تربية فراشة الملفوف البيضاء (Pieris rapae) في ظروف خاضعة للرقابة: دراسة حالة مع تحمل المعادن الثقيلة
Summary
تقدم هذه الورقة بروتوكولا مفصلا لتربية فراشة الملفوف البيضاء في ظروف معملية خاضعة للرقابة مع نظام غذائي اصطناعي ، مما يسمح بالتلاعب الدقيق بالتغذية المبكرة والتعرض للسموم. تظهر النتائج التمثيلية كيف يمكن فحص سمية المعادن الثقيلة باستخدام هذا البروتوكول.
Abstract
فراشة الملفوف البيضاء (Pieris rapae) هي نظام مهم لأبحاث مكافحة الآفات التطبيقية والبحوث الأساسية في البيئة السلوكية والتغذوية. يمكن تربية بياض الملفوف بسهولة في ظروف خاضعة للرقابة على نظام غذائي اصطناعي ، مما يجعلها كائنا نموذجيا لعالم الفراشات. في هذا البحث ، تم استخدام التلاعب بالتعرض للمعادن الثقيلة لتوضيح الطرق الأساسية لتربية هذا النوع. يوضح البروتوكول العام كيف يمكن اصطياد الفراشات في الحقل ، وحثها على وضع البيض في أقفاص الدفيئة ، ونقلها كيرقات إلى وجبات اصطناعية. توضح الطرق كيف يمكن تمييز الفراشات وقياسها ودراستها لمجموعة متنوعة من الأسئلة البحثية. تعطي النتائج التمثيلية فكرة عن كيفية استخدام الأنظمة الغذائية الاصطناعية التي تختلف في المكونات لتقييم أداء الفراشة بالنسبة لنظام غذائي ضابط. وبشكل أكثر تحديدا ، كانت الفراشات أكثر تسامحا مع النيكل وأقل تحملا للنحاس ، مع تحمل الزنك في مكان ما في الوسط. تمت مناقشة التفسيرات المحتملة لهذه النتائج ، بما في ذلك التراكم المفرط للنيكل في بعض النباتات المضيفة للخردل والأدلة الحديثة في الحشرات على أن النحاس قد يكون أكثر سمية مما كان مقدرا سابقا. أخيرا ، تستعرض المناقشة أولا الاختلافات في البروتوكول وتوجيهات استكشاف هذه الأساليب وإصلاحها ، قبل النظر في كيفية قيام الأبحاث المستقبلية بتحسين النظام الغذائي الاصطناعي المستخدم في هذه الدراسة. بشكل عام ، من خلال توفير نظرة عامة مفصلة بالفيديو على تربية وقياس بياض الملفوف في الأنظمة الغذائية الاصطناعية ، يوفر هذا البروتوكول موردا لاستخدام هذا النظام عبر مجموعة واسعة من الدراسات.
Introduction
فراشة الملفوف الأبيض الصغيرة (Pieris rapae ، المشار إليها فيما يلي باسم “الملفوف الأبيض”) هي نوع عالمي من الآفات من محاصيل الخردل ، مثل الملفوف والبروكلي والكانولا1،2،3. في الوقت نفسه ، يعد الملفوف الأبيض نظاما قويا للبحث في علم الأحياء ونموذج فراشة شائع الاستخدام ، حيث يمكن تربيتها ومعالجتها بسهولة في التجارب المعملية الخاضعة للرقابة 4,5. قدمت الأبحاث حول الفراشات البيضاء الملفوفة رؤى مهمة فيما يتعلق بالبحث عن المضيف6،7،8 ، واستخدام موارد الرحيق9،10،11 ، واختيار الشريك والانتقاء الجنسي 12،13،14 ، وتطوير نمط الجناح وتطوره 15،16،17 ، والاستجابات للرواية والتغيير البيئات18,19. تعتمد العديد من هذه الأفكار على حقيقة أنه يمكن تربية بياض الملفوف على أنظمة غذائية اصطناعية4،20،21 ، والتي يمكن التلاعب بها بدقة لتعكس الظروف الغذائية السيئة 22,23 ، مستويات الملوثات ذات الصلة بيئيا 24,25,26,27 ، أو الانتقال إلى نباتات مضيفة جديدة28,29. تستخدم الدراسة الحالية تجربة على التعرض للمعادن الثقيلة لتوضيح الطرق الأساسية لتربية فراشات الملفوف البيضاء على نظام غذائي اصطناعي في المختبر ومقاييس الأداء الرئيسية لليرقات والبالغين. تنطبق العديد من جوانب هذه الطرق على الفراشات الأخرى30،31 والعث32،33،34 التي يمكن تربيتها على نظام غذائي اصطناعي.
في هذا البحث ، تم استخدام تجربة على تحمل المعادن لتوضيح الطرق العامة لتربية فراشات الملفوف البيضاء. المعادن الثقيلة هي ملوث شائع من الأنشطة البشرية الناشئة عن تدهور المنتجات البشرية والعمليات الصناعية والتلوث القديم من الاستخدام التاريخي في المبيدات الحشرية والدهانات وغيرها من المنتجات35،36،37،38. يمكن أن تنتقل العديد من المعادن الثقيلة ، بما في ذلك الرصاص والنحاس والزنك والنيكل ، من التربة والمياه إلى الأنسجة النباتية39،40،41،42 ، ويمكن أن تترسب المعادن في الغبار على أوراق النبات43،44،45 ، مما يؤدي إلى طرق متعددة للتعرض ليرقات الحشرات النباتية. يمكن أن يكون للتعرض للمعادن الثقيلة في وقت مبكر من الحياة آثار سلبية على نمو الحيوان ، وخاصة على الأنسجة العصبية ، ويمكن أن تكون المستويات العالية قاتلة35،36،46،47،48. أظهر عدد من الدراسات الآثار السلبية للتعرض للمعادن على الحشرات النامية ، بما في ذلك كل من الآفات والحشرات المفيدة49،50،51. إن العدد الكبير من ملوثات المعادن الثقيلة ، وحقيقة أنها غالبا ما تحدث في البيئات البشرية52 ، يعني أن هناك حاجة إلى طرق معملية دقيقة يمكن للباحثين من خلالها تعريض الحشرات النامية لمستويات ومجموعات مختلفة من المعادن المتنوعة لفهم وتخفيف آثارها البيئية.
