黃粉蟲的生物降解功能研究進展

陳建興，郭 成，李 靜，薩如拉，李 皓，石 萱，任 斌

（赤峰學院 生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000）

黃粉蟲(Tenebrio molitor L.)是昆蟲綱、鞘翅目、擬步甲科、粉甲屬的一個物種，原為一種廣布于世界各地的倉庫和貯藏害蟲，現已被人工馴化并可進行高度集約化、大規模工廠化養殖[1,2].但由于黃粉蟲營養成分高，因此，早期用其作為蛋白質飼料應用于養殖業，這一作用持續至今已經歷了相當長的時期.現如今，黃粉蟲利用價值極其廣泛，已在飼料、食品、化工、保健品、醫藥和化妝品等領域得到廣泛應用[3-6].

黃粉蟲適應能力和生存能力極強，對生長環境質量要求低，其幼蟲食性雜，耐粗飼，可取食玉米粉、麥麩、米糠，甚至樹葉、樹皮以及牛皮紙等纖維素含量高的材料.因黃粉蟲對惡劣生活環境的適應性極強，可用其處理農業廢棄物以及有機生活垃圾.黃粉蟲生物降解這一功能的發現和利用，對推動綠色、循環、低碳發展，形成節約資源、保護環境的生產生活方式和生態文明建設具有重要意義.

筆者對黃粉蟲的生物降解功能以及黃粉蟲在環境保護（包括白色垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便、秸稈和浮萍處理等）等領域的應用研究進展進行了綜述，并對黃粉蟲的應用前景進行了展望.

1 黃粉蟲的生物降解功能

1.1 白色垃圾

廢舊塑料由于具有高度的化學惰性，不易被微生物分解，形成威脅到生態環境的“白色污染”.目前，白色垃圾污染問題非常嚴峻.處理廢棄塑料的主要方法有填埋法、焚燒法、化學處理法等.各處理方法中，填埋法占用土地，沒有根本解決塑料污染問題，而且塑料在土壤中需要400年才能降解；焚燒法雖然徹底，但是塑料焚燒過程中所產生的有毒氣體二噁英具有致癌、致畸的危害，同時影響人體正常的內分泌代謝，降低人體免疫力，并引發各種疾病，嚴重危害人類身體健康[7]；化學法費用高并產生二次污染.可見目前的常用處理方法都存在各自的不足之處，如何更科學地治理白色污染問題是科學家們探討的熱點問題.

陳重光（2005）最早報道了關于黃粉蟲吃塑料的現象[8].苗少娟（2010）研究了大麥蟲幼蟲對不同塑料制品的喜食情況，并對幼蟲取食塑料后的排泄物進行了相關分析，為探明大麥蟲對塑料的取食降解提供了一定的基礎[9].沈葉紅（2011）通過采用多種培養基，分離鑒定了黃粉蟲腸道菌，從不同角度初步研究了黃粉蟲降解塑料的機理，還通過急性和慢性毒性試驗研究黃粉蟲取食塑料后的生理毒性[10].徐世才（2013）研究了黃粉蟲在不同飼料比例（泡沫和麩皮）下的泡沫降解率[11].Yang Yu（2015）等人的報道是北京航空航天大學和斯坦福大學研究團隊共同完成的，他們發現100條黃粉蟲每天可以吞食34至39毫克的聚苯乙烯塑料，這些塑料在黃粉蟲腸道內停留不到24小時，其中約48%被降解成二氧化碳，小部分被吸收.研究還表明，以聚苯乙烯為食的黃粉蟲與對照組的黃粉蟲一樣健康，其排泄物也正常[12].黃粉蟲腸道微生物在塑料分解過程中起到決定性作用，而且Yang Yu他們首次從黃粉蟲腸道中分離出一株可以利用聚苯乙烯作為唯一生長營養物的細菌[13].張可（2017）對黃粉蟲取食和消化降解PE塑料薄膜進行了研究，發現黃粉蟲能夠取食和完全消化降解塑料薄膜[14].許詩杰和張雅林研究了黃粉蟲取食聚苯乙烯和線性低密度聚乙烯塑料時的生長發育情況，認為僅取食這兩種塑料會影響黃粉蟲的發育和繁殖能力，而通過添加麥麩可以減少這種影響[15].

1.2 餐廚垃圾

餐廚垃圾含水量高(80-90%)、有機質含量豐富(干物質的93%，主要包括淀粉類、動植物油脂類和食物纖維類等)、極易腐爛變質、散發臭味，孳生蚊蠅，除對周圍環境衛生造成嚴重影響外，還存在各種安全隱患.餐廚垃圾的產生量十分巨大，隨著社會經濟發展和人們生活水平提高，這一產量呈快速增長趨勢.因此，減量化、無害化、資源化處理餐廚垃圾的問題已是迫在眉睫.目前，利用昆蟲的腐食性取食行為處理加工過的餐廚垃圾，即通過昆蟲的“過腹”轉化處理，是一條經濟可行且安全的技術途徑[16].黃粉蟲幼蟲食性雜、生命力強、轉化率高，對生長環境質量要求低，在農業有機廢棄物的轉化過程中發揮著重要的作用，且目前黃粉蟲已經實現了大規模工廠化生產方式，形成了完善的產業鏈結構.因此，利用黃粉蟲處理餐廚垃圾是切實可行的.陳美玲等研究發現黃粉蟲在26.7℃，飼料含水量14.5%，飼養密度4.1只/cm2的飼養條件下，對餐廚垃圾的處理具有較好的效果[16].

