亮斑扁角水虻人工饲养条件下适宜温度的研究

姬 越，任德珠，叶明强，罗 充*，安新城

(1.贵州师范大学生命科学学院，贵阳 550001； 2. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广州 510640；3. 广东省动物保护与资源利用重点实验室，广东省生物资源应用研究所，广州 510260)

亮斑扁角水虻人工饲养条件下适宜温度的研究

姬 越1，任德珠2，叶明强2，罗 充1*，安新城3*

(1.贵州师范大学生命科学学院，贵阳 550001； 2. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广州 510640；3. 广东省动物保护与资源利用重点实验室，广东省生物资源应用研究所，广州 510260)

亮斑扁角水虻作为一种对环境有益的昆虫正在全球范围内受到关注，特别是能够将易腐垃圾转化为高附加值的昆虫蛋白和油脂，为下游的多个产业(食品、饲料)提供稳定的动物蛋白来源，从而实现低碳环保、循环利用的可持续发展模式。亮斑扁角水虻作为热带起源的变温动物，生长发育依赖于适宜的环境温度，本文的研究发现，亮斑扁角水虻孵化的最佳温度为32℃，孵化时间最短(56 h)、收获的初孵幼虫最多(1.86 g)；其它阶段发育的适宜温度为28℃，表现为幼虫体重(19.42 g/100 head)、蛹重(13.64 g/100 head)、幼虫期(9.33 d)、蛹期(11.33 d)、成虫寿命(10.33 d)都达到最优。蛹期具有较好的温度耐受性，但成虫寿命显著受温度的影响，温度越高成虫寿命越短；数据显示亮斑扁角水虻的环境温度与主要发育参数(孵化虫量、幼虫期、蛹期、幼虫体重、蛹重)的相关性能够很好地被二项式拟合，说明亮斑扁角水虻的生长发育存在着一个最适温度区域，有利于规模化人工养殖条件下的环境优化。

亮斑扁角水虻；发育；适宜温度

亮斑扁角水虻HermetiaillucensL.，俗称黑水虻，英文名Black Soldier Fly，在我国南方属于常见种(杨定等，2014)。幼虫营腐食性、食性广泛,成虫不取食、寿命短，不是任何形式的农业害虫或卫生害虫，虽然与人类共栖了近千年，却极少引起人们的关注(Tomberlinetal., 2002)。不过最近的调查显示，这种起源于南美稀树草原的昆虫，已经在过去的10年当中，以极快的速度蔓延分布到世界各地，许多国家的个人或机构正在积极尝试将这种昆虫进行人工驯养(Sheppardetal., 2002; 喻国辉等，2014)，一方面可作为大量有机废弃物(餐厨、动物尸体和粪便、过期食品、屠宰剩余等)的未端处置方式，利用昆虫的取食转化建立安全、有效的生物处理系统消除有机废弃物的污染问题，国内外在这方面已经有许多尝试(Dieneretal., 2009; Lietal., 2011; Popa and Green, 2012; Lalanderetal., 2015; Nguyenetal., 2015)；另一方面，亮斑扁角水虻幼虫和预蛹的营养元素非常丰富，富含不饱和脂肪酸、多种维生素和矿物质、壳聚糖以及抗菌肽等(Finke, 2013)，作为食品和饲料的动物蛋白来源具有较高的稳定性和安全性(van Huis, 2013; Rumpold and Schluter, 2013)，特别是在水产养殖领域中能够部分替代鱼粉的使用，从而延伸出更加广阔的市场空间(Sealeyetal., 2011; Parketal., 2013; Henryetal., 2015; Tomberlinetal., 2015)。国内对于亮斑扁角水虻的研究虽然起步较晚，但发展很快，特别是近几年在餐厨垃圾处置领域获得了较好的投入和推广(刘玉升等, 2013)，实际上，在全球范围内正在形成一个庞大的昆虫蛋白和昆虫油脂供应市场，而亮斑扁角水虻因其同时具备良好的环境效应和经济效益，在未来昆虫产业的发展中将拥有不可替代的优势。

