黑水虻成蟲繁殖力影響因素概述

◆作者：鄺文校 李俊俊 楊革玲 關(guān)則賢 王鳳英

◆單位：1.深圳安芮潔環(huán)保科技有限公司；2.廣州安芮潔環(huán)保快科技有限公司；3.汕頭安芮潔環(huán)?？萍加邢薰?/p>

黑水虻（Hermetis illucens L.），隸屬雙翅目水虻科扁角水虻屬，學(xué)名亮斑扁角水虻。黑水虻發(fā)育方式為完全變態(tài)發(fā)育，歷經(jīng)卵、幼蟲、蛹、成蟲四個(gè)蟲態(tài)，幼蟲6 個(gè)齡次，6 齡蟲又稱預(yù)蛹。在適宜的環(huán)境條件下，黑水虻完成一個(gè)生命世代只需28 天。

黑水虻是一種重要的環(huán)境和資源昆蟲，可以高效轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物為優(yōu)質(zhì)昆蟲產(chǎn)品（安新城等，2010）。黑水虻幼蟲營(yíng)腐食性，幼蟲體內(nèi)的酚氧化酶、溶菌酶、抗菌肽和腸道內(nèi)共生微生物組成強(qiáng)大的免疫系統(tǒng)，使得其能夠取食富含微生物、有害因子等的有機(jī)廢棄物（Zdybicka-Barabas et al.,2017）。幼蟲在三齡期開始大量進(jìn)食，體重增重趨勢(shì)類似邏輯斯蒂曲線，對(duì)花生麩的轉(zhuǎn)化率達(dá)28.88%（徐齊云等，2014）；幼蟲抗逆性強(qiáng)，具有良好的環(huán)境耐受性（Holmes et al., 2012），所以黑水虻幼蟲的飼養(yǎng)難度較低。一般認(rèn)為阻礙規(guī)?；B(yǎng)殖黑水虻幼蟲處理有機(jī)廢棄物或喂養(yǎng)動(dòng)物的主要原因是對(duì)黑水虻成蟲生物學(xué)知識(shí)了解的不足（Cickova et al.,2015）。盡管黑水虻單雌產(chǎn)卵量較高，但黑水虻成蟲交配率低、受精卵比例低，這使得成蟲繁育技術(shù)成為黑水虻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待攻破的關(guān)鍵點(diǎn)（劉馨檜，2018）。黑水虻蟲卵生產(chǎn)技術(shù)也被認(rèn)為是黑水虻養(yǎng)殖行業(yè)的瓶頸技術(shù)（Pastor et al. , 2015；安新城等，2016）。因此，開展有關(guān)黑水虻成蟲的基礎(chǔ)研究特別是針對(duì)成蟲繁殖力的相關(guān)研究，對(duì)其資源化應(yīng)用具有重要意義，可以提高黑水虻的生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。本文對(duì)黑水虻繁殖力影響因素進(jìn)行了綜述，并對(duì)黑水虻繁殖力研究中存在的問題進(jìn)行了討論。

1 影響黑水虻繁殖力的因素

黑水虻成蟲繁殖力研究工作從在自然環(huán)境中對(duì)黑水虻進(jìn)行生物學(xué)觀察（Booth 等,1984）逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯し庇谒党上x方法的開發(fā)和優(yōu)化（Park 等,2010）。在此過程中主要探索了非生物因素和生物因素對(duì)黑水虻繁殖力的影響。

1.1 非生物因素

1.1.1 溫度

黑水虻是熱帶地區(qū)和亞熱帶地區(qū)的常見物種，在27～30 ℃的環(huán)境中，幼蟲發(fā)育至成蟲的存活率高（Sheppard 等, 1994）。Tomberlin 等（2009）針對(duì)溫度對(duì)黑水虻發(fā)育的影響開展研究，發(fā)現(xiàn)超過36℃后，隨著養(yǎng)殖溫度的升高，成蟲規(guī)格變小且壽命縮短。他們還比較了27 ℃、30 ℃和36 ℃梯度下黑水虻的預(yù)蛹重，結(jié)果顯示36 ℃時(shí)預(yù)蛹重僅為27 ℃時(shí)的57%。姬越等（2017）認(rèn)為黑水虻卵最適宜的孵化溫度為32℃，幼蟲、蛹、成蟲階段最適宜的溫度均為28℃，幼蟲在24 ℃溫度下飼養(yǎng)會(huì)降低存活率。

