（微生物学专业论文）不同光源对黑水虻生活史的影响及其对猪粪的转化.pdf

华中农业人学2 0 0 8 届硕i ：学位论文 摘要 昆虫黑水虻幼虫能够以畜禽粪便作为食物，转化为自身物质如蛋白和脂肪等， 并减轻畜禽粪便造成的越来越严重的环境污染问题，引起了世界范围广泛重视。 国外研究表明，黑水虻成虫的交配需要太阳光的刺激，因此在阴天和冬季光照 时间短的时候，交配产卵率低，只能勉强维持传代，不能适应畜禽粪便大规模处理 的需要，而目前人工光照刺激黑水虻成虫交配产卵国内外还未取得成功。本研究用 太阳光和两种人工光源( 碘钨灯、稀土灯) 对黑水虻成虫进行照射，研究其对黑水 虻交配、产卵情况的影响。证明在阳光下其交配主要集中在上午，而且当光强度达 到1 4 0 岬o lm 之s 卅以上，成虫交配非常活跃并产卵；在稀土灯光照条件下，不能成 功交配、产卵。但在碘钨灯照射下黑水虻能成功交配、产卵，日交配量能达到4 0 对左右，产卵高峰期的卵量相当于太阳光下的6 1 ，孵化期、幼虫期和蛹期生活周 期与太阳光照没有显著性差异( p o 0 5 ) 。碘钨灯代替太阳光照射，三代之间的孵化 期、幼虫期和蛹期相比无显著性差异( p 0 0 5 ) 。这使得在冬季或阴雨天等阳光不充 足的条件下解决黑水虻人工饲养中的交配产卵问题提供了一个可行的方法。 本研究将1 0d 虫龄的黑水虻幼虫( 约3 龄左右) 接入到1 0 埏新鲜猪粪中，以 幼虫取食利用粪便腐败物质的生物特性，将猪粪中的物质能量充分转化成虫体蛋白 质、脂肪加以回收，仅剩余疏松残渣。在转化过程中猪粪的总重从9 4 5k g 减少至 5 9 8 埏，减少了3 6 7 2 ；猪粪的含水量也发生了变化，从6 7 减少为6 3 ；猪粪总 氮减少了3 1 5 8 ，并生产出含高蛋白和脂肪的蛹，而且水虻对猪粪进行转化的同时 还可以对其起到去臭的效果。同时本研究还对猪粪转化后生产的黑水虻蛹中营养成 分进行了初步分析，结果表明这种昆虫含有较高的粗蛋白和粗脂肪，分别达到4 5 和3 6 。然后采用气相色谱一质谱( g c m s ) 对其脂肪酸成分进行分析，发现其虫 体中脂肪酸组成非常丰富，饱和脂肪酸以月桂酸和棕榈酸为主，分别达到3 5 6 4 和 1 4 8 4 ，其它的饱和脂肪酸还包括硬脂酸、癸酸和十五碳酸。不饱和脂肪酸以油酸 为主为2 3 6 2 ，还包括其它的一些不饱和脂肪酸如：十四碳和十九碳单烯酸等。饱 和脂肪酸与不饱和脂肪酸之比约为1 4 ：1 。这为建立猪粪转化体系和开发黑水虻虫体 中的营养成分提供了参考。 关键词：黑水虻光源生活史猪粪转化脂肪酸 不同光源对黑水虻生活史的影响及) e 对狮粪的转化 a b s t r a c t b l a c ks o l d i e rf l yl a r v a ec o u l db eu s e dt od e a lw i t hp o u l t r yf a c i l i t i e sa n dr e d u c em a n u r e a c c u m u l a t i o na n di t sp r e p u p ac o n t a i n sr i c hn u t r i e n ts u b s t a n c e s ，e s p e c i a l l yt h eh i g hp r o t e i n c o n t e n t ，w h i c hc o u l db eu s ea sf o r a g ea d d i t i v e s h o w e v e r , r e a r i n gt h eb l a c ks o l d i e rf l yi na r t i f i c i a lc o n d i t i o nw o u l df a c eal a r g ep r o b l e m t h a tn oo rf e wm a t i n go c c u r r e dw h e ni nt h ed a yw i t h o u ts u n l i g h t w eu s e dd i f f e r e n t l u m i n a i r e ( s u n l i g h t 、q u a r t z i o d i n el a m pa n dr a r ee a r t hl a m p ) i r r a d i a t i n gt h eb l a c ks o l d i e r f l ya d u l t st os t i m u l a t em a t i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h i l et h es u n l i g h tw a sr e p l a c e db y t h eq u a r t z i o d i n el a m p ，m a t i n ga c t i v i t yc o u l db eo b s e r v e da n dt h ef e r t i l ee g g sc o u l db e c o l l e c t e da sn o r m 0 1 t h en u m b e r so fe g g sc o l