يتناقض العمل الحالي مع تأثيرات المعادن الشائعة على بقاء الملفوف الأبيض وتطوره ، مع التركيز على النحاس (Cu) والزنك (Zn) والنيكل (Ni) ، وهي ثلاثة ملوثات شائعة في البيئات البشرية. على سبيل المثال ، تحتوي الأعشاب الخشبية من جوانب الطرق الريفية في مينيسوتا على ما يصل إلى 71 جزء في المليون من الزنك و 28 جزء في المليون من النحاس و 5 جزء في المليون من Ni53. تتلاعب هذه التجربة بمستويات هذه المعادن في الوجبات الغذائية الاصطناعية للفراشات البيضاء الملفوف عند مستويات تتوافق مع المستويات التي تظهر في البيئة وتتجاوزها. يتم استخدام نظام غذائي اصطناعي لمقارنة السمية النسبية لهذه المعادن ، والتنبؤ بأن بياض الملفوف سيكون أكثر حساسية للملوثات المعدنية التي ليست جزءا لا يتجزأ من فسيولوجيتها (النيكل) بالنسبة لتلك التي تحدث ، وإن كان ذلك بمستويات صغيرة ، في الإنزيمات والأنسجة (النحاس والزنك. الشكل 1). في جميع أنحاء ، يقدم هذا النص تفاصيل منهجية وتصورات فيديو مصاحبة لتوضيح طرق التربية والبحث لهذا النظام النموذجي المهم للفراشة.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا البحث ، نشأت الفراشات البيضاء الملفوف (Pieris rapae) على نظام غذائي اصطناعي لفحص الاختلافات في سمية المعادن الثقيلة. من خلال القيام بذلك ، توفر هذه الدراسة طرقا عامة للتربية والدراسات المختبرية لنظام الفراشة سهل التلاعب به. تتناول هذه المناقشة أولا أسئلة أكثر عمومية حول الطرق التي تمت مراجعتها هنا ، ثم تستعرض نتائجنا العلمية قبل أن تختتم بتأملات حول مكونات النظام الغذائي الاصطناعي.
يعطي البروتوكول الذي تمت مراجعته هنا خطوات لطريقة تربية عامة للفراشات البيضاء الملفوف ، ولكن هناك العديد من النقاط داخل هذا البروتوكول التي يمكن تعديلها. على سبيل المثال ، في حين أن دراسة الحالة المقدمة هنا تستخدم الإسفنج للتغذية ، فقد حالف الحظ باحثون آخرون مع فتائل الأسنان والزهور الحريرية المملوءة بماء العسل5. بينما تستخدم الدراسة الحالية ماء العسل كغذاء ، استخدم باحثون آخرون محاليل السكر وحتى جاتوريد. إذا كانت الشرانق بحاجة إلى وزنها ، أو نقلها إلى ظروف أخرى للظهور (على سبيل المثال ، إحداث توقف مؤقت والحاجة إلى التخزين البارد لمدة 1 شهر) ، يمكن للباحث إزالتها بسهولة من الأكواب عن طريق رشها بالماء لترطيب ملحقاتها الحريرية والاستيلاء عليها بملقط من الريش ، ثم إعادة تعليقها باستخدام شريط على الوجهين. إذا احتاج الباحثون إلى مزيد من المرونة فيما يتعلق بنقل الفراشات البالغة إلى أقفاص لسلوك البالغين ، فيمكن الاحتفاظ بها في الثلاجة لعدة أسابيع ، ولكن يجب إطعامها. كل عدة أيام ، يجب إخراج الفراشات لتغذيتها بمحلول ماء العسل المخفف. تحت الإضاءة الداخلية ، يمكن القيام بذلك باستخدام دبوس لفتح خرطومها في الطعام. في نهاية أداء البالغين ، يمكن اتخاذ مجموعة واسعة من تدابير اللياقة البدنية على فراشات الملفوف البيضاء. يمكن قياس حجم الجسم على أنه الكتلة الرطبة أو الجافة لليرقات في مراحل معينة ، أو الشرانق ، أو البالغين (التضحية ، أو الاحتفاظ بها في مظاريف زجاجية) ، أو من خلال قياس طول الجناح في برنامج ImageJ (انظر12،24،25،28). يمكن قياس خصوبة الإناث مدى الحياة من خلال مجموعات البيض اليومية على النباتات المضيفة25،69،70 ، ويمكن قياس حجم السمات المحددة كمقياس للأداء. على سبيل المثال ، كتلة أو حجم الدماغ أو مناطق الدماغ الفردية 62،71،72 ، أو محتوى الكتلة أو البروتين في الصدر أو عضلة الطيران 62,70. أخيرا ، يمكن استخدام البالغين في الدراسات السلوكية لاختبار أي عدد من الأسئلة التي تدرس تأثير التلاعب بالنظام الغذائي على البحث عن الطعام أو اختيار وضع البيض 27,73.
