru aðallega samsettar úr próteinum, lípíðum og kítíni. Prótein og lípíð eru aðallega notuð í búfjárrækt, lífeldsneyti og snyrtivörur8,9. Hvað kítín varðar, þá finnur þessi líffjölliða notkun í landbúnaðarmatvælageiranum, líftækni og heilsugæslu10.
BSF er sjálfgengt, holometabolous skordýr, sem þýðir að myndbreyting þess og æxlun, sérstaklega orkunotkunarstig lífsferils skordýrsins, er að öllu leyti studd af næringarforða sem myndast við vöxt lirfa11. Nánar tiltekið leiðir nýmyndun próteina og lípíða til þróunar fitulíkamans, mikilvægs geymslulíffæris sem losar orku á meðan á fæðulausum stigum BSF stendur: prepupa (þ.e. lokastig lirfunnar þar sem BSF-lirfur verða svartar á meðan þær fæða og leita fyrir umhverfi sem hentar fyrir myndbreytingu), púpur (þ.e. óhreyfanlegt stig þar sem skordýrið fer í myndbreytingu) og fullorðna12,13. CH er aðalorkugjafinn í mataræði BSF14. Meðal þessara næringarefna er trefjaríkt CH eins og hemicellulose, sellulósa og lignín, ólíkt tvísykrum og fjölsykrum (eins og sterkju), ekki hægt að melta með BSFL15,16. Melting CH er mikilvægt bráðabirgðaskref fyrir upptöku kolvetna, sem að lokum eru vatnsrofið í einfaldar sykur í þörmum16. Einföldu sykrurnar geta síðan frásogast (þ.e. í gegnum kviðhimnu þarma) og umbrotnar til að framleiða orku17. Eins og fyrr segir geyma lirfur umframorku sem lípíð í fitulíkamanum12,18. Geymslulípíðin samanstanda af þríglýseríðum (hlutlaus lípíð mynduð úr einni glýserólsameind og þremur fitusýrum) sem lirfurnar búa til úr einföldum sykri í fæðu. Þessir CH veita asetýl-CoA hvarfefnin sem þarf til lífmyndunar fitusýru (FA) í gegnum fitusýrusyntasa og þíóesterasa ferlið19. Fitusýrusnið H. illucens lípíða einkennist náttúrulega af mettuðum fitusýrum (SFA) með hátt hlutfall af laurínsýru (C12:0)19,20. Þess vegna er hátt fituinnihald og fitusýrusamsetning ört að verða takmarkandi þáttur fyrir notkun heillar lirfa í dýrafóður, sérstaklega í fiskeldi þar sem þörf er á fjölómettaðar fitusýrur (PUFA)21.
Frá því að BSFL uppgötvaði möguleika BSFL til að draga úr lífrænum úrgangi hafa rannsóknir á gildi ýmissa aukaafurða sýnt að samsetning BSFL er að hluta til stjórnað af mataræði þess. Eins og er, heldur reglugerðin um FA prófíl H. illucens áfram að batna. Sýnt hefur verið fram á hæfni BSFL til að safna PUFA í lífverum á PUFA-ríkum hvarfefnum eins og þörungum, fiskúrgangi eða mjöli eins og hörfræi, sem veitir meiri gæða FA prófíl fyrir dýrafóður19,22,23. Aftur á móti, fyrir aukaafurðir sem ekki eru auðguð á PUFA, er ekki alltaf fylgni á milli FA sniða í fæðu og FA FA, sem gefur til kynna áhrif annarra næringarefna24,25. Reyndar eru áhrif meltanlegs CH á FA snið enn illa skilin og vanrannsökuð24,25,26,27.
Eftir því sem við best vitum, þrátt fyrir að heildareinsykrur og tvísykrur séu mikið í fæði H. illucens, er næringarhlutverk þeirra enn illa skilið í H. illucens næringu. Markmið þessarar rannsóknar var að skýra áhrif þeirra á BSFL næringu og lípíðsamsetningu. Við munum meta vöxt, lifun og framleiðni lirfa við mismunandi næringarskilyrði. Síðan munum við lýsa lípíðinnihaldi og fitusýrusniði hvers mataræðis til að varpa ljósi á áhrif CH á BSFL næringargæði.
Við gerðum þá tilgátu að eðli prófaðs CH myndi hafa áhrif á (1) lirfuvöxt, (2) heildarfitumagn og (3) móta FA prófílinn. Einsykrur geta frásogast beint, en tvísykrur verða að vera vatnsrofnar. Einsykrur eru því tiltækari sem beinir orkugjafar eða undanfarar fyrir fitumyndun í gegnum FA syntasa og þíóesterasa ferlið, og auka þar með H. illucens lirfuvöxt og stuðla að uppsöfnun varalípíða (sérstaklega laurínsýru).
Prófað CH hafði áhrif á meðallíkamsþyngd lirfa meðan á vexti stóð (mynd 1). FRU, GLU, SUC og MAL jók líkamsþyngd lirfunnar svipað og viðmiðunarfæði (CEL). Aftur á móti virtust LAC og GAL draga úr lirfuþroska. Sérstaklega hafði LAC marktæk neikvæð áhrif á lirfuvöxt miðað við SUC allt vaxtartímabilið: 9,16 ± 1,10 mg á móti 15,00 ± 1,01 mg á degi 3 (F6,21 = 12,77, p < 0,001; mynd 1), 125,11 ± 426. mg og 211,79 ± 14,93 mg, á 17. degi (F6,21 = 38,57, p < 0,001; mynd 1).
