Геометричні рамки харчування виявляють взаємодію між білком і вуглеводами протягом

АНОТАЦІЯ

ВСТУП

Харчування - один із найважливіших факторів навколишнього середовища, який визначає як ріст, так і розвиток організмів. Дієтичні поживні речовини потрібні не тільки для дихання та метаболізму, щоб сприяти зростанню та розвитку, але також забезпечувати необхідні хімічні будівельні блоки, що використовуються для побудови тканин та загального росту. Таким чином, харчування служить необхідною умовою як для росту, так і для розвитку та формує фенотипічні зміни, такі як розмір тіла (Chown and Nicolson, 2004; Simpson and Raubenheimer, 2011). Незважаючи на центральне значення, роль певних харчових компонентів у загальному зростанні та розвитку недостатньо характеризується у багатьох організмах, а нелінійна взаємодія між певними компонентами дієти ускладнює вивчення харчування (Raubenheimer et al., 2009). Геометрична структура харчування забезпечує стандартизований підхід до вивчення ефектів харчування та надійну концептуальну основу для вивчення впливу харчової складності на продуктивність та фізичну форму (Behmer, 2009a, b; Harrison et al., 2014; Raubenheimer and Simpson, 1994, 1999; Сімпсон і Раубенхаймер, 1995, 2001, 2011). Ця структура дозволяє дослідникам розв'язати ефекти основних макроелементів, таких як білки та вуглеводи, і надійно фіксує складність харчових ефектів на ріст.

геометричні

У голометабольних комах живлення личинок відіграє вирішальну роль у формуванні фенотипів дорослих (Boggs, 2009; O'Brien та ін., 2002, 2005). Багато аспектів фенотипу дорослих фіксуються при метаморфозі (Boggs, 2009), що може призвести до розбіжностей у морфометрії дорослих, пов'язаних з продуктивністю та розмноженням (Chown and Gaston, 2010; Emlen and Allen, 2003; Shingleton et al., 2009; Stern та Емлен, 1999). Можливо, найбільш вражаючі приклади пластичної опосередкованості харчових речовин трапляються у евсоціальних перетинчастокрилих, які переростають у дві або більше різних фенотипових каст залежно від відмінностей у якості або кількості харчових речовин під час розвитку неповнолітніх (Hartfelder et al., 2006; Hrassnigg and Crailsheim, 2005; Libbrecht et al., 2013; Linksvayer et al., 2011; Wheeler et al., 2014). Таким чином, еусоціальні перетинчасті м’язи можуть бути особливо чутливими до поживного складу джерел їжі личинок.

Методи вирощування in vitro, необхідні для систематичної маніпуляції з раціоном личинок у A. mellifera, виявились складними і, отже, широко застосовуються. Недавні досягнення у вирощуванні in vitro (Aupinel et al., 2005; Crailsheim et al., 2013; Kaftanoglu et al., 2011; Linksvayer et al., 2011) роблять можливим застосування геометричних рамок для харчування личинок медоносних бджіл. У цьому дослідженні ми використовуємо вирощування in vitro, щоб визначити, як співвідношення білків, вуглеводів та білка × вуглеводів впливає на виживання, швидкість росту та час розвитку протягом стадії личинки. Білки і вуглеводи є основними макроелементами дієти медоносних бджіл (Haydak, 1970), впливають на ріст при маніпуляціях окремо (Asencot and Lensky, 1977; Brouwers et al., 1987), і були в центрі уваги інших досліджень, що використовують геометричну структуру в дорослі перетинчастокрилі (Dussutour and Simpson, 2012; Paoli et al., 2014; Pirk et al., 2010). Ми сформулювали дев’ять дієт з різним вмістом білка та вуглеводів із використанням комерційного маточного молочка та цукру. Ми вирощували личинок in vitro та аналізували виживання, швидкість росту та час розвитку за допомогою нелінійних регресій та ландшафтів продуктивності. Ми виявили, що личинки виживають і ростуть в широкому діапазоні харчових умов, і між компонентами раціону були несподівані взаємодії, які змінювали темпи росту личинок, але не час розвитку.

РЕЗУЛЬТАТИ

Аналіз вмісту маточного молочка та вмісту поживних речовин у штучних дієтах

Вміст білка в маточному молоці становив 12,35%. Небілковий матеріал у желе складав 27% вуглеводів і 56% води. Використовуючи ці значення, ми розрахували відносний вміст білка, вуглеводів та води, а також співвідношення білків до вуглеводів у різних дієтичних процедурах (Таблиця 1).

Розрахований вміст білка, вуглеводів, води та співвідношення білків до вуглеводів для дев'яти штучних дієт та пов'язана кількість осіб, які вижили та померли для кожної дієти (n = 24 на групу)

Виживання на різних дієтичних методах лікування

Вміст білка, вміст вуглеводів та взаємодія між вмістом білка та вуглеводів мали значний вплив на виживання (табл. 2). Білок не мав суттєвого нелінійного впливу на виживання, оскільки квадратичний термін був незначним у цьому аналізі. Однак на виживання суттєво впливав вміст вуглеводів нелінійно, оскільки квадратичний термін у нашій моделі мав значний ефект (Таблиця 2).

Статистичний вплив харчових компонентів на виживання, швидкість росту та час розвитку

Виживання було найвищим в цілому при лікуванні білками середнього рівня для комбінацій з низьким, середнім та високим вмістом вуглеводів (рис. 1А). Коли вміст білка в штучному харчуванні було збільшено, виживання в середньому знизилося на ~ 60% у комбінаціях вуглеводів з низьким, середнім та високим вмістом вуглеводів (рис. 1А). Однак виживання різнилось щодо різних видів вуглеводів, коли білок був знижений. За умов низького вмісту білка виживання залишалося високим у поєднанні з низьким вмістом вуглеводів, але знизилося до 0, оскільки вміст доданих вуглеводів збільшувався (рис. 1А). Ці закономірності були надалі підтверджені, коли виживання було нанесено на план показників концентрації білка та вуглеводів (рис. 1Б). Смертність при високій концентрації білка не залежала від концентрації вуглеводів (рис. 1В).

Показники росту личинок та ландшафти продуктивності у відповідь на різний вміст білка та вуглеводів у їжі. Частка особин, які вижили до препупіальної стадії (A, B), середньої швидкості росту GR (C, D) та часу розвитку TD (E, F) личинок A. mellifera, вирощених на різних способах штучного харчування. Низькобілкові (LP, кола), середньобілкові (MP, квадрати) та високобілкові (HP, алмази) розділені лініями. Для кожного рівня лікування білками показані комбінації з низьким вмістом вуглеводів (LC, білий), середніми вуглеводами (MC, сірий) та високими вуглеводами (HC, чорний). Смужки помилок представляють стандартну похибку пропорцій (A) або стандартну похибку засобів (C, E) для кожної обробки, тоді як літери в графічних панелях вказують на значні post hoc відмінності між обробками, див. Текст для опису відповідних post hoc тестів (P Переглянути це стіл:

  • Переглянути вбудований
  • Переглянути спливаюче вікно
  • Завантажте PowerPoint