黄粉虫对不同比例聚苯乙烯的取食效率研究

陈 耀，陈冬梅，邱枢林，周材权

(西华师范大学生态研究院，西南野生动植物资源保护教育部重点实验室，四川南充 637002)

塑料废物处理是环保界的一个世界难题。目前绝大多数塑料废物采用填埋、焚烧及化学处理，这几种处理方式存在着污染土壤和水、产生有毒气体、成本高并产生二次污染等问题，导致新的污染生成(夏炎等，2018；周晶和周谦，2019)。为了更好地处理废旧塑料，学者们纷纷转向使用生物处理来消除塑料白色污染。目前关于塑料的生物处理主要集中在3个方面。分别是分离特殊菌降解(Gilanetal., 2004; Yangetal., 2015a；孔芳等, 2018)、采取相关酶处理(Yoshidaetal., 2016)以及使用昆虫取食进行降解(沈叶红，2011；Yangetal., 2014；Yangetal., 2015b)。

黄粉虫Tenebriomolitor是一种具有降解塑料能力的昆虫，在过程中其更偏向于取食聚苯乙烯塑料(周尔康和单玉昕，2019)。目前，学者们通过黄粉虫的生长发育、肠道微生物及细菌的分离培养等方面的研究,鉴定出了能降解聚苯乙烯的肠道微生物群落和菌株。黄粉虫能将聚苯乙烯转化为自身的生物量，且虫体没有生理毒性(沈叶红，2011；Yangetal., 2015a；Yangetal., 2015b；陈冠舟等，2017；孔芳等，2018)。结合黄粉虫规模化饲养技术成熟，耐粗饲，蛋白含量高，具有极高的饲用、食用、医用价值等特点(余有成等，1997；刘怀如等，1999；杜开书，2003；刘怀如等，2003；叶榕村，2008；李宁等，2017)。因此利用黄粉虫处理白色污染具有天然优势性，既能发挥黄粉虫自身价值又能降解白色垃圾。但是，仅食用聚苯乙烯不利于黄粉虫的生长发育，不能达到双赢目的。为此，可将聚苯乙烯和常规饲料按一定比例混合来饲喂黄粉虫。当前研究主要集中在使用聚苯乙烯和发酵牛粪、玉米秸秆、红薯秸秆等混合饲喂黄粉虫(吉志新等，2011；曾祥伟，2012；吕树臣等，2013；徐世才等，2013a；王春清等，2013；李小龙等，2018)，对麸皮和聚苯乙烯泡沫塑料配比研究的文献较少，仅有徐世才等(2013b)对黄粉虫在不同麸皮比例下的泡沫降解率进行了初步探索。为进一步研究黄粉虫饲料中麸皮和聚苯乙烯的最适配比，为规模化养殖黄粉虫降解塑料提供更多的数据支撑，使其既能保证黄粉虫的生长发育，又尽可能降解更多的聚苯乙烯。本试验设置11个聚苯乙烯与麸皮比例梯度，通过综合测定黄粉虫的增重、取食量、饲料的消化率、利用率、死亡率、干物质等指标，综合分析一定比例聚苯乙烯和麸皮对黄粉虫生长发育的影响，筛选出聚苯乙烯与麸皮的最优配比，以期达到黄粉虫生产、塑料降解双赢目的。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黄粉虫幼虫购买自南充市黄粉虫养殖场;麸皮购买自南充市粮油市场；聚苯乙烯塑料(Polystyrene plastic)粉购买自东莞市樟木头思科塑胶原料经营部公司；电子天平(万分之一)、温度计、湿度计、烘箱、筛子(45目)。

1.2 试验分组及饲料配比

试验共分11个组，分别为聚苯乙烯组(PS)和对照组(CK)每个组3个重复，每个重复100头黄粉虫。聚苯乙烯与麸皮具体比例分组分别为PS1(1 ∶9)，PS2(2 ∶8)，PS3(3 ∶7)，PS4(4 ∶

