The effects of environmental temperature on food selection, utilization and life-history performance in the caterpillar of Spodoptera litura(Fabricius) moth (Lepidoptera:Noctuidae)

Abstract

Temperature and nutrition are the two most important environmental factors influencing growth and survival in immature insects. There is ample evidence of interactions between these two factors but still little is known how changes in thermal environment affect feeding and nutrient utilization in insect ectotherms. The aim of this study is to investigate the potential effects of ambient temperature on food selection and post-ingestive nutritional physiology in a generalist-feeding caterpillar of Spodoptera litura. Two separate experiments were performed. The first was a no-choice experiment in which final-instar caterpillars were restricted to one of three nutritionally imbalanced diets that varied in protein (p) and carbohydrate (c) content (p:c=35:7, 21:21 and 7:35) under one of three constant temperatures (20, 25, and 30°C). In the second experiment, caterpillars were kept at the same thermal conditions as the first, but provided with one of two food choice treatments where they received two diets that were nutritionally imbalanced but complementary (two choice treatments, 42:0 vs. 7: 35 and 35: 7 vs. 7:35). Food choices allowed caterpillars to self-compose their preferred intake of protein and carbohydrate. Results from the no-choice experiment showed that the effects of the rising ambient temperature include the shortening of the larval duration, increase in larval growth rate as well as food intake, and decrease in larval survival. The efficiency with which ingested carbohydrate was converted to body lipid fell with the rising ambient temperature regardless of the dietary P:C. A similar thermal effect was observed with respect to the efficiency with which ingested protein was used for lean body growth as high temperature was associated with reduced efficiency of protein utilization. This effect of temperature on protein utilization was more profound when caterpillars were under an extreme carbohydrate-limitation (35:7). Among caterpillars from the food choice experiment, those insects raised at the warmest temperature (30°C) preferentially selected carbohydrate over protein whereas those at the cooler temperatures (20 and 25°C) consumed similarly between the two nutrients (p:c=1:1). Switching from the equal intake of protein and carbohydrate to carbohydrate preference in response to elevating ambient temperature is an adaptive response by caterpillars to cope with increased metabolic demand for maintaining and growing rapidly at thermally high environments.

주변 온도와 음식물의 영양 조성은 곤충 유충의 생존과 성장을 결정하는 가장 중요한 요인이다. 주변 온도와 음식물 간의 교호작용에 대한 증거는 많은 연구 결과를 통해 보고되었다. 하지만 주변 온도의 변화가 곤충의 섭식과 영양생리에 미치는 영향에 대해서는 아직 밝혀야 할 부분이 많이 남아 있다. 본 연구의 목적은 주변 환경의 온도가 광식성의 식식성 곤충인 담배거세미나방(Spodoptera litura Fabricius) 유충의 먹이선택 행동(food selection)과 식후 영양생리 작용(post-ingestive nutritional physiology)에 미치는 영향을 규명하는데 있으며, 이를 위해 다음의 두 가지 실험을 차례로 수행하였다. 우선 첫 번째 실험은 먹이제한 실험(No-choice experiment)으로서, 종령 유충에게 단백질과 탄수화물의 조성이 각각 다른 세 가지 음식(단백질: 탄수화물=35:7, 21:21,7:35) 중 한 가지를 제공한 후, 세 가지 주변 온도 조건(20, 25, 30oC )에서 사육한 후, 이상의 조건에 유충의 발육과 성장, 섭식을 관찰하였다. 두 번째 실험은 유충에게 스스로 먹이를 선택하도록 한 먹이선택실험(Choice experiment)으로서, 이 경우 개별 유충은 고단백질 음식(42:0, 35:7)와 고탄수화물 음식(7:35)을 동시에 제공받았다. 먹이제한실험의 결과, 주변 온도가 상승할수록 유충의 발육은 빨라지고 성장률은 증가하는데 비해 생존율은 감소한 것으로 관찰되었다. 섭취된 탄수화물과 단백질의 이용효율은 주변 온도가 상승함에 따라 감소하는 것으로 나타났는데, 온도 상승에 따른 단백질 이용효율 감소 효과는 유충이 극도의 탄수화물 결핍 상황에 있을 때 훨씬 더 심화되는 온도와 음식물 영양조성 간의 교호작용을 관찰할 수 있어다. 먹이선택 실험에서 유충이 영양분을 스스로 선택한 결과를 보면, 가장 높은 온도인 30oC 에서 성장한 유충은 단백질에 비해 탄수화물을 선호하는데 비해, 낮은 두 주변 온도 조건(20, 25 oC)에서 자란 유충은 단백질과 탄수화물은 거의 동일 비율로 선택하는 것으로 나타났다. 주변 온도 상승에 따른 이러한 영양 선호도 변화는 온도 상승에 따른 기초 대사율 증가와 성장에 따른 에너지 소모를 보상하기 곤충의 적응방식으로 설명될 수 있다.