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(西南民族大學生命科學與技術(shù)學院，四川 成都 610041)

0 引言

黑水虻(Black soldier fly),Hermetia illucens為雙翅目Diptera水虻科Stratiomydiae昆蟲[1]。由Linnaeus于1738年最早記錄，幼蟲體長可達到20mm，起源于美洲，現(xiàn)已成為世界性分布的昆蟲，在北緯45°和南緯40°間均有分布[2]。黑水虻不攜帶病菌，也不會侵入人類居住環(huán)境，對農(nóng)作物也不會形成危害[3]。黑水虻的生長發(fā)育分為卵期、幼蟲期、蛹期和成蟲期。幼蟲期又分為6個不同的齡期，第6齡幼蟲被稱為預蛹[4]。黑水虻處理餐廚垃圾的主要過程就發(fā)生在其幼蟲生長時期[5]。在黑水虻幼蟲階段結(jié)束后，其體內(nèi)含有大量的蛋白質(zhì)和豐富的氨基酸成分[6]，經(jīng)簡單處理即能制成優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料，供畜禽食用。因此，利用餐廚垃圾等有機廢物養(yǎng)殖黑水虻可變廢為寶，將其中的營養(yǎng)成分轉(zhuǎn)化為昆蟲蛋白，為畜禽提供一種成本低廉的蛋白飼料來源[7-9]。

黑水虻的養(yǎng)殖需要一定的環(huán)境條件，環(huán)境的變化對黑水虻幼蟲階段的生長發(fā)育有較大的影響[10]。生長環(huán)境的光照強度、溫度、濕度、餐廚垃圾的處理方式、食物內(nèi)部的微量元素，例如Zn[11]、Cu[12]、食物的含水率[13]、營養(yǎng)成分組成等都對黑水虻幼蟲的生長發(fā)育有較大的影響。據(jù)資料顯示，光照因素能夠控制黑水虻幼蟲生長發(fā)育的進程[14]，是限制其有機廢物處理能力的一個主要因素。因此，在冬季、連陰雨天以及室內(nèi)養(yǎng)殖時需要尋找一種能替代陽光的人工光源，促進黑水虻的生長發(fā)育。

本實驗通過不同類型的光照條件對黑水虻低齡幼蟲進行照射，對人工光照條件對黑水虻幼蟲生長發(fā)育的影響進行探索。試圖以人工光照來解決黑水虻大規(guī)模人工飼養(yǎng)中的瓶頸問題，使其生長進程不受光照因素限制，能全年持續(xù)地進行有機垃圾處理，對利用黑水虻大規(guī)模處理餐廚垃圾、畜禽糞便等有機廢物有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實驗昆蟲

實驗用黑水虻蟲卵由廣西省欽州市黑水虻養(yǎng)殖中心提供形態(tài)正常狀態(tài)良好的蟲卵100 g。

1.2 實驗地點

實驗在西南民族大學青藏高原動物遺傳資源保護與利用四川省重點實驗室完成。

1.3 實驗材料

碘鎢燈三只、照度計、紙箱、多格相同的塑料養(yǎng)殖盒、專用飼養(yǎng)室、空氣加濕器、電子秤、恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、濕度計，豆腐渣15 kg，飼料烘箱，麥麩飼料10 kg。

實驗使用預先處理的豆腐渣代替餐廚垃圾模擬黑水虻幼蟲處理餐廚垃圾過程，委托四川威爾檢測技術(shù)股份有限公司對豆腐渣樣品進行成分測定(NO.20180124-00567Q)，檢測結(jié)果見表1。

表1 豆腐渣營養(yǎng)成分

1.4 實驗方法

1.4.1 培養(yǎng)室內(nèi)環(huán)境的控制

選擇利于通風，溫度濕度適宜的培養(yǎng)室。空調(diào)保證培養(yǎng)室內(nèi)溫度在30℃左右。使用濕度計和空氣加濕器保證培養(yǎng)室內(nèi)相對濕度達到適宜條件。

1.4.2 蟲卵的孵化

使用多孔紗布作為黑水虻蟲卵的載體，固定在裝有發(fā)酵麥麩飼料的塑料養(yǎng)殖盒上，將黑水虻卵用毛筆均勻地分散于固定好的多孔紗布上面，盡量分散以利于幼蟲鉆過紗網(wǎng)。將養(yǎng)殖盒放入恒溫培養(yǎng)箱中，保持溫度30℃，相對濕度65%。在孵化的過程中，保證養(yǎng)殖盒內(nèi)發(fā)酵麥麩飼料的相對濕度穩(wěn)定。4 d后，黑水虻1齡幼蟲孵化出來，掉落于發(fā)酵麥麩飼料上，并開始取食，進入黑水虻低齡幼蟲的發(fā)育階段。如圖1所示。

圖1 黑水虻蟲卵的孵化過程

1.4.3 低齡幼蟲的培養(yǎng)

