Развитие большого мучного хрущака (Tenebrio molitor L.) под влиянием антибиотика цефтриаксона

Автор: Мечтаева Е.В., Зеров А.В., Дзюбенко В.В., Сорокоумов П.Н., Новикова М.В., Рябухин Д.С., Журавлва А.З., Ситнов В.Ю.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Технологии waste-to-profit

Статья в выпуске: 3 т.59, 2024 года.

Бесплатный доступ

Антибиотики, попадающие в почву с отходами, а из почвы в растения, способны оказывать влияние на насекомых в их естественной среде обитания. Кроме того, антибиотики часто содержатся в кормах, которые используются не только на животноводческих предприятиях, но и на фермах по выращиванию съедобных и кормовых насекомых. В отходах сельскохозяйственного производства может содержаться значительное количество антибиотиков, которые влияют на рост, развитие и микробиоту насекомых, используемых для их переработки. Цефтриаксон - это антибиотик цефалоспоринового ряда третьего поколения. Влияние антибиотиков цефалоспоринового ряда на насекомых мало изучено, при этом степень влияния зависит как от вида насекомого, так и от типа антибиотика. Большой мучной хрущак - съедобное насекомое, а также вредитель зерновой продукции, который чаще всего обитает в закромах мучных складов, пекарнях, на мельницах, комбикормовых заводах, также рассматривается его использование в биоконверсии отходов. В настоящей работе впервые показано воздействие различных концентраций антибиотика цефтриаксона в кормовом субстрате на массу и выживаемость личинок мучного хрущака, некоторые параметры состава личинок, метаморфоз и численность потомства. Впервые установлена способность T. molitor употреблять кормовой субстрат или перерабатывать отходы, содержащие цефтриаксон. Целью работы была оценка влияния антибиотика цефтриаксона на рост, развитие и размножение большого мучного хрущака. Опыты проводили в инсектарии Всероссийского НИИ пищевых добавок (г. Санкт-Петербург, Россия) с июля по октябрь 2022 года. До эксперимента насекомых выращивали при температуре 25±2 °C и относительной влажности воздуха 50±10 %. Для кормления использовали пшеничные отруби (пищевая ценность на 100 г продукта: белки - 16,0 г, жиры - 4,0 г, углеводы - 65,0 г; ГОСТ 7169-2017. М., 2018) с добавлением моркови в качестве источника влаги. Для исследования были выбраны следующие концентрации цефтриаксона («Биосинтез», Россия): 0; 0,1; 1; 10 и 100 мг/кг сухой массы корма. Для получения корма с определенным содержанием антибиотика готовили растворы цефтриаксона в воде с необходимой концентрацией, добавляли к пшеничным отрубям в соотношении 1:1 при перемешивании, затем отруби высушивали в конвекционном сушильном шкафу UF110plus («Memmert GmbH & Co.KG», Германия) при 40 °С в течение 1 сут при периодическом помешивании. Эксперимент включал три этапа: исследование скорости роста личинок, подсчет окуклившихся и превратившихся в имаго насекомых и оценку яйцекладущей активности T. molitor . Рассчитывали коэффициент конверсии корма (feed conversion ratio, FCR), коэффициент конверсии усвоенного корма (efficiency of conversion of digested food, ECD). Расчет FCR и ECD проводили с учетом влажного корма (моркови) и без учета (только по массе отрубей). Содержание воды в теле личинки определяли, высушивая навеску образцов насекомых на предварительно взвешенных алюминиевых чашечках в вакуумном сушильном шкафу Vacuum Oven OV-12 («Jeio Tech», Корея) при 40 °C до постоянной массы. Для определения зольности личинок высушенные образцы помещали в прокаленные до постоянной массы тигли и сжигали в муфельной печи SNOL 8,2/1100 («Umega Group, AB», Литва) при следующем режиме прокаливания: 60 мин при 250 °C + 6 ч при 550 °C. Жирнокислотный состав определяли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием на газовом хроматографе Varian 450-GC («Varian Chromatography Systems», Нидерланды) с масс-спектрометрическим детектором Varian 240-MS («Varian, Inc.»,США). Метилирование и экстракцию жирных кислот из высушенных образцов (сушку проводили в вакуумном сушильном шкафу Vacuum Oven OV-12 при 40 °C) осуществляли с помощью 15 % раствора серной кислоты в метаноле и хлороформа. Было установлено, что добавление цефтриаксона в кормовой субстрат большого мучного хрущака в концентрации 100 мг/кг корма привело к небольшому ускорению набора массы личинками (р = 0,029). Зависимости между выживаемостью личинок T. molitor и концентрацией антибиотика не наблюдалось (р > 0,05). Не обнаружено статистически значимых различий между жирнокислотным составом, коэффициентами конверсии корма, зольностью и содержанием воды в теле личинок, питавшихся кормами с различным содержанием цефтриаксона (p > 0,05). Отсутствовала зависимость между концентрацией антибиотика (0-100 мг/кг) и продуктивностью большого мучного хрущака, а также не обнаружено изменений в процессах окукливания и превращения в имаго при добавлении антибиотика в кормовой субстрат (р > 0,05). Таким образом, T. molitor можно выращивать на кормах, в состав которых входит цефтриаксон, сохраняя при этом жизнеспособность и основные характеристики насекомых, необходимые для их дальнейшего использования в технологиях биоконверсии. Полученные данные также указывают на то, что присутствие антибиотика в естественных кормовых субстратах этого вредителя не препятствует его размножению.

