覃成婕，胡 斌，葉燦權(quán)，朱劍鋒，李雪玲，田 鈴，黃志君，胡文鋒

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.生物源生物技術(shù)(深圳)股份有限公司，廣東 深圳 518055；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】黑水虻（Hermetia illucensL.），學(xué)名是亮斑扁角水虻，屬于昆蟲(chóng)綱雙翅目短角亞目水虻科扁角水虻屬［1］。黑水虻屬于完全變態(tài)昆蟲(chóng)，在自然界的有機(jī)廢物中大量繁殖［2］，是一種全球廣泛分布的資源昆蟲(chóng)，能夠有效將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和堆肥，可用作生物柴油、動(dòng)物飼料和生物肥料［3］。黑水虻幼蟲(chóng)與細(xì)菌共轉(zhuǎn)化處理畜禽糞便［4］，具有減少畜禽糞便積累［5-6］、降解霉菌毒素［7］和抑制致病菌［8］的潛力。因此，研究黑水虻及其雜交后代的生長(zhǎng)性能有利于促進(jìn)其育種和處理有機(jī)廢棄物進(jìn)程，值得深入研究。

【前人研究進(jìn)展】目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)黑水虻的研究主要集中于飼養(yǎng)條件優(yōu)化、應(yīng)用推廣及遺傳學(xué)方面［9-12］，而對(duì)黑水虻雜交的相關(guān)研究較少。胡新軍等［13］公開(kāi)了一種耐煙堿黑水虻品系的培育方法，先利用含煙堿溶液配置的飼料于野外誘導(dǎo)黑水虻，獲得初始野生株系；然后通過(guò)逐步提高飼料中煙堿水溶液的濃度，并經(jīng)過(guò)20～30 世代連續(xù)馴化培育，最終獲得耐煙堿黑水虻品系，對(duì)照幼蟲(chóng)的存活率為14%，而經(jīng)過(guò)30 代強(qiáng)化選育的幼蟲(chóng)存活率為95%。趙博等［14］研究獲得可以高效處理豆渣的黑水虻株系：通過(guò)豆渣養(yǎng)殖基質(zhì)對(duì)從野外獲得的黑水虻株系進(jìn)行選育，經(jīng)10 代選育后得到BFL-DZ 株系黑水虻，以武漢株黑水虻為對(duì)照，發(fā)現(xiàn)經(jīng)豆渣選育的BFL-DZ 株的生物轉(zhuǎn)化率為11.7%，而未經(jīng)豆渣選育的武漢株的生物轉(zhuǎn)化率僅為9.2%。【本研究切入點(diǎn)】前人在黑水虻育種和繁殖方面的研究局限于同種黑水虻的培育訓(xùn)化，傳統(tǒng)培育方法的培育周期長(zhǎng)，通常要經(jīng)過(guò)10 世代以上連續(xù)培育。雜種育種能夠綜合親本的優(yōu)勢(shì)，但目前不同株黑水虻的雜交研究較少。黑水虻Bioforte 株生長(zhǎng)性能較為穩(wěn)定，目前已應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，但其個(gè)體相對(duì)較小，種蟲(chóng)繁殖周期較長(zhǎng)；而武漢株的個(gè)體較大，且繁殖周期比Bioforte 株短?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)以黑水虻武漢株和Bioforte 株為親本進(jìn)行雜交，將獲得的雜交1 代連續(xù)橫交3 代，然后比較經(jīng)雜交和橫交的后代與武漢株、Bioforte 株黑水虻的生長(zhǎng)性能和發(fā)育特點(diǎn)，以闡明后代與武漢株和Bioforte株的性能差異，并在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮雜交后代的雜種優(yōu)勢(shì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

武漢株黑水虻的蟲(chóng)卵由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，Bioforte 株黑水虻的蟲(chóng)卵、麥麩、豆粕、苜蓿草粉由生物源生物技術(shù)（深圳）股份有限公司提供。

