Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобри резултати, препорачуваме користење на понов прелистувач (или оневозможување на режимот на компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Црната војничка мува (Hermetia illucens, L. 1758) е сештојаден детритиворен инсект со висок потенцијал за искористување на органски нуспроизводи богати со јаглени хидрати. Меѓу јаглехидратите, црните војнички муши се потпираат на растворливи шеќери за раст и синтеза на липиди. Целта на оваа студија беше да се процени ефектите на заедничките растворливи шеќери врз развојот, преживувањето и профилот на масни киселини на црните војнички мушички. Дополнете ја храната за пилешко со моносахариди и дисахариди одделно. Целулозата била користена како контрола. Ларвите нахранети со гликоза, фруктоза, сахароза и малтоза растеа побрзо од контролните ларви. Спротивно на тоа, лактозата имаше антинутритивен ефект врз ларвите, забавувајќи го растот и намалувајќи ја конечната индивидуална телесна тежина. Меѓутоа, сите растворливи шеќери ги направија ларвите подебели од оние кои се хранети со контролната диета. Имено, тестираните шеќери го обликувале профилот на масни киселини. Малтозата и сахарозата ја зголемија содржината на заситени масни киселини во споредба со целулозата. Спротивно на тоа, лактозата ја зголеми биоакумулацијата на незаситените масни киселини во исхраната. Оваа студија е прва што го демонстрира ефектот на растворливиот шеќер врз составот на масните киселини на ларвите на црната војничка мушичка. Нашите резултати покажуваат дека тестираните јаглехидрати имаат значаен ефект врз составот на масните киселини на ларвите на црната војничка мушичка и затоа може да ја одредат нивната конечна примена.
Глобалната побарувачка за енергија и животински протеини продолжува да се зголемува1. Во контекст на глобалното затоплување, императив е да се најдат позелени алтернативи за фосилната енергија и традиционалните методи на производство на храна, а истовремено да се зголеми производството. Инсектите се ветувачки кандидати за решавање на овие прашања поради нивниот понизок хемиски состав и влијанието врз животната средина во споредба со традиционалното сточарство2. Помеѓу инсектите, одличен кандидат за решавање на овие прашања е црната војничка мушичка (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), отпадок вид способен да се храни со различни органски супстрати3. Затоа, валоризирањето на овие супстрати преку одгледување BSF може да создаде нов извор на суровини за да се задоволат потребите на различни индустрии.
Ларвите на BSF (BSFL) можат да се хранат со земјоделски и агро-индустриски нуспроизводи како што се жито од пиварите, остатоци од зеленчук, овошна маса и бајат леб, кои се особено погодни за раст на BSFL поради нивната висока содржина на јаглени хидрати (CH)4,5, 6 содржина. Големото производство на BSFL резултира со формирање на два производи: измет, мешавина од остатоци од супстрат и измет што може да се користи како ѓубриво за одгледување растенија7 и ларви, кои главно се состојат од протеини, липиди и хитин. Протеините и липидите главно се користат во сточарството, биогоривата и козметиката8,9. Што се однесува до хитинот, овој биополимер наоѓа примена во земјоделско-прехранбениот сектор, биотехнологијата и здравствената заштита10.
BSF е автоген холометаболен инсект, што значи дека неговата метаморфоза и репродукција, особено фазите што трошат енергија од животниот циклус на инсектот, можат целосно да бидат поддржани од резервите на хранливи материи генерирани за време на растот на ларвите11. Поконкретно, синтезата на протеини и липиди води до развој на масното тело, важен орган за складирање кој ослободува енергија за време на фазите што не се хранат на БСФ: препупа (т.е., конечната ларвава фаза во текот на која ларвите на БСФ стануваат црни додека се хранат и бараат за средина погодна за метаморфоза), кукли (т.е. немобилна фаза во која инсектот се подложува на метаморфоза), и возрасни 12,13. CH е главниот извор на енергија во исхраната на BSF14. Меѓу овие хранливи материи, фиброзниот CH како хемицелулоза, целулоза и лигнин, за разлика од дисахаридите и полисахаридите (како скроб), не може да се вари со BSFL15,16. Дигестијата на CH е важен прелиминарен чекор за апсорпција на јаглени хидрати, кои на крајот се хидролизираат до едноставни шеќери во цревата16. Едноставните шеќери потоа може да се апсорбираат (т.е. преку цревната перитрофична мембрана) и да се метаболизираат за да се произведе енергија17. Како што споменавме погоре, ларвите складираат вишок енергија како липиди во масното тело12,18. Липидите за складирање се состојат од триглицериди (неутрални липиди формирани од една молекула на глицерол и три масни киселини) синтетизирани од ларвите од едноставни шеќери во исхраната. Овие CH обезбедуваат супстрати на ацетил-CoA потребни за биосинтеза на масни киселини (FA) преку патеките на синтаза и тиоестераза на масни киселини19. Профилот на масните киселини на липидите на H. illucens е природно доминиран од заситени масни киселини (SFA) со висок процент на лауринска киселина (C12:0)19,20. Затоа, високата содржина на липиди и составот на масни киселини брзо стануваат ограничувачки фактори за употреба на цели ларви во добиточната храна, особено во аквакултурата каде што се потребни полинезаситени масни киселини (PUFA)21.
