黑水虻武汉株×Bioforte 株杂交后代生长性能研究

覃成婕，胡 斌，叶灿权，朱剑锋，李雪玲，田 铃，黄志君，胡文锋

（1.华南农业大学食品学院，广东 广州 510642；2.生物源生物技术(深圳)股份有限公司，广东 深圳 518055；3.广东省农业科学院动物科学研究所，广东 广州 510640；4.华南农业大学动物科学学院，广东 广州 510642）

【研究意义】黑水虻（Hermetia illucensL.），学名是亮斑扁角水虻，属于昆虫纲双翅目短角亚目水虻科扁角水虻属［1］。黑水虻属于完全变态昆虫，在自然界的有机废物中大量繁殖［2］，是一种全球广泛分布的资源昆虫，能够有效将畜禽粪便转化为生物质和堆肥，可用作生物柴油、动物饲料和生物肥料［3］。黑水虻幼虫与细菌共转化处理畜禽粪便［4］，具有减少畜禽粪便积累［5-6］、降解霉菌毒素［7］和抑制致病菌［8］的潜力。因此，研究黑水虻及其杂交后代的生长性能有利于促进其育种和处理有机废弃物进程，值得深入研究。

【前人研究进展】目前国内外学者对黑水虻的研究主要集中于饲养条件优化、应用推广及遗传学方面［9-12］，而对黑水虻杂交的相关研究较少。胡新军等［13］公开了一种耐烟碱黑水虻品系的培育方法，先利用含烟碱溶液配置的饲料于野外诱导黑水虻，获得初始野生株系；然后通过逐步提高饲料中烟碱水溶液的浓度，并经过20～30 世代连续驯化培育，最终获得耐烟碱黑水虻品系，对照幼虫的存活率为14%，而经过30 代强化选育的幼虫存活率为95%。赵博等［14］研究获得可以高效处理豆渣的黑水虻株系：通过豆渣养殖基质对从野外获得的黑水虻株系进行选育，经10 代选育后得到BFL-DZ 株系黑水虻，以武汉株黑水虻为对照，发现经豆渣选育的BFL-DZ 株的生物转化率为11.7%，而未经豆渣选育的武汉株的生物转化率仅为9.2%。【本研究切入点】前人在黑水虻育种和繁殖方面的研究局限于同种黑水虻的培育训化，传统培育方法的培育周期长，通常要经过10 世代以上连续培育。杂种育种能够综合亲本的优势，但目前不同株黑水虻的杂交研究较少。黑水虻Bioforte 株生长性能较为稳定，目前已应用于大规模生产，但其个体相对较小，种虫繁殖周期较长；而武汉株的个体较大，且繁殖周期比Bioforte 株短。【拟解决的关键问题】本试验以黑水虻武汉株和Bioforte 株为亲本进行杂交，将获得的杂交1 代连续横交3 代，然后比较经杂交和横交的后代与武汉株、Bioforte 株黑水虻的生长性能和发育特点，以阐明后代与武汉株和Bioforte株的性能差异，并在实际生产应用中发挥杂交后代的杂种优势。

1 材料与方法

1.1 试验材料

武汉株黑水虻的虫卵由华中农业大学提供，Bioforte 株黑水虻的虫卵、麦麸、豆粕、苜蓿草粉由生物源生物技术（深圳）股份有限公司提供。

黑水虻幼虫专用配合饲料基础日粮按照麦麸∶豆粕∶苜蓿草粉=5∶3∶2 的比例配制，其100 g 配合饲料含能量1 526.00 kJ、水分6.24 g、蛋白质24.18 g、脂肪2.52 g、碳水化合物60.10 g、灰分6.96 g。将配制好的饲料加水搅拌均匀，使饲料含水70%（W/W）即可用于黑水虻幼虫养殖。

