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]

ABSTRACT

INTRODUCERE

Disponibilitatea relativă a diferiților nutrienți afectează puternic creșterea și aptitudinea erbivorelor, a căror biomasă conține, în general, concentrații mult mai mari și raporturi diferite de elemente precum azotul (N) și fosforul (P) față de plante (Boswell și colab., 2008; Sterner și Elser, 2002). Disponibilitatea relativă de carbohidrați și proteine ​​[sau carbon (C) și N] s-a dovedit a fi deosebit de importantă și multe studii recente au arătat că ratele de hrănire, alegerile și performanța unei varietăți de animale pot fi explicate de carbohidrații din dietă: raportul proteinelor (Behmer, 2009; Simpson și Raubenheimer, 2012). Este, de asemenea, bine recunoscut faptul că peisajul nutrițional și cerințele animalelor sunt multidimensionale, cu exemple izbitoare ale importanței anumitor nutrienți (de exemplu, modificările disponibilității de sodiu influențează reproducerea, rata de creștere și abundența insectelor; Joern și colab., 2012; Kaspari și colab., 2014; Smedley și Eisner, 1996). Cu toate acestea, avem încă o imagine relativ incompletă a relațiilor dintre concentrațiile de nutrienți și performanța erbivorilor, oferind un impediment major pentru ecologia predictivă.

alimentar

Explicații multiple sunt plauzibile pentru diversitatea efectelor P asupra performanței insectelor. Pe baza ipotezei ratei de creștere, speciile cu creștere mai rapidă, cu un conținut ridicat de P în corp, ar trebui să prezinte o sensibilitate mai mare față de P în timpul dezvoltării (Sterner și Elser, 2002). Pentru experimentele în care% P este variat în frunziș natural prin fertilizarea solurilor sau „spiking” plantele prin plasarea tulpinilor tăiate într-o soluție apoasă bogată în fosfați, se preconizează că efectul va varia în funcție de nivelurile altor nutrienți din dietă (Simpson și Raubenheimer, 2012), precum și efectele potențiale ale fertilizării asupra structurii plantelor sau asupra conținutului alelochimicelor (Behmer, 2009). Chiar și în dietele sintetice cu concentrații optime de alți nutrienți, este posibil ca efectul P din dietă asupra performanței să fie neliniar. Adică, există probabil efecte pozitive specifice speciilor asupra unui anumit interval scăzut de conținut de P, o regiune de platou în care absorbția/excreția selectivă permite o asimilare și o creștere suficientă de P pentru a fi independente de aportul de P și o regiune mai înaltă în care un conținut de P mai mare are efecte negative. Efectele negative ale P din dietă bogată s-au arătat la o varietate de taxoni acvatici și poate reflectă inhibarea hrănirii sau costuri ridicate de excreție (Boersma și Elser, 2006).

MATERIALE ȘI METODE

Animale, diete artificiale și condiții generale

Schistocerca americana este o specie mare de lăcustă polifagă distribuită în mare parte din America de Nord, care se hrănește atât cu furbe, cât și cu ierburi. Animalele utilizate în aceste experimente au fost obținute dintr-o cultură menținută la Universitatea de Stat din Arizona timp de 20 de ani, așa cum s-a descris anterior (Harrison și Kennedy, 1994). Lăcustele masculine și feminine au fost distribuite în mod egal între experimente. Pentru a manipula% P, am folosit alimente uscate, granulare, definite chimic, înlocuind cazeina bogată în fosfați utilizată în mod normal cu proteine ​​din soia și aminoacizi esențiali (a se vedea „Dezvoltarea dietei sintetice P-flexibile”, mai jos). Nivelurile de P au fost manipulate între 0,02% și 1,50% prin adăugarea de săruri de fosfat, cu concentrațiile de cationi menținute constante în cadrul unui experiment. Cationii și anionii utilizați pentru echilibrarea fosfatului au variat în funcție de experiment (a se vedea mai jos). În toate cazurile, hrana și apa au fost furnizate ad libitum.