Tomberlin 等（2002）發(fā)現(xiàn)溫度和濕度與產(chǎn)卵情況顯著相關(guān)，26℃以下成蟲不產(chǎn)卵，超過28℃時(shí)成蟲才能頻繁發(fā)生交配和產(chǎn)卵行為。雷明港等（2020）研究顯示2 種濕度下（35%和75%）下，27℃、30℃、33 ℃的溫度的成蟲平均產(chǎn)卵量較24 ℃均極顯著提高，以27℃和30℃時(shí)產(chǎn)卵量最多。

1.1.2 濕度

飼料含水量、羽化基質(zhì)含水量、空氣相對(duì)濕度都會(huì)影響黑水虻的發(fā)育進(jìn)而影響成蟲繁殖力。

喻國(guó)輝等（2014）研究發(fā)現(xiàn)含水量低于70%的飼料會(huì)影響黑水虻幼蟲的發(fā)育，延長(zhǎng)發(fā)育期，黑水虻幼蟲30%含水量飼料中無法發(fā)育至預(yù)蛹，在50%含水量飼料中，成蟲體型明顯變小。何國(guó)寶（2012）發(fā)現(xiàn)80%、75%含水量的食物處理下，黑水虻幼蟲重、預(yù)蛹重及預(yù)蛹收獲量均顯著高于60%、65%和70%含水量處理，且幼蟲發(fā)育到預(yù)蛹所需的時(shí)間以及成蟲羽化持續(xù)的時(shí)間顯著長(zhǎng)于65%和70%含水量處理。Cammack 等（2017）的結(jié)果支持上述喻國(guó)輝等的研究，黑水虻取食含水量為70%的飼料的化蛹率和羽化率顯著高于取食含水量為55%的飼料。

羽化基質(zhì)含水量對(duì)蛹的羽化率影響大。Holmes 等（2013）比較了五種羽化基質(zhì)：刨花、盆栽土壤、表土、沙子以及空白對(duì)照。發(fā)現(xiàn)在刨花、盆栽土壤中預(yù)蛹發(fā)育至蛹的周期最短，羽化率最高，而空白對(duì)照預(yù)蛹發(fā)育至蛹周期最長(zhǎng)，蛹發(fā)育至成蟲的周期最短，羽化率最低。其推測(cè)在適宜羽化基質(zhì)中化蛹是黑水虻幼蟲的一項(xiàng)行為策略，羽化基質(zhì)的存在能使黑水虻蛹免受掠食者和干燥的侵害，而羽化基質(zhì)的水分含量和壓實(shí)度共同影響蛹羽化和成蟲壽命。Lin Yushin（2016）使用有機(jī)肥、覆蓋物、蛭石作為羽化基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)三種基質(zhì)中的黑水虻蛹均能正常羽化，無顯著差異。然而基質(zhì)含水量對(duì)成蟲羽化率具有顯著影響，中等和高水分水平處理的羽化率顯著高于低水分處理，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，高水分處理中，約有10%羽化出的成蟲翅畸形。因此，其認(rèn)為羽化基質(zhì)的最適宜含水量為50%～55%。

Tomberlin 等（2009）認(rèn)為濕度與產(chǎn)卵量呈正相關(guān)，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到60%以上時(shí)，黑水虻產(chǎn)卵行為達(dá)到80%，黑水虻成蟲階段最佳的環(huán)境相對(duì)濕度為70%～75%。雷明港等（2020）的結(jié)果支持Tomberlin 等的結(jié)論，在27℃和30 ℃下，人工加濕（75%）時(shí)的成蟲平均產(chǎn)卵量比自然濕度（35%）分別增加了9.14%和6.13%。

