唐瑞 林佳倚 勞喬斌

摘 要：為研究取食聚乙烯（PE）微塑料對(duì)大蠟螟生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期獲得大蠟螟能夠最大程度降解塑料的比例，分別用含PE微塑料5%、10%、15%、20%、25%的飼料飼喂同一齡期的大蠟螟幼蟲(chóng)，對(duì)比其幼蟲(chóng)期、存活率、幼蟲(chóng)存活率、蛹期、蛹重、雄雌比、蛹存活率以及CarE酶和GTS酶活性;另設(shè)置PE塑料膜直接飼喂大蠟螟試驗(yàn)，探究大蠟螟幼蟲(chóng)對(duì)塑料膜的取食率以及取食PE塑料膜對(duì)幼蟲(chóng)存活率和蛹重的影響。結(jié)果顯示：大蠟螟幼蟲(chóng)的存活率隨著微塑料比例增加呈不同程度的降低，且幼蟲(chóng)發(fā)育歷期顯著延長(zhǎng)，蛹存活率、蛹重顯著降低，而蛹期差異不顯著;GTS酶活性顯著升高，CarE酶活性有所升高但差異不顯著;完全飼喂PE塑料膜，大蠟螟幼蟲(chóng)平均取食率為18.47%，幼蟲(chóng)期延長(zhǎng)6d且蛹重下降明顯。由此可見(jiàn)，飼料中的微塑料含量對(duì)大蠟螟發(fā)育歷期、蛹重和解毒酶活性具有顯著影響，大蠟螟能取食塑料且在10%塑料混合飼喂下生長(zhǎng)發(fā)育受到的影響較小，這為以蟲(chóng)降解塑料提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大蠟螟;聚乙烯塑料（PE）;資源昆蟲(chóng);塑料降解

Abstract： To study the effect of eating polyethylene （PE） microplastics on the growth and development of large Galleria mellonella， and expect to obtain the proportion of Galleria mellonella that can degrade plastic to the greatest extent，the Galleria mellonella larvae were fed with 5%， 10%， 15%， 20% and 25% PE microplastics respectively，and the survival rate， larval survival rate， pupal stage， pupal weight， male female ratio， pupal survival rate， and the activities of care and GTS enzymes were compared. In addition， the experiment of feeding Galleria mellonella with PE plastic film directly was set up to explore the feeding rate of Galleria mellonella larvae on plastic film， survival rate and pupal weight. The results showed that the survival rate of mellonella larvae decreased with the increase of the proportion of micro plastics， and the larval development period increased significantly， the pupal survival rate and pupal weight decreased significantly， but the difference was not significant; the GTS enzyme activity increased significantly， the care enzyme activity increased， but the difference was not significant; the average feeding rate of PE plastic film was 18.47%， the larval stage was prolonged for 6 days， and the pupal weight decreased significantly. The content of microplastics had a significant effect on the development duration， pupa weight and detoxification enzyme activity of Galleria mellonella. Galleria mellonella could feed on plastic and was fed with 10% plastic mixture， which had little effect on its growth and development， which provided a basis for the application of insect degradable plastics.

Key words： Galleria mellonella; Polyethylene plastic （PE）; Resource insects; Degradation of plastics

大蠟螟（Galleria mellonella）屬鱗翅目螟蛾科蠟螟屬昆蟲(chóng)，其幼蟲(chóng)取食蜜蜂巢脾、蛀壞蜂具，是養(yǎng)蜂業(yè)的重要害蟲(chóng)。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)大蠟螟不僅自身蛋白質(zhì)含量豐富，而且具有生長(zhǎng)周期短、食料來(lái)源豐富、易于繁殖以及可食用和飼用等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是其在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生理學(xué)、農(nóng)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用[1]。近年來(lái)大蠟螟幼蟲(chóng)降解塑料的功能得到廣泛關(guān)注，并且這一功能也得到了證實(shí)[2]。目前發(fā)現(xiàn)可以啃食塑料的昆蟲(chóng)還有很多，而關(guān)于昆蟲(chóng)降解塑料的機(jī)理，普遍認(rèn)為與其腸道細(xì)菌的作用密不可分，如分別從能夠取食塑料的黃粉蟲(chóng)和印度谷螟腸道內(nèi)分離得到能夠降解聚苯乙烯和聚乙烯的細(xì)菌菌株[3]，從大蠟螟腸道中分離出2 株細(xì)菌在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中能夠生長(zhǎng)并分解聚乙烯塑料[4]。這些研究說(shuō)明利用昆蟲(chóng)降解塑料的理論可行性。