l e c t e dw e r ea b o u t61 o ft h a to ns u n l i g h t b u tn om a t i n go c c u r r e dw h e nu s e dt h er a r ee a r t hl a m pt oe l i c i tt h ea d u l t s t h eh a t c h , l a r v a ea n dt h ep u p a ld e v e l o p m e n to ft h eb l a c ks o l d i e rf l yc o l l e c t e df r o mt h es u n l i g h ta n d q u a r t z i o d i n el a m ph a do ns i g n i f i c a n td i f f e r e n c e ( p o 0 5 ) t h eq u a r t z - i o d i n el a m ph a dn o e f f e c to nt h ep a s s a g eo ft h ei n s e c tc o m p a r et os u n l i g h tb yr e a r e d3g e n e r a t i o n s ( p 0 0 5 ) i tw o u l db eu s e f u li nd e v e l o p i n gb l a c ks o l d i e rf l ya r t i f i c i a lr e a r i n gm e t h o dd u r i n gw i n t e r a n dc l o u d yd a y i tw a st h ef i r s tr e p o r tu s i n gt h ea r t i f i c i a ll i g h ts o u r c e st oe l i c i tt h em a t i n g a c t i v i t yo f t h eb l a c ks o l d i e rf l ys u e e e s s f u l l y w ei n o c u l a t e d10d a y so l dl a r v at of r e s hs w i n em a n u r ei nt h es t u d y , t h ei n s e c tc o n v e r t t h en u t r i t i v em a t e r i a li nt h em a n u r et oi t so w np r o t e i na n df a t d u r i n gt h i sp r o c e s s ，t h e w e i g h to f t h em a n u r ef r o m9 4 5k gr e d u c e dt o5 9 8k g r e d u c i n gt h em a n u r ea c c u m u l a t i o n b y3 6 7 2 t h em o i s t u r eo fm a n u r ed e c r e a s e df r o m6 7 t o6 3 ，t h et o t a ln r e d u c e d 31 5 8 a n do d o u ro ft h em a n u r ea l s or e d u c e da f t e rt h ei td i g e s t i o n a n dt h i sm a n a g e m e n t p r o d u c e dt h ep u p a ew i t hh i g hp r o t e i na n df a t w ea n a l y z e dt h ec o m p o u n do ff a ta c i di nt h e p u p ar e a rb y s w i n em a n u r et h r o u g ht h eg a sc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t r y ( g c - m s ) t oe v a l u a t ei t sn u t r i t i o n a li n g r e d i e n ta sf o r a g e t h ep u p aa r ef u l lw i t hp r o t e i na n df a t ，a n d i t sa l s oh a v em a n yd i f f e r e n tf a ta c i d s ，l a u r i ea n dp a l m i t i ca c i dw e r em a j o ri ns a t u r a t e d f a t t ya c i d ，r e a c h e d3 5 6 4 a n d1 4 8 4 ，r e s p e c t i v e l y t h eo l e i ca c i dw a sm a j o ri n u n s a t u r a t e df a t t ya c