一口“吃掉”塑料——关于黄粉虫取食塑料现象的研究

■广东省佛山市顺德李兆基中学

人类产生垃圾的速度远远超过自然生物降解的速度，其中塑料垃圾不仅污染环境，也开始侵蚀人类的健康。利用人工主导的生物降解方法降解塑料或许是目前解决塑料垃圾问题的方向。

一、研究目的

在同类型的研究性学习中，很多学生都观察到黄粉虫有吞食塑料的现象，但仅仅观察到这种现象还不足以达成利用黄粉虫降解塑料的目的。如何证明黄粉虫幼虫直接取食塑料的现象可达成生物降解塑料的目的？

二、对黄粉虫取食塑料的现象进行探究及定性分析

1.实验目的

目前的研究报告显示，黄粉虫对不同材质的塑料均有取食行为，但对不同种类塑料的消化能力各异。我们想通过观察、研究黄粉虫吞食塑料的行为，初步检测其肠道对塑料的降解作用，观测塑料是否对其具有生理毒害作用。同时，筛查下一步实验重点研究的塑料种类，确定研究方向。

2.实验准备

黄粉虫幼虫购自广州市花鸟市场。饲养数日，选取健康状态良好的幼虫备用。

3.实验方法

设置对照组1 个, 实验组15 个（可降解红色塑料袋组、可降解白色塑料组、可降解黄色塑料组、可降解红色塑料组、无色塑料袋、绿色塑料袋、红色塑料袋、黄色塑料袋、黑色塑料袋、可降解透明饭盒、黄色泡沫饭盒、白色泡沫饭盒、红色泡沫饭盒、黑色泡沫饭盒、绿色泡沫饭盒）。

将黄粉虫经过饥饿处理后同时进行16组平行实验，实验前将塑料撕成碎片。通过对各组进行观测记录、排泄物分析，对虫体施加适度的刺激测试其反应能力，测量塑料的消耗量，初步确认黄粉虫对塑料的吞食取向。

4.实验结果分析及讨论

通过3 周的观察记录，发现各组塑料的质量呈持续下降趋势。可降解塑料组、可降解塑料盒、不可降解塑料组的质量下降趋势较平缓，甚至停滞。且这些组内黄粉虫的质量增加量并不大，甚至出现体重不变或体重下降的现象。

黑色不可降解塑料组内的黄粉虫死亡率最高，存活的黄粉虫生长现象不明显，且对该种塑料的取食兴趣最低。因此，实验开始1 周之后出现了组内黄粉虫互相蚕食的情况，黄粉虫尸体、蜕皮成为该组存活黄粉虫的主要食物来源。

与以上3 组形成明显对比的是泡沫饭盒组，该组内的塑料消耗量较大，虫体有明显的生长现象，但黄粉虫的死亡率随塑料的消耗量增加而不断上升。同类型的研究结果显示，这种现象并非聚苯乙烯（PS）对黄粉虫的毒害作用引起。

反应能力测试的结果表明，食用塑料对黄粉虫的反应能力造成了一定程度的损伤。很可能是黄粉虫对不同种类的塑料取食量不同而导致饥饿程度各异，影响了其活动能力。

我们收集了各组的黄粉虫粪便并将其点燃，发现燃烧过程中有白烟产生，且红色可降解塑料袋、红色泡沫饭盒这两组黄粉虫的粪便点燃后产生的白烟浓度最高，黑色塑料袋组的黄粉虫粪便点燃后产生了刺激性气味。结合黑色塑料组的黄粉虫同类残食且行动迟缓的现象进行推测，黄粉虫对黑色塑料袋的降解效果并不佳。

此外，我们发现塑料颜色不同，黄粉虫的取食兴趣也有所不同。然而，黄粉虫的生理结构并不能让其具备辨色能力。因此，颜色不可能影响黄粉虫的进食取向。

以平均消耗量最大的聚苯乙烯（PS）为例，我们利用无色无味的染色剂将PS 碎片分别染成红色、黑色、黄色、绿色，并保留一组PS 碎片不作染色处理。称量结果显示，不同颜色的PS 消耗量相差较大。在第一周的测量中，红色的PS 碎片被消耗得最多。

对粪便进行收集分析时，红色PS 碎片组的粪便质量最大，但其中含有白色颗粒物，疑似PS 小颗粒。排除色彩外，值得考虑的有可能是表示可见光特征的色温能影响黄粉虫的进食取向。