Од откривањето на потенцијалот на BSFL за намалување на органскиот отпад, студиите за вредноста на различни нуспроизводи покажаа дека составот на BSFL е делумно регулиран со неговата исхрана. Во моментов, регулацијата на ФА профилот на H. illucens продолжува да се подобрува. Способноста на BSFL да биоакумулира PUFA е докажана на супстрати богати со PUFA како што се алги, отпадоци од риба или оброци како ленено семе, што обезбедува поквалитетен FA профил за исхрана на животните19,22,23. Спротивно на тоа, за нуспроизводите кои не се збогатени со PUFA, не секогаш постои корелација помеѓу профилите на диетални FA и FA на ларви, што укажува на влијанието на другите хранливи материи24,25. Всушност, ефектот на сварливиот CH на профилите на ФА останува слабо разбран и недоволно истражен24,25,26,27.
Според нашите сознанија, иако вкупните моносахариди и дисахариди се во изобилство во исхраната на H. illucens, нивната нутритивна улога останува слабо разбрана во исхраната на H. illucens. Целта на оваа студија беше да се разјаснат нивните ефекти врз исхраната и липидниот состав на BSFL. Ќе го оцениме растот, опстанокот и продуктивноста на ларвите под различни нутриционистички услови. Потоа, ќе ја опишеме содржината на липидите и профилот на масни киселини на секоја диета за да ги нагласиме ефектите на CH врз квалитетот на исхраната на BSFL.
Претпоставивме дека природата на тестираниот CH ќе влијае на (1) растот на ларвите, (2) вкупните нивоа на липиди и (3) го модулира профилот на ФА. Моносахаридите можат директно да се апсорбираат, додека дисахаридите мора да се хидролизираат. Оттука, моносахаридите се подостапни како директни извори на енергија или прекурсори за липогенеза преку патеките на FA синтаза и тиоестераза, а со тоа го подобруваат растот на ларвите на H. illucens и промовираат акумулација на резервни липиди (особено лауринска киселина).
Тестираниот CH влијаеше на просечната телесна тежина на ларвите за време на растот (сл. 1). FRU, GLU, SUC и MAL ја зголемија телесната тежина на ларвите слично како и контролната диета (CEL). Спротивно на тоа, LAC и GAL се чини дека го забавуваат развојот на ларвите. Забележително, LAC имаше значителен негативен ефект врз растот на ларвите во споредба со SUC во текот на периодот на раст: 9,16 ± 1,10 mg наспроти 15,00 ± 1,01 mg на ден 3 (F6,21 = 12,77, p <0,001; Сл. 1), 125,12 ± mg и 211,79 ± 14,93 mg, соодветно, на ден 17 (F6,21 = 38,57, p <0,001; Сл. 1).
Користење на различни моносахариди (фруктоза (FRU), галактоза (GAL), гликоза (GLU)), дисахариди (лактоза (LAC), малтоза (MAL), сахароза (SUC)) и целулоза (CEL) како контроли. Раст на ларви хранети со ларви на црни војнички муви. Секоја точка на кривата ја претставува средната индивидуална тежина (mg) пресметана со мерење на 20 случајно избрани ларви од популација од 100 ларви (n = 4). Лентите за грешки претставуваат SD.
Диетата CEL обезбеди одлично преживување на ларвите од 95,5 ± 3,8%. Покрај тоа, преживувањето на диетите хранети со H. illucens кои содржат растворлив CH беше намалено (GLM: χ = 107,13, df = 21, p <0,001), што беше предизвикано од MAL и SUC (дисахариди) во испитуваниот CH. Смртноста беше помала од онаа на GLU, FRU, GAL (моносахарид) и LAC (EMM: p <0,001, слика 2).
Кутија за преживување на ларви од црна војничка мушичка третирани со различни моносахариди (фруктоза, галактоза, гликоза), дисахариди (лактоза, малтоза, сахароза) и целулоза како контроли. Третманите со иста буква не се значително различни едни од други (EMM, p > 0,05).
Сите тестирани диети им дозволуваа на ларвите да стигнат до предмладешка фаза. Сепак, тестираните CH имаат тенденција да го продолжат развојот на ларвите (F6,21=9,60, p<0,001; Табела 1). Посебно, на ларвите хранети со GAL и LAC им требаше подолго време за да стигнат до предпупалната фаза во споредба со ларвите одгледувани на CEL (CEL-GAL: p<0,001; CEL-LAC: p<0,001; Табела 1).
Тестираниот CH исто така имаше различни ефекти врз телесната тежина на ларвите, при што телесната тежина на ларвите хранети со CEL диета достигна 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p <0,001; Сл. 3). FRU, GLU, MAL и SUC резултираа со просечна конечна телесна тежина на ларвата поголема од 200 mg, што беше значително повисока од онаа на CEL (p <0,05). Спротивно на тоа, ларвите хранети со GAL и LAC имале помала телесна тежина, во просек 177,64 ± 4,23 mg и 156,30 ± 2,59 mg, соодветно (p <0,05). Овој ефект беше поизразен со LAC, каде што конечната телесна тежина беше пониска отколку со контролната диета (CEL-LAC: разлика = 23,89 mg; p = 0,03; Слика 3).
Просечната конечна тежина на поединечните ларви изразена како дамки од ларви (mg) и црни војнички мушички изразени како хистограм (g) нахранети со различни моносахариди (фруктоза, галактоза, гликоза), дисахариди (лактоза, малтоза, сахароза) и целулоза (како контрола). Колононските букви претставуваат групи значително различни во вкупната тежина на ларвите (p <0,001). Буквите поврзани со дамки од ларви претставуваат групи со значително различни поединечни тежини на ларви (p <0,001). Лентите за грешки претставуваат SD.