Notaðu mismunandi einsykrur (frúktósa (FRU), galaktósa (GAL), glúkósa (GLU)), tvísykrur (laktósa (LAC), maltósa (MAL), súkrósa (SUC) og sellulósa (CEL) sem viðmiðunarefni. Vöxtur lirfa sem eru fóðraðar með svörtum herflugulirfum. Hver punktur á ferlinum táknar meðalþyngd einstaklings (mg) sem er reiknuð með því að vigta 20 lirfur af handahófi úr 100 lirfum þýði (n = 4). Villustikur tákna SD.
CEL mataræðið gaf frábæra lirfulifun upp á 95,5 ± 3,8%. Ennfremur minnkaði lifun á H. illucens fóðri sem innihélt leysanlegt CH (GLM: χ = 107,13, df = 21, p < 0,001), sem orsakaðist af MAL og SUC (tvísykrum) í CH sem rannsakað var. Dánartíðni var lægri en GLU, FRU, GAL (einsykrur) og LAC (EMM: p < 0,001, mynd 2).
Boxplot af lifun svartra hermannaflugulirfa meðhöndlaðir með ýmsum einsykrum (frúktósa, galaktósa, glúkósa), tvísykrum (laktósa, maltósi, súkrósa) og sellulósa sem viðmiðunarefni. Meðferðir með sama bókstaf eru ekki marktækt frábrugðnar hver annarri (EMM, p > 0,05).
Allt mataræði sem var prófað leyfði lirfum að komast á undirbúningsstig. Hins vegar höfðu CH-efnin sem prófuð voru tilhneigingu til að lengja lirfuþroska (F6,21=9,60, p<0,001; Tafla 1). Einkum tóku lirfur sem fengu GAL og LAC lengri tíma að ná stigi fyrir púpu samanborið við lirfur sem voru aldar upp á CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Tafla 1).
Prófað CH hafði einnig mismunandi áhrif á líkamsþyngd lirfunnar, þar sem líkamsþyngd lirfa sem fengu CEL fæði náði 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p < 0,001; mynd 3). FRU, GLU, MAL og SUC leiddu til að meðalþyngd lirfunnar var meira en 200 mg, sem var marktækt hærri en CEL (p < 0,05). Aftur á móti voru lirfur sem fengu GAL og LAC lægri líkamsþyngd, að meðaltali 177,64 ± 4,23 mg og 156,30 ± 2,59 mg, í sömu röð (p < 0,05). Þessi áhrif voru meira áberandi með LAC, þar sem endanleg líkamsþyngd var lægri en með samanburðarfæði (CEL-LAC: munur = 23,89 mg; p = 0,03; mynd 3).
Meðalþyngd einstakra lirfa gefin upp sem lirfublettir (mg) og svartar hermannaflugur gefið upp sem súlurit (g) sem eru fóðraðar með mismunandi einsykrum (frúktósa, galaktósa, glúkósa), tvísykrum (laktósi, maltósi, súkrósa) og sellulósa (sem viðmiðun). Dálkastafir tákna hópa sem eru verulega ólíkir í heildarþyngd lirfunnar (p < 0,001). Bókstafir sem tengjast lirfublettum tákna hópa með marktækt mismunandi þyngd einstakra lirfu (p < 0,001). Villustikur tákna SD.
Hámarksþyngd einstaklings var óháð endanlegri heildarþyngd lirfunnar. Reyndar jók fæði sem innihélt FRU, GLU, MAL og SUC ekki heildarþyngd lirfu sem framleidd var í tankinum samanborið við CEL (Mynd 3). Hins vegar minnkaði LAC marktækt heildarþyngd (CEL-LAC: munur = 9,14 g; p < 0,001; mynd 3).
Tafla 1 sýnir uppskeruna (lirfur/dag). Athyglisvert er að ákjósanlegur ávöxtun CEL, MAL og SUC var svipaður (tafla 1). Aftur á móti lækkuðu FRU, GAL, GLU og LAC uppskeruna miðað við CEL (tafla 1). GAL og LAC stóðu sig verst: uppskeran var helminguð í aðeins 0,51 ± 0,09 g lirfur/dag og 0,48 ± 0,06 g lirfa/dag, í sömu röð (tafla 1).
Einsykrur og tvísykrur juku fituinnihald CF lirfanna (tafla 1). Á CLE fæði fengust lirfur með lípíðinnihald 23,19 ± 0,70% af DM innihaldi. Til samanburðar var meðallípíðinnihald í lirfum sem voru fóðraðar með leysanlegum sykri meira en 30% (tafla 1). Hins vegar jókst prófuðu CHs fituinnihald sitt að sama marki.
Eins og búist var við höfðu CG einstaklingar mismikil áhrif á FA prófíl lirfanna (mynd 4). SFA innihaldið var hátt í öllum fæði og náði meira en 60%. MAL og SUC komu FA prófílnum í ójafnvægi, sem leiddi til aukningar á SFA innihaldi. Í tilviki MAL, annars vegar, leiddi þetta ójafnvægi aðallega til lækkunar á innihaldi einómettaðra fitusýra (MUFA) (F6,21 = 7,47; p < 0,001; mynd 4). Aftur á móti, fyrir SUC, var lækkunin jafnari á milli MUFA og PUFA. LAC og MAL höfðu gagnstæð áhrif á FA litrófið (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; 4). Lægra hlutfall SFA í LAC-fóðruðum lirfum virðist auka MUFA innihald. Sérstaklega var MUFA-magn hærra í LAC-fóðruðum lirfum samanborið við aðra leysanlega sykra nema GAL (F6,21 = 7,47; p < 0,001; mynd 4).
