Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

تربية فراشة الملفوف البيضاء (Pieris rapae) في ظروف خاضعة للرقابة: دراسة حالة مع تحمل المعادن الثقيلة

Published: August 18, 2023 doi: 10.3791/65383
Automatic Translation
1, 1,2
1Deptartment of Ecology, Evolution and Behavior, University of Minnesota, 2Biology, Sweet Briar College

Summary

تقدم هذه الورقة بروتوكولا مفصلا لتربية فراشة الملفوف البيضاء في ظروف معملية خاضعة للرقابة مع نظام غذائي اصطناعي ، مما يسمح بالتلاعب الدقيق بالتغذية المبكرة والتعرض للسموم. تظهر النتائج التمثيلية كيف يمكن فحص سمية المعادن الثقيلة باستخدام هذا البروتوكول.

Abstract

فراشة الملفوف البيضاء (Pieris rapae) هي نظام مهم لأبحاث مكافحة الآفات التطبيقية والبحوث الأساسية في البيئة السلوكية والتغذوية. يمكن تربية بياض الملفوف بسهولة في ظروف خاضعة للرقابة على نظام غذائي اصطناعي ، مما يجعلها كائنا نموذجيا لعالم الفراشات. في هذا البحث ، تم استخدام التلاعب بالتعرض للمعادن الثقيلة لتوضيح الطرق الأساسية لتربية هذا النوع. يوضح البروتوكول العام كيف يمكن اصطياد الفراشات في الحقل ، وحثها على وضع البيض في أقفاص الدفيئة ، ونقلها كيرقات إلى وجبات اصطناعية. توضح الطرق كيف يمكن تمييز الفراشات وقياسها ودراستها لمجموعة متنوعة من الأسئلة البحثية. تعطي النتائج التمثيلية فكرة عن كيفية استخدام الأنظمة الغذائية الاصطناعية التي تختلف في المكونات لتقييم أداء الفراشة بالنسبة لنظام غذائي ضابط. وبشكل أكثر تحديدا ، كانت الفراشات أكثر تسامحا مع النيكل وأقل تحملا للنحاس ، مع تحمل الزنك في مكان ما في الوسط. تمت مناقشة التفسيرات المحتملة لهذه النتائج ، بما في ذلك التراكم المفرط للنيكل في بعض النباتات المضيفة للخردل والأدلة الحديثة في الحشرات على أن النحاس قد يكون أكثر سمية مما كان مقدرا سابقا. أخيرا ، تستعرض المناقشة أولا الاختلافات في البروتوكول وتوجيهات استكشاف هذه الأساليب وإصلاحها ، قبل النظر في كيفية قيام الأبحاث المستقبلية بتحسين النظام الغذائي الاصطناعي المستخدم في هذه الدراسة. بشكل عام ، من خلال توفير نظرة عامة مفصلة بالفيديو على تربية وقياس بياض الملفوف في الأنظمة الغذائية الاصطناعية ، يوفر هذا البروتوكول موردا لاستخدام هذا النظام عبر مجموعة واسعة من الدراسات.

Introduction

فراشة الملفوف الأبيض الصغيرة (Pieris rapae ، المشار إليها فيما يلي باسم "الملفوف الأبيض") هي نوع عالمي من الآفات من محاصيل الخردل ، مثل الملفوف والبروكلي والكانولا1،2،3. في الوقت نفسه ، يعد الملفوف الأبيض نظاما قويا للبحث في علم الأحياء ونموذج فراشة شائع الاستخدام ، حيث يمكن تربيتها ومعالجتها بسهولة في التجارب المعملية الخاضعة للرقابة 4,5. قدمت الأبحاث حول الفراشات البيضاء الملفوفة رؤى مهمة فيما يتعلق بالبحث عن المضيف6،7،8 ، واستخدام موارد الرحيق9،10،11 ، واختيار الشريك والانتقاء الجنسي 12،13،14 ، وتطوير نمط الجناح وتطوره 15،16،17 ، والاستجابات للرواية والتغيير البيئات18,19. تعتمد العديد من هذه الأفكار على حقيقة أنه يمكن تربية بياض الملفوف على أنظمة غذائية اصطناعية4،20،21 ، والتي يمكن التلاعب بها بدقة لتعكس الظروف الغذائية السيئة 22,23 ، مستويات الملوثات ذات الصلة بيئيا 24,25,26,27 ، أو الانتقال إلى نباتات مضيفة جديدة28,29. تستخدم الدراسة الحالية تجربة على التعرض للمعادن الثقيلة لتوضيح الطرق الأساسية لتربية فراشات الملفوف البيضاء على نظام غذائي اصطناعي في المختبر ومقاييس الأداء الرئيسية لليرقات والبالغين. تنطبق العديد من جوانب هذه الطرق على الفراشات الأخرى30،31 والعث32،33،34 التي يمكن تربيتها على نظام غذائي اصطناعي.

في هذا البحث ، تم استخدام تجربة على تحمل المعادن لتوضيح الطرق العامة لتربية فراشات الملفوف البيضاء. المعادن الثقيلة هي ملوث شائع من الأنشطة البشرية الناشئة عن تدهور المنتجات البشرية والعمليات الصناعية والتلوث القديم من الاستخدام التاريخي في المبيدات الحشرية والدهانات وغيرها من المنتجات35،36،37،38. يمكن أن تنتقل العديد من المعادن الثقيلة ، بما في ذلك الرصاص والنحاس والزنك والنيكل ، من التربة والمياه إلى الأنسجة النباتية39،40،41،42 ، ويمكن أن تترسب المعادن في الغبار على أوراق النبات43،44،45 ، مما يؤدي إلى طرق متعددة للتعرض ليرقات الحشرات النباتية. يمكن أن يكون للتعرض للمعادن الثقيلة في وقت مبكر من الحياة آثار سلبية على نمو الحيوان ، وخاصة على الأنسجة العصبية ، ويمكن أن تكون المستويات العالية قاتلة35،36،46،47،48. أظهر عدد من الدراسات الآثار السلبية للتعرض للمعادن على الحشرات النامية ، بما في ذلك كل من الآفات والحشرات المفيدة49،50،51. إن العدد الكبير من ملوثات المعادن الثقيلة ، وحقيقة أنها غالبا ما تحدث في البيئات البشرية52 ، يعني أن هناك حاجة إلى طرق معملية دقيقة يمكن للباحثين من خلالها تعريض الحشرات النامية لمستويات ومجموعات مختلفة من المعادن المتنوعة لفهم وتخفيف آثارها البيئية.

يتناقض العمل الحالي مع تأثيرات المعادن الشائعة على بقاء الملفوف الأبيض وتطوره ، مع التركيز على النحاس (Cu) والزنك (Zn) والنيكل (Ni) ، وهي ثلاثة ملوثات شائعة في البيئات البشرية. على سبيل المثال ، تحتوي الأعشاب الخشبية من جوانب الطرق الريفية في مينيسوتا على ما يصل إلى 71 جزء في المليون من الزنك و 28 جزء في المليون من النحاس و 5 جزء في المليون من Ni53. تتلاعب هذه التجربة بمستويات هذه المعادن في الوجبات الغذائية الاصطناعية للفراشات البيضاء الملفوف عند مستويات تتوافق مع المستويات التي تظهر في البيئة وتتجاوزها. يتم استخدام نظام غذائي اصطناعي لمقارنة السمية النسبية لهذه المعادن ، والتنبؤ بأن بياض الملفوف سيكون أكثر حساسية للملوثات المعدنية التي ليست جزءا لا يتجزأ من فسيولوجيتها (النيكل) بالنسبة لتلك التي تحدث ، وإن كان ذلك بمستويات صغيرة ، في الإنزيمات والأنسجة (النحاس والزنك. الشكل 1). في جميع أنحاء ، يقدم هذا النص تفاصيل منهجية وتصورات فيديو مصاحبة لتوضيح طرق التربية والبحث لهذا النظام النموذجي المهم للفراشة.

Protocol

تم إجراء هذا البحث بموجب تصريح APHIS التابع لوزارة الزراعة الأمريكية P526P-13-02979.

1. مجموعة من الفراشات التجريبية

  1. قبض على الفراشات الإناث البالغة مع شبكة الحشرات الهوائية. يوجد بياض الملفوف بشكل عام في الموائل المفتوحة والمضطربة مع وجود نباتات الرحيق والنباتات المضيفة (في عائلة Brassicaceae).
    1. ابحث عندما تكون الشمس خارجة ودرجة الحرارة دافئة. لاستهداف الإناث ، ابحث عن الأفراد الذين يرفرفون ببطء ، بالقرب من الأرض ، ويهبطون على النباتات "لطبل" (تذوق) الأوراق مع مقدمتها.
  2. إعداد الإناث في أقفاص لحصاد البيض.
    ملاحظة: الإناث التي تم جمعها في الحقل ، في المتوسط ، قد تزاوجت مع واحد أو اثنين من الذكور12 ، ويجب أن تبدأ في وضع بيض خصب بعد وقت قصير من الأسر. تحتاج الإناث التي يتم صيدها في البرية إلى ضوء طبيعي للتزاوج والتزاوج ، لذلك ضع القفص في دفيئة أو حافة النافذة.
  3. منزل الإناث مع نبات مضيف لحصاد البيض.
    ملاحظة: ستقبل الإناث مجموعة متنوعة من النباتات المضيفة ، بما في ذلك الملفوف الأخضر والفجل واللفت والكرنب والأرابيدوبسيس ، ولكن تأكد من أن النباتات لم تتم معالجتها بأي مبيدات حشرية.
    1. قدم النباتات المضيفة إما في أواني أو في حاويات بها ماء للحفاظ على ضغط الأوراق ، مثل سيقان اللفت في أنابيب مياه الأزهار.
    2. إذا رغب الباحث في جمع البيض ونقله مباشرة إلى النظام الغذائي ، فاستخدم أولا شريطا مطاطيا لربط ورقة نبات مضيف بأعلى كوب بلاستيكي من الماء ، ثم قم بتمديد قطعة من البارافيلم حول الحافة - الإناث التي تلامس الورقة سوف تبيض على البارافيلم (انظر5).
  4. تأكد من أن القفص يحتوي أيضا على شيء للحفاظ على الرطوبة النسبية عالية ، على سبيل المثال ، من خلال الري اليومي للنبات المحفوظ بوعاء أو ترطيب منشفة ، خاصة في الظروف الجافة. إذا تم سقي النباتات المحفوظة بوعاء في القفص ، فتأكد من وجود منشفة تحت القدر ، حيث يمكن أن تعلق الفراشات في تجمع المياه.
  5. قم بإطعام الفراشات بمحلول ماء عسل مخفف بنسبة 10٪ مقدم على إسفنجة صفراء ، والتي تتعلم الفراشات استخدامها بسرعة ، خاصة إذا كانت موجودة مع أفراد ذوي خبرة.
    1. لتشجيع الفراشات على التغذية من الإسفنج ، ضعها مباشرة على وحدة التغذية ، خاصة بعد رشها برفق بزجاجة ماء ، مما يؤدي غالبا إلى إخراجها من خرطومها.
    2. لإعداد وحدة التغذية ، قم أولا بشطف الإسفنج الأصفر أو البرتقالي جيدا ، ثم قم بتقطيعها إلى مربعات صغيرة تتناسب مع أطباق بتري البلاستيكية مقاس 60 مم. قم بتغيير المغذيات يوميا ونظف الإسفنج في محلول مبيض معتدل ، متبوعا بشطف شامل لمنع نمو العفن.