Еще

Tenebrio molitor, большой мучной хрущак, антибиотики, цефтриаксон, личинки, имаго, яйцекладущая активность

Короткий адрес: https://sciup.org/142242463

IDR: 142242463   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2024.3.571rus

Список литературы Развитие большого мучного хрущака (Tenebrio molitor L.) под влиянием антибиотика цефтриаксона

  • Lakew A., Megersa N., Chandravanshi B.S. Trace level enrichment and clean-up of β-lactam antibiotic residues in edible chicken tissues and feathers by solid phase extraction for quantitative determination utilizing liquid chromatography. Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia, 2022, 36(3): 503-519 (doi: 10.4314/bcse.v36i3.2).
  • Ismail M.M. Pharmacokinetics, urinary and mammary excretion of ceftriaxone in lactating goats. Journal of Veterinary Medicine Series A, 2005, 52(7): 354-358 (doi: 10.1111/j.1439-0442.2005.00744.x).
  • Levy S.B. Emergence of antibiotic-resistant bacteria in the intestinal flora of farm inhabitants. The Journal of Infectious Diseases, 1978, 137(5): 688-690.
  • Kim K.-R., Owens G., Kwon S.-I., So K.-H., Lee D.-B., Ok Y.S. Occurrence and environmental fate of veterinary antibiotics in the terrestrial environment. Water, Air, & Soil Pollution, 2011, 214: 163-174 (doi: 10.1007/s11270-010-0412-2).
  • De Liguoro M., Cibin V., Capolongo F., Halling-Sørensen B., Montesissa C. Use of oxytetracycline and tylosin in intensive calf farming: evaluation of transfer to manure and soil. Chemosphere, 2003, 52(1): 203-212 (doi: 10.1016/s0045-6535(03)00284-4).
  • Li T., Zhang Q., Zhang X., Wan Q., Wang S., Zhang R., Zhang Z. Transcriptome and microbiome analyses of the mechanisms underlying antibiotic-mediated inhibition of larval development of the saprophagous insect Musca domestica (Diptera: Muscidae). Ecotoxicology and Environmental Safety, 2021, 223: 112602 (doi: 10.1016/j.ecoenv.2021.112602).
  • Lalander C., Senecal J., Calvo M.G., Ahrens L., Josefsson S., Wibergb K., Vinnerås B. Fate of pharmaceuticals and pesticides in fly larvae composting. Science of the Total Environment, 2016, 565: 279-286 (doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.04.147).
  • Gao Q., Deng W., Gao Z., Li M., Liu W., Wang X., Zhu F. Effect of sulfonamide pollution on the growth of manure management candidate Hermetia illucens. PLoS ONE, 2019, 14(5): e0216086 (doi: 10.1371/journal.pone.0216086).
  • EFSA Panel on Nutrition, Novel Foods and Food Allergens (NDA), Turck D., Castenmiller J., De Henauw S., Hirsch-Ernst K.I., Kearney J., Maciuk A., Mangelsdorf I., McArdle H.J., Naska A., Pelaez C., Pentieva K., Siani A., Thies F., Tsabouri S., Vinceti M., Cubadda F., Frenzel T., Heinonen M., Marchelli R., Neuhauser-Berthold M., Poulsen M., Prieto Maradona M., Schlatter J.R., van Lovaren H., Ververis E., Knutsen H.K. Safety of dried yellow mealworm (Tenebrio molitor larva) as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283. EFSA Journal, 2021, 19(1): e06343 (doi: 10.2903/j.efsa.2021.6343).
