Jurnalul de biologie experimentală

  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Pentru corespondență: [email protected]

REZUMAT

INTRODUCERE

Conținutul de proteine ​​din polen este în general acceptat ca măsură a valorii sale nutritive pentru albine, deși polenul conține și lipide, carbohidrați, vitamine și minerale (Haydak, 1970). Albinele adulte (Apis mellifera) consumă polen pentru propriile cerințe, dar mai important pentru hrănirea larvelor. Polenul este colectat și transportat de furajeri, apoi consumat și digerat de albinele mai tinere, permițându-le să producă jeleu pentru hrănirea larvelor, tinerilor muncitori și reginelor (Crailsheim, 1992). Albinele asistente joacă astfel un rol cheie în digestia polenului și distribuirea componentei proteice ca secreții din glandele lor hipofaringiene (HPG). Atunci când calitatea și cantitatea de polen disponibilă albinelor este limitată, nutriția atât la nivel individual, cât și la nivelul coloniilor poate fi grav afectată (Brodschneider și Crailsheim, 2010). Calitatea polenului, care poate fi de așteptat să depindă de compoziția aminoacizilor (Cook și colab., 2003; de Groot, 1953), este deosebit de importantă atunci când albinele sunt utilizate în polenizarea monocultivă și se limitează la un singur tip de polen. Albinele sunt hrănite frecvent cu suplimente de polen bogate în proteine ​​sau înlocuitori (de obicei pe bază de făină de soia) atunci când polenul este rar sau de calitate slabă sau când puterea coloniei trebuie crescută pentru a profita de un flux major de nectar în timpul polenizării comerciale.

aport

Cu toate acestea, beneficiul nutrițional al nivelurilor ridicate de proteine ​​din polen justifică o investigație mai atentă. Deși concentrațiile de proteine ​​variază de la 12 la 61% din masa uscată în polenul albinelor, nu există dovezi că albinele preferă să colecteze polenii cu un conținut mai ridicat de proteine ​​(Pernal și Currie, 2001; Roulston și colab., 2000). S-a demonstrat că excesul de proteine ​​scurtează durata de viață a albinelor (Standifer și colab., 1960) și reduce creșterea puilor (Herbert și colab., 1977). Am constatat anterior supraviețuire redusă și activare ovariană la muncitorii în cuști din Apis mellifera scutellata hrăniți cu polenul bogat în proteine ​​de Aloe greatheadii var. davyana, comparativ cu cei hrăniți cu polen de floarea-soarelui (Human et al., 2007). Cohortele de muncitori adulți în cuști cărora li s-au administrat diete fără alegere, care variază în proporție de proteine ​​la carbohidrați (P: C), au fost supuse unei mortalități mai mari, deoarece nivelul de proteine ​​din dietă a crescut, indiferent dacă sursa de proteină a fost cazeină, polen de aloe sau lăptișor de matcă ( Pirk și colab., 2010).

Echilibrul optim al nutrienților necesari albinelor poate fi investigat folosind o abordare de modelare a nutriției numită Cadrul Geometric (Raubenheimer și Simpson, 1993; Simpson și Raubenheimer, 1993; Simpson și colab., 2004). Acest lucru permite calcularea unei „ținte de aport”, optimul nutrițional al unui animal atunci când este confruntat cu variabile de mediu specifice într-un anumit stadiu al istoriei sale de viață. Acest optim este adesea dedus experimental din punctele de administrare reglementate atunci când se prezintă animalelor alegeri între alimente complementare, dar dezechilibrate. Alimentele sunt reprezentate ca linii sau „șine nutriționale” care radiază de la origine, cu o pantă echivalentă cu raportul celor doi nutrienți examinați (de exemplu, raportul P: C, dar ar putea include orice dimensiune a nutrienților). Atunci când animalelor li se oferă o singură dietă dezechilibrată și nu au de ales, acestea pot supra-ingera unele substanțe nutritive pentru a obține suficient de multe altele, chiar dacă supra-și sub-ingestia de substanțe nutritive poate avea consecințe substanțiale de fitness (Raubenheimer și Simpson, 1999 ). Diferite provocări nutriționale la insecte au fost examinate folosind Cadrul Geometric, folosind în principal erbivore solitare de insecte precum lăcuste și omizi ca organisme model, proteina și carbohidrații fiind cei doi macronutrienți cei mai studiați (Behmer, 2009).

Majoritatea animalelor trebuie să mănânce o varietate de alimente pentru a obține o nutriție optimă, iar deciziile lor cu privire la cantitatea și echilibrul nutrienților care trebuie colectați se bazează pe starea lor nutrițională actuală. Reglarea nutrienților devine mai complexă la insectele sociale, deoarece alimentarea este limitată la un subgrup de indivizi, ale căror cerințe sunt susceptibile să difere de alți membri ai coloniei, cum ar fi larvele în creștere. Astfel, furajerii reacționează la hrana pe care o întâlnesc atât în ​​funcție de nevoile individuale, cât și de cerințele interne de nutrienți din cuib, iar hrana pe care o colectează este readusă în colonie pentru depozitare (Dussutour și Simpson, 2009). La nivelul coloniilor albinele modulează intensitatea hrănirii pentru nectar (Seeley, 1986) și polen (Camazine și colab., 1998; Dreller și colab., 1999; Pernal și Currie, 2001) în funcție de starea nutrițională a întregii colonii. Cu toate acestea, nu se cunoaște modul în care albinele lucrătoare își îndeplinesc cerințele nutriționale individuale ca răspuns la compoziția alimentelor.