Максималната индивидуална тежина беше независна од максималната конечна вкупна тежина на колонијата на ларвите. Всушност, диетите што содржат FRU, GLU, MAL и SUC не ја зголемија вкупната тежина на ларвите произведена во резервоарот во споредба со CEL (Слика 3). Сепак, LAC значително ја намали вкупната тежина (CEL-LAC: разлика = 9,14 g; p < 0,001; Слика 3).
Табела 1 го прикажува приносот (ларви/ден). Интересно, оптималните приноси на CEL, MAL и SUC беа слични (Табела 1). Спротивно на тоа, FRU, GAL, GLU и LAC го намалија приносот во споредба со CEL (Табела 1). GAL и LAC беа најлоши: приносот беше преполовен на само 0,51 ± 0,09 g ларви/ден и 0,48 ± 0,06 g ларви/ден, соодветно (Табела 1).
Моносахаридите и дисахаридите ја зголемија содржината на липиди во ларвите на CF (Табела 1). На диетата CLE, добиени се ларви со содржина на липиди од 23,19 ± 0,70% од содржината на ДМ. За споредба, просечната содржина на липиди во ларвите хранети со растворлив шеќер беше повеќе од 30% (Табела 1). Сепак, тестираните CH ја зголемија содржината на маснотии во иста мера.
Како што се очекуваше, субјектите на CG влијаеја на ФА профилот на ларвите во различен степен (сл. 4). Содржината на SFA беше висока во сите диети и достигна повеќе од 60%. MAL и SUC го дебалансираа профилот на ФА, што доведе до зголемување на содржината на SFA. Во случајот на MAL, од една страна, оваа нерамнотежа довела доминантно до намалување на содржината на мононезаситени масни киселини (MUFA) (F6,21 = 7,47; p <0,001; Сл. 4). Од друга страна, за SUC, намалувањето беше порамномерно помеѓу MUFA и PUFA. LAC и MAL имаа спротивни ефекти на FA спектарот (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; слика 4). Се чини дека помалиот дел од SFA во ларвите кои се хранат со LAC ја зголемува содржината на MUFA. Конкретно, нивоата на MUFA беа повисоки кај ларвите хранети со LAC во споредба со другите растворливи шеќери, освен за GAL (F6,21 = 7,47; p <0,001; Слика 4).
Користење на различни моносахариди (фруктоза (FRU), галактоза (GAL), гликоза (GLU)), дисахариди (лактоза (LAC), малтоза (MAL), сахароза (SUC)) и целулоза (CEL) како контроли, кутии за масни киселини состав нахранети со ларви од црна војничка мушичка. Резултатите се изразени како процент од вкупната FAME. Третманите означени со различни букви се значително различни (p <0,001). (а) Пропорција на заситени масни киселини; (б) мононезаситени масни киселини; (в) Полинезаситени масни киселини.
Меѓу идентификуваните масни киселини, лауринската киселина (C12:0) беше доминантна во сите набљудувани спектри (повеќе од 40%). Други присутни SFA беа палмитинска киселина (C16:0) (помалку од 10%), стеаринска киселина (C18:0) (помалку од 2,5%) и капринска киселина (C10:0) (помалку од 1,5%). MUFA беа главно претставени со олеинска киселина (C18:1n9) (помалку од 9,5%), додека PUFA беа главно составени од линолова киселина (C18:2n6) (помалку од 13,0%) (види Дополнителна табела S1). Дополнително, мал дел од соединенијата не може да се идентификуваат, особено во спектрите на ларвите на CEL, каде што неидентификуваното соединение број 9 (UND9) изнесува во просек 2,46 ± 0,52% (види Дополнителна табела S1). Анализата на GC×GC-FID сугерираше дека тоа може да биде 20-јаглеродна масна киселина со пет или шест двојни врски (види дополнителна слика S5).
Анализата PERMANOVA откри три различни групи врз основа на профилите на масни киселини (F6,21 = 7,79, p <0,001; Слика 5). Анализата на главна компонента (PCA) на TBC спектарот го илустрира ова и се објаснува со две компоненти (Слика 5). Главните компоненти објаснија 57,9% од варијансата и вклучија, по важност, лауринска киселина (C12:0), олеинска киселина (C18:1n9), палмитинска киселина (C16:0), стеаринска киселина (C18:0) и линоленска киселина (C18:3n3) (види слика S4). Втората компонента објасни 26,3% од варијансата и вклучи, по редослед на важност, деканоична киселина (C10:0) и линолна киселина (C18:2n6 cis) (види дополнителна слика S4). Профилите на диети кои содржат едноставни шеќери (FRU, GAL и GLU) покажаа слични карактеристики. Спротивно на тоа, дисахаридите дадоа различни профили: MAL и SUC од една страна и LAC од друга страна. Особено, МАЛ беше единствениот шеќер што го промени профилот на ФА во споредба со CEL. Покрај тоа, профилот MAL беше значително различен од профилите FRU и GLU. Конкретно, MAL профилот покажа најголем дел од C12:0 (54,59 ± 2,17%), што го прави споредлив со CEL (43,10 ± 5,01%), LAC (43,35 ± 1,31%), FRU (48,90 ± 1,97%) и GLU (48,38 ± 2,17%) профили (види Дополнителен Табела S1). Спектарот MAL, исто така, покажа најниска содржина на C18:1n9 (9,52 ± 0,50%), што дополнително го диференцира од LAC (12,86 ± 0,52%) и CEL (12,40 ± 1,31%) спектри. Сличен тренд беше забележан и за C16:0. Во втората компонента, LAC спектарот покажа највисока содржина на C18:2n6 (17,22 ± 0,46%), додека MAL покажа најниска (12,58 ± 0,67%). C18:2n6, исто така, го диференцираше LAC од контролната (CEL), која покажа пониски нивоа (13,41 ± 2,48%) (види Дополнителна табела S1).
