黃粉蟲對(duì)不同比例聚苯乙烯的取食效率研究

陳 耀，陳冬梅，邱樞林，周材權(quán)

(西華師范大學(xué)生態(tài)研究院，西南野生動(dòng)植物資源保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川南充 637002)

塑料廢物處理是環(huán)保界的一個(gè)世界難題。目前絕大多數(shù)塑料廢物采用填埋、焚燒及化學(xué)處理，這幾種處理方式存在著污染土壤和水、產(chǎn)生有毒氣體、成本高并產(chǎn)生二次污染等問題，導(dǎo)致新的污染生成(夏炎等，2018；周晶和周謙，2019)。為了更好地處理廢舊塑料，學(xué)者們紛紛轉(zhuǎn)向使用生物處理來消除塑料白色污染。目前關(guān)于塑料的生物處理主要集中在3個(gè)方面。分別是分離特殊菌降解(Gilanetal., 2004; Yangetal., 2015a；孔芳等, 2018)、采取相關(guān)酶處理(Yoshidaetal., 2016)以及使用昆蟲取食進(jìn)行降解(沈葉紅，2011；Yangetal., 2014；Yangetal., 2015b)。

黃粉蟲Tenebriomolitor是一種具有降解塑料能力的昆蟲，在過程中其更偏向于取食聚苯乙烯塑料(周爾康和單玉昕，2019)。目前，學(xué)者們通過黃粉蟲的生長發(fā)育、腸道微生物及細(xì)菌的分離培養(yǎng)等方面的研究,鑒定出了能降解聚苯乙烯的腸道微生物群落和菌株。黃粉蟲能將聚苯乙烯轉(zhuǎn)化為自身的生物量，且蟲體沒有生理毒性(沈葉紅，2011；Yangetal., 2015a；Yangetal., 2015b；陳冠舟等，2017；孔芳等，2018)。結(jié)合黃粉蟲規(guī)?；曫B(yǎng)技術(shù)成熟，耐粗飼，蛋白含量高，具有極高的飼用、食用、醫(yī)用價(jià)值等特點(diǎn)(余有成等，1997；劉懷如等，1999；杜開書，2003；劉懷如等，2003；葉榕村，2008；李寧等，2017)。因此利用黃粉蟲處理白色污染具有天然優(yōu)勢性，既能發(fā)揮黃粉蟲自身價(jià)值又能降解白色垃圾。但是，僅食用聚苯乙烯不利于黃粉蟲的生長發(fā)育，不能達(dá)到雙贏目的。為此，可將聚苯乙烯和常規(guī)飼料按一定比例混合來飼喂黃粉蟲。當(dāng)前研究主要集中在使用聚苯乙烯和發(fā)酵牛糞、玉米秸稈、紅薯秸稈等混合飼喂黃粉蟲(吉志新等，2011；曾祥偉，2012；呂樹臣等，2013；徐世才等，2013a；王春清等，2013；李小龍等，2018)，對(duì)麩皮和聚苯乙烯泡沫塑料配比研究的文獻(xiàn)較少，僅有徐世才等(2013b)對(duì)黃粉蟲在不同麩皮比例下的泡沫降解率進(jìn)行了初步探索。為進(jìn)一步研究黃粉蟲飼料中麩皮和聚苯乙烯的最適配比，為規(guī)?；B(yǎng)殖黃粉蟲降解塑料提供更多的數(shù)據(jù)支撐，使其既能保證黃粉蟲的生長發(fā)育，又盡可能降解更多的聚苯乙烯。本試驗(yàn)設(shè)置11個(gè)聚苯乙烯與麩皮比例梯度，通過綜合測定黃粉蟲的增重、取食量、飼料的消化率、利用率、死亡率、干物質(zhì)等指標(biāo)，綜合分析一定比例聚苯乙烯和麩皮對(duì)黃粉蟲生長發(fā)育的影響，篩選出聚苯乙烯與麩皮的最優(yōu)配比，以期達(dá)到黃粉蟲生產(chǎn)、塑料降解雙贏目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃粉蟲幼蟲購買自南充市黃粉蟲養(yǎng)殖場;麩皮購買自南充市糧油市場；聚苯乙烯塑料(Polystyrene plastic)粉購買自東莞市樟木頭思科塑膠原料經(jīng)營部公司；電子天平(萬分之一)、溫度計(jì)、濕度計(jì)、烘箱、篩子(45目)。

1.2 試驗(yàn)分組及飼料配比

試驗(yàn)共分11個(gè)組，分別為聚苯乙烯組(PS)和對(duì)照組(CK)每個(gè)組3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100頭黃粉蟲。聚苯乙烯與麩皮具體比例分組分別為PS1(1 ∶9)，PS2(2 ∶8)，PS3(3 ∶7)，PS4(4 ∶

