Хвала вам што сте посетили Натуре.цом. Верзија претраживача коју користите има ограничену подршку за ЦСС. За најбоље резултате препоручујемо коришћење новијег прегледача (или онемогућавање режима компатибилности у Интернет Екплорер-у). У међувремену, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказаћемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Црни војник мува (Херметиа иллуценс, Л. 1758) је свејед детритиворни инсект са високим потенцијалом за коришћење органских нуспроизвода богатих угљеним хидратима. Међу угљеним хидратима, црне војничке мушице се ослањају на растворљиве шећере за раст и синтезу липида. Циљ овог истраживања био је да се процени утицај уобичајених растворљивих шећера на развој, преживљавање и профил масних киселина црних мува војника. Додати храну за пилиће моносахаридима и дисахаридима одвојено. Целулоза је коришћена као контрола. Ларве храњене глукозом, фруктозом, сахарозом и малтозом расле су брже од контролних ларви. Насупрот томе, лактоза је имала антинутритивни ефекат на ларве, успоравајући раст и смањујући коначну телесну тежину појединца. Међутим, сви растворљиви шећери су учинили ларве дебљима од оних храњених контролном исхраном. Значајно је да су тестирани шећери обликовали профил масних киселина. Малтоза и сахароза су повећале садржај засићених масних киселина у поређењу са целулозом. Насупрот томе, лактоза је повећала биоакумулацију незасићених масних киселина у исхрани. Ова студија је прва која демонстрира ефекат растворљивог шећера на састав масних киселина ларви црног војника. Наши резултати показују да испитани угљени хидрати имају значајан утицај на састав масних киселина ларви црне мухе и стога могу одредити њихову коначну примену.
Глобална потражња за енергијом и животињским протеинима наставља да расте1. У контексту глобалног загревања, императив је пронаћи зеленије алтернативе фосилној енергији и традиционалним методама производње хране уз повећање производње. Инсекти су обећавајући кандидати за решавање ових проблема због њиховог нижег хемијског састава и утицаја на животну средину у поређењу са традиционалним узгојем стоке2. Међу инсектима, одличан кандидат за решавање ових проблема је црна мува војник (БСФ), Херметиа иллуценс (Л. 1758), детритоворна врста способна да се храни разним органским супстратима3. Стога би валоризација ових супстрата кроз узгој БСФ-а могла створити нови извор сировина за задовољавање потреба различитих индустрија.
Ларве БСФ (БСФЛ) могу се хранити пољопривредним и агроиндустријским нуспроизводима као што су зрно пивара, остаци поврћа, воћна пулпа и стари хлеб, који су посебно погодни за раст БСФЛ због високог садржаја угљених хидрата (ЦХ)4,5, 6 садржаја. Велика производња БСФЛ-а резултира формирањем два производа: фецеса, мешавине остатака супстрата и фецеса који се могу користити као ђубриво за узгој биљака7 и ларви, које се углавном састоје од протеина, липида и хитина. Протеини и липиди се углавном користе у сточарству, биогориву и козметици8,9. Што се тиче хитина, овај биополимер налази примену у пољопривредно-прехрамбеном сектору, биотехнологији и здравству10.
БСФ је аутогени холометаболни инсект, што значи да његова метаморфоза и репродукција, посебно фазе животног циклуса инсекта које троше енергију, могу бити у потпуности подржане резервама хранљивих материја које се стварају током раста ларве11. Прецизније, синтеза протеина и липида доводи до развоја масног тела, важног органа за складиштење који ослобађа енергију током фаза нехрањења БСФ-а: препупа (тј. финална фаза ларве током које ларве БСФ-а постају црне док се хране и траже за окружење погодно за метаморфозу), лутке (тј. непокретни стадијум током којег инсект пролази кроз метаморфозу) и одрасли12,13. ЦХ је главни извор енергије у исхрани БСФ14. Међу овим хранљивим материјама, влакнасти ЦХ, као што су хемицелулоза, целулоза и лигнин, за разлику од дисахарида и полисахарида (као што је скроб), не могу се варити од стране БСФЛ15,16. Варење ЦХ је важан прелиминарни корак за апсорпцију угљених хидрата, који се на крају хидролизују у једноставне шећере у цревима16. Једноставни шећери се затим могу апсорбовати (тј. кроз перитрофичну мембрану црева) и метаболисати да би произвели енергију17. Као што је горе поменуто, ларве складиште вишак енергије као липиде у масном телу12,18. Липиди за складиштење састоје се од триглицерида (неутралних липида формираних од једног молекула глицерола и три масне киселине) које синтетишу ларве из једноставних шећера у исхрани. Ови ЦХ обезбеђују ацетил-ЦоА супстрате потребне за биосинтезу масних киселина (ФА) путем путева синтазе масних киселина и тиоестеразе19. Профилом масних киселина липида Х. иллуценс природно доминирају засићене масне киселине (СФА) са високим уделом лауринске киселине (Ц12:0)19,20. Због тога, висок садржај липида и састав масних киселина брзо постају ограничавајући фактори за употребу целих ларви у сточној храни, посебно у аквакултури где су потребне полинезасићене масне киселине (ПУФА)21.
Од открића потенцијала БСФЛ-а да смањи органски отпад, студије о вредности различитих нуспроизвода су показале да је састав БСФЛ-а делимично регулисан његовом исхраном. Тренутно, регулација ФА профила Х. иллуценс наставља да се побољшава. Способност БСФЛ-а да биоакумулира ПУФА је демонстрирана на супстратима богатим ПУФА као што су алге, рибљи отпад или оброци као што је ланено семе, што обезбеђује квалитетнији профил ФА за исхрану животиња19,22,23. Насупрот томе, за нуспроизводе који нису обогаћени ПУФА, не постоји увек корелација између профила ФА у исхрани и ФА ларве, што указује на утицај других хранљивих материја24,25. У ствари, ефекат сварљивог ЦХ на профиле ФА остаје слабо схваћен и недовољно истражен24,25,26,27.
