楊 霞，王定美，麥力文，林 蕊，李勤奮*

(1. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，?？?571101；2. 海南省熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?571101)

黑水虻Hermetiaillucens(L.)幼蟲可將低價(jià)值的有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化富含蛋白及脂肪的生物體，可用于畜牧業(yè)及漁業(yè)生產(chǎn)中部分替代豆粕或魚粉，是解決全球“蛋白資源緊缺”及“廢棄物資源化利用”這個(gè)兩個(gè)問題的有效手段(Pinottietal., 2019)，因此，探索黑水虻的高效飼養(yǎng)參數(shù)是目前的研究熱點(diǎn)。黑水虻的生長發(fā)育及其對飼料養(yǎng)分的利用受多種因素影響。Cammack等(2017)認(rèn)為，相較于飼料，飼料含水率對黑水虻的生長、發(fā)育、繁殖影響更為突出。廢棄物中如蔬果殘?jiān)?、酒糟廢棄物、餐廚垃圾、畜禽糞便等水分含量跨度較大，在利用黑水虻進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化時(shí)，水分含量對黑水虻的影響尚不明晰。Fatchurochim等(1989)研究了雞糞中水分為20%～90%時(shí)對黑水虻生長的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水分含量在40%～60%下，幼蟲體重增重最大，但在20%及90%時(shí)，嚴(yán)重影響黑水虻存活。Cheng等(2017)研究表明，餐廚垃圾中水分為70%～80%，黑水虻生物量及存活率最大。Sealey等(2011)提出，可根據(jù)人類需求針對性調(diào)配飼料參數(shù)改善黑水虻的養(yǎng)分累積及食料轉(zhuǎn)化效率，以進(jìn)一步提高蟲體蛋白或脂肪含量，提高飼料轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而提高黑水虻生物轉(zhuǎn)化體系的經(jīng)濟(jì)效益。目前的研究多關(guān)注于水分對黑水虻生長發(fā)育及存活率的影響(喻國輝等，2014；Mirandaetal., 2019)，而水分對黑水虻養(yǎng)分累積及轉(zhuǎn)化特征鮮見報(bào)道，生產(chǎn)中缺乏指導(dǎo)依據(jù)。因此，本研究擬確定飼料不同含水率對黑水虻生長發(fā)育、養(yǎng)分累積及轉(zhuǎn)化的影響，為生產(chǎn)中黑水虻生物轉(zhuǎn)化體系的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試試蟲為黑水虻3齡幼蟲，由海南省北科生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司提供。麥麩、花生粕購自海南省?？谑幸＜Z油交易市場。苜蓿粉購自河北滄州椊金源牧業(yè)公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在基礎(chǔ)飼料的基礎(chǔ)上，分別添加蒸餾水，調(diào)制初始含水率為40%、50%、60%、70%、80%的5種試驗(yàn)飼料，記為40%、50%、60%、70%、80%處理組，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。幼蟲基礎(chǔ)飼料按照Tomberlin等(2009)推薦配方配制，其組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 基礎(chǔ)飼料的組成及營養(yǎng)水平

1.3 試驗(yàn)方法

分別取220 g基礎(chǔ)飼料，加入蒸餾水調(diào)節(jié)水分至含水率為40%、50%、60%、70%、80%，平鋪于飼養(yǎng)盒中，接入隨機(jī)選取體尺及體重(體重約2.5 mg/頭)一致的3齡幼蟲500頭。在飼養(yǎng)盒頂部蓋上100目濾布封住(防止家蠅在其中產(chǎn)卵和幼蟲逃走)，置于飼養(yǎng)室培養(yǎng)。飼養(yǎng)室溫度為27℃、環(huán)境濕度為70%。每天觀察幼蟲生長情況，每隔3 d于每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取10頭幼蟲，稱重，當(dāng)幼蟲50%出現(xiàn)預(yù)蛹時(shí)停止試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)時(shí)間。

1.4 測定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)分別記錄蟲料、蟲體及蟲糞的重量。幼蟲用沸水滅活后在60℃下烘干48 h，在烘干過程中多次翻動，以保證受熱均勻。干燥后蟲體和風(fēng)干后蟲糞，粉碎過60目篩，-20℃保存，備用。蟲體及蟲糞干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF)、粗灰分(CA)及總能(GE)分別按照國標(biāo)GB/T 6284-2006、GB/T 6432-1994、GB/T 6433-2006、GB/T 6434-2006、GB/T 6438-2007、GB/T 32707-2016測定。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算及統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SAS 9.3中ANOVA模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差顯著性分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。通過REG模塊的Simple選項(xiàng)對主要生長發(fā)育指標(biāo)、體成分與飼料含水率進(jìn)行一元線性回歸，建立黑水虻體成分及總能與飼料含水率的線性模型。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用P<0.05表示差異顯著水平。

