黑水虻武漢株×Bioforte 株雜交后代生長性能研究

覃成婕，胡 斌，葉燦權(quán)，朱劍鋒，李雪玲，田 鈴，黃志君，胡文鋒

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.生物源生物技術(shù)(深圳)股份有限公司，廣東 深圳 518055；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】黑水虻（Hermetia illucensL.），學(xué)名是亮斑扁角水虻，屬于昆蟲綱雙翅目短角亞目水虻科扁角水虻屬［1］。黑水虻屬于完全變態(tài)昆蟲，在自然界的有機廢物中大量繁殖［2］，是一種全球廣泛分布的資源昆蟲，能夠有效將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和堆肥，可用作生物柴油、動物飼料和生物肥料［3］。黑水虻幼蟲與細菌共轉(zhuǎn)化處理畜禽糞便［4］，具有減少畜禽糞便積累［5-6］、降解霉菌毒素［7］和抑制致病菌［8］的潛力。因此，研究黑水虻及其雜交后代的生長性能有利于促進其育種和處理有機廢棄物進程，值得深入研究。

【前人研究進展】目前國內(nèi)外學(xué)者對黑水虻的研究主要集中于飼養(yǎng)條件優(yōu)化、應(yīng)用推廣及遺傳學(xué)方面［9-12］，而對黑水虻雜交的相關(guān)研究較少。胡新軍等［13］公開了一種耐煙堿黑水虻品系的培育方法，先利用含煙堿溶液配置的飼料于野外誘導(dǎo)黑水虻，獲得初始野生株系；然后通過逐步提高飼料中煙堿水溶液的濃度，并經(jīng)過20～30 世代連續(xù)馴化培育，最終獲得耐煙堿黑水虻品系，對照幼蟲的存活率為14%，而經(jīng)過30 代強化選育的幼蟲存活率為95%。趙博等［14］研究獲得可以高效處理豆渣的黑水虻株系：通過豆渣養(yǎng)殖基質(zhì)對從野外獲得的黑水虻株系進行選育，經(jīng)10 代選育后得到BFL-DZ 株系黑水虻，以武漢株黑水虻為對照，發(fā)現(xiàn)經(jīng)豆渣選育的BFL-DZ 株的生物轉(zhuǎn)化率為11.7%，而未經(jīng)豆渣選育的武漢株的生物轉(zhuǎn)化率僅為9.2%?！颈狙芯壳腥朦c】前人在黑水虻育種和繁殖方面的研究局限于同種黑水虻的培育訓(xùn)化，傳統(tǒng)培育方法的培育周期長，通常要經(jīng)過10 世代以上連續(xù)培育。雜種育種能夠綜合親本的優(yōu)勢，但目前不同株黑水虻的雜交研究較少。黑水虻Bioforte 株生長性能較為穩(wěn)定，目前已應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，但其個體相對較小，種蟲繁殖周期較長；而武漢株的個體較大，且繁殖周期比Bioforte 株短?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗以黑水虻武漢株和Bioforte 株為親本進行雜交，將獲得的雜交1 代連續(xù)橫交3 代，然后比較經(jīng)雜交和橫交的后代與武漢株、Bioforte 株黑水虻的生長性能和發(fā)育特點，以闡明后代與武漢株和Bioforte株的性能差異，并在實際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮雜交后代的雜種優(yōu)勢。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

武漢株黑水虻的蟲卵由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，Bioforte 株黑水虻的蟲卵、麥麩、豆粕、苜蓿草粉由生物源生物技術(shù)（深圳）股份有限公司提供。

黑水虻幼蟲專用配合飼料基礎(chǔ)日糧按照麥麩∶豆粕∶苜蓿草粉=5∶3∶2 的比例配制，其100 g 配合飼料含能量1 526.00 kJ、水分6.24 g、蛋白質(zhì)24.18 g、脂肪2.52 g、碳水化合物60.10 g、灰分6.96 g。將配制好的飼料加水攪拌均勻，使飼料含水70%（W/W）即可用于黑水虻幼蟲養(yǎng)殖。

1.2 試驗方法

試驗于2022 年4 月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)啟林教學(xué)科研基地進行。將武漢株和Bioforte 株于同一天羽化的成蟲分開，按照武漢株♂×Bioforte 株♀、武漢株♀×Bioforte 株♂進行雜交，分別獲得雜交子一代F1和F1′；F1和F1′分別橫交3 代，并選取每代蛹個體較大的黑水虻作為種蟲，以橫交第3 代成蟲產(chǎn)的蟲卵作為試驗株，分別記為F和F′。以F、F′為試驗處理，武漢株和Bioforte 株為對照，初孵幼蟲以麥麩為開口料保育6 d［15］，之后轉(zhuǎn)進幼蟲專用配合飼料中，投放量以150 g（干飼料）/100 頭為宜。每個處理組6 個重復(fù)，每個重復(fù)100 頭黑水虻。養(yǎng)殖過程如下：