Колико је нама познато, иако су укупни моносахариди и дисахариди у изобиљу у исхрани Х. иллуценс, њихова нутритивна улога остаје слабо схваћена у исхрани Х. иллуценс. Циљ ове студије је био да се разјасни њихов утицај на исхрану БСФЛ и састав липида. Процењиваћемо раст, преживљавање и продуктивност ларви у различитим условима исхране. Затим ћемо описати садржај липида и профил масних киселина сваке дијете да бисмо истакли ефекте ЦХ на квалитет исхране БСФЛ.
Претпоставили смо да ће природа тестираног ЦХ утицати на (1) раст ларве, (2) укупне нивое липида и (3) модулацију профила ФА. Моносахариди се могу директно апсорбовати, док дисахариди морају бити хидролизовани. Моносахариди су стога доступнији као директни извори енергије или прекурсори за липогенезу путем путева ФА синтазе и тиоестеразе, чиме се појачава раст ларви Х. иллуценс и промовише акумулација резервних липида (посебно лауринске киселине).
Испитивани ЦХ је утицао на просечну телесну масу ларви током раста (сл. 1). ФРУ, ГЛУ, СУЦ и МАЛ су повећали телесну тежину ларве слично контролној исхрани (ЦЕЛ). Насупрот томе, чинило се да ЛАЦ и ГАЛ успоравају развој ларви. Приметно је да је ЛАЦ имао значајан негативан утицај на раст ларви у поређењу са СУЦ током целог периода раста: 9,16 ± 1,10 мг наспрам 15,00 ± 1,01 мг трећег дана (Ф6,21 = 12,77, п < 0,001; Слика 1), 125,11 ± 4 мг и 211,79 ± 14,93 мг, респективно, 17. дана (Ф6,21 = 38,57, п < 0,001; сл. 1).
Коришћење различитих моносахарида (фруктозе (ФРУ), галактозе (ГАЛ), глукозе (ГЛУ)), дисахарида (лактозе (ЛАЦ), малтозе (МАЛ), сахарозе (СУЦ)) и целулозе (ЦЕЛ) као контроле. Раст ларви храњених ларвама црне муве војника. Свака тачка на кривој представља средњу индивидуалну тежину (мг) израчунату мерењем 20 насумично одабраних ларви из популације од 100 ларви (н = 4). Траке грешака представљају СД.
ЦЕЛ дијета је обезбедила одлично преживљавање ларви од 95,5 ± 3,8%. Штавише, смањено је преживљавање дијета које су храњене Х. иллуценс са растворљивим ЦХ (ГЛМ: χ = 107,13, дф = 21, п < 0,001), што је узроковано МАЛ и СУЦ (дисахариди) у испитиваном ЦХ. Смртност је била нижа него код ГЛУ, ФРУ, ГАЛ (моносахарида) и ЛАЦ (ЕММ: п < 0,001, Слика 2).
Боксплот преживљавања ларви црне мухе војника третираних различитим моносахаридима (фруктоза, галактоза, глукоза), дисахаридима (лактоза, малтоза, сахароза) и целулозом као контролама. Третмани са истим словом се међусобно значајно не разликују (ЕММ, п > 0,05).
Све тестиране дијете дозвољавале су ларвама да достигну препупалну фазу. Међутим, тестирани ЦХ су имали тенденцију да продуже развој ларве (Ф6,21=9,60, п<0,001; Табела 1). Конкретно, ларвама које су храњене ГАЛ-ом и ЛАЦ-ом било је потребно више времена да дођу до препупалног стадијума у поређењу са ларвама узгајаним на ЦЕЛ-у (ЦЕЛ-ГАЛ: п<0,001; ЦЕЛ-ЛАЦ: п<0,001; Табела 1).
Тестирани ЦХ је такође имао различите ефекте на телесну тежину ларви, при чему је телесна тежина ларви храњених ЦЕЛ исхраном достигла 180,19 ± 11,35 мг (Ф6,21 = 16,86, п < 0,001; сл. 3). ФРУ, ГЛУ, МАЛ и СУЦ су резултирали просечном коначном телесном тежином ларве већом од 200 мг, што је било значајно више од оне код ЦЕЛ (п < 0,05). Насупрот томе, ларве храњене ГАЛ-ом и ЛАЦ-ом имале су нижу телесну тежину, у просеку 177,64 ± 4,23 мг и 156,30 ± 2,59 мг, респективно (п < 0,05). Овај ефекат је био израженији код ЛАЦ, где је коначна телесна тежина била нижа него код контролне дијете (ЦЕЛ-ЛАЦ: разлика = 23,89 мг; п = 0,03; Слика 3).
Средња коначна тежина појединачних ларви изражена као ларве (мг) и црне мушице војнике изражене као хистограм (г) храњене су различитим моносахаридима (фруктоза, галактоза, глукоза), дисахаридима (лактоза, малтоза, сахароза) и целулозом (као контрола). Стубчаста слова представљају групе значајно различите по укупној тежини ларве (п < 0,001). Слова повезана са пегама ларве представљају групе са значајно различитим индивидуалним тежинама ларви (п < 0,001). Траке грешака представљају СД.
Максимална индивидуална тежина била је независна од максималне коначне укупне тежине колоније ларве. У ствари, дијете које садрже ФРУ, ГЛУ, МАЛ и СУЦ нису повећале укупну тежину ларве произведене у резервоару у поређењу са ЦЕЛ (Слика 3). Међутим, ЛАЦ је значајно смањио укупну тежину (ЦЕЛ-ЛАЦ: разлика = 9,14 г; п < 0,001; Слика 3).