1.3 畜禽糞便

畜禽糞便的大量堆積和不合理排放，不但制約畜牧養殖業的可持續發展，還對周邊地區造成嚴重的環境污染[17].畜禽糞便的無害化處理和資源化利用業已成為社會普遍關注和急需解決的焦點問題[18].曾祥偉等探討了黃粉蟲轉化與利用牛糞的可行性，認為黃粉蟲3齡幼蟲對EM發酵牛糞（牛糞含量60%）作為飼料表現出良好的適應性，對牛糞的資源化利用具有較好的應用前景[19].孫國峰的研究報道表明，EM厭氧發酵處理鵪鶉糞便后可用于飼養黃粉蟲[20].熊曉莉等采用EM菌發酵處理后的雞糞飼喂黃粉蟲，認為雞糞的添加量宜低于55wt%，隨雞糞比例增加，重金屬在蟲體內無明顯富集[21].陳建興等進行了黃粉蟲采食和分解驢糞的研究，認為驢糞可以作為黃粉蟲的飼料，驢糞占飼料量的30%時，黃粉蟲對驢糞的分解處理能力最強[18].

1.4 秸稈

近年來，過剩秸稈焚燒對民航、交通等部門造成嚴重影響，也使環境受到了污染，這使得秸稈的利用問題變得突出.徐世才等研究了含有玉米秸稈的混合飼料和青菜葉對黃粉蟲生長發育的影響，認為混合飼料中玉米秸稈、麥麩和玉米各占三分之一時，黃粉蟲各項生長發育指標均較理想，并且對秸稈的利用率較高[22].駱倫倫比較了秸稈種類和處理方式對黃粉蟲幼蟲生長發育的影響，測定了黃粉蟲幼蟲取食玉米秸稈、水稻秸稈和麥麩后的相關消化酶活性、海藻糖含量以及腸道微生物的多樣性，結果發現黃粉蟲幼蟲對玉米秸稈的平均取食量和蟲糞量均顯著高于其它秸稈；玉米秸稈不同發酵方式處理中，黃粉蟲幼蟲體重變化存在明顯差異；秸稈種類對黃粉蟲蛋白酶活性和海藻糖含量具有顯著影響；不同秸稈對黃粉蟲幼蟲腸道微生物群落有顯著影響[23].呂樹臣等研究了不同水平發酵玉米秸稈對黃粉蟲幼蟲生產性能的影響，認為發酵玉米秸稈的最佳添加水平為40%[24].

1.5 浮萍

浮萍生長于水池、沼澤、水田或靜水水域，具有體積小、繁殖快、營養價值高、能有效吸收污水中的氮磷元素等特點[25].但我國近年來，因為各地水體富營養化嚴重，發生了浮萍過度繁殖而引起水體二次污染的情況.卓少明和劉聰的研究發現，浮萍屬植物與麥麩以不同比例混合飼喂黃粉蟲，實驗組和對照組的增重情況相近[26]，表明可以利用黃粉蟲的生物降解功能來有效控制和利用浮萍.鄭燕玲等測試了添加不同量浮萍對黃粉蟲幼蟲生長發育及各項營養成分含量指標的影響，認為鮮浮萍和麥麩質量比為65%：35%時，可既不影響黃粉蟲的飼喂周期、產量和質量，又能顯著降低養殖成本[27].王清春等為探索浮萍利用的新途徑，解決浮萍在污水中引起的二次污染現象，將浮萍烘干磨碎與麥麩以不同比例混合飼喂黃粉蟲幼蟲，同時以浮萍替代豆餅以白菜、麥麩、浮萍(10：4：1)混合飼喂成蟲，發現 50%浮萍飼喂幼蟲各指標與對照組差異不顯著，而成蟲的飼喂實驗中，成蟲的產卵量和壽命均高于對照組[28].

2 展望

綜上所述，用以上環境廢棄物養殖黃粉蟲既可以降低養殖成本，又可以將廢棄物和污染物轉化為人類可利用的資源，還可以解決資源浪費和環境污染的問題.黃粉蟲是繼家蠶、蜜蜂后又一個極可能被產業化開發的昆蟲種類，目前國內關于黃粉蟲的研究熱點還是在其飼用和食用方面的應用，對其處理白色垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便、秸稈和浮萍方面的研究在國內也只是慢慢起步，尚處于探索階段.對未來利用黃粉蟲的生物降解功能在環境保護方面方面仍然需要繼續深化基礎和應用研究.以后的研究可在一下三方面進行：(1)研究其余環境廢棄物能否用于黃粉蟲養殖；(2)從配方上優化，以全面發揮黃粉蟲的生物降解功能；(3)加強監測黃粉蟲取食這些廢棄物后有毒有害物質是否富集，以確保飼料和食品安全.

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