2. صنع الوجبات الغذائية الاصطناعية

  1. أولا ، استخدم الوصفة في الجدول 1 ، أو مصادر أخرى ذات صلة ، لتحديد الوصفة ذات الصلة للتجربة. قم بإجراء التعديلات اللازمة الخاصة بالأنواع أو التجربة المحورية. اطبع وصفة لاتباعها أثناء وزن المكونات.
  2. وزن جميع المكونات الجافة ، باستثناء أجار ، في حاوية واحدة. تأكد من إعادة المكونات إلى موقع التخزين الخاص بها ، مع ملاحظة أن العديد من المكونات مخزنة عند 4 درجات مئوية ، ضع خليط المكونات الجاف الذي تم وزنه مسبقا في خلاط مع 5 مل من زيت بذور الكتان.
  3. لكل دفعة من النظام الغذائي ، اتبع الخطوات المفصلة أدناه.
    1. امزج 15 جم من أجار شبكي ناعم مع 400 مل من الماء المقطر في دورق بحجم 1 لتر على الأقل. ضعيه في الميكروويف حتى يقترب الآجار من الغليان ، مع وجود فقاعات ناعمة في جميع أنحاء الخليط ، مع تحريك الخليط كل 30-60 ثانية لمنع الغليان.
    2. أضف إلى خليط الآجار الساخن هذا 400 مل من الماء المقطر بدرجة حرارة الصنبور لجعله في درجة حرارة مناسبة ليختلط مع المكونات الجافة ، لأن خليط الفيتامينات حساس للحرارة.
    3. أضف خليط أجار إلى الخلاط واخلطه جيدا ، وكشط حواف الخلاط إذا لزم الأمر.
  4. أثناء تسخين الآجار ، ضع ما لا يقل عن أربعة وسبعين كوبا من أكواب الحمية على المنضدة مع ملامسة الحواف. بعد خلط النظام الغذائي جيدا ، صب الخليط من الخلاط في أكواب النظام الغذائي ، مع التأكد من أن النظام الغذائي يغطي الجزء السفلي من كل كوب.
  5. بعد أن يبرد النظام الغذائي ، ضع الأغطية على الأكواب ، وقم بتسمية أكواب الحمية بنوع النظام الغذائي ، وقم بتكديسها على صواني ، وقم بتخزينها لمدة تصل إلى 1 شهر عند 4 درجات مئوية حتى الاستخدام.

3. نقل وتربية على الوجبات الغذائية الاصطناعية

  1. يترك النبات المضيف المنزلي مع بيض الفراشة في أكواب لذيذة سعة 30 أونصة مع غطاء شبكي في غرفة مناخية 24 درجة مئوية. بعد 1 أسبوع ، تحقق من الكؤوس - تأكد من أن اليرقات تفقس وفي أواخر المرحلة الأولى أو أوائل المرحلة الثانية ، وهو الوقت المناسب للنقل إلى النظام الغذائي الاصطناعي.
  2. نقل اليرقات إلى النظام الغذائي الاصطناعي باستخدام فرشاة الرسم ، وتطهيرها برذاذ التبييض وشطف الماء بين حاويات اليرقات. انقل ثلاث يرقات إلى كل كوب سعة 4 أونصات. في حين أن النظام الغذائي الاصطناعي كثيف الطاقة ويمكن أن يدعم كثافات عالية من اليرقات ، تجنب تعبئة اليرقات في أكواب ، حيث يمكن أن تنتشر الأمراض والعفن في أكواب ذات كثافة يرقية عالية.
  3. ضع الأكواب في صندوق بلاستيكي على جوانبها بحيث تسقط الحبيبات في قاع الكؤوس وبعيدا عن النظام الغذائي ، مما يقلل من مخاطر العفن والأمراض.
    1. ضع أكواب الحمية في ظروف درجة حرارة يتم التحكم فيها مع مستويات إضاءة منخفضة إلى معتدلة. راقب الأكواب بحثا عن العفن والمرض كل 1-2 أيام عن طريق إلقاء نظرة خاطفة على أغطية الأكواب الشفافة.
    2. يمكن عزل الأكواب المصابة بالعفن أو المرض أو تجميدها لمنع انتشارها إلى أكواب أخرى.

4. ظهور البالغين والتعامل معهم

  1. اسمح لليرقات بالتشرنق والظهور في أكواب الحمية. عندما يظهر البالغون ، امنحهم بضع ساعات حتى تصلب أجنحتهم قبل إزالتها لوضع العلامات. قم بإزالة الفراشات البالغة من الكؤوس بأيد نظيفة عن طريق إمساك أجنحتها برفق ، مع ملاحظة أن الإمساك بالأجنحة الأربعة بالقرب من أجسامها يعد ثباتا أكثر.
  2. لتمييز الفراشات ، أمسك الأفراد الجافين من الرأس والصدر واستخدم شاربا رفيع الرأس لتمييز رقم على جناحهم الخلفي برفق.
    1. الأفراد الجنس باستخدام مزيج من علامات الجناح والأعضاء التناسلية. لدى الإناث عموما نقطتان سوداوتان على جناحها الأمامي الظهري وأجنحة خلفية أغمق وأكثر اصفرارا ، بينما يكون لدى الذكور عموما بقعة سوداء أصغر على الجبهة الظهرية على خلفية بيضاء أكثر إشراقا54.
    2. بالنظر إلى أن هذا التلوين يظهر تباينا فرديا وموسميا ، تأكد من الجنس باستخدام سمات البطن - الذكور لديهم مشبكان في الطرف البعيد من البطن وبطن أضيق بشكل عام ، في حين أن الإناث لديهن فتحة أعضاء تناسلية واحدة.
  3. انقل البالغين إلى مظاريف زجاجية من الشمع عن طريق فتح الظرف بيد واحدة ، وإمساك الفراشة من الرأس والصدر ، وتحريكها في الظرف ، والاستيلاء على الأجنحة من خلال الظرف باليد الأخرى.
    1. تأكد من إغلاق الأجنحة الأربعة بشكل طبيعي داخل الظرف.
    2. الحفاظ على الفراشات في ظروف باردة (5-6 درجة مئوية) لمدة تصل إلى 1 أسبوع قبل التجربة، ولكن السماح لمدة 1 يوم على الأقل للتأقلم عند إخراجها من الثلاجة.

5. مقاييس الأداء

  1. لقياس سمات الجناح على الأفراد القتلى ، قم بإزالة أجنحة الفراشة عن طريق إمساك الصدر بيد واحدة واستخدام ملقط لإزالة كل جناح في قاعدته. ضع الأجنحة بشكل مسطح في صندوق ضوئي والتقط صورا لقياساتها لاحقا.
  2. للحصول على تقديرات الخصوبة ، قم بإيواء البالغين في أقفاص التزاوج ، مما يسمح بيوم واحد على الأقل للنضج التناسلي للذكور ويوم واحد للتزاوج. التضحية بالإناث في نقاط زمنية محددة لتعداد البيض من خلال التشريح ، أو جمع البيض كل يوم على النباتات المضيفة.
  3. لتقدير أحمال البيض ، قم بإزالة بطن الأنثى ، وضعها في 1x PBS buffer ، وقطع شق على طول الجانب البطني.
    1. استخدم الملقط لفصل الأحشاء عن البشرة ، ثم اسحب المبيضين بعيدا عن القناة الهضمية والقصبة الهوائية ومحتويات البطن الأخرى.
    2. قم بفك تجعيد المبيضات الأربعة المجعدة داخل كل من المبيضين ، مع ملاحظة مكان انتقال البيض الناضج وصفار البيض وقشره إلى بصيلات غير ناضجة. استخدم عدادا للمساعدة في إحصاء إجمالي البيض الناضج ، والذي يتراوح بشكل عام من 0-200 بيضة.
  4. لتحديد حالة التزاوج للإناث تشريح ، افتح الجراب copulatrix وفصل الحيوانات المنوية في الداخل. عندما يتم هضم الحيوانات المنوية ، فإنها تطور عموما "ذيلا" وتتداخل مع بعضها البعض.

6. دراسة حالة

ملاحظة: تم جمع إناث الفراشات البيضاء الكرنب البالغة من البرية في عام 2014 للعثور على المجموعات التجريبية. نشأت الإناث البالغات من بالقرب من ديفيس ، كاليفورنيا (N = 8 إناث مؤسسات).

