שמירה על תרביות מעבדה של Gryllus bimaculatus, מודל אורתופטרני רב-תכליתי לחקלאות חרקים ופיזיולוגיה של חסרי חוליות
Summary
מאמר זה מתאר שיטות בסיסיות לתקנון גורמים חשובים כגון צפיפות, זמינות הזנה, מקור הידרציה ובקרות סביבתיות לגידול ארוך טווח של תרביות מעבדה של הקריקט האכיל, Gryllus bimaculatus.
Abstract
גרילוס בימקולטוס (שם מדעי: Gryllus bimaculatus ) הוא מין של קריקט גדול גוף המופץ ברחבי אפריקה ודרום אירואסיה, שם הוא נקטף לעתים קרובות בטבע כמזון אנושי. מחוץ לטווח הטבעי שלו, culturing G. bimaculatus הוא אפשרי בשל הפלסטיות התזונתית שלו, מחזור הרבייה המהיר, חוסר הדרישה לדיאפאוזה, הסבילות לגידול בצפיפות גבוהה וחוסן מפני פתוגנים. לפיכך, G. bimaculatus יכול להיות מודל רב-תכליתי למחקרים של פיזיולוגיה של חרקים, התנהגות, אמבריולוגיה או גנטיקה.
פרמטרים תרבותיים, כגון צפיפות גרב, רפוגיה בתוך הכלוב, פוטופריוד, טמפרטורה, לחות יחסית ותזונה, כולם משפיעים על צמיחת הקריקט, ההתנהגות וביטוי הגנים ויש לתקנם אותם. בספרות המתפתחת על גידול חרקים למאכל אדם, צרצרים אלה משמשים לעתים קרובות כדי להעריך תערובות מזון מועמדות שמקורן בשאריות יבול, תוצרי לוואי של עיבוד מזון וזרמי פסולת אחרים בעלות נמוכה.
כדי לתמוך בניסויים מתמשכים המעריכים את ביצועי הצמיחה של G. bimaculatus ואת האיכות התזונתית בתגובה למצעי הזנה משתנים, פותחה מערכת מקיפה של פרוטוקולים סטנדרטיים לרבייה, תחזוקה, טיפול, מדידה והמתת חסד במעבדה. הזנת קריקט סטנדרטית בתעשייה הוכיחה את עצמה כראויה מבחינה תזונתית ומתאימה מבחינה תפקודית לתחזוקה ארוכת טווח של מלאי גידול קריקט, כמו גם לשימוש כמזין בקרה ניסיוני. גידול צרצרים אלה בצפיפות של 0.005 צרצרים/ס”מ3 בכלובי פוליאתילן 29.3 ליטר בטמפרטורה ממוצעת של 27 מעלות צלזיוס על פוטופריוד 12 בהיר (L)/12 כהה (D), עם קור קוקוס לח המשמש הן כמקור הידרציה והן כמדיום oviposition, שמר בהצלחה על צרצרים בריאים לאורך טווח של שנתיים. בעקבות שיטות אלה, צרצרים בניסוי מבוקר הניבו מסה ממוצעת של 0.724 גרם 0.190 גרם בקציר, עם 89% ניצולים ו-68.2% התבגרות מינית בין מלאי (22 יום) לקציר (65 ימים).
Introduction
כפי שאפיין את החרק האייקוני, זבוב הפירות Drosophila melanogaster, השימוש בחרקים כאורגניזמים מודל מעבדה מספק יתרונות מובהקים למחקרים בגנטיקה, טוקסיקולוגיה ופיזיולוגיה1. גודלם הקטן של החרקים מקטין את השטח הדרוש לתרביות ואת כמות המזון והחומרים המתכלים הנדרשים. חרקים רבים מתרבים במהירות והופכים אותם למתאימים באופן ייחודי ליצירת קווים גנטיים מיוחדים ומחקרים הדורשים הערכה של דורות עוקבים מרובים.
מחקרים רבים מתמקדים בחרקים הולומטבוליים כמו דרוזופילה, שמפגינים מטמורפוזה מלאה וגורים. עם זאת, דגמים אחרים זמינים, כולל Gryllus bimaculatus (דה גיר), קריקט השדה בעל שני המקומות. G. bimaculatus הוא חרק פטרומטבולי שעובר בין 7 ל -11 אינסטארים נימפאליים לפני שהוא מגיע לבגרות מינית2. קריקט זה מציג מגוון רחב של התנהגויות הקשורות לברירה מינית, כולל צעידה, תצוגות טריטוריאליות ושמירה על בני זוג3. צרצרים לא בוגרים אינם דומים לזחלים של מיני חרקים הולומטבוליים בכך שהם, בדומה לצעירים רבים של paurometabolous, מסוגלים לחדש גפיים אבודות ופגומות במהלך אקדיסיס4. בנוסף, הגנום המרוצף במלואו של G. bimaculatus פורסם בשנת 20215. מאפיינים אלה הופכים את הצרצרים הללו למושכים כמטרה למחקר בסיסי.
