有無光照對黑水虻幼蟲生長性能、粗蛋白、粗脂肪和脂質代謝相關基因的影響

■黃中佐 葉柏平 曾小宇 王 波*

（1.中國農業(yè)大學動物科學技術學院，動物 營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193；2.湖南艾布魯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆?長沙 420356）

豆粕、魚粉等飼料原料短缺嚴重制約了我國畜牧 業(yè)的發(fā)展，除研發(fā)低蛋白日糧技術外，開發(fā)新型蛋白質飼料原料也十分重要。昆蟲的營養(yǎng)價值高，富含蛋白質、微量元素和能量，可以作為優(yōu)質的飼料原料來源[1]。其中，黑水虻（Hermetia illucens）可以利用餐廚垃圾、畜禽糞便等有機質來生產蟲體優(yōu)質蛋白質和脂肪[2]，是聯(lián)合國糧農組織指定的資源昆蟲之一。黑水虻幼蟲的蛋白質和脂肪可以部分或全部替代豆粕、魚粉和植物油等蛋白質和脂肪原料[3]，在畜牧生產領域有著廣泛的應用前景。

黑水虻幼蟲蟲體約含有52%的蛋白質和28%的油脂。不同的飼料種類和生產目的對于黑水虻幼蟲蟲體成分有著不同的需求，有必要在黑水虻飼養(yǎng)過程中通過控制飼養(yǎng)條件來控制黑水虻幼蟲蟲體中的蛋白質和脂肪比例。培養(yǎng)基質的成分比例是影響黑水虻幼蟲蟲體成分的主要因素[4-5]，日糧濃度越高，黑水虻幼蟲的粗脂肪含量越高，而日糧濃度對黑水虻幼蟲的粗蛋白含量影響較小。除了培養(yǎng)基質外，光照條件也是影響黑水虻幼蟲發(fā)育的重要因素。有研究表明[5]，適當減少光照時間和光照強度可以促進黑水虻幼蟲的生長，但是光照對于黑水虻幼蟲蟲體成分的影響尚不明確。

因此，本研究比較了有無光照對黑水虻幼蟲生長速度與蟲體成分的差異，同時評估了不同光照條件下黑水虻對培養(yǎng)基質的生物質轉化效率，旨在為黑水虻的飼料利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 黑水虻的飼養(yǎng)

黑水虻蟲卵由湖北省某黑水虻繁育基地提供。在蟲卵時期分成兩組，分別在光照強度為黑暗（0 lx，黑暗組）和光照（13 860 lx，光照組）的人工光照培養(yǎng)箱中孵化，孵化溫度為28 ℃，孵化相對濕度為70%，孵化培養(yǎng)基質為水分含量為70%的雛雞飼料[6]（主要營養(yǎng)水平見表1）。

表1 雛雞飼料的主要營養(yǎng)水平（以干物質為基礎，%）

飼養(yǎng)至6日齡后，光照組和黑暗組分別隨機挑選360 只體重約為20 mg 的黑水虻幼蟲，各分成12 個重復，每個重復30只。所有黑水虻幼蟲都飼養(yǎng)在體積為600 cm3的帶蓋透明塑料容器中（10 cm×10 cm×6 cm），容器側壁有60 個直徑0.05 cm 的通風孔。在人工光照培養(yǎng)箱中生長至12 日齡后，將黑水虻幼蟲冷凍處死，一部分樣品用于基因表達分析，一部分樣品烘干至恒重后用于化學成分分析。黑水虻生長過程中每天稱量蟲體體重，實驗結束統(tǒng)計培養(yǎng)基質干物質消耗量。

1.2 黑水虻幼蟲生物質轉化性能評估

采用以下公式對黑水虻幼蟲的生長性能和生物質轉化性能進行評估[7-10]。蟲體體重增加值用于計算生長速率（GR）。黑水虻幼蟲消耗培養(yǎng)基質中有機物的效率通過計算攝食率（SR）來確定，通過計算飼料轉化率（FCR）來評估飼料轉化為蟲體生物量的效率，此外，還計算了消化飼料的轉化效率（ECDF）。