PCA графика на масни киселински профили на ларви од црна војничка мушичка со различни моносахариди (фруктоза, галактоза, гликоза), дисахариди (лактоза, малтоза, сахароза) и целулоза како контрола.
За да се проучат нутритивните ефекти на растворливите шеќери врз ларвите на H. illucens, целулозата (CEL) во храната за пилешко беше заменета со гликоза (GLU), фруктоза (FRU), галактоза (GAL), малтоза (MAL), сахароза (SUC) и лактоза (LAC). Сепак, моносахаридите и дисахаридите имаа различни ефекти врз развојот, преживувањето и составот на ларвите на HF. На пример, GLU, FRU и нивните дисахаридни форми (MAL и SUC) имаа позитивни потпорни ефекти врз растот на ларвите, овозможувајќи им да постигнат поголема конечна телесна тежина од CEL. За разлика од несварливите CEL, GLU, FRU и SUC можат да ја заобиколат цревната бариера и да послужат како важни извори на хранливи материи во формулираните диети16,28. На MAL му недостасуваат специфични животински транспортери и се смета дека се хидролизира на две молекули на гликоза пред асимилација15. Овие молекули се складираат во телото на инсектот како директен извор на енергија или како липиди18. Прво, во однос на второто, некои од забележаните интрамодални разлики може да се должат на малите разлики во односот на половите. Навистина, кај H. illucens, репродукцијата може да биде целосно спонтана: возрасните женки природно имаат доволно резерви за поставување јајца и се потешки од мажјаците29. Сепак, акумулацијата на липидите во BSFL корелира со внесот на растворлив CH2 во исхраната, како што беше претходно забележано за GLU и ксилоза26,30. На пример, Li et al.30 забележале дека кога 8% GLU се додава во исхраната на ларвите, содржината на липиди во BSF ларвите се зголемила за 7,78% во споредба со контролите. Нашите резултати се конзистентни со овие набљудувања, покажувајќи дека содржината на маснотии во ларвите кои се хранат со растворливиот шеќер е повисока од онаа на ларвите кои се хранат со CEL диетата, во споредба со зголемувањето од 8,57% со додатоците на GLU. Изненадувачки, слични резултати беа забележани кај ларвите хранети со GAL и LAC, и покрај негативните ефекти врз растот на ларвите, конечната телесна тежина и преживувањето. Ларвите хранети со LAC беа значително помали од оние кои беа хранети со CEL диета, но нивната содржина на маснотии беше споредлива со ларвите хранети со други растворливи шеќери. Овие резултати ги истакнуваат антинутритивните ефекти на лактозата врз BSFL. Прво, исхраната содржи голема количина на CH. Системите за апсорпција и хидролиза на моносахариди и дисахариди, соодветно, може да достигнат сатурација, предизвикувајќи тесни грла во процесот на асимилација. Што се однесува до хидролизата, таа се изведува со α- и β-глукозидази 31 . Овие ензими имаат претпочитани супстрати во зависност од нивната големина и хемиските врски (α или β врски) помеѓу нивните составни моносахариди 15 . Хидролизата на LAC до GLU и GAL се врши со β-галактозидаза, ензим чија активност е докажана во цревата на BSF 32 . Сепак, неговото изразување може да биде недоволно во споредба со количината на LAC што ја консумираат ларвите. Спротивно на тоа, α-глукозидаза малтаза и сахараза 15, за кои е познато дека изобилно се изразуваат кај инсектите, можат да разградат големи количини на MAL и сахароза SUC, со што се ограничува овој ефект на заситување. Второ, антинутритивните ефекти може да се должат на намалената стимулација на активноста на цревната амилаза на инсектите и забавувањето на однесувањето на хранењето во споредба со другите третмани. Навистина, растворливите шеќери се идентификувани како стимулатори на ензимската активност важни за варењето на инсектите, како што е амилазата, и како предизвикувачи на одговорот на хранење33,34,35. Степенот на стимулација варира во зависност од молекуларната структура на шеќерот. Всушност, дисахаридите бараат хидролиза пред апсорпцијата и имаат тенденција да ја стимулираат амилазата повеќе од нивните составни моносахариди34. Спротивно на тоа, LAC има поблаг ефект и е откриено дека не е способен да го поддржи растот на инсектите кај различни видови33,35. На пример, кај штетниците Spodoptera exigua (Boddie 1850), не е откриена хидролитичка активност на LAC во екстракти од ензими на средното црево на гасеницата36.
Во однос на FA спектарот, нашите резултати укажуваат на значајни модулаторни ефекти на тестираниот CH. Забележително, иако лауринската киселина (C12:0) сочинуваше помалку од 1% од вкупниот FA во исхраната, таа доминираше во сите профили (види Дополнителна табела S1). Ова е во согласност со претходните податоци дека лауринската киселина се синтетизира од исхраната CH во H. illucens преку патека која вклучува ацетил-CoA карбоксилаза и FA синтаза19,27,37. Нашите резултати потврдуваат дека CEL е во голема мера несварлив и делува како „агенс за зголемување“ во диетите за контрола на BSF, како што е дискутирано во неколку студии за BSFL38,39,40. Заменувањето на CEL со моносахариди и дисахариди освен LAC го зголеми односот C12:0, што укажува на зголемено навлегување на CH од ларвите. Интересно, дисахаридите MAL и SUC ја промовираат синтезата на лауринска киселина поефикасно од нивните составни моносахариди, што сугерира дека и покрај повисокиот степен на полимеризација на GLU и FRU, и бидејќи Drosophila е единствениот транспортер на сахароза кој е идентификуван кај видовите на животински протеини, транспортерите на дисахариди може да не е присутна во цревата на ларвите на H. illucens15, искористувањето на GLU и FRU се зголемени. Сепак, иако GLU и FRU теоретски полесно се метаболизираат од BSF, тие исто така полесно се метаболизираат со супстрати и цревни микроорганизми, што може да резултира со нивна побрза деградација и намалена употреба од страна на ларвите во споредба со дисахаридите.
