黑水虻特性及應用研究進展※

●侯雪陽 李 林 許長峰 李 培 宮彬彬

（邢臺學院生物科學與工程學院 河北 邢臺 054000）

1 黑水虻的生物學特性

黑水虻，學名亮斑扁角水虻（Hermetia illucensL.），是一種全世界廣泛分布的資源昆蟲，屬于昆蟲綱，雙翅目，短角亞目，水虻科，扁角水虻屬[1]。

成年黑水虻體長為15～20 mm，外表呈黑色并帶有藍紫色，有寬又長的觸須，在腹部的前面及兩側各有半透明的白色斑點。黑水虻的幼蟲為乳白色，多毛，肥胖健壯，頭部很小，表皮結實具有韌性，幼蟲可長到27 mm，體寬為6 mm，生活腐生懶惰[2]。黑水虻的蛹呈圓形，深棕色，外表層偏硬革質，剖開可見蛹體。黑水虻預蛹和化蛹體色一致，不攝食但可以活動，蟲卵橢圓形，起初為半透明，逐漸變?yōu)闇\黃色，在孵化前能夠看到兩只紅色的單眼。

黑水虻的生命周期由卵、幼蟲、蛹和成蟲四個階段組成。理想情況下，幼蟲在2個月左右就逐漸成熟，但是如果食物不充足，需要4個月才能成熟。預蛹即幼蟲的后期，幼蟲找尋化蛹的場所，不再進食。幼蟲化蛹的時長一般為2周，有時候也會達到5個月之久。成蟲無需攝食，在生長過程中也不需要人工飼養(yǎng)，可依靠自身脂肪來維持活動。

2 黑水虻的生活史

黑水虻原產于南美熱帶稀樹草原，近年傳入我國的沿海地區(qū)，海南、廣東、廣西、福建、四川、安徽、河北等地都有相關標本的記載[3]。黑水虻已經成為自然界碎屑食物鏈中重要的組成部分，在農村的養(yǎng)殖場附近如雞舍、豬舍較為常見，屬于雜食性昆蟲，能以動物糞便和廚余垃圾 為食[4]。

黑水虻繁殖速度快，代代堆疊，冬季通常在覆蓋有枯葉、雜物的淺薄土層里以預蛹或者老熟幼蟲的形式越冬。蟲蛹將在翌年初春3月氣溫回升時羽化，羽化結束后的成蟲壽命很短，雌雄交配及產卵后便死亡，成熟的雌性黑水虻比雄性的黑水虻壽命長2～3 d。黑水虻產卵的時間隨環(huán)境的變化而變化，并不規(guī)律。一般情況下，外部環(huán)境較為適宜時，黑水虻繁殖一代的周期為4周，但是在惡劣天氣，黑水虻繁殖一代將需要1～8個月，其中蛹期在1周至6個月。成熟的黑水虻羽化后就可以進行交配，交配一般在有強烈陽光的中午完成，一般2～3 d以后就能完成產卵，黑水虻喜將蟲卵產在易于取食且干燥的黑暗狹窄環(huán)境中。

3 黑水虻的人工繁育技術

3.1 黑水虻成蟲的養(yǎng)殖

影響黑水虻成蟲養(yǎng)殖的影響因素有很多，包括光照、環(huán)境溫度、空氣濕度、成蟲體質等。光照是影響黑水虻成蟲交配最重要的因素。黑水虻成蟲的壽命很短，當光照不充足時，會導致成蟲未能及時交配就死亡。因此，在缺少光照的條件下需要利用人造光源來誘導成蟲交配。黑水虻原產于熱帶地區(qū)，環(huán)境溫度也對黑水虻交配有著重要的影響。白天溫度低于25℃時，黑水虻就會停止交配，而在我國大部分地區(qū)，冬季白天氣溫都低于25℃，這就限制了黑水虻的養(yǎng)殖。為了提高環(huán)境溫度，可以采用加蓋保溫膜、加熱器、空調等設施進行保溫，以滿足黑水虻成蟲繁殖的條件。另外，當環(huán)境溫度高于35℃時，也會降低黑水虻的交配意愿，甚至會造成其大量死亡，此時需要采取降溫措施來提高黑水虻的交配率。黑水虻交配和產卵的最適空氣濕度為70%。過低的環(huán)境濕度會降低黑水虻的交配率和存活率，因此，在黑水虻養(yǎng)殖過程中，需要根據養(yǎng)殖環(huán)境變化，人工調節(jié)空氣濕度。

