《Frontiers in Microbiology》：Dietary carbohydrate structure affects the gut microbial diversity, succession, and compartmentalization in black soldier fly larvae
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黑水虻幼虫（Black Soldier Fly Larvae, BSFL）在利用肠道微生物群将有机废弃物转化为高价值生物量方面发挥关键作用，然而膳食碳水化合物结构如何调控肠道微生物群组装仍不清楚。研究人员利用16S rRNA测序技术，对饲喂麦麸（富纤维）和木薯
黑水虻幼虫（Black Soldier Fly Larvae, BSFL）在利用肠道微生物群将有机废弃物转化为高价值生物量方面发挥关键作用，然而膳食碳水化合物结构如何调控肠道微生物群组装仍不清楚。研究人员利用16S rRNA测序技术，对饲喂麦麸（富纤维）和木薯（富淀粉）日粮的黑水虻幼虫在不同发育阶段和肠道区域的肠道细菌群落进行了表征。α-多样性分析表明，麦麸日粮显著提高了物种丰富度（ACE、Chao）和多样性（Shannon），并随幼虫阶段呈渐进性增加；而木薯日粮仅提高了丰富度，并未改善群落均匀度。膳食基质是肠道微生物群组成的主要驱动因素（PC1：32.5%的变异），其影响强于发育阶段。变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）和放线菌门（Actinobacteriota）是两种日粮下的优势细菌门。麦麸组中厚壁菌门占主导（52.34%），呈现出由早期阶段以变形菌门为主向后期阶段以厚壁菌门为主的演替转变；而木薯组中变形菌门在整个发育过程中始终占主导（79.27%）。麦麸组以克雷伯氏菌属（Klebsiella, 20.17%）、芽孢杆菌属（Bacillus, 18.17%）、普罗维登斯菌属（Providencia, 10.15%）为优势属；而木薯组则以未分类的肠杆菌科（unclassified_f_Enterobacteriaceae）、克雷伯氏菌属、肠球菌属（Enterococcus）、普罗维登斯菌属和摩根菌属（Morganella）为优势。特别地，麦麸日粮下芽孢杆菌科（Bacillaceae）在前肠和后肠占优，而毛螺菌科（Lachnospiraceae）在后肠占优，表明存在序贯性纤维降解。木薯日粮则表现为肠杆菌科（Enterobacteriaceae）在各区域均一化主导。线性判别分析效应大小（LEfSe）进一步鉴定出麦麸中富集的厚壁菌门相关类群和木薯中富集的Dysgonomonas相关类群。综上所述，这些研究结果表明膳食碳水化合物结构决定了黑水虻幼虫肠道微生物群的分类组成，为根据基质特性优化废弃物生物转化策略提供了实践指导。
黑水虻幼虫（Black Soldier Fly Larvae, BSFL）因能够高效将有机废弃物转化为高价值生物量而备受关注。尽管已有研究证实日粮组成是昆虫肠道微生物群落结构的主要决定因素，且肠道微生物在营养物质消化与能量吸收中发挥关键作用，但关于膳食碳水化合物结构如何精确调控肠道微生物群组装过程的认识仍存在明显不足。具体而言，不同有机废弃物的碳水化合物组成差异显著：果蔬废弃物通常含有较高比例的非纤维碳水化合物（Non-Fibre Carbohydrates, NFC），以淀粉和可溶性糖为主；而农业秸秆则富含结构性纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素。淀粉饲喂虽可能提高幼虫油脂积累，却可能以牺牲蛋白质含量为代价，从而降低生物量的营养价值。因此，理解膳食碳水化合物结构如何影响肠道微生物多样性、演替规律及空间分布，对于优化黑水虻生物转化效率、预测潜在生物安全风险具有重要的理论与实践意义。
本研究的虫卵来源于四川某生物技术有限公司。研究人员将虫卵孵化后分别饲喂麦麸和木薯日粮，饲养21天，在5龄、7龄、9龄、11龄、13龄、15龄、17龄、19龄和21龄采集全肠道样本，并在第21龄时解剖分离前肠、中肠及后肠，每处理组每时间点设置3个生物学重复。通过提取肠道细菌基因组DNA，采用16S rRNA基因测序技术分析群落组成，将原始序列去噪生成扩增子序列变异（Amplicon Sequence Variants, ASVs），并稀疏化至20,000条序列。研究人员运用Chao1、ACE和Shannon指数评估α-多样性，基于Bray-Curtis距离进行主坐标分析（Principal Coordinate Analysis, PCoA）与置换多元方差分析（PERMANOVA）以比较β-多样性，并采用Kruskal-Wallis H检验及线性判别分析效应大小（Linear Discriminant Analysis Effect Size, LEfSe）鉴定差异富集类群。