i dr e a c h e d2 3 6 2 t h er a t i o no ft h es a t u r a t e df a t t ya c i da n dt h e u n s a t u r a t e dw a s1 4 ：1 t h i sr e s u l to f f e r e dr e f e r e n c ev a l u ef o ru st oe x p l o i tt h e f u n c t i o n a l i t yf a ta c i do ft h eb l a c ks o l d i e rf l y k e yw o r d s b l a c ks o l d i e rf l y ；l i g h ts o u r c e ；l i f eh i s t o r y , s w i n em a n u r e ；f a ta c i d 2 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 舀 如需保密，解密时闻年 月隧 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导姆指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构 的学位或证书面使用过的材料，指导教隳对虼进行了审定。与我一圈王作酶同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：前苦 悯沙学年多月偿日 学位论文使用授权书 本人完全了解描华中农业大学关于保存，使用学位论文的规定拇，即学生必 须按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印 割版和电子版，并提供鼙录检索和阕览服务，可以呆瘸影印、缩审或扫描等复糍 手段保存、汇编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文酶全部或部分蠹容。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 椭张事莲r 撇名：谢 签名日期：汩譬年多月i 阳 签名日期：m 2 年彳月l 日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 华中农业人学2 0 0 8 届硕 ：学位论文 1 1 前言 第一章绪论 我国畜牧业迅猛发展，全国畜牧业产值达到4 0 0 0 亿元以上，占农业总产值的比 例超过1 3 。随着规模化养殖的蓬勃发展，畜禽粪便产生和排放量逐渐增大，每年产 生量达到1 7 3 亿吨，是工业固体废弃物的2 7 倍( 孙振钧和孙永明，2 0 0 4 ) 。畜禽粪 便严重污染环境，粪便一般含有较多水分，在堆放和储藏过程中，会产生硫化氢、 氨、二甲硫醇等并引起恶臭( 徐晓军等，2 0 0 5 ) ，不仅污染农田生态环境，而且造成 地表水的富营养化，粪便中的大量病原微生物如大肠杆菌、链球菌等细菌和各类病 毒，对环境造成影响，严重危害了城镇郊区环境，阻碍了养殖业本身的可持续发展。 畜禽排泄物已成为巨大的农业污染源，处理不当将给生态环境带来极大的威胁。 黑水虻是一种世界广泛分布的双翅目水虻科昆虫，其幼虫在自然界以腐烂的有 机物和动物粪便为食，如发酸的番荔枝、南瓜和死亡的螃蟹，腐烂的水果、蔬菜酱、 动物尸体等。研究发现，黑水虻的幼虫集中取食动物粪便，不仅可以减少粪便堆积 和臭气( s h e p p a r da n dn e w t o n , 1 9 9 4 ) ，还能够控制家蝇的滋生( s h e p p a r d 1 9 8 3 ； b r a d l e ya n ds h e p p a r d ，1 9 8 4 ) ，并减少粪便中大肠杆菌的数量( e r i e k s o ne ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 用黑水虻的幼虫来处理咖啡加工的废弃物、鸡粪( s h e p p a r da n dn e w t o n ，1 9 9 4 ) 、牛 粪、猪粪( n e w t o ne ta l ，2 0 0 5 ) ，取得了良好的效果。由于黑水虻的幼虫含有大量的 蛋白、脂肪，还能够生产具有较高经济价值的动物饲料，被认为是一种极有应用前 景的资源昆虫，可以利用黑水虻幼虫替代配合饲料中的大豆粉和鱼粉用于养鸡、养 猪和养鱼( b o n d a r ia n ds h e p p a r d , 1 9 8 1 ；s t h i l a i r ee ta 1 2 0 0 7 a ) 。 1 2 畜禽粪便的污染现状 自从改革开放和菜篮子工程实施以来，养殖业规模及产值均发生了巨大的变化。 根据农业部畜牧业“九五及2 0 1 0 发展规划，2 0 1 0 年前畜牧业的产值还将以每年 8 左右的速度递增，畜禽粪便产生量将与之同步增长。然而由于8 0 以上的畜禽养 殖场对畜禽粪便没有综合利用和污水处理设施，这就对环境造成了严重的污染。目 前畜禽粪便产生的环境污染，已成为我国农村污染的主要来源之一。畜禽粪便主要 从以下几个方面对环境产生污染。 