Opracowanie systemu oznaczania żywienia do oceny owadobójczego wpływu fitochemikaliów na Helicoverpa armigera
26 maja 2023
Ten protokół opisuje obowiązkowy test żywieniowy w celu oceny potencjalnie toksycznego wpływu substancji fitochemicznej na larwy owadów z rzędu Lepidoptera. Jest to wysoce skalowalny test biologiczny owadów, łatwy do optymalizacji dawki subletalnej i śmiertelnej, działania odstraszającego i efektu fizjologicznego. Można to wykorzystać do badań przesiewowych przyjaznych dla środowiska środków owadobójczych.
Badanie to jest prowadzone w celu opracowania prostej i opłacalnej metody oznaczania karmienia do oceny wpływu różnych naturalnych cząsteczek, w tym fitochemikaliów ze względu na ich właściwości przeciwpaszowe i owadobójcze przeciwko owadom żującym, a zidentyfikowane potencjalne cząsteczki z tych testów można ocenić w warunkach polowych pod kątem ochrony przed szkodnikami. Opracowano wiele testów w celu oceny wpływu syntetycznych i naturalnych cząsteczek na odżywianie, wzrost, rozwój i zachowanie owadów. Ponadto zaprojektowano testy.
takie jak narzędzie do przycinania, test pokrywania diety, test kontaktowy, test karmienia kropelkowego, test karmienia z wyboru i test na wardze do oceny insektycydów, utrzymanie jednolitych warunków eksperymentalnych, rozwiązywanie problemów takich jak infekcja i kanibalizm, zapewnienie równomiernego rozmieszczenia fitochemicznego w diecie larw, dokładne śledzenie zachowań żywieniowych i określanie optymalnych stężeń fitochemicznych stanowi wyzwanie. Należy zarządzać zmiennością partii i złożonością projektu eksperymentalnego. Ponadto przejście z pomocy laboratoryjnej do aplikacji terenowej, biorąc pod uwagę recepturę i skalowalność, jest wymagające.
W obowiązkowym teście żywieniowym duża liczba cząsteczek może być testowana jednocześnie z dużą liczbą próbek owadów o różnych rozmiarach. Zaletą tego testu żywieniowego jest to, że badany związek miesza się ze sztuczną dietą. Dzięki temu mamy kontrolę nad składem diety, co zapewnia solidne i powtarzalne wyniki.
Na początek zważ żądane składniki frakcji A, B i C osobno w zlewce i przygotuj jednorodną mieszaninę za pomocą szpatułki lub mieszadła magnetycznego. Gotuj frakcję C w temperaturze około 100 stopni Celsjusza w kuchence mikrofalowej przez pięć minut. Następnie dodaj go do frakcji A i dokładnie wymieszaj.
Gdy mieszanina ostygnie, dodaj frakcję B i wlej przygotowaną do kontrolnej mieszanki dietetycznej do przezroczystej polistyrenowej szalki Petriego. Aby przygotować kwercetynę zawierającą sztuczną dietę, rozpuść hydrat kwercetyny i dimetylosulfotlenek. Następnie dodać rozpuszczoną kwercetynę do frakcji B, a następnie mieszaninę frakcji A i C. Dodać równoważny dimetylosulfotlenek do przygotowanej kontrolowanej diety.
Na początek trzymaj noworodki Helicoverpa armigera w plastikowej komorze hodowlanej przykrytej muślinową szmatką w pomieszczeniu do hodowli owadów. Następnie delikatnie przenieś nowo narodzone noworodki za pomocą cienkiego pędzla na świeżo przygotowaną, sztuczną dietę na bazie ciecierzycy na wzrost. Do testu żerowania należy zebrać 21 larw w drugim stadium do zestawu kontrolnego i leczniczego.
Pokrój wcześniej przygotowaną dietę kontrolną i zawierającą kwercetynę na małe kawałki i zapisz wagę diety i ciało owada. Ostrożnie przenieś owada do fiolki z kulturą, dodaj odpowiednią dietę do fiolki i pozwól owadowi się pożywić. Od drugiego do 10 dnia zapisuj masę ciała owada, a następnie daną dietę, dietę niezjedzoną i frass.
Policz żywe i martwe larwy i poczwarki w 10 dniu. Aby zarejestrować i przeanalizować dane, porównaj masę ciała owadów między grupą kontrolną a grupą leczoną za pomocą testu T-studenta. Wykreśl krzywą Kaplana-Meiera dla procentu przeżycia za pomocą oprogramowania do tworzenia wykresów, używając liczby żywych/martwych larw i poczwarek.
Następnie oblicz procent przepoczwarzenia i porównaj rozwój larw i wskaźniki żywieniowe. W niniejszym badaniu larwy owadów karmione dietą zawierającą kwercetynę wykazały znaczny spadek w porównaniu z grupą kontrolną, co spowodowało zmniejszenie wielkości ciała. Zaobserwowano również znaczne zmniejszenie szybkości żerowania larw karmionych kwercetyną w porównaniu z kontrolą.
Ponadto nastąpił znaczny spadek procentowego przepoczwarzenia larw karmionych kwercetyną, co sugeruje opóźnienie rozwoju po leczeniu. W przypadku owadów żywionych dietą zawierającą kwercetynę efektywność konwersji spożytego pokarmu do materii ciała zmniejszyła się o około 9% w porównaniu z kontrolą. Efektywność przemiany strawionego pokarmu zmniejszyła się o około 49% w porównaniu z kontrolą.
