光照因素对黑水虻幼虫生长发育影响初探

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(西南民族大学生命科学与技术学院，四川 成都 610041)

0 引言

黑水虻(Black soldier fly),Hermetia illucens为双翅目Diptera水虻科Stratiomydiae昆虫[1]。由Linnaeus于1738年最早记录，幼虫体长可达到20mm，起源于美洲，现已成为世界性分布的昆虫，在北纬45°和南纬40°间均有分布[2]。黑水虻不携带病菌，也不会侵入人类居住环境，对农作物也不会形成危害[3]。黑水虻的生长发育分为卵期、幼虫期、蛹期和成虫期。幼虫期又分为6个不同的龄期，第6龄幼虫被称为预蛹[4]。黑水虻处理餐厨垃圾的主要过程就发生在其幼虫生长时期[5]。在黑水虻幼虫阶段结束后，其体内含有大量的蛋白质和丰富的氨基酸成分[6]，经简单处理即能制成优质的蛋白饲料，供畜禽食用。因此，利用餐厨垃圾等有机废物养殖黑水虻可变废为宝，将其中的营养成分转化为昆虫蛋白，为畜禽提供一种成本低廉的蛋白饲料来源[7-9]。

黑水虻的养殖需要一定的环境条件，环境的变化对黑水虻幼虫阶段的生长发育有较大的影响[10]。生长环境的光照强度、温度、湿度、餐厨垃圾的处理方式、食物内部的微量元素，例如Zn[11]、Cu[12]、食物的含水率[13]、营养成分组成等都对黑水虻幼虫的生长发育有较大的影响。据资料显示，光照因素能够控制黑水虻幼虫生长发育的进程[14]，是限制其有机废物处理能力的一个主要因素。因此，在冬季、连阴雨天以及室内养殖时需要寻找一种能替代阳光的人工光源，促进黑水虻的生长发育。

本实验通过不同类型的光照条件对黑水虻低龄幼虫进行照射，对人工光照条件对黑水虻幼虫生长发育的影响进行探索。试图以人工光照来解决黑水虻大规模人工饲养中的瓶颈问题，使其生长进程不受光照因素限制，能全年持续地进行有机垃圾处理，对利用黑水虻大规模处理餐厨垃圾、畜禽粪便等有机废物有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 实验昆虫

实验用黑水虻虫卵由广西省钦州市黑水虻养殖中心提供形态正常状态良好的虫卵100 g。

1.2 实验地点

实验在西南民族大学青藏高原动物遗传资源保护与利用四川省重点实验室完成。

1.3 实验材料

碘钨灯三只、照度计、纸箱、多格相同的塑料养殖盒、专用饲养室、空气加湿器、电子秤、恒温培养箱、冰箱、湿度计，豆腐渣15 kg，饲料烘箱，麦麸饲料10 kg。

实验使用预先处理的豆腐渣代替餐厨垃圾模拟黑水虻幼虫处理餐厨垃圾过程，委托四川威尔检测技术股份有限公司对豆腐渣样品进行成分测定(NO.20180124-00567Q)，检测结果见表1。

表1 豆腐渣营养成分

1.4 实验方法

1.4.1 培养室内环境的控制

选择利于通风，温度湿度适宜的培养室。空调保证培养室内温度在30℃左右。使用湿度计和空气加湿器保证培养室内相对湿度达到适宜条件。

1.4.2 虫卵的孵化

使用多孔纱布作为黑水虻虫卵的载体，固定在装有发酵麦麸饲料的塑料养殖盒上，将黑水虻卵用毛笔均匀地分散于固定好的多孔纱布上面，尽量分散以利于幼虫钻过纱网。将养殖盒放入恒温培养箱中，保持温度30℃，相对湿度65%。在孵化的过程中，保证养殖盒内发酵麦麸饲料的相对湿度稳定。4 d后，黑水虻1龄幼虫孵化出来，掉落于发酵麦麸饲料上，并开始取食，进入黑水虻低龄幼虫的发育阶段。如图1所示。