黑水虻成蟲的交配行為較為復雜，成蟲的羽化需要1～2 d，然后才會進行雌雄黑水虻成蟲的交配。在交配初期，會有求偶現象發(fā)生，交配中期，可在飛行過程中完成產卵瓣與抱握器的對接，到交配后期，正午時分，在強烈的陽光下，黑水虻一般會停留在草叢或者灌木叢的葉片上完成交配過程，時間約0.5 h，隨后雌性黑水虻進行產卵，產卵約 800粒，產卵不久后即死亡。黑水虻成蟲的養(yǎng)殖環(huán)境通常在較為寬敞的空間下，溫度不低于16℃，且有足夠的陽光照射。

3.2 黑水虻蟲卵的采集

黑水虻蟲卵采集的關鍵是能否快速完成聚集采卵。黑水虻產卵較集中，并非分批進行，而是一次性完成，具有趨光性和趨縫性，一般選擇在縫隙中產卵，縫隙寬度不大于2 mm，深度不小于7 mm，可以根據其產卵特性，人工選擇特定區(qū)域進行集中采卵。比如在室外遮光、防雨的指定區(qū)域或引誘盆中放置發(fā)酵好的麩皮、麥麩、魚粉等臭味物質，誘引黑水虻在指定區(qū)域產卵。

3.3 黑水虻幼蟲的孵化

黑水虻幼蟲的孵化在常溫下即可進行。首先是黑水虻幼蟲飼料的制備，在蟲卵誘集器上面均勻放置一些花生麩、麥麩、魚粉等飼料，將蟲卵誘集器放在一個透明的盒子內，保證環(huán)境溫度為25℃，相對濕度高于80%，在此條件下，3 d可以完成黑水虻幼蟲的孵化。黑水虻幼蟲對環(huán)境溫度和濕度非常敏感，溫度偏高時，黑水虻幼蟲可能會停止攝食，溫度偏低會導致黑水虻幼蟲生長緩慢，因此，嚴格控制好黑水虻生存環(huán)境的溫度和濕度很關鍵，并且保證麥麩等的濕度會提高黑水虻幼蟲的成活率。

3.4 黑水虻幼蟲的養(yǎng)殖

黑水虻幼蟲的養(yǎng)殖過程相對簡單，只需要準備一個透明的塑料盒子，提前準備好黑水虻所需飼料，保證室溫25℃，盒子內溫度為30～32℃，相對濕度要高于60%，每隔24 h換1次飼料即可。剛孵化的黑水虻幼蟲攝食量很少，個頭也很小，不適宜立即用于畜禽糞便化的處理，需等到黑水虻年齡超過3齡，才可以用于畜禽糞便化的處理。

3.5 黑水虻與飼料的分離

成熟的黑水虻與剩余飼料等食物的分離可以分為兩種方式。第一種是預蛹期間的黑水虻本身具有遷出食料的習性，只要在容器內制作出相應的出口，即可使黑水虻在夜間自動經過出口遷出。第二種是進行篩分操作，被黑水虻取食以后的食物比較干燥，可以根據飼料顆粒的粗細選擇適宜孔目數的篩子，經過分離也可以得到含有少許雜質的黑水虻預蛹。

4 黑水虻的應用研究進展

4.1 醫(yī)學方面

4.1.1 抗菌肽和抗菌活性由于長期濫用抗生素，使得細菌有了一定的耐藥性，給臨床治療帶來了一定的困擾。黑水虻體內誘導可以獲得抗菌肽，這種抗菌肽具有識別免疫系統(tǒng)的功能[5]，但只作用于已經病變的真核細胞以及原核細胞，對一般的真核細胞不起作用，并且具有明顯的抑菌效果[6]。與黃粉蟲相同，黑水虻也是獲得抗菌肽的良好來源。

黑水虻幼蟲體內能夠產生溶菌酶、抗菌肽等成分[7]。黑水虻有一套完整的、發(fā)育良好的先天免疫系統(tǒng)，包括細胞免疫和體液防御反應，后者涉及產生抗菌肽，它可以在脂肪體中合成，隨后分泌到血液淋巴。這些抗菌肽可以使黑水虻幼蟲在環(huán)境極其惡劣的糞便和堆肥中生存。黑水虻在清理感染和壞死傷口方面作用顯著。黑水虻對傷口的主要作用包括清創(chuàng)、消毒和殺滅細菌，以及對組織的修復。黑水虻的提取物中低分子抗菌因子具有一定的抗菌活性和很強的對抗藥物能力，這為開發(fā)替代抗菌產品，成為有治療價值的抗感染藥物提供了可能[8]。

