夏 嬙，朱 偉，廖 業(yè)，喻國輝,方 旭，杜聯(lián)峰

(1.遵義醫(yī)學(xué)院 珠海校區(qū)，廣東 珠海 519041; 2.珠海市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中心, 廣東 珠海 519075)

為了增加畜禽的免疫力，提高經(jīng)濟(jì)效益，允許在飼料中添加適量的銅(Cu)。但是，我國許多省份飼料中Cu含量超標(biāo)[1-3]，Cu2+利用率極低，90%以上由糞便排出[4]，造成糞便中Cu2+的大量累積。研究表明，豬糞中Cu2+含量最高可達(dá)2341.0 mg·kg-1[3]，平均含量為642.1 mg·kg-1[5]。

利用黑水虻(Black soldier fly，HermetiaillucensL.)幼蟲進(jìn)行糞便無害化處理是解決我國日益嚴(yán)重的畜禽糞便污染及資源短缺問題的一條新途徑。研究表明，黑水虻幼蟲集中取食糞便，不僅可以減少糞便堆積，還可減少糞便中沙門氏菌及寄生蟲蟲卵數(shù)量[6]。其副產(chǎn)品不僅是優(yōu)質(zhì)飼料還可生產(chǎn)生物柴油[7]。但是，飼料中過量添加Zn2+會使其在黑水虻體內(nèi)累積[8]，并對其生長發(fā)育產(chǎn)生影響[9]，飼料中過量添加Cu2+是否會產(chǎn)生相同影響，從而影響其無害化處理糞便的能力。

本文將不同濃度Cu2+加入黑水虻幼蟲飼料中對其進(jìn)行脅迫，研究Cu2+在黑水虻體內(nèi)的遷移及對其發(fā)育影響，期待通過該研究為黑水虻無害化處理糞便的應(yīng)用提供可靠的實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 黑水虻 珠海市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中心提供。

1.2 儀器與試劑 無機(jī)試劑為廣州試劑一廠生產(chǎn)分析純。等離子體原子發(fā)射光譜儀由美國Thermo Jarrell Ash Corporation生產(chǎn)。

1.3 黑水虻幼蟲飼養(yǎng)及Cu2+脅迫處理 將黑水虻卵放于10 cm× 7 cm飼養(yǎng)盒中孵化，孵化條件為T：27 ± 3 ℃；RH：80 ±8%；L∶D=14∶10。孵化后向初孵幼蟲投入Tomberlind等[10]篩選的人工飼料飼養(yǎng)至4日齡。將4 日齡黑水虻幼蟲分別接入含Cu2+為75、150、300、600、1 200 mg·kg-1處理濃度人工飼料中飼養(yǎng)(Cu2+來源為CuSO4·5H2O)，每個濃度3個重復(fù)，以不添加Cu2+飼料飼養(yǎng)黑水虻為對照(記為：0 mg·kg-1)。

1.4 黑水虻各發(fā)育階段蟲體Cu2+含量檢測 選取長勢均一各處理濃度下6齡幼蟲(已停止取食)、蛹、成蟲各5頭，去離子水洗去蟲體表面飼料，吸水紙吸干蟲體表面水分，斷頭處死后放入規(guī)格為30 mm × 50 mm 稱量瓶，參照夏嬙等(2008)[11]方法進(jìn)行處理及消化，以不添加Cu2+飼料飼養(yǎng)黑水虻為對照。Cu2+含量=C×50/W(單位：mg·kg-1)，其中C表示等離子體原子發(fā)射譜儀測得的數(shù)值；W表示樣品的干質(zhì)量。

1.5 Cu2+脅迫對黑水虻幼蟲、蛹及成蟲發(fā)育的影響 選取4日齡黑水虻幼蟲各100頭分別放于口徑為10 cm×7 cm的飼養(yǎng)盒中，以添加不同濃度Cu2+飼料飼喂，參照夏嬙等(2013)[9]方法計算幼蟲存活率、幼蟲發(fā)育歷期、化蛹率、蛹期、羽化率及成蟲壽命；待95%蛹羽化后，辨別其雌雄計算其雌雄性比。每個處理3個重復(fù)，以不添加Cu2+飼料飼養(yǎng)黑水虻為對照。