Przybliżona strawność u owadów karmionych kwercetyną wzrosła o 5% w porównaniu z kontrolą.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia skalowalny i kosztowo efektywny test żerowania służący do oceny wpływu fitochemikaliów na larwy motyli, ze szczególnym uwzględnieniem ich właściwości antyżerowych i insektycydowych. Badania wykazują znaczący wpływ kwercetyny na wzrost larw, zachowanie podczas żerowania oraz wyniki rozwoju.
Kluczowe elementy badania
Obszar badań
- Biologia owadów
- Ekotoksykologia
- Naturalne metody zwalczania szkodników
Wstęp
- Opracowanie prostych metod oceny wpływu fitochemikaliów na owady
- Potencjał w zakresie przesiewania ekologicznych insektycydów
- Wyzwania w projektowaniu eksperymentów i zastosowaniach terenowych
Zastosowane metody
- Test żywieniowy do badania fitochemikaliów
- Wykorzystanie larw motyli (Helicoverpa armigera) jako modelu biologicznego
- Standardowe podejścia eksperymentalne do gromadzenia i analizy danych
Główne wyniki
- Kwecetyna spowodowała istotne zmniejszenie rozmiaru ciała larw oraz tempa żerowania w porównaniu z grupą kontrolną
- Zaobserwowano znaczny spadek odsetka przepoczwarzenia u larw karmionych kwercetyną
- Stwierdzono opóźnienie rozwoju oraz obniżoną efektywność konwersji pokarmu
Wnioski
- Badanie skutecznie wykazuje potencjał kwercetyny jako środka owadobójczego
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia roli substancji naturalnych w strategiach zwalczania szkodników
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Solidne systemy testów żerowania służące do oceny wpływu fitochemikaliów na wzrost owadów stanowią kluczowe narzędzia we wczesnej fazie odkrywania nowych środków owadobójczych. Ilościowa ocena wzrostu, przeżywalności i fenotypów rozwojowych u Helicoverpa armigera umożliwia uzyskanie pewności prognostycznej przy wyborze cząsteczek kandydackich oraz wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego przed badaniami polowymi. Podejście to usprawnia selekcję portfela projektów i dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o dalszym rozwoju z uwzględnieniem ryzyka w rurociągach badawczo-rozwojowych agrochemii i biofarmacji.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biopharmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę wpływu fitochemicznego na wzrost i przeżywalność owadów.
- Wspiera funkcjonalną walidację kandydackich cząsteczek insektycydowych w kontrolowanym kontekście biologicznym.
- Ułatwia redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez kwantyfikację punktów końcowych rozwoju i fizjologii.
- Dostarcza powtarzalnych danych służących do priorytetyzacji cząsteczek do dalszego przesiewania lub prób polowych.
Przesiewy i rozwój testów
- Zapewnia standaryzowane, skalowalne warunki analizy do wysokoprzepustowej oceny wielu związków.
- Gwarantuje powtarzalność dzięki kontrolowanemu składowi diety i jednolitej ekspozycji.
- Generuje ilościowe dane wyjściowe, takie jak masa ciała, masa odchodów i wskaźniki przeżywalności, do analizy porównawczej.
- Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do niezawodnych procesów przesiewowych związków.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia zestawienie wyników laboratoryjnych z fenotypami istotnymi w warunkach polowych poprzez symulację naturalnych sposobów pobierania pokarmu.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia do przedklinicznej walidacji skuteczności owadobójczej.
- Umożliwia dostosowanie postępu prac nad kandydatami do poziomu ryzyka w oparciu o translacyjnie istotne punkty końcowe.
- Zapewnia platformę do oceny zmian fizjologicznych w zakresie odżywiania i trawienia związanych z ekspozycją na związek.
Integracja potoków przetwarzania i przepływu pracy
Ten system testów żerowania integruje się z kontinuum od odkrycia do fazy przedklinicznej w opracowywaniu cząsteczek owadobójczych, łącząc wczesne testowanie hipotez z późniejszym przesiewem i walidacją translacyjną.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ocenę efektów fitochemicznych na wzrost i rozwój owadów w oparciu o postawione hipotezy.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wyniki umożliwiające porównywanie i selekcję związków.
- Analityka: Umożliwia analizę statystyczną zmiennych zależnych, takich jak masa ciała i przeżywalność, z wykorzystaniem testów t oraz krzywych Kaplana-Meiera.
- Badania translacyjne: Ułatwia dopasowanie wyników laboratoryjnych do potencjału zastosowań polowych poprzez modelowanie naturalnych zachowań żywieniowych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną i adaptowalną platformę badawczą do ciągłego przesiewania różnorodnych fitochemikaliów i kandydatów na insektycydy.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w wyborze kandydatów.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje warunki testów w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności w obrębie bibliotek związków.
- Wartość strategiczna: Dostarcza podstaw do decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową poprzez priorytetyzację kandydatów o wysokim potencjale.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój cząsteczek insektycydowych w ramach procesów badawczo-rozwojowych (R&D).
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w hodowli owadów, przygotowywaniu pożywek oraz ilościowym fenotypowaniu.
- Wymaga dostępu do komór klimatycznych oraz instrumentacji analitycznej do zbierania danych.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów testowych i metod analizy danych pomiędzy zespołami.
- Może wymagać adaptacji dla różnych gatunków owadów lub klas fitochemicznych.
- W celu uzyskania spójnych wyników należy kontrolować zmienność między partiami oraz złożoność projektu eksperymentalnego.
Najczęściej zadawane pytania (FAQ) dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:36
Preparing a Quercetin‐Containing Chickpea‐Based Artificial Diet for Evaluating its Effect on Helicoverpa armigera Growth
2:26
Feeding Assay to Evaluate the Effects of Quercetin on Helicoverpa armigera Growth and Development