إذا كان بروتوكول التربية لا يعمل كما هو متوقع ، فهناك بعض الجوانب لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها. أولا ، يمكن للمرء أن يسأل ما إذا كانت مستويات الضوء مرتفعة بما يكفي لاستنباط سلوك طبيعي للبالغين. في حين أن خطوط Pieris المتكيفة في المختبر ستضع البيض تحت ضوء الفلورسنت ، فإن الضوء الاصطناعي الوحيد الذي يعمل مع الخطوط البرية هو أضواء الدفيئة القوية واسعة الطيف. يعمل الضوء الطبيعي في البيوت الزجاجية أو عتبات النوافذ أو في الهواء الطلق بشكل أفضل لاستنباط سلوك التزاوج ووضع البيض. ثانيا ، إذا لم يفقس البيض أو إذا كانت اليرقات تموت في وقت مبكر من النمو ، فهناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها. يجب أن تكون مادة النبات المضيف عضوية ، مع ملاحظة أن النباتات “العضوية” من المتاجر تعالج أحيانا بمواد كيميائية يمكن أن تقتل اليرقات ، لذا فإن تربية النباتات المضيفة هي الأفضل في كثير من الأحيان. إذا كان معدل قبول المضيف أقل ، فيمكن محاولة الأوراق الأصغر سنا التي تحتوي على نسبة أعلى من النيتروجين ، وتقديم نباتات محفوظة بوعاء بدلا من الأوراق الفردية وضمان تزاوج الإناث. سوف تقبل الإناث البذر Brassica ، حتى براعم صغيرة التي هي 2 أسابيع من العمر. تعمل طريقة البارافين بشكل جيد لنقل البيض إلى ظروف مختلفة ، ولكن تجدر الإشارة إلى أن معدل القبول يميل إلى أن يكون أقل من النباتات الكاملة. ثالثا ، يجب أن تكون جميع مكونات النظام الغذائي ذات جودة عالية وليست منتهية الصلاحية. يجب استبدال زيت بذور الكتان سنويا وتخزينه في الثلاجة24,25. يجب أيضا الحفاظ على برودة جنين القمح ومزيج الفيتامينات والمضادات الحيوية. رابعا ، يمكن للمرء أن يفكر في تعديل إعداد كوب الحمية. يمكن استخدام أي عدد من أنواع الأكواب البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة للتربية ، من 1 أونصة إلى 15 أونصة. لقد وجدنا أن 4 أوقية هو حجم جيد للسماح بظهور البالغين وحزم بشكل جيد في غرف المناخ لدينا. تسمح الثقوب المثقوبة في الأغطية بتدفق الهواء ، لكن الكثير من الثقوب يمكن أن تجفف النظام الغذائي في ظروف الرطوبة المنخفضة ، لذلك قد يحتاج هذا الرقم إلى التعديل. خامسا ، قد تحتاج الظروف في غرفة المناخ إلى التعديل مع ظروف الكأس. إذا كانت الظروف جافة جدا ، فقد تجف النباتات المضيفة التي تحتوي على البيض قبل نقل اليرقات ، وقد تجف الأكواب التي تحتوي على نظام غذائي قبل ظهور الفراشات. من ناحية أخرى ، إذا كانت الظروف رطبة جدا ، يمكن أن تؤوي الكؤوس العفن والمرض. قد يحتاج الباحثون إلى ضبط تدفق الهواء في الأكواب من خلال استخدام أغطية شبكية ، أو ثقوب أكثر أو أقل في الأغطية. مشكلة أخرى شائعة هي أضواء الغرفة الساطعة بما يكفي لإحداث تقلبات في درجات الحرارة في الكؤوس وتراكم التكثيف. يعد استخدام الأضواء الخافتة خيارا سهلا لتربية اليرقات.
فيما يتعلق بأسئلة البحث في هذه الورقة ، وجدت هذه الدراسة أن بياض الملفوف كان أكثر حساسية نسبيا للنحاس من النيكل أو الزنك. كان للنحاس آثار سلبية كبيرة على وقت التطوير عند تركيزات منخفضة تصل إلى 50 جزء في المليون (الشكل 3 والجدول 3) وعلى البقاء على قيد الحياة عند 500 جزء في المليون (الشكل 4 ، الجدول 4). في المقابل ، لم تكن هناك آثار سلبية للنيكل على البقاء على قيد الحياة (حتى 500 جزء في المليون. الشكل 3) أو الآثار السلبية على وقت التطوير عند 100 جزء في المليون (الشكل 4). كان بياض الملفوف متسامحا إلى حد ما مع الزنك ، مع ظهور آثار البقاء على قيد الحياة فقط عند 1000 جزء في المليون (الشكل 3) والآثار السلبية على وقت التطوير بدءا من 100 جزء في المليون (الشكل 4). استنادا إلى تركيزات أكبر نسبيا من الزنك في أنسجة الفراشة والخردل (النبات المضيف ؛ الشكل 1) ، كان من المتوقع أن ينظر إلى تحمل أكبر نسبيا للزنك. ومع ذلك ، كانت الحساسية للنحاس وتحمل النيكل غير متوقعة إلى حد ما نظرا للمستويات المنخفضة جدا من النيكل في أنسجة الفراشة (الشكل 1) وضرورة النحاس كمغذيات دقيقة. تتم مناقشة هذه النتائج غير المتوقعة أدناه بعد النظر في تحمل هذه المعادن في الفراشات والعث الأخرى.
لمقارنة البيانات الحالية مع حساسية المعادن المقاسة في حرشفيات الأجنحة الأخرى ، تم تجميع بيانات من الدراسات الحالية حول الحد الأدنى للتركيز ، حيث أثرت المعادن الثقيلة سلبا على البقاء على قيد الحياة49،50،51،56،63،64،65،66،67،68 ؛ ركزت هذه الدراسات على العث ، وخاصة أنواع الآفات (Galleria mellonella ، Lymantria dispar ، Plutella xylostella ، Spodoptera sp.). تقع جميع قيم الحساسية المقاسة في هذه الدراسة بالقرب من النطاق المقاس لهذه الأنواع الأخرى (الشكل 5). ومع ذلك ، يبدو أن مقياس تحمل النيكل في هذه الدراسة أعلى من المتوقع – في حين لم يكن هناك تأثير كبير للبقاء على قيد الحياة عند 500 جزء في المليون ، وجدت الدراسة السابقة على Pieris rapae أيضا تحملا عاليا جدا للنيكل (تأثيرات كبيرة تبدأ من 1000 جزء في المليون56) ، على الرغم من انخفاض المستويات في أنسجتها بشكل طبيعي (الشكل 1). يبدو أن مقياس حساسية النحاس في هذه الدراسة أيضا في النهاية المنخفضة لدراسات حرشفيات الأجنحة. في حين أن استخدام نظام غذائي اصطناعي يسمح بإجراء مقارنة مريحة ومضبوطة لحساسية المعادن النسبية ، فمن المهم ملاحظة أن مكونات النظام الغذائي يمكن أن تغير قياس الحساسية المطلقة للمعادن. على سبيل المثال ، يمكن لفيتامين C في النظام الغذائي تعويض الإجهاد التأكسدي الناجم عن المعادن74 ، أو يمكن للمضادات الحيوية في النظام الغذائي أن تغير أي آثار للميكروبات على معالجة المعادن75. سيكون الخط المثير للاهتمام للبحث المستقبلي هو التلاعب بشكل منهجي بمكونات النظام الغذائي هذه لاختبار التأثيرات على سمية المعادن ، خاصة بالنظر إلى الأسئلة حول الدور الوظيفي لميكروبات الأمعاء الحرشفية 76,77 ومكونات الرحيق التي قد يكون لها خصائص مضادة للأكسدة78. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي التباين في المتطلبات الغذائية عبر الأنواع إلى جعل المقارنات بين الأنواع أمرا صعبا ، ويجب استكمال الأساليب الاصطناعية القائمة على النظام الغذائي بالتلاعب بالنباتات المضيفة.