2 結(jié)果

2.1 黑水虻各發(fā)育階段蟲體Cu2+含量

注：圖中不同小寫字母表示Cu2+含量在各個處理間差異顯著。圖1 不同發(fā)育階段蟲體Cu2+含量

注：*表示P<0.05；**表示P<0.01(下同)。圖2 Cu2+在不同發(fā)育階段蟲體內(nèi)的遷移規(guī)律

如圖1所示，黑水虻各發(fā)育階段蟲體Cu2+含量均隨處理濃度增加而增加，至1200mg·kg-1時含量達(dá)到最高，且與對照及低濃度處理組相比差異顯著(6齡幼蟲：F=23.88，P<0.01；蛹：F=12.34，P<0.05；成蟲：F=18.73，P<0.01)；各發(fā)育階段蟲體Cu2+含量在75mg·kg-1處理濃度以下時均無顯著差異(0 mg·kg-1：F=0.346，P>0.05；75 mg·kg-1：F=2.254，P>0.05)，150mg·kg-1以上處理濃度蛹中Cu2+含量顯著高于6齡幼蟲及成蟲(150mg·kg-1：F=11.03，P<0.01；300 mg·kg-1：F=5.594，P<0.05，600 mg·kg-1：F=6.916，P<0.01，1200 mg·kg-1：F=13.074，P<0.01)，6齡幼蟲與成蟲相比Cu2+含量差異不顯著，但6齡幼蟲體內(nèi)Cu2+含量略高于成蟲體內(nèi)Cu2+含量(見圖2)。Cu2+在高濃度脅迫下各發(fā)育階段的遷移規(guī)律為：蛹>6齡幼蟲>成蟲。

2.2 Cu2+對黑水虻發(fā)育的影響

2.2.1 Cu2+脅迫對黑水虻幼蟲及蛹發(fā)育影響

圖3 Cu2+脅迫下黑水虻幼蟲存活率、化蛹率及羽化率

圖4 Cu2+脅迫下黑水虻幼蟲及蛹發(fā)育時間

由圖3可知，不同濃度Cu2+脅迫對黑水虻幼蟲存活率及化蛹率均無顯著影響(幼蟲存活率：F=0.836，P>0.05；化蛹率：F=2.566，P>0.05)，但高濃度Cu2+脅迫可以顯著影響蛹的羽化率，在600 mg·kg-1、1200 mg·kg-1處理濃度下與對照及其他處理組相比顯著降低(F=4.616，P<0.05)，1200 mg·kg-1處理濃度下羽化率僅為79.29±13.24%，但600 mm·kg-1及1 200 mg·kg-1處理組間差異不顯著；處理濃度為600mg·kg-1以上時可顯著延長幼蟲發(fā)育所需時間(F=13.054，P<0.01)，但兩個高濃度處理組間差異不顯著；蛹發(fā)育所需時間在1200mg·kg-1處理濃度下與對照及各處理組相比均顯著延長(F=4.442，P<0.05)(見圖4)。

2.2.2 Cu2+脅迫對黑水虻成蟲發(fā)育影響 Cu2+脅迫對成蟲壽命影響較小(見圖5)，各處理組與對照組相比均無顯著差異(成蟲壽命：F=0.717，P>0.05)。Cu2+脅迫對成蟲雌雄性比亦無顯著性影響(F=1.335，P>0.05)

圖5 Cu2+脅迫對成蟲壽命影響

3 討論

黑水虻幼蟲取食含Cu2+飼料后，體內(nèi)Cu2+含量與飼料中Cu2+濃度存在顯著的劑量效應(yīng)關(guān)系，隨處理濃度增加Cu2+含量增高，過量的Cu2+可沿黑水虻不同發(fā)育階段蟲體進(jìn)行遷移，Cu2+在蛹中累積量最多，與6齡幼蟲及成蟲體內(nèi)Cu2+含量相比差異顯著。這與有些昆蟲體內(nèi)重金屬遷移規(guī)律略有不同，一般昆蟲體內(nèi)重金屬遷移規(guī)律為幼蟲大于蛹[12-13]，這可能因為黑水虻生活習(xí)性與其他昆蟲不同，黑水虻成蟲期不進(jìn)食[14]，必需在蛹期積累大量脂肪并將其傳給成蟲，成蟲才能完成生長發(fā)育及產(chǎn)卵活動。黑水虻發(fā)育至6齡幼蟲時其中腸已基本退化且脂肪含量較少，發(fā)育至蛹期脂肪量才大幅度增加，因此，6齡幼蟲Cu2+含量較蛹少，即使黑水虻為了有利于其交配和產(chǎn)卵羽化時蛻去一部分Cu2+[15]，但是脂肪組織對重金屬的累積量大于表皮[16]，因此，蛹中Cu2+含量仍大于成蟲。

重金屬在昆蟲體內(nèi)大量累積可影響昆蟲的生長發(fā)育，如增加幼蟲的死亡率、降低化蛹率、羽化率及改變發(fā)育歷期等[12,17-19]。Cu2+在黑水虻6齡幼蟲體內(nèi)累積量達(dá)到53.63±0.684 mg·kg-1時與對照相比可顯著延長幼蟲發(fā)育時間；蛹內(nèi)Cu2+含量達(dá)到127.23±0.441 mg·kg-1時其羽化率與對照相比即有顯著差異，Cu2+含量達(dá)到168.13±0.499 mg·kg-1即可顯著延長其蛹期發(fā)育時間。幼蟲存活率、化蛹率、成蟲壽命及雌雄性比在各個處理濃度與對照相比均無顯著差異，無差異的原因可能由于脅迫時間較短僅一個世代，短期脅迫可能忽略了Cu2+的毒性效應(yīng)，Cu2+對黑水虻的影響還未完全體現(xiàn)出來，長時間脅迫是否會對其產(chǎn)生影響，是否會對黑水虻無害化處理糞便技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生影響，還需進(jìn)一步研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 姚麗賢，黃連喜，蔣宗勇, 等. 動物飼料中砷、銅和鋅調(diào)查及分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(2): 732-739.