1.2 试验方法

试验于2022 年4 月在华南农业大学启林教学科研基地进行。将武汉株和Bioforte 株于同一天羽化的成虫分开，按照武汉株♂×Bioforte 株♀、武汉株♀×Bioforte 株♂进行杂交，分别获得杂交子一代F1和F1´；F1和F1´分别横交3 代，并选取每代蛹个体较大的黑水虻作为种虫，以横交第3 代成虫产的虫卵作为试验株，分别记为F和F´。以F、F´为试验处理，武汉株和Bioforte 株为对照，初孵幼虫以麦麸为开口料保育6 d［15］，之后转进幼虫专用配合饲料中，投放量以150 g（干饲料）/100 头为宜。每个处理组6 个重复，每个重复100 头黑水虻。养殖过程如下：

幼虫：将幼虫养殖盒（19.5 cm×13.4 cm×7.3 cm）置于培养箱中，设置温度为28（±1）℃，相对湿度为70（±）5%，无光照。

成虫：将成虫笼（30 cm×30 cm×30 cm）置于阳光房内，保持每天12 h 的明暗交替，室内温度28（±1）℃，相对湿度70（±5）%，定期补水，直至成虫交配产卵。

1.3 指标测定与数据统计

每天观察幼虫的生长情况，每隔3 d 测量幼虫的体长和体质量，饲养至50%的幼虫预蛹时停止饲养。收集每个处理其中3 个重复的幼虫，105℃下烘至恒重，对各处理余下的3 个重复继续饲养至全部预蛹待羽化。统计以下试验指标：

存活率（%）=幼虫存活数/幼虫总数×100

化蛹率（%）=幼虫化蛹数/幼虫总数×100

羽化率（%）=蛹的羽化数量/蛹总数×100

总增干质量（g）=末老熟幼虫干质量-幼虫初始干质量（幼虫初始干质量≈0）

总增鲜质量（g）=末老熟幼虫鲜质量-幼虫初始鲜质量

体长生长速率（mm/d）=（本时间幼虫体长-前阶段幼虫体长）/ 饲喂时间

体质量生长速率（g/d）=（本时间幼虫体质量-前阶段幼虫体质量）/ 饲喂时间

饲料转化率（%）=老熟幼虫总增干质量/（初始饲料干质量-试验结束剩余物干质量）×100，剩余物包括剩余饲料和虫沙。

表观消化率（%）=〔总添加饲料干质量-饲料减重干质量〕/总添加饲料干质量×100

饲料利用率（%）=老熟幼虫总增干质量/总添加饲料干质量×100

料重比=添加饲料总干质量/老熟幼虫总增鲜质量

孵化率（%）=孵化个数/总虫卵个数×100

试验结束后测定幼虫的水分（GB 5009.3-2016，直接干燥法）、粗蛋白（GB 5009.6-2016，自动凯氏定氮仪法）和粗脂肪（GB 5009.6-2016 索氏抽提法）含量。

采用 WPS 2016 软件对原始试验数据进行初步处理，采用IBM SPSS Statistics 23 进行统计学检验，其中差异性分析采用单因素方差分析（Oneway ANOVA）中的 Duncan 和LSD 分析方法。

2 结果与分析

2.1 黑水虻幼虫体长、体质量比较分析

由表1 可知，12、15 日龄时，黑水虻F、F´、武汉株和Bioforte 株幼虫的体长差异均不显著；幼虫在15～18 日龄的培育阶段，4 株幼虫的体长维持不变或稍有下降；在15 日龄时，F幼虫的体长比另外3 株长，比武汉株长0.28 mm，比Bioforte 株长0.74 mm，说明杂交后F 黑水虻表现出较好的体长优势。从体长生长速率来看，Bioforte 株在6～9 日龄、9～12 日龄与其他3 株有差异，在9～12 日龄时其幼虫体长生长速率最快。武汉株、F、F´在幼虫阶段的体长生长速率差异均不显著，并且在6～9 日龄时其幼虫体长生长速率最快，说明F、F´与武汉株的体长生长速率较为接近。

表1 不同日龄黑水虻幼虫的体长及其生长速率Table 1 Body length and growth rate of black soldier fly larvae in different days of age