幼蟲：將幼蟲養(yǎng)殖盒（19.5 cm×13.4 cm×7.3 cm）置于培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度為28（±1）℃，相對濕度為70（±）5%，無光照。

成蟲：將成蟲籠（30 cm×30 cm×30 cm）置于陽光房內(nèi)，保持每天12 h 的明暗交替，室內(nèi)溫度28（±1）℃，相對濕度70（±5）%，定期補水，直至成蟲交配產(chǎn)卵。

1.3 指標測定與數(shù)據(jù)統(tǒng)計

每天觀察幼蟲的生長情況，每隔3 d 測量幼蟲的體長和體質(zhì)量，飼養(yǎng)至50%的幼蟲預(yù)蛹時停止飼養(yǎng)。收集每個處理其中3 個重復(fù)的幼蟲，105℃下烘至恒重，對各處理余下的3 個重復(fù)繼續(xù)飼養(yǎng)至全部預(yù)蛹待羽化。統(tǒng)計以下試驗指標：

存活率（%）=幼蟲存活數(shù)/幼蟲總數(shù)×100

化蛹率（%）=幼蟲化蛹數(shù)/幼蟲總數(shù)×100

羽化率（%）=蛹的羽化數(shù)量/蛹總數(shù)×100

總增干質(zhì)量（g）=末老熟幼蟲干質(zhì)量-幼蟲初始干質(zhì)量（幼蟲初始干質(zhì)量≈0）

總增鮮質(zhì)量（g）=末老熟幼蟲鮮質(zhì)量-幼蟲初始鮮質(zhì)量

體長生長速率（mm/d）=（本時間幼蟲體長-前階段幼蟲體長）/ 飼喂時間

體質(zhì)量生長速率（g/d）=（本時間幼蟲體質(zhì)量-前階段幼蟲體質(zhì)量）/ 飼喂時間

飼料轉(zhuǎn)化率（%）=老熟幼蟲總增干質(zhì)量/（初始飼料干質(zhì)量-試驗結(jié)束剩余物干質(zhì)量）×100，剩余物包括剩余飼料和蟲沙。

表觀消化率（%）=〔總添加飼料干質(zhì)量-飼料減重干質(zhì)量〕/總添加飼料干質(zhì)量×100

飼料利用率（%）=老熟幼蟲總增干質(zhì)量/總添加飼料干質(zhì)量×100

料重比=添加飼料總干質(zhì)量/老熟幼蟲總增鮮質(zhì)量

孵化率（%）=孵化個數(shù)/總蟲卵個數(shù)×100

試驗結(jié)束后測定幼蟲的水分（GB 5009.3-2016，直接干燥法）、粗蛋白（GB 5009.6-2016，自動凱氏定氮儀法）和粗脂肪（GB 5009.6-2016 索氏抽提法）含量。

采用 WPS 2016 軟件對原始試驗數(shù)據(jù)進行初步處理，采用IBM SPSS Statistics 23 進行統(tǒng)計學(xué)檢驗，其中差異性分析采用單因素方差分析（Oneway ANOVA）中的 Duncan 和LSD 分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑水虻幼蟲體長、體質(zhì)量比較分析

由表1 可知，12、15 日齡時，黑水虻F、F′、武漢株和Bioforte 株幼蟲的體長差異均不顯著；幼蟲在15～18 日齡的培育階段，4 株幼蟲的體長維持不變或稍有下降；在15 日齡時，F(xiàn)幼蟲的體長比另外3 株長，比武漢株長0.28 mm，比Bioforte 株長0.74 mm，說明雜交后F 黑水虻表現(xiàn)出較好的體長優(yōu)勢。從體長生長速率來看，Bioforte 株在6～9 日齡、9～12 日齡與其他3 株有差異，在9～12 日齡時其幼蟲體長生長速率最快。武漢株、F、F′在幼蟲階段的體長生長速率差異均不顯著，并且在6～9 日齡時其幼蟲體長生長速率最快，說明F、F′與武漢株的體長生長速率較為接近。

表1 不同日齡黑水虻幼蟲的體長及其生長速率Table 1 Body length and growth rate of black soldier fly larvae in different days of age