6)，PS5(5 ∶5)，PS6(6 ∶4)，PS7(7 ∶3)，PS8(8 ∶2)，PS9(9 ∶1)，PS10(10 ∶0)，CK(0 ∶10)。

1.3 试验方法

本试验在温度25±4℃，相对湿度65%～75%，虫龄相近、大小一致的虫子进行分组试验。黄粉虫100头初始重的范围为4.2573～4.5291 g，经方差分析差异不显著(P>0.05)；饲喂初始料重为黄粉虫初始重的1.2倍左右，后根据黄粉虫的食用情况适当调整，保证足够采食。

试验期间每7 d测量黄粉虫重、余料、粪重并做好记录，每次称重后添加少量等量青菜补充水分。饲养过程中，每2～3 d捡出死亡的虫子并计数，然后用与处理相同饲料喂养的生长状态一致的虫体补齐。进入蛹(成虫)期，每1～3 d检测化蛹(成虫)数并记录，并将蛹放入铺有常规饲料的盒中。由于化蛹时间不一致，每7 d收集的蛹放一起用常规饲料饲养，蛹羽化后将成虫捡出计数单独饲养。在幼虫生长、化蛹、羽化高峰期选择样本进行干物质测定。

1.4 测定指标

消化率=(取食量-虫粪量)/取食量；利用率=(末重-初始重)/取食量；日平均死亡率=该时期死亡虫数/(300头×7 d)；死亡率=已死亡总数/(300+补充虫体数)；化蛹率=已化蛹总数/(300+补充虫体数)；羽化率=已羽化总数/(300+补充虫体数)。

1.5 统计分析

使用Excel进行数据处理分析及作图，图表中数据为各处理的平均数；采用SPSS中的LSD、SNK检验进行显著性(P<0.05)及极显著性(P<0.01)分析。

2 结果与分析

2.1 不同饲料配比下黄粉虫幼虫的体重变化

根据不同处理阶段黄粉虫体重的测量情况，得出黄粉虫取食不同配比饲料后体重情况折线图(图1)。结果表明，黄粉虫幼虫初始体重差异不显著(P>0.05)，在不同配比饲料处理下，在前42 d都有不同程度的增重。处理第7天，CK组的增重速度在各个阶段明显高于其它组，PS1、PS2、PS3组紧随其后。从第14天起，以PS5处理组为分界线，PS1～PS4组和CK组增重明显高于其它几组。处理第42天各组重量差异明显(表1)，PS10组每100头黄粉虫的平均体重(7.2245 g)仅为CK组(15.1734 g)的1/2，PS2、PS3、PS4组之间差异不显著。此后黄粉虫开始进入大量化蛹期，导致第49天和第56天时各组平均重量出现波动。但第56天时，CK、PS1、PS2、PS3、PS4、PS5组重量仍然比PS6、PS7、PS8、PS9、PS10组高。这表明聚苯乙烯与麸皮的比例各占50%时是影响黄粉虫生长的一个分界点。

图1 不同比例聚苯乙烯饲喂下黄粉虫(100头)初始重至56 d的重量变化Fig.1 Weight of Tenebrio molitor (100 larvae)feed with different ratio of polystyrene from the initial to 56 days

表1 各处理组第42天、49天、56天黄粉虫的平均重量(100头)比较

2.2 不同饲料配比对黄粉虫取食量、取食聚苯乙烯量、消化率、利用率以及虫粪量的影响

以7 d为一阶段，前56 d各处理组的平均取食量如图2所示。各个处理组在不同处理期基本呈层次梯度。在大部分组中，第7天至14天的取食量有极少量下降，这可能与黄粉虫的适应有关。除PS10组外，第14天至21天的取食量快速上升，第21天后趋于平稳。第35天后PS8、PS9组取食量急剧下降，然后在处理第42天后趋于平稳，PS10组的取食量一直处于较低水平。饲喂42 d后，各处理组黄粉虫的取食总量、取食聚苯乙烯总量、消化率、消化利用率以及虫粪量如表2所示。显著性分析表明，饲喂42 d时，黄粉虫(100头)的总取食量除PS7、PS8组外，其它各组间差异显著(P<0.05)，麸皮含量越高，取食量越多，CK组最多，达到35.3325 g，PS10最低，