צרצרי שדה דו-נקודתיים מגודלים באופן נרחב למאכל אדם ולמזון לבעלי חיים. היקף הפעולות הללו הוא לעתים קרובות הרבה יותר גדול מאשר עבור מחקר מעבדה 6,7. למרות ההבדל בקנה המידה, האתגרים העומדים בפני החוקרים חופפים מאוד לאלה שנתקלים בהם חקלאי קריקט מסחריים. שיקולים אלה מתכנסים בהקשר של מחקר מבוסס מעבדה שמטרתו לשפר את ייצור החרקים האכילים. ככל שתעשיית החרקים האכילים ממשיכה להתפתח ולצמוח, אופטימיזציה של תשומות מזון ואינספור היבטים אחרים של הייצור היא המטרה העיקרית8. למחקרי מעבדה המוכיחים שיפורים מדודים ביעילות הגידול, בשורדים או בזמן הייצור של צרצרים אלה יש פוטנציאל לסייע בהגדלת הרווחיות של פעולות גידול הקריקט בטווח הארוך.
פרוטוקולי גידול סטנדרטיים מאפשרים השוואה מדוקדקת יותר בין מחקרים שבחנו אופטימיזציה של גידול. עד כה פורסמו מעט פרוטוקולים מעמיקים לגידול G. bimaculatus במעבדה. פרוטוקול אידיאלי ישקף את התנאים שבהם נתקלים בפעולות חקלאיות קריקט בעולם האמיתי, תוך שמירה על התנאים המבוקרים בקפידה הדרושים למדידה מדויקת של שינויים בביצועי הצמיחה הנובעים מטיפולים ניסיוניים והדגשת אסטרטגיות להפחתת סיכונים. השיטות המתוארות במאמר זה פותחו על סמך פרוטוקולים, טכניקות ומכשירים שפורסמו ששימשו לגידול מגוון מיני קריקט במגוון רחב של קני מידה של ייצור מעבדתי ומסחרי 2,9,10,11,12. שיטות אלה מבוססות גם על מספר מקורות שאינם עוברים ביקורת עמיתים, כולל עלונים טכניים שלא פורסמו ותקשורת אישית עם חקלאי קריקט מסחריים בצפון אמריקה. פרוטוקול זה פותח מתוך כוונה להקל על הקמת תרביות מעבדה של G. bimaculatus במיוחד לשימוש בניסויים הקשורים לחקלאות חרקים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפשטות של גישה זו לגידול קריקט יכולה להועיל למגוון תחומי מחקר ומייצגת תבנית גנרית לגידול קריקט מוצלח, הניתנת להתאמה בקלות למגוון צרכים ניסיוניים. בהשוואה למספר מחקרים אחרים על G. bimaculatus, גודל הגוף הבודד המבוגר קטן יותר וההתבגרות איטית יותר14, אותה אנו מייחסים לטמפרטורת גי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המימון לפרויקט זה התאפשר הודות למענקים פנימיים של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון. תודה כנה לקווין באצ’ובר מ-Bachhuber Consulting Inc. על הגישה למדריך שלו שלא פורסם לגידול קריקט מסחרי ולמייקל ברטלט סמית’ על עזרתו בעידון ופתרון בעיות של שיטות אלה.
Materials
| 31-qt (29.3 L) Snap-lid tote bin with lid | HOMZ | 3430CLBL | Used to house breeding stock |
| 3-tier/12-tray Grow Light Stand | Fischer Scientific | NC1938548 | |
| 50-gal (189.27L) tote bin with lid | Sterilite | #14796603 | Used as secondary containment when handling crickets |
| 50 mL polypropylene graduated cylinder | Fischer Scientific | S95171 | |
| 7.5-qt (7.1 L) snap-lid tote bin with lid | HOMZ | 3410CLBL | Used to house exprimental stock |
| Accuris 500 g x 0.01 g Balance | Manufactured by Accuris, a subsidieary of Benchmark Scientific | W3300-500 | Purchased from Dot Scientific through University of Wisconsin system purchasing service "ShopUW+" |
| Ace Premier 1 Inch Flat Chip Brush | Ace Hardware | #1803261 | |
| Bel-Art SP Scienceware deionized water wash bottle | Fischer Scientific | 03-421-160 | |
| Bright aluminum window screen | Phifer | UNSPSC# 11162108 | Mesh size 18 x 16" |
| Clear Disposable Plastic Portion Cups 5.5 oz w/ lids | Wal-Mart | N/A | |
| Deionized water | |||
| Diablo 4-4/8" x 13 TPI Ultra Fine Finish Bi-Metal Jigsaw Blade | Home Depot | #313114935 | |
| Egg Filler Flats-Paper, 12 x 12" | Uline | S-5189 | |
| Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 100 x 15mm | Fischer Scientific | FB0875714 | |
| Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 60 x 15mm | Fischer Scientific | FB0875713A | |
| Georgia-Pacific Envision Brown Paper Towels | Home Depot | #205675843 | |
| Infinity Tough Guy high performance hot-melt glue sticks | Infinity Bond | Infinity IM-Tough-Guy-12 | |
| Mazuri Cricket Diet | Land O' Lakes International | SKU# 3002219-105 | |
| Stanley TimeIt Twin 2-outlet Grounded Mechanical 24 Hour Timer | Wal-Mart | N/A | |
| Vermont Organics Reclamation Soil 11 lb Coir Block | Home Depot | #300679904 |
References
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: a primer on the Drosophila model system. Genetics. 201 (3), 815-842 (2015).