黑水虻的生長參數(shù)和轉(zhuǎn)化效率按下述公式計(jì)算：

黑水虻總產(chǎn)量(Yield; Y)=W2-W1；

黑水虻平均日增量(Average Daily Gain; ADG)=(W2-W1)/t；

料蟲比(Feed/Gain; F/G)=W3/(W6-W5)×100%；

飼料有效轉(zhuǎn)化率(Efficiency of Feed Conversion; EFC)=(W6-W5)/(W3-W4)×100%；

飼料減量率(Dry Mass Reduction; DMR)=(W3-W4)/W3×100%;

代謝消耗率(Metabolism; M)=(I-F)-B

其中，W1為試驗(yàn)開始時(shí)黑水虻初始鮮重，W2為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)黑水虻末重鮮重，W3為試驗(yàn)開始時(shí)飼料干重，W4為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)殘?jiān)芍?，t為各個(gè)處理實(shí)驗(yàn)天數(shù)，W6為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)蟲體干重，W5為試驗(yàn)開始時(shí)幼蟲干重，B為500頭黑水虻蟲體養(yǎng)分增量(絕干狀態(tài)下)，I為初始220 g飼料中各個(gè)養(yǎng)分含量(絕干狀態(tài))，F(xiàn)為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)殘?jiān)懈鱾€(gè)養(yǎng)分含量，M為養(yǎng)分代謝消耗含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同初始含水率的飼料對黑水虻的生長特征及飼料利用效率的影響

研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼料含水率增加，黑水虻的末重鮮重(W2)、總產(chǎn)量(Y)、平均日增重(ADG)及蟲體干重均呈上升趨勢，且在80%水分下達(dá)到最大值，具體見表2。其中黑水虻鮮重W2在80%水分下分別為40%、50%、60%、70%處理組的2.52倍、2.00倍、2.09倍、1.47倍；ADG分別為其他組的3.3倍、2.36倍、2.21倍、1.21倍。黑水虻的料蟲比(F/G)為黑水虻每增重1單位需要的飼料重量，隨飼料水分含量升高顯著降低。生物轉(zhuǎn)化過程中，黑水虻對飼料的有效轉(zhuǎn)化率(EFC)在80%水分含量下最高，在40%～60%水分時(shí)，無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。飼料減量率(DMR)在50%～60%處理下顯著高于其他處理組，且組間無顯著差異。黑水虻在70%水分下最先預(yù)蛹，歷期14 d(具體見圖1)；在60%及80%水分下，預(yù)蛹周期分別為17 d、18 d，在水分為40%～50%時(shí)，預(yù)蛹延長至22 d。

圖1 不同初始含水率的飼料對10頭黑水虻的體增重隨時(shí)間變化及其預(yù)蛹?xì)v期的影響Fig.1 Average fresh weight and prepupal period of 10 samples of larva feed by diet at 40%、50%、60%、70% and 80% moisture content注：誤差線為各處理黑水虻個(gè)體的標(biāo)準(zhǔn)偏差。Note: Error bars represent the standard deviations of the individual larva weights.

表2 不同初始含水率的飼料對黑水虻生長特征及飼料利用效率的影響

2.2 不同初始含水率的飼料對黑水虻體成分及總能含量的變化特征影響

研究表明，飼料初始含水率顯著影響黑水虻體成分組成，具體見表3。蟲體粗蛋白質(zhì)(CP)含量在40%水分下顯著高于其他組，隨水分增加顯著下降，而粗脂肪(EE)含量在80%水分時(shí)顯著高于其他組，且隨水分增加顯著上升。蟲體的粗纖維(CF)含量在70%、80%水分下，含量顯著低于其他組，且組間無顯著差異。蟲體的粗灰分(CA)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在水分為80%時(shí)，CA含量最低。

表3 不同初始含水率的飼料對黑水虻體成分及能量的變化影響

2.3 初始含水率的飼料對黑水虻生長性能、主要體成分及總能的線性回歸

利用一元線性回歸以水分為自變量，飼料不同水分下黑水虻干重、F/G、主要體成分CP、EE及GE為因變量，建立一元線性回歸模型，結(jié)果見表4。在飼料40%～80%水分下，黑水虻干重、EE及GE與水分均呈正向線性關(guān)系(P<0.05)且R2均超過85%，模型相關(guān)性好。蟲體F/ G、CP則與飼料水分呈負(fù)向線性關(guān)系(P<0.05)，R2值為0.84、0.93，模型可信度高。利用線性模型可估算在不同飼料含水率下黑水虻體成分含量，因此，生產(chǎn)中可根據(jù)生產(chǎn)目的，調(diào)節(jié)黑水虻飼料水分以獲得期望的體成分含量。