6)，PS5(5 ∶5)，PS6(6 ∶4)，PS7(7 ∶3)，PS8(8 ∶2)，PS9(9 ∶1)，PS10(10 ∶0)，CK(0 ∶10)。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)在溫度25±4℃，相對(duì)濕度65%～75%，蟲齡相近、大小一致的蟲子進(jìn)行分組試驗(yàn)。黃粉蟲100頭初始重的范圍為4.2573～4.5291 g，經(jīng)方差分析差異不顯著(P>0.05)；飼喂初始料重為黃粉蟲初始重的1.2倍左右，后根據(jù)黃粉蟲的食用情況適當(dāng)調(diào)整，保證足夠采食。

試驗(yàn)期間每7 d測量黃粉蟲重、余料、糞重并做好記錄，每次稱重后添加少量等量青菜補(bǔ)充水分。飼養(yǎng)過程中，每2～3 d撿出死亡的蟲子并計(jì)數(shù)，然后用與處理相同飼料喂養(yǎng)的生長狀態(tài)一致的蟲體補(bǔ)齊。進(jìn)入蛹(成蟲)期，每1～3 d檢測化蛹(成蟲)數(shù)并記錄，并將蛹放入鋪有常規(guī)飼料的盒中。由于化蛹時(shí)間不一致，每7 d收集的蛹放一起用常規(guī)飼料飼養(yǎng)，蛹羽化后將成蟲撿出計(jì)數(shù)單獨(dú)飼養(yǎng)。在幼蟲生長、化蛹、羽化高峰期選擇樣本進(jìn)行干物質(zhì)測定。

1.4 測定指標(biāo)

消化率=(取食量-蟲糞量)/取食量；利用率=(末重-初始重)/取食量；日平均死亡率=該時(shí)期死亡蟲數(shù)/(300頭×7 d)；死亡率=已死亡總數(shù)/(300+補(bǔ)充蟲體數(shù))；化蛹率=已化蛹總數(shù)/(300+補(bǔ)充蟲體數(shù))；羽化率=已羽化總數(shù)/(300+補(bǔ)充蟲體數(shù))。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析及作圖，圖表中數(shù)據(jù)為各處理的平均數(shù)；采用SPSS中的LSD、SNK檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性(P<0.05)及極顯著性(P<0.01)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同飼料配比下黃粉蟲幼蟲的體重變化

根據(jù)不同處理階段黃粉蟲體重的測量情況，得出黃粉蟲取食不同配比飼料后體重情況折線圖(圖1)。結(jié)果表明，黃粉蟲幼蟲初始體重差異不顯著(P>0.05)，在不同配比飼料處理下，在前42 d都有不同程度的增重。處理第7天，CK組的增重速度在各個(gè)階段明顯高于其它組，PS1、PS2、PS3組緊隨其后。從第14天起，以PS5處理組為分界線，PS1～PS4組和CK組增重明顯高于其它幾組。處理第42天各組重量差異明顯(表1)，PS10組每100頭黃粉蟲的平均體重(7.2245 g)僅為CK組(15.1734 g)的1/2，PS2、PS3、PS4組之間差異不顯著。此后黃粉蟲開始進(jìn)入大量化蛹期，導(dǎo)致第49天和第56天時(shí)各組平均重量出現(xiàn)波動(dòng)。但第56天時(shí)，CK、PS1、PS2、PS3、PS4、PS5組重量仍然比PS6、PS7、PS8、PS9、PS10組高。這表明聚苯乙烯與麩皮的比例各占50%時(shí)是影響黃粉蟲生長的一個(gè)分界點(diǎn)。

圖1 不同比例聚苯乙烯飼喂下黃粉蟲(100頭)初始重至56 d的重量變化Fig.1 Weight of Tenebrio molitor (100 larvae)feed with different ratio of polystyrene from the initial to 56 days

表1 各處理組第42天、49天、56天黃粉蟲的平均重量(100頭)比較

2.2 不同飼料配比對(duì)黃粉蟲取食量、取食聚苯乙烯量、消化率、利用率以及蟲糞量的影響

以7 d為一階段，前56 d各處理組的平均取食量如圖2所示。各個(gè)處理組在不同處理期基本呈層次梯度。在大部分組中，第7天至14天的取食量有極少量下降，這可能與黃粉蟲的適應(yīng)有關(guān)。除PS10組外，第14天至21天的取食量快速上升，第21天后趨于平穩(wěn)。第35天后PS8、PS9組取食量急劇下降，然后在處理第42天后趨于平穩(wěn)，PS10組的取食量一直處于較低水平。飼喂42 d后，各處理組黃粉蟲的取食總量、取食聚苯乙烯總量、消化率、消化利用率以及蟲糞量如表2所示。顯著性分析表明，飼喂42 d時(shí)，黃粉蟲(100頭)的總?cè)∈沉砍齈S7、PS8組外，其它各組間差異顯著(P<0.05)，麩皮含量越高，取食量越多，CK組最多，達(dá)到35.3325 g，PS10最低，