黑水虻幼蟲(chóng)專(zhuān)用配合飼料基礎(chǔ)日糧按照麥麩∶豆粕∶苜蓿草粉=5∶3∶2 的比例配制，其100 g 配合飼料含能量1 526.00 kJ、水分6.24 g、蛋白質(zhì)24.18 g、脂肪2.52 g、碳水化合物60.10 g、灰分6.96 g。將配制好的飼料加水?dāng)嚢杈鶆?，使飼料含?0%（W/W）即可用于黑水虻幼蟲(chóng)養(yǎng)殖。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2022 年4 月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)啟林教學(xué)科研基地進(jìn)行。將武漢株和Bioforte 株于同一天羽化的成蟲(chóng)分開(kāi)，按照武漢株♂×Bioforte 株♀、武漢株♀×Bioforte 株♂進(jìn)行雜交，分別獲得雜交子一代F1和F1′；F1和F1′分別橫交3 代，并選取每代蛹個(gè)體較大的黑水虻作為種蟲(chóng)，以橫交第3 代成蟲(chóng)產(chǎn)的蟲(chóng)卵作為試驗(yàn)株，分別記為F和F′。以F、F′為試驗(yàn)處理，武漢株和Bioforte 株為對(duì)照，初孵幼蟲(chóng)以麥麩為開(kāi)口料保育6 d［15］，之后轉(zhuǎn)進(jìn)幼蟲(chóng)專(zhuān)用配合飼料中，投放量以150 g（干飼料）/100 頭為宜。每個(gè)處理組6 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100 頭黑水虻。養(yǎng)殖過(guò)程如下：

幼蟲(chóng)：將幼蟲(chóng)養(yǎng)殖盒（19.5 cm×13.4 cm×7.3 cm）置于培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度為28（±1）℃，相對(duì)濕度為70（±）5%，無(wú)光照。

成蟲(chóng)：將成蟲(chóng)籠（30 cm×30 cm×30 cm）置于陽(yáng)光房?jī)?nèi)，保持每天12 h 的明暗交替，室內(nèi)溫度28（±1）℃，相對(duì)濕度70（±5）%，定期補(bǔ)水，直至成蟲(chóng)交配產(chǎn)卵。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

每天觀察幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)情況，每隔3 d 測(cè)量幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)和體質(zhì)量，飼養(yǎng)至50%的幼蟲(chóng)預(yù)蛹時(shí)停止飼養(yǎng)。收集每個(gè)處理其中3 個(gè)重復(fù)的幼蟲(chóng)，105℃下烘至恒重，對(duì)各處理余下的3 個(gè)重復(fù)繼續(xù)飼養(yǎng)至全部預(yù)蛹待羽化。統(tǒng)計(jì)以下試驗(yàn)指標(biāo)：

存活率（%）=幼蟲(chóng)存活數(shù)/幼蟲(chóng)總數(shù)×100

化蛹率（%）=幼蟲(chóng)化蛹數(shù)/幼蟲(chóng)總數(shù)×100

羽化率（%）=蛹的羽化數(shù)量/蛹總數(shù)×100

總增干質(zhì)量（g）=末老熟幼蟲(chóng)干質(zhì)量-幼蟲(chóng)初始干質(zhì)量（幼蟲(chóng)初始干質(zhì)量≈0）

總增鮮質(zhì)量（g）=末老熟幼蟲(chóng)鮮質(zhì)量-幼蟲(chóng)初始鮮質(zhì)量

體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率（mm/d）=（本時(shí)間幼蟲(chóng)體長(zhǎng)-前階段幼蟲(chóng)體長(zhǎng)）/ 飼喂時(shí)間

體質(zhì)量生長(zhǎng)速率（g/d）=（本時(shí)間幼蟲(chóng)體質(zhì)量-前階段幼蟲(chóng)體質(zhì)量）/ 飼喂時(shí)間

飼料轉(zhuǎn)化率（%）=老熟幼蟲(chóng)總增干質(zhì)量/（初始飼料干質(zhì)量-試驗(yàn)結(jié)束剩余物干質(zhì)量）×100，剩余物包括剩余飼料和蟲(chóng)沙。

表觀消化率（%）=〔總添加飼料干質(zhì)量-飼料減重干質(zhì)量〕/總添加飼料干質(zhì)量×100

飼料利用率（%）=老熟幼蟲(chóng)總增干質(zhì)量/總添加飼料干質(zhì)量×100

料重比=添加飼料總干質(zhì)量/老熟幼蟲(chóng)總增鮮質(zhì)量

孵化率（%）=孵化個(gè)數(shù)/總蟲(chóng)卵個(gè)數(shù)×100

試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定幼蟲(chóng)的水分（GB 5009.3-2016，直接干燥法）、粗蛋白（GB 5009.6-2016，自動(dòng)凱氏定氮儀法）和粗脂肪（GB 5009.6-2016 索氏抽提法）含量。

