光照因素對黑水虻幼蟲生長發(fā)育影響初探

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(西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041)

0 引言

黑水虻(Black soldier fly),Hermetia illucens為雙翅目Diptera水虻科Stratiomydiae昆蟲[1]。由Linnaeus于1738年最早記錄，幼蟲體長可達到20mm，起源于美洲，現(xiàn)已成為世界性分布的昆蟲，在北緯45°和南緯40°間均有分布[2]。黑水虻不攜帶病菌，也不會侵入人類居住環(huán)境，對農(nóng)作物也不會形成危害[3]。黑水虻的生長發(fā)育分為卵期、幼蟲期、蛹期和成蟲期。幼蟲期又分為6個不同的齡期，第6齡幼蟲被稱為預(yù)蛹[4]。黑水虻處理餐廚垃圾的主要過程就發(fā)生在其幼蟲生長時期[5]。在黑水虻幼蟲階段結(jié)束后，其體內(nèi)含有大量的蛋白質(zhì)和豐富的氨基酸成分[6]，經(jīng)簡單處理即能制成優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料，供畜禽食用。因此，利用餐廚垃圾等有機廢物養(yǎng)殖黑水虻可變廢為寶，將其中的營養(yǎng)成分轉(zhuǎn)化為昆蟲蛋白，為畜禽提供一種成本低廉的蛋白飼料來源[7-9]。

黑水虻的養(yǎng)殖需要一定的環(huán)境條件，環(huán)境的變化對黑水虻幼蟲階段的生長發(fā)育有較大的影響[10]。生長環(huán)境的光照強度、溫度、濕度、餐廚垃圾的處理方式、食物內(nèi)部的微量元素，例如Zn[11]、Cu[12]、食物的含水率[13]、營養(yǎng)成分組成等都對黑水虻幼蟲的生長發(fā)育有較大的影響。據(jù)資料顯示，光照因素能夠控制黑水虻幼蟲生長發(fā)育的進程[14]，是限制其有機廢物處理能力的一個主要因素。因此，在冬季、連陰雨天以及室內(nèi)養(yǎng)殖時需要尋找一種能替代陽光的人工光源，促進黑水虻的生長發(fā)育。

本實驗通過不同類型的光照條件對黑水虻低齡幼蟲進行照射，對人工光照條件對黑水虻幼蟲生長發(fā)育的影響進行探索。試圖以人工光照來解決黑水虻大規(guī)模人工飼養(yǎng)中的瓶頸問題，使其生長進程不受光照因素限制，能全年持續(xù)地進行有機垃圾處理，對利用黑水虻大規(guī)模處理餐廚垃圾、畜禽糞便等有機廢物有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實驗昆蟲

實驗用黑水虻蟲卵由廣西省欽州市黑水虻養(yǎng)殖中心提供形態(tài)正常狀態(tài)良好的蟲卵100 g。

1.2 實驗地點

實驗在西南民族大學(xué)青藏高原動物遺傳資源保護與利用四川省重點實驗室完成。

1.3 實驗材料

碘鎢燈三只、照度計、紙箱、多格相同的塑料養(yǎng)殖盒、專用飼養(yǎng)室、空氣加濕器、電子秤、恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、濕度計，豆腐渣15 kg，飼料烘箱，麥麩飼料10 kg。

實驗使用預(yù)先處理的豆腐渣代替餐廚垃圾模擬黑水虻幼蟲處理餐廚垃圾過程，委托四川威爾檢測技術(shù)股份有限公司對豆腐渣樣品進行成分測定(NO.20180124-00567Q)，檢測結(jié)果見表1。

表1 豆腐渣營養(yǎng)成分

1.4 實驗方法

1.4.1 培養(yǎng)室內(nèi)環(huán)境的控制

選擇利于通風(fēng)，溫度濕度適宜的培養(yǎng)室。空調(diào)保證培養(yǎng)室內(nèi)溫度在30℃左右。使用濕度計和空氣加濕器保證培養(yǎng)室內(nèi)相對濕度達到適宜條件。

1.4.2 蟲卵的孵化

使用多孔紗布作為黑水虻蟲卵的載體，固定在裝有發(fā)酵麥麩飼料的塑料養(yǎng)殖盒上，將黑水虻卵用毛筆均勻地分散于固定好的多孔紗布上面，盡量分散以利于幼蟲鉆過紗網(wǎng)。將養(yǎng)殖盒放入恒溫培養(yǎng)箱中，保持溫度30℃，相對濕度65%。在孵化的過程中，保證養(yǎng)殖盒內(nèi)發(fā)酵麥麩飼料的相對濕度穩(wěn)定。4 d后，黑水虻1齡幼蟲孵化出來，掉落于發(fā)酵麥麩飼料上，并開始取食，進入黑水虻低齡幼蟲的發(fā)育階段。如圖1所示。