У табели 1 приказан је принос (ларве/дан). Занимљиво је да су оптимални приноси ЦЕЛ, МАЛ и СУЦ били слични (Табела 1). Насупрот томе, ФРУ, ГАЛ, ГЛУ и ЛАЦ су смањили принос у поређењу са ЦЕЛ (Табела 1). ГАЛ и ЛАЦ су показали најгоре: принос је преполовљен на само 0,51 ± 0,09 г ларви/дан и 0,48 ± 0,06 г ларви/дан, респективно (Табела 1).
Моносахариди и дисахариди су повећали садржај липида у ларви ЦФ (Табела 1). На ЦЛЕ исхрани су добијене ларве са садржајем липида од 23,19 ± 0,70% садржаја ДМ. Поређења ради, просечан садржај липида код ларви храњених растворљивим шећером био је више од 30% (Табела 1). Међутим, испитани ЦХ су у истој мери повећали садржај масти.
Као што се и очекивало, ЦГ субјекти су у различитом степену утицали на ФА профил ларви (слика 4). Садржај СФА је био висок у свим дијетама и достигао је више од 60%. МАЛ и СУЦ су дебалансирали профил ФА, што је довело до повећања садржаја СФА. У случају МАЛ-а, с једне стране, ова неравнотежа је довела претежно до смањења садржаја мононезасићених масних киселина (МУФА) (Ф6,21 = 7,47; п < 0,001; сл. 4). С друге стране, за СУЦ, смањење је било равномерније између МУФА и ПУФА. ЛАЦ и МАЛ су имали супротне ефекте на ФА спектар (СФА: Ф6,21 = 8,74; п < 0,001; МУФА: Ф6,21 = 7,47; п < 0,001; ПУФА: χ2 = 19,60; Дф = 6; п < 0,001; 4). Чини се да мањи удео СФА у ларвама које се хране ЛАЦ повећава садржај МУФА. Конкретно, нивои МУФА су били виши код ларви храњених ЛАЦ-ом у поређењу са другим растворљивим шећерима осим ГАЛ-а (Ф6,21 = 7,47; п < 0,001; Слика 4).
Користећи различите моносахариде (фруктозу (ФРУ), галактозу (ГАЛ), глукозу (ГЛУ)), дисахариде (лактозу (ЛАЦ), малтозу (МАЛ), сахарозу (СУЦ)) и целулозу (ЦЕЛ) као контролу, дијаграм масних киселина састав храњен ларвама муве црног војника. Резултати су изражени као проценат укупног ФАМЕ-а. Третмани означени различитим словима значајно се разликују (п < 0,001). (а) Удео засићених масних киселина; (б) Мононезасићене масне киселине; (ц) Полинезасићене масне киселине.
Међу идентификованим масним киселинама, лауринска киселина (Ц12:0) је била доминантна у свим посматраним спектрима (више од 40%). Друге присутне СФА биле су палмитинска киселина (Ц16:0) (мање од 10%), стеаринска киселина (Ц18:0) (мање од 2,5%) и капринска киселина (Ц10:0) (мање од 1,5%). МУФА су углавном биле представљене олеинском киселином (Ц18:1н9) (мање од 9,5%), док су ПУФА биле углавном састављене од линолне киселине (Ц18:2н6) (мање од 13,0%) (види додатну табелу С1). Поред тога, мали део једињења није могао бити идентификован, посебно у спектрима ЦЕЛ ларви, где је неидентификовано једињење број 9 (УНД9) чинило у просеку 2,46 ± 0,52% (види додатну табелу С1). ГЦ × ГЦ-ФИД анализа сугерише да би то могла бити масна киселина од 20 угљеника са пет или шест двоструких веза (види додатну слику С5).
ПЕРМАНОВА анализа је открила три различите групе на основу профила масних киселина (Ф6,21 = 7,79, п < 0,001; Слика 5). Анализа главних компоненти (ПЦА) ТБЦ спектра то илуструје и објашњена је са две компоненте (Слика 5). Главне компоненте су објасниле 57,9% варијансе и укључивале, по редоследу важности, лауринску киселину (Ц12:0), олеинску киселину (Ц18:1н9), палмитинску киселину (Ц16:0), стеаринску киселину (Ц18:0) и линоленска киселина (Ц18:3н3) (видети слику С4). Друга компонента је објаснила 26,3% варијансе и укључила, по редоследу важности, деканску киселину (Ц10:0) и линолну киселину (Ц18:2н6 цис) (види додатну слику С4). Профили дијета које садрже једноставне шећере (ФРУ, ГАЛ и ГЛУ) су показале сличне карактеристике. Насупрот томе, дисахариди су дали различите профиле: МАЛ и СУЦ с једне стране и ЛАЦ с друге. Конкретно, МАЛ је био једини шећер који је променио ФА профил у поређењу са ЦЕЛ. Поред тога, МАЛ профил се значајно разликовао од профила ФРУ и ГЛУ. Конкретно, профил МАЛ је показао највећи удео Ц12:0 (54,59 ± 2,17%), што га чини упоредивим са ЦЕЛ (43,10 ± 5,01%), ЛАЦ (43,35 ± 1,31%), ФРУ (48,90 ± 1,97%) и ГЛУ (48,38 ± 2,17%) профили (видети Додатна табела С1). МАЛ спектар је такође показао најмањи садржај Ц18:1н9 (9,52 ± 0,50%), што га је додатно разликовало од ЛАЦ (12,86 ± 0,52%) и ЦЕЛ (12,40 ± 1,31%) спектра. Сличан тренд је примећен и за Ц16:0. У другој компоненти, ЛАЦ спектар је показао највећи садржај Ц18:2н6 (17,22 ± 0,46%), док је МАЛ показао најмањи (12,58 ± 0,67%). Ц18: 2н6 је такође разликовао ЛАЦ од контроле (ЦЕЛ), који је показао ниже нивое (13,41 ± 2,48%) (види додатну табелу С1).