由表2 可知，9 日齡時，Bioforte 株幼蟲的體質(zhì)量僅為23.83 mg，F(xiàn)、F′幼蟲的體質(zhì)量分別是Bioforte 株的3.63、3.40；15 日齡時幼蟲體質(zhì)量達到最大，F(xiàn)、F′幼蟲的體質(zhì)量分別比Bioforte株提高5.45%、11.43%，說明F、F′ 較Bioforte株表現(xiàn)出較好的體質(zhì)量優(yōu)勢。從體質(zhì)量生長速率來看，12～15 日齡時，F(xiàn)、F′幼蟲保持與武漢株和Bioforte 株較為接近的體質(zhì)量生長速率，且均在9～12 日齡時幼蟲生長速率最快。此外，F(xiàn)1、F1′幼蟲在前期生長（6～9 日齡、9～12 日齡）的體質(zhì)量表現(xiàn)出較為均勻的生長速率，而武漢株和Bioforte 株則表現(xiàn)為先慢后快的生長速率。

表2 不同日齡黑水虻幼蟲的體質(zhì)量及其生長速率Table 2 Body mass and growth rate of black soldier fly larvae in different days of age

2.2 黑水虻幼蟲 飼料利用比較分析

由表3 可知，武漢株和Bioforte 株幼蟲的飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率和飼料利用率差異不顯著。F、F′幼蟲的飼料轉(zhuǎn)化率和表觀消化率均比武漢株和Bioforte 株高，F(xiàn) 幼蟲與武漢株相比，飼料轉(zhuǎn)化率提高17.72%、表觀消化率提高2.55%；F′幼蟲的飼料轉(zhuǎn)化率和表觀消化率分別比武漢株提高31.69%、2.07%；F 幼蟲的料重比比武漢株低1.94、比Bioforte 株低0.47，F(xiàn)′幼蟲的料重比比武漢株低2.74、比Bioforte 株低1.27；F 的飼料利用率比武漢株提高20.53%、與Bioforte 株差異不顯著，F(xiàn)′幼蟲的飼料利用率比武漢株提高34.31%、比Bioforte 株提高22.46%。結(jié)果表明，F(xiàn)、F′黑水虻幼蟲比武漢株和Bioforte 株有更好的飼料利用效果。

表3 黑水虻幼蟲飼料利用情況Table 3 Feed utilization of black soldier fly larvae

2.3 黑水虻 存活、化蛹、羽化和產(chǎn)卵性能比較分析

由表4 可知，4 株黑水虻的存活率及羽化率較高，均達90%以上。F、F′的化蛹率比武漢株和Bioforte 株提高約14%。F 的羽化時間、產(chǎn)卵時間比武漢株和Bioforte 株短，與武漢株相比，其羽化時間縮短5 d，產(chǎn)卵時間縮短5 d；與Bioforte株相比，其羽化時間縮短9 d，產(chǎn)卵時間縮短9 d，可見F 相比武漢株和Bioforte 株在繁殖上具有優(yōu)勢；而F′的羽化時間及產(chǎn)卵時間與武漢株差異不顯著。4 株黑水虻的產(chǎn)卵數(shù)、卵塊質(zhì)量及孵化率差異不顯著，說明F、F′的產(chǎn)卵性能及蟲卵孵化率較穩(wěn)定。

表4 黑水虻存活、化蛹、羽化和產(chǎn)卵性能參數(shù)Table 4 Performance parameters of survival,pupation,eclosion and oviposition of black soldier fly

2.4 黑水虻幼蟲總增質(zhì)量和營養(yǎng)物質(zhì)含量比較分析

由表5 可知，F(xiàn) 幼蟲與武漢株總增鮮質(zhì)量差異顯著，總增鮮質(zhì)量比武漢株顯著提高22.76%，與Bioforte 株差異不顯著；F′幼蟲的總增鮮質(zhì)量顯著高于武漢株和Bioforte 株，比武漢株提高35.15%，比Bioforte 株提高15.99%，說明F′幼蟲在生產(chǎn)上比武漢株及Bioforte 株更有優(yōu)勢。F 的蛋白質(zhì)含量略低于其他3 株黑水虻，F(xiàn)′的脂肪含量顯著高于其他3 株黑水虻，與武漢株相比，在蛋白質(zhì)含量差異不顯著的情況下，脂肪含量是武漢株的1.07 倍，說明F′在脂肪生產(chǎn)應(yīng)用上具有優(yōu)勢。

表5 黑水虻幼蟲總增質(zhì)量和營養(yǎng)物質(zhì)含量Table 5 Total weight gain and nutrient contents of black soldier fly larvae