3.1 肠道细菌群落多样性
α-多样性分析显示，麦麸组ACE、Chao和Shannon指数均显著高于木薯组，且随龄期推进显著递增；而木薯组仅丰富度指数（ACE、Chao）在21龄显著高于7龄，Shannon指数无显著变化。基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）表明，膳食基质是驱动群落结构的第一主导因子（PC1解释32.5%的变异），其影响强于发育阶段，且麦麸组群落的个体间β-多样性离散程度显著高于木薯组。
3.2 肠道细菌群落动态变化
在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）分别为麦麸组和木薯组的优势菌门。麦麸组呈现由早期变形菌门主导向后期厚壁菌门主导的演替模式，而木薯组在整个发育阶段始终以变形菌门为绝对优势。在属水平上，麦麸组以克雷伯氏菌属（Klebsiella）、芽孢杆菌属（Bacillus）和普罗维登斯菌属（Providencia）为主，木薯组则由未分类肠杆菌科（unclassified_f_Enterobacteriaceae）、克雷伯氏菌属、肠球菌属（Enterococcus）和普罗维登斯菌属主导。
3.3 肠道微生物群显著差异
差异丰度分析表明，木薯组显著富集变形菌门，而麦麸组显著富集厚壁菌门、拟杆菌门（Bacteroidota）和放线菌门（Actinobacteriota）。在属水平上，木薯组富集克雷伯氏菌属、肠球菌属、肠杆菌属（Enterobacter）和普罗维登斯菌属，麦麸组则富集芽孢杆菌属、梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_13）、类芽孢杆菌属（Paenibacillus）等。麦麸组有10个属在发育过程中发生显著丰度变化，木薯组中克雷伯氏菌属随龄期递减。
3.4 肠道区域间群落多样性
第21龄幼虫肠道区域分析显示，麦麸组后肠Shannon指数显著低于前肠和中肠，PCoA亦将后肠与前肠、中肠明显分开；木薯组各肠段间Shannon指数无显著差异，PCoA显示中肠独立成簇，提示淀粉代谢集中于中肠。尽管区域间差异在统计学上不显著，但日粮类型对空间格局的塑造作用显著。
3.5 肠道区域间群落组成
麦麸组呈现明显的空间异质性：前肠和中肠以芽孢杆菌科（Bacillaceae）为主，后肠则以毛螺菌科（Lachnospiraceae）和克雷伯氏菌属占优，表明纤维降解具有分段处理的特征。木薯组各肠段均以未分类肠杆菌科为优势，呈均质化分布，仅在特定区域富集肠球菌科（Enterococcaceae）、放线菌科（Actinomycetaceae）或摩根菌科（Morganellaceae）等。
3.6 肠道区域间微生物群显著差异
麦麸组有9个属在肠段间存在显著差异，其中Amphibacillus在中肠富集，Myroides在前肠富集；木薯组仅肠球菌属和Lachnoclostridium存在区域特异性。LEfSe分析进一步揭示，麦麸组在前肠、中肠和后肠分别富集厚壁菌门相关类群（如Myroides、Amphibacillus、Virgibacillus），而木薯组各区域均一致富集Dysgonomonas相关类群。
研究指出，日粮碳水化合物结构是决定黑水虻幼虫肠道微生物群组装、演替及空间区室化的首要因子。富纤维麦麸日粮维持了更高的物种丰富度、多样性和均匀度，并驱动微生物群落从前肠及中肠的芽孢杆菌科主导向后肠毛螺菌科主导的序贯性演替，反映了复杂多聚物的分段降解策略；而富淀粉木薯日粮则支持均一化、低多样性的群落，由肠杆菌科快速主导中肠，且缺乏显著的空间分化。这种“赢家通吃”的竞争格局导致木薯组潜在机会致病菌（如肠球菌属、普罗维登斯菌属）丰度升高，提示淀粉基废弃物可能增加生物安全风险。本研究建立的基质-微生物互作框架，为大规模有机废弃物生物转化系统中的日粮优化策略提供了理论依据。研究结论强调，膳食碳水化合物结构从根本上决定了微生物群落的组装、演替及空间组织：纤维性农业残留物有助于形成多样化、功能冗余且空间结构化的微生物群落，可能提升基质利用效率与系统稳定性；而淀粉基基质则需关注其生物安全 implications。尽管16S rRNA基因测序在功能解析上存在局限，且研究在受控实验室条件下完成，但未来整合功能基因组学、悉生生物实验及验证性研究，将进一步推进对BSFL肠道微生物组的利用，以实现可持续的有机废弃物资源化利用。