1.1.3 光照

Tomberlin 等（2002）的研究表明，日光強(qiáng)度是決定黑水虻成蟲交配的主要因素之一，其使用人工光源如430 W 和40 W 的照明系統(tǒng)作為成蟲光源刺激成蟲交配產(chǎn)卵時(shí)，未觀察到交配現(xiàn)象。Park 等（2010）在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下（溫度27℃，相對(duì)濕度60%），發(fā)現(xiàn)季節(jié)對(duì)黑水虻的化蛹率和羽化率無顯著影響，但對(duì)成蟲交配率具有影響，認(rèn)為可能是由于季節(jié)的變化改變了日照強(qiáng)度。Zhang 等（2010）使用碘鎢燈、稀土燈、陽(yáng)光三種光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碘鎢燈作為光源的處理的成蟲交配率為陽(yáng)光作為光源處理的成蟲交配率的61%，兩種處理收獲的卵的孵化率無顯著差異，而使用稀土燈作為光源時(shí)，未觀察到交配現(xiàn)象。Nakamura等（2016） 在實(shí)驗(yàn)室的小籠子（27×27×27 cm）中飼養(yǎng)100 頭成蟲，每天提供發(fā)光二極管（LED）照明或提供2 h 陽(yáng)光。發(fā)現(xiàn)這兩種光照處理下，均能收獲到受精卵，但是LED 燈處理下，只有11.2%的卵塊受精，而在陽(yáng)光下受精卵塊占比為39.5%，雖然陽(yáng)光提高了蟲卵的受精率，但兩種處理下的總產(chǎn)卵量和產(chǎn)卵期均無顯著差異，所以其認(rèn)為450 至700 nm 之間的波長(zhǎng)影響黑水虻成蟲的交配行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持zhang 等（2010）的結(jié)論。劉馨檜（2018）使用六種光源（波長(zhǎng)分別為375 、420 、465 、505、600 、645 nm）作為處理，除波長(zhǎng)為645 nm 光源外其他處理的雌蟲產(chǎn)卵率都超過60%，不同光源間無顯著差異，但所有處理中蟲卵最高孵化率僅11%，隨后其研發(fā)了一種新光源，在室內(nèi)僅提供該光源時(shí)，雌蟲產(chǎn)卵率可達(dá)80% ， 卵 孵 化 率 最 高 可 達(dá)96.31%。Bertrand 等（2019）的研究表明， 在光照強(qiáng)度為40μmolm-2s-1的人工繁殖系統(tǒng)中，6 h 的光照時(shí)長(zhǎng)是黑水虻繁殖的最低需求，光照時(shí)長(zhǎng)為2 h的處理，蟲卵產(chǎn)量和成蟲繁殖力顯著降低。Bertrand 等因此認(rèn)為隨著光照時(shí)長(zhǎng)的增加，黑水虻的產(chǎn)卵高峰期和產(chǎn)卵期縮短，蟲卵產(chǎn)量與光照時(shí)長(zhǎng)呈對(duì)數(shù)相關(guān)，光照時(shí)長(zhǎng)對(duì)蟲卵孵化率無顯著影響。Macavei 等（2020）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光源對(duì)黑水虻繁殖力具有影響，白色LED 燈的處理成蟲產(chǎn)卵量最少，隨后為熒光燈，混合LED燈產(chǎn)卵量最高，三種光源下卵孵化率為43%～56%，無顯著差異。

1.1.4 營(yíng)養(yǎng)成分

飼料類型會(huì)影響黑水虻幼蟲的存活率，進(jìn)而影響化蛹率、羽化率以及種群的繁殖力。Nguyen 等（2013）用雞飼料、豬肝、豬糞、餐廚、果蔬、魚內(nèi)臟飼養(yǎng)黑水虻，發(fā)現(xiàn)豬肝、餐廚、魚內(nèi)臟三個(gè)處理的預(yù)蛹率相對(duì)低。Oonincx 等（2015）設(shè)計(jì)了高蛋白高脂肪、高蛋白低脂肪、低蛋白高脂肪、低蛋白低脂肪以及人工飼料五種飼喂黑水虻，高蛋白高脂肪的飼料處理黑水虻的預(yù)蛹率最高，其他四個(gè)處理無顯著差異。Cammack 等（2017）使用碳氮比不同的飼料飼養(yǎng)黑水虻，發(fā)現(xiàn)21%蛋白質(zhì)∶21%碳水化合物的處理的化蛹率最高。黑水虻生長(zhǎng)環(huán)境中氮源類型、脂肪含量、氮的存在形式等均會(huì)直接影響幼蟲死亡率，預(yù)蛹率依次動(dòng)物蛋白＞植物蛋白＞有機(jī)小分子氮源（郭孝結(jié)，2016）。

