REZUMAT

Creșterea biomasei țesuturilor și/sau a volumului tractului gastro-intestinal (GIT) este frecvent observată atunci când animalele se hrănesc cu diete de calitate slabă. Această creștere poate permite pur și simplu dimensiuni mai mari de masă, dar poate, de asemenea, să reechilibreze ingesta dezechilibrată nutrițional, permițând absorbția selectivă a nutrienților limitativi. La un erbivor de insecte, lăcustele migratoare, o dietă sintetică cu un raport ridicat de proteine ​​la carbohidrați s-au dovedit a induce creșterea în masă a GIT. Când este normalizată pentru sex și dimensiunea generală a corpului, creșterile până la masa cefei și a intestinului mediu au dus la o absorbție mai mare (20-30%) atât a proteinelor cât și a carbohidraților atunci când se hrănesc ulterior cu trei ierburi diferite din punct de vedere chimic și structural. O absorbție netă mai mare a macronutrienților a avut loc deoarece aceste lăcuste consumau mese mai mari care tranzitau în același timp și cu aceeași eficiență digestivă ca lăcustele în care GIT nu a fost mărit. Astfel, plasticitatea GIT nu a îmbunătățit homeostazia nutrițională, dar a crescut rata de absorbție a nutrienților.

induse

INTRODUCERE

Un GIT mărit a fost în general asociat cu animalele care ingerează diete de calitate slabă (revizuite de Yang și Joern, 1994b; Karasov și Hume, 1997; Jumars, 2000; Starck, 2005; Naya și colab., 2007). Prin mărirea GIT atunci când se hrănește cu alimente în care substanțele nutritive sunt diluate într-o matrice indigestibilă, se crede că aportul de nutrienți la țesuturi poate fi menținut fie prin creșterea eficienței cu care fiecare masă este digerată, fie prin creșterea ratelor de aport, deși cu o digestibilitate mai slabă. (de ex. Gross și colab., 1985; Hume, 1989; Hammond și Wunder, 1991; Yang și Joern, 1994b; Yang și Joern, 1994a; Karasov și Hume, 1997; Starck, 2005). Cu toate acestea, cercetările recente efectuate atât pe lăcuste, cât și pe șoareci au arătat că GIT crește, de asemenea, în dimensiune atunci când se hrănește cu alimente care sunt energice, dar în care echilibrul macronutrienților nu este furnizat în raportul necesar (Raubenheimer și Bassil, 2007; Sørensen și colab., 2010). Interpretarea rezultatului nutrițional în această circumstanță este problematică (Raubenheimer și Bassil, 2007; Sørensen și colab., 2010). Reglarea ascendentă a dimensiunilor fizice ale GIT reprezintă un răspuns compensator, prin care homeostazia nutrienților este menținută facilitând o creștere a absorbției macronutrienților deficienți sau este răspunsul „contracompensator” și poate reduce de fapt capacitatea de fitness prin maximizarea absorbției a tuturor substanțelor nutritive și furnizarea țesuturilor cu un surplus de macronutrienți chiar mai mare (Raubenheimer și colab., 2005; Boersma și Elser, 2006)?

MATERIALE ȘI METODE

Lăcuste și diete

Locusta migratoria (L.) provine dintr-o cultură pe termen lung de la Universitatea din Sydney (inițial colectată din Highlands Central din Queensland, Australia). Lăcustele brute au fost crescute în coșuri mari de plastic (56 × 76 × 60 cm) cu 500-1000 de lăcuste pe coș într-o cameră menținută la 30 ° C sub o lumină de 14 h: 10 h: întuneric fotoperiodic, fiecare coș având o căldură suplimentară sursă (lampă de căldură de 250 W montată pe acoperișul ochiurilor de plasă al coșului) în timpul fazei „luminile aprinse” Lăcustelor li s-a furnizat grâu ad libitum pentru răsaduri și germeni de grâu.