ПЦА дијаграм профила масних киселина ларви црне мухе војника са различитим моносахаридима (фруктоза, галактоза, глукоза), дисахаридима (лактоза, малтоза, сахароза) и целулозом као контрола.
Да би се проучавали нутритивни ефекти растворљивих шећера на ларве Х. иллуценс, целулоза (ЦЕЛ) у храни за пиле замењена је глукозом (ГЛУ), фруктозом (ФРУ), галактозом (ГАЛ), малтозом (МАЛ), сахарозом (СУЦ) и лактоза (ЛАЦ). Међутим, моносахариди и дисахариди су имали различите ефекте на развој, преживљавање и састав ХФ ларви. На пример, ГЛУ, ФРУ и њихови дисахаридни облици (МАЛ и СУЦ) су имали позитивне ефекте подршке на раст ларви, омогућавајући им да постигну већу коначну телесну тежину од ЦЕЛ. За разлику од непробављивих ЦЕЛ, ГЛУ, ФРУ и СУЦ могу заобићи цревну баријеру и послужити као важни извори хранљивих материја у формулисаним дијетама16,28. МАЛ-у недостају специфични транспортери животиња и сматра се да је хидролизован у два молекула глукозе пре асимилације15. Ови молекули се складиште у телу инсекта као директан извор енергије или као липиди18. Прво, у вези са овим последњим, неке од уочених интрамодалних разлика могу бити последица малих разлика у односима полова. Заиста, код Х. иллуценс, репродукција може бити потпуно спонтана: одрасле женке природно имају довољне резерве за полагање јаја и теже су од мужјака29. Међутим, акумулација липида у БСФЛ корелира са уносом ЦХ2 растворљивог у исхрани, као што је раније примећено за ГЛУ и ксилозу26,30. На пример, Ли и сар.30 су приметили да када се 8% ГЛУ дода у исхрану ларви, садржај липида у БСФ ларви се повећао за 7,78% у поређењу са контролама. Наши резултати су у складу са овим запажањима, показујући да је садржај масти у ларвама које су храњене растворљивим шећером био већи него код ларви које су храњене ЦЕЛ исхраном, у поређењу са повећањем од 8,57% са суплементацијом ГЛУ. Изненађујуће, слични резултати су примећени код ларви храњених ГАЛ и ЛАЦ, упркос штетним ефектима на раст ларве, коначну телесну тежину и преживљавање. Ларве храњене ЛАЦ-ом биле су значајно мање од оних које су храњене ЦЕЛ исхраном, али је њихов садржај масти био упоредив са ларвама храњеним другим растворљивим шећерима. Ови резултати наглашавају антинутритивне ефекте лактозе на БСФЛ. Прво, исхрана садржи велику количину ЦХ. Системи апсорпције и хидролизе моносахарида и дисахарида, респективно, могу достићи засићење, узрокујући уска грла у процесу асимилације. Што се тиче хидролизе, њу спроводе α- и β-глукозидазе 31 . Ови ензими имају пожељне супстрате у зависности од њихове величине и хемијских веза (α или β веза) између њихових саставних моносахарида 15 . Хидролизу ЛАЦ у ГЛУ и ГАЛ спроводи β-галактозидаза, ензим чија је активност доказана у цревима БСФ 32 . Међутим, његова експресија може бити недовољна у поређењу са количином ЛАЦ-а коју конзумирају ларве. Насупрот томе, α-глукозидаза малтаза и сахараза 15, за које се зна да су обилно изражене код инсеката, способне су да разбију велике количине МАЛ-а и сахарозе СУЦ, чиме ограничавају овај ефекат засићења. Друго, антинутритивни ефекти могу бити последица смањене стимулације инсеката интестиналне амилазе и успоравања понашања при храњењу у поређењу са другим третманима. Заиста, растворљиви шећери су идентификовани као стимулатори активности ензима важних за варење инсеката, као што је амилаза, и као покретачи одговора на храњење33,34,35. Степен стимулације варира у зависности од молекуларне структуре шећера. У ствари, дисахариди захтевају хидролизу пре апсорпције и имају тенденцију да стимулишу амилазу више од својих саставних моносахарида34. Насупрот томе, ЛАЦ има блажи ефекат и утврђено је да није у стању да подржи раст инсеката код различитих врста33,35. На пример, код штеточине Сподоптера екигуа (Боддие 1850), никаква хидролитичка активност ЛАЦ није откривена у екстрактима ензима средњег црева гусенице36.
Што се тиче ФА спектра, наши резултати указују на значајне модулаторне ефекте тестираног ЦХ. Приметно, иако је лауринска киселина (Ц12:0) чинила мање од 1% укупне ФА у исхрани, она је доминирала у свим профилима (види додатну табелу С1). Ово је у складу са претходним подацима да се лауринска киселина синтетише из ЦХ у храни Х. иллуценс путем пута који укључује ацетил-ЦоА карбоксилазу и ФА синтазу19,27,37. Наши резултати потврђују да је ЦЕЛ у великој мери непробављив и да делује као „средство за повећање масе“ у контролним дијетама БСФ, као што је дискутовано у неколико студија БСФЛ38,39,40. Замена ЦЕЛ моносахаридима и дисахаридима који нису ЛАЦ повећала је однос Ц12:0, што указује на повећано узимање ЦХ од стране ларви. Занимљиво је да дисахариди МАЛ и СУЦ промовишу синтезу лауринске киселине ефикасније од својих саставних моносахарида, што сугерише да упркос вишем степену полимеризације ГЛУ и ФРУ, и пошто је Дросопхила једини транспортер сахарозе који је идентификован у врстама животињских протеина, дисахаридни транспортери можда нису присутни у цревима ларве Х. иллуценс15, коришћење ГЛУ и ФРУ је повећан. Међутим, иако се ГЛУ и ФРУ теоретски лакше метаболишу од стране БСФ-а, они се такође лакше метаболишу од стране супстрата и цревних микроорганизама, што може резултирати њиховом бржом деградацијом и смањеном употребом од стране ларви у поређењу са дисахаридима.