MATERIALE ȘI METODE

Animale și cuști

Cinci colonii Lepeletier Apis mellifera scutellata de la situl de stupină al Universității din Pretoria au fost folosite pentru a colecta rame de puiet muncitor cu capac, care au fost incubate la 34 ° C pentru a obține albine lucrătoare adulte de aceeași vârstă. Grupuri de 100 de muncitori nou-născuți din fiecare colonie au fost îngrădite în cuști standard (11 cm × 8,5 cm × 7 cm) închise atât în ​​față, cât și în spate cu diapozitive de sticlă mobile și în partea de jos cu plasă de sârmă pentru a permite ventilația. Sub lamela de sticlă din fața fiecărei colivii, un cadru din plastic cu ferestre rotunde permitea introducerea a trei tuburi de alimentare cu dop (tuburi din plastic cu deschideri de 2 cm × 1 cm tăiate în ele). Două tuburi de alimentare conțineau dietele dezechilibrate complementare, iar al treilea conținea apă. Hrana și apa au fost furnizate ad libitum. Toate cuștile au fost plasate în condiții standard într-un incubator la 34 ° C și 55-65% umiditate relativă (HR) timp de 14 zile și ținute în întuneric pentru a simula condițiile din colonie.

Compoziția dietelor

Protocol experimental și diete

Pe baza datelor dintr-un experiment preliminar, am formulat patru diete care conțin rapoarte P: C de 1:50, 1:25, 1:10 și 1: 1. Dietele (Tabelul 1) au fost formulate folosind zaharoză și trei surse de proteine: cazeină (fără vitamine, C 3400, Sigma-Aldrich®, Schnelldorf, Germania), lăptișor de matcă liofilizat (True Blue Health Products, Seven Hills, NSW, Australia ) sau Feed-Bee® (Bee Processing Enterprises Ltd, Toronto, Canada). Conținutul de proteine ​​și carbohidrați din lăptișorul de matcă (Johannsmeier, 2001) și Feed-Bee® (pe baza cifrelor producătorului) au fost luate în considerare în timpul pregătirii dietei. Pentru toate sursele de proteine ​​s-au adăugat cazeină sau zaharoză pentru a obține raporturile P: C dorite (Tabelul 1). Aceste diete au fost asociate în următoarele combinații alimentare complementare pentru fiecare sursă de proteine: 1:50 cu 1:10, 1:50 cu 1: 1, 1:25 cu 1:10 și 1:25 cu 1: 1. Fiecare combinație de dietă a fost hrănită într-o cușcă diferită și reprodusă de cinci ori folosind colonii diferite, oferind un total de 20 de cuști pentru fiecare sursă de proteine.

Consum

Toate componentele dietei au fost uscate la 45 ° C pentru a îndepărta umezeala înainte de cântărire; apoi s-a adăugat apă pentru a amesteca alimentele într-o pastă omogenă. Tuburile de alimentare au fost înlocuite zilnic. După 24 de ore în cuști, tuburile au fost uscate până la masa constantă la 45 ° C timp de câteva zile. Consumul a fost calculat ca diferență de masă uscată înainte și după hrănire. Pe baza datelor de consum, am determinat proporția relativă de proteine ​​la carbohidrați ingerată din fiecare pereche de diete complementare pe parcursul a 14 zile (adică ținta de aport). Consumul zilnic (g albină –1) a fost ajustat pentru scăderea numărului de albine în fiecare cușcă în timpul experimentului.

Supraviețuire și activare ovariană

Supraviețuirea a fost înregistrată prin îndepărtarea zilnică și numărarea albinelor moarte din fiecare cușcă, iar în ultima zi albinele supraviețuitoare au fost înghețate la –20 ° C și depozitate. Pentru determinarea activării ovariene, 10 albine din fiecare combinație de dietă au fost selectate pentru disecție. Paisprezece zile sunt suficiente pentru ca activarea ovariană să aibă loc în A. mellifera scutellata (Ruttner și Hesse, 1981). Etapele activării ovariene au fost punctate vizual urmând o metodă standard (Pirk și colab., 2010) ca: (1) inactiv, (2) intermediar și (3) activ. Pentru a investiga dacă a existat o corelație între activarea ovariană și volumul rectal, am marcat și volumul rectului ca: (1) gol, (2) jumătate plin și (3) plin.

