Модели на (A) продължителност на стадиона и (B) суха маса на кученцата за окончателни гъсеници S. littoralis в експеримента за избор. Стойностите са средни ± 1 s.e.m. (N = 8–10).

интерактивните

Консумация на хранителни вещества

Резултатите от ANCOVA за радианната стойност, показваща самоизбраното съотношение протеин: въглехидрати (P: C) и кумулативна консумация на хранителни вещества до ден 2, 3 и последния ден на хранене от гъсеници S. littoralis в експеримента за избор

Дискусия

Както обикновено се очаква, резултатите от експеримента без избор показват, че последиците от храненето с диети, съдържащи нискокачествен протеин, са намалената телесна маса и забавеното развитие, като най-силно изразен ефект има при гъсениците, хранени с диети, съдържащи най-ниско качество протеин (80% зеин). Подобно намаляване на производителността вероятно ще бъде резултат от дефицит на основни аминокиселини в храната (Broadway and Duffey, 1988; Karowe and Martin, 1989) и може да доведе до екологични разходи, като намалена плодовитост (Honek, 1993) и повишена уязвимост към паразити и хищници (Benrey and Denno, 1997). Умереният спад в качеството на протеините (замествайки 20% и 50% базиран на казеин протеинов микс със зеин) не доведе до такова значително намаляване на производителността, както при насекомите с най-ниско качество на протеина (80% зеин), което показва, че има стойност между 50% и 80% зеин, след което започва да настъпва сериозно ограничение на растежа.

Двувариантни парцели за кумулативна консумация на протеини и въглехидрати от гъсеници S. littoralis през следващите дни по време на последния им стадион за ларви. (A – D) Консумация на хранителни вещества от гъсеници, осигурена с четирите диети с равно съотношение 21:21, съдържащи 0% (A), 20% (B), 50% (C) и 80% (D) зеин в техния протеинов компонент, съответно. Двете пунктирани линии представляват съотношението протеин: въглехидрати (P: C) на двете избрани храни, представени на насекомите (21:21 и 35: 7 диети). Стойностите са средни ± 1 s.e.m. (N = 8–10).

Ключовата констатация от настоящото проучване е, че е налице значителен интерактивен ефект от съотношението P: C и качеството на протеините в храната, като отрицателното въздействие на ниското качество на протеините се усилва, когато съотношението P: C в диетата спадне. Това откритие потвърждава прогнозата, че отрицателните последици от яденето на протеинов източник, дисбалансиран в аминокиселинния състав, ще бъдат видими само когато общото количество протеин достигне критично ограничаващо ниво (Hinks et al., 1993; Felton, 1996; Anderson et al., 2004 ).

Прекомерният протеин, консумиран от гъсеници при най-високата диета P: C (35: 7), не се превърна в допълнителен растеж на азот, но беше придружен от спад в ефективността на преобразуване на азот (Lee et al., 2002; Lee et al., 2004) . Това показва след приемно регулиране на растежа на азота, което е известно, че включва механизми като високи нива на екскреция на азот (Zanotto et al., 1993). Изглежда също така, че тежкият дефицит на въглехидрати в диетата 35: 7 доведе до гъсеници, поддържащи своя енергиен баланс чрез глюконеогенеза (Томпсън и Редак, 2000).

В допълнение към ефекта му върху храненето, намаляващото качество на диетичните протеини води до намалена ефективност на използване на погълнатия азот към азота в тялото. Съобщава се, че гъсениците усвояват зеина по-малко ефективно в сравнение с други протеинови източници поради неговия дефицит на лизин (Broadway and Duffey, 1988). Трипсинът е основна протеаза при много насекоми, включително ларви Lepidoptera, и разцепва пептидни връзки, специфично върху остатъците от аргинин и лизин (Chapman, 1998). Следователно ограничено количество лизин вероятно ще намали наличността на аминокиселини или малки пептидни компоненти, които да бъдат транспортирани през чревната мембрана и асимилирани в тялото (Felton et al., 1992). Друг възможен механизъм, който може да обясни намаленото използване на азот, е ускореното производство на пикочна киселина като последица от увеличения процент на катаболизъм на всички, освен дефицитните аминокиселини в хранително-дисбалансирания протеинов източник (Horie and Watanabe, 1983; Karowe и Martin, 1989). Това със сигурност ще доведе до намалено ниво на азотен басейн, включен в растежа на азота.

Въпреки че не е толкова очевиден, колкото при растежа на азот, има индикация, че растежът на липидите е обект на регулация след поглъщане, като ефективността на липидното използване е намалена за гъсеници при диета с излишък на въглехидрати (7:35), както се съобщава по-рано в скакалци (Zanotto et al., 1993). Поразителен аспект на използването на липиди е повишената скорост на превръщане на погълнатото хранително вещество в растеж на липиди с понижено качество на протеина, независимо от съотношението P: C. Може би това повишено отлагане на липиди произлиза от въглеродните скелети от аминокиселини, които са били погълнати в излишък при дисбалансирани протеинови диети и са били дезаминирани, за да позволят отделянето на излишния азот (Lehninger et al., 1993). Последицата от повишената ефективност на превръщането на хранителни вещества в липиди не винаги е била свързана с повишено отлагане на липиди в гъсеници, отглеждани на диети, съдържащи зеин. Увеличението в растежа на липидите се наблюдава при тези, богати на протеини. Въпреки повишената степен на използване обаче, растежът на липидите е намалял с намаляване на качеството на протеините при изключително ограничаваща протеините диета и това се дължи главно на намаления прием.

Настоящото проучване се опита да идентифицира сложния характер на взаимодействията между количеството и качеството на азотните хранителни вещества в храната на тревопасно насекомо. Очевидно е, че степента, до която оцеляването, развитието и растежът на тревопасните животни са ограничени от дисбалансиран аминокиселинен профил, зависи от количеството протеин по отношение на други основни макронутриенти (в случая смилаеми въглехидрати) и разликите в приема на хранителни вещества изглежда да бъде основната причина за такива последици за изпълнението. Когато се представят с различна степен на протеиново качество, гъсениците реагират, като променят своя модел на избор на храна, което е обяснимо като компенсация за промените в качеството на протеините. Това предполага, че качеството на растителните протеини може да играе роля при въздействие върху стратегиите за хранене на тревопасни животни, заедно с други фактори, като растителни вторични съединения, честота и разстояние на храната (Simpson and Raubenheimer, 2001; Behmer et al., 2001; Behmer et al., 2002; Behmer et al., 2003). И накрая, настоящото проучване предоставя доказателства, че промяната в качеството на хранителните протеини оказва значително въздействие върху храненето, употребата след поглъщането и химичния състав на животните, с последици за моделите на трансфер на хранителни вещества през трофични нива в екосистемите (Anderson et al., 2004; Raubenheimer et al., 2005).

ПРИЗНАВАНИЯ

Благодарен съм на Стивън Симпсън за полезна дискусия и коментари по ръкописа. Също така благодаря на Дейвид Раубенхаймер за подкрепата му през цялото това проучване.