【摘要】：大頭金蠅Chrysomya megacephala廣泛分布于新熱帶、新北區(qū)和古北區(qū)的動物地理區(qū)域,在我國呈全國性分布。大頭金蠅同時具有糞食性和尸食性,常見于農(nóng)村廁所、畜禽糞堆及動物尸體附近。其糞食性特點引起了昆蟲學(xué)者、環(huán)保學(xué)者及企業(yè)的廣泛關(guān)注,主要是希望利用其天然的糞食性來轉(zhuǎn)化人類糞污、畜禽糞便等有機物廢棄物,但是相關(guān)基礎(chǔ)研究相對薄弱。大頭金蠅產(chǎn)卵定位及轉(zhuǎn)化分解豬糞的效率和機制尚無資料積累,嚴(yán)重阻礙了利用大頭金蠅轉(zhuǎn)化糞便的理論發(fā)展和技術(shù)進步。本研究針對大頭金蠅定位豬糞、轉(zhuǎn)化豬糞的效率和生態(tài)效應(yīng)、轉(zhuǎn)化豬糞的機制進行了研究。主要研究結(jié)果如下:1大頭金蠅對豬糞的產(chǎn)卵定位大頭金蠅傾向于在豬糞上產(chǎn)卵。其雌蟲觸角對豬糞揮發(fā)物有明顯的觸角電位反應(yīng)。通過浸提法和頂空吸附法從豬糞中提取揮發(fā)物、經(jīng)GC-MS分析鑒定出揮發(fā)物組分41種和33種。其中,3-甲基吲哚(糞臭素)、苯酚、3-甲基苯酚為重要的豬糞頂空吸附提取物組分。從大頭金蠅轉(zhuǎn)錄組中共鑒定出氣味結(jié)合蛋白OBP 30個、化學(xué)感受蛋白CSP 4個和氨/銨離子轉(zhuǎn)運蛋白AMT 2個。候選OBP、CSP均具有保守的半胱氨酸結(jié)構(gòu);AMT的氨基酸序列與其它蠅類具有較高的相似性。看家基因EF1在成蟲不同組織中表達(dá)最穩(wěn)定,以其為內(nèi)參的定量PCR結(jié)果顯示,OBP1、OBP2、OBP3、OBP4、OBP5、OBP6;CSP1、CSP2、CSP3;ATM1、ATM2在觸角、足和翅中的表達(dá)量均高于胸部和腹部。這些豬糞中特異性的有機物或特征揮發(fā)物,感覺組織中高表達(dá)的嗅覺基因,在大頭金蠅對豬糞的產(chǎn)卵定位中有重要作用。2大頭金蠅轉(zhuǎn)化分解豬糞的效率和生態(tài)效益評估小批量轉(zhuǎn)化實驗發(fā)現(xiàn)大頭金蠅可以高效轉(zhuǎn)化豬糞,具體表現(xiàn)為:轉(zhuǎn)化后豬糞的鮮重減少率約在37%-52%,干物質(zhì)減少率約在49%-61%;含水量顯著降低且顆粒更小;肥力參數(shù)總氮、總磷和總鉀的平均含量分別為2.0%、4.7%和1.3%,優(yōu)于有機肥限定指標(biāo);幼蟲產(chǎn)出為3-12 kg鮮蟲重/t鮮豬糞。大頭金蠅轉(zhuǎn)化還具有較高生態(tài)效益,具體表現(xiàn)為:轉(zhuǎn)化后豬糞微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著改變、沙門氏菌Salmonella sp.的檢出量顯著降低;重金屬Pb、Cd、Cr的穩(wěn)定性沒有發(fā)生顯著變化,但對Cd有一定的毒性降低作用;溫室氣體CH_4和N_2O的釋放速率顯著降低;揮發(fā)性臭氣特別是有害苯環(huán)類化合物如苯酚、3-甲基苯酚、1,2,4,5-四甲基苯含量顯著降低。3大頭金蠅轉(zhuǎn)化分解豬糞對其存活及體重的影響大頭金蠅幼蟲在豬糞中的存活率高于牛糞和雞糞;接種密度以100-200頭于200g新鮮豬糞中為宜;轉(zhuǎn)化豬糞時幼蟲的體重日增加與對照組飼料(麥麩+魚粉)的無顯著差異,表明大頭金蠅適于轉(zhuǎn)化豬糞。4大頭金蠅轉(zhuǎn)化分解豬糞的機制大頭金蠅幼蟲消化道中的消化酶和腸道微生物有助于轉(zhuǎn)化分解豬糞。其消化道酸堿分區(qū)明顯,中腸前部偏酸性、后部偏堿性。轉(zhuǎn)化豬糞時消化酶活力高,第1~3d,蛋白酶的平均酶活力分別為1.97、1.65和1.05 mg/mL;淀粉酶分別為0.53、0.50和0.55 U/mgprot;脂肪酶分別為4.41、3.86和2.63 U/mgprot;纖維素酶分別0.27、1.73和1.69 U/mgprot。幼蟲體內(nèi)含有豐富的微生物種類,且1日齡與5日齡幼蟲體內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)和豐度有顯著差異;核心細(xì)菌主要分布在六個綱中,具體為Alphaproteobacteria、Bacilli、Bacteroidia、Betaproteobacteria、Flavobacteriia和Gammaproteobacteria;重金屬耐受菌Pseudomonas和Prevotella的改變可能與重金屬毒性改變相關(guān);Betaproteobacteria、Methanogens、Methanomassiliicoccaceae和Methanobrevibacter含量的改變與溫室氣體N_2O和CH_4的釋放改變有關(guān)。Comamonas sp.、Pseudomonas sp.和Aerococcus sp.可能參與大頭金蠅對豬糞中苯環(huán)類化合物的生物降解。本研究鑒定了豬糞的揮發(fā)物組分及大頭金蠅的嗅覺相關(guān)的基因,分析了嗅覺基因的表達(dá),建立了大頭金蠅定位豬糞的嗅覺分子基礎(chǔ);評估了大頭金蠅轉(zhuǎn)化豬糞的效率和生態(tài)效應(yīng);明確了大頭金蠅轉(zhuǎn)化豬糞對其幼蟲存活和體重的影響、消化道酸堿性、消化酶活力及微生物的作用,解析了大頭金蠅轉(zhuǎn)化豬糞的機制。研究結(jié)果對為揭示糞食性昆蟲定位及轉(zhuǎn)化畜禽糞便的基礎(chǔ)理論積累了基礎(chǔ)資料,對利用大頭金蠅轉(zhuǎn)化豬糞的實踐也具有科學(xué)指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X713
【圖文】：