На прв поглед, содржината на липиди во ларвите нахранети со LAC и MAL беше споредлива, што укажува на слична биорасположивост на овие шеќери. Сепак, изненадувачки, FA профилот на LAC беше побогат со SFA, особено со пониска содржина на C12:0, во споредба со MAL. Една хипотеза за објаснување на оваа разлика е дека LAC може да ја стимулира биоакумулацијата на диететскиот FA преку ацетил-CoA FA синтаза. Како поддршка на оваа хипотеза, ларвите на LAC имаа најнизок однос на деканоат (C10:0) (0,77 ± 0,13%) од диетата CEL (1,27 ± 0,16%), што укажува на намалени активности на ФА синтаза и тиоестераза19. Второ, диететските масни киселини се сметаат за главен фактор кој влијае на составот на SFA на H. illucens27. Во нашите експерименти, линолеинската киселина (C18:2n6) сочинуваше 54,81% од масните киселини во исхраната, при што процентот во ларвите на LAC е 17,22 ± 0,46% и во MAL 12,58 ± 0,67%. Олеинската киселина (cis + trans C18:1n9) (23,22% во исхраната) покажа сличен тренд. Односот на α-линоленска киселина (C18:3n3) исто така ја поддржува хипотезата за биоакумулација. Познато е дека оваа масна киселина се акумулира во BSFL при збогатување на подлогата, како што е додавањето на колач од ленено семе, до 6-9% од вкупните масни киселини во ларвите19. Во збогатените диети, C18:3n3 може да сочинува до 35% од вкупните масни киселини во исхраната. Сепак, во нашата студија, C18:3n3 сочинуваше само 2,51% од профилот на масни киселини. Иако процентот пронајден во природата беше помал кај нашите ларви, овој процент беше поголем кај ларвите LAC (0,87 ± 0,02%) отколку во MAL (0,49 ± 0,04%) (p <0,001; видете Дополнителна табела S1). Исхраната CEL имаше среден дел од 0,72 ± 0,18%. Конечно, односот на палмитинска киселина (C16:0) во ларвите на CF го одразува придонесот на синтетичките патишта и исхраната FA19. Хок и сор. 19 забележале дека синтезата на C16:0 била намалена кога исхраната била збогатена со оброк од ленено семе, што се припишува на намалувањето на достапноста на ацетил-CoA супстратот поради намалувањето на односот на CH. Изненадувачки, иако и двете диети имаа слична содржина на CH и MAL покажаа поголема биорасположивост, MAL ларвите покажаа најнизок сооднос C16:0 (10,46 ± 0,77%), додека LAC покажаа поголема пропорција, што претставува 12,85 ± 0,27% (p <0,05 види; Дополнителна табела S1). Овие резултати го истакнуваат комплексното влијание на хранливите материи врз варењето и метаболизмот на BSFL. Во моментов, истражувањето на оваа тема е потемелно кај Лепидоптерите отколку кај Диптерите. Кај гасениците, LAC беше идентификуван како слаб стимуланс на однесувањето на хранењето во споредба со другите растворливи шеќери како што се SUC и FRU34,35. Особено, во Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), потрошувачката на MAL ја стимулира амилолитичката активност во цревата во поголема мера од LAC34. Слични ефекти во BSFL може да ја објаснат засилената стимулација на синтетичкиот пат C12:0 кај MAL ларвите, кој е поврзан со зголемен интестинално апсорбиран CH, продолжено хранење и дејство на цревната амилаза. Помалата стимулација на ритамот на хранење во присуство на LAC може исто така да го објасни побавниот раст на ларвите на LAC. Покрај тоа, Лиу Јанксија и сор. 27 забележа дека рокот на траење на липидите во супстратите на H. illucens беше подолг од оној на CH. Затоа, LAC ларвите може повеќе да се потпираат на диететски липиди за да го завршат нивниот развој, што може да ја зголеми нивната конечна содржина на липиди и да го модулира нивниот профил на масни киселини.