Patru diete sintetice uscate, granulare, care diferă în procentul de proteine ​​(P) și carbohidrați (C) (35P: 7C, 28P: 14C, 14P: 28C și 7P: 35C) au fost făcute așa cum este descris în Simpson și Abisgold, Simpson și Abisgold, 1985), proteina fiind un amestec de cazeină 3: 1: 1 de cazeină, peptonă bacteriologică și albume de ou și carbohidrați un amestec 1: 1 de zaharoză și dextrină. Toate dietele conțineau 4% micronutrienți (săruri, vitamine și steroli) și 54% α-celuloză nedigerabilă (C8002, Sigma-Aldrich, St Louis, MO, SUA) și au fost măcinate până la o pulbere fină. Lamele a două specii de iarbă, Cynodon dactylon (L.) Pers. (Poales: Poaceae) și Themeda australis (R. Br.) Stapf (Poales: Poaceae), au fost recoltate local așa cum s-a descris anterior (Clissold și colab., 2010). Grâu de răsad, Triticum aestivum L. em Thell. (Poales: Poaceae), a fost cultivat din semințe într-o seră pentru

20 de zile. Lamele de iarbă au fost desprinse la ligulă și bazele au fost plasate într-un flacon de florărie cu apă (Clissold și colab., 2004).

Proiectare experimentală

Mai întâi oferim o prezentare generală a proiectului experimental și apoi descriem metodologii detaliate pentru fiecare. În Experimentul 1, am determinat relația dintre dietă și creștere în etapa finală nimfală, masa fiecărei regiuni a GIT și achiziția ulterioară de nutrienți de la T. australis. De la începutul penultimului stadion nimfal până la jumătatea stadionului final nimfal, lăcustele au primit acces ad libitum la unul dintre cele cinci tratamente și apoi au fost hrănite cu T. australis timp de 24 de ore. Tratamentele au constat din patru diete sintetice care variază în raportul dintre proteine ​​și carbohidrați (P: C), așa cum este descris mai sus, și un al cincilea, în care lăcustelor li s-a permis să-și aleagă singuri aportul de proteine ​​și carbohidrați, fie din 35P: 7C versus 7P: 35C sau 28P: 14C versus 14P: 28C. Lucrările anterioare au indicat că un raport optim P: C pentru L. migratoria este aproape de 21:21 (Miller și colab., 2009).

Experimentul 2: efectul dimensiunii GIT asupra comportamentului de admisie și hrănire pe diferite ierburi

Lăcustele au fost alocate aleatoriu într-un design experimental echilibrat de dieta de tratament (28P: 14C sau 14P: 28C), sex și specii de iarbă (C. dactylon, T. aestivum și T. australis) (

11-12 pe tratament, N = 132) și tratat așa cum este descris mai sus. Durata mesei și intervalul între mese au fost determinate prin inspecția manuală a tuturor lăcustelor atunci când se hrăneau cu ierburi. Comportamentul de hrănire a fost înregistrat la intervale de 1 min timp de 3 ore, începând cu cel puțin 4 ore după ce nimfele au fost prevăzute cu lame de iarbă. O masă a fost considerată completă dacă lăcusta s-a hrănit timp de cel puțin 2 minute și nu s-a hrănit din nou în decurs de 4 minute (Simpson, 1982). Durata intermediară este foarte corelată cu timpul mediu de păstrare a alimentelor în cadrul GIT.

Determinarea compoziției dietei și absorbția nutrienților din ierburi

Proteina totală, glucidele nestructurale și materialul peretelui celular (fibre de detergent neutre) au fost determinate din probe liofilizate de ierburi și fecale (Retsch Mixer Mill MM 400, Haan, Germania). Proteina a fost extrasă din probe de 10 mg replicate de plante și materiale fecale cu 0,1 mol l-1 NaOH și s-a determinat folosind micro-testul Bio-Rad (Bio-Rad, Hercules, CA, SUA) pe baza testului Bradford. Glucidul total nestructural a fost determinat colorimetric din 10 mg probe de plante și fecale după extracție cu 0,1 mol l -1 H2SO4 (Smith și colab., 1964), utilizând testul fenol-sulfuric (DuBois și colab., 1956). Fibra detergentă neutră a fost determinată gravimetric din replicarea probelor de plante de 50 mg folosind metoda Van Soest, omițând sulfitul de sodiu (Van Soest și colab., 1991; Clissold și colab., 2004). Cantitatea de proteine ​​și carbohidrați digerați și absorbiți a fost calculată din cantitatea fiecărui nutrient ingerat minus care a rămas în fecale. Fibrele nu sunt digerate și absorbite de L. migratoria (Hochuli și colab., 1993) și astfel a fost calculată doar cantitatea ingerată. Pentru ierburile utilizate în experimentul 2, aria masei frunzelor a fost determinată ca o măsură surogat de rezistență (Read și Stokes, 2006; Onoda și colab., 2011). Zece frunze din fiecare iarbă au fost scanate (Kyocera 4500i, Sydney, Australia) și apoi frunzele au fost liofilizate la o masă constantă și cântărite.

