黄粉虫取食塑料的特征研究

周尔康，单玉昕

(东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

1 引言

塑料废物污染是世界环境难题之一，大部分塑料一次性消费后即被丢弃。2015年世界塑料总产量为26900万t，比2014年增加了900万 t[1]，其中聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、珍珠棉(EPE)3种通用塑料所占比例超过1/2[2]。聚苯乙烯(PS)是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，具有良好的尺寸稳定性[3]。聚乙烯(PE)是由乙烯聚合而成的重复单元聚合物，具有低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性[4]。珍珠棉(EPE)由低密度聚乙烯脂经物理发泡产生无数的独立气泡构成，有一定坚固性。由于塑料具有高分子量和很强的稳定性，自然降解法无法进行，而目前所用简单的填埋法、焚烧法和化学处理法成本较高，且仍对环境产生大量破坏[5]，所以，急需一种低成本、无污染的处理方式来解决废弃塑料问题。

黄粉虫，属鞘翅目拟步甲科，原产北美洲，20世纪50年代从苏联引进培养，且因干燥的黄粉虫幼虫蛋白质含量较高，被誉为“蛋白质饲料宝库”[6]。

陈重光首次观察到黄粉虫幼虫可以啮食泡沫塑料。沈叶红通过培养基进行了黄粉虫肠道的分离鉴定，并对黄粉虫取食塑料后的生理毒性进行了研究。张可等研究了黄粉虫取食和消化降解聚乙烯塑料的情况。王宏民等研究了温度对黄粉虫体重增加、食物转化率和消化酶活性的影响。

本试验先以同龄期的黄粉虫幼虫为材料，用4种不同材质的生活常见塑料喂养黄粉虫，研究了黄粉虫对不同塑料的选别性;又分别在不同的温度条件下对黄粉虫采用了相同材料的喂养试验，研究了温度对黄粉虫取食塑料的影响;最后，对同龄期的黄粉虫进行了喂养，并对单位虫重造成的塑料减少量进行了分析，为之后黄粉虫的市场推广提供了参考依据。

2 材料与方法

2.1 材料

虫源：试验所用黄粉虫幼虫均购买于辽宁省沈阳市北市场花鸟鱼虫市场(沈阳市和平区南京北路18号)。在实验室暗环境培养条件下饲养，湿度及光照条件等均相同。

塑料：选取4种常用塑料—聚苯乙烯泡沫塑料(PS)、珍珠棉包装网(EPE)、低密度聚乙烯保鲜膜(PE)、聚乙烯气泡塑料(PE)。

2.2 实验所需仪器及设备

实验用品清单见表1。

表1 实验用品清单

2.3 实验设计及数据记录

2.3.1 黄粉虫幼虫对生活中四种常见塑料的取食情况

挑选相同龄期的黄粉虫幼虫750条，随机放入15个500 mL干净的已灭菌烧杯。试验所用幼虫分为5组，每组设3个平行样。5组分别为对照组(麦麸)、塑料1(泡沫塑料)组、塑料2(包装网)组、塑料3(保鲜膜)组、塑料4(气泡塑料)组。每种塑料各称取0.200 g×3，依次放入烧杯。分组剩余的黄粉虫幼虫用作备用虫源，饲养条件基本与对照组相同。每4 d喷洒一次无菌水(每瓶0.5 mL)以补充水分。用纱布包住烧杯口以防止污染。

2.3.2 黄粉虫夏冬季节取食塑料速率的对比情况

实验发现黄粉虫幼虫主要取食聚苯乙烯泡沫塑料(PS)、珍珠棉包装网(EPE)两种塑料。后为探究温度对黄粉虫取食速率的影响设计第二次实验。本实验共进行两次，分别在2018年夏季(7月)与2018年冬季(11月)。控制实验室平均温度为当季室内平均温度：夏季(25±2)℃、冬季(7±2)℃，试样进行与第一部分基本相似。