由表2 可知，9 日龄时，Bioforte 株幼虫的体质量仅为23.83 mg，F、F´幼虫的体质量分别是Bioforte 株的3.63、3.40；15 日龄时幼虫体质量达到最大，F、F´幼虫的体质量分别比Bioforte株提高5.45%、11.43%，说明F、F´ 较Bioforte株表现出较好的体质量优势。从体质量生长速率来看，12～15 日龄时，F、F´幼虫保持与武汉株和Bioforte 株较为接近的体质量生长速率，且均在9～12 日龄时幼虫生长速率最快。此外，F1、F1´幼虫在前期生长（6～9 日龄、9～12 日龄）的体质量表现出较为均匀的生长速率，而武汉株和Bioforte 株则表现为先慢后快的生长速率。

表2 不同日龄黑水虻幼虫的体质量及其生长速率Table 2 Body mass and growth rate of black soldier fly larvae in different days of age

2.2 黑水虻幼虫 饲料利用比较分析

由表3 可知，武汉株和Bioforte 株幼虫的饲料转化率、表观消化率和饲料利用率差异不显著。F、F´幼虫的饲料转化率和表观消化率均比武汉株和Bioforte 株高，F 幼虫与武汉株相比，饲料转化率提高17.72%、表观消化率提高2.55%；F´幼虫的饲料转化率和表观消化率分别比武汉株提高31.69%、2.07%；F 幼虫的料重比比武汉株低1.94、比Bioforte 株低0.47，F´幼虫的料重比比武汉株低2.74、比Bioforte 株低1.27；F 的饲料利用率比武汉株提高20.53%、与Bioforte 株差异不显著，F´幼虫的饲料利用率比武汉株提高34.31%、比Bioforte 株提高22.46%。结果表明，F、F´黑水虻幼虫比武汉株和Bioforte 株有更好的饲料利用效果。

表3 黑水虻幼虫饲料利用情况Table 3 Feed utilization of black soldier fly larvae

2.3 黑水虻 存活、化蛹、羽化和产卵性能比较分析

由表4 可知，4 株黑水虻的存活率及羽化率较高，均达90%以上。F、F´的化蛹率比武汉株和Bioforte 株提高约14%。F 的羽化时间、产卵时间比武汉株和Bioforte 株短，与武汉株相比，其羽化时间缩短5 d，产卵时间缩短5 d；与Bioforte株相比，其羽化时间缩短9 d，产卵时间缩短9 d，可见F 相比武汉株和Bioforte 株在繁殖上具有优势；而F´的羽化时间及产卵时间与武汉株差异不显著。4 株黑水虻的产卵数、卵块质量及孵化率差异不显著，说明F、F´的产卵性能及虫卵孵化率较稳定。

表4 黑水虻存活、化蛹、羽化和产卵性能参数Table 4 Performance parameters of survival,pupation,eclosion and oviposition of black soldier fly

2.4 黑水虻幼虫总增质量和营养物质含量比较分析

由表5 可知，F 幼虫与武汉株总增鲜质量差异显著，总增鲜质量比武汉株显著提高22.76%，与Bioforte 株差异不显著；F´幼虫的总增鲜质量显著高于武汉株和Bioforte 株，比武汉株提高35.15%，比Bioforte 株提高15.99%，说明F´幼虫在生产上比武汉株及Bioforte 株更有优势。F 的蛋白质含量略低于其他3 株黑水虻，F´的脂肪含量显著高于其他3 株黑水虻，与武汉株相比，在蛋白质含量差异不显著的情况下，脂肪含量是武汉株的1.07 倍，说明F´在脂肪生产应用上具有优势。

表5 黑水虻幼虫总增质量和营养物质含量Table 5 Total weight gain and nutrient contents of black soldier fly larvae