利用昆蟲(chóng)降解塑料不僅可以解決塑料的污染問(wèn)題，還能將塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槔ハx(chóng)自身蛋白，達(dá)到變廢為寶、資源再利用的目的[5]。相對(duì)于其他食塑料昆蟲(chóng)而言，大蠟螟具有發(fā)育歷期短、食量大、易飼養(yǎng)等特點(diǎn)。目前針對(duì)大蠟螟降解塑料的研究?jī)H停留在少量實(shí)驗(yàn)對(duì)其降解性的研究[2]，國(guó)內(nèi)外對(duì)大蠟螟降解塑料的特性研究均較少，且取食塑料對(duì)大蠟螟生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)參數(shù)是否存在影響還未見(jiàn)報(bào)道?；诖耍P者通過(guò)比較飼喂不同比例微塑料后大蠟螟幼蟲(chóng)、蛹等發(fā)育參數(shù)、解毒酶活性等，以期探索大蠟螟降解塑料的能力。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試蟲(chóng)和試劑 大蠟螟（廣東海洋大學(xué)實(shí)驗(yàn)室喂養(yǎng)）。聚乙烯（PE）微塑料（邁森生物科技有限公司），PE塑料保鮮袋，大蠟螟飼料[6]（麩皮60g、面粉60g、玉米粉60g、酵母粉30g、奶粉50g、蜂蜜50g、甘油50mL），羧酸脂酶（CarE）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GTS）活性試劑盒（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）。

1.1.2 主要儀器 恒溫光照培養(yǎng)箱，千分之一天平，養(yǎng)蟲(chóng)盒（15cm×10cm×8.5cm，1000mL圓形塑料盒），解剖鏡，低溫離心機(jī)（國(guó)藥集團(tuán)中科器深圳有限公司），超低溫冰箱，分光光度計(jì)（中科器進(jìn)出口深圳有限公司）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，即聚乙烯（PE）微塑料添加比例分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%。每處理各30 頭，所有試蟲(chóng)均為2齡（約3mm）[7]幼蟲(chóng)。各處理大蠟螟均在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中飼養(yǎng)。每5d更換1次飼料并對(duì)飼養(yǎng)大蠟螟的養(yǎng)蟲(chóng)盒進(jìn)行1次清掃。每天觀察并統(tǒng)計(jì)存活數(shù)直至化蛹或羽化，及時(shí)清除死亡蟲(chóng)體，蛹單獨(dú)稱重并使用解剖鏡鑒定[8]，記錄其性別。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 幼蟲(chóng)體內(nèi)解毒酶活性測(cè)定 為探究取食微塑料后大蠟螟體內(nèi)解毒酶活性的變化情況，進(jìn)行了羧酸酯酶（CarE）和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）活性測(cè)定。選取各飼喂處理的老熟幼蟲(chóng)（約8齡）[7]各3頭，單獨(dú)稱重后保存于-80℃超低溫冰箱。檢測(cè)前取出蟲(chóng)體并在4℃冰浴中加入酶活性試劑研磨成液體，按照酶活性試劑盒說(shuō)明進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 大蠟螟對(duì)塑料膜的取食率測(cè)定 為較直觀地觀察到塑料膜質(zhì)量變化，以體長(zhǎng)1cm（約6齡）[7]的大蠟螟幼蟲(chóng)為試蟲(chóng)，全部喂食PE保鮮袋，20頭為1組，共3組，以正常飼料飼喂的大蠟螟初孵幼蟲(chóng)作為對(duì)照。飼喂前及飼喂后每4d稱量各組塑料袋的質(zhì)量，直至塑料袋質(zhì)量不再變化，記錄期間幼蟲(chóng)存活率及蛹重。