Notuð eru mismunandi einsykrur (frúktósa (FRU), galaktósa (GAL), glúkósa (GLU)), tvísykrur (laktósa (LAC), maltósa (MAL), súkrósa (SUC) og sellulósa (CEL) sem viðmið, kassarit af fitusýru samsetning fóðruð á svarta hermannaflugulirfur. Niðurstöður eru gefnar upp sem hlutfall af heildar FAME. Meðferðir merktar með mismunandi stöfum eru marktækt mismunandi (p < 0,001). (a) Hlutfall mettaðra fitusýra; (b) einómettaðar fitusýrur; (c) Fjölómettaðar fitusýrur.
Meðal auðkenndra fitusýra var laurínsýra (C12:0) ríkjandi í öllum litrófum sem sáust (meira en 40%). Önnur til staðar SFA voru palmitínsýra (C16:0) (minna en 10%), sterínsýra (C18:0) (minna en 2,5%) og kaprínsýra (C10:0) (minna en 1,5%). MUFA voru aðallega táknuð með olíusýru (C18:1n9) (minna en 9,5%), en PUFA voru aðallega samsett úr línólsýru (C18:2n6) (minna en 13,0%) (sjá viðbótartöflu S1). Að auki var ekki hægt að greina lítið hlutfall efnasambanda, sérstaklega í litróf CEL lirfa, þar sem óþekkt efnasamband númer 9 (UND9) var að meðaltali 2,46 ± 0,52% (sjá viðbótartöflu S1). GC×GC-FID greining benti til þess að þetta gæti verið 20 kolefnis fitusýra með fimm eða sex tvítengi (sjá viðbótarmynd S5).
PERMANOVA greiningin leiddi í ljós þrjá aðskilda hópa byggða á fitusýrusniðum (F6,21 = 7,79, p <0,001; mynd 5). Aðalþáttagreining (PCA) á TBC litrófinu sýnir þetta og er útskýrð með tveimur þáttum (Mynd 5). Helstu þættirnir útskýrðu 57,9% af frávikinu og innihéldu, í mikilvægisröð, laurínsýra (C12:0), olíusýra (C18:1n9), palmitínsýra (C16:0), sterínsýra (C18:0) og línólensýra (C18:3n3) (sjá mynd S4). Annar þátturinn útskýrði 26,3% af frávikinu og innihélt, í mikilvægisröð, dekansýru (C10:0) og línólsýru (C18:2n6 cis) (sjá viðbótarmynd S4). Snið á mataræði sem inniheldur einfaldar sykur (FRU, GAL og GLU) sýndu svipaða eiginleika. Aftur á móti gáfu tvísykrur mismunandi snið: MAL og SUC annars vegar og LAC hins vegar. Sérstaklega var MAL eini sykurinn sem breytti FA prófílnum miðað við CEL. Að auki var MAL sniðið verulega frábrugðið FRU og GLU sniðunum. Sérstaklega sýndi MAL sniðið hæsta hlutfall C12:0 (54,59 ± 2,17%), sem gerir það sambærilegt við CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) og GLU (48,38 ± 2,17%) snið (sjá viðbótartöflu S1). MAL litrófið sýndi einnig lægsta C18:1n9 innihaldið (9,52 ± 0,50%), sem aðgreindi það enn frekar frá LAC (12,86 ± 0,52%) og CEL (12,40 ± 1,31%) litrófinu. Svipuð þróun sást fyrir C16:0. Í öðrum þættinum sýndi LAC litrófið hæsta C18:2n6 innihaldið (17,22 ± 0,46%), en MAL sýndi það lægsta (12,58 ± 0,67%). C18:2n6 aðgreindi einnig LAC frá samanburði (CEL), sem sýndi lægri gildi (13,41 ± 2,48%) (sjá viðbótartöflu S1).
PCA plot af fitusýrusniði svartra hermannaflugulirfa með mismunandi einsykrur (frúktósa, galaktósa, glúkósa), tvísykrur (laktósa, maltósi, súkrósa) og sellulósa sem viðmiðunarefni.
Til að rannsaka næringaráhrif leysanlegra sykurs á lirfur H. illucens var sellulósa (CEL) í kjúklingafóðri skipt út fyrir glúkósa (GLU), frúktósa (FRU), galaktósa (GAL), maltósa (MAL), súkrósa (SUC) og laktósa (LAC). Hins vegar höfðu einsykrur og tvísykrur mismunandi áhrif á þróun, lifun og samsetningu HF lirfa. Til dæmis höfðu GLU, FRU og tvísykrur þeirra (MAL og SUC) jákvæð stuðningsáhrif á lirfuvöxt, sem gerði þeim kleift að ná hærri lokaþyngd en CEL. Ólíkt ómeltanlegu CEL, geta GLU, FRU og SUC farið framhjá þörmum og þjónað sem mikilvægar næringargjafar í samsettum mataræði16,28. MAL skortir sérstaka dýraflutninga og er talið að það sé vatnsrofið í tvær glúkósasameindir fyrir aðlögun15. Þessar sameindir eru geymdar í skordýralíkamanum sem bein orkugjafi eða sem lípíð18. Í fyrsta lagi, með tilliti til þess síðarnefnda, gæti einhver sá munur sem sést innan mótorku stafað af litlum mun á kynjahlutföllum. Reyndar, hjá H. illucens, getur