[2] 姜萍, 盛楊, 郝秀珍, 等. 重金屬在豬飼料一糞便一土壤一蔬菜中的分布特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2010, 29(5): 942-947.

[3] 黃玉溢, 陳桂芬, 劉斌, 等. 廣西集約化養(yǎng)殖豬飼料Cu和Zn含量及糞便Cu和Zn殘留特性研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(17): 9280-9281, 9284.

[4] 鄭孝成, 錢仲倉, 楊泉燦. 規(guī)模化養(yǎng)豬場周邊土壤重金屬污染及防控[J]. 上海畜牧獸醫(yī)通訊, 2013, (2): 58-59.

[5] Zang F S, Li Y X, Yang M, et al. Copper residue in animal manures and the potential pollution risk in northeast china[J].Journal of Resources and Ecology, 2011, 2(1):91-96.

[6] Cecilia L, Stefan D, Maria E M, et al. Faecal sludge management with the larvae of the black soldier fly (Hermetiaillucens) -From a hygiene aspect[J]. Science of the Total Environment, 2013, 458-460:312-318.

[7] Zheng L Y, Li Q, Zhang J B, et al. Double the biodiesel yield: Rearing black soldier fly larvae,Hermetiaillucens, on solid residual fraction of restaurant waste after grease extraction for biodiesel production [J]. Renewable Energy, 2012, 1(41):75-79.

[8] 夏嬙, 廖業(yè), 朱偉, 等. Zn2+在不同世代黑水虻體內(nèi)累積及分布規(guī)律[J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報, 2013, 28(2): 110-114.

[9] 夏嬙, 但家立, 朱偉, 等. Zn2+脅迫對黑水虻生長發(fā)育的影響[J]. 環(huán)境昆蟲學(xué)報, 2013, 35(3): 294-299.

[10] Tomberiin J K, Sheppard D C, Joyce J A. Selected life- history traits of black soldier flies (Diptera: stratiomyidae) reared on three artificial diets [J]. Arthropod Biology, 2002, 95(3): 379-386.

[11] 夏嬙, 舒迎花, 胡新軍, 等. 斜紋夜蛾幼蟲不同組織對Zn2+積累作用的比較研究[J]. 中山大學(xué)學(xué)報, 2008, 47(3): 89-93.

[12] 孫虹霞，舒迎花，唐文成，等．重金屬Ni 2+連續(xù)脅迫導(dǎo)致其在斜紋夜蛾體內(nèi)積累并降低存活率[J]．科學(xué)通報，2007，52(12)：1413-1418．

[13] 吳國星, 朱家穎, 高熹, 等. 重金屬鎘與銅在棕尾別麻蠅體內(nèi)的積累和排泄研究[J]. 環(huán)境昆蟲學(xué)報, 2010, 32(3) : 347-352.

[14] Li Q, Zheng L Y, Qiu N, et al. Bioconversion of dairy manure by black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) for biodiesel and sugar production[J]. Waste Management, 2011, 31(6):1316-1320.

[15] Niu C Y, Jiang Y, Lei C L, et al. Effects of cadmium on housefly: influence on growth and development and metabolism during metamorphosis of housefly[J]. Entomologia Sinica, 2002, 9(1): 27-33.

[16] 孫虹霞, 夏嬙, 周強(qiáng), 等.斜紋夜蛾幼蟲對食物中重金屬Ni2+的積累與排泄[J]. 昆蟲學(xué)報, 2008, 51(6): 569-574.

[17] 高熹, 朱家穎, 吳國星, 等. 幼蟲期染鎘對棕尾別麻蠅繁殖力及生殖腺發(fā)育的影響[J]. 環(huán)境昆蟲學(xué)報, 2011, 33(1) : 24-29.

[18] Laskowski R. Why short-term bioassays are not meaningful--Effects of a pesticied (Imidacloprid) and a metal (cadmium) on pea aphid (AcyrthosiphonpisumHarris) [J]. Ecotoxicology, 2001, 10(3): 177-183.

[19] Nursita A I, Balwant S, Lees E. The effect of cadmium, copper, lead, and zinc on the growth and reproduction ofPriosotomaminutaTullberg (Collembola) [J]. Ecotoxicol Environ Saf, 2005, 60(3):306-314.