圖2 各時(shí)間段黃粉蟲(100頭)的取食總量Fig.2 Total feed intake of Tenebrio molitor (100 larvae)during each period

表2 各處理組黃粉蟲42 d的取食總量、取食聚苯乙烯總量、消化率、利用率以及蟲糞量

為1.2994 g。PS6組消耗聚苯乙烯最多，達(dá)到9.6132 g，而PS10組取食聚苯乙烯量最少。除PS5、PS6組以及PS3、PS8組外，其它組均有顯著差異(P<0.05)。表明飼料中一定量的麩皮有助于黃粉蟲取食聚苯乙烯，過高的聚苯乙烯含量反而有不利影響。PS8組的消化率最高(47.4940%)，PS10組最低(9.3200%)。除PS7、PS8、PS10組外，其余各組差距不明顯，均在35%左右。與其他組相比PS10組的利用率出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，可能是由于PS10組飼喂單一的聚苯乙烯，稱重后補(bǔ)充的青菜致其利用率高。各處理組42 d黃粉蟲的蟲糞總量層次梯度明顯，經(jīng)顯著性分析，各組間差異顯著(P<0.05)。結(jié)合取食總量，麩皮含量越多，取食量多，產(chǎn)糞量多。

2.3 不同飼料配比下黃粉蟲的死亡率

不同飼料配比下黃粉蟲的死亡率由圖3所示，在處理前7 d各組日平均死亡率較高，死亡率在第14天后急劇下降，處理第35天后趨于平穩(wěn)，趨近于零。表明前期由于飼料的適應(yīng)性對(duì)黃粉蟲的影響比較大，第14天后黃粉蟲對(duì)含聚苯乙烯的飼料表現(xiàn)出了較好的適應(yīng)性。處理42 d時(shí)，各組死亡率在20%左右，且各組間均無顯著性差異(表3)，表明聚苯乙烯的含量對(duì)黃粉蟲的死亡率不具有顯著性影響。

圖3 不同比例聚苯乙烯飼喂下黃粉蟲日平均死亡率Fig.3 Average daily mortality of Tenebrio molitor feed with different ratio of polystyrene

表3 處理42 d黃粉蟲的總死亡率

2.4 不同飼料配比對(duì)黃粉蟲的化蛹率、羽化率和產(chǎn)卵量的影響

不同飼料配比下各處理組黃粉蟲日平均化蛹率如圖4所示，麩皮含量高的組化蛹情況較好。CK組和PS1、PS2、PS3、PS4組在處理第42天快速化蛹，在處理第49天達(dá)到高峰后，此后緩慢下降。在整個(gè)時(shí)間段中，PS9、PS10組的化蛹率一直都很低。不同飼料配比下各處理組黃粉蟲49 d和56 d化蛹率如表4所示，49 d時(shí)，CK組與PS1組無顯著性差異(P>0.05)，PS2、PS3、PS4組無顯著性差異(P>0.05)，PS9、PS10組的化蛹率低于1%。56 d時(shí)，CK與PS1無顯著差異(P>0.05)，PS1與PS2組無顯著差異(P>0.05)，PS3、PS4P組無顯著差異(P>0.05)，PS5、PS6、PS7組無顯著差異(P>0.05)，PS8、PS9、PS10組無顯著差異(P>0.05)。但PS9、PS10組的化蛹率仍然很低，不到1%。

圖4 黃粉蟲日平均化蛹率Fig.4 Daily average pupation rate of Tenebrio molitor

CK組在處理約100 d后化蛹結(jié)束，PS1、PS2、PS3、PS4、PS5約在115～130 d左右結(jié)束化蛹。各處理組黃粉蟲180 d化蛹率及羽化率如表5所示，除PS10組外，總化蛹率在45%～75%之間。總的來說，CK、PS1、PS2、PS3、PS4組的羽化率差異不大，在60%左右，而PS9組和PS10組的羽化率極低。PS1組的化蛹率及羽化率略低于PS2組，分析原因是部分弱小的蟲子沒能正?；蓟螂m化蛹但蛹比較弱，從而導(dǎo)致羽化率也隨之變低。CK與PS1、PS2、PS3、PS4各個(gè)組間的產(chǎn)卵量無明顯差異(表5)，PS5、PS6、PS7、PS8、PS9組的產(chǎn)卵量較低，PS10組幾乎不產(chǎn)卵?？偟膩砜?，黃粉蟲的化蛹率、羽化率以及產(chǎn)卵量隨著聚苯乙烯含量含增高而降低。