  1. إسكان الفراشات
    1. إيواء الإناث في أقفاص شبكية "BugDorm" (61 سم × 61 سم × 61 سم) تحت الضوء الطبيعي في دفيئة. توفير ورقة عضوية من الملفوف النبات المضيف (براسيكا أوليراسيا) لوضع البيض.
    2. للحفاظ على الرطوبة في الأقفاص ، قم بتضمين نبات صغير محفوظ بوعاء (كوزموس) ، يسقى يوميا ، ويوضع فوق منشفة داخل كل قفص.
    3. اجمع البيض يوميا عن طريق نقل الأوراق مع البيض الجديد إلى أكواب بلاستيكية سعة 473 مل بها ثقوب في الغطاء وضعها في غرفة المناخ.
    4. زود الفراشات بإمكانية الوصول إلى محلول ماء العسل بنسبة 10٪ (المصنوع عن طريق تخفيف العسل العضوي بالماء المقطر) ، ويمكن الوصول إليه من خلال إسفنجة صفراء في طبق بتري صغير يتم تغييره يوميا.
  2. تحضير الوجبات الغذائية الاصطناعية
    1. إعداد الوجبات الغذائية الاصطناعية ليرقات الملفوف الأبيض باستخدام تعديلات على الوجبات الغذائية Lepidoptera المطورة مسبقا4. تحتوي دفعة واحدة من النظام الغذائي على 50 جم من جرثومة القمح ، و 27 جم من الكازين ، و 10 جم من السليلوز ، و 24 جم من السكروز ، و 15 جم من دقيق الملفوف ، و 9 جم من مزيج ملح ويسون ، و 12 جم من خميرة التورولا ، و 3.6 جم من الكوليسترول ، و 10.5 جم من مزيج فيتامين فاندرزانت ، و 1.1 جم من ميثيل بارابين ، و 1.5 جم من حمض السوربيك ، 3 غرام من حمض الأسكوربيك ، و 0.175 غرام من الستربتومايسين (انظر جدول المواد).
    2. قم بوزن المكونات الجافة مسبقا لدفعات النظام الغذائي المتعددة (الجدول 1) واخلطها جيدا لزيادة التجانس عبر أنواع النظام الغذائي قبل تقسيمها إلى دفعات منفصلة للخلط مع المحاليل المعدنية.
    3. ضع المكونات الجافة في خلاط مع زيت بذر الكتان والمزيج المعدني المقابل.
      ملاحظة: تم استخدام زيت بذر الكتان في التجربة الحالية حيث تم بيعه من قبل مزود سابق لوجبات الحشرات. الآن ، يتم استخدام زيت بذور الكتان العضوي حصريا ، وهو مصنوع من نفس النبات ، ولكن من غير المرجح أن يحتوي على أي إضافات كمزود تجاري لزيت بذر الكتان.
    4. صب النظام الغذائي المحضر في أكواب بلاستيكية لذيذة سعة 118 مل (4 أونصات). استخدم الأملاح المعدنية القابلة للذوبان لإضافة المعادن البؤرية إلى الأنظمة الغذائية الاصطناعية. استهدف تركيزات المعادن بناء على الملاحظات السابقة للمحتوى المعدني للنباتات (على سبيل المثال ، تراكم النيكل 55،56،57 أو تلوث النباتات على جانب الطريق 58،59،60) وتحمل المعادن في حرشفيات الأجنحة الأخرى49،50،51.
    5. قم بإذابة الأملاح المعدنية في 500-1000 مل من الماء المقطر قبل تناول الكميات المقابلة لإضافتها إلى الأنظمة الغذائية الاصطناعية. على سبيل المثال ، لجعل نظام غذائي النيكل 100 جزء في المليون ، أضف 317.6 مل من محلول 1 M NiCl2 إلى النظام الغذائي الاصطناعي قبل المزج لإعطاء تركيز النظام الغذائي النهائي 100 مجم / جم من الوزن الجاف Ni (حوالي 53 مجم / جم من الوزن الرطب). تترجم هذه الكمية إلى متوسط تركيز مقاس يبلغ 109.6 جزء في المليون (الجدول 2) بناء على التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترن بالحث.
      ملاحظة: تم تقدير مستويات المعادن من قبل مختبرات الأبحاث التحليلية بجامعة مينيسوتا مع ست عينات.
  3. صيانة
    1. الحفاظ على البيض الذي يتم حصاده على النباتات المضيفة في غرف المناخ عند 23 درجة مئوية في 14:10 فترات ضوئية لمدة 7 أيام. بعد ذلك ، انقل اليرقات الثانية المبكرة إلى النظام الغذائي الاصطناعي.
    2. عند النقل ، قسم اليرقات بالتساوي من نبات معين عبر أنواع النظام الغذائي الأربعة لتجنب الخلط بين دفعات اليرقات ونوع النظام الغذائي. انقل اليرقات (N = 346 إجمالا) كفردين لكل كوب غذائي سعة 118 مل لتقليل حدوث المرض من الاكتظاظ والسماح بمساحة واسعة للبالغين للإغلاق في النهاية.
    3. ثقوب مثقوبة (ثلاثة لكل غطاء) في أغطية أكواب التربية. ضع الأكواب في صناديق بلاستيكية بحجم صندوق الأحذية للتربية ، مع تخلل الأنظمة الغذائية المختلفة لتجنب أي آثار منهجية للموقع في غرفة التربية.
    4. ضع أكواب اليرقات في غرف المناخ عند 23 درجة مئوية في 14:10 فترات ضوئية (مع صناديق من الماء في قاع الغرفة للحفاظ على الرطوبة حوالي 50٪ -60٪ ، يتم مراقبتها باستخدام مستشعر رطوبة المنزل). في حال أصبحت الأكواب متعفنة (حوالي ثمانية أكواب إجمالا في دراسة الحالة هذه) ، قم بإزالة الأكواب من الحجرة وإزالة هؤلاء الأفراد من التجربة.
    5. اسمح لليرقات بالتشرنق والظهور في أكواب التربية (N = إجمالي 162).
      ملاحظة: بالنسبة لظروف التربية في هذه الدراسة ، بلغ متوسط وقت التطور من جمع البيض إلى ظهور البالغين حوالي 25-30 يوما (يتراوح من 20-40 يوما ، على سبيل المثال ، 25،28).
    6. مع اقتراب الشرانق من ظهور البالغين ، افحص الكؤوس يوميا بحثا عن الأفراد المغلقين حديثا وقم بإزالة البالغين بأجنحة جافة. قم بتسمية البالغين على أجنحتهم الخلفية برقمهم الفردي المقابل (المخصص عند نقل اليرقات) باستخدام شاربي أسود ناعم الرأس. حدد جنس كل فرد وضع علامة على مظروف زجاجي مع رقمه وتاريخ ظهوره. ضع الفراشات البالغة في مظاريف زجاجية واحفظها في درجة حرارة -20 درجة مئوية حتى تتم معالجتها مرة أخرى.
      ملاحظة: يظهر جزء صغير من البالغين الناشئين تشوهات في الجناح من شأنها أن تتداخل مع الطيران وبقاء البالغين (5٪ -8٪) ؛ يتم استبعاد هؤلاء الأفراد من تحليلات البقاء على قيد الحياة لهذه التجارب.
  4. القياس وتحليل البيانات
    1. قم بقياس البقاء على قيد الحياة كبقاء من الطور الثاني (عندما تم وضع اليرقات على النظام الغذائي) إلى ظهور البالغين.
      ملاحظة: ركزت الدراسة الحالية على وقت البقاء على قيد الحياة والتطور كمقاييس للأداء على الأنظمة الغذائية المختلفة.
    2. قم بقياس وقت التطور كعدد الأيام بين الانتقال إلى الوجبات الغذائية وظهور البالغين في غرفة المناخ.
    3. لتحليل البيانات ، قم بتشغيل مجموعتين من النماذج التي تضمنت التفاعلات بين المعدن والتركيز.
      ملاحظة: نظرا لأن كلا التفاعلين كانا مهمين (F2,194 = 4.56 ، p = 0.01 لوقت التطوير و X2 = 12.1 ، p = 0.002 للبقاء على قيد الحياة) ، شرعت الدراسة في تحليل منفصل لكل معدن.
    4. لتحليل البقاء على قيد الحياة ، قم بإجراء اختبارات مربع كاي لكل معدن لاختبار آثار جرعة المعدن (تعامل على أنها أربع فئات) على البقاء على قيد الحياة حتى مرحلة البلوغ مع أجنحة سليمة تماما.
    5. عندما يتم الكشف عن تأثير كبير للجرعة ، قم بإجراء مربع كاي للمتابعة لمقارنة كل مستوى بالنظام الغذائي الضابط. لتحليل وقت التطور (من وقت النقل إلى الظهور كشخص بالغ) ، اختبر آثار الجنس على وقت النمو.
      ملاحظة: نظرا لعدم وجود تأثير للجنس على وقت التطور ، (p > 0.10) لأي معدن في هذه التجربة ، فقد أسقطناه من الاعتبار في النموذج.
    6. قم بتشغيل ANOVA منفصل لكل معدن لاختبار تأثير التركيزات الأربعة على وقت التطوير. بالإضافة إلى ذلك ، قم بإجراء اختبارات t لكل تركيز بالنسبة إلى عنصر التحكم لتحديد الحد الأدنى للتركيز حيث يظهر تأثير الأداء.
      ملاحظة: في هذه الدراسة ، تم استخدام JMP v16 لجميع التحليلات. جميع البيانات الأولية متاحة على Mendeley61.