亮斑扁角水虻的生物学特性具有极强的可塑性，并在受到食物种类、温度、湿度、取食密度、肠道微生物等多种因子的影响时，都能显著改变其发育速率和成活率(Myersetal., 2008; Yuetal., 2011; Holmesetal., 2012; Nguyenetal., 2013; Banksetal., 2014; Pazetal., 2015)，Tomberlin等(2009)和Holmes 等(2016)分别研究了亮斑扁角水虻各虫态在若干温度条件下的不同表现，主要侧重于其在极端温度条件下的耐受性。本文在前人研究的基础上，旨在通过连续温度梯度探索亮斑扁角水虻发育的变化规律，确定其适宜的发育温区从而为规模化人工养殖提供有益的帮助。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试虫源由广东省生物资源应用研究所(原广东省昆虫研究所)提供，收集同一天产的卵进行实验，实验从收卵当天开始，以保证供试虫卵的活力。

花生麸由广东省农业科学院作物研究所综合实验厂提供。

EM菌由广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所提供。

1.2 实验方法

1.2.1 饲料配制

将水、新鲜的花生麸、EM菌按79 ∶20 ∶1比例混合，浸泡24 h，水分调节至75%-80%，密封保存备用。

1.2.2 不同温度对幼虫孵化的影响

用软毛刷收集亮斑扁角水虻4 h以内所产的新卵，取干净的小号塑料饭盒若干个，每个饭盒封口处盖一个20目的铁网，在电子天平上称取5 g卵后放在铁网上，然后置于不同温度设置的人工气候箱内，共计5个温度梯度(26℃，28℃，30℃，32℃，34℃)，相对湿度(RH)为90%，每隔8 h观察1次，发现有孵化的幼虫后即收集、称量、记录，直至孵化完成，每个温度梯度3个重复。

1.2.3 不同温度对幼虫体重的影响

取干净的小号塑料饭盒若干个，放入制备的花生麸饲料50 g，然后称取1 g孵化的初龄幼虫接入饭盒，置于不同温度设置的人工气候箱内，共计5个温度梯度(24℃，26℃，28℃，30℃，32℃)，RH 75%，从接入幼虫的第6天开始，每天随机挑取300头幼虫，用吸水纸吸干表面的水分后，分别称重、记录100头幼虫的重量，重复3次，直至所有幼虫变成预蛹(体色从乳白转为黑褐)。

1.2.4 不同温度对幼虫成活率、预蛹率及羽化率的影响

在1.2.3所述的温度梯度内，取100个干净的塑料试管，放入10 g饲料后接入1头初孵幼虫，每天观察并记录成活率；当出现第1头预蛹时开始标记，每天记录新预蛹的数量、体重及体长，并将新预蛹迁至干净的塑料试管内，继续观察记录每个蛹羽化的时间和数量以及成虫的成活率，直至全部成虫死亡。每个温度梯度3个重复。

1.3 数据处理

实验数据由SPSS 13.0软件进行统计，由EXCEL 11.0软件制图。

观测数据经统计后获得均值和标准差，采用Duncan多重比较方法在α=0.05的水平上进行均值检验。

2 结果与分析

2.1 亮斑扁角水虻不同发育阶段的适宜温度

在温度梯度条件下，以花生麸饲养的亮斑扁角水虻的发育情况，经统计后如表1。

2.1.1 孵化的适宜温度

从表1中可以直观地看出温度升高能够缩短孵化时间，但温度过高(34℃)或过低(26℃)会降低孵化率，导致收获的幼虫数量减少，数据显示在32℃时收获的初孵幼虫数量最多(1.86 g)，并且与其它温度存在显著差异，因此可以认为32℃是亮斑扁角水虻孵化的最适温度。

表1 亮斑扁角水虻在不同温度条件下生长发育的描述性统计

注：表中数据为平均值±标准误，同列数据具相同字母表示Duncan新复极差法检验差异不显著(α=0.05)。Note:Data are presented as means±SE,and those followed by same letters in the same column are no significantly different at 0.05 level (Duncan’s multiple range test).

2.1.2 幼虫发育的适宜温度

幼虫发育阶段，比较得出28℃是亮斑扁角水虻幼虫的最适宜发育温度，不仅成活率最高(98%)、体重最大(19.42 g/100头)，而且发育也最快，幼虫体重达到峰值的平均时间只需要9.33 d；而随着温度升高，幼虫的代谢加快，在32℃时百头老熟幼虫体重减少为15.82 g，发育时间(10.00 d)与28℃的幼虫发育期相比并未显著缩短；随着温度降低会导致幼虫的代谢减缓，24℃温度条件下幼虫增重时间延长至16.33 d，且成活率降低(88%)、生物积累亦意外地减少(18.12 g/100头)，说明24℃的低温已经对幼虫产生了一定的负面影响。