圖1 黑水虻蟲卵的孵化過程

1.4.3 低齡幼蟲的培養(yǎng)

使用發(fā)酵好的麥麩作為培養(yǎng)1～3齡幼蟲的基礎(chǔ)飼料。每天進行觀察幼蟲的生長情況，以及幼蟲的成活率。每天更換新鮮發(fā)酵麥麩飼料，保證此過程中黑水虻低齡幼蟲的快速成長。

1.4.4 高齡幼蟲豆渣飼料的加工和預(yù)處理

將市場上購買的手工制作的豆腐渣用75℃烘箱進行烘干至含水量30%，放入-6℃冰箱保存?zhèn)溆?。使用時將水分調(diào)整至70%，作為養(yǎng)殖高齡幼蟲的飼料。

1.4.5 定量分散培養(yǎng)

使用購買的塑料養(yǎng)殖盒進行培養(yǎng)：①自然光照組設(shè)置4個平行樣；②黑暗組設(shè)置4個平行樣；③碘鎢燈光照組設(shè)置12個不同梯度的光照條件。共計使用20個塑料養(yǎng)殖盒，每個塑料養(yǎng)殖盒放入100 g已烘干的豆渣，使用純水調(diào)節(jié)至含水量為70%備用。如圖2所示，將3齡黑水虻幼蟲從孵化盒中取出，以250只幼蟲為一組，進行稱重。將幼蟲轉(zhuǎn)移進入20個養(yǎng)殖盒中，在不同光照條件下進行培養(yǎng)，如圖2所示。

圖2 黑水虻低齡幼蟲的培養(yǎng)

1.4.6 幼蟲時期培養(yǎng)條件的控制

測定飼養(yǎng)室內(nèi)外溫度、濕度等參數(shù)，分別在自然光、黑暗條件和碘鎢燈條件下進行培養(yǎng)。根據(jù)光源距離飼養(yǎng)盒的遠近程度調(diào)整相同光源的光照強度。①自然光照組：在實驗期間每日9:00、13:00和17:00分別測定培養(yǎng)室外自然光照強度，記錄數(shù)值；②黑暗條件組：使用紙箱和紙板對每個養(yǎng)殖盒進行隔離和遮光處理，保證培養(yǎng)環(huán)境的遮光性。③碘鎢燈組：根據(jù)光源距離養(yǎng)殖盒的遠近程度使用照度計測量其光照強度，以500Lux、1000Lux、1500Lux、2000Lux作為4個不同條件的實驗組進行培養(yǎng)，每組3個重復(fù)。每個養(yǎng)殖盒放置相同數(shù)量3齡幼蟲，待到培養(yǎng)至6齡后，根據(jù)其體重增長量和體長數(shù)據(jù)，分析不同光源和不同光照強度下，黑水虻幼蟲對飼料的處理能力，進而得到最佳處理條件

圖3 使用照度計測定光照強度

1.4.7 3～6齡幼蟲的培養(yǎng)過程

整個養(yǎng)殖過程歷時20 d，在培養(yǎng)過程中，除光照條件外需要保證其他環(huán)境因子適宜(例如，溫度、空氣濕度及飼料含水率)。注意用不透光的厚紙板和紙箱隔離不同光源和光照強度的試驗組，防止相互影響。保持實驗期間飼料含水量的相對穩(wěn)定，及時加入新配置的飼料。

圖4 3～6齡幼蟲的培養(yǎng)過程

1.4.8 6齡幼蟲的稱重

將黑水虻從3齡幼蟲培養(yǎng)至6齡幼蟲后，每個養(yǎng)殖盒中隨機取出100只6齡幼蟲稱重并測量其體長。根據(jù)生長發(fā)育情況判定最佳培養(yǎng)條件。

1.4.9 測定結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)分析

得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)不同光照強度和光照類型，以光源和光照強度為變量，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計檢驗，探討光照因素對黑水虻生長的影響，找到最合適的光源與光照強度。

2 結(jié)果

2.1 不同光照條件下黑水虻幼蟲體重數(shù)據(jù)

分別在自然光照和完全遮光的條件下設(shè)置4個相同條件的實驗對照組，與不同光照強度下的碘鎢燈所培養(yǎng)的黑水虻6齡幼蟲進行對比。結(jié)果如圖5所示，光照強度為1000Lux碘鎢燈照射時6齡幼蟲體重最大。

圖5 不同培養(yǎng)條件下，每100只黑水虻6齡幼蟲總重

2.2 不同光照條件下黑水虻幼蟲體長數(shù)據(jù)

分別在自然光照和完全遮光的條件下設(shè)置4個實驗對照組，與不同光照強度下的碘鎢燈所培養(yǎng)的黑水虻6齡幼蟲進行對比。隨機測量100只黑水虻6齡幼蟲體長，記錄結(jié)果，計算出不同培養(yǎng)條件下的平均體長，結(jié)果如圖6所示，光照強度為1 000 Lux碘鎢燈照射時6齡幼蟲體長最長。