图1 黑水虻虫卵的孵化过程

1.4.3 低龄幼虫的培养

使用发酵好的麦麸作为培养1～3龄幼虫的基础饲料。每天进行观察幼虫的生长情况，以及幼虫的成活率。每天更换新鲜发酵麦麸饲料，保证此过程中黑水虻低龄幼虫的快速成长。

1.4.4 高龄幼虫豆渣饲料的加工和预处理

将市场上购买的手工制作的豆腐渣用75℃烘箱进行烘干至含水量30%，放入-6℃冰箱保存备用。使用时将水分调整至70%，作为养殖高龄幼虫的饲料。

1.4.5 定量分散培养

使用购买的塑料养殖盒进行培养：①自然光照组设置4个平行样；②黑暗组设置4个平行样；③碘钨灯光照组设置12个不同梯度的光照条件。共计使用20个塑料养殖盒，每个塑料养殖盒放入100 g已烘干的豆渣，使用纯水调节至含水量为70%备用。如图2所示，将3龄黑水虻幼虫从孵化盒中取出，以250只幼虫为一组，进行称重。将幼虫转移进入20个养殖盒中，在不同光照条件下进行培养，如图2所示。

图2 黑水虻低龄幼虫的培养

1.4.6 幼虫时期培养条件的控制

测定饲养室内外温度、湿度等参数，分别在自然光、黑暗条件和碘钨灯条件下进行培养。根据光源距离饲养盒的远近程度调整相同光源的光照强度。①自然光照组：在实验期间每日9:00、13:00和17:00分别测定培养室外自然光照强度，记录数值；②黑暗条件组：使用纸箱和纸板对每个养殖盒进行隔离和遮光处理，保证培养环境的遮光性。③碘钨灯组：根据光源距离养殖盒的远近程度使用照度计测量其光照强度，以500Lux、1000Lux、1500Lux、2000Lux作为4个不同条件的实验组进行培养，每组3个重复。每个养殖盒放置相同数量3龄幼虫，待到培养至6龄后，根据其体重增长量和体长数据，分析不同光源和不同光照强度下，黑水虻幼虫对饲料的处理能力，进而得到最佳处理条件

图3 使用照度计测定光照强度

1.4.7 3～6龄幼虫的培养过程

整个养殖过程历时20 d，在培养过程中，除光照条件外需要保证其他环境因子适宜(例如，温度、空气湿度及饲料含水率)。注意用不透光的厚纸板和纸箱隔离不同光源和光照强度的试验组，防止相互影响。保持实验期间饲料含水量的相对稳定，及时加入新配置的饲料。

图4 3～6龄幼虫的培养过程

1.4.8 6龄幼虫的称重

将黑水虻从3龄幼虫培养至6龄幼虫后，每个养殖盒中随机取出100只6龄幼虫称重并测量其体长。根据生长发育情况判定最佳培养条件。

1.4.9 测定结果的统计学分析

得到实验数据后，根据不同光照强度和光照类型，以光源和光照强度为变量，对数据进行统计检验，探讨光照因素对黑水虻生长的影响，找到最合适的光源与光照强度。

2 结果

2.1 不同光照条件下黑水虻幼虫体重数据

分别在自然光照和完全遮光的条件下设置4个相同条件的实验对照组，与不同光照强度下的碘钨灯所培养的黑水虻6龄幼虫进行对比。结果如图5所示，光照强度为1000Lux碘钨灯照射时6龄幼虫体重最大。

图5 不同培养条件下，每100只黑水虻6龄幼虫总重

2.2 不同光照条件下黑水虻幼虫体长数据

分别在自然光照和完全遮光的条件下设置4个实验对照组，与不同光照强度下的碘钨灯所培养的黑水虻6龄幼虫进行对比。随机测量100只黑水虻6龄幼虫体长，记录结果，计算出不同培养条件下的平均体长，结果如图6所示，光照强度为1 000 Lux碘钨灯照射时6龄幼虫体长最长。