表4 不同初始含水率的飼料對黑水虻生長發(fā)育、主要體成分及總能的一元線性回歸方程

圖2 不同水分的飼料對黑水虻生物轉(zhuǎn)化對的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及累積變化特征的影響Table 2 Change characteristics and accumulation of nutrient utilization in larva of black soldier fly under different moisture contents of diet

2.4 不同初始含水率的飼料對黑水虻養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及累積特征的影響

黑水虻對飼料養(yǎng)分的高效利用及轉(zhuǎn)化是黑水虻生物轉(zhuǎn)化體系健康運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。本研究計(jì)算了220 g飼料中CP、EE、CF、CA及GE的含量及其在500頭黑水虻生物轉(zhuǎn)化過程中的消耗量和蟲體累積量，發(fā)現(xiàn)40%水分下飼料CP消耗量最低(25.14 g)(見圖2-a)，60%水分下CP消耗量(32.85 g)顯著高于其他組；蟲體CP累積量在80%水分下最大(13.85 g)，顯著高于其他組(10.37 g、6.79 g、6.64 g、5.60 g)。水分在50%～70%時(shí)，黑水虻對飼料中EE消耗量(0.63 g～0.79 g)顯著高于40%、80%水分組(0.22 g、0.12 g)(圖2-b)；蟲體內(nèi)EE累積量隨水分含量增加顯著上升，其中80%處理組累積量(11.46 g)相較于40%～70%處理組的累積量(1.93 g、3.01 g、3.61 g、6.95 g)分別增加了494%、280%、217%、65%。飼料CF在70%及80%水分下消耗量(78.26 g、77.52 g)顯著高于40%～60%水分組(73.20～75.11 g)(圖2-c)；蟲體內(nèi)CF在80%處理下累積量(2.22 g)顯著高于40%及50%處理組(1.27 g、1.60 g)。水分對飼料CA消耗量無顯著影響(圖2-d)；蟲體CA的累積量隨水分增加而顯著上升(1.49 g、2.26 g、2.25 g、2.61 g、3.33 g)，其中50%及60%處理組無顯著差異。飼料60%水分下，GE的消耗量(721.58 Mcal)最高(圖2-e)，而40%及70%水分下GE消耗量(659.20 Mcal、672.18 Mcal)顯著低于50%(704.62 Mcal)及80%組(695.73 Mcal)且組間無顯著差異；蟲體GE累積量隨飼料水分含量的增加顯著上升，分別為60.66 Mcal、77.33 Mcal、85.59 Mcal、138.74 Mcal、206.50 Mcal，其中80%處理組相較于其他組分別增加235%、164%、139%、48%。

2.5 不同初始含水率的飼料對黑水虻總能代謝特征的影響

總能是指飼料中有機(jī)物質(zhì)完全氧化燃燒時(shí)釋放的全部能量，主要為碳水化合物、粗蛋白質(zhì)和粗脂肪熱量的總和，可為機(jī)體的生命維持及生長發(fā)育提供能量。根據(jù)能量守恒原理，飼料中的GE應(yīng)為蟲體累積量、殘?jiān)鼩埩袅考按x消耗量的總和(圖3)。黑水虻生物轉(zhuǎn)化過程中，飼料不同水分下，蟲體累積的GE為5.47%～20.69%，隨水分增加而依次增加，至80%含水率時(shí)達(dá)到最大。殘?jiān)械臍埩舻腉E占總的36.15%～45.46%，其中50%及60%處理組殘?jiān)鼩埩鬐E最少。代謝消耗的GE為35.97%～55.45%，其中水分含量為70%～80%時(shí)，轉(zhuǎn)化過程中代謝的能量低于41%，而40%～60%水分條件下代謝的能量均超過52%。

圖3 不同水分下黑水虻對飼料總能的代謝特征Fig.3 Relative proportion of gross energy converted into larva, used for metabolism, and remains as residuals during the biotransformation process under different moisture continent of diet注：代謝消耗率為試驗(yàn)過程中食料中的總量扣除蟲體累積量及蟲糞殘留量。Note: Metabolism is calculated as the difference between residue and larval weight and the total amount of feed provided during the entire experiment time.