4.1.2 利用黑水虻蟲蛋白生產抗氧化劑近年來，人工合成抗氧化劑存在的安全性問題引起人們的高度重視。黑水虻本身不傳播疾病，是研究抗氧化肽的天然優(yōu)良材料。黑水虻體內蛋白質具有很強的抗氧化活性，其抗氧化活性介于維生素C和卵清蛋白之間。許彥騰[9]采用酶提取法、堿提取法、鹽提取法以及Tris-HCL緩沖液提取法等方法，得出堿提取的提取效果最佳，并且提取的最佳條件為所需時間2 h、試驗溫度為53℃、液料比是22 mL/g、NaOH的濃度為 2.44 mg/100mL。因此，利用黑水虻生產抗氧化劑和抗氧化產品有很大的研發(fā)空間。

4.2 環(huán)保方面

4.2.1 將牛糞轉化為生物柴油隨著能源供應的日益緊張，可再生資源越來越受歡迎。生物燃料是重要的可再生資源之一，生物燃料最大的優(yōu)點是可以減少不可再生能源如煤炭、石油的消耗，毒性低、生物可降解性強，但是較高的生產成本限制了其生產規(guī)模。利用畜禽糞便等廉價的廢棄污染物來開發(fā)生產生物柴油是途徑之一[10]。黑水虻幼蟲以牛糞為食，其體內油脂含量豐富，可通過石油醚將其提取出來，作為制備生物柴油的優(yōu)質原料[11]。研究者把約1300g的新鮮牛糞經過1200只黑水虻幼蟲轉化成273.4 g的干渣，將這1200只黑水虻幼蟲體內的脂肪提取以后，能夠轉化為約15.8 g的生物柴油[10]。

4.2.2 對畜禽糞便的轉化分解畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境造成的污染引起社會各界的普遍關注[12]。我國已經將畜禽養(yǎng)殖場產生的糞便無污染處理及其資源化充分利用作為治理環(huán)保的有效措施[11]。

黑水虻幼蟲營腐生生活，具有很強的抗逆性，繁殖速度快，有利于畜禽糞便高效率的轉化與分解，從而可以達到有機廢棄物的有效轉化。黑水虻幼蟲把畜禽糞便作為食物，通過自身腸道微生物的分解[13]，進而轉化為附加值高的脂質、蛋白質多肽類、幾丁質、維生素等營養(yǎng)物質，這樣不僅可使有機質中污染物含量減少，減弱畜禽糞便排放的臭味，還減少了糞便對環(huán)境產生的不利影響[14-15]，具有開發(fā)優(yōu)質有機肥的潛質[16]。

4.2.3 對餐廚垃圾的轉化分解黑水虻幾乎能夠消化所有固體有機廢棄物[17]，可快速有效地將餐廚垃圾、腐敗的水果蔬菜等轉化成自身可以食用的物質。借助黑水虻對餐廚垃圾進行轉化分解，可提高對營養(yǎng)物質物質的利用率[15,18]。餐廚垃圾通過黑水虻來處理、轉化與分解，能夠達到餐廚垃圾無污染、資源化充分利用的目的[18-19]。

4.2.4 對重金屬的降解作用Charlton等[20]發(fā)現加納地區(qū)的黑水虻體內重金屬的含量很高，尤其是鎘含量積累多。Cai等[21]利用黑水虻將其參與到城市污泥中的重金屬富集，得出黑水虻對重金屬鎘、鉛、汞等的積累值最高的結論。黑水虻具有較強的富集作用，能夠高效處理城市污泥中的重金屬，并且處理完含重金屬污泥后的黑水虻還可以回收蟲油，具有很高的工業(yè)利用率[21]。目前，有關于黑水虻對重金屬鉛累積效果的代謝機制研究尚不完善，還處在探索階段。不過可以確定的是，黑水虻體內擁有一套完善的代謝機制，將體內的鉛以某種方式代謝到體外，還可能有鉛元素之間的轉化[22]。

4.3 動物飼料方面

在過去幾年，資源短缺導致動物飼料價格上漲，占動物生產成本的60%～70%，導致人類食品和動物飼料之間的競爭。黑水虻是高蛋白質類昆蟲，具有很高的飼料轉化率和生長率，使之成為高質量和潛在盈利的動物飼料[23]。黑水虻生產動物蛋白飼料，是一種高產值、低能耗的廢棄物資源化利用的新型處理模式，越來越受到社會的廣泛關注。