Tomberlin 等（2002b）的研究發(fā)現(xiàn)黑水虻成蟲依靠體內(nèi)儲(chǔ)存的脂肪維持生命。早期研究指出，黑水虻成蟲無需進(jìn)食（Roper等,1996;），也有研究顯示為成蟲提供飲食可以延長(zhǎng)成蟲壽命。Tomberlin 等（2002b）發(fā)現(xiàn)為黑水虻成蟲提供清水可以延長(zhǎng)成蟲的壽命約1～2 天。Nakamura 等（2016）發(fā)現(xiàn)相比提供清水，糖水使得雄成蟲壽命增加3 倍，雌成蟲壽命增加2 倍。Gobbi 等（2013）發(fā)現(xiàn)提供蛋白質(zhì)源溶液、水、蔗糖溶液的處理下的成蟲壽命相似但較饑餓處理顯著延長(zhǎng)，但不同營(yíng)養(yǎng)源下雌成蟲的卵巢發(fā)育沒有差異，成蟲期提供飲食只對(duì)成蟲的壽命有影響。Lupi 等（2019）研究認(rèn)為為成蟲提供食物可以延長(zhǎng)成蟲壽命，但是提供食物對(duì)蟲卵性腺的成熟無影響，各處理成蟲的卵巢大小相似，黑水虻幼蟲發(fā)育過程中儲(chǔ)備的蛋白可以滿足成蟲對(duì)蛋白質(zhì)需求。其研究還發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲攝取的食物決定了成蟲存活率、成蟲生理發(fā)育及形態(tài)發(fā)育，翅較大的雌成蟲的身體也較大同時(shí)具有更高的繁殖力，相應(yīng)的其卵巢和基底卵母細(xì)胞也最大。Bertinetti等（2019）以清水、糖水、細(xì)菌蛋白胨、牛奶、瓊脂糖作為成蟲飲食處理比較成蟲期營(yíng)養(yǎng)對(duì)成蟲繁殖力的影響，發(fā)現(xiàn)成蟲期營(yíng)養(yǎng)對(duì)雄成蟲壽命沒有顯著差異。值得注意的是，此實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)飲食牛奶的處理總產(chǎn)卵量較饑餓對(duì)照組高3 倍，雌成蟲比饑餓對(duì)照組的壽命延長(zhǎng)了5 天，與標(biāo)準(zhǔn)清水處理相比，牛奶處理的產(chǎn)卵期延長(zhǎng)10 天，然而各處理單個(gè)卵塊的卵粒數(shù)和卵粒重沒有顯著差異，每個(gè)卵塊的卵粒數(shù)量均為412～478 個(gè)。各處理的蟲卵的孵化率均在70%～85%，無顯著差異。故其推測(cè)影響幼蟲階段的因素則可能影響產(chǎn)卵前期和第一次產(chǎn)卵發(fā)生的時(shí)間，成蟲階段提供飲食主要影響成蟲的產(chǎn)卵期。根據(jù)這一假設(shè)，其認(rèn)為通過改善幼蟲和成蟲階段的飲食情況可以提高成蟲產(chǎn)卵量：改善幼蟲營(yíng)養(yǎng)可以增加成蟲羽化后4～7 天里的產(chǎn)卵量，成蟲期提供營(yíng)養(yǎng)可延長(zhǎng)成蟲壽命，使得其在羽化后的第二和第三周里持續(xù)產(chǎn)卵。Macavei 等（2020）發(fā)現(xiàn)成蟲繁殖力主要受營(yíng)養(yǎng)的影響而不是光照，其研究發(fā)現(xiàn)，糖水對(duì)黑水虻成蟲產(chǎn)卵具有積極作用，能夠提高 單 雌 產(chǎn) 卵 量（12.93～27.10 mg）、延 長(zhǎng) 產(chǎn) 卵 期（18.2-31.8天）、延長(zhǎng)成蟲壽命（20.79-27.11天）。不同光源和營(yíng)養(yǎng)組合處理下，單個(gè)卵塊重量為10.83～13.11 mg， 單 個(gè) 卵 塊 卵 數(shù) 為407.66～493.03 粒，雖然各處理的總產(chǎn)卵量不同，但是研究并未獲得光源及營(yíng)養(yǎng)對(duì)產(chǎn)卵量的相關(guān)性，其結(jié)果支持Bertinetti 等（2019）的研究，為成蟲提供飲食并不影響蟲卵的大小和重量。其推測(cè)為成蟲提供糖水的處理產(chǎn)卵量增加可能是因?yàn)樘撬a(bǔ)充了成蟲交配產(chǎn)卵所需的能量。