采用 WPS 2016 軟件對(duì)原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，采用IBM SPSS Statistics 23 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，其中差異性分析采用單因素方差分析（Oneway ANOVA）中的 Duncan 和LSD 分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑水虻幼蟲(chóng)體長(zhǎng)、體質(zhì)量比較分析

由表1 可知，12、15 日齡時(shí)，黑水虻F、F′、武漢株和Bioforte 株幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)差異均不顯著；幼蟲(chóng)在15～18 日齡的培育階段，4 株幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)維持不變或稍有下降；在15 日齡時(shí)，F(xiàn)幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)比另外3 株長(zhǎng)，比武漢株長(zhǎng)0.28 mm，比Bioforte 株長(zhǎng)0.74 mm，說(shuō)明雜交后F 黑水虻表現(xiàn)出較好的體長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。從體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率來(lái)看，Bioforte 株在6～9 日齡、9～12 日齡與其他3 株有差異，在9～12 日齡時(shí)其幼蟲(chóng)體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率最快。武漢株、F、F′在幼蟲(chóng)階段的體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率差異均不顯著，并且在6～9 日齡時(shí)其幼蟲(chóng)體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率最快，說(shuō)明F、F′與武漢株的體長(zhǎng)生長(zhǎng)速率較為接近。

表1 不同日齡黑水虻幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)及其生長(zhǎng)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 日齡時(shí)，Bioforte 株幼蟲(chóng)的體質(zhì)量?jī)H為23.83 mg，F(xiàn)、F′幼蟲(chóng)的體質(zhì)量分別是Bioforte 株的3.63、3.40；15 日齡時(shí)幼蟲(chóng)體質(zhì)量達(dá)到最大，F(xiàn)、F′幼蟲(chóng)的體質(zhì)量分別比Bioforte株提高5.45%、11.43%，說(shuō)明F、F′ 較Bioforte株表現(xiàn)出較好的體質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。從體質(zhì)量生長(zhǎng)速率來(lái)看，12～15 日齡時(shí)，F(xiàn)、F′幼蟲(chóng)保持與武漢株和Bioforte 株較為接近的體質(zhì)量生長(zhǎng)速率，且均在9～12 日齡時(shí)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)速率最快。此外，F(xiàn)1、F1′幼蟲(chóng)在前期生長(zhǎng)（6～9 日齡、9～12 日齡）的體質(zhì)量表現(xiàn)出較為均勻的生長(zhǎng)速率，而武漢株和Bioforte 株則表現(xiàn)為先慢后快的生長(zhǎng)速率。

表2 不同日齡黑水虻幼蟲(chóng)的體質(zhì)量及其生長(zhǎng)速率Table 2 Body mass and growth rate of black soldier fly larvae in different days of age

2.2 黑水虻幼蟲(chóng) 飼料利用比較分析

由表3 可知，武漢株和Bioforte 株幼蟲(chóng)的飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率和飼料利用率差異不顯著。F、F′幼蟲(chóng)的飼料轉(zhuǎn)化率和表觀消化率均比武漢株和Bioforte 株高，F(xiàn) 幼蟲(chóng)與武漢株相比，飼料轉(zhuǎn)化率提高17.72%、表觀消化率提高2.55%；F′幼蟲(chóng)的飼料轉(zhuǎn)化率和表觀消化率分別比武漢株提高31.69%、2.07%；F 幼蟲(chóng)的料重比比武漢株低1.94、比Bioforte 株低0.47，F(xiàn)′幼蟲(chóng)的料重比比武漢株低2.74、比Bioforte 株低1.27；F 的飼料利用率比武漢株提高20.53%、與Bioforte 株差異不顯著，F(xiàn)′幼蟲(chóng)的飼料利用率比武漢株提高34.31%、比Bioforte 株提高22.46%。結(jié)果表明，F(xiàn)、F′黑水虻幼蟲(chóng)比武漢株和Bioforte 株有更好的飼料利用效果。