Според нашите сознанија, само неколку студии ги тестирале ефектите од додавањето на моносахариди и дисахариди во BSF диетите на нивните ФА профили. Прво, Ли и сор. 30 ги процениле ефектите на GLU и ксилозата и забележале нивоа на липиди слични на нашите со стапка на додавање од 8%. Профилот на FA не беше детален и се состоеше главно од SFA, но не беа пронајдени разлики помеѓу двата шеќери или кога тие беа истовремено презентирани30. Понатаму, Кон и сор. 41 не покажа ефект од 20% додавање GLU, SUC, FRU и GAL на добиточната храна на соодветните ФА профили. Овие спектри се добиени од технички, а не од биолошки реплики, што, како што е објаснето од авторите, може да ја ограничи статистичката анализа. Понатаму, недостатокот на контрола на изо-шеќерот (со користење на CEL) ја ограничува интерпретацијата на резултатите. Неодамна, две студии на Nugroho RA et al. покажаа аномалии во спектрите на ФА42,43. Во првата студија, Nugroho RA et al. 43 го тестираше ефектот на додавање на FRU во ферментиран оброк од палмино зрно. Профилот на FA на добиените ларви покажа ненормално високи нивоа на PUFA, од кои повеќе од 90% беа добиени од исхраната која содржи 10% FRU (слично на нашата студија). Иако оваа диета содржеше рибини пелети богати со PUFA, пријавените вредности на FA профилот на ларвите на контролната диета која се состои од 100% ферментиран PCM не беа конзистентни со кој било претходно пријавен профил, особено абнормалното ниво на C18:3n3 од 17,77 ± 1,67% и 26,08 ± 0,20% за конјугирана линолова киселина (C18:2n6t), редок изомер на линолова киселина. Втората студија покажа слични резултати, вклучувајќи FRU, GLU, MAL и SUC42 во ферментираниот оброк од палмино зрно. Овие студии, како и нашите, ги истакнуваат сериозните тешкотии во споредувањето на резултатите од испитувањата за исхрана на ларви на BSF, како што се контролни избори, интеракции со други извори на хранливи материи и методи за анализа на ФА.
За време на експериментите, забележавме дека бојата и мирисот на подлогата варираат во зависност од користената исхрана. Ова сугерира дека микроорганизмите може да играат улога во резултатите забележани во подлогата и дигестивниот систем на ларвите. Всушност, моносахаридите и дисахаридите лесно се метаболизираат со колонизирање на микроорганизми. Брзата потрошувачка на растворливи шеќери од страна на микроорганизмите може да резултира со ослободување на големи количини на микробни метаболички производи како што се етанол, млечна киселина, масни киселини со краток ланец (на пр. оцетна киселина, пропионска киселина, маслен киселина) и јаглерод диоксид44. Некои од овие соединенија може да бидат одговорни за смртоносните токсични ефекти врз ларвите, исто така забележани од Cohn et al.41 под слични развојни услови. На пример, етанолот е штетен за инсектите45. Големите количества на емисии на јаглерод диоксид може да резултираат со негова акумулација на дното на резервоарот, што може да ја лиши атмосферата од кислород доколку циркулацијата на воздухот не дозволи негово ослободување. Што се однесува до SCFA, нивните ефекти врз инсектите, особено H. illucens, остануваат слабо разбрани, иако млечната киселина, пропионската киселина и маслената киселина се покажаа како смртоносни кај Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. Во Drosophila melanogaster Meigen 1830, овие SCFA се миризливи маркери кои ги водат женките до местата за овјпозиција, што укажува на корисна улога во развојот на ларвите47. Сепак, оцетната киселина е класифицирана како опасна супстанција и може значително да го инхибира развојот на ларвите47. Спротивно на тоа, неодамна беше откриено дека лактат добиен од микроби има заштитен ефект против инвазивните цревни микроби кај Drosophila48. Понатаму, микроорганизмите во дигестивниот систем исто така играат улога во варењето на CH кај инсектите49. Физиолошките ефекти на SCFA врз цревната микробиота, како што се стапката на хранење и генската експресија, се опишани кај 'рбетниците 50 . Тие, исто така, може да имаат трофичен ефект врз ларвите на H. illucens и може делумно да придонесат за регулирање на профилите на ФА. Студиите за нутритивните ефекти на овие производи од микробна ферментација ќе ги разјаснат нивните ефекти врз исхраната на H. illucens и ќе обезбедат основа за идни студии за корисни или штетни микроорганизми во однос на нивниот развој и вредноста на супстратите богати со FA. Во овој поглед, се повеќе се проучува улогата на микроорганизмите во дигестивните процеси на инсектите кои се одгледуваат масовно. Инсектите почнуваат да се гледаат како биореактори, обезбедувајќи pH и услови за оксигенација кои го олеснуваат развојот на микроорганизми специјализирани за деградација или детоксикација на хранливи материи кои инсектите тешко ги вариат 51 . Неодамна, Xiang et al.52 покажаа дека, на пример, инокулацијата на органски отпад со бактериска смеса им овозможува на CF да привлече бактерии специјализирани за деградација на лигноцелулоза, подобрувајќи ја нејзината деградација во подлогата во споредба со супстратите без ларви.
Конечно, во однос на корисното користење на органскиот отпад од H. illucens, диетите CEL и SUC произведуваат најголем број ларви дневно. Ова значи дека и покрај помалата конечна тежина на поединечни индивидуи, вкупната тежина на ларвите произведена на супстрат што се состои од несварлив CH е споредлива со онаа добиена со хомосахаридна диета која содржи моносахариди и дисахариди. Во нашата студија, важно е да се забележи дека нивоата на други хранливи материи се доволни за поддршка на растот на популацијата на ларви и дека додавањето на CEL треба да биде ограничено. Сепак, конечниот состав на ларвите се разликува, што ја истакнува важноста на изборот на вистинската стратегија за валоризирање на инсектите. Ларвите CEL хранети со цела храна се посоодветни за употреба како добиточна храна поради нивната пониска содржина на маснотии и пониски нивоа на лауринска киселина, додека ларвите хранети со SUC или MAL диети бараат обезмастеност со притискање за да се зголеми вредноста на маслото, особено во биогоривото. сектор. LAC се наоѓа во нуспроизводите од млечната индустрија како што е сурутката од производството на сирење. Неодамна, неговата употреба (3,5% лактоза) ја подобри конечната телесна тежина на ларвата53. Сепак, контролната диета во оваа студија содржи половина од содржината на липиди. Затоа, антинутритивните ефекти на LAC може да се неутрализирани со биоакумулација на ларви на диететски липиди.