هذه الفراشات متسامحة بشكل خاص مع النيكل وحساسة للنحاس. لاحظت الأبحاث السابقة أن العديد من النباتات في عائلة الخردل ، والتي تشمل النباتات التي يفضلها Pieridae ، تتراكم النيكل بشكل مفرط كآلية دفاعية ضد الحيوانات العاشبة55،56،63،79،80،81. هذا التراكم المفرط يزيد عن 1000 جزء في المليون في الأنسجة النباتية ، وهو أمر أكبر مما هو موجود في معظم النباتات (الشكل 1). من الممكن أن يكون لدى Pieris قدرة عالية على تحمل النيكل بشكل خاص بسبب الاختيار السابق من قبل مراكم النيكل هذه ، كما تم التكهن سابقا26. في حين أن النحاس قد تمت دراسته بشكل أقل تكرارا كمغذيات دقيقة في وجبات الحشرات ، إلا أن هناك بعض الأدلة على أنه يلعب دورا صغيرا في التكاثر والمناعة ، على الرغم من أنه في المقام الأول في الحشرات التي تتغذى على الدم (على سبيل المثال ، 82،83). من الممكن أن يلعب النحاس دورا فسيولوجيا أقل أهمية في الفراشات منه في الحيوانات الأخرى84،85،86 ، بما يتفق مع العمل الأخير الذي يسلط الضوء على كيف يمكن أن يكون النحاس ملوثا للحشرات مثل الرصاص والكادميوم والزئبق (على سبيل المثال ، 87،88،89). بينما ثبت أن بيريس يتجنب التلوث بالنحاس عند مستويات منخفضة90 ، فإن حركة النحاس في النباتات (على سبيل المثال ، الانتقال إلى الأوراق والزهور) قد أشارت أيضا إلى أنه ملوث معدني مثير للقلق91.
في حين أن هذه النتائج توفر بيانات مثيرة للاهتمام حول السمية النسبية لهذه المعادن للفراشات البيضاء الملفوف ، تهدف هذه الورقة أيضا إلى أن تكون ذات فائدة عامة كتوضيح مرئي مفصل لطرق تربية هذا النظام القوي. من السهل تربية بياض الملفوف والتلاعب به في التجارب المعملية الخاضعة للرقابة 4,5 مما يسهل دراسات البحث عن المضيف6،7،8 ، والبحث عنالطعام 9،10،11 ، والانتقاء الجنسي12،13،14. تعد القدرة على تربية هذه الفراشات على نظام غذائي اصطناعي أمرا أساسيا في خلق ظروف حديقة مشتركة للمقارنات والتلاعب بالعناصر الغذائية والسموم وحتى النباتات المضيفة الجديدة. ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن هذا النظام الغذائي الاصطناعي ليس بالضرورة النظام الغذائي الاصطناعي الأمثل لهذا النوع ، ومن المحتمل أن يتم تحسينه مع التلاعب في المستقبل. على سبيل المثال ، تم تطوير مزيج الملح في هذا النظام الغذائي (والأنظمة الغذائية الأخرى لحرشفيات الأجنحة) في الأصل للفقاريات ويحتوي على مستويات كالسيوم أعلى مما تحتاجه معظم الحشرات92,93. وهكذا ، فإن بعض جهودنا في التربية قد صنعت خلطات ملح مخصصة بمستويات منخفضة من الكالسيوم (على سبيل المثال ، 62) ، والبعض الآخر يستخدم “مزيج ملح بيك” ، والذي قد يكون أكثر ملاءمة للعديد من أنواع الحشرات94. في تلاعباتنا الخاصة ، وجدنا أيضا أن أداء الفراشات كان أفضل مع جرثومة قمح أقل نسبيا وسليلوز أكثر نسبيا مقارنة بالتركيزات الأصلية4. أحد المجالات التي تحتاج إلى مزيد من الاهتمام هو مصدر الدهون والتركيز في النظام الغذائي. على سبيل المثال ، أظهرت الأعمال السابقة أن التحول من زيت بذر الكتان (المستخدم في هذه الدراسة) إلى الدهون الفوسفاتية زاد من معدلات التزاوج ومعدلات نمو بيريس في الأنظمة الغذائية الاصطناعية95. مكملات الأحماض الدهنية المحددة في الوجبات الغذائية الاصطناعية قد يكون لها آثار إيجابية إضافية96,97. إن تحسين النظام الغذائي الاصطناعي ل Pieris98,99 يخلق فرصا لمعالجة أسئلة مثيرة للاهتمام حول البيئة الغذائية 100,101,102 ، والبيئة التطورية ، وعلم السموم البيئية. تسمح مناهج النظام الغذائي الاصطناعي هذه للباحثين بمعالجة أسئلة حول دور الدهون المحددة في التطور المعرفي 103 ، أو التكيف المسبق مع السموم28 ، أو المكونات الغذائية التي تقلل من سمية الملوثات 104 ، أو التفاعلات المتكافئة بين العناصر الغذائية105.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نحن ممتنون للدعم من المساعدين الجامعيين أثناء تربية هذا العمل ، ولا سيما ريجينا كوراندينا وريا سميكالسكي. ساعدت كارولين كالينوفسكي في تجميع الأدبيات حول سمية المعادن في حرشفيات الأجنحة الأخرى. أصبح هذا العمل ممكنا بفضل منحة بحثية صيفية لقسم البيئة والتطور والسلوك بجامعة مينيسوتا.
