黃粉蟲的生物降解功能研究進(jìn)展

陳建興，郭 成，李 靜，薩如拉，李 皓，石 萱，任 斌

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

黃粉蟲(Tenebrio molitor L.)是昆蟲綱、鞘翅目、擬步甲科、粉甲屬的一個(gè)物種，原為一種廣布于世界各地的倉庫和貯藏害蟲，現(xiàn)已被人工馴化并可進(jìn)行高度集約化、大規(guī)模工廠化養(yǎng)殖[1,2].但由于黃粉蟲營(yíng)養(yǎng)成分高，因此，早期用其作為蛋白質(zhì)飼料應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)，這一作用持續(xù)至今已經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期.現(xiàn)如今，黃粉蟲利用價(jià)值極其廣泛，已在飼料、食品、化工、保健品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3-6].

黃粉蟲適應(yīng)能力和生存能力極強(qiáng)，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量要求低，其幼蟲食性雜，耐粗飼，可取食玉米粉、麥麩、米糠，甚至樹葉、樹皮以及牛皮紙等纖維素含量高的材料.因黃粉蟲對(duì)惡劣生活環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)，可用其處理農(nóng)業(yè)廢棄物以及有機(jī)生活垃圾.黃粉蟲生物降解這一功能的發(fā)現(xiàn)和利用，對(duì)推動(dòng)綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展，形成節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的生產(chǎn)生活方式和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義.

筆者對(duì)黃粉蟲的生物降解功能以及黃粉蟲在環(huán)境保護(hù)（包括白色垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便、秸稈和浮萍處理等）等領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)黃粉蟲的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望.

1 黃粉蟲的生物降解功能

1.1 白色垃圾

廢舊塑料由于具有高度的化學(xué)惰性，不易被微生物分解，形成威脅到生態(tài)環(huán)境的“白色污染”.目前，白色垃圾污染問題非常嚴(yán)峻.處理廢棄塑料的主要方法有填埋法、焚燒法、化學(xué)處理法等.各處理方法中，填埋法占用土地，沒有根本解決塑料污染問題，而且塑料在土壤中需要400年才能降解；焚燒法雖然徹底，但是塑料焚燒過程中所產(chǎn)生的有毒氣體二噁英具有致癌、致畸的危害，同時(shí)影響人體正常的內(nèi)分泌代謝，降低人體免疫力，并引發(fā)各種疾病，嚴(yán)重危害人類身體健康[7]；化學(xué)法費(fèi)用高并產(chǎn)生二次污染.可見目前的常用處理方法都存在各自的不足之處，如何更科學(xué)地治理白色污染問題是科學(xué)家們探討的熱點(diǎn)問題.

陳重光（2005）最早報(bào)道了關(guān)于黃粉蟲吃塑料的現(xiàn)象[8].苗少娟（2010）研究了大麥蟲幼蟲對(duì)不同塑料制品的喜食情況，并對(duì)幼蟲取食塑料后的排泄物進(jìn)行了相關(guān)分析，為探明大麥蟲對(duì)塑料的取食降解提供了一定的基礎(chǔ)[9].沈葉紅（2011）通過采用多種培養(yǎng)基，分離鑒定了黃粉蟲腸道菌，從不同角度初步研究了黃粉蟲降解塑料的機(jī)理，還通過急性和慢性毒性試驗(yàn)研究黃粉蟲取食塑料后的生理毒性[10].徐世才（2013）研究了黃粉蟲在不同飼料比例（泡沫和麩皮）下的泡沫降解率[11].Yang Yu（2015）等人的報(bào)道是北京航空航天大學(xué)和斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)共同完成的，他們發(fā)現(xiàn)100條黃粉蟲每天可以吞食34至39毫克的聚苯乙烯塑料，這些塑料在黃粉蟲腸道內(nèi)停留不到24小時(shí)，其中約48%被降解成二氧化碳，小部分被吸收.研究還表明，以聚苯乙烯為食的黃粉蟲與對(duì)照組的黃粉蟲一樣健康，其排泄物也正常[12].黃粉蟲腸道微生物在塑料分解過程中起到?jīng)Q定性作用，而且Yang Yu他們首次從黃粉蟲腸道中分離出一株可以利用聚苯乙烯作為唯一生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)物的細(xì)菌[13].張可（2017）對(duì)黃粉蟲取食和消化降解PE塑料薄膜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)黃粉蟲能夠取食和完全消化降解塑料薄膜[14].許詩杰和張雅林研究了黃粉蟲取食聚苯乙烯和線性低密度聚乙烯塑料時(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育情況，認(rèn)為僅取食這兩種塑料會(huì)影響黃粉蟲的發(fā)育和繁殖能力，而通過添加麥麩可以減少這種影響[15].