3 讨论

本研究杂交获得的黑水虻F、F´，其饲料转化率、表观消化率、饲料利用率均比武汉株及Bioforte 株高，但比陆丽珠等［16］的相应研究数据低，推测是本研究饲养黑水虻的饲料为麦麸、豆粕和草粉混合饲料，与其采用的麦麸、玉米粉和草粉混合饲料有所不同，因此可对黑水虻F、F´作进一步试验，利用不同种类的饲料饲养，并与原试验株进行对比，以此验证黑水虻F、F´能高效利用饲料这一优良性状。黑水虻的老熟幼虫虫干中含粗蛋白质约40%～45%、粗脂肪23%～36%［17］，本研究的黑水虻F、F´均处于此范围内，未出现杂交后蛋白质含量低于40%的现象，但F 的蛋白质含量仅为43.82%，显著低于F´、武汉株和Bioforte 株，Liu 等［18］指出黑水虻在14 日龄至预蛹阶段，其幼虫质量逐渐下降。本试验黑水虻F 的羽化时间比F´、武汉株和Bioforte 株短，推测收集幼虫样品时，F 与F´、武汉株和Bioforte 株的生长阶段不同，因此F 的蛋白含量较低。

通过对黑水虻进行多代选育，可获得具有特定性状的黑水虻新品系。但前人多对同一株系黑水虻进行训化育种［13-14］，而本研究在常规杂交育种之后进行横交性状固定，缩短育种时间的同时对已获得较优的杂合子进行性状固定，通过对后代的数据记录分析，获得的黑水虻F、F´综合了较短生长周期以及较优饲料利用情况的优势。目前，业界尚未建立黑水虻种质资源库的经验，但可以借鉴果蝇、蜜蜂、家蚕等已有多年遗传育种经验的经济昆虫。吕银等［19］采用杂交、混交、回交等方法，保护柞蚕遗传资源库，并选育出经济性状优良的新品种。杨忠生等［20］通过杂交和定向选择育种方法得到龄期短、强健，并且茧丝纤度细的三眠蚕品种。石巍等［21］用4 个株系的蜜蜂，先配制了3 个单交组合作为母本，之后与其中3 个纯种株系进行杂交，得到高产型蜂蜜的杂交种国蜂 213 和高产型王浆的杂交种国蜂414。后续我们可以借鉴蜜蜂和家蚕的育种方法对黑水虻的杂交育种进行改良，在原种品系培育的基础上开展三品种杂交和四品种杂交，以利于多种杂种优势的显现；选择品质较好的杂种进行多代横交，不局限于本试验中的同一代数之间的横交，可考虑不同代数，如第1 代与第3 代、第4 代，第2 代与第4 代、第5 代之间的横交等。横交固定优良性状后进行种群扩繁，得到较多的种质资源进行中间试验，同时利用分子生物学手段对具有独特性状的黑水虻品种进行分析，研究控制该性状的遗传信息，阐明其决定性状形成的分子机理，重点鉴定与生长速度、产卵率、卵品质相关的重要功能基因，对候选基因进行功能研究和调控分析，以适应我国不同地域和变化的市场对多元化产品的需求。

4 结论

本研究以黑水虻武汉株和Bioforte 株为试验种虫，经过杂交育种和横交固定后分别获得具有高饲料利用率、高存活率、高化蛹率、高羽化率，以及生长速率较为均匀、产卵性能较为稳定的F、F´，其中F 具有优于武汉株与Bioforte 株生长周期的优良性状。通过比较4 株系的各项生长性能，结果表明，F 的表观消化率和饲料利用率分别为59.53%、4.11%，显著高于试验种虫武汉株，F´的饲料转化率、表观消化率和饲料利用率分别为7.73%、59.25%、4.58%，显著高于试验种虫武汉株与Bioforte 株，这有利于提高幼虫的养殖效率，降低规模养殖成本。黑水虻F、F´具有较为均匀的生长速率，可考虑通过改善饲料配方和投料方式以发挥杂交后代的生长优势。此外，F、F´的孵化率能较好地保持在武汉株和Bioforte 株的水平上，均介于82.67%～84.68%之间。F 在生长周期上也具有极大优势，羽化时间为30.3 d，产卵时间为36.7 d，均比武汉株和Bioforte 株短，F、F´的这些优良性状有利于提高生产效率。