图1 塑料剩余量与实验天数折线图

三、对黄粉虫取食塑料与碎块色温的相关性分析

1.实验背景

在实验一中，我们将不同颜色的塑料按种类进行分组，以色温作为同组之间的单一变量，同组之间进行对照观测。

对比塑料的消耗量、黄粉虫受到外界刺激时的反应能力等可以发现，黄粉虫对不同颜色的同种塑料的消耗量相差0.106g～0.001g不等。

2.实验过程

选取300 条健康且体型几乎相同的黄粉虫，将其平分为6 组。设置1 组为对照组，其余5 组分别是红色碎片、黄色碎片、绿色碎片、黑色碎片、白色碎片。在室温（27±2）℃、照度为150～300Lux 的实验室进行实验。

实验持续10 天，每天称量组内的碎片，收集碎片消耗量的数据，用制作回归函数图像的方式分析色温与黄粉虫取食行为是否有关。

3.实验结果

如图1 所示，向各组黄粉虫容器中投入0.30 单位等量且不同颜色的塑料泡沫，实验结束时，剩余单位塑料含量从高到低依次是黑色塑料泡沫、绿色塑料泡沫、红色塑料泡沫、白色塑料泡沫与黄色塑料泡沫。

第一天至第五天的过程中，可在宏观数据上发现单位塑料的减少量处在一个相对较快的下降梯度。随后，除黄色塑料泡沫发生次日内的大梯度下降，其余塑料泡沫趋于稳定，总体上类似于反比例函数或对数函数。

从单组上看，最后单位塑料泡沫剩余量主要分布在三个区间。在（0.15，0.20]区间内仅有黑色塑料泡沫分布，在（0.10，0.15]区间内仅有绿色塑料泡沫，在（0.05，0.10]内有红色塑料泡沫、白色塑料泡沫与黄色塑料泡沫。

我们采用对数回归法分析该组数据，求出的各类塑料的降解剩余率分别为红色塑料泡沫26.5%、绿色塑料泡沫34.7%、黄色塑料泡沫16.5%、黑色塑料泡沫50.3%、白色塑料泡沫22.7%。对此进行标准方差分析可得，各类塑料的降解剩余率的平均数为0.3 014，样本标准偏差为0.13 056，样本标准偏差的方差为0.01 705，样本标准差的方差值相差不到10 倍。由此可证明，黄粉虫消化塑料泡沫的能力与塑料的颜色有关。

我们猜想，黄粉虫消化塑料的能力以周期形式表现，单位黄粉虫消耗塑料的能力具有极限值。遗憾的是，由于实验条件有限，我们没能在此次探究中具体验证上述猜想。

四、检测肠液对塑料的降解作用

1.实验目的

通过实验一“对黄粉虫取食塑料的现象探究及定性分析”可以发现，聚苯乙烯的消耗量最大，且聚苯乙烯组内的黄粉虫具有明显的生长现象。

确认对塑料的消耗量起决定作用的是黄粉虫肠道内的消化作用与微生物等对各种塑料的降解效果，而不是塑料本身的硬度与各种塑料所含有的气味等因素对其取食行为产生影响所致。

2.实验准备

准备40g 黄粉虫作为提取物的原料，进行饥饿处理后，加入80ml 蒸馏水放入研磨机粉碎。将所得的混合物过滤后倒入试管，放入差速离心机离心30min。从差速离心机中取出试管，取上层清液。

将不可降解塑料（PE）、聚苯乙烯（PS）、可降解塑料袋（PLA）的碎片分别取0.01g，可降解塑料盒（PP）取0.1g 加入试管，并设置5 组平行实验。向每支试管内加入等量的黄粉虫肠道提取物，在室温度（27±2）℃、湿度恒为40%～50%的环境下静置3 日，随后取出试管内的塑料，排除肠液水分影响对其进行测评。

3.实验结果

对试管内的塑料进行称重，对比浸泡黄粉虫提取物前、后塑料的质量。

图2 各类塑料浸泡黄粉虫肠液前、后质量对比柱状图

由图2 可见，各类塑料初始质量与经过浸泡后的质量均上涨，呈现出普遍规律。各类塑料在黄粉虫肠液中浸泡后，其质量受到一定影响，可得出黄粉虫肠液对各类塑料有生物化学作用。

至于是否因为肠液导致各类塑料的质量增加，我们作出以下猜想：黄粉虫肠液内某种物质与塑料反应生成新物质，导致黄粉虫有生长表现。

在“对黄粉虫取食塑料与碎块色温的相关性分析”中，我们得出黄粉虫是以周期形式消化的猜想，消化周期长，实验中3 日内黄粉虫肠液内某种物质与各类塑料的反应未达到最终形态。