2.1.3 蛹和成虫对温度变化的反应存在差异

亮斑扁角水虻的化蛹及羽化过程亦能在28℃温度条件下达到最优，蛹的重量(13.64 g/100头)、长度(19.50 mm)及蛹期(11.33 d)都优于其他温度条件。而成虫羽化方面，需要关注到羽化率都能达到100%，这说明亮斑扁角水虻蛹期的适宜性增强，能够忍受更加宽范的温度条件；成虫平均寿命虽然在24℃达到最长的12.67 d，但前期的研究(Tomberlinetal., 2002)显示成虫只有在超过28℃时才会频繁发生交配和产卵行为，因此10.33 d(28℃)的平均有效繁育时间仍然具有相对的优势。

2.2 亮斑扁角水虻适宜温度条件下的生物量积累过程

由于亮斑扁角水虻只有在幼虫阶段进行采食和生物量积累，进入预蛹期(体色由乳白转为黑褐)后即停止取食，因此在图1中可以看到5个温度处理的体重都是先增长、后下降的趋势，老熟幼虫体重达到最高时即开始预蛹，后随着代谢消耗而使体重有所减轻。图1中可以看出除了24℃，其他温度条件下的幼虫体重增长趋势非常接近，而依然在28℃温度条件下，幼虫生物量积累相对较多、且损耗较少，说明亮斑扁角水虻幼虫阶段对温度比较敏感，适宜的温度显然有利于其生长发育。

图1 不同温度条件下亮斑扁角水虻初孵幼虫至蛹期的体重增长趋势Fig.1 Weight trend of larval and pupal period on different temperature treatment

2.3 不同发育参数与温度的相关性

2.3.1 二项式拟合

温度与幼虫体重、蛹重、幼虫期及蛹期、孵化虫量的变化关系通过二项式能够进行很好地拟合(图2、图3、图4)，特别是幼虫的体重和发育历期，拟合公式的相关系数(R2)都达到了0.98，蛹重和蛹期则分别达到0.84、0.96，孵化虫量与温度的相关系数最低，也达到0.81，这说明温度二项式的可靠性较高，而二项式的峰值也正意味着最适温度的存在。

图2 温度与幼虫体重及蛹重的相关性分析Fig.2 Relationship between temperature and body weight

图3 温度与幼虫及蛹的发育历期的相关性分析Fig.3 Relationship between temperature and developmental periods

图4 温度与孵化虫量的相关性分析Fig.4 Relationship between temperature and harvested 1th instar larval weight

2.3.2 线型拟合

温度与成虫平均寿命的相互关系为线性相关(图5)，意味着温度越高、则成虫平均寿命呈单边下降的趋势，其相关系数(R2)为0.98。

图5 温度与成虫平均寿命的相关性分析Fig.5 Relationship between temperature and adults longevity

3 结论与讨论

温度和营养通常是是变温动物生长发育最不可缺少的环境因子，二者往往存在着复杂的相互关系(Leeetal., 2010)，一般而言，昆虫的发育会根据其生理耐受性和适应组合而存在一个适宜温区，低于和高于这个温区都会产生负面影响。从之前的文献来看，Holmes等(2016)的数据显示在19℃条件下亮斑扁角水虻的发育周期可延长至72 d，平均成活率只有31.9%，但是卵的孵化率仍然可以达到75%；Tomberlin 等(2009)测得在高温条件下(36℃)平均成活率只有0.1%，而27℃和30℃条件下的成活率则可达到74%-97%，27℃条件下的发育历期较30 ℃延长了4 d。本文的研究数据显示在24℃-32℃范围内，亮斑扁角水虻幼虫阶段的发育参数在28℃条件下能够达到最优，而降低和升高温度都会导致发育历期延长、生物量积累减少和成活率降低，因此明显预示了一个最适温度的存在，这一结论验证了前期报道的趋势性结果。

本研究中卵孵化的最佳温度为32℃，高温会显著降低卵的孵化率，这可能与亮斑扁角水虻的卵壁结构缺乏保水功能有关，而降低温度会延长孵化时间，据报道在16℃条件下孵化期延长为7.75 d，孵化率仍有12.8%(Holmesetal., 2016)，说明亮斑扁角水虻的卵具有一定的低温耐受性，其机制仍待进一步研究。前期的研究显示亮斑扁角水虻在老熟幼虫和蛹期具有较好的抗逆性(Holmesetal., 2012; 沈媛等, 2012)，本研究中亦发现死亡率通常出现在初龄幼虫(孵化后5 d内)阶段，蛹的体重与体长的绝对值变化并不显著，而实验涉及的温度对于羽化率几乎没有影响，但是成虫平均寿命却表现出相当的敏感性，基本呈现出温度越高、寿命越短的趋势，这与Tomberlin and Sheppard(2002)的实验结果基本一致。