Experimentul 1: efectele fosfatului asupra ratei de creștere, a timpului de dezvoltare și a supraviețuirii pe tot parcursul dezvoltării juvenile

Experimentul 2: efectele P dietetice asupra consumului, excreției, asimilării și creșterii pentru lăcustele de a treia și ultima etapă

Toate peletele fecale au fost colectate, uscate și cântărite, după care P-ul conținut în proba colectată a tuturor peletelor fecale de la un animal individual a fost măsurat în duplicat după digestia persulfatului, așa cum este descris în Perkins și colab. (2004). Datele au fost apoi exprimate ca procent din masa uscată (% P). Am calculat ratele de excreție a fosfaților la indivizi (zi-zi -1) înmulțind masa fecală totală cu proporția medie de fecale P și împărțind la durata experimentului. Ratele de asimilare a fosfatului (dayg zi -1) au fost calculate prin scăderea ratei de excreție de P din rata de ingestie de P.

Experimentul 3: testarea unei ținte de aport P

Am colectat lăcustele de la populația coloniei în decurs de 6 ore de la mutare până la stadiul final juvenil. Toți indivizii colectați au mulsat după ora 24:00 într-o zi dată, iar mâncarea și apa au fost reținute pentru acea seară. Procesele au fost începute în dimineața următoare la ora 08:00. Indivizilor li s-a oferit o alegere de două diete artificiale pentru un total de 6 zile, bucatele cu alimente fiind înlocuite în ziua 2. Am cântărit cantitatea din fiecare dietă consumată și am folosit pentru a determina P total ingerat de fiecare individ. În acest experiment, P a fost crescut prin adăugarea de fosfat de sodiu, fosfat de potasiu și săruri de fosfat de calciu, cu cationi menținuți constant în diete prin adăugarea reciprocă de săruri de sodiu, săruri de potasiu și săruri de calciu de clorură, carbonat și sulfat. Am făcut următoarele diete, exprimate ca% P masă uscată: 1,40% P, 1,20% P, 0,15% P și 0,05% P. Dietele au fost împerecheate astfel încât o dietă ridicată și una cu% scăzut P a fost prezentă în fiecare cușcă, oferind următoarele patru combinații: (A) 1,40 + 0,15, (B) 1,40 + 0,05, (C) 1,20 + 0,15 și (D) 1,20 + 0,05. Au existat 10 lăcusti fiecare în perechile A și B și 11 lăcusti fiecare în perechile C și D, cu un total de N = 42. Cele patru grupuri de tratament au fost blocate în camera de mediu pentru a evita orice prejudecată cauzată de lumină, temperatură sau tulburări.

Dezvoltarea dietei sintetice P-flexibile

Pentru a stabili dacă dieta noastră flexibilă P ar produce o creștere și o performanță similare cu dieta normală a coloniilor și dieta standard Dadd, am comparat performanța insectelor atunci când am fost hrăniți cu dieta normală de colonii de salată română cu suplimentul de tărâțe de grâu/amestec de vitamine, standardul Dadd. dietă, o nouă dietă sintetică în care cazeina/peptona au fost înlocuite cu doar amisoy (rețeta nu este prezentată) și o altă dietă sintetică nouă în care amestecul esențial de aminoacizi a fost adăugat la dieta amisoy (Tabelul 1). Toate grupurile de tratament au început cu N = 20. Conținutul de P al dietelor amisoy și amisoy plus aminoacizi esențiali a fost stabilit la 0,5% (similar cu dieta Dadd, care este 0,54% P) folosind amestecuri de sare, așa cum este indicat în Tabelul 2. Am modificat conținutul de P al dietelor modificând raportul sărurilor de fosfat (amestec de sare 1) la un amestec de săruri de clorură, carbonat și sulfat (amestec de sare 2), menținând în același timp conținut egal de sodiu (Na), calciu (Ca) și potasiu (K) în toate dietele.

Compoziția dietei de bază pentru manipularea fosforului (P)