الحفاظ على الثقافات المختبرية ل Gryllus bimaculatus ، وهو نموذج Orthopteran متعدد الاستخدامات لزراعة الحشرات وفسيولوجيا اللافقاريات
Summary
توضح هذه الورقة الطرق الأساسية لتوحيد العوامل المهمة مثل الكثافة وتوافر الأعلاف ومصدر الترطيب والضوابط البيئية للتربية طويلة الأجل للمزارع المختبرية للكريكيت الصالح للأكل ، Gryllus bimaculatus.
Abstract
Gryllus bimaculatus (De Geer) هي لعبة كريكيت كبيرة الجسم موزعة في جميع أنحاء إفريقيا وجنوب أوراسيا حيث يتم حصادها في كثير من الأحيان كغذاء بشري. خارج نطاقها الأصلي ، فإن زراعة G. bimaculatus ممكنة بسبب اللدونة الغذائية ، والدورة التناسلية السريعة ، وعدم وجود متطلبات diapause ، والتسامح مع التربية عالية الكثافة ، والمتانة ضد مسببات الأمراض. وبالتالي ، يمكن أن يكون G. bimaculatus نموذجا متعدد الاستخدامات لدراسات فسيولوجيا الحشرات أو السلوك أو علم الأجنة أو علم الوراثة.
تؤثر المعلمات الثقافية ، مثل كثافة التخزين ، والملجأ داخل القفص ، والفترة الضوئية ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة النسبية ، والنظام الغذائي ، على نمو الكريكيت وسلوكه وتعبيره الجيني ويجب توحيدها. في الأدبيات المزدهرة حول الحشرات الزراعية للاستهلاك البشري ، يتم استخدام هذه الصراصير في كثير من الأحيان لتقييم مخاليط الأعلاف المرشحة المشتقة من بقايا المحاصيل ، والمنتجات الثانوية لتجهيز الأغذية ، وغيرها من تيارات النفايات منخفضة التكلفة.
لدعم التجارب الجارية لتقييم أداء نمو G. bimaculatus والجودة الغذائية استجابة لركائز الأعلاف المتغيرة ، تم تطوير مجموعة شاملة من البروتوكولات القياسية للتربية والصيانة والمناولة والقياس والقتل الرحيم في المختبر ويتم تقديمها هنا. أثبتت تغذية الكريكيت المتوافقة مع معايير الصناعة أنها كافية من الناحية التغذوية ومناسبة وظيفيا للصيانة طويلة الأجل لمخزونات تربية الكريكيت ، وكذلك لاستخدامها كعلف تجريبي للمراقبة. إن تربية هذه الصراصير بكثافة 0.005 صراصير / سم 3 في أقفاص البولي إيثيلين 29.3 لتر التي تعلوها الشاشة بمتوسط درجة حرارة 27 درجة مئوية في فترة ضوئية 12 ضوء (L) / 12 مظلمة (D) ، مع جوز الهند المبلل الذي يعمل كمصدر للترطيب ووسط وضع البيض قد نجح في الحفاظ على الصراصير الصحية على مدى عامين. باتباع هذه الطرق ، أنتجت الصراصير في تجربة خاضعة للرقابة كتلة متوسطة تبلغ 0.724 جم 0.190 جم عند الحصاد ، مع بقاء 89٪ ونضج جنسي بنسبة 68.2٪ بين التخزين (22 يوما) والحصاد (65 يوما).
Introduction
كما هو موضح في الحشرة الأيقونية ، ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة melanogaster ، فإن استخدام الحشرات ككائنات حية نموذجية مختبرية يوفر مزايا متميزة للدراسات في علم الوراثة وعلم السموم وعلم وظائف الأعضاء1. يقلل صغر حجم الحشرات من المساحة اللازمة للثقافات وكمية الأعلاف والمواد الاستهلاكية المطلوبة. تتكاثر العديد من الحشرات بسرعة مما يجعلها مناسبة بشكل فريد لإنشاء خطوط ودراسات وراثية متخصصة تتطلب تقييم أجيال متعددة متعاقبة.