使用發(fā)酵好的麥麩作為培養(yǎng)1～3齡幼蟲的基礎(chǔ)飼料。每天進行觀察幼蟲的生長情況，以及幼蟲的成活率。每天更換新鮮發(fā)酵麥麩飼料，保證此過程中黑水虻低齡幼蟲的快速成長。

1.4.4 高齡幼蟲豆渣飼料的加工和預處理

將市場上購買的手工制作的豆腐渣用75℃烘箱進行烘干至含水量30%，放入-6℃冰箱保存?zhèn)溆?。使用時將水分調(diào)整至70%，作為養(yǎng)殖高齡幼蟲的飼料。

1.4.5 定量分散培養(yǎng)

使用購買的塑料養(yǎng)殖盒進行培養(yǎng)：①自然光照組設(shè)置4個平行樣；②黑暗組設(shè)置4個平行樣；③碘鎢燈光照組設(shè)置12個不同梯度的光照條件。共計使用20個塑料養(yǎng)殖盒，每個塑料養(yǎng)殖盒放入100 g已烘干的豆渣，使用純水調(diào)節(jié)至含水量為70%備用。如圖2所示，將3齡黑水虻幼蟲從孵化盒中取出，以250只幼蟲為一組，進行稱重。將幼蟲轉(zhuǎn)移進入20個養(yǎng)殖盒中，在不同光照條件下進行培養(yǎng)，如圖2所示。

圖2 黑水虻低齡幼蟲的培養(yǎng)

1.4.6 幼蟲時期培養(yǎng)條件的控制

測定飼養(yǎng)室內(nèi)外溫度、濕度等參數(shù)，分別在自然光、黑暗條件和碘鎢燈條件下進行培養(yǎng)。根據(jù)光源距離飼養(yǎng)盒的遠近程度調(diào)整相同光源的光照強度。①自然光照組：在實驗期間每日9:00、13:00和17:00分別測定培養(yǎng)室外自然光照強度，記錄數(shù)值；②黑暗條件組：使用紙箱和紙板對每個養(yǎng)殖盒進行隔離和遮光處理，保證培養(yǎng)環(huán)境的遮光性。③碘鎢燈組：根據(jù)光源距離養(yǎng)殖盒的遠近程度使用照度計測量其光照強度，以500Lux、1000Lux、1500Lux、2000Lux作為4個不同條件的實驗組進行培養(yǎng)，每組3個重復。每個養(yǎng)殖盒放置相同數(shù)量3齡幼蟲，待到培養(yǎng)至6齡后，根據(jù)其體重增長量和體長數(shù)據(jù)，分析不同光源和不同光照強度下，黑水虻幼蟲對飼料的處理能力，進而得到最佳處理條件

圖3 使用照度計測定光照強度

1.4.7 3～6齡幼蟲的培養(yǎng)過程

整個養(yǎng)殖過程歷時20 d，在培養(yǎng)過程中，除光照條件外需要保證其他環(huán)境因子適宜(例如，溫度、空氣濕度及飼料含水率)。注意用不透光的厚紙板和紙箱隔離不同光源和光照強度的試驗組，防止相互影響。保持實驗期間飼料含水量的相對穩(wěn)定，及時加入新配置的飼料。

圖4 3～6齡幼蟲的培養(yǎng)過程

1.4.8 6齡幼蟲的稱重

將黑水虻從3齡幼蟲培養(yǎng)至6齡幼蟲后，每個養(yǎng)殖盒中隨機取出100只6齡幼蟲稱重并測量其體長。根據(jù)生長發(fā)育情況判定最佳培養(yǎng)條件。

1.4.9 測定結(jié)果的統(tǒng)計學分析

得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)不同光照強度和光照類型，以光源和光照強度為變量，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計檢驗，探討光照因素對黑水虻生長的影響，找到最合適的光源與光照強度。

2 結(jié)果

2.1 不同光照條件下黑水虻幼蟲體重數(shù)據(jù)

分別在自然光照和完全遮光的條件下設(shè)置4個相同條件的實驗對照組，與不同光照強度下的碘鎢燈所培養(yǎng)的黑水虻6齡幼蟲進行對比。結(jié)果如圖5所示，光照強度為1000Lux碘鎢燈照射時6齡幼蟲體重最大。

圖5 不同培養(yǎng)條件下，每100只黑水虻6齡幼蟲總重

2.2 不同光照條件下黑水虻幼蟲體長數(shù)據(jù)

分別在自然光照和完全遮光的條件下設(shè)置4個實驗對照組，與不同光照強度下的碘鎢燈所培養(yǎng)的黑水虻6齡幼蟲進行對比。隨機測量100只黑水虻6齡幼蟲體長，記錄結(jié)果，計算出不同培養(yǎng)條件下的平均體長，結(jié)果如圖6所示，光照強度為1 000 Lux碘鎢燈照射時6齡幼蟲體長最長。