æxlun verið algjörlega sjálfkrafa: fullorðnar kvendýr hafa náttúrulega nægan varpforða og eru þyngri en karldýr29. Hins vegar tengist fitusöfnun í BSFL við inntöku leysanlegs CH2 í fæðu, eins og áður hefur sést fyrir GLU og xýlósa26,30. Til dæmis sáu Li et al.30 að þegar 8% GLU var bætt við lirfufæði jókst fituinnihald BSF lirfa um 7,78% samanborið við viðmið. Niðurstöður okkar eru í samræmi við þessar athuganir, sem sýna að fituinnihald lirfa sem fengu leysanlega sykurinn var hærra en í lirfum sem fengu CEL fæði, samanborið við 8,57% aukningu með GLU viðbót. Það kemur á óvart að svipaðar niðurstöður sáust hjá lirfum sem fengu GAL og LAC, þrátt fyrir skaðleg áhrif á lirfuvöxt, endanlega líkamsþyngd og lifun. Lirfur sem fengu LAC voru marktækt minni en þær sem fengu CEL fæði, en fituinnihald þeirra var sambærilegt við lirfur sem fengu hinar leysanlegu sykrurnar. Þessar niðurstöður undirstrika næringarhamlandi áhrif laktósa á BSFL. Í fyrsta lagi inniheldur mataræðið mikið magn af CH. Frásogs- og vatnsrofskerfi einsykrra og tvísykrra, í sömu röð, geta náð mettun og valdið flöskuhálsum í aðlögunarferlinu. Hvað varðar vatnsrof, þá er það framkvæmt af α- og β-glúkósíðasa 31 . Þessi ensím hafa ákjósanleg hvarfefni eftir stærð þeirra og efnatengi (α eða β tengingar) á milli einsykrra þeirra 15 . Vatnsrof LAC í GLU og GAL fer fram með β-galaktósíðasa, ensími sem hefur verið sýnt fram á í þörmum BSF 32 . Hins vegar getur tjáning þess verið ófullnægjandi miðað við magn LAC sem lirfur neyta. Aftur á móti geta α-glúkósíðasi maltasi og súkrasi 15, sem vitað er að eru ríkulega tjáð í skordýrum, brotið niður mikið magn af MAL og súkrósa SUC og þar með takmarkað þessi seðjandi áhrif. Í öðru lagi geta næringarhamlandi áhrif stafað af minni örvun á amýlasavirkni skordýra í þörmum og hægari fæðuhegðun samanborið við aðrar meðferðir. Reyndar hefur verið greint frá leysanlegum sykri sem örvandi ensímvirkni sem eru mikilvæg fyrir meltingu skordýra, eins og amýlasa, og sem kveikja á fæðuviðbrögðum33,34,35. Hversu örvun er breytileg eftir sameindabyggingu sykurs. Reyndar þurfa tvísykrur vatnsrof fyrir frásog og hafa tilhneigingu til að örva amýlasa meira en einsykrur sem innihalda þær34. Aftur á móti hefur LAC vægari áhrif og hefur reynst vera ófær um að styðja við vöxt skordýra í ýmsum tegundum33,35. Til dæmis, í meindýrinu Spodoptera exigua (Boddie 1850), greindist engin vatnsrofsvirkni LAC í útdrætti af miðgirnisensímum af maðk36.
Varðandi FA litrófið benda niðurstöður okkar til verulegs mótunaráhrifa prófaðs CH. Athyglisvert er að þó að laurínsýra (C12:0) væri innan við 1% af heildar FA í fæðunni, var hún allsráðandi í öllum sniðum (sjá viðbótartöflu S1). Þetta er í samræmi við fyrri gögn um að laurínsýra sé mynduð úr CH í fæðu í H. illucens í gegnum feril sem felur í sér asetýl-CoA karboxýlasa og FA synthasa19,27,37. Niðurstöður okkar staðfesta að CEL er að mestu ómeltanlegt og virkar sem „fyllingarefni“ í BSF stjórn mataræði, eins og fjallað er um í nokkrum BSFL rannsóknum38,39,40. Með því að skipta út CEL fyrir einsykrur og tvísykrur aðrar en LAC jókst C12:0 hlutfallið, sem gefur til kynna aukna CH upptöku lirfa. Athyglisvert er að tvísykrurnar MAL og SUC stuðla að myndun laurínsýru á skilvirkari hátt en einsykrurnar sem innihalda þær, sem bendir til þess að þrátt fyrir meiri fjölliðun GLU og FRU, og þar sem Drosophila er eini súkrósaflutningsefnið sem hefur verið greint í dýraprótíntegundum, séu tvísykrurflutningsmenn. mega ekki vera til staðar í þörmum H. illucens lirfa15, nýtingu GLU og FRU er hækkað. Hins vegar, þó að GLU og FRU séu fræðilega auðveldari umbrotin af BSF, umbrotna þau einnig auðveldara af hvarfefnum og örverum í þörmum, sem getur leitt til hraðara niðurbrots þeirra og minni nýtingar lirfa samanborið við tvísykrur.