不i r d 光源对黑水虻生活史的影响及】e 对猪粪的转化 1 2 1 对水体的影响 畜禽粪便和冲洗粪便废水中含有大量的氮、磷及有机质等，如果不经处理直接 或间接排放进入水体，将导致水体严重污染，如水体富营养化和水质严重恶化等( 黄 海龙等，2 0 0 7 ) 。畜禽污水排入鱼塘和河流中，还会导致对有机物污染敏感的水生生 物逐渐死亡，严重威胁着水产养殖业的发展( 汪建飞等，2 0 0 6 ) 。畜禽粪便对水体 的污染主要包括以下两个方面。 ( 1 ) 对地表水的影响 有机质进入水体后，消耗水中的溶解氧，使水体发臭；悬浮物使水体浑浊，降 低水中藻类的光合作用，限制水生生物的正常活动，导致水体底部缺氧，使水体同 化能力降低( 杨国义等，2 0 0 5 ) ；氮、磷可使水体富营养化，富营养化水体中含硝 酸盐和亚硝酸盐浓度高，人畜若长期饮用会引起中毒。有机质在厌氧条件下，分解 产生的甲烷、硫化氢等有毒气体，以及有毒藻类排放的大量毒素，会引起对鱼类和 人的毒害，破坏水体生态平衡；粪尿中含有病菌、病毒，直接排入水体可能导致流 行病的传播( 李庆康等，2 0 0 0 ) 。 ( 2 ) 对地下水的影响 被畜禽粪尿所污染的地表水会下渗，导致地下水中的硝酸盐、有机质浓度增高， 造成地下水( 包括井水) 的氮污染和有机污染。 1 2 2 对农田及作物的影响 畜禽粪尿中含有氮、磷、钾等养分，若适量施肥，能有效地提高土壤肥力，改 良土壤的理化特性，促进农作物的生长。但若直接、连续、过量的施用，则会造成 不良的影响。 ( 1 ) 对作物的影响：畜禽排泄物中含有很高的有机质和氮、磷，会引起作物徒 长、贪青、倒伏，使产量大大降低( 丁迎伟等，1 9 9 9 ) 。 ( 2 ) 对土壤理化性质的影响：粪便中含有微量元素如铜、锌、砷、汞等，排放 到环境中的畜禽粪便给土壤带来重金属污染，使土壤中有机质累积，阳离子交换量 增加；使无机盐积聚，土壤中不易移动的磷酸在土壤下层富积，引起土壤板结( 李 淑芹和胡玖坤，2 0 0 3 ；孔源和韩鲁佳，2 0 0 2 ) 。 ( 3 ) 对土壤生物的影响：畜禽粪尿若向农f f l 施入过量，则土壤中栖居的小动物、 昆虫、真菌、防线菌、细菌等大量繁殖，易发生病虫害( 马强等，2 0 0 7 ) 。 4 华中农业人学2 0 0 8 扁硕i ：学位论文 1 2 3 对空气质量的影响 畜禽粪便中含有硫化氢、氨、硫醇等有害气体，如果不及时处理，排放到大气 中就会污染空气，使空气中含氧量下降，使动物及人群的免疫力下降，呼吸道疾病 频发( 程鹏辉和廖新佛，2 0 0 7 ) 。 总之，畜禽养殖业废弃物中污染物类型多，既有固态、液体类，又有气态类； 产生的生态环境影响广泛，既有大气、水体、固体废物方面的不良影响，又有对环 境卫生、土壤及农作物等方面的影响。不妥善处理，对农村生态环境的改善和农业 可持续发展构成极大的威胁( 李传红等，2 0 0 1 ) 。 1 3 当前畜禽废弃物资源化处理的技术现状 规模化畜禽场废弃物处理及资源化利用研究，不仅是国际农业环境的热点研究 领域之一，而且也是保证农牧业可持续发展和农畜产品安全的关键技术。目前畜禽 废弃物资源化处理的技术主要为以下三种。 1 3 1 饲料化技术 畜禽粪便作饲料是畜禽粪便综合利用的重要途径。这主要是因为畜禽粪便中不 但含有大量营养成分，而且里面的常量和微量元素的含量与口粮成正相关性。将畜 禽粪便饲料化主要有以下几种方法。 1 3 1 1 直接使用法 使用畜禽粪便作饲料，就是充分利用饲料中剩余的各种养分和饲养过程中产生 的有用成分( 王坤元和黄建宁，1 9 9 3 ) 。由于畜禽粪便中含有大量未消化的蛋白质、 b 族维生素、矿物质元素、粗脂肪和一定数量的碳水化合物，且氨基酸品 种比较齐全，含量丰富，是用作饲料的好原料( 潘琼，2 0 0 7 ) 。畜禽粪便中营养价 值最高的是鸡粪，因为鸡的食道较短，鸡粪中含有许多未被消化吸收的营养物质， 可作为蛋白质补充饲料资源( 张红骥等，2 0 0 7 ) 。 1 3 1 2 干燥法 干燥法是常用的畜禽粪便处理方法。此种方法主要是利用热效应和喷放机械。 具体方法有：自然干燥、塑料大棚自然干燥、高温快速干燥、烘干法等。干燥法处 理粪便的效率最高，而且能杀灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品饲料的要求( 马强 5 不i 一光源对黑水虻生活史的影响及) e 对猪粪的转化 等，2 0 0 7 ) 。但由于目前粪便的夏季保鲜困难，大批量处理时仍有臭气产生，需处 理臭气和产物的成本较高，使得该方法的推广使用受到限制。 1 3 1 3 分解法 分解法是利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提 供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。这种方法比较经济、生态效益显著，然而 由于前期畜禽粪便灭菌、脱水处理和后期收蝇蛆、饲喂蚯蚓、蜗牛的技术难度较大， 加上所需温度较苛刻，而难以全年生产，故尚未得到大范围的推广。但是随着关键 技术的解决，预计该项研究会有良好的发展前景( 戴洪刚等，2 0 0 2 ：陈巧燕等，2 0 0 6 ) 。 