2.3 統(tǒng)計分析

在不同光照強度下，各組黑水虻6齡幼蟲體重分析統(tǒng)計結(jié)果，如表1所示。其中在黑暗條件下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，光照強度記錄為0。在自然光照下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，作為整個實驗的對比組。在不同光照強度下，各組黑水虻6齡幼蟲平均體長分析統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。其中在黑暗條件下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，光照強度記錄為0，在自然光照下培養(yǎng)的黑水虻幼蟲，作為整個試驗的對照。

圖6 不同光照條件對黑水虻幼蟲體長的影響

表1 6齡黑水虻幼蟲各組重量分析數(shù)據(jù)對比

表2 6齡黑水虻幼蟲各組體長分析數(shù)據(jù)對比

對各組培養(yǎng)條件下說得出的重量和單只平均體長數(shù)據(jù)進行t檢驗和f檢驗，比較各組數(shù)據(jù)的顯著性和差異性。如表3所示。

表3 方差齊性檢驗

對不同培養(yǎng)條件下，各組的組間和組內(nèi)的數(shù)據(jù)進行方差分析，表明在不同培養(yǎng)條件下，6齡幼蟲的體重具有顯著的差異。如表4所示。

表4 ANOVA分析:光照對黑水虻六齡幼蟲重量的影響

對不同培養(yǎng)條件下的組間和組內(nèi)的數(shù)據(jù)進行方差分析，表明在不同培養(yǎng)條件下，6齡幼蟲的體長具有顯著的差異。如表5所示。

表5 ANOVA分析:光照對黑水虻六齡幼蟲體長的影響

分析結(jié)果可知，在不同的光源和光照強度下，黑水虻所表現(xiàn)出的生長數(shù)據(jù)有顯著的差異。即在不同的光照強度和不同的光源下，黑水虻6齡幼蟲體長和體重出現(xiàn)了較為顯著的差異，具體結(jié)論如圖7和圖8所示。本研究結(jié)果表明，1 000 lux碘鎢燈下所生長的黑水虻6齡幼蟲體長和體重均最優(yōu)。

圖7 不同照強度下各組黑水虻6齡幼蟲的體重平均值

圖8 不同光照強度下各組黑水虻6齡幼蟲的體重平均值

3 討論

3.1 光照因素對黑水虻幼蟲處理能力的影響

本研究結(jié)果表明, 在自然光照條件下，黑水虻幼蟲生長緩慢，其6齡幼蟲體長和體重小于人工光照組。說明人工光照條件比自然光照條件更有利于黑水虻幼蟲的生長。出現(xiàn)這樣的結(jié)果，可能與實驗季節(jié)成都地區(qū)自然光照條件欠佳有關(guān)，也表明光照是影響黑水虻幼蟲生長發(fā)育的一個重要因素。

在完全遮光的培養(yǎng)條件下，黑水虻幼蟲的生長與碘鎢燈下1500Lux光強組無明顯差異。但黑水虻幼蟲體重和體長與其他實驗組相比出現(xiàn)較大的差異。表明黑暗和過強的光線均抑制黑水虻幼蟲的生長。

在碘鎢燈光照射條件下，光照強度為500Lux時，6齡幼蟲的生長發(fā)育較自然光照和完全遮光條件下，有顯著的提高。其中光照強度為1000Lux時，黑水虻6齡幼蟲的生長數(shù)據(jù)達到了本次實驗的峰值，表現(xiàn)為較高的體重和體長數(shù)據(jù)。在2000Lux碘鎢燈光照強度下，黑水虻幼蟲的生長發(fā)育受到了限制，其體長和體重明顯要低于自然光照強度下的生長數(shù)據(jù)。

3.2 最優(yōu)人工光照條件的確定

在本次實驗中，對比不同光照條件生長數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲階段對光線較為敏感，光線將影響其進食能力，進而影響其生長發(fā)育速度，最終體現(xiàn)在對幼蟲的體長和體重的影響上。這表明光照因素是限制其生長的重要因素之一，在適宜的光照類型和光照強度下，黑水虻幼蟲生長發(fā)育速度最快。本研究結(jié)果初步表明：在碘鎢燈1 000Lux光強下，黑水虻具有最大的生長發(fā)育速度，體重和體長增長最快。由此可見，碘鎢燈1 000Lux光強是促進黑水虻幼蟲生長發(fā)育的最佳光線條件。

4 結(jié)論

本課題探究了光照因素對黑水虻在幼蟲階段取食和生長的影響，發(fā)現(xiàn)1000Lux碘鎢燈光照射條件是黑水虻幼蟲生長發(fā)育的最適合光源條件，能明顯促進黑水虻幼蟲的生長發(fā)育和取食速度，進而提高對廢棄垃圾的轉(zhuǎn)化效率。