1.1.5 化學(xué)物質(zhì)

夏嬙等（2014）研究Cu2+在黑水虻體內(nèi)遷移及對(duì)其發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)僅一個(gè)世代的Cu2+脅迫對(duì)黑水虻幼蟲的存活率、化蛹率以及成蟲壽命、成蟲雌雄性比影響不大，但能顯著降低蛹的羽化率并延長(zhǎng)幼蟲發(fā)育歷期。柳琳（2017）的研究結(jié)果表明高濃度Cu2+脅迫會(huì)顯著誘導(dǎo)黑水虻血細(xì)胞發(fā)生凋亡，造成幼蟲死亡，并且Cu2+具有世代累積作用。飼料中添加低濃度的Zn2+，可顯著縮短黑水虻幼蟲的發(fā)育歷期，然而添加高濃度的Zn2+會(huì)顯著延長(zhǎng)其歷期，并會(huì)縮短第2 代成蟲壽命，成蟲體內(nèi)Zn2+的累積不會(huì)影響其所產(chǎn)卵的孵化率。

Ma JunHua 等（2017）研究pH 對(duì)黑水虻幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育以及成蟲壽命的影響，發(fā)現(xiàn)pH 對(duì)各階段存活率無顯著影響，但初始pH 值為2 和4 的處理的幼蟲以及預(yù)蛹相對(duì)其他處理顯著降低，分別低23%和22%。pH 值為2、4、10 的處理羽化的成蟲雄性居多，雌雄比為0.86～0.89；pH 值為6 的處理雌雄比為0.97；pH 值為7 和8 的處理羽化的成蟲雌性居多，雌雄比為1.33～1.47。姬越等（2018）測(cè)試了黑水虻幼蟲對(duì)食料中pH 值、辣度及鹽度的耐受性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示只有強(qiáng)酸性（pH=3）的處理會(huì)影響黑水虻的生長(zhǎng)發(fā)育，表現(xiàn)為體重減輕，存活率下降，不能羽化，不能完成完整生活史。

1.2 生物因素

1.2.1 性比

Bertrand 等（2019）分別測(cè)定了雄性主導(dǎo)種群（雌性占35.72%）和雌性主導(dǎo)種群（雌性占60.98%）的成蟲繁殖力。發(fā)現(xiàn)雄性主導(dǎo)種群的產(chǎn)卵高峰期為羽化后的8.8±0.3 天，而雌性主導(dǎo)種群中，產(chǎn)卵高峰期為羽化后的10.3±0.5 天。雌蟲繁殖力受到性比的影響，在雄性主導(dǎo)的種群中，平均單雌產(chǎn)卵量為22.5±0.8 mg，而在雌性主導(dǎo)的種群中，平均單雌產(chǎn)卵量為16.6±1.0mg，認(rèn)為這可能是因?yàn)樵谛坌灾鲗?dǎo)種群中，雌蟲羽化后及時(shí)發(fā)生交配，而雌性主導(dǎo)種群中，雄蟲數(shù)量少，部分雌蟲未發(fā)生交配。這與黑水虻雌蟲羽化后如果不能快速交配可能會(huì)通過吸收部分卵母細(xì)胞來滿足其代謝需求而減少其產(chǎn)卵量的假設(shè)相符。