图2 各时间段黄粉虫(100头)的取食总量Fig.2 Total feed intake of Tenebrio molitor (100 larvae)during each period

表2 各处理组黄粉虫42 d的取食总量、取食聚苯乙烯总量、消化率、利用率以及虫粪量

为1.2994 g。PS6组消耗聚苯乙烯最多，达到9.6132 g，而PS10组取食聚苯乙烯量最少。除PS5、PS6组以及PS3、PS8组外，其它组均有显著差异(P<0.05)。表明饲料中一定量的麸皮有助于黄粉虫取食聚苯乙烯，过高的聚苯乙烯含量反而有不利影响。PS8组的消化率最高(47.4940%)，PS10组最低(9.3200%)。除PS7、PS8、PS10组外，其余各组差距不明显，均在35%左右。与其他组相比PS10组的利用率出现反常现象，可能是由于PS10组饲喂单一的聚苯乙烯，称重后补充的青菜致其利用率高。各处理组42 d黄粉虫的虫粪总量层次梯度明显，经显著性分析，各组间差异显著(P<0.05)。结合取食总量，麸皮含量越多，取食量多，产粪量多。

2.3 不同饲料配比下黄粉虫的死亡率

不同饲料配比下黄粉虫的死亡率由图3所示，在处理前7 d各组日平均死亡率较高，死亡率在第14天后急剧下降，处理第35天后趋于平稳，趋近于零。表明前期由于饲料的适应性对黄粉虫的影响比较大，第14天后黄粉虫对含聚苯乙烯的饲料表现出了较好的适应性。处理42 d时，各组死亡率在20%左右，且各组间均无显著性差异(表3)，表明聚苯乙烯的含量对黄粉虫的死亡率不具有显著性影响。

图3 不同比例聚苯乙烯饲喂下黄粉虫日平均死亡率Fig.3 Average daily mortality of Tenebrio molitor feed with different ratio of polystyrene

表3 处理42 d黄粉虫的总死亡率

2.4 不同饲料配比对黄粉虫的化蛹率、羽化率和产卵量的影响

不同饲料配比下各处理组黄粉虫日平均化蛹率如图4所示，麸皮含量高的组化蛹情况较好。CK组和PS1、PS2、PS3、PS4组在处理第42天快速化蛹，在处理第49天达到高峰后，此后缓慢下降。在整个时间段中，PS9、PS10组的化蛹率一直都很低。不同饲料配比下各处理组黄粉虫49 d和56 d化蛹率如表4所示，49 d时，CK组与PS1组无显著性差异(P>0.05)，PS2、PS3、PS4组无显著性差异(P>0.05)，PS9、PS10组的化蛹率低于1%。56 d时，CK与PS1无显著差异(P>0.05)，PS1与PS2组无显著差异(P>0.05)，PS3、PS4P组无显著差异(P>0.05)，PS5、PS6、PS7组无显著差异(P>0.05)，PS8、PS9、PS10组无显著差异(P>0.05)。但PS9、PS10组的化蛹率仍然很低，不到1%。

图4 黄粉虫日平均化蛹率Fig.4 Daily average pupation rate of Tenebrio molitor

CK组在处理约100 d后化蛹结束，PS1、PS2、PS3、PS4、PS5约在115～130 d左右结束化蛹。各处理组黄粉虫180 d化蛹率及羽化率如表5所示，除PS10组外，总化蛹率在45%～75%之间。总的来说，CK、PS1、PS2、PS3、PS4组的羽化率差异不大，在60%左右，而PS9组和PS10组的羽化率极低。PS1组的化蛹率及羽化率略低于PS2组，分析原因是部分弱小的虫子没能正常化蛹或虽化蛹但蛹比较弱，从而导致羽化率也随之变低。CK与PS1、PS2、PS3、PS4各个组间的产卵量无明显差异(表5)，PS5、PS6、PS7、PS8、PS9组的产卵量较低，PS10组几乎不产卵。总的来看，黄粉虫的化蛹率、羽化率以及产卵量随着聚苯乙烯含量含增高而降低。