Representative Results

نظره عامه
يمكن استخدام النظام الغذائي الاصطناعي لتربية فراشات الملفوف البيضاء في الظروف القياسية لاختبار آثار بعض مكونات النظام الغذائي على أداء الفراشة. في العمل الحالي ، تم استخدام الوجبات الغذائية الاصطناعية لدراسة سمية المعادن المختلفة الموجودة في النباتات المضيفة التي تنمو في المناطق الملوثة (الشكل 1). تم تربية اليرقات على علائق تحتوي على تركيزات متزايدة من ثلاثة معادن مختلفة (الشكل 2 ؛ تفاصيل منهجية محددة معروضة في القسم 6 من البروتوكول). كان بقاء الفراشة وتطورها أكثر تأثرا بالنحاس والزنك وأقل تأثرا بالنيكل (الشكل 3 والشكل 4) ، مع حساسية مماثلة للدراسات الأخرى مع الفراشات والعث التي تربى على الوجبات الغذائية الاصطناعية (الشكل 5).

بقاء
تم نقل يرقات الفراشة إلى علائق اصطناعية تحتوي على النحاس أو النيكل أو الزنك أو التحكم ، حيث اختلف كل نوع من أنواع المعادن في التركيز على ثلاثة مستويات (الجدول 3). يوضح الشكل 2 صورة تمثيلية لليرقات عند زيادة جرعة السم. لم يكن هناك تأثير لتركيز المعادن على بقاء النيكل ، ولكن كان هناك تأثير كبير لكل من النحاس والزنك (الجدول 3 والشكل 3). أظهرت مقارنات مربع كاي البعدي أن الزنك أظهر انخفاضا في البقاء على قيد الحياة بالنسبة إلى النظام الغذائي الشاهد عند أعلى مستوى فقط من الزنك (1000 جزء في المليون ، مقارنة ما بعد التخصيص X12 = 8.41 ، p = 0.004 ؛ الشكل 1). كما أظهر النحاس انخفاضا كبيرا في البقاء على قيد الحياة فقط عند أعلى المستويات المستخدمة (500 جزء في المليون، X12 = 7.00، p = 0.008)، على الرغم من وجود زيادة مفيدة غير كبيرة في البقاء على قيد الحياة عند أدنى مستويين (50 جزء في المليون و 100 جزء في المليون؛ 500 جزء في المليون). الشكل 3).

وقت التطوير
كان هناك تأثير معنوي لتركيز النحاس والزنك على وقت التطور (الجدول 4 والشكل 4). مع زيادة تركيز النحاس ، كانت هناك زيادة في وقت التطوير ، مع انحراف كبير عن التحكم يبدأ من 50 جزء في المليون (p = 0.027 ؛ الشكل 3). مع زيادة تركيز الزنك ، كانت هناك زيادة في وقت التطوير ، مع انحراف كبير عن التحكم بدءا من 100 جزء في المليون (p = 0.03; الشكل 4). كان هناك اتجاه لزيادة النيكل ليؤدي إلى أوقات نمو أطول (p = 0.08; الجدول 4) ، وأظهرت مقارنات كل نظام غذائي مع المجموعة الضابطة تأثيرات كبيرة تبدأ من 100 جزء في المليون (p = 0.022 ؛ الشكل 4).

Figure 1
الشكل 1: المستويات المرصودة للفلزات البؤرية في أنسجة الفراشات والنباتات المضيفة. (البيانات من62.) يتم عرض مستويات النحاس والنيكل والزنك لأنسجة فراشة بيريس (التي تربى على بوك تشوي في المختبر) والخردل الذي تم جمعه في البرية (Bertorea sp.). تشير السيارات إلى المستويات التي شوهدت في أوراق النبات على طول الطرق ذات الازدحامالشديد 53. تم الإبلاغ عن مستويات المعادن في الوجبات الغذائية الاصطناعية المستخدمة في هذه الدراسة في الجدول 1. تمثل النقاط الوسائل ، وتمثل أشرطة الخطأ الخطأ القياسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: صورة يرقات الملفوف البيضاء المنقولة في نفس اليوم إلى الوجبات الغذائية الاصطناعية ذات التركيز المتزايد للسم. تظهر هذه الصورة يرقات من دراسة الاستجابة للجرعة (قدمت في 28 باستخدام مادة نباتية مجففة للنبات السام Aristolochia). الصورة من قبل ESR. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التباين في البقاء على قيد الحياة عبر الأنظمة الغذائية المعدنية ذات التركيزات المتزايدة. تشير العلامات النجمية إلى انحراف كبير في البقاء على قيد الحياة بالنسبة إلى النظام الغذائي الضابط. يتم سرد تركيزات المعادن الدقيقة في الوجبات الغذائية في الجدول 2. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: تأثير تركيز الفلزات على زمن النمو. تشير العلامات النجمية إلى أدنى تركيز للمعادن حيث يوجد فرق كبير بالنسبة للتحكم (باستخدام اختبار t). يتم سرد تركيزات المعادن الدقيقة في الوجبات الغذائية في الجدول 2. تمثل النقاط الوسائل ، وتمثل أشرطة الخطأ الخطأ القياسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: ملخص تحمل المعادن في حرشفيات الأجنحة الأخرى. تظهر بيانات البقاء على قيد الحياة المركبة المرسومة من 11 دراسة موجودة49،50،51،56،63،64،65،66،67،68. متغير الاستجابة هو المستوى (في جزء في المليون) من تركيز المعادن حيث تظهر الآثار السلبية على البقاء لأول مرة. تشير الفراشات إلى نتائج هذه الدراسة ، مشيرة إلى أن قيم تحمل النيكل كانت أعلى من تلك التي تم قياسها في هذه الدراسة. تمثل النقاط الوسائل ، وتمثل أشرطة الخطأ الخطأ القياسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

العنصر تزن ك g مل
جرثومة القمح المكونات الجافة 50
السليلوز المكونات الجافة 10
دقيق الملفوف المكونات الجافة 15
الكازين المكونات الجافة 27
سكروز المكونات الجافة 24
ويسون سولت ميكس المكونات الجافة 9
تورولا الخميرة المكونات الجافة 12
كولسترول المكونات الجافة 3.6
فيتامين ميكس المكونات الجافة 10.5
ميثيل بارابين المكونات الجافة 0.75
حمض السوربيك المكونات الجافة 1.5
حمض الاسكوربيك المكونات الجافة 3
الستربتومايسين المكونات الجافة 0.175
زيت بذور الكتان المكونات الرطبة 5
اجار اجار 15

الجدول 1: وصفة لنظام غذائي اصطناعي. تظهر أوزان (وأحجام) المكونات في دفعة واحدة من حمية الفراشة البيضاء الملفوف. يتم تحضير المكونات الجافة (وزيت بذور الكتان) بشكل منفصل عن خليط الآجار (يذوب في 400 مل من الماء المغلي ، ثم يتم إحضاره إلى درجة حرارة أكثر برودة مع 400 مل من الماء بدرجة حرارة الغرفة).

نوع النظام الغذائي النحاس (جزء في المليون) النيكل (جزء في المليون) الزنك (جزء في المليون)
النحاس - "100 جزء في المليون" 96.1 1.75 69.9
النيكل - "100 جزء في المليون" 7.29 109.6 68.9
الزنك - "100 جزء في المليون" 7.96 1.06 186.2
الزنك - "500 جزء في المليون" 6.51 1.16 708
تحكم 5.89 0.59 59.3

الجدول 2: مقاييس المعادن في الوجبات الغذائية. تظهر المستويات المتوسطة للنحاس والنيكل والزنك في مجموعة فرعية من الأنظمة الغذائية الاصطناعية المستخدمة في الدراسة. يظهر اسم النظام الغذائي ("النوع" في التحليل) على اليسار ، مع كون القيم بين علامتي اقتباس هي المستوى المحسوب. يظهر التركيز المستهدف بين علامتي اقتباس. تم تحليل مجموعة فرعية من الوجبات الغذائية المستخدمة في الدراسة للتأكد من أن القيم المحسوبة كانت على الهدف مع القيم المحققة. تجدر الإشارة إلى أنه غالبا ما يكون هناك درجة صغيرة من الاختلاف في تكوين مكونات النظام الغذائي ، وكل سطر تم الإبلاغ عنه يمثل نسخة واحدة فقط.

أنارآل بيرسون X32 P
النحاس (ن = 118) 17.82 0.0005
النيكل (ن = 152) 3.45 0.33
الزنك (ن = 152) 12.52 0.006

الجدول 3: آثار تركيز المعادن على البقاء على قيد الحياة. تظهر نتائج اختبار مربع كاي لكل معدن ، على النقيض من ثلاثة تركيزات من المعدن بالنسبة لنظام غذائي تحكم.

معدن F P
النحاس (ن = 61) و3,57 = 9.84 <0.0001
النيكل (ن = 75) و3,71 = 2.35 0.079
الزنك (ن = 64) ف3,60= 3.79 0.015

الجدول 4: تأثير تركيز المعادن على وقت التطوير. تظهر نتائج ANOVAs الفردية لكل معدن.

توفر البيانات:

جميع البيانات متاحة على Mendeley61.

Discussion

في هذا البحث ، نشأت الفراشات البيضاء الملفوف (Pieris rapae) على نظام غذائي اصطناعي لفحص الاختلافات في سمية المعادن الثقيلة. من خلال القيام بذلك ، توفر هذه الدراسة طرقا عامة للتربية والدراسات المختبرية لنظام الفراشة سهل التلاعب به. تتناول هذه المناقشة أولا أسئلة أكثر عمومية حول الطرق التي تمت مراجعتها هنا ، ثم تستعرض نتائجنا العلمية قبل أن تختتم بتأملات حول مكونات النظام الغذائي الاصطناعي.