表3 黑水虻幼蟲(chóng)飼料利用情況Table 3 Feed utilization of black soldier fly larvae

2.3 黑水虻 存活、化蛹、羽化和產(chǎn)卵性能比較分析

由表4 可知，4 株黑水虻的存活率及羽化率較高，均達(dá)90%以上。F、F′的化蛹率比武漢株和Bioforte 株提高約14%。F 的羽化時(shí)間、產(chǎn)卵時(shí)間比武漢株和Bioforte 株短，與武漢株相比，其羽化時(shí)間縮短5 d，產(chǎn)卵時(shí)間縮短5 d；與Bioforte株相比，其羽化時(shí)間縮短9 d，產(chǎn)卵時(shí)間縮短9 d，可見(jiàn)F 相比武漢株和Bioforte 株在繁殖上具有優(yōu)勢(shì)；而F′的羽化時(shí)間及產(chǎn)卵時(shí)間與武漢株差異不顯著。4 株黑水虻的產(chǎn)卵數(shù)、卵塊質(zhì)量及孵化率差異不顯著，說(shuō)明F、F′的產(chǎn)卵性能及蟲(chóng)卵孵化率較穩(wěn)定。

表4 黑水虻存活、化蛹、羽化和產(chǎn)卵性能參數(shù)Table 4 Performance parameters of survival,pupation,eclosion and oviposition of black soldier fly

2.4 黑水虻幼蟲(chóng)總增質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量比較分析

由表5 可知，F(xiàn) 幼蟲(chóng)與武漢株總增鮮質(zhì)量差異顯著，總增鮮質(zhì)量比武漢株顯著提高22.76%，與Bioforte 株差異不顯著；F′幼蟲(chóng)的總增鮮質(zhì)量顯著高于武漢株和Bioforte 株，比武漢株提高35.15%，比Bioforte 株提高15.99%，說(shuō)明F′幼蟲(chóng)在生產(chǎn)上比武漢株及Bioforte 株更有優(yōu)勢(shì)。F 的蛋白質(zhì)含量略低于其他3 株黑水虻，F(xiàn)′的脂肪含量顯著高于其他3 株黑水虻，與武漢株相比，在蛋白質(zhì)含量差異不顯著的情況下，脂肪含量是武漢株的1.07 倍，說(shuō)明F′在脂肪生產(chǎn)應(yīng)用上具有優(yōu)勢(shì)。

表5 黑水虻幼蟲(chóng)總增質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量Table 5 Total weight gain and nutrient contents of black soldier fly larvae

3 討論

本研究雜交獲得的黑水虻F、F′，其飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率、飼料利用率均比武漢株及Bioforte 株高，但比陸麗珠等［16］的相應(yīng)研究數(shù)據(jù)低，推測(cè)是本研究飼養(yǎng)黑水虻的飼料為麥麩、豆粕和草粉混合飼料，與其采用的麥麩、玉米粉和草粉混合飼料有所不同，因此可對(duì)黑水虻F、F′作進(jìn)一步試驗(yàn)，利用不同種類(lèi)的飼料飼養(yǎng)，并與原試驗(yàn)株進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證黑水虻F、F′能高效利用飼料這一優(yōu)良性狀。黑水虻的老熟幼蟲(chóng)蟲(chóng)干中含粗蛋白質(zhì)約40%～45%、粗脂肪23%～36%［17］，本研究的黑水虻F、F′均處于此范圍內(nèi)，未出現(xiàn)雜交后蛋白質(zhì)含量低于40%的現(xiàn)象，但F 的蛋白質(zhì)含量?jī)H為43.82%，顯著低于F′、武漢株和Bioforte 株，Liu 等［18］指出黑水虻在14 日齡至預(yù)蛹階段，其幼蟲(chóng)質(zhì)量逐漸下降。本試驗(yàn)黑水虻F 的羽化時(shí)間比F′、武漢株和Bioforte 株短，推測(cè)收集幼蟲(chóng)樣品時(shí)，F(xiàn) 與F′、武漢株和Bioforte 株的生長(zhǎng)階段不同，因此F 的蛋白含量較低。