Við fyrstu sýn var fituinnihald lirfa sem fengu LAC og MAL sambærilegt, sem gefur til kynna svipað aðgengi þessara sykra. Hins vegar, á furðu, var FA snið LAC ríkara í SFA, sérstaklega með lægra C12:0 innihald, samanborið við MAL. Ein tilgáta til að útskýra þennan mun er að LAC geti örvað uppsöfnun FA í fæðunni með asetýl-CoA FA syntasa. Stuðningur við þessa tilgátu, LAC lirfur voru með lægsta hlutfall dekanóats (C10:0) (0,77 ± 0,13%) en CEL fæði (1,27 ± 0,16%), sem bendir til minnkaðrar FA syntasa og þíóesterasavirkni19. Í öðru lagi eru fitusýrur í fæðu talin helsta áhrifaþátturinn á SFA samsetningu H. illucens27. Í tilraunum okkar var línólsýra (C18:2n6) 54,81% af fitusýrum í fæðu, þar sem hlutfall LAC lirfa var 17,22 ± 0,46% og í MAL 12,58 ± 0,67%. Olíusýra (cis + trans C18:1n9) (23,22% í mataræði) sýndi svipaða þróun. Hlutfall α-línólensýru (C18:3n3) styður einnig tilgátuna um lífuppsöfnun. Vitað er að þessi fitusýra safnast fyrir í BSFL við auðgun hvarfefnis, svo sem við að bæta við hörfrækaka, allt að 6-9% af heildarfitusýrum í lirfum19. Í auðguðu fæði getur C18:3n3 verið allt að 35% af heildar fitusýrum í fæðunni. Hins vegar, í rannsókn okkar, var C18:3n3 aðeins 2,51% af fitusýrusniðinu. Þó hlutfallið sem fannst í náttúrunni væri lægra í lirfunum okkar, var þetta hlutfall hærra í LAC lirfum (0,87 ± 0,02%) en í MAL (0,49 ± 0,04%) (p < 0,001; sjá viðbótartöflu S1). CEL mataræðið var með millihlutfallið 0,72 ± 0,18%. Að lokum endurspeglar palmitínsýruhlutfallið (C16:0) í CF lirfum framlag tilbúna ferla og FA19 í fæðu. Hoc o.fl. 19 sá að C16:0 nýmyndun minnkaði þegar mataræði var auðgað með hörfræmjöl, sem var rakið til minnkunar á aðgengi asetýl-CoA hvarfefnisins vegna lækkunar á CH hlutfallinu. Það kemur á óvart að þrátt fyrir að bæði fæðin hafi svipað CH innihald og MAL sýndi hærra aðgengi, sýndu MAL lirfur lægsta C16:0 hlutfallið (10,46 ± 0,77%), en LAC sýndi hærra hlutfall, sem er 12,85 ± 0,27% (p < 0,05; sjá; sjá Viðbótartafla S1). Þessar niðurstöður undirstrika flókin áhrif næringarefna á BSFL meltingu og efnaskipti. Eins og er eru rannsóknir á þessu efni ítarlegri í Lepidoptera en í Diptera. Hjá maðkum var LAC auðkennt sem veikt örvandi fæðuhegðun samanborið við aðra leysanlega sykra eins og SUC og FRU34,35. Einkum, í Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), örvaði MAL neysla amylolytic virkni í þörmum í meira mæli en LAC34. Svipuð áhrif í BSFL geta útskýrt aukna örvun á C12:0 tilbúnu ferli í MAL lirfum, sem tengist aukinni CH frásogast í þörmum, langvarandi fóðrun og verkun amýlasa í þörmum. Minni örvun á fóðrunartaktinum í nærveru LAC getur einnig skýrt hægari vöxt LAC lirfa. Ennfremur, Liu Yanxia o.fl. 27 tók fram að geymsluþol lípíða í H. illucens hvarfefnum var lengur en CH. Þess vegna geta LAC lirfur treyst meira á lípíð í fæðunni til að ljúka þróun þeirra, sem getur aukið endanlegt lípíðinnihald þeirra og stillt fitusýrusnið þeirra.
Eftir því sem við best vitum hafa aðeins nokkrar rannsóknir prófað áhrif einsykra og tvísykru viðbót við BSF mataræði á FA prófíl þeirra. Í fyrsta lagi Li o.fl. 30 mátu áhrif GLU og xýlósa og sáu lípíðmagn svipað og okkar við 8% viðbót. FA-sniðið var ekki ítarlegt og samanstóð aðallega af SFA, en enginn munur fannst á milli sykranna tveggja eða þegar þær voru settar fram samtímis30. Ennfremur, Cohn o.fl. 41 sýndu engin áhrif af 20% GLU, SUC, FRU og GAL viðbót við kjúklingafóður á viðkomandi FA prófíl. Þessi litróf voru fengin úr tæknilegum frekar en líffræðilegum endurteknum, sem, eins og útskýrt af höfundum, getur takmarkað tölfræðilega greiningu. Ennfremur takmarkar skortur á samsætu-sykri (með því að nota CEL) túlkun á niðurstöðum. Nýlega voru tvær rannsóknir Nugroho RA o.fl. sýndu frávik í FA litrófinu42,43. Í fyrstu rannsókninni, Nugroho RA o.fl. 43 prófuðu áhrif þess að bæta FRU við gerjuð pálmakjarnamjöl. FA snið lirfanna sem mynduðust sýndi óeðlilega mikið magn af PUFA, meira en 90% af því voru unnin úr fæði sem innihélt 10% FRU (svipað og í rannsókn okkar). Þrátt fyrir að þetta fæði innihéldi PUFA-ríkar fiskkögglar, voru tilkynnt FA prófílgildi lirfanna á viðmiðunarfæðinu sem samanstóð af 100% gerjuðu PCM ekki í samræmi við neitt áður tilkynnt prófíl, sérstaklega óeðlilegt magn C18:3n3 upp á 17,77 ± 1,67% og 26,08 ± 0,20% fyrir samtengda línólsýru (C18:2n6t), sjaldgæf hverfa línólsýru. Önnur rannsóknin sýndi svipaðar niðurstöður þar á meðal FRU, GLU, MAL og SUC42 í gerjuð pálmakjarnamjöli. Þessar rannsóknir, eins og okkar, benda á alvarlega erfiðleika við að bera saman niðurstöður úr rannsóknum á mataræði fyrir lirfu BSF, svo sem val á eftirliti, samskipti við aðrar næringargjafa og FA greiningaraðferðir.