实验结果显示二项式能够很好地拟合亮斑扁角水虻体重和发育历期与温度相关的发育进程，预测的可靠性较高，或可用于养殖实践，但是考虑到单一因子实验的局限性，因此在实际应用过程中应当谨慎分析营养水平、水份等其他因子的交互影响，以及注意适用的边界。

References)

Banks IJ, Gibson WT, Cameron MM. Growth rates of black soldier fly larvae fed on fresh human faeces and their implication for improving sanitation [J].TropicalMedicineandInternationalHealth, 2014, 19: 14-22.

Diener S, Solano NMS, Gutierrez FR,etal. Biological treatment of municipal organic waste using black soldier fly larvae [J].WasteandBiomassValorization, 2011, 2 (4): 357-363.

Finke MD. Complete nutrient content of four species of feeder insects [J].ZooBiology, 2013, 32: 27-36.

Henry M, Gasco L, Piccolo G,etal. Review on the use of insects in the diet of farmed fish: Past and future [J].AnimalFeedScienceandTechnology, 2015, 203: 1-22.

Holmes LA, Vanlaerhoven SL, Tomberlin JK. Relative humidity effects on the life history ofHermetiaillucens(Diptera: Stratiomyidae) [J].EnvironmentalEntomology, 2012, 41 (4): 971-978.

Holmes LA, Vanlaerhoven SL, Tomberlin JK. Lower temperature threshold of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) development [J].JournalofInsectsasFoodandFeed, 2016, online.

Lalander CH, Fidjeland J and Diener S. High waste-to-biomass conversion and efficientSalmonellaspp. reduction using black soldier fly for waste recycling [J].AgronomyforSustainableDevelopment, 2015, 35: 261-271.

Lee KP and Roh C. Temperature-by-nutrient interactions affecting growth rate in a insect ectotherm [J].EntomologiaExperimentalisetApplicata, 136: 151-163.

Li Q, Zheng LY, Qiu N,etal. Bioconversion of dairy manure by black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) for biodiesel and sugar production [J].WasteManagement, 2011, 31: 1316-1320.

Liu YS, Luo HY, Ye BH. The treatment and utilization approach of kitchen waste by environmental insects [J].RecyclableResourcesandCircularEconomy, 2013, 6 (4): 35-37. [刘玉升, 骆洪义, 叶保华. 餐厨废弃物的环境昆虫处理途径及资源化利用探讨[J]. 再生资源与循环经济, 2013, 6 (4): 35-37]

Myers HM, Tomberlin JK, Lambert BD,etal. Development of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae fed dairy manure [J].EnvironmentalEntomology, 2008, 37: 11-15.

Nguyen TTX, Tomberlin JK, VanLaerhoven S. Ability of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae to recycle food waste [J].EnvironmentalEntomology, 2015, 44: 406-410.

Nguyen TTX, Tomberlin JK, VanLaerhoven S. Influence of resources onHermetiaillucens(Diptera: Stratiomyidae) larval development.JournalofMedicalEntomology, 2013, 50: 898-906.

Park K, Choi Y, Nam S,etal. Nutritional value of black soldier fly,Hermetiaillucens(Diptera: Stratiomyidae) as a feed supplement for fish [J].JournalofSericultural&EntomologicalScience, 2013, 51 (2): 95-98.

Paz ASP, Carrejo NS, Rodriguez CHG. Effects of larval density and feeding rates on the bioconversion of vegetable waste using black soldier fly larvae [J].WasteandBiomassValorization, 2015, 6 (6): 1059-1065.

Popa R, Green TR. Using black soldier fly larvae for processing organic leachates [J].JournalofEconomicEntomology, 2012, 105 (2): 374-378.

Rumpold BA and Schluter OK. Potential and challenges of insects as an innovative source for food and feed production [J].InnovativeFoodScienceandEmergingTechnologies, 2013, 17: 1-11.

Sheng Y, Xu QY and An XC. The study of stress resistance for larva and pre-pupa stage of black soldier fly,Hermetiaillucnes[J].JournalofEnvironmentalEntomology, 2012, 34 (2): 240-242. [沈媛, 徐齐云, 安新城. 黑水虻幼虫及预蛹抗逆性的初步研究[J]. 环境昆虫学报, 2012, 34 (2): 240-242]

Sheppard DC, Tomberlin JK, Joyce JA,etal. Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) [J].JournalofMedicalEntomology, 2002, 39: 695-698.