يعطي البروتوكول الذي تمت مراجعته هنا خطوات لطريقة تربية عامة للفراشات البيضاء الملفوف ، ولكن هناك العديد من النقاط داخل هذا البروتوكول التي يمكن تعديلها. على سبيل المثال ، في حين أن دراسة الحالة المقدمة هنا تستخدم الإسفنج للتغذية ، فقد حالف الحظ باحثون آخرون مع فتائل الأسنان والزهور الحريرية المملوءة بماء العسل5. بينما تستخدم الدراسة الحالية ماء العسل كغذاء ، استخدم باحثون آخرون محاليل السكر وحتى جاتوريد. إذا كانت الشرانق بحاجة إلى وزنها ، أو نقلها إلى ظروف أخرى للظهور (على سبيل المثال ، إحداث توقف مؤقت والحاجة إلى التخزين البارد لمدة 1 شهر) ، يمكن للباحث إزالتها بسهولة من الأكواب عن طريق رشها بالماء لترطيب ملحقاتها الحريرية والاستيلاء عليها بملقط من الريش ، ثم إعادة تعليقها باستخدام شريط على الوجهين. إذا احتاج الباحثون إلى مزيد من المرونة فيما يتعلق بنقل الفراشات البالغة إلى أقفاص لسلوك البالغين ، فيمكن الاحتفاظ بها في الثلاجة لعدة أسابيع ، ولكن يجب إطعامها. كل عدة أيام ، يجب إخراج الفراشات لتغذيتها بمحلول ماء العسل المخفف. تحت الإضاءة الداخلية ، يمكن القيام بذلك باستخدام دبوس لفتح خرطومها في الطعام. في نهاية أداء البالغين ، يمكن اتخاذ مجموعة واسعة من تدابير اللياقة البدنية على فراشات الملفوف البيضاء. يمكن قياس حجم الجسم على أنه الكتلة الرطبة أو الجافة لليرقات في مراحل معينة ، أو الشرانق ، أو البالغين (التضحية ، أو الاحتفاظ بها في مظاريف زجاجية) ، أو من خلال قياس طول الجناح في برنامج ImageJ (انظر12،24،25،28). يمكن قياس خصوبة الإناث مدى الحياة من خلال مجموعات البيض اليومية على النباتات المضيفة25،69،70 ، ويمكن قياس حجم السمات المحددة كمقياس للأداء. على سبيل المثال ، كتلة أو حجم الدماغ أو مناطق الدماغ الفردية 62،71،72 ، أو محتوى الكتلة أو البروتين في الصدر أو عضلة الطيران 62,70. أخيرا ، يمكن استخدام البالغين في الدراسات السلوكية لاختبار أي عدد من الأسئلة التي تدرس تأثير التلاعب بالنظام الغذائي على البحث عن الطعام أو اختيار وضع البيض 27,73.

إذا كان بروتوكول التربية لا يعمل كما هو متوقع ، فهناك بعض الجوانب لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها. أولا ، يمكن للمرء أن يسأل ما إذا كانت مستويات الضوء مرتفعة بما يكفي لاستنباط سلوك طبيعي للبالغين. في حين أن خطوط Pieris المتكيفة في المختبر ستضع البيض تحت ضوء الفلورسنت ، فإن الضوء الاصطناعي الوحيد الذي يعمل مع الخطوط البرية هو أضواء الدفيئة القوية واسعة الطيف. يعمل الضوء الطبيعي في البيوت الزجاجية أو عتبات النوافذ أو في الهواء الطلق بشكل أفضل لاستنباط سلوك التزاوج ووضع البيض. ثانيا ، إذا لم يفقس البيض أو إذا كانت اليرقات تموت في وقت مبكر من النمو ، فهناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها. يجب أن تكون مادة النبات المضيف عضوية ، مع ملاحظة أن النباتات "العضوية" من المتاجر تعالج أحيانا بمواد كيميائية يمكن أن تقتل اليرقات ، لذا فإن تربية النباتات المضيفة هي الأفضل في كثير من الأحيان. إذا كان معدل قبول المضيف أقل ، فيمكن محاولة الأوراق الأصغر سنا التي تحتوي على نسبة أعلى من النيتروجين ، وتقديم نباتات محفوظة بوعاء بدلا من الأوراق الفردية وضمان تزاوج الإناث. سوف تقبل الإناث البذر Brassica ، حتى براعم صغيرة التي هي 2 أسابيع من العمر. تعمل طريقة البارافين بشكل جيد لنقل البيض إلى ظروف مختلفة ، ولكن تجدر الإشارة إلى أن معدل القبول يميل إلى أن يكون أقل من النباتات الكاملة. ثالثا ، يجب أن تكون جميع مكونات النظام الغذائي ذات جودة عالية وليست منتهية الصلاحية. يجب استبدال زيت بذور الكتان سنويا وتخزينه في الثلاجة24,25. يجب أيضا الحفاظ على برودة جنين القمح ومزيج الفيتامينات والمضادات الحيوية. رابعا ، يمكن للمرء أن يفكر في تعديل إعداد كوب الحمية. يمكن استخدام أي عدد من أنواع الأكواب البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة للتربية ، من 1 أونصة إلى 15 أونصة. لقد وجدنا أن 4 أوقية هو حجم جيد للسماح بظهور البالغين وحزم بشكل جيد في غرف المناخ لدينا. تسمح الثقوب المثقوبة في الأغطية بتدفق الهواء ، لكن الكثير من الثقوب يمكن أن تجفف النظام الغذائي في ظروف الرطوبة المنخفضة ، لذلك قد يحتاج هذا الرقم إلى التعديل. خامسا ، قد تحتاج الظروف في غرفة المناخ إلى التعديل مع ظروف الكأس. إذا كانت الظروف جافة جدا ، فقد تجف النباتات المضيفة التي تحتوي على البيض قبل نقل اليرقات ، وقد تجف الأكواب التي تحتوي على نظام غذائي قبل ظهور الفراشات. من ناحية أخرى ، إذا كانت الظروف رطبة جدا ، يمكن أن تؤوي الكؤوس العفن والمرض. قد يحتاج الباحثون إلى ضبط تدفق الهواء في الأكواب من خلال استخدام أغطية شبكية ، أو ثقوب أكثر أو أقل في الأغطية. مشكلة أخرى شائعة هي أضواء الغرفة الساطعة بما يكفي لإحداث تقلبات في درجات الحرارة في الكؤوس وتراكم التكثيف. يعد استخدام الأضواء الخافتة خيارا سهلا لتربية اليرقات.

فيما يتعلق بأسئلة البحث في هذه الورقة ، وجدت هذه الدراسة أن بياض الملفوف كان أكثر حساسية نسبيا للنحاس من النيكل أو الزنك. كان للنحاس آثار سلبية كبيرة على وقت التطوير عند تركيزات منخفضة تصل إلى 50 جزء في المليون (الشكل 3 والجدول 3) وعلى البقاء على قيد الحياة عند 500 جزء في المليون (الشكل 4 ، الجدول 4). في المقابل ، لم تكن هناك آثار سلبية للنيكل على البقاء على قيد الحياة (حتى 500 جزء في المليون. الشكل 3) أو الآثار السلبية على وقت التطوير عند 100 جزء في المليون (الشكل 4). كان بياض الملفوف متسامحا إلى حد ما مع الزنك ، مع ظهور آثار البقاء على قيد الحياة فقط عند 1000 جزء في المليون (الشكل 3) والآثار السلبية على وقت التطوير بدءا من 100 جزء في المليون (الشكل 4). استنادا إلى تركيزات أكبر نسبيا من الزنك في أنسجة الفراشة والخردل (النبات المضيف ؛ الشكل 1) ، كان من المتوقع أن ينظر إلى تحمل أكبر نسبيا للزنك. ومع ذلك ، كانت الحساسية للنحاس وتحمل النيكل غير متوقعة إلى حد ما نظرا للمستويات المنخفضة جدا من النيكل في أنسجة الفراشة (الشكل 1) وضرورة النحاس كمغذيات دقيقة. تتم مناقشة هذه النتائج غير المتوقعة أدناه بعد النظر في تحمل هذه المعادن في الفراشات والعث الأخرى.

لمقارنة البيانات الحالية مع حساسية المعادن المقاسة في حرشفيات الأجنحة الأخرى ، تم تجميع بيانات من الدراسات الحالية حول الحد الأدنى للتركيز ، حيث أثرت المعادن الثقيلة سلبا على البقاء على قيد الحياة49،50،51،56،63،64،65،66،67،68 ؛ ركزت هذه الدراسات على العث ، وخاصة أنواع الآفات (Galleria mellonella ، Lymantria dispar ، Plutella xylostella ، Spodoptera sp.). تقع جميع قيم الحساسية المقاسة في هذه الدراسة بالقرب من النطاق المقاس لهذه الأنواع الأخرى (الشكل 5). ومع ذلك ، يبدو أن مقياس تحمل النيكل في هذه الدراسة أعلى من المتوقع - في حين لم يكن هناك تأثير كبير للبقاء على قيد الحياة عند 500 جزء في المليون ، وجدت الدراسة السابقة على Pieris rapae أيضا تحملا عاليا جدا للنيكل (تأثيرات كبيرة تبدأ من 1000 جزء في المليون56) ، على الرغم من انخفاض المستويات في أنسجتها بشكل طبيعي (الشكل 1). يبدو أن مقياس حساسية النحاس في هذه الدراسة أيضا في النهاية المنخفضة لدراسات حرشفيات الأجنحة. في حين أن استخدام نظام غذائي اصطناعي يسمح بإجراء مقارنة مريحة ومضبوطة لحساسية المعادن النسبية ، فمن المهم ملاحظة أن مكونات النظام الغذائي يمكن أن تغير قياس الحساسية المطلقة للمعادن. على سبيل المثال ، يمكن لفيتامين C في النظام الغذائي تعويض الإجهاد التأكسدي الناجم عن المعادن74 ، أو يمكن للمضادات الحيوية في النظام الغذائي أن تغير أي آثار للميكروبات على معالجة المعادن75. سيكون الخط المثير للاهتمام للبحث المستقبلي هو التلاعب بشكل منهجي بمكونات النظام الغذائي هذه لاختبار التأثيرات على سمية المعادن ، خاصة بالنظر إلى الأسئلة حول الدور الوظيفي لميكروبات الأمعاء الحرشفية 76,77 ومكونات الرحيق التي قد يكون لها خصائص مضادة للأكسدة78. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي التباين في المتطلبات الغذائية عبر الأنواع إلى جعل المقارنات بين الأنواع أمرا صعبا ، ويجب استكمال الأساليب الاصطناعية القائمة على النظام الغذائي بالتلاعب بالنباتات المضيفة.