На први поглед, садржај липида у ларви храњеним ЛАЦ и МАЛ био је упоредив, што указује на сличну биорасположивост ових шећера. Међутим, изненађујуће, ФА профил ЛАЦ-а је био богатији у СФА, посебно са нижим садржајем Ц12:0, у поређењу са МАЛ. Једна хипотеза која објашњава ову разлику је да ЛАЦ може стимулисати биоакумулацију ФА у исхрани преко ацетил-ЦоА ФА синтазе. У прилог овој хипотези, ЛАЦ ларве су имале најнижи однос деканоата (Ц10:0) (0,77 ± 0,13%) у односу на ЦЕЛ дијету (1,27 ± 0,16%), што указује на смањену активност ФА синтазе и тиоестеразе19. Друго, сматра се да су масне киселине у исхрани главни фактор који утиче на састав СФА Х. иллуценс27. У нашим експериментима, линолна киселина (Ц18:2н6) је чинила 54,81% масних киселина у исхрани, при чему је удео у ЛАЦ ларвама био 17,22 ± 0,46%, а у МАЛ 12,58 ± 0,67%. Олеинска киселина (цис + транс Ц18:1н9) (23,22% у исхрани) показала је сличан тренд. Однос α-линоленске киселине (Ц18:3н3) такође подржава хипотезу о биоакумулацији. Познато је да се ова масна киселина акумулира у БСФЛ-у након обогаћивања супстрата, као што је додавање колача од ланеног семена, до 6-9% укупних масних киселина у ларви19. У обогаћеној исхрани, Ц18:3н3 може чинити до 35% укупних дијеталних масних киселина. Међутим, у нашој студији, Ц18:3н3 чини само 2,51% профила масних киселина. Иако је удео пронађен у природи био мањи код наших ларви, овај удео је био већи код ЛАЦ ларви (0,87 ± 0,02%) него код МАЛ (0,49 ± 0,04%) (п <0,001; види додатну табелу С1). ЦЕЛ дијета је имала средњи удео од 0,72 ± 0,18%. Коначно, однос палмитинске киселине (Ц16:0) у ларвама ЦФ одражава допринос синтетичких путева и ФА19 у исхрани. Хоц ет ал. 19 је приметио да је синтеза Ц16:0 смањена када је исхрана била обогаћена брашном од ланеног семена, што се приписује смањењу доступности ацетил-ЦоА супстрата услед смањења односа ЦХ. Изненађујуће, иако су обе дијете имале сличан садржај ЦХ и МАЛ је показао већу биорасположивост, ларве МАЛ су показале најнижи однос Ц16:0 (10,46 ± 0,77%), док је ЛАЦ показао већи удео, који је чинио 12,85 ± 0,27% (п < 0,05; видети; видети; Додатна табела С1). Ови резултати наглашавају сложен утицај хранљивих материја на варење и метаболизам БСФЛ-а. Тренутно су истраживања на ову тему детаљнија код Лепидоптера него код Диптера. Код гусеница, ЛАЦ је идентификован као слаб стимуланс понашања у исхрани у поређењу са другим растворљивим шећерима као што су СУЦ и ФРУ34,35. Конкретно, код Сподоптералитторалис (Боисдувал 1833), потрошња МАЛ-а је стимулисала амилолитичку активност у цревима у већој мери него ЛАЦ34. Слични ефекти у БСФЛ могу да објасне појачану стимулацију Ц12:0 синтетичког пута у МАЛ ларвама, што је повезано са повећаном интестиналном апсорпцијом ЦХ, продуженим храњењем и деловањем интестиналне амилазе. Мања стимулација ритма храњења у присуству ЛАЦ такође може објаснити спорији раст ЛАЦ ларви. Штавише, Лиу Ианкиа ет ал. 27 је приметио да је век трајања липида у супстратима Х. иллуценс био дужи од ЦХ. Због тога се ларве ЛАЦ-а могу више ослањати на липиде у исхрани да би завршиле свој развој, што може повећати њихов коначни садржај липида и модулирати њихов профил масних киселина.
Колико нам је познато, само неколико студија је тестирало ефекте додавања моносахарида и дисахарида БСФ исхрани на њихове ФА профиле. Прво, Ли ет ал. 30 је проценио ефекте ГЛУ и ксилозе и приметио нивое липида сличне нашем са стопом додавања од 8%. Профил ФА није био детаљан и састојао се углавном од СФА, али нису пронађене разлике између два шећера или када су представљени истовремено30. Штавише, Цохн ет ал. 41 није показао ефекат додавања 20% ГЛУ, СУЦ, ФРУ и ГАЛ храни за пилиће на одговарајуће профиле ФА. Ови спектри су добијени из техничких, а не биолошких реплика, што, како су објаснили аутори, може ограничити статистичку анализу. Штавише, недостатак контроле изо шећера (користећи ЦЕЛ) ограничава тумачење резултата. Недавно су две студије Нугрохо РА ет ал. показао аномалије у спектру ФА42,43. У првој студији, Нугрохо РА ет ал. 43 је тестирао ефекат додавања ФРУ у ферментисано брашно од палминог зрна. ФА профил насталих ларви показао је абнормално високе нивое ПУФА, од којих је више од 90% изведено из исхране која садржи 10% ФРУ (слично нашој студији). Иако је ова дијета садржавала рибље пелете богате ПУФА, пријављене вредности ФА профила ларви на контролној исхрани која се састоји од 100% ферментисаног ПЦМ-а нису биле у складу са било којим претходно пријављеним профилом, посебно са абнормалним нивоом Ц18:3н3 од 17,77 ± 1,67% и 26,08 ± 0,20% за коњуговану линолну киселину (Ц18:2н6т), редак изомер линолне киселине. Друга студија је показала сличне резултате укључујући ФРУ, ГЛУ, МАЛ и СУЦ42 у ферментисаном оброку палминог зрна. Ове студије, попут наше, истичу озбиљне потешкоће у поређењу резултата испитивања исхране са ларвама БСФ, као што су избори контроле, интеракције са другим изворима хранљивих материја и методе анализе ФА.