Tomberlin JK, Adler PH and Myers HM. Development of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) in relation to temperature [J].EnvironmentalEntomology, 2009, 38 (3): 930-934.

Tomberlin JK and Sheppard DC. Factors influencing mating and oviposition of black soldier flies (Diptera: Stratiomyidae) in a colony [J].JournalofEntomologicalScience, 2002, 37: 345-352.

Tomberlin JK, Sheppard DC and Joyce JA. Selected life-history traits of black soldier flies (Diptera: Stratiomyidae) reared on three artificial diets [J].AnnalsoftheEntomologicalSocietyofAmerica, 2002, 95: 379-386.

Tomberlin JK,van Huis A, Benbow ME,etal. Protecting the environment through insect farming as a means to produce protein for use as livestock, poultry and aquaculture feed [J].JournalofInsectsasFoodandFeed, 2015, 1: 307-309.

van Huis A, van Itterbeeck J, Klunder H,etal. Edible insects: Future prospects for food and feed security [R]. Rome: Food and Agriculture Organization, 2013.

Yang D, Zhang TT and Li Z. Stratiomyoidea of China [M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2014.[杨定, 张婷婷, 李竹. 中国水虻总科志[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2014]

Yu GH, Cheng P, Chen YH,etal. Inoculating poultry manure with companion bacteria influences growth and development of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae [J].EnvironmentalEntomology, 2011,40 (1): 30-35.

Yu GH, Li YP, Yang YHetal. Effects of the artificial diet with low water content on the growth and development of the black soldier fly,Hermetiaillucens(Diptera: Stratiomyidae) [J].ActaEntomologicaSinica, 2014, 57 (8): 943-950.[喻国辉, 李一平, 杨玉环等. 低含水量饲料对黑水虻生长发育的影响[J]. 昆虫学报, 2014,57 (8): 943-950]

Studies on optimum temperature for rearing black soldier fly,Hermetiaillucens(Diptera: Stratiomyidea)

JI Yue1, REN De-Zhu2, YE Ming-Qiang2, LUO Chong1*, AN Xin-Cheng3*

(1. College of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2. Sericulture and Agro-Product Processing Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China; 3. Guangdong Key Laboratory of Animal Conservation and Resource Utilization, Guangdong Institute of Applied Biological Resuorces, Guangzhou 510260, China)

Black soldier fly,Hermetiaillucens, was concerned more and more around the world in the past decade because of its beneficial impact on environmental welfare, especially the ability to transfer perishable organic waste into insect protein and oil, which could be added value and used as food and feed in a wide range. Feasible mass production of black soldier fly larvae could be sustainable way of protein and oil supply to varied industries, which will promote a friendly, recyclable and sustainable development model of biological resources established globally. Black soldier fly was belong to ectotherm probably derived tropical area, so expected that its development was easy affected by temperature. In this case, the optimum temperature for eggs hatching ofH.illucenswas concentrated on 32℃ with shortest hatching period (56 h) and maximum wight of harvested larvae (1.86 g); 28℃ seemed to be optimal for the rest of phase of black soldier fly, and its performance showed best included larval biomass (19.42 g/100 head), larval growth rates (9.33 d), larval survival rates (98%), pupal period (11.33 d) and adults longevity (10.33 d). Pupal stage showed some degree of tolerance to temperature but adults longevity became fragile with increasing temperature. Results indicated that relationship between temperature and selected parameters was fitted by binomial instead of linear like eggs hatching, biomass accumulation and development period for larvae and pupa, which means an optimal temperature was existed and going to be a good news for rearing black soldier fly with mass production level.

Hermetiaillucens; development; optimal temperature

广东省科技计划项目(2014B020216007，2013A061402006)；广州市科技计划项目(201508020108)

姬越，男，1989年生，硕士研究生，主要从事资源昆虫的利用及生态方面的研究，E-mail：244207814@qq.com

*通讯作者Author of correspondence，E-mail:gzluochong@sina.com;E-mail: anxc@giabr.gd.cn

Received: 2017-01-02; 接受日期Accepted: 2017-03-02

Q968.1

A

1674-0858(2017)02-0390-06

姬越，任德珠，叶明强,等.亮斑扁角水虻人工饲养条件下适宜温度的研究[J].环境昆虫学报，2017,39(2):390-395.