1.2 餐廚垃圾

餐廚垃圾含水量高(80-90%)、有機(jī)質(zhì)含量豐富(干物質(zhì)的93%，主要包括淀粉類、動(dòng)植物油脂類和食物纖維類等)、極易腐爛變質(zhì)、散發(fā)臭味，孳生蚊蠅，除對(duì)周圍環(huán)境衛(wèi)生造成嚴(yán)重影響外，還存在各種安全隱患.餐廚垃圾的產(chǎn)生量十分巨大，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高，這一產(chǎn)量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì).因此，減量化、無害化、資源化處理餐廚垃圾的問題已是迫在眉睫.目前，利用昆蟲的腐食性取食行為處理加工過的餐廚垃圾，即通過昆蟲的“過腹”轉(zhuǎn)化處理，是一條經(jīng)濟(jì)可行且安全的技術(shù)途徑[16].黃粉蟲幼蟲食性雜、生命力強(qiáng)、轉(zhuǎn)化率高，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量要求低，在農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著重要的作用，且目前黃粉蟲已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工廠化生產(chǎn)方式，形成了完善的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu).因此，利用黃粉蟲處理餐廚垃圾是切實(shí)可行的.陳美玲等研究發(fā)現(xiàn)黃粉蟲在26.7℃，飼料含水量14.5%，飼養(yǎng)密度4.1只/cm2的飼養(yǎng)條件下，對(duì)餐廚垃圾的處理具有較好的效果[16].

1.3 畜禽糞便

畜禽糞便的大量堆積和不合理排放，不但制約畜牧養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，還對(duì)周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[17].畜禽糞便的無害化處理和資源化利用業(yè)已成為社會(huì)普遍關(guān)注和急需解決的焦點(diǎn)問題[18].曾祥偉等探討了黃粉蟲轉(zhuǎn)化與利用牛糞的可行性，認(rèn)為黃粉蟲3齡幼蟲對(duì)EM發(fā)酵牛糞（牛糞含量60%）作為飼料表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，對(duì)牛糞的資源化利用具有較好的應(yīng)用前景[19].孫國(guó)峰的研究報(bào)道表明，EM厭氧發(fā)酵處理鵪鶉糞便后可用于飼養(yǎng)黃粉蟲[20].熊曉莉等采用EM菌發(fā)酵處理后的雞糞飼喂黃粉蟲，認(rèn)為雞糞的添加量宜低于55wt%，隨雞糞比例增加，重金屬在蟲體內(nèi)無明顯富集[21].陳建興等進(jìn)行了黃粉蟲采食和分解驢糞的研究，認(rèn)為驢糞可以作為黃粉蟲的飼料，驢糞占飼料量的30%時(shí)，黃粉蟲對(duì)驢糞的分解處理能力最強(qiáng)[18].