1.3 黑水虻成分分析

黑水虻幼蟲樣品在65 ℃干燥至恒重后，粉碎用于蟲體成分檢測。采用德國Elementar rapid N Ⅲ快速測氮儀（Dumas燃燒測氮）測定粗蛋白含量；采用全自動脂肪分析儀ANKOM XT10i（索氏提取法）測定粗脂肪含量。

1.4 黑水虻RNA分離、反轉錄和實時定量PCR

取50 mg 黑水虻樣品加入1 mL Trizol 進行裂解。使用苯酚-氯仿法和異丙醇沉淀法從樣品中分離出RNA。使用上海碧云天生物技術有限公司的高保真cDNA第一鏈合成試劑盒合成cDNA。在MyiQ2TM雙色實時PCR 檢測系統(tǒng)中通過實時定量聚合酶鏈式反應（RT-PCR）測量不同光照條件下黑水虻幼蟲脂質代謝基因的相對mRNA水平，包括乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACC）、脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase，F(xiàn)AS）、脂肪酶（Lipase，LIP）和?；o酶A脫氫酶（Acyl-CoA dehydrogenase，ACD），使用18S作為參考基因，使用2-ΔΔCt方法計算相對mRNA表達量，并將熒光定量數(shù)據的結果歸一化。參考引物序列見表2[11]。

表2 RT-PCR引物序列

1.5 統(tǒng)計分析

所有實驗數(shù)據統(tǒng)計分析和繪圖使用Graph Pad Prism 8.0.2軟件完成，對所有實驗數(shù)據進行T檢驗，結果以“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 有無光照對黑水虻幼蟲生物質轉化相關指數(shù)的影響（見表3）

表3 有無光照對黑水虻幼蟲生物質轉化相關指數(shù)的影響（以干物質為基礎，n=12）

如表3 所示，相比于黑暗組，光照組黑水虻幼蟲GR顯著降低0.002 g/d（P＜0.05）。除此之外，黑暗組與光照組的SR、FCR、ECDF均無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 有無光照對黑水虻幼蟲生長曲線的影響（見圖1）

圖1 有無光照對黑水虻幼蟲生長曲線的影響

如圖1所示，在8日齡之前，兩組黑水虻幼蟲的蟲體體重無顯著性差異（P＞0.05），在9日齡時，黑暗組黑水虻幼蟲的蟲體體重極顯著高于光照組（P＜0.01）。在9日齡后，黑水虻幼蟲的蟲體體重顯著高于光照組（P＜0.05）。

2.3 有無光照對黑水虻幼蟲干物質、粗蛋白和粗脂肪含量的影響（見表4）

表4 有無光照對黑水虻幼蟲干物質、粗蛋白和粗脂肪含量的影響（以干物質為基礎，n=12，%）

由表4所示，黑暗組和光照組的黑水虻幼蟲干物質含量無顯著差異（P＞0.05），光照組黑水虻幼蟲的粗蛋白含量相較于黑暗組顯著升高了1.24個百分點（P＜0.05），光照組黑水虻幼蟲的粗脂肪含量相較于黑暗組顯著降低1.62個百分點（P＜0.05）。