تركز العديد من الدراسات على الحشرات ثلاثية الأيض مثل ذبابة الفاكهة ، والتي تظهر تحولا كاملا وجروا. ومع ذلك ، تتوفر نماذج أخرى ، بما في ذلك Gryllus bimaculatus (De Geer) ، لعبة الكريكيت الميدانية المرقطة. G. bimaculatus هي حشرة استقلابية بارو الأيضية التي تخضع لما بين 7 و 11 من النجوم الحورية قبل الوصول إلى مرحلة النضج الجنسي2. تعرض لعبة الكريكيت هذه مجموعة واسعة من السلوكيات المتعلقة بالانتقاء الجنسي ، بما في ذلك التخويف ، والعروض الإقليمية ، وحراسة الزميل3. الصراصير غير الناضجة تختلف عن يرقات أنواع الحشرات ثلاثية الأيض من حيث أنها ، على غرار العديد من الأحداث paurometabolous ، قادرة على تجديد الأطراف المفقودة والتالفة أثناء ecdysis4. بالإضافة إلى ذلك ، تم نشر الجينوم المتسلسل بالكامل ل G. bimaculatus في عام 20215. هذه الخصائص تجعل هذه الصراصير جذابة كهدف للبحث الأساسي.
يتم تربية الصراصير الميدانية المرقطة على نطاق واسع من أجل الغذاء البشري والأعلاف الحيوانية. غالبا ما يكون حجم هذه العمليات أكبر بكثير من الأبحاث المختبرية 6,7. على الرغم من الاختلاف في الحجم ، فإن التحديات التي يواجهها الباحثون تتداخل بشكل كبير مع تلك التي يواجهها مزارعو الكريكيت التجاريون. تتلاقى هذه الاعتبارات في سياق البحوث القائمة على المختبر التي تهدف إلى تحسين إنتاج الحشرات الصالحة للأكل. مع استمرار صناعة الحشرات الصالحة للأكل في التطور والنمو ، فإن تحسين مدخلات الأعلاف وعدد لا يحصى من الجوانب الأخرى للإنتاج هو الهدف الأساسي8. الدراسات المختبرية التي تظهر التحسينات المقاسة في كفاءة التربية أو البقاء على قيد الحياة أو وقت التوليد في هذه الصراصير لديها القدرة على المساعدة في زيادة ربحية عمليات زراعة الكريكيت على المدى الطويل.
تتيح بروتوكولات التربية الموحدة مقارنة أوثق بين الدراسات التي تبحث في تحسين التربية. حتى الآن ، تم نشر عدد قليل من البروتوكولات المتعمقة لتربية G. bimaculatus في المختبر. ومن شأن البروتوكول المثالي أن يعكس الظروف التي تصادف في عمليات زراعة الكريكيت في العالم الحقيقي، مع الحفاظ على الظروف الخاضعة للرقابة الصارمة اللازمة لقياس التغيرات في أداء النمو الناشئة عن العلاجات التجريبية بدقة وتسليط الضوء على استراتيجيات تخفيف المخاطر. تم تطوير الطرق الموصوفة في هذه الورقة بناء على البروتوكولات والتقنيات والأجهزة المنشورة المستخدمة لتربية مجموعة متنوعة من أنواع الكريكيت في مجموعة واسعة من مقاييس الإنتاج المختبرية والتجارية2،9،10،11،12. يتم إبلاغ هذه الأساليب أيضا من خلال العديد من المصادر غير الخاضعة لمراجعة الأقران ، بما في ذلك النشرات الفنية غير المنشورة والاتصالات الشخصية مع مزارعي الكريكيت التجاريين في أمريكا الشمالية. تم تطوير هذا البروتوكول بهدف تسهيل إنشاء مزارع مختبرية من G. bimaculatus خصيصا للاستخدام في التجارب المتعلقة بزراعة الحشرات.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن أن تفيد بساطة هذا النهج في تربية الكريكيت مجموعة من مجالات البحث وتمثل نموذجا عاما لتربية الكريكيت الناجحة ، ويمكن تكييفها بسهولة مع مجموعة متنوعة من الاحتياجات التجريبية. بالمقارنة مع العديد من الدراسات الأخرى ل G. bimaculatus ، فإن حجم الجسم البالغ الفردي أصغر والنضج أبطأ1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد أمكن تمويل هذا المشروع من خلال المنح الداخلية المقدمة من جامعة ويسكونسن ماديسون. خالص الشكر لكيفن باخهوبر من شركة Bachhuber Consulting Inc. للوصول إلى دليله غير المنشور لتربية الكريكيت التجارية وإلى مايكل بارتليت سميث لمساعدته في تحسين هذه الأساليب واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
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).