Við tilraunirnar sáum við að litur og lykt undirlagsins var mismunandi eftir því hvaða mataræði var notað. Þetta bendir til þess að örverur geti gegnt hlutverki í þeim árangri sem sést í undirlaginu og meltingarfærum lirfunnar. Reyndar eru einsykrur og tvísykrur auðveldlega umbrotnar með því að landvistar örverur. Hröð neysla örvera á leysanlegum sykri getur leitt til losunar í miklu magni af örveruefnaskiptavörum eins og etanóli, mjólkursýru, stuttkeðju fitusýrum (td ediksýru, própíónsýru, smjörsýru) og koltvísýringi44. Sum þessara efnasambanda kunna að vera ábyrg fyrir banvænum eituráhrifum á lirfur sem Cohn et al.41 sáu einnig við við svipaðar þroskaaðstæður. Til dæmis er etanól skaðlegt skordýrum45. Mikið magn af koltvísýringslosun getur leitt til þess að það safnast fyrir neðst í tankinum, sem getur svipt andrúmsloftið súrefni ef loftrásin leyfir ekki losun þess. Varðandi SCFA eru áhrif þeirra á skordýr, sérstaklega H. illucens, enn illa skilin, þó að sýnt hafi verið fram á að mjólkursýra, própíónsýra og smjörsýra séu banvæn í Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. Í Drosophila melanogaster Meigen 1830 eru þessi SCFA lyktarmerki sem leiðbeina kvendýrum að egglosstöðum, sem bendir til jákvæðs hlutverks í lirfuþroska47. Hins vegar er ediksýra flokkuð sem hættulegt efni og getur hamlað þroska lirfa verulega47. Aftur á móti hefur nýlega komið í ljós að laktat úr örverum hefur verndandi áhrif gegn ífarandi örverum í þörmum í Drosophila48. Ennfremur gegna örverur í meltingarkerfinu einnig hlutverki í CH meltingu í skordýrum49. Lífeðlisfræðilegum áhrifum SCFAs á örveru í þörmum, eins og fæðuhraði og genatjáning, hefur verið lýst í hryggdýrum 50 . Þeir geta einnig haft snertimyndandi áhrif á lirfur H. illucens og geta að hluta stuðlað að stjórnun FA-sniða. Rannsóknir á næringaráhrifum þessara örverugerjunarvara munu skýra áhrif þeirra á H. illucens næringu og leggja grunn að framtíðarrannsóknum á gagnlegum eða skaðlegum örverum með tilliti til þróunar þeirra og gildi FA-ríkra hvarfefna. Í þessu sambandi er í auknum mæli verið að rannsaka hlutverk örvera í meltingarferlum fjöldaræktaðra skordýra. Farið er að líta á skordýr sem lífhverfa, sem veita pH og súrefnisskilyrði sem auðvelda þróun örvera sem sérhæfa sig í niðurbroti eða afeitrun næringarefna sem erfitt er að melta skordýrum 51 . Nýlega sýndu Xiang et al.52 fram á að td sáning á lífrænum úrgangi með bakteríublöndu gerir CF kleift að laða að bakteríur sem sérhæfa sig í niðurbroti lignósellulósa, sem bætir niðurbrot þess í undirlaginu samanborið við hvarfefni án lirfa.
Að lokum, með tilliti til gagnlegrar notkunar á lífrænum úrgangi af hálfu H. illucens, framleiddu CEL og SUC fæðin mestan fjölda lirfa á dag. Þetta þýðir að þrátt fyrir lægri lokaþyngd einstakra einstaklinga er heildarþyngd lirfunnar sem myndast á hvarfefni sem samanstendur af ómeltanlegu CH sambærileg við það sem fæst á samsykrafæði sem inniheldur einsykrur og tvísykrur. Í rannsókn okkar er mikilvægt að hafa í huga að magn annarra næringarefna er nægilegt til að styðja við vöxt lirfustofnsins og að takmarka ætti viðbót CEL. Hins vegar er endanleg samsetning lirfanna mismunandi, sem undirstrikar mikilvægi þess að velja rétta stefnu til að nýta skordýrin. CEL lirfur sem fóðraðar eru með heilfóðri henta betur til notkunar sem dýrafóður vegna lægra fituinnihalds og lægra magns laurínsýru, en lirfur sem eru fóðraðar með SUC eða MAL fóðri þurfa fituhreinsun með pressun til að auka verðmæti olíunnar, sérstaklega í lífeldsneytinu. geira. LAC er að finna í aukaafurðum mjólkuriðnaðarins eins og mysu frá ostaframleiðslu. Nýlega hefur notkun þess (3,5% laktósa) bætt endanlega líkamsþyngd lirfunnar53. Hins vegar innihélt viðmiðunarfæði í þessari rannsókn helmingi minna fituinnihalds. Þess vegna gæti verið unnið gegn næringarhamlandi áhrifum LAC með uppsöfnun lípíða í lirfum.
Eins og sýnt hefur verið í fyrri rannsóknum hafa eiginleikar einsykrna og tvísykrna marktæk áhrif á vöxt BSFL og móta FA prófíl þess. Sérstaklega virðist LAC gegna næringareyðandi hlutverki meðan á lirfuþroska stendur með því að takmarka aðgengi CH til frásogs á fitu í fæðunni og stuðla þannig að uppsöfnun UFA. Í þessu samhengi væri áhugavert að framkvæma lífgreiningar með því að nota mataræði sem sameinar PUFA og LAC. Ennfremur er hlutverk örvera, sérstaklega hlutverk örveruumbrotsefna (eins og SCFA) sem eru unnin úr sykurgerjunarferlum, áfram rannsóknarefni sem vert er að rannsaka.