黑水虻幼蟲蟲粉中含有豐富的氨基酸和鈣，適口性很好，可作豬飼料原料。按魚粉的加工工藝對黑水虻進行加工處理以后，黑水虻蛋白的消化率可達70%，并且生產出來的黑水虻蟲粉質量能夠達到規(guī)定標準，甚至遠高于國產的魚粉。有研究表明，黑水虻作為飼料替代豆粕對肉雞的生長狀態(tài)、飼料效率、死亡率以及肉雞的營養(yǎng)價值均有顯著的影響，同時能夠提高肉雞的腿部肌肉質量，降低胸肌的膽固醇含量。蕭鴻發(fā)等[11]將黑水虻的幼蟲作為鯉魚的飼料，結果發(fā)現黑水虻能夠提高鯉魚的非特異性免疫功能、抗氧化能力等。在對動物健康生長沒有影響的條件下，為了提高傳統(tǒng)飼料的替代率，可以采取不同的措施來提高黑水虻蟲粉的營養(yǎng)價值。

黑水虻蟲干是借助烘箱等設備，以高溫加熱的方式對幼蟲進行快速脫水烘干制成的。黑水虻蟲卵經干燥后可以直接用來喂養(yǎng)小鼠、白鼠、倉鼠以及其他動物，是鼠類動物的最佳飼料。此外，干燥脫水的黑水虻蟲干在經過飼料粉碎機粉碎以后，可以直接添加到動物飼料當中，飼喂豬、牛、羊等動物。經過高溫處理的烘干黑水虻具有6個月的保質期，可以在干燥環(huán)境下中貯存很久，包裝簡單便捷，方便運輸和銷售，但烘干黑水虻所需的能耗較高。

黑水虻蟲糜可以供螃蟹等直接食用，也可以加到其他飼料中作為烏龜、魚的輔料。在廣東沿海地區(qū)添加黑水虻幼蟲對蝦進行飼養(yǎng)實驗，得出黑水虻可以增強蝦的活性，提高蝦的采食率，改善蝦的抗病能力。

黑水虻蟲油可以普遍應用于動物養(yǎng)殖的生產和飼料中，還能夠廣泛應用于醫(yī)療保健等領域。黑水虻蟲油中富含中鏈脂肪酸，具有抗菌效果，能夠減少養(yǎng)殖過程中抗生素的使用[24]。

作為動物蛋白飼料，黑水虻具有以下優(yōu)點。首先，黑水虻是雜食性昆蟲，它的腸道提取物具有多種酶，如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等，并且活性很高，可被用于持續(xù)回收動物廢棄物。此外，黑水虻不是害蟲，飼養(yǎng)中沒有特別的注意事項，與其他雙翅目昆蟲如家蠅相比，有害細菌少。將黑水虻作為動物蛋白飼料具有很好的發(fā)展 前景[25]。

當然，黑水虻作為動物蛋白飼料也存在一定的不足之處。雖然黑水虻幼蟲的大部分必需氨基酸水平比較高，甚至高于豆粕，但黑水虻幼蟲蟲粉中缺乏半胱氨酸和蛋氨酸，蛋氨酸恰好是肉雞和豬生長所需的主要限制性氨基酸之一，并且黑水虻幼蟲體內的灰分和粗脂肪含量很高，需要與其他蛋白質成分混合使用。在鳥類、哺乳動物以及爬行動物飼料中添加黑水虻時，含硫氨基酸的總量會受到限制；受甲殼素含量偏高的影響，黑水虻蟲蛹的消化率比較低[26]。

4.4 食品加工方面

黑水虻在食品加工領域的應用還處于起始階段。黑水虻體內含有豐富的脂肪，且不飽和脂肪酸含量較高，磷硫元素含量要比豬、羊、牛等動物高很多。近幾年，研究者對黑水虻食品進行研究與開發(fā)，并在此基礎上不斷地創(chuàng)新與改進。目前主要產品有油炸黑水虻、速凍黑水虻、黑水虻罐頭、黑水虻蛋白粉、黑水虻醬油、黑水虻保健酒等[15]。利用黑水虻蟲蛹脫去的蛹殼生產的殼聚糖無毒、沒有氣味，還可以降解。殼聚糖能夠在食品中廣泛應用，可以用作食品添加劑如脫色劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、防腐劑等，還是人造腸衣、保鮮膜的原料[13]。

5 總結

黑水虻作為一種資源利用率極高的昆蟲，既環(huán)保又廉價，具有很可觀的發(fā)展前景和研發(fā)空間。加強對黑水虻相關產品的研發(fā)力度，不斷創(chuàng)新，突破瓶頸，黑水虻的應用研究領域會更加廣泛。