هذه الفراشات متسامحة بشكل خاص مع النيكل وحساسة للنحاس. لاحظت الأبحاث السابقة أن العديد من النباتات في عائلة الخردل ، والتي تشمل النباتات التي يفضلها Pieridae ، تتراكم النيكل بشكل مفرط كآلية دفاعية ضد الحيوانات العاشبة55،56،63،79،80،81. هذا التراكم المفرط يزيد عن 1000 جزء في المليون في الأنسجة النباتية ، وهو أمر أكبر مما هو موجود في معظم النباتات (الشكل 1). من الممكن أن يكون لدى Pieris قدرة عالية على تحمل النيكل بشكل خاص بسبب الاختيار السابق من قبل مراكم النيكل هذه ، كما تم التكهن سابقا26. في حين أن النحاس قد تمت دراسته بشكل أقل تكرارا كمغذيات دقيقة في وجبات الحشرات ، إلا أن هناك بعض الأدلة على أنه يلعب دورا صغيرا في التكاثر والمناعة ، على الرغم من أنه في المقام الأول في الحشرات التي تتغذى على الدم (على سبيل المثال ، 82،83). من الممكن أن يلعب النحاس دورا فسيولوجيا أقل أهمية في الفراشات منه في الحيوانات الأخرى84،85،86 ، بما يتفق مع العمل الأخير الذي يسلط الضوء على كيف يمكن أن يكون النحاس ملوثا للحشرات مثل الرصاص والكادميوم والزئبق (على سبيل المثال ، 87،88،89). بينما ثبت أن بيريس يتجنب التلوث بالنحاس عند مستويات منخفضة90 ، فإن حركة النحاس في النباتات (على سبيل المثال ، الانتقال إلى الأوراق والزهور) قد أشارت أيضا إلى أنه ملوث معدني مثير للقلق91.

في حين أن هذه النتائج توفر بيانات مثيرة للاهتمام حول السمية النسبية لهذه المعادن للفراشات البيضاء الملفوف ، تهدف هذه الورقة أيضا إلى أن تكون ذات فائدة عامة كتوضيح مرئي مفصل لطرق تربية هذا النظام القوي. من السهل تربية بياض الملفوف والتلاعب به في التجارب المعملية الخاضعة للرقابة 4,5 مما يسهل دراسات البحث عن المضيف6،7،8 ، والبحث عنالطعام 9،10،11 ، والانتقاء الجنسي12،13،14. تعد القدرة على تربية هذه الفراشات على نظام غذائي اصطناعي أمرا أساسيا في خلق ظروف حديقة مشتركة للمقارنات والتلاعب بالعناصر الغذائية والسموم وحتى النباتات المضيفة الجديدة. ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن هذا النظام الغذائي الاصطناعي ليس بالضرورة النظام الغذائي الاصطناعي الأمثل لهذا النوع ، ومن المحتمل أن يتم تحسينه مع التلاعب في المستقبل. على سبيل المثال ، تم تطوير مزيج الملح في هذا النظام الغذائي (والأنظمة الغذائية الأخرى لحرشفيات الأجنحة) في الأصل للفقاريات ويحتوي على مستويات كالسيوم أعلى مما تحتاجه معظم الحشرات92,93. وهكذا ، فإن بعض جهودنا في التربية قد صنعت خلطات ملح مخصصة بمستويات منخفضة من الكالسيوم (على سبيل المثال ، 62) ، والبعض الآخر يستخدم "مزيج ملح بيك" ، والذي قد يكون أكثر ملاءمة للعديد من أنواع الحشرات94. في تلاعباتنا الخاصة ، وجدنا أيضا أن أداء الفراشات كان أفضل مع جرثومة قمح أقل نسبيا وسليلوز أكثر نسبيا مقارنة بالتركيزات الأصلية4. أحد المجالات التي تحتاج إلى مزيد من الاهتمام هو مصدر الدهون والتركيز في النظام الغذائي. على سبيل المثال ، أظهرت الأعمال السابقة أن التحول من زيت بذر الكتان (المستخدم في هذه الدراسة) إلى الدهون الفوسفاتية زاد من معدلات التزاوج ومعدلات نمو بيريس في الأنظمة الغذائية الاصطناعية95. مكملات الأحماض الدهنية المحددة في الوجبات الغذائية الاصطناعية قد يكون لها آثار إيجابية إضافية96,97. إن تحسين النظام الغذائي الاصطناعي ل Pieris98,99 يخلق فرصا لمعالجة أسئلة مثيرة للاهتمام حول البيئة الغذائية 100,101,102 ، والبيئة التطورية ، وعلم السموم البيئية. تسمح مناهج النظام الغذائي الاصطناعي هذه للباحثين بمعالجة أسئلة حول دور الدهون المحددة في التطور المعرفي 103 ، أو التكيف المسبق مع السموم28 ، أو المكونات الغذائية التي تقلل من سمية الملوثات 104 ، أو التفاعلات المتكافئة بين العناصر الغذائية105.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgments

نحن ممتنون للدعم من المساعدين الجامعيين أثناء تربية هذا العمل ، ولا سيما ريجينا كوراندينا وريا سميكالسكي. ساعدت كارولين كالينوفسكي في تجميع الأدبيات حول سمية المعادن في حرشفيات الأجنحة الأخرى. أصبح هذا العمل ممكنا بفضل منحة بحثية صيفية لقسم البيئة والتطور والسلوك بجامعة مينيسوتا.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-L Pyrex beaker Fisher Scientific 07-250-059
500 mL graduated cylinder Fisher Scientific 03-007-43
60-mm plastic petri dish lid Fisher Scientific 08-757-100B
Ascorbic Acid Frontier 6015
Blender Amazon - Ninja Store BL610 Professional
Cabbage Flour Frontier 1086
Casein Frontier 1100
Celluose Frontier 3425
Cholsterol Sigma C3045
Cups for rearing (4 oz) Wasserstrom 6094583 purchase with matching lids
Fine Mesh Agar Sigma
Flaxseed Oil amazon B004R63VI6
Floral water tubes, 2.8 x 0.8inch Amazon - Yimaa Direct B08BZ969DK
Glassine envelopes (1 3/4 x 2 7/8 INCHES) Amazon - Wizard Coin Supply B0045FG90G
Mesh Cages (15.7 x 15.7 x 23.6") Amazon B07SK6P94S
Methyl Paraben Frontier 7685
Ohaus Portable Scale Fisher Scientific 02-112-228
Organic Honey Amazon B07DHQQFGM
Photo studio portable lightbox Amazon B07T6TNYJ1
Plastic bin, shoebox size Amazon B09L3B3V1R
Plastic disposable transfer pipets Fisher Scientific 13-680-50
Sorbic Acid Sigma S1626
Spatulas Fisher Scientific 14-357Q
Streptomycin Sigma S9137
Sucrose Target
Torula Yeast Frontier 1720
Vanderzant vitamin mix Frontier F8045
Weigh boats Fisher Scientific 01-549-750
Wesson Salt Mix Frontier F8680
Wheat Germ Frontier G1659
Wooden handled butterfly net, 12" hoop Amazon - Educational Science B00O5JDLVC
Yellow sponges Amazon-Celox B0B8HTHY5B