Током експеримената, приметили смо да боја и мирис супстрата варирају у зависности од исхране која се користи. Ово сугерише да микроорганизми могу играти улогу у резултатима уоченим у супстрату и дигестивном систему ларви. У ствари, моносахариди и дисахариди се лако метаболишу колонизујућим микроорганизмима. Брза потрошња растворљивих шећера од стране микроорганизама може довести до ослобађања великих количина микробних метаболичких производа као што су етанол, млечна киселина, кратколанчане масне киселине (нпр. сирћетна киселина, пропионска киселина, бутерна киселина) и угљен-диоксид44. Нека од ових једињења могу бити одговорна за смртоносне токсичне ефекте на ларве које су такође приметили Цохн ет ал.41 у сличним развојним условима. На пример, етанол је штетан за инсекте45. Велике количине емисије угљен-диоксида могу довести до његовог нагомилавања на дну резервоара, што може лишити атмосферу кисеоника ако циркулација ваздуха не дозвољава његово ослобађање. Што се тиче СЦФА, њихов утицај на инсекте, посебно Х. иллуценс, остаје слабо схваћен, иако се показало да су млечна киселина, пропионска киселина и бутерна киселина смртоносне код Цаллособруцхус мацулатус (Фабрициус 1775)46. У Дросопхила меланогастер Меиген 1830, ови СЦФА су олфакторни маркери који воде женке до места овипозиције, што указује на корисну улогу у развоју ларви47. Међутим, сирћетна киселина је класификована као опасна супстанца и може значајно да инхибира развој ларви47. Насупрот томе, недавно је откривено да лактат добијен из микроба има заштитни ефекат против инвазивних цревних микроба у Дросопхила48. Штавише, микроорганизми у дигестивном систему такође играју улогу у варењу ЦХ код инсеката49. Физиолошки ефекти СЦФА на микробиоту црева, као што су брзина храњења и експресија гена, описани су код кичмењака 50 . Они такође могу имати трофички ефекат на ларве Х. иллуценс и могу делимично допринети регулацији профила ФА. Студије о нутритивним ефектима ових производа микробне ферментације ће разјаснити њихов утицај на исхрану Х. иллуценс и пружити основу за будућа истраживања о корисним или штетним микроорганизмима у смислу њиховог развоја и вредности супстрата богатих ФА. С тим у вези, улога микроорганизама у процесима варења инсеката који се масовно узгајају се све више проучава. Инсекти почињу да се посматрају као биореактори, који обезбеђују пХ и услове оксигенације који олакшавају развој микроорганизама специјализованих за деградацију или детоксикацију хранљивих материја које инсекти тешко сваре 51 . Недавно су Ксианг ет ал.52 показали да, на пример, инокулација органског отпада мешавином бактерија омогућава ЦФ да привуче бактерије специјализоване за разградњу лигноцелулозе, побољшавајући њену деградацију у супстрату у поређењу са супстратима без ларви.
Коначно, када је у питању корисна употреба органског отпада од стране Х. иллуценс, ЦЕЛ и СУЦ дијете су произвеле највећи број ларви дневно. То значи да је упркос нижој коначној тежини појединачних јединки, укупна тежина ларве произведена на супстрату који се састоји од непробављивог ЦХ упоредива са оном добијеном на хомосахаридној исхрани која садржи моносахариде и дисахариде. У нашој студији, важно је напоменути да су нивои других хранљивих материја довољни да подрже раст популације ларви и да би додавање ЦЕЛ требало да буде ограничено. Међутим, коначни састав ларви се разликује, наглашавајући важност избора праве стратегије за валоризацију инсеката. ЦЕЛ ларве храњене интегралном храном су погодније за употребу као сточна храна због нижег садржаја масти и нижег нивоа лауринске киселине, док ларве храњене СУЦ или МАЛ исхраном захтевају одмашћивање притиском да би се повећала вредност уља, посебно у биогориву. сектору. ЛАЦ се налази у нуспроизводима млечне индустрије као што је сурутка из производње сира. Недавно је његова употреба (3,5% лактозе) побољшала коначну телесну тежину ларве53. Међутим, контролна дијета у овој студији садржала је половину садржаја липида. Према томе, антинутритивни ефекти ЛАЦ-а су можда били супротстављени биоакумулацијом ларвалних липида у исхрани.
Као што су показала претходна истраживања, својства моносахарида и дисахарида значајно утичу на раст БСФЛ и модулирају његов ФА профил. Чини се да ЛАЦ посебно игра антинутритивну улогу током развоја ларве ограничавајући доступност ЦХ за апсорпцију липида у исхрани, чиме се промовише биоакумулација УФА. У овом контексту, било би интересантно спровести биолошке тестове користећи дијете које комбинују ПУФА и ЛАЦ. Штавише, улога микроорганизама, посебно улога микробних метаболита (као што су СЦФА) који потичу из процеса ферментације шећера, остаје тема истраживања вредна истраживања.