1 3 2 肥料化技术 畜禽粪便作为肥料是我国的传统习惯，农村曾有“庄稼一枝花，全靠粪当家 的谚语。过去采用填土、挚圈的方法或堆肥方式将畜禽粪便制成农家肥。如今，伴 随着集约化养殖场的发展，人们对畜禽粪便肥料化技术也进行了探索。目前研究最 多，应用较广泛且最具有前景的是堆肥法( 黄国锋等，2 0 0 3 ) 。堆肥是处理各种有 机废弃物的有效方法之一，是一种集处理和资源循环再生利用于一体的生物方法。 这种方法处理粪便的优点在于最终产物臭气少，且较干燥，容易包装、撒施，而且 有利于农作物的生长。存在的问题是处理过程中有n h 3 的损失，不能完全控制臭气， 而且堆肥需要的场地大，处理所需要的时间长( 潘琼，2 0 0 7 ) 。一些畜禽有机肥生 产厂，多采用厌氧发酵法、快速烘干法、微波法、充氧动态发酵法等方法来生产粪 便有机肥。 1 3 3 能源化技术 农业废弃物是农村能源的重要组成部分，畜禽粪便的能源化利用在解决农村能 源短缺和环境污染方面有重要价值( 孙永明等，2 0 0 5 ) 。畜禽粪便转化成能源有两 种方式，一种是直接燃烧，这种方法仅适用于草原上的牛、马等动物的粪便。对于 我国集约化养殖场产生的大量粪便，由于含水量高，干燥比较困难，必须对此进行 转化，才能用作燃料。另一种是厌氧消化法，目前研究最多、最有发展前景的也是 这种方法。厌氧消化法是一种有效处理粪便和资源回收利用的技术。现在，这种工 艺已经成熟，很多地方都已建立了沼气池。厌氧发酵工艺对畜禽粪便进行处理，不 仅能提供沼气，解决我国广大农村燃料短缺和大量焚烧秸杆的矛盾，同时，也解决 了大型畜牧养殖场的畜禽粪便污染问题( 彭武厚和胡文英，1 9 9 8 ) 。沼气产生的副 产品沼渣、沼液可以通过科学手段进行综合利用。其中，发酵原料或产物可以生产 6 华中农业人学2 0 0 8 屈硕i ：学位论文 优质饲料，沼气发酵液可以用作农作物生长所需的营养添加剂( 赵青玲，2 0 0 3 ) 。 1 4 黑水虻人工饲养及其应用的研究进展 1 4 1 黑水虻人工饲料饲养 黑水虻( b l a c ks o l d i e rf l y , h e r m e t i ai l l u c e n sl ) 外形类似黄蜂，是一种大型双翅目 水虻科昆虫。黑水虻成虫体长约1 3 2 21 1 1 1 3 1 ，最早由l i n n a e u s 于1 7 3 8 年描述并定名。 t o m b e r l i n 等( 2 0 0 2 b ) 通过研究三种人工饲料配方饲养黑水虻的生活史，以及 三种人工饲料饲养黑水虻预蛹和成虫的特性，并将这些与采集到的野生黑水虻预蛹 和羽化的成虫特性进行比较，选择出合适黑水虻生长的人工饲料配方。结果显示， 这三种人工饲料对黑水虻蛹前期的发育和存活率没有显著的影响，但通过人工饲料 饲养的成虫羽化率显著低于野生种群。以人工饲料在2 7 饲养的个体从卵发育到成 虫需要4 0 4 3 天，幼虫期持续2 2 - 2 4 天。蛹前期的幼虫存活率大于9 6 ，雌虫占羽 化成虫的5 5 6 0 。使用人工饲料饲养的成虫大小、长度和卡路罩含量都低于野生种 群。无论是人工饲料饲养的还是野生的黑水虻雄虫都显著小于雌虫。利用人工饲料 饲养的雄虫在提供水的情况下可以活9d ，雌虫可以活8d 。s h e p p a r d 等( 2 0 0 2 ) 还 报道了使用紫花苜蓿、麸皮和玉米粉的人工饲料实现黑水虻的室内种群传代的技术。 1 4 2 影响黑水虻成虫交配和产卵的因素研究 t o m b e r l i n 和s h e p p a r d ( 2 0 0 2 a ) 研究了光照强度、温度和湿度对交配行为的影 响，其中光照强度只测定了可见光( 4 0 0 7 0 0 n m ) 的光照强度。研究结果表明，光照 强度与交配的数量成j 下比，在光照强度低于6 3r t m o l m 2 s 1 时，没有观察到交配行为， 而7 5 的交配行为发生在光照强度大于2 0 0 x r n o l m 2 s 。此外，每同的时间段与交配 成负相关，在8 ：0 0 到1 7 ：0 0 间，随着时间的推移，交配减少，交配主要发生在1 5 ：0 0 以前。在温度大约为2 2 ，相对湿度6 0 - 7 0 的房间里，光源对于黑水虻的交配至 关重要，然而使用4 0w 的s y l v a n i a 公司生产的g r o l u x 灯( 波长在蓝光和红光波 区，用于促进植物生长用) 和使4 3 0w 的p r o 超轻型灯光系统照明( h y d r o f a r m 公 司生产) 代替阳光对成虫进行照射，都没有观察到交配的发生( t o m b e r l i na n d s h e p p a r d ，2 0 0 2 a ) 。因此要使得黑水虻能够在阴雨天或室内等没有阳光照射的条件 下成功交配、繁殖、传达下去，找到一种能够替代阳光的人工光源是至关重要的 ( s h e p p a r de ta 1 2 0 0 2 ) 。 温度和湿度与产卵率呈正相关关系，所有的卵均产于温度高于2 6 。c 时，且随着 一天时间的推移，产卵量与时间间呈现j 下相关，时间越晚，产卵量越高。湿度也与 7 不i r d 光源对黑水虻生活史的影响及l e 对猜粪的转化 产卵量呈正相关，8 0 的产卵发生在相对湿度超过6 0 。