3 結(jié)論與討論

3.1 飼料水分含量對虻蟲生物轉(zhuǎn)化過程中生長發(fā)育的影響

飼料中的水分直接影響昆蟲對水分的獲取、吸收及利用，從而影響昆蟲的新陳代謝，進(jìn)一步表現(xiàn)為影響昆蟲的生長發(fā)育(Bertinettietal., 2019)。本研究結(jié)果表明黑水虻生物轉(zhuǎn)化過程中體增重隨飼料水分含量升高顯著增加，在80%水分下料蟲比及有效轉(zhuǎn)化率可達(dá)6.32%及29.32%；幼蟲在70%水分下預(yù)蛹?xì)v期縮短為14 d，而在40%水分下預(yù)蛹?xì)v期延長為22 d。此結(jié)果與Cammack等(2017)、Cheng等(2017)、申高林(2016)等研究結(jié)果相同。飼料水分過低，對幼蟲的生長發(fā)育形成缺水應(yīng)激，阻礙黑水虻幼蟲的正常生長發(fā)育(Spranghersetal., 2016)；飼料水分含量過高，稀釋單位體積飼料的養(yǎng)分濃度，因而幼蟲會通過增加采食量及延長預(yù)蛹期以儲備足夠養(yǎng)分用于機(jī)體發(fā)育繁殖(Palmaetal., 2018)。黑水虻幼蟲為食腐性昆蟲，其特殊的口器更易取食浸潤軟化后的飼料(Brunoetal., 2019)，因而高水分飼料更易于幼蟲采食。再者當(dāng)水分低于60%，飼料上層水分揮發(fā)，表面結(jié)塊、干裂甚至發(fā)霉，減少幼蟲取食空間，飼料可利用率減少。因此，飼料中水分通過影響黑水虻幼蟲的采食進(jìn)而影響其生長發(fā)育。

生產(chǎn)中，常將黑水虻作為魚粉的替代品配制動物飼料，其高粗蛋白質(zhì)含量符合生產(chǎn)期望，而高粗脂肪含量易導(dǎo)致飼料氧化酸敗，降低生產(chǎn)效益(Pimenteletal., 2017)。本研究測結(jié)果表明，幼蟲體內(nèi)粗蛋白質(zhì)含量隨飼料水分升高而線性降低，粗脂肪含量隨水分升高而線性升高，與Gao等(2019)研究結(jié)果相似。低水分對蟲體造成應(yīng)激，蟲體優(yōu)先動用體內(nèi)糖類及脂肪來提供更多能量以對抗外界不利影響；高水分下幼蟲采食量增加，并將多余碳水化合物轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)，而脂質(zhì)相較于蛋白及糖類具有更高的能值，因而總能、粗脂肪含量呈線性上升。因此，在生產(chǎn)中可調(diào)控飼料水分，以獲得期望的蟲體成分含量。

3.2 飼料水分含量對黑水虻養(yǎng)分累積及轉(zhuǎn)化的影響

黑水虻對飼料養(yǎng)分的高效利用及累積是黑水虻生物轉(zhuǎn)化體系運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。本研究表明，黑水虻生物轉(zhuǎn)化體系對飼料的消耗量在水分為60%最高，對飼料養(yǎng)分的累積量在水分為80%下最高。各水分下蟲體粗蛋白質(zhì)累積量最大，但粗脂肪累積量受水分影響最大。這是由于脂質(zhì)不僅可作為黑水虻成蟲階段的能量儲備，還與幼蟲體內(nèi)的水分保持有關(guān)。幼蟲的機(jī)體為開放的血液系統(tǒng)且具有較高的相對表面積，導(dǎo)致機(jī)體水分易于流失，脂質(zhì)可幫助蟲體降低蒸騰作用并存儲未吸收的水(Barraganetal., 2018)，因此，在適宜條件下，幼蟲優(yōu)先將養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為脂肪儲存。

黑水虻對飼料的消耗是微生物與幼蟲共同作用的結(jié)果(Jiangetal., 2019)。水分為40%～60%時(shí)，微生物活躍(Dieneretal., 2009)，與黑水虻競食，降低飼料的可利用養(yǎng)分含量，不利于蟲體養(yǎng)分累積。水分為70%～80%，由于飼料水分大，溶氧量降低，微生物代謝受阻；同時(shí)，高分水分下利于幼蟲采食，因此蟲體養(yǎng)分累積高。值得注意的是，水分可通過影響飼料的溫度進(jìn)而影響黑水虻的生長及養(yǎng)分累積。微生物分解飼料釋放大量熱量，升高飼料溫度至35℃以上，超過幼蟲的最佳生長溫度(27～35℃)，對幼蟲造成高溫應(yīng)激(姬越等, 2017；Shumo etal., 2019)。當(dāng)水分含量較高(70%～80%)時(shí)，飼料的熱容量較大，可以減緩飼料溫度的上升，降低高溫對蟲體的刺激。因此水分影響幼蟲的生長發(fā)育及其對飼料的轉(zhuǎn)化效率，生產(chǎn)中，水分與微生物及溫度的互作對幼蟲生物轉(zhuǎn)化的影響需要進(jìn)一步探究。