2.3 統(tǒng)計分析

在不同光照強度下，各組黑水虻6齡幼蟲體重分析統(tǒng)計結(jié)果，如表1所示。其中在黑暗條件下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，光照強度記錄為0。在自然光照下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，作為整個實驗的對比組。在不同光照強度下，各組黑水虻6齡幼蟲平均體長分析統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。其中在黑暗條件下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，光照強度記錄為0，在自然光照下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，作為整個試驗的對照。

圖6 不同光照條件對黑水虻幼蟲體長的影響

表1 6齡黑水虻幼蟲各組重量分析數(shù)據(jù)對比

表2 6齡黑水虻幼蟲各組體長分析數(shù)據(jù)對比

對各組培養(yǎng)條件下說得出的重量和單只平均體長數(shù)據(jù)進行t檢驗和f檢驗，比較各組數(shù)據(jù)的顯著性和差異性。如表3所示。

表3 方差齊性檢驗

對不同培養(yǎng)條件下，各組的組間和組內(nèi)的數(shù)據(jù)進行方差分析，表明在不同培養(yǎng)條件下，6齡幼蟲的體重具有顯著的差異。如表4所示。

表4 ANOVA分析:光照對黑水虻六齡幼蟲重量的影響

對不同培養(yǎng)條件下的組間和組內(nèi)的數(shù)據(jù)進行方差分析，表明在不同培養(yǎng)條件下，6齡幼蟲的體長具有顯著的差異。如表5所示。

表5 ANOVA分析:光照對黑水虻六齡幼蟲體長的影響

分析結(jié)果可知，在不同的光源和光照強度下，黑水虻所表現(xiàn)出的生長數(shù)據(jù)有顯著的差異。即在不同的光照強度和不同的光源下，黑水虻6齡幼蟲體長和體重出現(xiàn)了較為顯著的差異，具體結(jié)論如圖7和圖8所示。本研究結(jié)果表明，1 000 lux碘鎢燈下所生長的黑水虻6齡幼蟲體長和體重均最優(yōu)。

圖7 不同照強度下各組黑水虻6齡幼蟲的體重平均值

圖8 不同光照強度下各組黑水虻6齡幼蟲的體重平均值

3 討論

3.1 光照因素對黑水虻幼蟲處理能力的影響

本研究結(jié)果表明, 在自然光照條件下，黑水虻幼蟲生長緩慢，其6齡幼蟲體長和體重小于人工光照組。說明人工光照條件比自然光照條件更有利于黑水虻幼蟲的生長。出現(xiàn)這樣的結(jié)果，可能與實驗季節(jié)成都地區(qū)自然光照條件欠佳有關(guān)，也表明光照是影響黑水虻幼蟲生長發(fā)育的一個重要因素。

在完全遮光的培養(yǎng)條件下，黑水虻幼蟲的生長與碘鎢燈下1500Lux光強組無明顯差異。但黑水虻幼蟲體重和體長與其他實驗組相比出現(xiàn)較大的差異。表明黑暗和過強的光線均抑制黑水虻幼蟲的生長。

在碘鎢燈光照射條件下，光照強度為500Lux時，6齡幼蟲的生長發(fā)育較自然光照和完全遮光條件下，有顯著的提高。其中光照強度為1000Lux時，黑水虻6齡幼蟲的生長數(shù)據(jù)達到了本次實驗的峰值，表現(xiàn)為較高的體重和體長數(shù)據(jù)。在2000Lux碘鎢燈光照強度下，黑水虻幼蟲的生長發(fā)育受到了限制，其體長和體重明顯要低于自然光照強度下的生長數(shù)據(jù)。

3.2 最優(yōu)人工光照條件的確定

在本次實驗中，對比不同光照條件生長數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲階段對光線較為敏感，光線將影響其進食能力，進而影響其生長發(fā)育速度，最終體現(xiàn)在對幼蟲的體長和體重的影響上。這表明光照因素是限制其生長的重要因素之一，在適宜的光照類型和光照強度下，黑水虻幼蟲生長發(fā)育速度最快。本研究結(jié)果初步表明：在碘鎢燈1 000Lux光強下，黑水虻具有最大的生長發(fā)育速度，體重和體長增長最快。由此可見，碘鎢燈1 000Lux光強是促進黑水虻幼蟲生長發(fā)育的最佳光線條件。

4 結(jié)論

本課題探究了光照因素對黑水虻在幼蟲階段取食和生長的影響，發(fā)現(xiàn)1000Lux碘鎢燈光照射條件是黑水虻幼蟲生長發(fā)育的最適合光源條件，能明顯促進黑水虻幼蟲的生長發(fā)育和取食速度，進而提高對廢棄垃圾的轉(zhuǎn)化效率。