3 討論

本研究雜交獲得的黑水虻F、F′，其飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率、飼料利用率均比武漢株及Bioforte 株高，但比陸麗珠等［16］的相應(yīng)研究數(shù)據(jù)低，推測是本研究飼養(yǎng)黑水虻的飼料為麥麩、豆粕和草粉混合飼料，與其采用的麥麩、玉米粉和草粉混合飼料有所不同，因此可對黑水虻F、F′作進一步試驗，利用不同種類的飼料飼養(yǎng)，并與原試驗株進行對比，以此驗證黑水虻F、F′能高效利用飼料這一優(yōu)良性狀。黑水虻的老熟幼蟲蟲干中含粗蛋白質(zhì)約40%～45%、粗脂肪23%～36%［17］，本研究的黑水虻F、F′均處于此范圍內(nèi)，未出現(xiàn)雜交后蛋白質(zhì)含量低于40%的現(xiàn)象，但F 的蛋白質(zhì)含量僅為43.82%，顯著低于F′、武漢株和Bioforte 株，Liu 等［18］指出黑水虻在14 日齡至預(yù)蛹階段，其幼蟲質(zhì)量逐漸下降。本試驗黑水虻F 的羽化時間比F′、武漢株和Bioforte 株短，推測收集幼蟲樣品時，F(xiàn) 與F′、武漢株和Bioforte 株的生長階段不同，因此F 的蛋白含量較低。

通過對黑水虻進行多代選育，可獲得具有特定性狀的黑水虻新品系。但前人多對同一株系黑水虻進行訓(xùn)化育種［13-14］，而本研究在常規(guī)雜交育種之后進行橫交性狀固定，縮短育種時間的同時對已獲得較優(yōu)的雜合子進行性狀固定，通過對后代的數(shù)據(jù)記錄分析，獲得的黑水虻F、F′綜合了較短生長周期以及較優(yōu)飼料利用情況的優(yōu)勢。目前，業(yè)界尚未建立黑水虻種質(zhì)資源庫的經(jīng)驗，但可以借鑒果蠅、蜜蜂、家蠶等已有多年遺傳育種經(jīng)驗的經(jīng)濟昆蟲。呂銀等［19］采用雜交、混交、回交等方法，保護柞蠶遺傳資源庫，并選育出經(jīng)濟性狀優(yōu)良的新品種。楊忠生等［20］通過雜交和定向選擇育種方法得到齡期短、強健，并且繭絲纖度細的三眠蠶品種。石巍等［21］用4 個株系的蜜蜂，先配制了3 個單交組合作為母本，之后與其中3 個純種株系進行雜交，得到高產(chǎn)型蜂蜜的雜交種國蜂 213 和高產(chǎn)型王漿的雜交種國蜂414。后續(xù)我們可以借鑒蜜蜂和家蠶的育種方法對黑水虻的雜交育種進行改良，在原種品系培育的基礎(chǔ)上開展三品種雜交和四品種雜交，以利于多種雜種優(yōu)勢的顯現(xiàn)；選擇品質(zhì)較好的雜種進行多代橫交，不局限于本試驗中的同一代數(shù)之間的橫交，可考慮不同代數(shù)，如第1 代與第3 代、第4 代，第2 代與第4 代、第5 代之間的橫交等。橫交固定優(yōu)良性狀后進行種群擴繁，得到較多的種質(zhì)資源進行中間試驗，同時利用分子生物學(xué)手段對具有獨特性狀的黑水虻品種進行分析，研究控制該性狀的遺傳信息，闡明其決定性狀形成的分子機理，重點鑒定與生長速度、產(chǎn)卵率、卵品質(zhì)相關(guān)的重要功能基因，對候選基因進行功能研究和調(diào)控分析，以適應(yīng)我國不同地域和變化的市場對多元化產(chǎn)品的需求。

4 結(jié)論

本研究以黑水虻武漢株和Bioforte 株為試驗種蟲，經(jīng)過雜交育種和橫交固定后分別獲得具有高飼料利用率、高存活率、高化蛹率、高羽化率，以及生長速率較為均勻、產(chǎn)卵性能較為穩(wěn)定的F、F′，其中F 具有優(yōu)于武漢株與Bioforte 株生長周期的優(yōu)良性狀。通過比較4 株系的各項生長性能，結(jié)果表明，F(xiàn) 的表觀消化率和飼料利用率分別為59.53%、4.11%，顯著高于試驗種蟲武漢株，F(xiàn)′的飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率和飼料利用率分別為7.73%、59.25%、4.58%，顯著高于試驗種蟲武漢株與Bioforte 株，這有利于提高幼蟲的養(yǎng)殖效率，降低規(guī)模養(yǎng)殖成本。黑水虻F、F′具有較為均勻的生長速率，可考慮通過改善飼料配方和投料方式以發(fā)揮雜交后代的生長優(yōu)勢。此外，F(xiàn)、F′的孵化率能較好地保持在武漢株和Bioforte 株的水平上，均介于82.67%～84.68%之間。F 在生長周期上也具有極大優(yōu)勢，羽化時間為30.3 d，產(chǎn)卵時間為36.7 d，均比武漢株和Bioforte 株短，F(xiàn)、F′的這些優(yōu)良性狀有利于提高生產(chǎn)效率。