1.4 秸稈

近年來，過剩秸稈焚燒對(duì)民航、交通等部門造成嚴(yán)重影響，也使環(huán)境受到了污染，這使得秸稈的利用問題變得突出.徐世才等研究了含有玉米秸稈的混合飼料和青菜葉對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響，認(rèn)為混合飼料中玉米秸稈、麥麩和玉米各占三分之一時(shí)，黃粉蟲各項(xiàng)生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)均較理想，并且對(duì)秸稈的利用率較高[22].駱倫倫比較了秸稈種類和處理方式對(duì)黃粉蟲幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響，測(cè)定了黃粉蟲幼蟲取食玉米秸稈、水稻秸稈和麥麩后的相關(guān)消化酶活性、海藻糖含量以及腸道微生物的多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃粉蟲幼蟲對(duì)玉米秸稈的平均取食量和蟲糞量均顯著高于其它秸稈；玉米秸稈不同發(fā)酵方式處理中，黃粉蟲幼蟲體重變化存在明顯差異；秸稈種類對(duì)黃粉蟲蛋白酶活性和海藻糖含量具有顯著影響；不同秸稈對(duì)黃粉蟲幼蟲腸道微生物群落有顯著影響[23].呂樹臣等研究了不同水平發(fā)酵玉米秸稈對(duì)黃粉蟲幼蟲生產(chǎn)性能的影響，認(rèn)為發(fā)酵玉米秸稈的最佳添加水平為40%[24].

1.5 浮萍

浮萍生長(zhǎng)于水池、沼澤、水田或靜水水域，具有體積小、繁殖快、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、能有效吸收污水中的氮磷元素等特點(diǎn)[25].但我國(guó)近年來，因?yàn)楦鞯厮w富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，發(fā)生了浮萍過度繁殖而引起水體二次污染的情況.卓少明和劉聰?shù)难芯堪l(fā)現(xiàn)，浮萍屬植物與麥麩以不同比例混合飼喂黃粉蟲，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的增重情況相近[26]，表明可以利用黃粉蟲的生物降解功能來有效控制和利用浮萍.鄭燕玲等測(cè)試了添加不同量浮萍對(duì)黃粉蟲幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育及各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分含量指標(biāo)的影響，認(rèn)為鮮浮萍和麥麩質(zhì)量比為65%：35%時(shí)，可既不影響黃粉蟲的飼喂周期、產(chǎn)量和質(zhì)量，又能顯著降低養(yǎng)殖成本[27].王清春等為探索浮萍利用的新途徑，解決浮萍在污水中引起的二次污染現(xiàn)象，將浮萍烘干磨碎與麥麩以不同比例混合飼喂黃粉蟲幼蟲，同時(shí)以浮萍替代豆餅以白菜、麥麩、浮萍(10：4：1)混合飼喂成蟲，發(fā)現(xiàn) 50%浮萍飼喂幼蟲各指標(biāo)與對(duì)照組差異不顯著，而成蟲的飼喂實(shí)驗(yàn)中，成蟲的產(chǎn)卵量和壽命均高于對(duì)照組[28].

2 展望

綜上所述，用以上環(huán)境廢棄物養(yǎng)殖黃粉蟲既可以降低養(yǎng)殖成本，又可以將廢棄物和污染物轉(zhuǎn)化為人類可利用的資源，還可以解決資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的問題.黃粉蟲是繼家蠶、蜜蜂后又一個(gè)極可能被產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的昆蟲種類，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于黃粉蟲的研究熱點(diǎn)還是在其飼用和食用方面的應(yīng)用，對(duì)其處理白色垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便、秸稈和浮萍方面的研究在國(guó)內(nèi)也只是慢慢起步，尚處于探索階段.對(duì)未來利用黃粉蟲的生物降解功能在環(huán)境保護(hù)方面方面仍然需要繼續(xù)深化基礎(chǔ)和應(yīng)用研究.以后的研究可在一下三方面進(jìn)行：(1)研究其余環(huán)境廢棄物能否用于黃粉蟲養(yǎng)殖；(2)從配方上優(yōu)化，以全面發(fā)揮黃粉蟲的生物降解功能；(3)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)黃粉蟲取食這些廢棄物后有毒有害物質(zhì)是否富集，以確保飼料和食品安全.

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