  • Khanal P., Pandey D., Næss G., Cabrita A.R.J., Fonseca A.J.M., Maia M.R.G., Timilsina B., Veldkamp T., Sapkota R., Overrein H. Yellow mealworms (Tenebrio molitor) as an alternative animal feed source: a comprehensive characterization of nutritional values and the larval gut microbiome. Journal of Cleaner Production, 2023, 389: 136104 (doi: 10.1016/j.jclepro.2023.136104).
  • Siow H.S., Sudesh K., Murugan P., Ganesan S. Mealworm (Tenebrio molitor) oil characterization and optimization of the free fatty acid pretreatment via acid-catalyzed esterification. Fuel, 2021, 299: 120905 (doi: 10.1016/j.fuel.2021.120905).
  • Nowak V., Persijn D., Rittenschober D., Charrondiere U.R. Review of food composition data for edible insects. Food Chemistry, 2016, 193(15): 39-46 (doi: 10.1016/j.foodchem.2014.10.114).
  • Ramos-Elorduy J., González E.A., Hernández A.R., Pino J.M. Use of Tenebrio molitor (Coleoptera: Tenebrionidae) to recycle organic wastes and as feed for broiler chickens. Journal of Economic Entomology, 2002, 95(1): 214-220 (doi: 10.1603/0022-0493-95.1.214).
  • Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Сапронова Ж.А., Святченко А.В., Ушакова Н.А. Использование биомассы насекомых для выращивания радужной форели в аквакультуре (краткий обзор зарубежной литературы). Вестник астраханского государственного технического университета. Серия: рыбное хозяйство, 2021, 1: 69-81 (doi: 10.24143/2073-5529-2021-1-69-81).
  • Sherman R.A., Wyle F.A., Thrupp L. Effects of seven antibiotics on the growth and development of Phaenicia sericata (Diptera: Calliphoridae) larvae. Journal of Medical Entomology, 1995, 32(5): 646-649 (doi: 10.1093/jmedent/32.5.646).
  • Baguer A.J., Jensen J., Krogh P.H. Effects of the antibiotics oxytetracycline and tylosin on soil fauna. Chemosphere, 2000, 40: 751-757 (doi: 10.1016/s0045-6535(99)00449-x).
  • Aust M.-O., Godlinski F., Travis G.R., Hao X., McAllister T.A., Leinweber P., Thiele-Bruhn S. Distribution of sulfamethazine, chlortetracycline and tylosin in manure and soil of Canadian feedlots after subtherapeutic use in cattle. Environmental Pollution, 2008, 156(3): 1243-1251 (doi: 10.1016/j.envpol.2008.03.011).
  • Rahmathulla V.K., Nayak P. Effect of antibiotic administration on growth and development of silk gland in mulberry silkworm (Bombyx mori L.). Munis Entomology & Zoology, 2017, 12(1): 41-49.
  • Ahmad A., Broce A., Zurek L. Evaluation of significance of bacteria in larval development of Cochliomyia macellaria (Diptera: Calliphoridae). Journal of Medical Entomology, 2006, 43: 1129-1133 (doi: 10.1603/0022-2585(2006)43[1129:EOSOBI]2.0.CO;2).
  • Preußer D., Bröring U., Fischer T., Juretzek T. Effects of antibiotics ceftriaxone and levofloxacin on the growth of Calliphora vomitoria L. (Diptera: Calliphoridae) and effects on the determination of the post-mortem interval. Journal of Forensic and Legal Medicine, 2021, 81: 102207 (doi: 10.1016/j.jflm.2021.102207).