通過(guò)對(duì)黑水虻進(jìn)行多代選育，可獲得具有特定性狀的黑水虻新品系。但前人多對(duì)同一株系黑水虻進(jìn)行訓(xùn)化育種［13-14］，而本研究在常規(guī)雜交育種之后進(jìn)行橫交性狀固定，縮短育種時(shí)間的同時(shí)對(duì)已獲得較優(yōu)的雜合子進(jìn)行性狀固定，通過(guò)對(duì)后代的數(shù)據(jù)記錄分析，獲得的黑水虻F、F′綜合了較短生長(zhǎng)周期以及較優(yōu)飼料利用情況的優(yōu)勢(shì)。目前，業(yè)界尚未建立黑水虻種質(zhì)資源庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)，但可以借鑒果蠅、蜜蜂、家蠶等已有多年遺傳育種經(jīng)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)。呂銀等［19］采用雜交、混交、回交等方法，保護(hù)柞蠶遺傳資源庫(kù)，并選育出經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的新品種。楊忠生等［20］通過(guò)雜交和定向選擇育種方法得到齡期短、強(qiáng)健，并且繭絲纖度細(xì)的三眠蠶品種。石巍等［21］用4 個(gè)株系的蜜蜂，先配制了3 個(gè)單交組合作為母本，之后與其中3 個(gè)純種株系進(jìn)行雜交，得到高產(chǎn)型蜂蜜的雜交種國(guó)蜂 213 和高產(chǎn)型王漿的雜交種國(guó)蜂414。后續(xù)我們可以借鑒蜜蜂和家蠶的育種方法對(duì)黑水虻的雜交育種進(jìn)行改良，在原種品系培育的基礎(chǔ)上開(kāi)展三品種雜交和四品種雜交，以利于多種雜種優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)；選擇品質(zhì)較好的雜種進(jìn)行多代橫交，不局限于本試驗(yàn)中的同一代數(shù)之間的橫交，可考慮不同代數(shù)，如第1 代與第3 代、第4 代，第2 代與第4 代、第5 代之間的橫交等。橫交固定優(yōu)良性狀后進(jìn)行種群擴(kuò)繁，得到較多的種質(zhì)資源進(jìn)行中間試驗(yàn)，同時(shí)利用分子生物學(xué)手段對(duì)具有獨(dú)特性狀的黑水虻品種進(jìn)行分析，研究控制該性狀的遺傳信息，闡明其決定性狀形成的分子機(jī)理，重點(diǎn)鑒定與生長(zhǎng)速度、產(chǎn)卵率、卵品質(zhì)相關(guān)的重要功能基因，對(duì)候選基因進(jìn)行功能研究和調(diào)控分析，以適應(yīng)我國(guó)不同地域和變化的市場(chǎng)對(duì)多元化產(chǎn)品的需求。

4 結(jié)論

本研究以黑水虻武漢株和Bioforte 株為試驗(yàn)種蟲(chóng)，經(jīng)過(guò)雜交育種和橫交固定后分別獲得具有高飼料利用率、高存活率、高化蛹率、高羽化率，以及生長(zhǎng)速率較為均勻、產(chǎn)卵性能較為穩(wěn)定的F、F′，其中F 具有優(yōu)于武漢株與Bioforte 株生長(zhǎng)周期的優(yōu)良性狀。通過(guò)比較4 株系的各項(xiàng)生長(zhǎng)性能，結(jié)果表明，F(xiàn) 的表觀消化率和飼料利用率分別為59.53%、4.11%，顯著高于試驗(yàn)種蟲(chóng)武漢株，F(xiàn)′的飼料轉(zhuǎn)化率、表觀消化率和飼料利用率分別為7.73%、59.25%、4.58%，顯著高于試驗(yàn)種蟲(chóng)武漢株與Bioforte 株，這有利于提高幼蟲(chóng)的養(yǎng)殖效率，降低規(guī)模養(yǎng)殖成本。黑水虻F、F′具有較為均勻的生長(zhǎng)速率，可考慮通過(guò)改善飼料配方和投料方式以發(fā)揮雜交后代的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。此外，F(xiàn)、F′的孵化率能較好地保持在武漢株和Bioforte 株的水平上，均介于82.67%～84.68%之間。F 在生長(zhǎng)周期上也具有極大優(yōu)勢(shì)，羽化時(shí)間為30.3 d，產(chǎn)卵時(shí)間為36.7 d，均比武漢株和Bioforte 株短，F(xiàn)、F′的這些優(yōu)良性狀有利于提高生產(chǎn)效率。