Како што покажаа претходните студии, својствата на моносахаридите и дисахаридите значително влијаат на растот на BSFL и го модулираат неговиот FA профил. Особено, LAC се чини дека игра антинутритивна улога за време на развојот на ларвите со ограничување на достапноста на CH за апсорпција на липиди во исхраната, а со тоа промовирајќи ја биоакумулацијата на UFA. Во овој контекст, би било интересно да се спроведат биоанализи користејќи диети кои комбинираат PUFA и LAC. Понатаму, улогата на микроорганизмите, особено улогата на микробните метаболити (како што се SCFAs) добиени од процесите на ферментација на шеќер, останува истражувачка тема која вреди да се истражува.
Инсектите се добиени од BSF колонијата на Лабораторијата за функционална и еволутивна ентомологија основана во 2017 година во Агро-Био Техника, Гемблукс, Белгија (за повеќе детали за методите на одгледување, видете Hoc et al. 19). За експериментални испитувања, 2,0 g BSF јајца беа случајно собрани дневно од кафези за размножување и инкубирани во 2,0 kg 70% влажна храна за пилешко (Aveve, Leuven, Белгија). Пет дена по шрафирањето, ларвите беа одвоени од подлогата и рачно избројани за експериментални цели. Беше измерена почетната тежина на секоја серија. Просечната индивидуална тежина беше 7,125 ± 0,41 mg, а просекот за секој третман е прикажан во дополнителната табела S2.
Формулацијата за исхрана беше адаптирана од студијата на Barragan-Fonseca и сор. 38 . Накратко, беше пронајден компромис помеѓу истиот квалитет на добиточната храна за кокошките од ларви, сличната содржина на сува материја (DM), високиот CH (10% врз основа на свежа исхрана) и текстурата, бидејќи едноставните шеќери и дисахариди немаат текстурални својства. Според информациите на производителот (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Белгија), тестираниот CH (т.е. растворлив шеќер) бил додаден одделно како воден раствор во автоклав (15,9%) во диета која се состои од 16,0% протеини, 5,0% вкупни липиди, 11,9% мелена храна за пилешко составена од пепел и 4,8% влакна. Во секоја тегла од 750 ml (17,20 × 11,50 × 6,00 cm, AVA, Tempsee, Белгија), 101,9 g автоклавен раствор на CH беа измешани со 37,8 g храна за пилешко. За секоја диета, содржината на сува материја беше 37,0%, вклучувајќи хомогени протеини (11,7%), хомогени липиди (3,7%) и хомогени шеќери (26,9% додаден CH). Тестираните CH беа гликоза (GLU), фруктоза (FRU), галактоза (GAL), малтоза (MAL), сахароза (SUC) и лактоза (LAC). Контролната исхрана се состоеше од целулоза (CEL), која се смета за несварлива за ларвите на H. illucens 38 . Сто ларви стари 5 дена беа ставени во послужавник опремен со капак со отвор со дијаметар од 1 cm во средината и покриен со пластична мрежа за комарци. Секоја диета се повторува четири пати.
Тежините на ларвите беа измерени три дена по почетокот на експериментот. За секое мерење, 20 ларви беа отстранети од подлогата со користење на стерилна топла вода и форцепс, сушени и измерени (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, САД). По мерењето, ларвите беа вратени во центарот на подлогата. Мерењата се земаа редовно три пати неделно додека не се појави првата препупа. Во овој момент, соберете, броете и измерете ги сите ларви како што е опишано претходно. Одделете ги ларвите од 6-та фаза (т.е. бели ларви што одговараат на фазата на ларви што и претходи на предпупалната фаза) и препупа (т.е. последната ларва фаза за време на која ларвите BSF поцрнуваат, престануваат да се хранат и бараат средина погодна за метаморфоза) и складирајте на - 18°C за анализа на составот. Приносот беше пресметан како однос на вкупната маса на инсекти (ларви и препупа од стадиум 6) добиени по сад (g) до времето на развој (г). Сите средни вредности во текстот се изразени како: средна вредност ± SD.
Сите последователни чекори со користење на растворувачи (хексан (Хекс), хлороформ (CHCl3), метанол (MeOH)) беа изведени под аспиратор и бараа носење нитрилни ракавици, престилки и заштитни очила.
Белите ларви беа сушени во машина за сушење замрзнување FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, MO, USA) 72 часа и потоа се мелеа (IKA A10, Staufen, Германија). Вкупните липиди беа екстрахирани од ± 1 g прашок со помош на методот Folch 54. Содржината на резидуална влага на секој лиофилизиран примерок беше одредена во дупликат со помош на анализатор на влага (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Германија) за да се коригираат вкупните липиди.