Skordýr voru fengin frá BSF nýlendunni í Laboratory of Functional and Evolutionary Entomology sem stofnað var árið 2017 í Agro-Bio Tech, Gembloux, Belgíu (fyrir frekari upplýsingar um eldisaðferðir, sjá Hoc o.fl. 19). Fyrir tilraunatilraunir var 2,0 g af BSF eggjum safnað af handahófi daglega úr ræktunarbúrum og ræktað í 2,0 kg af 70% blautu kjúklingafóðri (Aveve, Leuven, Belgíu). Fimm dögum eftir klak voru lirfur aðskildar frá undirlaginu og taldar handvirkt í tilraunaskyni. Upphafsþyngd hverrar lotu var mæld. Meðalþyngd einstaklings var 7,125 ± 0,41 mg og meðaltal fyrir hverja meðferð er sýnt í viðbótartöflu S2.
Mataræðissamsetningin var aðlöguð úr rannsókn Barragan-Fonseca o.fl. 38 . Í stuttu máli fannst málamiðlun á milli sömu fóðurgæða fyrir lirfukjúklinga, svipaðs þurrefnis (DM) innihalds, hátts CH (10% miðað við ferskt fæði) og áferðar, þar sem einföld sykur og tvísykrur hafa enga áferðareiginleika. Samkvæmt upplýsingum framleiðanda (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Belgíu) var prófað CH (þ.e. leysanlegum sykri) bætt sérstaklega sem autoclaved vatnslausn (15,9%) í fæði sem samanstóð af 16,0% próteini, 5,0% heildarfitu, 11,9% malað kjúklingafóður sem samanstendur af ösku og 4,8% trefjum. Í hverri 750 ml krukku (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Belgíu), var 101,9 g af CH-lausn sem er sjálfkrafa blandað saman við 37,8 g af kjúklingafóðri. Fyrir hvert fæði var þurrefnisinnihaldið 37,0%, að meðtöldum einsleitu próteini (11,7%), einsleitum lípíðum (3,7%) og einsleitum sykri (26,9% af viðbættum CH). CH sem prófuð voru voru glúkósa (GLU), frúktósi (FRU), galaktósi (GAL), maltósi (MAL), súkrósi (SUC) og laktósi (LAC). Viðmiðunarfæðið samanstóð af sellulósa (CEL), sem er talið ómeltanlegt fyrir lirfur H. illucens 38 . Eitt hundrað 5 daga gamlar lirfur voru settar í bakka með loki með 1 cm gati í þvermál í miðjunni og klæddur með moskítóneti úr plasti. Hvert mataræði var endurtekið fjórum sinnum.
Þyngd lirfa var mæld þremur dögum eftir að tilraunin hófst. Fyrir hverja mælingu voru 20 lirfur fjarlægðar úr undirlaginu með því að nota dauðhreinsað heitt vatn og töng, þurrkaðar og vigtaðar (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, Bandaríkjunum). Eftir vigtun voru lirfur settar aftur í miðju undirlagsins. Mælingar voru gerðar reglulega þrisvar í viku þar til fyrsta forpúpan kom upp. Á þessum tímapunkti skaltu safna, telja og vega allar lirfur eins og áður hefur verið lýst. Aðskiljið lirfur á 6. stigi (þ.e. hvítar lirfur sem samsvara lirfustigi á undan forpúpastigi) og forpúpur (þ.e. síðasta lirfustig þar sem BSF-lirfur verða svartar, hætta að nærast og leita að umhverfi sem hentar fyrir myndbreytingu) og geyma á - 18°C fyrir samsetningargreiningu. Afraksturinn var reiknaður út sem hlutfall heildarmassa skordýra (lirfa og forpúpa á 6. stigi) sem fékkst fyrir hvern rétt (g) og þroskatíma (d). Öll meðalgildi í textanum eru gefin upp sem: meðaltal ± SD.
Öll síðari skref með því að nota leysiefni (hexan (Hex), klóróform (CHCl3), metanól (MeOH)) voru framkvæmd undir reykháfum og þurfti að nota nítrílhanska, svuntur og öryggisgleraugu.
Hvítar lirfur voru þurrkaðar í FreeZone6 frystiþurrku (Labconco Corp., Kansas City, MO, Bandaríkjunum) í 72 klst og síðan malaðar (IKA A10, Staufen, Þýskalandi). Heildarlípíð voru dregin út úr ±1 g af dufti með Folch aðferð 54. Afgangsrakainnihald hvers frostþurrkaðs sýnis var ákvarðað í tvíriti með því að nota rakagreiningartæki (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Þýskalandi) til að leiðrétta fyrir heildarfitu.
Heildarlípíð voru umesteruð við súr skilyrði til að fá fitusýrumetýlestera. Í stuttu máli var um það bil 10 mg lípíð/100 µl CHCl3 lausn (100 µl) gufað upp með köfnunarefni í 8 ml Pyrex© túpu (SciLabware – DWK Life Sciences, London, Bretlandi). Rörið var sett í Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Hexane > 95% fyrir lífræna snefilgreiningu, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) og Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) lausn (0,5) ml) í vatnsbaði við 70°C í 90 mín. Eftir kælingu var 10% vatnskenndri H2SO4 lausn (0,2 ml) og mettaðri NaCl lausn (0,5 ml) bætt við. Blandið túpunni og fyllið blönduna með hreinum Hex (8,0 ml). Hluti af efri fasanum var fluttur í hettuglas og greindur með gasskiljun með logajónunarskynjara (GC-FID). Sýni voru greind með því að nota Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, Bandaríkin) búin klofinni/klofinri inndælingartæki (240 °C) í klofinni stillingu (skipt flæði: 10 ml/mín), Stabilwax®-DA súlu ( 30 m, 0,25 mm innd, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, Bandaríkjunum) og FID (250 °C). Hitastigið var stillt á eftirfarandi hátt: 50 °C í 1 mín., hækkandi í 150 °C við 30 °C/mín., hækkandi í 240 °C við 4 °C/mín. og haldið áfram við 240 °C í 5 mínútur. Hex var notað sem eyðublað og viðmiðunarstaðall sem innihélt 37 fitusýrumetýlestera (Supelco 37-þátta FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Belgíu) var notaður til auðkenningar. Auðkenning ómettaðra fitusýra (UFAs) var staðfest með alhliða tvívíða GC (GC×GC-FID) og tilvist hverfa var nákvæmlega ákvörðuð með örlítilli aðlögun á aðferð Ferrara o.fl. 55. Upplýsingar um tæki er að finna í aukatöflu S3 og niðurstöður á aukamynd S5.