Materials
| 1-L Pyrex beaker | Fisher Scientific | 07-250-059 | |
| 500 mL graduated cylinder | Fisher Scientific | 03-007-43 | |
| 60-mm plastic petri dish lid | Fisher Scientific | 08-757-100B | |
| Ascorbic Acid | Frontier | 6015 | |
| Blender | Amazon – Ninja Store | BL610 Professional | |
| Cabbage Flour | Frontier | 1086 | |
| Casein | Frontier | 1100 | |
| Celluose | Frontier | 3425 | |
| Cholsterol | Sigma | C3045 | |
| Cups for rearing (4 oz) | Wasserstrom | 6094583 | purchase with matching lids |
| Fine Mesh Agar | Sigma | ||
| Flaxseed Oil | amazon | B004R63VI6 | |
| Floral water tubes, 2.8 x 0.8inch | Amazon – Yimaa Direct | B08BZ969DK | |
| Glassine envelopes (1 3/4 x 2 7/8 INCHES) | Amazon – Wizard Coin Supply | B0045FG90G | |
| Mesh Cages (15.7 x 15.7 x 23.6") | Amazon | B07SK6P94S | |
| Methyl Paraben | Frontier | 7685 | |
| Ohaus Portable Scale | Fisher Scientific | 02-112-228 | |
| Organic Honey | Amazon | B07DHQQFGM | |
| Photo studio portable lightbox | Amazon | B07T6TNYJ1 | |
| Plastic bin, shoebox size | Amazon | B09L3B3V1R | |
| Plastic disposable transfer pipets | Fisher Scientific | 13-680-50 | |
| Sorbic Acid | Sigma | S1626 | |
| Spatulas | Fisher Scientific | 14-357Q | |
| Streptomycin | Sigma | S9137 | |
| Sucrose | Target | ||
| Torula Yeast | Frontier | 1720 | |
| Vanderzant vitamin mix | Frontier | F8045 | |
| Weigh boats | Fisher Scientific | 01-549-750 | |
| Wesson Salt Mix | Frontier | F8680 | |
| Wheat Germ | Frontier | G1659 | |
| Wooden handled butterfly net, 12" hoop | Amazon – Educational Science | B00O5JDLVC | |
| Yellow sponges | Amazon-Celox | B0B8HTHY5B |
References
- Snyder, L. D., Gomez, M. I., Mudrak, E. L., Power, A. G. Landscape-dependent effects of varietal mixtures on insect pest control and implications for farmer profits. Ecological Applications. 31 (2), 2246 (2021).
- Shelton, A., Andaloro, J. T., Barnards, J. Effects of cabbage looper, imported cabbageworm, and diamondback moth on fresh market and processing cabbage. Journal of Economic Entomology. 75 (4), 742-745 (1982).
- Cartea, M. E., Padilla, G., Vilar, M., Velasco, P. Incidence of the major Brassica pests in northwestern Spain. Journal of Economic Entomology. 102 (2), 767-773 (2009).
- Troetschler, R. G., Malone, C. M., Bucago, E. R., Johnston, M. R. System for rearing Pieris rapae (Lepidoptera: Pieridae) on a noncruciferous artificial diet developed for Manduca sexta (Lepidoptera: Sphingidae). Journal of Economic Entomology. 78 (6), 1521-1523 (1985).
- Webb, S., Shelton, A. Laboratory rearing of the imported cabbageworm. New Yorks Food and Life Sciences Bulletin. 122, 1-6 (1988).
- Root, R. B., Kareiva, P. M. The search for resources by cabbage butterflies (Pieris rapae): ecological consequences and adaptive significance of Markovian movements in a patchy environment. Ecology. 65 (1), 147-165 (1984).
- Hern, A., Edwards-Jones, G., McKinlay, R. G. A review of the pre-oviposition behaviour of the small cabbage white butterfly, Pieris rapae (Lepidoptera: Pieridae). Annals of Applied Biology. 128 (2), 349-371 (1996).
- Renwick, J. A. A., Radke, C. D. Sensory cues in host selection for oviposition by the cabbage butterfly, Pieris-Rapae. Journal of Insect Physiology. 34 (3), 251-257 (1988).
- Lewis, A. C. Memory constraints and flower choice in Pieris rapae. Science. 232 (4752), 863-865 (1986).
- Kandori, I., Ohsaki, N. The learning abilities of the white cabbage butterfly, Pieris rapae, foraging for flowers. Researches on Population Ecology. 38, 111-117 (1996).
- Alm, J., Ohmeiss, T. E., Lanza, J., Vriesenga, L. Preference of cabbage white butterflies and honey-bees for nectar that contains amino-acids. Oecologia. 84 (1), 53-57 (1990).
- Espeset, A., et al. Anthropogenic increases in nutrients alter sexual selection dynamics: a case study in butterflies. Behavioral Ecology. 30 (3), 598-608 (2019).
- Tigreros, N. Linking nutrition and sexual selection across life stages in a model butterfly system. Functional Ecology. 27 (1), 145-154 (2013).
- Morehouse, N. I., Rutowski, R. L. In the eyes of the beholders: female choice and avian predation risk associated with an exaggerated male butterfly color. American Naturalist. 176 (6), 768-784 (2010).
- Stoehr, A. M., Goux, H. Seasonal phenotypic plasticity of wing melanisation in the cabbage white butterfly, Pieris rapae L. (Lepidoptera: Pieridae). Ecological Entomology. 33 (1), 137-143 (2008).
- Stoehr, A. M., Walker, J. F., Monteiro, A. Spalt expression and the development of melanic color patterns in pierid butterflies. Evodevo. 4 (1), 6 (2013).