表5 各處理組180 d化蛹率、羽化率和產(chǎn)卵量

2.5 不同飼料配比對(duì)黃粉蟲幼蟲、蛹以及成蟲干物質(zhì)含量的影響

為測定不同比例聚苯乙烯對(duì)黃粉蟲幼蟲、蛹以及成蟲干物質(zhì)的含量的影響，分別選擇了在幼蟲生長高峰期(35 d、56 d)，化蛹高峰期(63 d、70 d)以及羽化高峰期(63 d、70 d)的樣本進(jìn)行了干物質(zhì)含量測定。由于添加聚苯乙烯超過50%的組生長不理想，部分組無法取得足夠數(shù)量樣本，故蛹及成蟲干物質(zhì)含量測定僅選擇了生長較好的幾組。經(jīng)顯著性分析表明(表6)，幼蟲干物質(zhì)含量隨著飼料中聚苯乙烯含量的增加而減少，但測定各組蛹和成蟲干物質(zhì)含量均無顯著性差異(P>0.05)。

表6 各處理組黃粉蟲幼蟲、蛹和成蟲的干物質(zhì)含量(%)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過研究不同配比聚苯乙烯與麩皮對(duì)黃粉蟲蟲重增長量、取食量、蟲糞量、化蛹率、羽化率、消化率、轉(zhuǎn)化率、干物質(zhì)(幼蟲、蛹、成蟲)等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：黃粉蟲生長性能隨著飼料中聚苯乙烯含量的升高而降低。黃粉蟲大量化蛹時(shí)，PS3組黃粉蟲的生長量與CK、PS1、PS2、PS4組相接近，但高于PS4；PS3組進(jìn)入大量化蛹期比CK、PS1、PS2組化蛹時(shí)間要晚7 d左右，有利于幼蟲吃更多的聚苯乙烯。在處理42 d時(shí)，黃粉蟲取食聚苯乙烯的量PS6組最多，PS5次之，但這兩組生長量不太理想，PS4組比PS3組高16.35%，比PS2組高56.59%，PS3組比PS2組高34.59%，比PS1組高142.81%；PS3組與PS4組的消化率、利用率、死亡率、產(chǎn)卵量差異不顯著，PS3組在化蛹率、羽化率、干物質(zhì)等方面優(yōu)于PS4。綜上所述，PS3(3 ∶7)組的配比最佳，既能保證黃粉蟲的正常生長發(fā)育確保其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又能降解較多的聚苯乙烯，可為規(guī)?；B(yǎng)殖黃粉蟲來降解聚苯乙烯提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

本研究的最適飼料配比聚苯乙烯含量為30%，在不影響黃粉蟲生長發(fā)育的情況下，降解的聚苯乙烯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道(徐世才等，2013b)。本研究與文獻(xiàn)報(bào)道研究一致結(jié)論：適量添加聚苯乙烯泡沫塑料飼喂黃粉蟲，既能保證黃粉蟲的生長發(fā)育又能降解聚苯乙烯解決污染問題是具有可行性的，可為規(guī)?；曫B(yǎng)黃粉蟲降解聚苯乙烯提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

據(jù)報(bào)道，溫度、濕度、光照養(yǎng)殖密度、環(huán)境等對(duì)黃粉蟲的生長發(fā)育有影響(劉光華等，2001；肖銀波，2003；高莉紅等，2006；吳書俠等，2009；杜高忠，2010)。本研究優(yōu)勢較明顯，分析其主要原因可能與地域和用的材料有一些關(guān)系。本研究所用聚苯乙烯為分析純，地域?yàn)槟戏剑焓啦诺热说难芯恐兴貌牧蠟榕菽?、地域?yàn)楸狈健Ｒ虼送坏赜蛟邳S粉蟲飼料中分別添加不同比例比例聚苯乙烯泡沫塑料與分析純聚苯乙烯試驗(yàn)對(duì)比研究；不同地域黃粉蟲飼料中分別添加不同比例聚苯乙烯泡沫塑料與分析純聚苯乙烯試驗(yàn)對(duì)比研究，有待更進(jìn)一步探討解決。另外，由于黃粉蟲在飼喂的前14 d死亡率比較高，在投喂新配方料的時(shí)候應(yīng)逐步加料，減少適應(yīng)期的死亡率。