Gögnin eru sett fram á Excel töflureikni (Microsoft Corporation, Redmond, WA, Bandaríkjunum). Tölfræðileg greining var gerð með því að nota R Studio (útgáfa 2023.12.1+402, Boston, Bandaríkjunum) 56 . Gögn um lirfuþyngd, þróunartíma og framleiðni voru metin með því að nota línulega líkanið (LM) (skipun „lm“, R pakka „tölfræði“ 56 ) þar sem þau passa við Gaussdreifingu. Lifun með því að nota tvíliðalíkangreiningu var metin með því að nota almenna línulega líkanið (GLM) (skipun „glm“, R pakki „lme4“ 57 ). Eðlileiki og samkynhneigð voru staðfest með Shapiro prófinu (skipun „shapiro.test“, R pakka „tölfræði“ 56 ) og greiningu á fráviki gagna (command betadisper, R pakki „vegan“ 58 ). Eftir paragreiningu á marktækum p-gildum (p < 0,05) úr LM eða GLM prófinu greindist marktækur munur á milli hópa með því að nota EMM prófið (skipun „emmeans“, R pakki „emmeans“ 59).
Heildar FA litróf voru bornar saman með því að nota margbreytileikagreiningu á dreifni (þ.e. permMANOVA; skipun „adonis2“, R pakki „vegan“ 58) með því að nota Euclidean fjarlægðarfylki og 999 umbreytingar. Þetta hjálpar til við að bera kennsl á fitusýrur sem eru undir áhrifum af eðli kolvetna í fæðu. Marktækur munur á FA sniðunum var greindur frekar með því að nota parssamanburð. Gögnin voru síðan sýnd með því að nota aðalhlutagreiningu (PCA) (skipun „PCA“, R pakki „FactoMineR“ 60). FA sem ber ábyrgð á þessum mun var auðkennt með því að túlka fylgnihringina. Þessir frambjóðendur voru staðfestir með því að nota einhliða dreifnigreiningu (ANOVA) (skipun „aov“, R-pakki „tölfræði“ 56 ) fylgt eftir með Tukey's post hoc prófi (skipun TukeyHSD, R pakki „stats“ 56 ). Fyrir greiningu var eðlilegt metið með Shapiro-Wilk prófinu, samkynhneigð var athugað með Bartlett prófinu (skipun "bartlett.test", R pakki "stats" 56) og aðferð sem ekki var parametri var notuð ef hvorug forsendanna tveggja var uppfyllt . Greiningar voru bornar saman (skipun “kruskal.test”, R pakki “stats” 56 ), og síðan var beitt post hoc prófum Dunns (skipun dunn.test, R pakki “dunn.test” 56 ).
Endanleg útgáfa handritsins var skoðuð með því að nota Grammarly Editor sem enskan prófarkalesara (Grammarly Inc., San Francisco, Kaliforníu, Bandaríkjunum) 61 .
Gagnasöfnin sem mynduð eru og greind meðan á yfirstandandi rannsókn stendur eru fáanleg hjá samsvarandi höfundi gegn sanngjörnu beiðni.
Kim, SW, o.fl. Að mæta alþjóðlegri eftirspurn eftir fóðurpróteini: áskoranir, tækifæri og aðferðir. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., o.fl. Farið yfir stöðu og horfur í heimsframleiðslu á ætum skordýrum. Entomól. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur, o.fl. Svart hermannafluga (Hermetia illucens) sem hugsanlega nýstárlegt og vistvænt tæki til meðhöndlunar á lífrænum úrgangi: Stutt umfjöllun. Úrgangsrannsóknir 41, 81–97 (2023).
Skala, A., o.fl. Undirlag eldis hefur áhrif á vöxt og næringarefnastöðu iðnaðarframleiddra svartra hermannaflugulirfa. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, MK, o.fl. Örverueyðandi eiginleikar olíuútdráttar úr svörtum hermannaflugulirfum sem alin eru upp á brauðmylsnu. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. og de Vries, W. (2020). Mögulegur ávinningur af því að nota svarta hermannafluguáburð sem jarðvegsbót til matvælaframleiðslu og minni umhverfisáhrif. Núverandi skoðun. Green Sustain. 25, 100335 (2020).
Franco A. o.fl. Lípíð úr svörtum hermannaflugum — nýstárleg og sjálfbær uppspretta. Sjálfbær þróun, árg. 13, (2021).
Van Huis, A. Skordýr sem fæða og fóður, vaxandi sviði í landbúnaði: endurskoðun. J. Skordýrafóður 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M. og Beganovsky, A. Ýmis notkun svartra hermannafluga í iðnaði og landbúnaði – endurskoðun. Líffræði 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., og Caparros Megido, R. Hagræðing á gervi útbreiðslu Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Birtingartími: 25. desember 2024