- Stoehr, A. M., Wojan, E. M. Multiple cues influence multiple traits in the phenotypically plastic melanization of the cabbage white butterfly. Oecologia. 182 (3), 691-701 (2016).
- Ryan, S. F., et al. Global invasion history of the agricultural pest butterfly Pieris rapae revealed with genomics and citizen science. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (40), 20015-20024 (2019).
- Snell-Rood, E. C., Papaj, D. R. Patterns of phenotypic plasticity in common and rare environments: a study of host use and color learning in the cabbage white butterfly Pieris rapae. American Naturalist. 173 (5), 615-631 (2009).
- Kono, Y. Rearing Pieris rapae crucivora Boisduval (Lepidoptera: Pieridae) on artificial diets. Applied Entomology and Zoology. 3 (2), 96-98 (1968).
- Parra, J. R. . The Evolution of Artificial Diets and their Interactions in Science and Technology. Insect Bioecology and Nutrition for Integrated Pest Management. , (2012).
- Morehouse, N. I., Rutowski, R. L. Developmental responses to variable diet composition in a butterfly: the role of nitrogen, carbohydrates and genotype. Oikos. 119 (4), 636-645 (2010).
- Rotem, K., Agrawal, A. A., Kott, L. Parental effects in Pieris rapae in response to variation in food quality: adaptive plasticity across generations. Ecological Entomology. 28 (2), 211-218 (2003).
- Shephard, A. M., et al. Assessing zinc tolerance in two butterfly species: consequences for conservation in polluted environments. Insect Conservation and Diversity. 13 (2), 201-210 (2020).
- Shephard, A. M., Zambre, A. M., Snell-Rood, E. C. Evaluating costs of heavy metal tolerance in a widely distributed, invasive butterfly. Evolutionary Applications. 14 (5), 1390-1402 (2021).
- Kobiela, M. E., Snell-Rood, E. C. Nickel exposure has complex transgenerational effects in a butterfly. Integrative and Comparative Biology. 58 (5), 1008-1017 (2018).
- Philips, K. H., Kobiela, M. E., Snell-Rood, E. C. Developmental lead exposure has mixed effects on butterfly cognitive processes. Animal Cognition. 20 (1), 87-96 (2017).
- Sikkink, K. L., et al. Tolerance of novel toxins through generalized mechanism simulating gradual host shifts of butterflies. American Naturalist. 195 (3), 485-503 (2020).
- Pentzold, S., et al. excretion and avoidance of cyanogenic glucosides in insects with different feeding specialisations. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 66, 119-128 (2015).
- Lampert, E. C., Dyer, L. A., Bowers, M. D. Dietary specialization and the effects of plant species on potential multitrophic interactions of three species of nymphaline caterpillars. Entomologia Experimentalis et Applicata. 153 (3), 207-216 (2014).
- Genc, H., Nation, J. L. An artificial diet for the butterfly Phyciodes phaon (Lepidoptera: Nymphalidae). Florida Entomologist. 87 (2), 194-198 (2004).
- Brinton, F., Proverbs, M., Carty, B. Artificial diet for mass production of the codling moth, Carpocapsa Pomonella (Lepidoptera: Olethreutidae)1. The Canadian Entomologist. 101 (6), 577-584 (1969).
- Metwally, H. M., et al. Low cost artificial diet for rearing the greater wax moth, Galleria mellonella L. (Lepidoptera: Pyralidae) as a host for entomopathogenic nematodes. Egyptian Journal of Biological Pest Control. 22 (1), 15 (2012).
- Carpenter, J. E., Bloem, S. Interaction between insect strain and artificial diet in diamondback moth development and reproduction. Entomologia Experimentalis et Applicata. 102 (3), 283-294 (2002).
- Jaiswal, A., Verma, A., Jaiswal, P. Detrimental effects of heavy metals in soil, plants, and aquatic ecosystems and in humans. Journal of Environmental Pathology Toxicology and Oncology. 37 (3), 183-197 (2018).
- Kumar, A., et al. Lead toxicity: Health hazards, influence on food chain, and sustainable remediation approaches. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (7), 2179 (2020).
- Gall, J. E., Boyd, R. S., Rajakaruna, N. Transfer of heavy metals through terrestrial food webs: a review. Environmental Monitoring and Assessment. 187, 201 (2015).
- Mohammed, A. S., Kapri, A., Goel, R. . Heavy Metal Pollution: Source, Impact, and Remedies. Biomanagement of Metal-Contaminated Soils. , 1-28 (2011).
- Mitra, A., Chatterjee, S., Voronina, A. V., Walther, C., Gupta, D. K. Lead toxicity in plants: a review. Lead in Plants and the Environment. , 99-116 (2020).
- Perugini, M., et al. Heavy metal (Hg, Cr, Cd, and Pb) contamination in urban areas and wildlife reserves: Honeybees as bioindicators. Biological Trace Element Research. 140 (2), 170-176 (2011).
- Rycewicz-Borecki, M., McLean, J. E., Dupont, R. R. Bioaccumulation of copper, lead, and zinc in six macrophyte species grown in simulated stormwater bioretention systems. Journal of Environmental Management. 166, 267-275 (2016).
- Zulfiqar, U., et al. Lead toxicity in plants: Impacts and remediation. Journal of Environmental Management. 250, 109557 (2019).
- Spliethoff, H. M., et al. Estimated lead (Pb) exposures for a population of urban community gardeners. Environmental Geochemistry and Health. 38, 955-971 (2016).
- Li, C. C., et al. Foliar dust as a reliable environmental monitor of heavy metal pollution in comparison to plant leaves and soil in urban areas. Chemosphere. 287, 132341 (2022).
- Ram, S. S., et al. Plant canopies: bio-monitor and trap for re-suspended dust particulates contaminated with heavy metals. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 19, 499-508 (2014).
- Karri, V., Schuhmacher, M., Kumar, V. Heavy metals (Pb, Cd, As and MeHg) as risk factors for cognitive dysfunction: A general review of metal mixture mechanism in brain. Environmental Toxicology and Pharmacology. 48, 203-213 (2016).