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Snyder, L. D., Gomez, M. I., Mudrak, E. L., Power, A. G. Landscape-dependent effects of varietal mixtures on insect pest control and implications for farmer profits. Ecological Applications. 31 (2), 2246 (2021).
  2. Shelton, A., Andaloro, J. T., Barnards, J. Effects of cabbage looper, imported cabbageworm, and diamondback moth on fresh market and processing cabbage. Journal of Economic Entomology. 75 (4), 742-745 (1982).
  3. Cartea, M. E., Padilla, G., Vilar, M., Velasco, P. Incidence of the major Brassica pests in northwestern Spain. Journal of Economic Entomology. 102 (2), 767-773 (2009).
  4. Troetschler, R. G., Malone, C. M., Bucago, E. R., Johnston, M. R. System for rearing Pieris rapae (Lepidoptera: Pieridae) on a noncruciferous artificial diet developed for Manduca sexta (Lepidoptera: Sphingidae). Journal of Economic Entomology. 78 (6), 1521-1523 (1985).
  5. Webb, S., Shelton, A. Laboratory rearing of the imported cabbageworm. New Yorks Food and Life Sciences Bulletin. 122, 1-6 (1988).
  6. Root, R. B., Kareiva, P. M. The search for resources by cabbage butterflies (Pieris rapae): ecological consequences and adaptive significance of Markovian movements in a patchy environment. Ecology. 65 (1), 147-165 (1984).
  7. Hern, A., Edwards-Jones, G., McKinlay, R. G. A review of the pre-oviposition behaviour of the small cabbage white butterfly, Pieris rapae (Lepidoptera: Pieridae). Annals of Applied Biology. 128 (2), 349-371 (1996).
  8. Renwick, J. A. A., Radke, C. D. Sensory cues in host selection for oviposition by the cabbage butterfly, Pieris-Rapae. Journal of Insect Physiology. 34 (3), 251-257 (1988).
  9. Lewis, A. C. Memory constraints and flower choice in Pieris rapae. Science. 232 (4752), 863-865 (1986).
  10. Kandori, I., Ohsaki, N. The learning abilities of the white cabbage butterfly, Pieris rapae, foraging for flowers. Researches on Population Ecology. 38, 111-117 (1996).
  11. Alm, J., Ohmeiss, T. E., Lanza, J., Vriesenga, L. Preference of cabbage white butterflies and honey-bees for nectar that contains amino-acids. Oecologia. 84 (1), 53-57 (1990).
  12. Espeset, A., et al. Anthropogenic increases in nutrients alter sexual selection dynamics: a case study in butterflies. Behavioral Ecology. 30 (3), 598-608 (2019).
  13. Tigreros, N. Linking nutrition and sexual selection across life stages in a model butterfly system. Functional Ecology. 27 (1), 145-154 (2013).
  14. Morehouse, N. I., Rutowski, R. L. In the eyes of the beholders: female choice and avian predation risk associated with an exaggerated male butterfly color. American Naturalist. 176 (6), 768-784 (2010).
  15. Stoehr, A. M., Goux, H. Seasonal phenotypic plasticity of wing melanisation in the cabbage white butterfly, Pieris rapae L. (Lepidoptera: Pieridae). Ecological Entomology. 33 (1), 137-143 (2008).
  16. Stoehr, A. M., Walker, J. F., Monteiro, A. Spalt expression and the development of melanic color patterns in pierid butterflies. Evodevo. 4 (1), 6 (2013).
  17. Stoehr, A. M., Wojan, E. M. Multiple cues influence multiple traits in the phenotypically plastic melanization of the cabbage white butterfly. Oecologia. 182 (3), 691-701 (2016).
  18. Ryan, S. F., et al. Global invasion history of the agricultural pest butterfly Pieris rapae revealed with genomics and citizen science. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (40), 20015-20024 (2019).
  19. Snell-Rood, E. C., Papaj, D. R. Patterns of phenotypic plasticity in common and rare environments: a study of host use and color learning in the cabbage white butterfly Pieris rapae. American Naturalist. 173 (5), 615-631 (2009).
  20. Kono, Y. Rearing Pieris rapae crucivora Boisduval (Lepidoptera: Pieridae) on artificial diets. Applied Entomology and Zoology. 3 (2), 96-98 (1968).
  21. Parra, J. R. The Evolution of Artificial Diets and their Interactions in Science and Technology. Insect Bioecology and Nutrition for Integrated Pest Management. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2012).
  22. Morehouse, N. I., Rutowski, R. L. Developmental responses to variable diet composition in a butterfly: the role of nitrogen, carbohydrates and genotype. Oikos. 119 (4), 636-645 (2010).
  23. Rotem, K., Agrawal, A. A., Kott, L. Parental effects in Pieris rapae in response to variation in food quality: adaptive plasticity across generations. Ecological Entomology. 28 (2), 211-218 (2003).
  24. Shephard, A. M., et al. Assessing zinc tolerance in two butterfly species: consequences for conservation in polluted environments. Insect Conservation and Diversity. 13 (2), 201-210 (2020).
  25. Shephard, A. M., Zambre, A. M., Snell-Rood, E. C. Evaluating costs of heavy metal tolerance in a widely distributed, invasive butterfly. Evolutionary Applications. 14 (5), 1390-1402 (2021).
  26. Kobiela, M. E., Snell-Rood, E. C. Nickel exposure has complex transgenerational effects in a butterfly. Integrative and Comparative Biology. 58 (5), 1008-1017 (2018).
  27. Philips, K. H., Kobiela, M. E., Snell-Rood, E. C. Developmental lead exposure has mixed effects on butterfly cognitive processes. Animal Cognition. 20 (1), 87-96 (2017).
  28. Sikkink, K. L., et al. Tolerance of novel toxins through generalized mechanism simulating gradual host shifts of butterflies. American Naturalist. 195 (3), 485-503 (2020).
  29. Pentzold, S., et al. excretion and avoidance of cyanogenic glucosides in insects with different feeding specialisations. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 66, 119-128 (2015).
  30. Lampert, E. C., Dyer, L. A., Bowers, M. D. Dietary specialization and the effects of plant species on potential multitrophic interactions of three species of nymphaline caterpillars. Entomologia Experimentalis et Applicata. 153 (3), 207-216 (2014).
  31. Genc, H., Nation, J. L. An artificial diet for the butterfly Phyciodes phaon (Lepidoptera: Nymphalidae). Florida Entomologist. 87 (2), 194-198 (2004).
  32. Brinton, F., Proverbs, M., Carty, B. Artificial diet for mass production of the codling moth, Carpocapsa Pomonella (Lepidoptera: Olethreutidae)1. The Canadian Entomologist. 101 (6), 577-584 (1969).
  33. Metwally, H. M., et al. Low cost artificial diet for rearing the greater wax moth, Galleria mellonella L. (Lepidoptera: Pyralidae) as a host for entomopathogenic nematodes. Egyptian Journal of Biological Pest Control. 22 (1), 15 (2012).
  34. Carpenter, J. E., Bloem, S. Interaction between insect strain and artificial diet in diamondback moth development and reproduction. Entomologia Experimentalis et Applicata. 102 (3), 283-294 (2002).
  35. Jaiswal, A., Verma, A., Jaiswal, P. Detrimental effects of heavy metals in soil, plants, and aquatic ecosystems and in humans. Journal of Environmental Pathology Toxicology and Oncology. 37 (3), 183-197 (2018).
  36. Kumar, A., et al. Lead toxicity: Health hazards, influence on food chain, and sustainable remediation approaches. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (7), 2179 (2020).
  37. Gall, J. E., Boyd, R. S., Rajakaruna, N. Transfer of heavy metals through terrestrial food webs: a review. Environmental Monitoring and Assessment. 187, 201 (2015).
  38. Mohammed, A. S., Kapri, A., Goel, R. Heavy Metal Pollution: Source, Impact, and Remedies. Biomanagement of Metal-Contaminated Soils. , Springer. 1-28 (2011).
  39. Mitra, A., Chatterjee, S., Voronina, A. V., Walther, C., Gupta, D. K. Lead toxicity in plants: a review. Lead in Plants and the Environment. , Springer. 99-116 (2020).
  40. Perugini, M., et al. Heavy metal (Hg, Cr, Cd, and Pb) contamination in urban areas and wildlife reserves: Honeybees as bioindicators. Biological Trace Element Research. 140 (2), 170-176 (2011).
  41. Rycewicz-Borecki, M., McLean, J. E., Dupont, R. R. Bioaccumulation of copper, lead, and zinc in six macrophyte species grown in simulated stormwater bioretention systems. Journal of Environmental Management. 166, 267-275 (2016).
  42. Zulfiqar, U., et al. Lead toxicity in plants: Impacts and remediation. Journal of Environmental Management. 250, 109557 (2019).
  43. Spliethoff, H. M., et al. Estimated lead (Pb) exposures for a population of urban community gardeners. Environmental Geochemistry and Health. 38, 955-971 (2016).
  44. Li, C. C., et al. Foliar dust as a reliable environmental monitor of heavy metal pollution in comparison to plant leaves and soil in urban areas. Chemosphere. 287, 132341 (2022).
  45. Ram, S. S., et al. Plant canopies: bio-monitor and trap for re-suspended dust particulates contaminated with heavy metals. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 19, 499-508 (2014).
  46. Karri, V., Schuhmacher, M., Kumar, V. Heavy metals (Pb, Cd, As and MeHg) as risk factors for cognitive dysfunction: A general review of metal mixture mechanism in brain. Environmental Toxicology and Pharmacology. 48, 203-213 (2016).
  47. Tong, S., von Schirnding, Y. E., Prapamontol, T. Environmental lead exposure: a public health problem of global dimensions. Bulletin of the World Health Organization. 78 (9), 1068-1077 (2000).
  48. Liu, J. H., Lewis, G. Environmental toxicity and poor cognitive outcomes in children and adults. Journal of Environmental Health. 76 (6), 130-138 (2014).
  49. Gintenreiter, S., Ortel, J., Nopp, H. J. Effects of different dietary levels of cadmium, lead, copper, and zinc on the vitality of the forest pest insect Lymantria-Dispar L (Lymantriidae, Lepid). Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 25, 62-66 (1993).
  50. Cheruiyot, D. J., Boyd, R. S., Moar, W. Testing the joint effects hypothesis of elemental defense using Spodoptera exigua. Journal of Chemical Ecology. 41 (2), 168-177 (2015).
  51. Coleman, C. M., Boyd, R. S., Eubanks, M. D. Extending the elemental defense hypothesis: Dietary metal concentrations below hyperaccumulator levels could harm herbivores. Journal of Chemical Ecology. 31 (8), 1669-1681 (2005).
  52. Kaushal, S. S., et al. Making 'chemical cocktails'-Evolution of urban geochemical processes across the periodic table of elements. Applied Geochemistry. 119, 104632 (2020).
  53. Shephard, A. M., et al. Traffic patterns, more than adjacent land use, influence element content of roadside forbs for insect pollinators. Ecological Solutions and Evidence. 3 (4), 12195 (2022).