1.4 數(shù)據(jù)處理 利用 Excel 2016 記錄和整理數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS 19進(jìn)行方差分析。采用Dunce比較法比較取食不同比例微塑料與人工飼料混合物的大蠟螟幼蟲(chóng)平均發(fā)育歷期、幼蟲(chóng)存活率、蛹期、平均蛹重的差異顯著性，百分率數(shù)據(jù)方差分析之前進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換。采用EXCEL軟件對(duì)取食不同比例微塑料與人工飼料混合物的的羧酸酯酶與谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比例微塑料對(duì)大蠟螟幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響 由表1可知，在不同比例微塑料飼喂下，大蠟螟均能完成正常生長(zhǎng)發(fā)育，且隨著微塑料含量的增加，大蠟螟發(fā)育歷期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，且不同比例對(duì)大蠟螟生長(zhǎng)發(fā)育影響顯著（P<0.05）;飼喂微塑料后大蠟螟的幼蟲(chóng)存活率均低于對(duì)照，其中微塑料含量為20%時(shí)大蠟螟幼蟲(chóng)存活率最低，但總體而言微塑料對(duì)幼蟲(chóng)存活率影響不顯著（P=0.477）。

2.2 不同比例微塑料對(duì)大蠟螟蛹發(fā)育的影響 由表2可知，與對(duì)照相比，不同比例微塑料飼喂下大蠟螟的蛹期均有不同程度縮短，其中5%組的蛹期最短，但總體而言各處理差異不顯著（P=0.276）;隨著微塑料比例的增加，各處理的平均蛹重均有不同程度下降，其中25%組大蠟螟蛹重最小，且與其他處理間差異顯著（P<0.05）;對(duì)照組和10%組的雄雌比都接近1∶1，而其他組的差異較大，均為雄性蛹較多;10%組大蠟螟的蛹存活率與對(duì)照組相近，25%組的蛹存活率最低（55.5%），其余組蛹存活率均明顯低于對(duì)照組。

2.3 不同比例微塑料對(duì)大蠟螟幼蟲(chóng)體內(nèi)解毒酶活性的影響 由圖1、2可知，取食添加了微塑料的飼料后，大蠟螟幼蟲(chóng)體內(nèi)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GTS）活性顯著提高（P<0.05），其中10%組時(shí)GTS酶活性最高，顯著高于15%、5%和對(duì)照組，但羧酸酯酶（CarE）活性增加不顯著（P=0.205）。由此可見(jiàn)，大蠟螟體內(nèi)GTS酶活性受到微塑料影響顯著，而CarE酶活性受微塑料影響不顯著。

2.4 大蠟螟對(duì)塑料膜的取食作用 由圖3可知，大蠟螟取食PE塑料膜，在飼喂16d直至塑料膜質(zhì)量不再減少的過(guò)程中，塑料膜平均總質(zhì)量減少0.198g，最高總?cè)∈陈蔬_(dá)到25.51%，平均總?cè)∈陈室策_(dá)到18.47%，說(shuō)明大蠟螟對(duì)PE塑料膜的取食率良好;同時(shí)，大蠟螟的存活率隨著取食塑料膜天數(shù)的增加而降低，并在第20天全部化蛹，幼蟲(chóng)期延長(zhǎng)了6d，說(shuō)明以PE塑料膜作為唯一食料減緩了大蠟螟的發(fā)育進(jìn)度。