2.3.3 黄粉虫单位虫重取食聚苯乙烯塑料的情况

随机挑取黄粉虫幼虫600条，置于6个500 mL干净的已灭菌烧杯中。试验所用幼虫分为2组，分别为对照组(麦麸)、塑料1组(聚苯乙烯泡沫塑料)，每组设3个平行样。

2.3.4 数据记录

每3 d或4 d，将各种塑料清洗干净后放入干燥箱中2 h，烘干至恒重后称量，所有称量数据皆保留到小数点后三位，计算塑料减少量。实验共计74 d(第一部分32 d，第二部分21 d，第三部分21 d)。

2.3.5 数据处理

黄粉虫取食塑料量=(Ma-Mb)×100%

(1)

(2)

式(1)、(2)中,Ma为黄粉虫取食后塑料的体质量(g)；Mb为黄粉虫取食前塑料的体质量(g)；d为取食的天数。

3 结果与分析

3.1 黄粉虫对塑料的取食情况

黄粉虫在取食塑料后塑料减少质量如图1所示。在试验中观察到黄粉虫对于塑料的选别性是十分明显的，相比于保鲜膜(低密度聚乙烯，PE)和气泡塑料(聚乙烯，PE)，黄粉虫更倾向于取食泡沫塑料(聚苯乙烯，PS)和包装网(珍珠棉,PEP)。由图1可得，黄粉虫取食塑料速率在7～11 d内达到峰值，之后取食速率变得接近平稳。

图1 黄粉虫取食4种塑料后塑料的减少量

3.2 温度对黄粉虫取食速率的影响

黄粉虫在不同温度下(夏季28 ℃、冬季4 ℃)取食两种不同塑料(聚苯乙烯泡沫塑料、珍珠棉包装网)后塑料减少质量变化如图2、3所示。显然，在不同温度下黄粉虫都有取食塑料，但夏季平均温度(28 ℃)明显比冬季(4 ℃)更适宜于黄粉虫取食。由图2(a)、(b)可知，温度不同的情况下，黄粉虫取食塑料速率都在7～11 d内达到峰值，其中夏季取食速率明显高于冬季。

图2 夏冬黄粉虫取食后塑料1的减少量

图3 夏冬黄粉虫取食后塑料2的减少量

3.3 单位虫重的黄粉虫取食塑料情况

室内平均温度为(7±2)℃黄粉虫单位虫重取食聚苯乙烯泡沫塑料质量如图3所示。黄粉虫单位虫重取食塑料的速率在11～14 d内达到峰值，高达8 mg/d，且之后取食速率基于平稳。

图4 黄粉虫单位虫重取食后塑料的减少量

4 讨论

本试验研究了黄粉虫对4种通用塑料(泡沫塑料、保鲜膜、包装网、气泡塑料)的选别性，发现黄粉虫更倾向于取食其中的泡沫塑料(聚苯乙烯，PS)和包装网(珍珠棉，EPE)。室内温度为28 ℃的夏季与室内温度为7 ℃的冬季为对照，研究了温度对黄粉虫取食塑料的影响，夏季平均温度下黄粉虫取食塑料的速率高于冬季平均温度下的黄粉虫取食速率。喂养相同龄期的黄粉虫，研究了黄粉虫单位虫重取食塑料的情况。本实验只研究了某一特定温度条件下黄粉虫单位虫重取食塑料的最大速率，若能研究不同温度下黄粉虫单位虫重取食塑料的最大速率，则能为实际生产提供更大的参考价值。

结果表明，黄粉虫对塑料具有选别性，更偏向于取食聚苯乙烯塑料(PS)和珍珠棉(EPE)；温度对黄粉虫取食塑料影响很大；黄粉虫单位虫重取食塑料量大最高可达8 mg/d，且黄粉虫不存在自相残杀的情况，黄粉虫适合做经济昆虫。黄粉虫对聚苯乙烯和珍珠棉的降解都有良好的效果，体现出利用黄粉虫降解塑料具有广阔前景，有良好的社会、经济和环境效益。