- Tong, S., von Schirnding, Y. E., Prapamontol, T. Environmental lead exposure: a public health problem of global dimensions. Bulletin of the World Health Organization. 78 (9), 1068-1077 (2000).
- Liu, J. H., Lewis, G. Environmental toxicity and poor cognitive outcomes in children and adults. Journal of Environmental Health. 76 (6), 130-138 (2014).
- Gintenreiter, S., Ortel, J., Nopp, H. J. Effects of different dietary levels of cadmium, lead, copper, and zinc on the vitality of the forest pest insect Lymantria-Dispar L (Lymantriidae, Lepid). Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 25, 62-66 (1993).
- Cheruiyot, D. J., Boyd, R. S., Moar, W. Testing the joint effects hypothesis of elemental defense using Spodoptera exigua. Journal of Chemical Ecology. 41 (2), 168-177 (2015).
- Coleman, C. M., Boyd, R. S., Eubanks, M. D. Extending the elemental defense hypothesis: Dietary metal concentrations below hyperaccumulator levels could harm herbivores. Journal of Chemical Ecology. 31 (8), 1669-1681 (2005).
- Kaushal, S. S., et al. Making ‘chemical cocktails’-Evolution of urban geochemical processes across the periodic table of elements. Applied Geochemistry. 119, 104632 (2020).
- Shephard, A. M., et al. Traffic patterns, more than adjacent land use, influence element content of roadside forbs for insect pollinators. Ecological Solutions and Evidence. 3 (4), 12195 (2022).
- Scott, J. A. . The Butterflies of North America: A Natural History and Field Guide. , (1992).
- Boyd, R. S. High-nickel insects and nickel hyperaccumulator plants: A review. Insect Science. 16 (1), 19-31 (2009).
- Boyd, R. S., Martens, S. N. Nickel hyperaccumulated by thlaspi-montanum var montanum is acutely toxic to an insect herbivore. Oikos. 70 (1), 21-25 (1994).
- Cempel, M., Nickel, G. A review of its sources and environmental toxicology. Polish Journal of Environmental Studies. 15 (3), 375-382 (2006).
- Aslam, J., Khan, S. A., Khan, S. H. Heavy metals contamination in roadside soil near different traffic signals in Dubai, United Arab Emirates. Journal of Saudi Chemical Society. 17 (3), 315-319 (2013).
- Mitchell, T. S., et al. Traffic influences nutritional quality of roadside plants for monarch caterpillars. Science of the Total Environment. 724, 138045 (2020).
- Voegborlo, R., Chirgawi, M. Heavy metals accumulation in roadside soil and vegetation along a major highway in Libya. Journal of Science and Technology. 27 (3), 86-97 (2007).
- Snell-Rood, E., Kobiela, M. . Data for: Rearing the Cabbage White Butterfly (Pieris rapae) in Controlled Conditions: A Case Study with Heavy Metal Tolerance. , (2023).
- Snell-Rood, E. C., Espeset, A., Boser, C. J., White, W. A., Smykalski, R. Anthropogenic changes in sodium affect neural and muscle development in butterflies. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (28), 10221-10226 (2014).
- Boyd, R. S., Moar, W. J. The defensive function of Ni in plants: response of the polyphagous herbivore Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) to hyperaccumulator and accumulator species of Streptanthus (Brassicaceae). Oecologia. 118 (2), 218-224 (1999).
- Cheruiyot, D. J., Boyd, R. S., Moar, W. J. Exploring lower limits of plant elemental defense by cobalt, copper, nickel, and zinc. Journal of Chemical Ecology. 39 (5), 666-674 (2013).
- Davis, M. A., Boyd, R. S., Cane, J. H. Host-switching does not circumvent the Ni-based defence of the Ni hyperaccumulator Streptanthus polygaloides (Brassicaceae). South African Journal of Science. 97 (11-12), 554-557 (2001).
- Dubovskiy, I. M., Grizanova, E. V., Ershova, N. S., Rantala, M. J., Glupov, V. V. The effects of dietary nickel on the detoxification enzymes, innate immunity and resistance to the fungus Beauveria bassiana in the larvae of the greater wax moth Galleria mellonella. Chemosphere. 85 (1), 92-96 (2011).
- Jhee, E. M., Boyd, R. S., Eubanks, M. D. Nickel hyperaccumulation as an elemental defense of Streptanthus polygaloides (Brassicaceae): influence of herbivore feeding mode. New Phytologist. 168 (2), 331-343 (2005).
- Zhou, J. L., Shu, Y. H., Zhang, G. R., Zhou, Q. Lead exposure improves the tolerance of Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) to cypermethrin. Chemosphere. 88 (4), 507-513 (2012).
- Snell-Rood, E. C., Davidowitz, G., Papaj, D. R. Reproductive tradeoffs of learning in a butterfly. Behavioral Ecology. 22 (2), 291-302 (2011).
- Snell-Rood, E. C., Davidowitz, G., Papaj, D. R. Plasticity in learning causes immediate and trans-generational changes in allocation of resources. Integrative and Comparative Biology. 53 (2), 329-339 (2013).
- Snell-Rood, E. C., Papaj, D. R., Brain Gronenberg, W. size: A global or induced cost of learning. Brain Behavior and Evolution. 73 (2), 111-128 (2009).
- Snell-Rood, E. C., et al. Nutritional constraints on brain evolution: Sodium and nitrogen limit brain size. Evolution. 74 (10), 2304-2319 (2020).
- Jaumann, S., Snell-Rood, E. C. Adult nutritional stress decreases oviposition choosiness and fecundity in female butterflies. Behavioral Ecology. 30 (3), 852-863 (2019).
- Sahiti, H., Bislimi, K., Bajgora, A., Rexhepi, A., Dalo, E. Protective effect of vitamin C against oxidative stress in common carp (Cyprinus carpio) induced by heavy metals. International Journal of Agriculture and Biosciences. 7 (2), 71-75 (2018).