Инсекти су добијени из БСФ колоније Лабораторије за функционалну и еволуциону ентомологију основане 2017. године у Агро-Био Тецх, Гемблоук, Белгија (за више детаља о методама узгоја, видети Хоц ет ал. 19). За експериментална испитивања, 2,0 г БСФ јаја је насумично сакупљено дневно из кавеза за узгој и инкубирано у 2,0 кг 70% влажне хране за пиле (Авеве, Леувен, Белгија). Пет дана након излегања, ларве су одвојене од супстрата и ручно пребројане у експерименталне сврхе. Измерена је почетна тежина сваке серије. Просечна индивидуална тежина била је 7,125 ± 0,41 мг, а просек за сваки третман је приказан у Додатној табели С2.
Формулација дијете је прилагођена студији Барраган-Фонсеца ет ал. 38 . Укратко, пронађен је компромис између истог квалитета хране за ларве пилића, сличног садржаја суве материје (ДМ), високог ЦХ (10% на основу свеже исхране) и текстуре, пошто једноставни шећери и дисахариди немају текстурна својства. Према подацима произвођача (Цхицкен Феед, АВЕВЕ, Леувен, Белгија), испитани ЦХ (тј. растворљиви шећер) је додат одвојено као аутоклавирани водени раствор (15,9%) у исхрану која се састоји од 16,0% протеина, 5,0% укупних липида, 11,9% млевене хране за пилиће која се састоји од пепела и 4,8% влакана. У свакој тегли од 750 мл (17,20 × 11,50 × 6,00 цм, АВА, Темпсее, Белгија), 101,9 г аутоклавираног раствора ЦХ је помешано са 37,8 г хране за пиле. За сваку исхрану, садржај суве материје је био 37,0%, укључујући хомогене протеине (11,7%), хомогене липиде (3,7%) и хомогене шећере (26,9% додатог ЦХ). ЦХ тестирани су глукоза (ГЛУ), фруктоза (ФРУ), галактоза (ГАЛ), малтоза (МАЛ), сахароза (СУЦ) и лактоза (ЛАЦ). Контролна исхрана се састојала од целулозе (ЦЕЛ), која се сматра несварљивом за ларве Х. иллуценс 38 . Стотину ларви старих 5 дана стављено је у послужавник са поклопцем са рупом пречника 1 цм у средини и прекривен пластичном мрежом против комараца. Свака дијета је поновљена четири пута.
Тежина ларви је мерена три дана након почетка експеримента. За свако мерење, 20 ларви је уклоњено из супстрата коришћењем стерилне топле воде и клешта, осушено и измерено (СТКС223, Охаус Сцоут, Парсиппани, САД). Након вагања, ларве су враћене у центар супстрата. Мерења су вршена редовно три пута недељно све док се није појавила прва препупа. У овом тренутку сакупите, пребројите и измерите све ларве као што је претходно описано. Одвојите ларве стадијума 6 (тј. беле ларве које одговарају стадијуму ларве који претходи стадијуму препупа) и препупае (тј. последњи стадијум ларве током којег ларве БСФ постају црне, престају да се хране и траже окружење погодно за метаморфозу) и чувајте на - 18°Ц за анализу композиције. Принос је израчунат као однос укупне масе инсеката (ларве и прелукуљице фазе 6) добијене по посуди (г) према времену развоја (д). Све средње вредности у тексту су изражене као: средња вредност ± СД.
Сви наредни кораци коришћењем растварача (хексан (Хек), хлороформ (ЦХЦл3), метанол (МеОХ)) изведени су под капом и захтевали су ношење нитрилних рукавица, кецеља и заштитних наочара.
Беле ларве су сушене у замрзивачу ФрееЗоне6 (Лабцонцо Цорп., Канзас Сити, МО, САД) током 72 сата, а затим млевене (ИКА А10, Стауфен, Немачка). Укупни липиди су екстраховани из ±1 г праха коришћењем Фолцх методе 54. Садржај преостале влаге у сваком лиофилизованом узорку је одређен у дупликату помоћу анализатора влаге (МА 150, Сарториус, Гетиген, Немачка) да би се кориговали укупни липиди.
Укупни липиди су трансестерификовани у киселим условима да би се добили метил естри масних киселина. Укратко, приближно 10 мг липида/100 µл раствора ЦХЦл3 (100 µл) је упарено са азотом у епрувети од 8 мл Пирек© (СциЛабваре – ДВК Лифе Сциенцес, Лондон, УК). Епрувета је стављена у Хек (0,5 мл) (ПЕСТИНОРМ®СУПРАТРАЦЕ н-Хексан > 95% за анализу органских трагова, ВВР Цхемицалс, Раднор, ПА, САД) и раствор Хек/МеОХ/БФ3 (20/25/55) (0,5 мл) у воденом купатилу на 70 °Ц 90 мин. После хлађења, додају се 10% водени раствор Х2С04 (0,2 мл) и засићени раствор НаЦл (0,5 мл). Промешајте епрувету и напуните смешу чистим Хек (8,0 мЛ). Део горње фазе је пребачен у бочицу и анализиран гасном хроматографијом са детектором пламене јонизације (ГЦ-ФИД). Узорци су анализирани коришћењем Траце ГЦ Ултра (Тхермо Сциентифиц, Валтхам, МА, САД) опремљеног сплит/сплитлесс ињектором (240 °Ц) у подељеном режиму (сплит флов: 10 мЛ/мин), Стабилвак®-ДА колоном ( 30 м, 0,25 мм ид, 0,25 μм, Рестек Цорп., Беллефонте, ПА, САД) и ФИД (250 °Ц). Програм температуре је подешен на следећи начин: 50 °Ц током 1 мин, повећавајући се на 150 °Ц при 30 °Ц/мин, повећавајући на 240 °Ц при 4 °Ц/мин и настављајући на 240 °Ц током 5 мин. Хек је коришћен као бланко и референтни стандард који садржи 37 метил естара масних киселина (Супелцо 37-компонентни ФАМЕмик, Сигма-Алдрицх, Оверијсе, Белгија) је коришћен за идентификацију. Идентификација незасићених масних киселина (УФА) је потврђена свеобухватним дводимензионалним ГЦ (ГЦ×ГЦ-ФИД), а присуство изомера је тачно одређено благим прилагођавањем методе Ферраре ет ал. 55. Детаљи инструмента се могу наћи у Додатној табели С3, а резултати у Додатној слици С5.
