《Journal of Asia-Pacific Entomology》：Optimizing housefly larval bioconversion of silkworm excrement through wheat bran Supplementation: Enhanced cellulose degradation and nutrient recovery
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本研究通过混合利用小麦麸皮（WB）与蚕沙（SE）优化家蝇幼虫的生物转化效率，发现SE:WB=2:1时幼虫存活率92.6%，减重率19.26%，纤维素降解率85.7%，半纤维素降解率50.8%，证实协同处理可高效转化高纤维素蚕沙为有机肥料和昆虫蛋白。
陈晨|张远豪|徐雪明|蒋学平|周洁玲|孔佳|张冉|李浩|桂忠正
江苏科技大学生物技术学院，中国江苏省镇江市212100
摘要
随着中国蚕桑业的增长，蚕粪（SE）的产量显著增加。蚕粪可以通过家蝇幼虫转化为有价值的生物质，但其高含量的纤维素、半纤维素和其他难降解物质严重限制了其资源利用。本研究旨在开发一种利用家蝇幼虫处理蚕粪的有效方法，并评估与小麦麸皮（WB）共消化的效果。结果表明，蚕粪与小麦麸皮的比例为2:1（TG2）时，纤维素降解效果最佳。在该比例下，幼虫存活率、废物减少量和生物转化率分别达到92.6%、19.26%（干重减少）和1.39%。对蚕粪基质的物理化学性质和活性物质含量的分析显示，TG2组的营养成分有所提高（氮：16.88%；磷：52.02%；钾：71.29%）。此外，总黄酮类、生物碱和1-脱氧诺吉霉素（DNJ）的含量分别为1.22 μg/mL、1.99 μg/mL和1.64 μg/mL。纤维素和半纤维素的降解率分别为85.7%和50.8%。研究表明，蚕粪与小麦麸皮的共消化有助于提高蚕粪的利用效率，为管理富含纤维素的难降解废物提供了新的方法。
引言
蚕粪（SE）由蚕的粪便及其食用的桑叶残渣组成（Shen等人，2024年）。它通常直接用作农业肥料或被丢弃（Zhang等人，2021年）。随着中国“蚕桑业东移西进”政策的实施，蚕桑业的规模显著扩大。目前，关于蚕粪的研究主要集中在其安全开发和利用上（Liu等人，2019年）。在农业中，蚕粪被用于生产浓缩禽饲料和种植蔬菜（?ochyńska和Frankowski，2022年）。研究表明，蚕粪作为有机肥料在水稻种植过程中非常有效（Li等人，2024年）。此外，蚕粪还有潜力通过生产沼气来增加蚕桑业的经济效益（?ochyńska和Frankowski，2018年）。然而，大多数蚕粪仍直接用作桑园肥料，导致其丰富的蛋白质成分流失。高含量的纤维素难以降解，严重限制了蚕粪的资源利用效率（Thomas等人，2013年）。因此，加速蚕粪中纤维素的分解对其高效利用至关重要。
家蝇（Musca domestica）是一种杂食性昆虫，其内脏代谢和唾液腺分泌物有助于废物的生化降解（?i?ková等人，2012年；Zhang等人，2012年）。家蝇在生长过程中会产生多种酶（Kim等人，2011年），包括淀粉酶、蛋白酶、胰蛋白酶和酯酶。这些酶不仅能够分解有机废物中的脂肪、碳水化合物和蛋白质，还能促进脂肪转化为可储存的含氮化合物（Zhu等人，2012年）。研究表明，家蝇幼虫可以处理各种有机废物，如畜禽粪便和厨余垃圾，将其转化为有机肥料和沼气原料等有价值的资源。这使得家蝇幼虫成为废物回收最有前景的候选者之一（Hussein等人，2017年）。
家蝇幼虫处理技术是一种绿色安全的废物处理和回收方法（Li等人，2011年），具有处理周期短、除臭效果显著以及动物和农业废物回收效率高且无害等优点（Lardé，1990年）。近年来，这项技术在国内和国际上得到了迅速发展和应用（Yang-Jie等人，2023年）。它可以将有机废物转化为均匀稳定的腐殖质类化合物，生产丰富的昆虫蛋白质，并有效去除废物中的残留抗生素（Cao等人，2020年；Cheng等人，2021年）。此外，家蝇还具有强大的繁殖能力和较短的生产周期（Jucker等人，2020年）。与传统堆肥和蚯蚓堆肥相比，家蝇幼虫处理技术支持更复杂的微生态系统，并表现出更好的生物降解性（Yang等人，2014年）。利用家蝇幼虫处理技术从蚕粪中开发高附加值有机肥料可以显著扩展有机肥料来源，生产丰富的昆虫蛋白质，并实现蚕粪的有效回收，将废物转化为有价值的资源。
基于之前关于家蝇幼虫处理技术的实验室研究（Li等人，2022a），本研究进一步探讨了家蝇幼虫在最佳比例下对混合基质的生物转化效果。研究旨在确定经过家蝇幼虫处理的蚕粪混合基质的肥料评价指标，并调查家蝇幼虫处理系统中的物质转化和养分利用情况以及家蝇幼虫在最佳比例基质上的生长情况。
部分摘录
昆虫和废物生物质的来源
本研究中使用的家蝇幼虫来自江苏Jurong生态农场有限公司（中国Jurong），并在实验前在我们的实验室中饲养了五代以上。所用的有机废物来自中国农业科学院蚕桑研究所（中国镇江市），具体为五龄蚕的新鲜蚕粪（SE）。蚕粪未使用任何农药。蚕粪和小麦麸皮的物理化学性质如下：
不同比例对家蝇幼虫生长指标的影响
表3显示，家蝇幼虫无法单独在蚕粪中生长或发育，这可能是由于蚕粪颗粒较大。然而，在所有四种混合比例下，幼虫均存活，尽管在幼虫鲜重、干重、基质鲜重、基质干重和幼虫化蛹率方面存在差异。结果表明，TG2处理组的家蝇幼虫的干重、鲜重和化蛹率显著高于TG1、TG3和TG4处理组。
讨论
家蝇幼虫处理系统是一个复杂的生理和生化过程，涉及家蝇幼虫和微生物。幼虫的咀嚼和蠕动作用对废物基质产生了物理影响，包括翻动、生物通气和粉碎。这些作用显著改变了基质的物理化学性质，如温度、pH值和营养成分。传统的堆肥方法可以将蚕粪转化为有机肥料；
结论
总之，本研究表明，添加小麦麸皮（WB）可以最佳地提高家蝇幼虫对蚕粪（SE）的生物转化效率。当家蝇幼虫以蚕粪和小麦麸皮的混合物为食时，消化性能得到改善，其中TG2比例在测试的有机肥料配方中最为有效。具体来说，蚕粪与小麦麸皮的比例为2:1不仅促进了营养丰富的幼虫的产生，还实现了更高的有机物转化率。
伦理声明
本文未涉及任何作者进行的涉及人类参与者的研究。
作者贡献声明
陈晨：撰写——初稿、可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。张远豪：撰写——初稿、可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。徐雪明：方法学设计、实验设计、数据分析。蒋学平：数据分析。周洁玲：软件操作、数据分析。孔佳：数据验证、软件操作。张冉：监督、数据分析。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（编号32302687）、江苏省农业科技创新基金（CX（24）3084）以及农业农村部植物保护设备重点实验室（ZBZB202507）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