此外，研究还发现6 9 的 成虫交配发生在羽化后2d ，7 2 的产卵发生在羽化后4d ( t o m b e r l i na n ds h e p p a r d ， 2 0 0 2 a ) 。 1 4 3 黑水虻应用的研究 1 4 3 1 减少粪便积累和污染 黑水虻对粪便的转化效率高，通过黑水虻幼虫的取食，在1 4d 内，能够将5 5k g 的新鲜粪便干物质降解成2 4k g 粪便干物质，减少了5 6 的粪便累积( n e w t o ne ta 1 ， 2 0 0 5 ) 。不仅处理后粪便干物质所含的各种营养元素得到不同程度的降低，还消除了 粪便的臭味，极大的减少了粪便对环境的影响。 n e w t o n 等( 1 9 9 5 ) 研究了利用黑水虻处理鸡粪的可行性，其在养鸡笼的下部设 计一个盆，使笼中饲养鸡的粪便直接落入盆中，黑水虻幼虫在盆中取食鸡粪，预蛹 后通过自动收集系统收集，部分预蛹置于鸡舍的一侧的小型温室中，温室与鸡舍空 间相连，交配的黑水虻成虫可直接回到鸡粪中产卵，使系统j 下常运行。由于系统主 要利用野生黑水虻种群，只能在黑水虻出现的季节使用。在这一段时间，利用喂养 的4 6 0 只鸡，产出黑水虻2 4 2 8k g ，减少了粪便堆积5 0 。按照这个数据估算，一 个1 0 万只鸡规模的养鸡场，能够在相应的时间生产黑水虻5 2 8t 。 n e w t o n 等( 2 0 0 5 ) 设计了2 个利用黑水虻处理猪粪的系统，其中一个通过传送 带将猪粪收集、压滤后，传往水泥制作的瓮中，每个瓮按8 50 0 0 1 00 0 0 0 只m 2 的密 度投入混合龄期的黑水虻幼虫种群，水泥瓮的一边制成3 5 度角，利于预蛹的幼虫爬 出，以实现自动收集，并利用收集的预蛹羽化成虫所产的卵补充到系统中，使系统 正常运行。研究结果表明，在一个含有1 8 头猪的系统中，平均每头猪每日的粪便可 产生0 2 1 4k g 的黑水虻，按照这个计算，每年10 0 0 头猪的粪粪便，可以生产6 40 0 0 k g 黑水虻预蛹。到实验结束时，猪粪中干物质的5 6 被黑水虻处理掉。 1 4 3 2 控制粪便中的有害微生物 利用绿色荧光蛋白标记大肠杆菌0 1 5 7 ：h 7 和沙门氏肠杆菌，并按1 0 7c f u g 接 种到牛粪、猪粪和鸡粪中。然后在粪便中加入1 0 或1 1 同龄的黑水虻幼虫( 7 - l og ) ， 在2 3 、2 7 和3 2 c 培养3 - 6d 。研究显示，这种处理，可使鸡粪中大肠杆菌和沙门氏 肠杆菌的量降低2 0 0 0 倍( e r i c k s o ne ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 8 华中农业人学2 0 0 8 届硕i ：学位论文 1 4 3 3 控制粪便中家蝇孳生 b r a d l e y 和s h e p p a r d ( 1 9 8 4 ) 发现黑水虻幼虫可能产生对家蝇m u s ad o m e s t i c a 有 驱避作用的信息素，黑水虻幼虫取食过的粪便不适合家蝇的幼虫生长，家蝇的成虫 不在黑水虻幼虫生活的粪便里产卵，利用黑水虻处理粪便，能够解决畜禽集约化养 殖过程中家蝇孳生的问题。在夏季黑水虻大量发生的季节，鸡粪中生长的黑水虻， 对家蝇的控制率达到1 0 0 ，对小家蝇f a n n i ac a n i c u l a r i s 的控制率达到9 9 9 ( s h e p p a r d 1 9 8 3 ) 。 1 4 3 4 用于动物饲料添加剂 有人研究畜禽粪便中收集的黑水虻幼虫干燥粉碎产品用于猪饲料添加剂，结果 显示，黑水虻幼虫粉的氨基酸含量、粗脂肪含量、钙含量都很高，是猪饲料的合适 添加成分。b o n d a r i 和s h e p p a r d ( 1 9 8 1 ) 利用鸡粪中收集的黑水虻幼虫，研究了幼虫 单独、与高蛋白含量( 4 5 ) 商品饲料混合、与低蛋白含量( 3 0 ) 商品饲料混合 等不同的处理，用于喂养斑点叉尾鲴( c h a n n e lc a t f i s h ，l c t a l u r u sp u n c t a t u s ) 和罗非 鱼( t i l a p i a ，o r e o c h r o m ma u r e u s ) 的可行性，1 0 周后测定的结果表明，这六种饲料对两 种鱼在体重和体长方面具有相同影响，通过对饲养的鱼的口味实验测定，发现消费 者能够接受用黑水虻幼虫喂养的鱼。s t h i l a i r e 等( 2 0 0 7 a ) 研究了利用猪粪饲养的黑 水虻预蛹部分替代虹鳟鱼o n c o r h y n c h u sm y k i s s 配合饲料中的鱼粉和鱼油的可行性， 研究使用的对照饲料含有4 0 的粗蛋白和1 5 的脂肪，蛋白为鱼粉，脂肪为鱼油。 实验设计利用家蝇蛹替代2 5 的鱼粉，利用黑水虻预蛹替代2 5 和5 0 的鱼粉用量， 相应的利用黑水虻的脂肪减少3 6 2 和7 2 3 的鱼油添加量。研究结果显示，利用 家蝇蛹和黑水虻预蛹替代总蛋白的1 5 ，在为期9 周的实验期间，对虹鳟鱼的饲料 消费率没有负面影响，可以允许利用黑水虻脂肪减少3 8 的鱼油使用量。 1 4 4 黑水虻转化粪便的应用前景及存在的问题 利用黑水虻集约化处理粪便，不仅可以减少粪便堆积带来的各种污染问题，还 能够将粪便转化成高附加价值的饲料添加剂，符合我国农业经济发展需要和环保需 求。但黑水虻处理畜禽粪便的技术还不成熟，其应用还面临许多问题，如黑水虻处 理系统冬季加温的问题、系统周年运作的问题、系统如何与现代集约化畜禽养殖有 效对接的问题以及黑水虻饲养方面的关键技术。针对这些问题，必需加强黑水虻的 基础研究，尤其是黑水虻的生态学特性研究，如温度对黑水虻生长发育影响；影响 黑水虻求偶、交配和产卵的因素的研究和黑水虻幼虫的畜禽粪便处理能力研究等。 对于我国而言，还需要加强本地黑水虻种群的生物学特性研究，了解黑水虻在 9 不同光源对黑水虻生活史的影响及其对猜粪的转化 不同地区的自然发生世代和历期，人工饲养历期等基本生物学参数。通过这些研究， 不仅可以推算不用加温和需要加温的时间段、需要加温的幅度和成本等，还可以通 过成虫的周年产卵保证非自然发生季节的系统正常运行，并通过放大研究和其他应 用技术的开发，实现黑水虻的集约化周年处理畜禽粪便。 此外，针对黑水虻预蛹的营养成分，还需要丌发分离蛋白质、脂肪和几丁质的 技术，使得系统转化粪便后获得的预蛹能够产生更高的经济价值。 1 5 昆虫蛋白饲料的开发与应用 近年来，我国农业特别是畜牧业取得了举世瞩目的成就，畜牧业需要大量的动 物性蛋白饲料。而蛋白饲料的短缺是全世界面临的问题。根据全国饲料工业办公室 的预测，2 0 1 0 年我国饲料短缺3 8 0 0 万吨，2 0 2 0 年短缺4 8 0 0 万吨。如果人们能通过饲 料资源的丌发利用来提高利用效率，不仅可以节约粮食，而且也可以保护环境及促 进农业可持续发展( 朱梅梦，2 0 0 3 ) 。目前，国内外学者发现，昆虫是最具开发潜力 的动物蛋白饲料资源，大多数种类的昆虫，如蝇蛆、蝗虫、蚕、蛾、蜂、蚁等都可 以作为畜禽的饲料应用。而且有些昆虫繁殖快、数量大、蛋白质含量较高，易于饲 养。因此，开发昆虫用于饲料资源，对促进我国畜牧业及饲料工业的发展，具有重 要的意义。 1 5 。1 昆虫的营养价值 昆虫是动物界中最大类群，生物量超过其他所有动物( 包括人类) 生物量总和1 0 倍，属于可更新资源。我国地域广阔，昆虫资源极其丰富，开发饲用昆虫，既化废 为宝，解决我国动物性蛋白质饲料的不足，减少从国外进口鱼粉量，又能够减轻畜 禽排泄物造成的越来越严重的环境污染问题，保持生态平衡( 冯颖和陈晓鸣，1 9 9 9 ) 。 科学研究和营养分析表明，大部分昆虫的蛋白质含量占干重的4 0 以上，并且各种 营养成分及生物生长发育所必需的微量元素和维生素也比较全面，开发潜力大，是 用其他方法生产动物性蛋白所无法比拟的( 郭文龙，2 0 0 1 ) 。 1 0 华中农业人学2 0 0 8 扁顾l ：学位论文 表1 1 部分昆虫及鱼粉的营养成分含量耵 t a b l e1 1t h en u t r i t i o n a li n g r e d i e n to fi n s e c ta n df i s hm e a l 8 a ) 表1 1 引用从参考文献( 姜迪米和谭任辉，2 0 0 1 ) 中引用 1 5 2 昆虫源蛋白饲料的开发 将昆虫作为畜禽饲料，既可以通过自然采集获得，也可以进行人工大规模饲养 得到。然而为保证畜禽生产中有充足的昆虫来源，必须进行昆虫的工厂化、规模化 饲养。目前，黄粉虫、蝇蛆、蚯蚓作为蛋白饲料都得到了较好的开发和利用( 黄燕 敏和李若华，2 0 0 0 ) 1 5 2 1 黄粉虫 黄粉虫( t e n e b r i o m o l i t ol ) ，又称黄粉甲，是一种高蛋白、高脂肪、氨基酸含量 较全面的昆虫资源，目前已将黄粉虫产品应用于饲料生产中( 申红等，2 0 0 6 ) 。 黄粉虫适应性强，对喂养设施要求不高，可用木箱、塑料盒、砖池等光滑的容 不i 叫光源对黑水虻生活史的影响及j e 对猪粪的转化 器饲养。喂养规模较大时，可采用直径1 5m 的竹扁，内铺设薄膜，然后一层一层放 在立架上。食料以麦麸、米糠、饼屑、酱油渣等为主，适量添加青菜叶、胡萝b 、 西瓜皮等辅料，保持7 5 9 0 的相对湿度和2 5 3 0 c 的室内温度，室内光线略暗。黄粉 虫7 0d 左右就能繁殖一代，一只雌虫经交配后能繁殖幼虫超过30 0 0 条，每1 2 5k g 麸皮可生产0 5k g 黄粉虫( 邓希海，2 0 0 8 ) 。 1 5 2 2 蝇蛆 蝇蛆粉粗蛋白质含量高达5 6 o 一6 3 o 、脂肪1 3 0 、狄分7 0 、糖类3 1 。作为 高蛋白质饲料，蝇蛆的营养水平可与进口最好的秘鲁鱼粉媲美，是豆饼的1 3 倍、肉 骨粉的1 9 倍，不仅可直接饲喂常规品种的猪、鸡、鸭、鱼，而且还是特种动物虾、 蟹、鳗、黄鳝、美国青蛙、牛蛙、七星鱼、斑鱼、龟等最好的活饵料( 斯琴高娃等， 2 0 0 2 ) 。 小规模饲养蝇蛆时，可用缸、盒等，大规模饲养应用池养。池口应用塑料纱网 罩住，以防外来带菌家蝇的侵入。饲料蝇蛆的食料主要是米糠、麸皮、鸡粪、猪粪、 下脚料等。蝇蛆的生产周期只需几天，饲养要经过成蝇的饲养繁殖、收集蝇卵、蝇 蛆饲养、幼虫收集等过程。幼虫生长的最适温度为2 4 3 4 ，培养料含水量为7 0 左 右。幼虫晒干或烘干后粉碎即成蝇蛆粉( 孙冰任和宝波，2 0 0 2 ) 。 