Подаци су представљени у Екцел формату табеле (Мицрософт Цорпоратион, Редмонд, ВА, УСА). Статистичка анализа је извршена коришћењем Р Студио (верзија 2023.12.1+402, Бостон, САД) 56 . Подаци о тежини ларве, времену развоја и продуктивности су процењени коришћењем линеарног модела (ЛМ) (команда „лм“, Р пакет „статс“ 56 ) како се уклапају у Гаусову дистрибуцију. Стопе преживљавања коришћењем анализе биномног модела процењене су коришћењем општег линеарног модела (ГЛМ) (команда „глм“, Р пакет „лме4“ 57 ). Нормалност и хомоскедастичност су потврђени коришћењем Схапиро теста (команда „схапиро.тест“, Р пакет „статс“ 56 ) и анализом варијансе података (команда бетадиспер, Р пакет „веган“ 58 ). Након парне анализе значајних п-вредности (п < 0,05) из ЛМ или ГЛМ теста, применом ЕММ теста откривене су значајне разлике између група (команда „еммеанс“, Р пакет „еммеанс“ 59).
Комплетни ФА спектри су упоређени коришћењем мултиваријантне пермутационе анализе варијансе (тј. пермМАНОВА; команда “адонис2”, Р пакет “веган” 58) коришћењем матрице Еуклидске удаљености и 999 пермутација. Ово помаже да се идентификују масне киселине на које утиче природа угљених хидрата у исхрани. Значајне разлике у профилима ФА даље су анализиране коришћењем поређења у пару. Подаци су затим визуелизовани коришћењем анализе главних компоненти (ПЦА) (команда „ПЦА“, Р пакет „ФацтоМинеР“ 60). ФА одговоран за ове разлике идентификован је тумачењем корелационих кругова. Ови кандидати су потврђени коришћењем једносмерне анализе варијансе (АНОВА) (команда „аов“, Р пакет „статс“ 56 ) након чега је уследио Тукеијев пост хоц тест (команда ТукеиХСД, Р пакет „статс“ 56 ). Пре анализе, нормалност је процењена помоћу Схапиро-Вилк теста, хомоскедастичност је проверена Бартлетовим тестом (команда „бартлетт.тест“, Р пакет „статс“ 56), а коришћена је непараметарска метода ако ниједна од две претпоставке није испуњена . Анализе су упоређене (команда “крускал.тест”, Р пакет “статс” 56), а затим су примењени Дун-ови пост хоц тестови (команда дунн.тест, Р пакет “дунн.тест” 56).
Коначна верзија рукописа је проверена коришћењем Граммарли Едитор-а као енглеског лектора (Граммарли Инц., Сан Францисцо, Калифорнија, САД) 61 .
Скупови података генерисани и анализирани током текуће студије доступни су од одговарајућег аутора на разуман захтев.
Ким, СВ, ет ал. Испуњавање глобалне потражње за протеинима за животиње: изазови, могућности и стратегије. Анналс оф Анимал Биосциенцес 7, 221–243 (2019).
Цапаррос Мегидо, Р., ет ал. Преглед стања и перспектива светске производње јестивих инсеката. Ентомол. Ген. 44, (2024).
Рехман, К.ур, ет ал. Црни војник (Херметиа иллуценс) као потенцијално иновативан и еколошки прихватљив алат за управљање органским отпадом: кратак преглед. Истраживање управљања отпадом 41, 81–97 (2023).
Скала, А., ет ал. Узгој супстрата утиче на раст и статус макронутријената индустријски произведених ларви црне мухе. Сци. Реп. 10, 19448 (2020).
Сху, МК, ет ал. Антимикробна својства уљних екстраката из ларви црне мухе војника узгајане на презлу. Наука о храни за животиње, 64, (2024).
Сцхмитт, Е. и де Вриес, В. (2020). Потенцијалне предности коришћења стајњака црне војничке мухе као амандмана на земљиште за производњу хране и смањен утицај на животну средину. Тренутно мишљење. Греен Сустаин. 25, 100335 (2020).
Франко А. и др. Липиди црне војничке мухе—иновативни и одрживи извор. Одрживи развој, Вол. 13, (2021).
Ван Хуис, А. Инсекти као храна и храна, ново поље у пољопривреди: преглед. Ј. Инсецт Феед 6, 27–44 (2020).
Качор, М., Булак, П., Проц-Петрикха, К., Кириченко-Бабко, М., и Бегановски, А. Различите употребе муве црног војника у индустрији и пољопривреди – преглед. Биологија 12, (2023).
Хоцк, Б., Ноел, Г., Царпентиер, Ј., Францис, Ф., анд Цапаррос Мегидо, Р. Оптимизатион оф артифициал пропагатион оф Херметиа иллуценс. ПЛОС ОНЕ 14, (2019).
Време поста: 25.12.2024