  54. Scott, J. A. The Butterflies of North America: A Natural History and Field Guide. , Stanford University Press. (1992).
  55. Boyd, R. S. High-nickel insects and nickel hyperaccumulator plants: A review. Insect Science. 16 (1), 19-31 (2009).
  56. Boyd, R. S., Martens, S. N. Nickel hyperaccumulated by thlaspi-montanum var montanum is acutely toxic to an insect herbivore. Oikos. 70 (1), 21-25 (1994).
  57. Cempel, M., Nickel, G. A review of its sources and environmental toxicology. Polish Journal of Environmental Studies. 15 (3), 375-382 (2006).
  58. Aslam, J., Khan, S. A., Khan, S. H. Heavy metals contamination in roadside soil near different traffic signals in Dubai, United Arab Emirates. Journal of Saudi Chemical Society. 17 (3), 315-319 (2013).
  59. Mitchell, T. S., et al. Traffic influences nutritional quality of roadside plants for monarch caterpillars. Science of the Total Environment. 724, 138045 (2020).
  60. Voegborlo, R., Chirgawi, M. Heavy metals accumulation in roadside soil and vegetation along a major highway in Libya. Journal of Science and Technology. 27 (3), 86-97 (2007).
  61. Snell-Rood, E., Kobiela, M. Data for: Rearing the Cabbage White Butterfly (Pieris rapae) in Controlled Conditions: A Case Study with Heavy Metal Tolerance. , Mendeley Data. (2023).
  62. Snell-Rood, E. C., Espeset, A., Boser, C. J., White, W. A., Smykalski, R. Anthropogenic changes in sodium affect neural and muscle development in butterflies. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (28), 10221-10226 (2014).
  63. Boyd, R. S., Moar, W. J. The defensive function of Ni in plants: response of the polyphagous herbivore Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) to hyperaccumulator and accumulator species of Streptanthus (Brassicaceae). Oecologia. 118 (2), 218-224 (1999).
  64. Cheruiyot, D. J., Boyd, R. S., Moar, W. J. Exploring lower limits of plant elemental defense by cobalt, copper, nickel, and zinc. Journal of Chemical Ecology. 39 (5), 666-674 (2013).
  65. Davis, M. A., Boyd, R. S., Cane, J. H. Host-switching does not circumvent the Ni-based defence of the Ni hyperaccumulator Streptanthus polygaloides (Brassicaceae). South African Journal of Science. 97 (11-12), 554-557 (2001).
  66. Dubovskiy, I. M., Grizanova, E. V., Ershova, N. S., Rantala, M. J., Glupov, V. V. The effects of dietary nickel on the detoxification enzymes, innate immunity and resistance to the fungus Beauveria bassiana in the larvae of the greater wax moth Galleria mellonella. Chemosphere. 85 (1), 92-96 (2011).
  67. Jhee, E. M., Boyd, R. S., Eubanks, M. D. Nickel hyperaccumulation as an elemental defense of Streptanthus polygaloides (Brassicaceae): influence of herbivore feeding mode. New Phytologist. 168 (2), 331-343 (2005).
  68. Zhou, J. L., Shu, Y. H., Zhang, G. R., Zhou, Q. Lead exposure improves the tolerance of Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) to cypermethrin. Chemosphere. 88 (4), 507-513 (2012).
  69. Snell-Rood, E. C., Davidowitz, G., Papaj, D. R. Reproductive tradeoffs of learning in a butterfly. Behavioral Ecology. 22 (2), 291-302 (2011).
  70. Snell-Rood, E. C., Davidowitz, G., Papaj, D. R. Plasticity in learning causes immediate and trans-generational changes in allocation of resources. Integrative and Comparative Biology. 53 (2), 329-339 (2013).
  71. Snell-Rood, E. C., Papaj, D. R., Brain Gronenberg, W. size: A global or induced cost of learning. Brain Behavior and Evolution. 73 (2), 111-128 (2009).
  72. Snell-Rood, E. C., et al. Nutritional constraints on brain evolution: Sodium and nitrogen limit brain size. Evolution. 74 (10), 2304-2319 (2020).
  73. Jaumann, S., Snell-Rood, E. C. Adult nutritional stress decreases oviposition choosiness and fecundity in female butterflies. Behavioral Ecology. 30 (3), 852-863 (2019).
  74. Sahiti, H., Bislimi, K., Bajgora, A., Rexhepi, A., Dalo, E. Protective effect of vitamin C against oxidative stress in common carp (Cyprinus carpio) induced by heavy metals. International Journal of Agriculture and Biosciences. 7 (2), 71-75 (2018).
  75. Rothman, J. A., Leger, L., Graystock, P., Russell, K., McFrederick, Q. S. The bumble bee microbiome increases survival of bees exposed to selenate toxicity. Environmental Microbiology. 21 (9), 3417-3429 (2019).
  76. Hammer, T. J., Janzen, D. H., Hallwachs, W., Jaffe, S. P., Fierer, N. Caterpillars lack a resident gut microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (36), 9641-9646 (2017).
  77. Hammer, T. J., Sanders, J. G., Fierer, N. Not all animals need a microbiome. FEMS Microbiology Letters. 366 (10), (2019).
  78. Baker, H. G., Baker, I. Coevolution of Animals and Plants. , University of Texas Press. 100-140 (1975).
  79. Boyd, R. S., Davis, M. A., Wall, M. A., Balkwill, K. Metal concentrations of insects associated with the South African Ni hyperaccumulator Berkheya coddii (Asteraceae). Insect Science. 13 (2), 85-102 (2006).
  80. Boyd, R. S., Wall, M. A., Jaffre, T. Nickel levels in arthropods associated with Ni hyperaccumulator plants from an ultramafic site in New Caledonia. Insect Science. 13 (4), 271-277 (2006).
  81. Kramer, U. Metal hyperaccumulation in plants. Annual Review of Plant Biology. 61, 517-534 (2010).
  82. Cardoso-Jaime, V., Broderick, N. A., Maya-Maldonado, K. Metal ions in insect reproduction: a crosstalk between reproductive physiology and immunity. Current Opinion in Insect Science. 52, 100924 (2022).
  83. Rivera-Perez, C., Clifton, M. E., Noriega, F. G. How micronutrients influence the physiology of mosquitoes. Current Opinion in Insect Science. 23, 112-117 (2017).
  84. Lee, J. H. Micronutrient deficiency syndrome: zinc, copper and selenium. Pediatric Gastroenterology, Hepatology & Nutrition. 15 (3), 145-150 (2012).
  85. Nube, M., Voortman, R. L. Human micronutrient deficiencies: linkages with micronutrient deficiencies in soils, crops and animal nutrition. Combating Micronutrient Deficiencies: Food-Based Approaches. , CABI International. Wallingford, UK. 289-311 (2011).
  86. Wysocka, D., Snarska, A., Sobiech, P. Copper-An essential micronutrient for calves and adult cattle. Journal of Elementology. 24 (1), 101-110 (2019).
  87. Oliveira, C. S., et al. Toxic metals that interact with thiol groups and alteration in insect behavior. Current Opinion in Insect Science. 52, 100923 (2022).
  88. Mogren, C. L., Trumble, J. T. The impacts of metals and metalloids on insect behavior. Entomologia Experimentalis et Applicata. 135 (1), 1-17 (2010).
  89. Hladun, K. R., Di, N., Liu, T. X., Trumble, J. T. Metal contaminant accumulation in the hive: Consequences for whole-colony health and brood production in the honey bee (Apis mellifera L.). Environmental Toxicology and Chemistry. 35 (2), 322-329 (2016).
  90. Elbassiouny, S. A. Changes in food-related behavioral-patterns of some phytophagous insect species following exposures to an antifeedant. Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica. 26 (3-4), 483-496 (1991).
  91. Hladun, K. R., Parker, D. R., Trumble, J. T. Cadmium, copper, and lead accumulation and bioconcentration in the vegetative and reproductive organs of Raphanus sativus: Implications for plant performance and pollination. Journal of Chemical Ecology. 41, 386-395 (2015).
  92. Nation, J., Robinson, F. Concentration of some major and trace elements in honeybees, royal jelly and pollens, determined by atomic absorption spectrophotometry. Journal of Apicultural Research. 10 (1), 35-43 (1971).
  93. Herbert Jr, E. W., Shimanuki, H. Mineral requirements for brood-rearing by honeybees fed a synthetic diet. Journal of Apicultural Research. 17 (3), 118-122 (1978).
  94. Beck, S. D., Chippendale, G., Swinton, D. Nutrition of the European corn borer, Ostrinia nubilalis. VI. A larval rearing medium without crude plant fractions. Annals of the Entomological Society of America. 61 (2), 459-462 (1968).
  95. Junnikkala, E. Rearing Pieris-Brassicae (L.) on a phospholipid and vitamin-supplemented semi-artificial diet. Annales Zoologici Fennici. 17 (1), 39-42 (1980).
  96. Hixson, S. M., et al. Long-chain omega-3 polyunsaturated fatty acids have developmental effects on the crop pest, the Cabbage White Butterfly Pieris rapae. PLoS One. 11 (3), e0152264 (2016).
  97. Turunen, S. Lipid utilization in adult Pieris brassicae with special reference to the role of linolenic acid. Journal of Insect Physiology. 20 (7), 1257-1269 (1974).
  98. Vanderzant, E. S. Development, significance, and application of artificial diets for insects. Annual Review of Entomology. 19, 139-160 (1974).
  99. Cohen, A. C. Insect Diets: Science and Technology. , CRC Press. (2003).
  100. Balluffi-Fry, J., Leroux, S. J., Champagne, E., Vander Wal, E. In defense of elemental currencies: can ecological stoichiometry stand as a framework for terrestrial herbivore nutritional ecology. Oecologia. 199 (1), 27-38 (2022).
  101. Coogan, S. C. P., Raubenheimer, D., Zantis, S. P., Machovsky-Capuska, G. E. Multidimensional nutritional ecology and urban birds. Ecosphere. 9 (4), 02177 (2018).
  102. Raubenheimer, D., Simpson, S. J., Mayntz, D. Nutrition, ecology and nutritional ecology: toward an integrated framework. Functional Ecology. 23 (1), 4-16 (2009).
  103. Arien, Y., Dag, A., Zarchin, S., Masci, T., Shafir, S. Omega-3 deficiency impairs honey bee learning. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (51), 15761-15766 (2015).
  104. Man, K. Y., et al. Use of biochar as feed supplements for animal farming. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 51 (2), 187-217 (2021).
  105. Shephard, A. M., Knudsen, K., Snell-Rood, E. C. Anthropogenic sodium influences butterfly responses to nitrogen-enriched resources: implications for the nitrogen limitation hypothesis. Oecologia. 201 (4), 941-952 (2023).

Tags

علم الأحياء، العدد 198،
تربية فراشة الملفوف البيضاء (<em>Pieris rapae</em>) في ظروف خاضعة للرقابة: دراسة حالة مع تحمل المعادن الثقيلة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Snell-Rood, E. C., Kobiela, M. E.… More

Snell-Rood, E. C., Kobiela, M. E. Rearing the Cabbage White Butterfly (Pieris rapae) in Controlled Conditions: A Case Study with Heavy Metal Tolerance. J. Vis. Exp. (198), e65383, doi:10.3791/65383 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter