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Energiestoffwechsel der Insekten

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Einsatz des Tow-Int Tech Tierstoffwechsel-Monitoring-Systems zur Untersuchung des Stoffwechsels von Seidenraupen, um die Optimierung der Serienzucht und die Entwicklung von Medikamenten zu unterstützen

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Hintergrund

Seidenraupen sind die einzige Quelle für Naturseide. Seit Tausenden von Jahren hat Seide in China eine große kulturelle, wirtschaftliche und praktische Bedeutung. In der Neuzeit hat Seide weitreichende Anwendungen in Medizin, Schönheit und Industrie gefunden.

Die Messung des Energiestoffwechsels von Seidenraupen ist von entscheidender Bedeutung für die Optimierung des Haltungsmanagements und den wissenschaftlichen Fortschritt in der Seidenzucht. Sie hilft bei der Beurteilung des physiologischen Zustands der Seidenraupen, bei der Analyse des Nährstoffbedarfs, bei der Überwachung des Gesundheitszustands, bei der Unterstützung der genetischen Verbesserung, bei der Untersuchung der Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, bei der Steigerung des ökologischen Nutzens und des wirtschaftlichen Werts und bei der Erleichterung der frühzeitigen Vorbeugung von Krankheiten, wodurch Ertrag und Qualität der Seide umfassend verbessert werden.

Das System zur Überwachung des Stoffwechsels von Tieren kann mit Hilfe der indirekten Kalorimetrie den Sauerstoffverbrauch, die Kohlendioxidproduktion und das Atemaustauschverhältnis (RER) von Tieren in Echtzeit überwachen, was bei Modellen und Studien zu Krankheiten im Zusammenhang mit dem Energiestoffwechsel weit verbreitet ist. Die gemessenen Indikatoren sind wie folgt:

Sauerstoffverbrauch (O2-Verbrauch, ml/kg/hr): Die vom Tier pro Gewichtseinheit und pro Zeiteinheit verbrauchte O2-Menge.

Kohlendioxid-Produktion (CO2-Produktion, ml/kg/hr): Die vom Tier pro Gewichtseinheit pro Zeiteinheit produzierte CO2-Menge.

Respiratorisches Austauschverhältnis (RER): RER = CO2-Produktion / O2-Verbrauch.

Experimentelle Materialien

Seidenraupen im Alter von 1-7 Tagen aus dem Wenjiang-Distrikt;

Maulbeerblätter, Blätter im mittleren Stadium, aus dem Wenjiang-Distrikt;

System zur Überwachung des Energiestoffwechsels von Tieren (EM-4MR, Tow-Int Tech).

Messverfahren

Während des Versuchs werden die Seidenraupen in 25-mL-Testflaschen bei einer Temperatur von 26 ± 1°C und einer Luftfeuchtigkeit von 85 ± 5% gehalten. Es wird eine adaptive Fütterungsperiode von 1-3 Tagen durchgeführt. (Zugehörige Parameter: Durchflussrate der Belüftung 0,1 l/min, Durchflussrate der Probenahme 0,1 l/min, Probenahme aus der Umgebung für 30 Minuten, Probenahme im Käfig für 300 Minuten)

Wichtigste Tests

Nach 2 bis 3 Tagen adaptiver Fütterung werden die Seidenraupen für gleichzeitige Messungen an einem Ort platziert, an dem 2 bis 3 Mal täglich reichlich Maulbeerblätter zur Fütterung bereitgestellt werden, wobei die Probenahme über 24 Stunden erfolgt.

Nach der Fütterung mit reichlich Maulbeerblättern werden die Seidenraupen an einem einzigen Ort ohne weitere Blattversorgung gemessen, wobei die Messungen 24 Stunden lang fortgesetzt werden.

Selektive Prüfung des Höchst- und Mindestgewichts der Seidenraupen bei ausreichender Versorgung mit Maulbeerblättern, mit Probenahme über 24 Stunden.