構(gòu)與酸堿性的消化道主要由嗉囊 crop (C)、前胃 cardia (Ca)、胃盲囊 gas salivary glands (SG)、食道 esophagus (E)、前腸 foregut (FG)、中 hindgut (HG)、馬氏管 malpighian tubules (MT)組成，其三齡幼89.15 mm (范圍81.40-99.70 mm)，中腸最長，約46.35 mm (Boo圖 1.1）。堿性與其消化功能有關(guān)，影響和調(diào)節(jié)消化酶活力及腸道微生物道的胃盲囊 pH 為 7，中腸部位的酸堿度逐漸由酸性變?yōu)閴A性pH2)、中性區(qū)(pH7)、過渡區(qū)(pH6)和堿性區(qū)(pH9.5) (Overend et虻幼蟲的腸道具有明顯的酸堿分區(qū)特征，僅中腸部分就有多腸前段為酸性后段為堿性，中間也有類似果蠅的 pH 過渡區(qū)

圖 1.2 大頭金蠅的地理分布及原生范圍外的發(fā)現(xiàn)年份Fig. 1.2 Geographical distribution of C. megacephala in different countries with the year ofdiscovery outside native range注：圖來自 Badenhorst 和 Villet（2018）Note: The figure was originated from Badenhorst and Villet (2018)

使用雙翅目昆蟲的幼蟲生物轉(zhuǎn)化有機廢棄物是其廢棄物治理的有效措施之一( i ková et al 2015)。麗蠅科幼蟲應(yīng)用于轉(zhuǎn)化有機廢棄物的昆蟲類別主要有絲光綠蠅Lucilia sericata、紅顏金蠅 Chrysomya rufifacies 和大頭金蠅等( i ková et al 2015;CSY ; Li et al 2012; Urech et al 2012)。大頭金蠅已報道對人糞、馬糞、豬糞、餐廚垃圾、不適用鮮煙葉及果蔬殘體等有一定的轉(zhuǎn)化效果。大頭金蠅幼蟲與轉(zhuǎn)化有機廢棄物可有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境保護的雙贏（胡新軍 2012）。大頭金蠅對豬糞的轉(zhuǎn)化效果較好（陳黎 2011）。其產(chǎn)出的幼蟲是良好的生物柴油候選材料(Li et al 2012)。以豬糞半規(guī)�；B(yǎng)殖大頭金蠅，按照 1 kg 新鮮豬糞接種大頭金蠅卵 0.5 g（每盒豬糞 6 kg，平鋪約 5 cm），1 t 新鮮豬糞可產(chǎn) 20 kg 大頭金蠅干物質(zhì)，折合 5 L 生物柴油，轉(zhuǎn)化效果較好。如圖 1.3，以大頭金蠅為中心的豬糞轉(zhuǎn)化體系，可產(chǎn)出幼蟲作為制造生物柴油的原材料，同時產(chǎn)出有機肥，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，具有較高的產(chǎn)業(yè)化價值(Yang and Liu 2014)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊林青;吳月華;盛清凱;王天惠;李彥英;韓云海;;外源中性蛋白酶對豬糞液臭味物質(zhì)的影響[J];山東化工;2015年06期

2 夏冰;劉玉銘;王啟燕;張紅玲;王杰;戴佳琳;黃江;;大頭金蠅卵不同發(fā)育時間形態(tài)變化及基因表達(dá)差異研究[J];中國寄生蟲學(xué)與寄生蟲病雜志;2014年04期

3 羅輯;趙程R

本文編號：2794396