2.3 统计分析

在不同光照强度下，各组黑水虻6龄幼虫体重分析统计结果，如表1所示。其中在黑暗条件下培养的黑水虻幼虫，光照强度记录为0。在自然光照下培养的黑水虻幼虫，作为整个实验的对比组。在不同光照强度下，各组黑水虻6龄幼虫平均体长分析统计结果如表2所示。其中在黑暗条件下培养的黑水虻幼虫，光照强度记录为0，在自然光照下培养的黑水虻幼虫，作为整个试验的对照。

图6 不同光照条件对黑水虻幼虫体长的影响

表1 6龄黑水虻幼虫各组重量分析数据对比

表2 6龄黑水虻幼虫各组体长分析数据对比

对各组培养条件下说得出的重量和单只平均体长数据进行t检验和f检验，比较各组数据的显著性和差异性。如表3所示。

表3 方差齐性检验

对不同培养条件下，各组的组间和组内的数据进行方差分析，表明在不同培养条件下，6龄幼虫的体重具有显著的差异。如表4所示。

表4 ANOVA分析:光照对黑水虻六龄幼虫重量的影响

对不同培养条件下的组间和组内的数据进行方差分析，表明在不同培养条件下，6龄幼虫的体长具有显著的差异。如表5所示。

表5 ANOVA分析:光照对黑水虻六龄幼虫体长的影响

分析结果可知，在不同的光源和光照强度下，黑水虻所表现出的生长数据有显著的差异。即在不同的光照强度和不同的光源下，黑水虻6龄幼虫体长和体重出现了较为显著的差异，具体结论如图7和图8所示。本研究结果表明，1 000 lux碘钨灯下所生长的黑水虻6龄幼虫体长和体重均最优。

图7 不同照强度下各组黑水虻6龄幼虫的体重平均值

图8 不同光照强度下各组黑水虻6龄幼虫的体重平均值

3 讨论

3.1 光照因素对黑水虻幼虫处理能力的影响

本研究结果表明, 在自然光照条件下，黑水虻幼虫生长缓慢，其6龄幼虫体长和体重小于人工光照组。说明人工光照条件比自然光照条件更有利于黑水虻幼虫的生长。出现这样的结果，可能与实验季节成都地区自然光照条件欠佳有关，也表明光照是影响黑水虻幼虫生长发育的一个重要因素。

在完全遮光的培养条件下，黑水虻幼虫的生长与碘钨灯下1500Lux光强组无明显差异。但黑水虻幼虫体重和体长与其他实验组相比出现较大的差异。表明黑暗和过强的光线均抑制黑水虻幼虫的生长。

在碘钨灯光照射条件下，光照强度为500Lux时，6龄幼虫的生长发育较自然光照和完全遮光条件下，有显著的提高。其中光照强度为1000Lux时，黑水虻6龄幼虫的生长数据达到了本次实验的峰值，表现为较高的体重和体长数据。在2000Lux碘钨灯光照强度下，黑水虻幼虫的生长发育受到了限制，其体长和体重明显要低于自然光照强度下的生长数据。

3.2 最优人工光照条件的确定

在本次实验中，对比不同光照条件生长数据可以发现，黑水虻幼虫阶段对光线较为敏感，光线将影响其进食能力，进而影响其生长发育速度，最终体现在对幼虫的体长和体重的影响上。这表明光照因素是限制其生长的重要因素之一，在适宜的光照类型和光照强度下，黑水虻幼虫生长发育速度最快。本研究结果初步表明：在碘钨灯1 000Lux光强下，黑水虻具有最大的生长发育速度，体重和体长增长最快。由此可见，碘钨灯1 000Lux光强是促进黑水虻幼虫生长发育的最佳光线条件。

4 结论

本课题探究了光照因素对黑水虻在幼虫阶段取食和生长的影响，发现1000Lux碘钨灯光照射条件是黑水虻幼虫生长发育的最适合光源条件，能明显促进黑水虻幼虫的生长发育和取食速度，进而提高对废弃垃圾的转化效率。