Concentrația proteinelor hemolimfice și activarea HPG

Într-un experiment separat, folosind muncitori în cuști din trei colonii menținute pe diete Feed-Bee® și aceleași combinații de diete P: C ca mai sus, concentrația de proteină hemolimfă și activarea HPG au fost măsurate în ziua 0 (înainte ca albinele să fie plasate în cuști) și zilele 3, 6, 9 și 14. Hemolimfa a fost colectată dintr-o mică incizie la nivelul celui de-al treilea tergit dorsal, folosind tuburi microcapilare spălate anterior într-o soluție de feniltiourea 0,1% (g/v) (Cremonez și colab., 1998). Pentru fiecare combinație de dietă am combinat hemolimfa a trei albine individuale din fiecare cușcă (trei replici). De asemenea, a fost colectată hemolimfa a 36 de muncitori nou-născuți (ziua 0). Concentrația de proteine ​​a fost determinată spectrofotometric la 595 nm folosind testul Bradford și albumina serică bovină ca standard (Cremonez și colab., 1998).

Suprafața HPG acinus a fost măsurată ca un indicator al activării glandei, care ar trebui să fie cauzată doar de dietă în cadrul cohortelor. Trei albine au fost scoase aleatoriu din fiecare cușcă în zilele 0, 3, 6, 9 și 14. Capetele au fost disecate cu o lamă de ras (tăind de la ocelli la mandibule) sub microscop stereoscopic (Nikon SMZ800, Tokyo, Japonia), și HPG au fost îndepărtate. Fiecare glandă a fost montată într-o picătură de apă distilată pe o lamă de sticlă și fotografiată folosind un microscop cu lumină de transmisie Nikon (Nikon Optiphot, Tokyo, Japonia). Folosind aceste imagini, suprafețele (μm 2) de 10 acini aleși aleatoriu pe albină au fost măsurate prin trasarea circumferinței, utilizând software-ul de analiză Image Tool® (versiunea 3, Universitatea din Texas, San Antonio, TX, SUA). Diametrii acini au fost măsurați în același timp.

analize statistice

Normalitatea și omogenitatea varianței au fost evaluate pentru fiecare variabilă; când ipotezele pentru statistici parametrice au fost încălcate, au fost efectuate testele non-parametrice corespunzătoare. Analiza varianței (ANOVA) cu testele Bonferroni a fost utilizată pentru a testa efectele combinației de dietă, sursa de proteine, vârsta și colonia de origine asupra consumului, precum și combinația de vârstă și dietă asupra concentrației de proteine ​​hemolimfe și a zonei HPG acinus. S-au folosit teste t eșantionate perechi pentru a testa diferențele de consum între perechile de alimente prezentate. Kruskal - Wallis ANOVA cu comparații multiple ale rangurilor medii au fost efectuate pentru a testa dacă sursa de proteine ​​și combinația de dietă au un efect asupra activării ovariene, a volumului rectal și a raportului cumulativ P: C. Au fost efectuate analize de regresie a supraviețuirii Kaplan-Meier pentru toate combinațiile de diete din fiecare sursă de proteine, cu surse de proteine ​​ca variabilă de grupare. Analiza regresiei multiple a fost utilizată pentru testarea interacțiunii dintre factori. Toate testele au fost efectuate cu software-ul STATISTICA (StatSoft, Inc., Tulsa, OK, SUA; versiunea 7).

REZULTATE

Consum

Albinele au fost hrănite cu cazeină, lăptișor de matcă sau dietele Feed-Bee® (denumite în continuare CA, RJ sau respectiv FB) cu diferite combinații P: C (1:25 cu 1: 1, 1:25 cu 1:10, 1: 50 cu 1: 1 și 1:50 cu 1:10). Albinele hrănite inegal din cele două alimente furnizate acestora în toate tratamentele pentru fiecare sursă de proteine, cu excepția combinației CA 1:25 și 1: 1 (teste t asociate, P = 0,09) și au converg la același P: C țintă de aport în cadrul fiecărei surse de proteine ​​(Fig. 1). Nu au existat diferențe semnificative între colonii în consumul mediu de proteine ​​și carbohidrați în cadrul fiecărei surse de proteine. Au existat diferențe semnificative între sursele de proteine ​​în consumul mediu zilnic de proteine, carbohidrați și alimente totale pe diferite surse de proteine ​​(Tabelul 2).

Parcele bivariate care arată consumul cumulativ de proteine ​​și carbohidrați din cinci colonii de albine hrănite cu diete complementare cu diferite rapoarte P: C și diferite surse de proteine. Consumul este indicat pentru intervale de 3 zile (zilele 1-3, 4-6, 7-9, 10-12 și 13-14). Albinele au fost hrănite (A) cu cazeină, (B) lăptișor de matcă și (C) Dietele Feed-Bee® cu diferite combinații P: C (1:25 cu 1: 1, 1:25 cu 1:10, 1:50 cu 1: 1 și 1:50 cu 1:10). Liniile punctate care radiază de la origine indică raporturile P: C pentru dietele 1:50, 1:25, 1:10 și 1: 1. În cadrul fiecărui tip de proteină, albinele convergeau pe același obiectiv de aport P: C, dar acest obiectiv diferea între tipurile de proteine.