2.4 有無光照對黑水虻幼蟲脂質代謝相關基因表達水平的影響（見圖2）

如圖2所示，黑暗組黑水虻幼蟲脂質代謝相關基因ACC、FAS、ACD和LIP的mRNA 表達量均顯著高于光照組（P＜0.05）。

圖2 有無光照對黑水虻脂質代謝相關基因（ACC、FAS、ACD、LIP）mRNA相對表達量的影響

3 討論

3.1 有無光照對黑水虻幼蟲生物質轉化相關指數(shù)的影響

黑水虻具有食譜廣、食量大和轉化率高等采食特點，在處理畜禽排泄物與有機廢物方面有應用潛能。陳麗等[12]發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲對雞糞與豬糞的SR 達到29.3%和28.8%。本實驗發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲在黑暗與光照條件下對雛雞飼料的SR 分別為41.05%和36.18%，這可能與黑水虻幼蟲在黑暗環(huán)境下采食時間顯著延長有關[13]。Bosch 等[14]研究評估了黑水虻幼蟲對78種有機資源的轉化效率，發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲的FCR為1.3～32.8。Gold等[15]發(fā)現(xiàn)采食各種有機質后黑水虻幼蟲粗蛋白含量為32%～58%，粗脂肪含量為15%～39%。本實驗發(fā)現(xiàn)，黑暗組與光照組的黑水虻幼蟲對雛雞飼料的FCR為9.48和7.89，其中具體的影響機制尚不清楚。此外，黑暗組與光照組的ECDF無顯著差異。

3.2 有無光照對黑水虻幼蟲生長曲線的影響

趙竟伽等[16]發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲在人工碘鎢燈光照強度為2 000 lx時生長發(fā)育較黑暗環(huán)境更遲緩，這與本實驗的結論相似。光照也會影響飼料含水量，黑暗環(huán)境減少飼料水分揮發(fā)與熱量散失，穩(wěn)定的飼養(yǎng)環(huán)境可能更有利于黑水虻幼蟲采食與生長。同時，有研究證明光周期與熱量需求在昆蟲發(fā)育過程中存在互作效應，短光照下昆蟲對熱量需求更小[17]，黑暗環(huán)境可能降低黑水虻幼蟲發(fā)育所需要的熱量?？傊?，黑暗環(huán)境可能通過提高采食量、提供穩(wěn)定環(huán)境、降低熱量需求以促進黑水虻幼蟲生長。

3.3 有無光照對黑水虻幼蟲干物質、粗蛋白和粗脂肪含量的影響

多項研究證明培養(yǎng)基的成分會影響黑水虻幼蟲成分[18-19]，但光照對黑水虻幼蟲蟲體成分的影響研究較少。在本研究中，黑暗組與光照組相比，12 日齡黑水虻幼蟲蟲體的粗蛋白含量降低，粗脂肪含量升高，這與竇永芳[5]的結果相似。Giannetto 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，粗灰分含量隨黑水虻幼蟲的發(fā)育逐漸增加，黑暗環(huán)境下黑水虻幼蟲生長發(fā)育較快，可能導致蛹化提前，使粗灰分含量增加較快，粗蛋白含量積累不足。同時，相比于黑暗組黑水虻幼蟲的采食時間延長，光照組黑水虻幼蟲采食時間較短，基礎代謝與飼料熱增耗較低，可能導致其代償性生長較充分，脂肪沉積少。

3.4 有無光照對黑水虻幼蟲脂質代謝相關基因表達水平的影響

光照是影響昆蟲生長發(fā)育的重要因子，光照條件的改變會影響昆蟲的行為活動或生活習性。Zhu等[20]對卷心菜甲蟲研究發(fā)現(xiàn)，光照通過影響生物鐘基因Period與Timeless表達來調節(jié)脂肪酸合成分解，促進脂肪沉積。長時間光照和黑暗都可能干擾黑水虻幼蟲的生活習性和規(guī)律代謝活動，本實驗發(fā)現(xiàn)黑暗組黑水虻幼蟲脂質代謝基因（ACC、FAS、ACD、LIP）的mRNA 表達均上調，說明黑水虻幼蟲在黑暗條件下，可能通過提高脂質代謝活動促進脂肪沉積以維持生理穩(wěn)態(tài)。

4 結論

黑暗環(huán)境有利于黑水虻幼蟲生長和脂肪沉積，光照環(huán)境有利于黑水虻幼蟲蛋白質的沉積。