大蠟螟幼蟲(chóng)取食PE塑料膜后留下大小不等的空洞（圖4），并且在蛹期蛹的大小差異明顯（圖5），同一齡期開(kāi)始飼喂的大蠟螟幼蟲(chóng)，正常飼料飼喂下平均蛹重為0.24± 0.058g，而取食塑料膜后則為0.15±0.046g，下降較明顯。通過(guò)點(diǎn)燃大蠟螟的糞便，發(fā)現(xiàn)其燃燒時(shí)并未產(chǎn)生刺激性氣味，因此初步認(rèn)為大蠟螟幼蟲(chóng)完全降解所食的PE塑料，但降解后的產(chǎn)物成分還需進(jìn)一步研究。<＼＼Zaondvkp3mo4vvb＼共享＼2020年農(nóng)學(xué)通報(bào)＼農(nóng)學(xué)通報(bào)2020-23期＼5693-4.tif>

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明：在取食5%～25%微塑料條件下，大蠟螟均能完成正常生長(zhǎng)發(fā)育，且隨著飼喂塑料比例的增大，大蠟螟幼蟲(chóng)發(fā)育歷期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)但差異較小，幼蟲(chóng)存活率也呈較明顯的降低趨勢(shì)。究其原因可能在于：（1）營(yíng)養(yǎng)不足。PE塑料作為非常規(guī)食物能在一定程度上維持大蠟螟生長(zhǎng)，但并不能為大蠟螟提供充足且全面的營(yíng)養(yǎng)成分;（2）細(xì)菌感染。大蠟螟由于沒(méi)有獲得充足的營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)致體質(zhì)較弱，容易受到細(xì)菌感染變黑死亡;（3）自相殘殺。由于沒(méi)有足夠的營(yíng)養(yǎng)，大蠟螟會(huì)出現(xiàn)自相殘殺的現(xiàn)象。這與許詩(shī)杰等[3]在研究黃粉蟲(chóng)取食塑料后的生命特征時(shí)得出的原因相近。

在幼蟲(chóng)存活率、蛹期、蛹重、雄雌比、蛹存活率以及酶活性方面，可以明顯觀察到隨著取食PE塑料比例的增加，大蠟螟受到的影響呈增加趨勢(shì)，但從試驗(yàn)結(jié)果看，10%組受到的影響相對(duì)小于其他組，與對(duì)照組相近。據(jù)報(bào)道，除了大蠟螟，能夠取食塑料的昆蟲(chóng)還有黃粉蟲(chóng)、大麥蟲(chóng)、赤擬谷盜等，黃粉蟲(chóng)的最適飼料比為泡沫∶麩皮=1∶6，即當(dāng)飼料中添加14.28%泡沫時(shí)黃粉蟲(chóng)的生長(zhǎng)狀況以及對(duì)泡沫的降解作用最優(yōu) [9]，這與本試驗(yàn)大蠟螟最適塑料比例相近，但由于本試驗(yàn)所配置的飼料不同，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果稍有差異。這說(shuō)明10%的塑料比例與飼料混合飼喂時(shí)，大蠟螟能夠最大程度降解塑料，同時(shí)又可保證自身正常生長(zhǎng)發(fā)育繁殖，而其體內(nèi)受到的其他生理影響以及具體塑料降解率還需后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)一步探明。

相較于正常飼喂的大蠟螟幼蟲(chóng)，取食塑料薄膜的大蠟螟幼蟲(chóng)發(fā)育歷期延長(zhǎng)、蛹重下降，造成其發(fā)育不良的原因可能與單一取食PE塑料而無(wú)其他營(yíng)養(yǎng)來(lái)源有關(guān)，為此后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)研究能夠滿足大蠟螟正常生長(zhǎng)發(fā)育的混合飼料。本試驗(yàn)研究了大蠟螟對(duì)PE塑料膜的取食速率但未探究大蠟螟對(duì)PE塑料的降解率，即取食塑料的量和體內(nèi)殘留的量，為此還需設(shè)計(jì)新型飼料和改進(jìn)飼喂模式來(lái)探究大蠟螟對(duì)PE塑料的降解率。

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（責(zé)編：徐世紅）