- Merkel, G. The effects of temperature and food quality on the larval development of Gryllus bimaculatus (Orthoptera, Gryllidae). Oecologia. 30 (2), 129-140 (1977).
- Bateman, P. W. Mate preference for novel partners in the cricket Gryllus bimaculatus. Ecological Entomology. 23 (4), 473-475 (1998).
- Mito, T., Noji, S. The two-spotted cricket Gryllus bimaculatus: An emerging model for developmental and regeneration studies. Cold Spring Harbor Protocols. 2008, (2008).
- Ylla, G., et al. Cricket genomes: the genomes of future food. BioRxiv. , (2020).
- Halloran, A., Roos, N., Hanboonsong, Y. Cricket farming as a livelihood strategy in Thailand. Geographical Journal. 183 (1), 112-124 (2017).
- Wade, M., Hoelle, J. A review of edible insect industrialization: scales of production and implications for sustainability. Environmental Research Letters. 15, 123013 (2020).
- . Studies on the influence of different diets and rearing conditions on the development and growth of the two-spotted cricket Gryllus bimaculatus de Greer Available from: https://epub.uni-bayreuth.de/310/1/Diss.pdf (2011)
- Ngonga, C. A., Gor, C. O., Okuto, E. A., Ayieko, M. A. Growth performance of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus production reared under improvised cage system for increased returns and food security. Journal of Insects as Food and Feed. 7, 301-310 (2021).
- Behrens, W., Hoffmann, K. -. H., Kempa, S., Gäßler, S., Merkel-Wallner, G. Effects of diurnal thermoperiods and quickly oscillating temperatures on the development and reproduction of crickets, Gryllus bimaculatus. Oecologia. 59 (2-3), 279-287 (1983).
- Collavo, A., Paoletti, M. G., et al. Housecricket smallscale farming. Ecological implications of minilivestock. Potential of insects, rodents, frogs and snails. , (2005).
- Simmons, L. W. Competition between larvae of the field cricket, Gryllus bimaculatus (Orthoptera: Gryllidae) and its effects on some life-history components of fitness. Journal of Animal Ecology. 56, 1015-1027 (1987).
- Sorjonen, J. M., et al. The plant-based by-product diets for the mass-rearing of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus. PLOS ONE. 14 (6), 0218830 (2019).
- Maciel-Vergara, G., Jensen, A. B., Lecocq, A., Eilenberg, J. Diseases in edible insect rearing systems. Journal of Insects as Food and Feed. 7 (5), 1-18 (2021).
- Alexander, R. D. Aggressiveness, territoriality, and sexual behavior in field crickets (Orthoptera: Gryllidae). Behaviour. , 130-223 (1961).
- Pet food, fish bait, and animal feed. USDA APHIS Available from: https://www.aphis.usda.gov/aphis/ourfocus/planhealth/import-information/permits/plant-pests/sa_animalfeed/ct_petfood_fishbait_animalfeed (2022)
- Donoughe, S., Extavour, C. G. Embryonic development of the cricket Gryllus bimaculatus. Developmental Biology. 411 (1), 140-156 (2016).
- Dobermann, D., Michaelson, L., Field, L. M. The effect of an initial high-quality feeding regime on the survival of Gryllus bimaculatus (black cricket) on bio-waste. Journal of Insects as Food and Feed. 5 (2), 1-8 (2018).
- Lundy, M. E., Parrella, M. P. Crickets are not a free lunch: Protein capture from scalable organic side-streams via high-density populations of Acheta domesticus. PLOS ONE. 10, 0118785 (2015).
- Mazaya, G., Karseno, K., Yanto, T. Antimicrobial and phytochemical activity of coconut shell extracts. Turkish Journal of Agriculture – Food Science and Technology. 8 (5), 1090-1097 (2020).