1.2.2 蟲口密度

Nakamura 等（2016）推測(cè)高密度養(yǎng)殖成蟲能提高黑水虻雌雄蟲相遇的機(jī)會(huì)，是實(shí)現(xiàn)在有限體積內(nèi)提高黑水虻成蟲交配幾率、產(chǎn)下受精卵的重要手段。Park等（2016）研究了半人工環(huán)境（有陽(yáng)光控制的溫室）中高密度繁殖籠中密度對(duì)產(chǎn)卵量的影響，發(fā)現(xiàn)隨著成蟲蟲口密度的增加，無論養(yǎng)殖籠的大小如何，蟲卵數(shù)和產(chǎn)卵量都會(huì)增加，但是在固定成蟲密度下，不同籠尺寸的產(chǎn)卵和卵重均沒有差異，因此其推測(cè)養(yǎng)殖籠規(guī)格（不同蟲口密度下）不影響雌蟲的生殖力（卵塊數(shù)和產(chǎn)卵重量）。Bertrand 等（2019）也發(fā)現(xiàn)增加成蟲密度的可以收獲更多的蟲卵，適宜的蟲口密度可以提高成蟲蟲卵量。

1.2.3 共生微生物

共生微生物會(huì)影響黑水虻的發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)將蟲卵表面進(jìn)行無菌處理后，相對(duì)對(duì)照，無菌卵的各發(fā)育階段都會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢現(xiàn)象，在預(yù)蛹重、成蟲重、預(yù)蛹率、羽化率和成蟲壽命方面均顯著低于正常幼蟲，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明卵表面微生物參與了卵的發(fā)育過程。喻國(guó)輝（2010）將黑水虻腸道共生細(xì)菌不同菌株培養(yǎng)液預(yù)發(fā)酵的雞糞作為培養(yǎng)料，研究對(duì)黑水虻幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果表明，預(yù)發(fā)酵雞糞能顯著增加預(yù)蛹和蛹的重量，提高化蛹率并增加雌、雄成蟲體長(zhǎng)。

2 總結(jié)

綜合查閱到的文獻(xiàn)資料，對(duì)具有較高繁殖力的黑水虻成蟲的養(yǎng)育參數(shù)進(jìn)行總結(jié)，以期更好的指導(dǎo)黑水虻繁育，更大程度地實(shí)現(xiàn)黑水虻的資源化利用。

黑水虻卵適宜的孵化溫度為28～32℃，濕度為70%～80%；幼蟲適宜的養(yǎng)殖溫度為28～30℃，飼料含水率為70%～80%，蛋白質(zhì)和脂肪含量豐富、碳氮比為21%蛋白∶21%碳水化合物的飼料有利于幼蟲發(fā)育至預(yù)蛹；飼料中含有較高濃度Cu2+或Zn2+或飼料pH≤4，會(huì)影響幼蟲化蛹率及羽化率；幼蟲預(yù)蛹后，需轉(zhuǎn)移至羽化基質(zhì)中，具有一定質(zhì)量，含水率為50%～55%的羽化基質(zhì)，蛹的羽化率最高；適宜黑水虻成蟲環(huán)境溫度為28～30℃，相對(duì)環(huán)境濕度70%～75%；陽(yáng)光是刺激黑水虻交配產(chǎn)卵的最佳光源，在光照條件不足的地區(qū)，使用模擬太陽(yáng)光光譜的光源（混合LED 燈）可以提高黑水虻成蟲交配量及產(chǎn)卵量；成蟲性比受飼料pH 的影響，目前接受度較廣的說法是黑水虻成蟲為一夫一妻制，即性比為1∶1時(shí)，成蟲產(chǎn)卵量較多、生產(chǎn)成本較低；較適宜的成蟲蟲口密度約為5000～6000 頭/m3。