analize statistice

Pentru fiecare tratament dietetic, masa fiecărei secțiuni a tractului gastro-intestinal a fost comparată utilizând ANCOVA, cu masa corporală minus masa întregului GIT ca covariabil. Deși am fost interesați de diferențe absolute de mărime, am folosit ANCOVA deoarece acest lucru a eliminat efectul sexului din toate analizele. Toate diferențele datorate sexului au fost explicate în totalitate de masa corporală și nu au existat interacțiuni între sex și oricare dintre ceilalți factori. ANCOVA a fost utilizat pentru a testa dacă masa totală a GIT a variat între tratamente în timp ce s-au ajustat covariabilele de masă corporală minus GIT. Răspunsurile (aportul și absorbția proteinelor și carbohidraților) ale dietelor sintetice și ale ierburilor insectelor pretratate așa cum s-a descris pentru ambele experimente au fost comparate utilizând ANCOVA (Raubenheimer, 1995), cu masa corporală la sfârșitul experimentului ca covariabil. Eficiența absorbției a fost analizată folosind ANCOVA cu fecale ca efect principal și aportul ca covariabil (Raubenheimer, 1995).

REZULTATE

Experimentul 1

Masele regiunilor tractului gastro-intestinal

Întregul GIT a fost mai greu în dietele consumatoare de lăcuste în care proteinele au fost furnizate în exces față de carbohidrați (P: C 35: 7 și 28:14) decât pentru alte tratamente (F4,52 = 5,29, P 2 = 0,32; P aport (IP) ), MGIT = 0,06IP + 9,10, F1,55 = 188,46, P 2 = 0,77; C admisie (IC), F1,55 = 0,16, P = 0,693, r 2 = 0,003].

Lăcustele ambelor sexe au variat în masă cu tratament dietetic (tratament: F4,47 = 11,05, P 0,5). Nimfele care își reglementează aportul de proteine ​​și carbohidrați au compus aportul astfel încât s-a consumat o medie (± sem) de 1,09 ± 0,06 g carbohidrat pentru fiecare gram de proteină (adică 1P: 1,1C), indiferent de perechea de diete (ANOVA: P ingerată, P = 0,185; C ingerat, P = 0,308).

Performanța lăcustelor: ratele de absorbție a nutrienților, absorbția și eficiența absorbției

Când se hrăneau cu T. australis, lăcustele care se hrăneau cu oricare dintre dietele în care proteinele erau supraalimentate în raport cu carbohidrații consumau mult mai mult (

30-40%) decât lăcustele tratate în oricare dintre dietele în care carbohidrații au fost furnizați în exces de proteine ​​(F4,47 = 6,92, P 0,05.

Alocarea masei uscate către diferitele regiuni ale tractului gastro-intestinal - (A) foregut, (B) caeca, (C) midgut și (D) hindgut - de lăcuste după ce s-au hrănit cu diete pe care au putut să se auto-selecteze proteine ​​sau carbohidrați („țintă”, 1P: 1.1C) sau în cazul în care au fost limitate la un singur aliment, variind în raportul P: C. Valorile sunt medii ajustate de ANCOVA ± s.e.m. pentru o carcasă de 151 mg. N = 10-12 pentru fiecare tratament dietetic. Valorile P sunt cele pentru tratamentul dietetic, iar barele cu litere diferite au semnificativ diferite (P 0,05.

Experimentul 2

Performanța lăcustelor: ratele de absorbție a nutrienților, absorbția și eficiența absorbției

Nimfele care se hrăneau cu 28P: 14C și 14P: 28C au fost statistic similare în masă (femele: 165,1 ± 2,8 mg; bărbați: 135,8 ± 2,7 mg; dieta de tratament: F1,130 = 0,19, P = 0,663), iar dietele de tratament au afectat masele a caecului anterior și intestinal mediu, dar nu și restul intestinului mediu și posterior, așa cum se găsește în Experimentul 1 (material suplimentar Tabelul S1, Fig. S1). În ambele experimente nu au existat dovezi ale răspunsului bimodal raportat de Raubenheimer și Bassil (Raubenheimer și Bassil, 2007) pentru lăcuste care consumă 14P: 28C (testul lui Levene, Experiment 1, F = 0,15, P = 0,962; Experimentul 2, F = 0,82, P = 0,443).