1 5 2 3 蚯蚂 鲜蚯蚓是种多汁高蛋白动物饲料，蚯蚓粉是较好的动物蛋白饲料。蚯蚓粉的蛋 白质含量高达7 0 ，并含有畜禽生长所必须的多种氨基酸、维生素以及微量元素与 进口鱼粉相当，其中精氨酸含量比鱼粉高2 - 3 倍，色氨酸含量是牛肝的7 倍，还含有 较多的胡萝b 素和多种维生素及微量元素( 姜利等，2 0 0 2 ) 。 养殖蚯蚓既可用土法，也可用工厂化养殖。土法养殖是利用缸、命、箱、筐、 土坑等直接散养；工厂化养殖主要有棚式、水泥池和树木中养殖。宜选择阴暗、潮 湿的地方，挖2 7 - 3 3 卜1 8 0 3 - 0 5m 的土坑，倒入发酵的猪粪、牛粪以及垃圾、 污泥、烂草、烂树叶等，然后放入蚯蚓，盖上草帘或乱草，注意要经常浇水，保持 坑土湿润。一般lm 2 可养殖1 2 万条，1 5 2 0d 后即可收采蚯蚓( 陈巧燕等，2 0 0 6 ) 。 1 5 3 昆虫蛋白饲料在畜禽养殖上的应用 饲用昆虫经过多年的临床运用，取得了很多满意的效果。德国的科学家进行了 一项把家蝇幼虫作为唯一蛋白来源饲养家禽的试验：结果表明，用家蝇喂养的幼禽 的重量超过一般饲料喂养的幼禽( 姜迪来，谭任辉，2 0 0 1 ) 。国内亦进行了大量研 1 2 华中农业入学2 0 0 8 屈硕i ：学位论文 究：用蚕蛹占家禽日粮的3 7 ，效果与用等量的秘鲁鱼粉无异。用3 6 的鲜黄粉 虫代替等量鱼粉饲喂肉鸡，增重提高1 3 o ，饲料效率提高2 3 o 。此外，配合饲料 中添加活黄粉虫喂甲鱼、鳗等特种动物，长势快，抗病力强；喂猪，可缩短饲养周 期( 申红等，2 0 0 6 ) 。用蝇蛆粉代替等量的鱼粉作饲喂试验，均取得了较好的效果， 产蛋率、饲料报酬和蛋的品质均得以提高，仔猪体重、瘦肉中蛋白含量得到了显著 的提高，饲料成本得以降低。 1 5 4 昆虫蛋白饲料的发展前景 由于畜牧业的迅速发展，蛋白质饲料的供求矛盾日益尖锐，因此世界各国都把 解决蛋白质不足的问题作为开发饲料资源的主攻方向( 赵庆宇等，2 0 0 6 ) 。昆虫种 类多，繁殖快，饲养容易，饲养成本低，发展人工饲养不受土地及季节限制，效益 好，而且昆虫虫体蛋白质含量高，富含多种营养成分，利用昆虫生产新型保健食品、 药品及饲料原料，具有广阔的发展前景。目前世晃上已有许多国家把粪便养蛆作为 一种成功技术应用于畜牧业生产，如朝鲜和苏联有许多养鸡场和养鱼场，分别建立 了养蛆车间，为养殖提供大量高蛋白饲料。近年来，我国人工养殖昆虫的研究和实 践虽然都有了一定的发展，如蝇蛆、黄粉虫、蚯蚓等昆虫的人工养殖都有报道，但 尚未形成规模达到产业化的程度，因此，开发饲用昆虫，利用昆虫来生产转化率高、 营养成分齐全的高蛋白动物性饲料是丌发饲料资源的一个新途径，对缓解高蛋白动 物性饲料资源的不足，促进饲料工业及养殖业的发展均有一定的意义，今后将会向 规模化、工业化方向发展。 1 6 本课题的研究内容及意义 随着畜禽养殖业的发展和“菜篮子工程 的实施，规模化、集约化畜禽养殖业 迅速崛起。这些规模化养殖场往往建在大中城市的近郊和城乡结合部，由于环境法 规不健全和资金短缺，绝大多数养殖场在建场初期未考虑畜禽粪便和污水处理，不 少养殖场粪便随地堆积，出现恶臭等大气污染，污水任意排放，导致水体环境的富 营养化，严重污染了周围环境，也直接影响了养殖场本身的卫生防疫。减少畜禽粪 便对环境的污染是世界各国面临的共同问题( 刘宝勇等，2 0 0 3 韩鲁桂等，2 0 0 0 ； w e s t e r m a ne ta 1 2 0 0 0 ) 。 本课题为适应黑水虻幼虫大规模畜禽粪便转化，对黑水虻大规模室内饲养关键 技术一人工光照对黑水虻交配、产卵和传代的影响进行探索。并且对黑水虻幼虫转 化猪粪体系做了初步研究，同时采用气相色谱一质谱法对黑水虻虫蛹中的脂肪酸进 行分析。人工光照解决黑水虻大规模人工饲养的瓶颈问题，对黑水虻大规模生物转 化禽畜粪便具有十分重要的意义。而且通过黑水虻对粪便的消化一方面把粪便中残 不问光源对黑水虻生活史的影响及】e 对猪粪的转化 留的营养物质转化为昆虫蛋白，作为一种蛋白饲料添加剂；另一方面又降低了粪便 的累积、减少对生态环境的污染；解决了目前人类面临的资源短缺和环境污染两大 难题，而且对于缓解人畜争粮的矛盾，实现畜牧业循环经济，建立节约型社会都具 有十分重要的意义。 华中农业人学2 0 0 8 届硕l 学位论文 第二章不同光源对黑水虻交配、产卵以及生活史的影响 2 1 前言 黑水虻( h e r m i t i ai l l u c e n s ) ，英文名称叫做b l a c ks o l d i e rf l y ，是双翅目水虻科的 一种昆虫，成虫长度大约1 3 - 2 0m l t l 。据报道，水虻约2 6 0 0 种，在全球均有分布， 我国已知1 7 0 余种。这种昆虫目前在全球的热带和温带大部分地区都有分布，在我 国也是常见种，在北京、河北、福建、广东、广西、海南等地区都有标本记录。黑 水虻大约在每年的5 1 1 月份出现，一般一年有三代。黑水虻成虫的栖息地为绿色的 灌木丛，以植物的汁液为食，没有进入人类居室的习惯，也不携带任何病菌，对人 类完全无害。幼虫取食过程中能够通过含有消化酶的分泌物抑制微生物的生长，还 能在体内消化多种病原微生物，如霍乱、疟疾病原物等。另外，还发现黑水虻幼虫 能够有效地抑制家蝇种群