表5 各处理组180 d化蛹率、羽化率和产卵量

2.5 不同饲料配比对黄粉虫幼虫、蛹以及成虫干物质含量的影响

为测定不同比例聚苯乙烯对黄粉虫幼虫、蛹以及成虫干物质的含量的影响，分别选择了在幼虫生长高峰期(35 d、56 d)，化蛹高峰期(63 d、70 d)以及羽化高峰期(63 d、70 d)的样本进行了干物质含量测定。由于添加聚苯乙烯超过50%的组生长不理想，部分组无法取得足够数量样本，故蛹及成虫干物质含量测定仅选择了生长较好的几组。经显著性分析表明(表6)，幼虫干物质含量随着饲料中聚苯乙烯含量的增加而减少，但测定各组蛹和成虫干物质含量均无显著性差异(P>0.05)。

表6 各处理组黄粉虫幼虫、蛹和成虫的干物质含量(%)

3 结论与讨论

本试验通过研究不同配比聚苯乙烯与麸皮对黄粉虫虫重增长量、取食量、虫粪量、化蛹率、羽化率、消化率、转化率、干物质(幼虫、蛹、成虫)等指标的影响。结果表明：黄粉虫生长性能随着饲料中聚苯乙烯含量的升高而降低。黄粉虫大量化蛹时，PS3组黄粉虫的生长量与CK、PS1、PS2、PS4组相接近，但高于PS4；PS3组进入大量化蛹期比CK、PS1、PS2组化蛹时间要晚7 d左右，有利于幼虫吃更多的聚苯乙烯。在处理42 d时，黄粉虫取食聚苯乙烯的量PS6组最多，PS5次之，但这两组生长量不太理想，PS4组比PS3组高16.35%，比PS2组高56.59%，PS3组比PS2组高34.59%，比PS1组高142.81%；PS3组与PS4组的消化率、利用率、死亡率、产卵量差异不显著，PS3组在化蛹率、羽化率、干物质等方面优于PS4。综上所述，PS3(3 ∶7)组的配比最佳，既能保证黄粉虫的正常生长发育确保其经济价值，又能降解较多的聚苯乙烯，可为规模化养殖黄粉虫来降解聚苯乙烯提供实验依据。

本研究的最适饲料配比聚苯乙烯含量为30%，在不影响黄粉虫生长发育的情况下，降解的聚苯乙烯优于文献报道(徐世才等，2013b)。本研究与文献报道研究一致结论：适量添加聚苯乙烯泡沫塑料饲喂黄粉虫，既能保证黄粉虫的生长发育又能降解聚苯乙烯解决污染问题是具有可行性的，可为规模化饲养黄粉虫降解聚苯乙烯提供实验依据。

据报道，温度、湿度、光照养殖密度、环境等对黄粉虫的生长发育有影响(刘光华等，2001；肖银波，2003；高莉红等，2006；吴书侠等，2009；杜高忠，2010)。本研究优势较明显，分析其主要原因可能与地域和用的材料有一些关系。本研究所用聚苯乙烯为分析纯，地域为南方，而徐世才等人的研究中所用材料为泡沫、地域为北方。因此同一地域在黄粉虫饲料中分别添加不同比例比例聚苯乙烯泡沫塑料与分析纯聚苯乙烯试验对比研究；不同地域黄粉虫饲料中分别添加不同比例聚苯乙烯泡沫塑料与分析纯聚苯乙烯试验对比研究，有待更进一步探讨解决。另外，由于黄粉虫在饲喂的前14 d死亡率比较高，在投喂新配方料的时候应逐步加料，减少适应期的死亡率。