  • Ichikawa T., Kurauchi T. Larval cannibalism and pupal defense against cannibalism in two species of tenebrionid beetles. Zoological Science, 2009, 26(8): 525-529 (doi: 10.2108/zsj.26.525).
  • Jordan H.R., Tomberlin J.K. Microbial influence on reproduction, conversion, and growth of mass produced insects. Current Opinion in Insect Science, 2021, 48: 57-63 (doi: 10.1016/j.cois.2021.10.001).
  • Goane L., Salgueiro J., Pereyra P.M., Arce O.E.A., Ruiz M.J., Nussenbaum A.L., Segura D.F., Vera M.T. Antibiotic treatment reduces fecundity and nutrient content in females of Anastrepha fraterculus (Diptera: Tephritidae) in a diet dependent way. Journal of Insect Physiology, 2022, 139: 104396 (doi: 10.1016/j.jinsphys.2022.104396).
  • Ferraz A.C.P., Dallavecchia D.L., Silva D.C., Figueiredo A.L., Proenc B., Silva-Filho R.G., Aguiar V.M. Effects of the antibiotics gentamicin on the postembryonic development of Chrysomya putoria (Diptera: Calliphoridae). Journal of Insect Science, 2014, 14(1): 279 (doi: 10.1093/jisesa/ieu141).
  • Ben-Yosef M., Aharon Y., Jurkevitch E., Yuval B. Give us the tools and we will do the job: symbiotic bacteria affect olive fly fitness in a diet-dependent fashion. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 2010, 277: 1545-1552 (doi: 10.1098/rspb.2009.2102).
  • Gantner M., Krol K., Piotrowska A., Sionek B., Sadowska A., Kulik K., Wiacek M. Adding mealworm (Tenebrio molitor L.) powder to wheat bread: effects on physicochemical, sensory and microbiological qualities of the end-product. Molecules, 2022, 27: 6155 (doi: 10.3390/molecules27196155).
  • Kim H.-W., Setyabrata D., Lee Y.J., Jones O.G., Kim Y.H.B. Pre-treated mealworm larvae and silkworm pupae as a novel protein ingredient in emulsion sausages. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2016, 38(A): 116-123 (doi: 10.1016/j.ifset.2016.09.023).
  • De Marco M., Martinez S., Hernandez F., Madrid J., Gai F., Rotolo L., Belforti M., Bergero D., Katz H., Dabbou S., Kovitvadhi A., Zoccarato I., Gasco L., Schiavone A. Nutritional value of two insect larval meals (Tenebrio molitor and Hermetia illucens) for broiler chickens: apparent nutrient digestibility, apparent ileal amino acid digestibility and apparent metabolisable energy. Animal Feed Science and Technology, 2015, 209: 211-218 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2015.08.006).
  • Sarica S., Kanoglu B., Yildirim U. Defatted yellow mealworm larvae (Tenebrio molitor l.) meal as possible alternative to fish meal in quail diets. South African Journal of Animal Science, 2020, 50(3): 481-491 (doi: 10.4314/sajas.v50i3.15).
  • Shakeri J., Fos H.A. Proteolytic activity and antibiotic production by Trichoderma harzianum in relation to pathogenicity to insects. Enzyme and Microbial Technology, 2007, 40: 961-968 (doi: 10.1016/j.enzmictec.2006.07.041).
Еще
Статья научная