Вкупните липиди беа трансестерифицирани под кисели услови за да се добијат метил естери на масни киселини. Накратко, приближно 10 mg липиди/100 µl раствор на CHCl3 (100 µl) беше испаруван со азот во епрувета Pyrex© од 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, Лондон, ОК). Цевката беше ставена во Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Хексан > 95% за анализа на органски траги, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) и Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) раствор (0,5 ml) во водена бања на 70 °C 90 мин. По ладењето, додадени се 10% воден раствор на H2SO4 (0,2 ml) и заситен раствор на NaCl (0,5 ml). Измешајте ја цевката и наполнете ја смесата со чист Hex (8,0 mL). Дел од горната фаза беше префрлен во вијала и анализиран со гасна хроматографија со детектор за јонизација на пламен (GC-FID). Примероците беа анализирани со помош на Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) опремен со сплит/без расцепен инјектор (240 °C) во режим на поделба (поделен проток: 10 mL/min), колона Stabilwax®-DA ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, USA) и FID (250 °C). Температурната програма беше поставена на следниов начин: 50 °C за 1 мин, зголемување до 150 °C при 30 °C/мин, зголемување до 240 °C при 4 °C/мин и продолжување на 240 °C за 5 мин. Hex беше користен како празно и референтен стандард кој содржи 37 метил естри на масни киселини (Supelco 37-компонента FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Белгија) беше користен за идентификација. Идентификацијата на незаситените масни киселини (UFAs) беше потврдена со сеопфатен дводимензионален GC (GC×GC-FID) и присуството на изомери беше точно определено со мала адаптација на методот на Ferrara et al. 55. Деталите за инструментот може да се најдат во дополнителната табела S3 и резултатите во дополнителната слика S5.
Податоците се претставени во формат на табела Excel (Мајкрософт корпорација, Редмонд, ВА, САД). Статистичката анализа беше извршена со користење на R Studio (верзија 2023.12.1+402, Бостон, САД) 56 . Податоците за тежината на ларвите, времето на развој и продуктивноста беа проценети со помош на линеарниот модел (LM) (команда „lm“, R пакет „статистички податоци“ 56 ) како што одговараат на Гаусова дистрибуција. Стапките на преживување со помош на анализа на биномниот модел беа проценети со користење на општиот линеарен модел (GLM) (команда „glm“, R пакет „lme4“ 57 ). Нормалноста и хомоскедастичноста беа потврдени со помош на тестот Шапиро (команда „shapiro.test“, R пакет „статистички податоци“ 56 ) и анализа на варијансата на податоците (команда бетадиспер, R пакет „веган“ 58 ). По парна анализа на значајни p-вредности (p <0,05) од тестот LM или GLM, беа откриени значајни разлики помеѓу групите со помош на тестот EMM (команда „emmeans“, R пакет „emmeans“ 59).
Целосните ФА спектри беа споредени со користење на повеќеваријатна пермутациона анализа на варијанса (т.е. permMANOVA; команда „adonis2“, R пакет „веган“ 58) користејќи ја матрицата на Евклидовата далечина и 999 пермутации. Ова помага да се идентификуваат масните киселини кои се под влијание на природата на јаглехидратите во исхраната. Значајните разлики во профилите на ФА беа дополнително анализирани со користење на парни споредби. Податоците потоа беа визуелизирани со помош на анализа на главна компонента (PCA) (команда „PCA“, R пакет „FactoMineR“ 60). ФА одговорна за овие разлики беше идентификувана со толкување на корелационите кругови. Овие кандидати беа потврдени со користење на еднонасочна анализа на варијанса (ANOVA) (команда „aov“, R пакет „статистички податоци“ 56 ) проследено со пост хок тест на Tukey (команда TukeyHSD, R пакет „статистички податоци“ 56 ). Пред анализата, нормалноста беше проценета со помош на тестот Шапиро-Вилк, хомоскедастичноста беше проверена со помош на Бартлет тест (команда „bartlett.test“, R пакет „статистички податоци“ 56) и беше користен непараметриски метод ако ниту една од двете претпоставки не беше исполнета . Анализите беа споредени (команда „kruskal.test“, R пакет „статистички податоци“ 56 ), а потоа беа применети Dunn-овите пост хок тестови (команда dunn.test, R пакет „dunn.test“ 56 ).
Конечната верзија на ракописот беше проверена со помош на Grammarly Editor како англиски коректор (Grammarly Inc., Сан Франциско, Калифорнија, САД) 61 .
Збирките на податоци генерирани и анализирани за време на тековната студија се достапни од соодветниот автор на разумно барање.
Ким, СВ и сор. Задоволување на глобалната побарувачка за добиточна храна: предизвици, можности и стратегии. Annals of Animal Biosciences 7, 221-243 (2019).
Капарос Мегидо, Р., и сор. Преглед на статусот и перспективите на светското производство на инсекти за јадење. Ентомол. Gen. 44, (2024).
Rehman, K. ur, et al. Црна војничка мува (Hermetia illucens) како потенцијално иновативна и еколошка алатка за управување со органски отпад: краток преглед. Истражување за управување со отпад 41, 81–97 (2023).
Скала, А., и сор. Подлогата за одгледување влијае на растот и статусот на макронутриенти на индустриски произведените ларви на црни војнички муви. Sci. Реп. 10, 19448 (2020).
Шу, МК и др. Антимикробни својства на екстракти од масло од ларви на црни војнички муви кои се одгледуваат на лебни трошки. Наука за животинска храна, 64, (2024).
Schmitt, E. and de Vries, W. (2020). Потенцијални придобивки од користењето ѓубриво за црни војнички мушички како дополнување на почвата за производство на храна и намалено влијание врз животната средина. Тековно мислење. Зелена Одржливост. 25, 100335 (2020).
Франко А. и сор. Липиди од мувата на црните војници - иновативен и одржлив извор. Одржлив развој, кн. 13, (2021).
Ван Хуис, А. Инсекти како храна и добиточна храна, ново поле во земјоделството: преглед. Ј. Храна за инсекти 6, 27-44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., and Beganovsky, A. Разни употреби на мувите на црниот војник во индустријата и земјоделството – преглед. Биологија 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., and Caparros Megido, R. Оптимизација на вештачко размножување на Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Време на објавување: 25-12-2024 година