Das Hauptaugenmerk liegt auf der Analyse der RER anhand der in den Tests 1 und 2 gewonnenen Daten und der Analyse des damit verbundenen Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidproduktion anhand der Daten in Test 3. Der gesamte Wachstumszyklus der Seidenraupen in dieser Studie liegt zwischen 5 und 14 Tagen.

Ergebnisse

Abbildung 1: 24-Stunden-Trend der RER bei normaler Fütterung und unter Hungerbedingungen.

Abbildung 2: Zirkadianer Rhythmus der RER unter normalen Fütterungs- und Hungerbedingungen.

Abbildung 3: Analyse des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidproduktion von Seidenraupen mit unterschiedlichem Gewicht.

Schlussfolgerung

Aus den Ergebnissen und dem RER-Strukturdiagramm der Versuchsmäuse lässt sich schließen, dass der RER von normal gefütterten Seidenraupen zwischen 0,7 und 0,8 liegt, was darauf hindeutet, dass die meisten oxidativen Substrate Lipide sind. Im Zustand des Hungers kann die RER von Seidenraupen zwischen 0,75 und 0,85 liegen, was auf eine allmähliche Zunahme der oxidativen Substrate in Richtung Proteine und Kohlenhydrate hindeutet, was mit den bekannten Mustern übereinstimmt.

Der Sauerstoffverbrauch der Seidenraupen variiert je nach Gewicht, einschließlich Faktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit, Wachstumstage der Maulbeerblätter und Sorte, die alle den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion der Seidenraupen beeinflussen können. Diese Studie zeigt, dass das Energiestoffwechselsystem den RER, den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion im Zusammenhang mit dem Atmungsstoffwechsel von Seidenraupen effektiv testen und quantifizieren kann.

Tow-Int Tech System zur Überwachung des Tierstoffwechsels

Das System zur Überwachung des Tierstoffwechsels besteht hauptsächlich aus einer Umgebungskammer, Versuchskäfigen für die Tiere, Datenerfassungssteuerungen, Gasquellen- und Filterkomponenten, einem Computer-Host und Software. Es verwendet eine bodenstehende Umgebungskammer, die bis zu 64 Kanäle integrieren kann und die kontinuierliche Überwachung des Atmungsstoffwechsels, der Nahrungs- und Wasseraufnahme, der Spontanaktivität und der Bewegung für dieselbe Charge von Kleintieren ermöglicht, während die relevanten Daten aufgezeichnet und analysiert werden. Die Anwendungsmöglichkeiten sind breit gefächert und umfassen die Erforschung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Insulinresistenz, metabolischem Syndrom, Diabetes und dem Zusammenhang zwischen Alterung, Stoffwechselkrankheiten, Nervenverletzungen, epigenetischen Faktoren, Antibiotikaeinsatz und den Auswirkungen von Toxinen auf die Gehirnfunktion, die Bewertung des Stoffwechselbedarfs und der relativen thermischen Auswirkungen verschiedener Nahrungsmittel, Getränke, Aktivitäten und Medikamente, die Erforschung der metabolischen Phänotypisierung, Verhaltensstudien, Ernährungsforschung, Sericulture-Forschung und Mikrobiomstudien.

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Referenzen

[1] Jiang T, Ma L, Liu X Y, et al. Effects of starvation on respiratory metabolism and energy metabolism in the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Hübner)(Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Insect Physiology, 2019, 119: 103951.

[2] Wada M, Murata Y, Devkota H P. Development of a silkworms-based evaluation system for the extracts and compounds for their obesity and lipid metabolism improving activity. 2024.

[3] Blossman-Myer B, Burggren W W. The silk cocoon of the silkworm, Bombyx mori: Macro structure and its influence on transmural diffusion of oxygen and water vapor. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2010, 155(2): 259-263.

[4] Hamano K, Panayotov M, Shen W. Relationship between Respiration and Nutrition of the Silkworm, Bombyx mori. Proceedings of the Japan Academy, Series B, 1995, 71(10): 310-313.