- Rothman, J. A., Leger, L., Graystock, P., Russell, K., McFrederick, Q. S. The bumble bee microbiome increases survival of bees exposed to selenate toxicity. Environmental Microbiology. 21 (9), 3417-3429 (2019).
- Hammer, T. J., Janzen, D. H., Hallwachs, W., Jaffe, S. P., Fierer, N. Caterpillars lack a resident gut microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (36), 9641-9646 (2017).
- Hammer, T. J., Sanders, J. G., Fierer, N. Not all animals need a microbiome. FEMS Microbiology Letters. 366 (10), (2019).
- Baker, H. G., Baker, I. . Coevolution of Animals and Plants. , 100-140 (1975).
- Boyd, R. S., Davis, M. A., Wall, M. A., Balkwill, K. Metal concentrations of insects associated with the South African Ni hyperaccumulator Berkheya coddii (Asteraceae). Insect Science. 13 (2), 85-102 (2006).
- Boyd, R. S., Wall, M. A., Jaffre, T. Nickel levels in arthropods associated with Ni hyperaccumulator plants from an ultramafic site in New Caledonia. Insect Science. 13 (4), 271-277 (2006).
- Kramer, U. Metal hyperaccumulation in plants. Annual Review of Plant Biology. 61, 517-534 (2010).
- Cardoso-Jaime, V., Broderick, N. A., Maya-Maldonado, K. Metal ions in insect reproduction: a crosstalk between reproductive physiology and immunity. Current Opinion in Insect Science. 52, 100924 (2022).
- Rivera-Perez, C., Clifton, M. E., Noriega, F. G. How micronutrients influence the physiology of mosquitoes. Current Opinion in Insect Science. 23, 112-117 (2017).
- Lee, J. H. Micronutrient deficiency syndrome: zinc, copper and selenium. Pediatric Gastroenterology, Hepatology & Nutrition. 15 (3), 145-150 (2012).
- Nube, M., Voortman, R. L. Human micronutrient deficiencies: linkages with micronutrient deficiencies in soils, crops and animal nutrition. Combating Micronutrient Deficiencies: Food-Based Approaches. , 289-311 (2011).
- Wysocka, D., Snarska, A., Sobiech, P. Copper-An essential micronutrient for calves and adult cattle. Journal of Elementology. 24 (1), 101-110 (2019).
- Oliveira, C. S., et al. Toxic metals that interact with thiol groups and alteration in insect behavior. Current Opinion in Insect Science. 52, 100923 (2022).
- Mogren, C. L., Trumble, J. T. The impacts of metals and metalloids on insect behavior. Entomologia Experimentalis et Applicata. 135 (1), 1-17 (2010).
- Hladun, K. R., Di, N., Liu, T. X., Trumble, J. T. Metal contaminant accumulation in the hive: Consequences for whole-colony health and brood production in the honey bee (Apis mellifera L.). Environmental Toxicology and Chemistry. 35 (2), 322-329 (2016).
- Elbassiouny, S. A. Changes in food-related behavioral-patterns of some phytophagous insect species following exposures to an antifeedant. Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica. 26 (3-4), 483-496 (1991).
- Hladun, K. R., Parker, D. R., Trumble, J. T. Cadmium, copper, and lead accumulation and bioconcentration in the vegetative and reproductive organs of Raphanus sativus: Implications for plant performance and pollination. Journal of Chemical Ecology. 41, 386-395 (2015).
- Nation, J., Robinson, F. Concentration of some major and trace elements in honeybees, royal jelly and pollens, determined by atomic absorption spectrophotometry. Journal of Apicultural Research. 10 (1), 35-43 (1971).
- Herbert Jr, E. W., Shimanuki, H. Mineral requirements for brood-rearing by honeybees fed a synthetic diet. Journal of Apicultural Research. 17 (3), 118-122 (1978).
- Beck, S. D., Chippendale, G., Swinton, D. Nutrition of the European corn borer, Ostrinia nubilalis. VI. A larval rearing medium without crude plant fractions. Annals of the Entomological Society of America. 61 (2), 459-462 (1968).
- Junnikkala, E. Rearing Pieris-Brassicae (L.) on a phospholipid and vitamin-supplemented semi-artificial diet. Annales Zoologici Fennici. 17 (1), 39-42 (1980).
- Hixson, S. M., et al. Long-chain omega-3 polyunsaturated fatty acids have developmental effects on the crop pest, the Cabbage White Butterfly Pieris rapae. PLoS One. 11 (3), e0152264 (2016).
- Turunen, S. Lipid utilization in adult Pieris brassicae with special reference to the role of linolenic acid. Journal of Insect Physiology. 20 (7), 1257-1269 (1974).
- Vanderzant, E. S. Development, significance, and application of artificial diets for insects. Annual Review of Entomology. 19, 139-160 (1974).
- Cohen, A. C. . Insect Diets: Science and Technology. , (2003).
- Balluffi-Fry, J., Leroux, S. J., Champagne, E., Vander Wal, E. In defense of elemental currencies: can ecological stoichiometry stand as a framework for terrestrial herbivore nutritional ecology. Oecologia. 199 (1), 27-38 (2022).
- Coogan, S. C. P., Raubenheimer, D., Zantis, S. P., Machovsky-Capuska, G. E. Multidimensional nutritional ecology and urban birds. Ecosphere. 9 (4), 02177 (2018).
- Raubenheimer, D., Simpson, S. J., Mayntz, D. Nutrition, ecology and nutritional ecology: toward an integrated framework. Functional Ecology. 23 (1), 4-16 (2009).
- Arien, Y., Dag, A., Zarchin, S., Masci, T., Shafir, S. Omega-3 deficiency impairs honey bee learning. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (51), 15761-15766 (2015).
- Man, K. Y., et al. Use of biochar as feed supplements for animal farming. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 51 (2), 187-217 (2021).
- Shephard, A. M., Knudsen, K., Snell-Rood, E. C. Anthropogenic sodium influences butterfly responses to nitrogen-enriched resources: implications for the nitrogen limitation hypothesis. Oecologia. 201 (4), 941-952 (2023).
