【背景意义】
黑水虻Hermetia illucens L.属双翅目Diptera，水虻科Stratiomyidae（Booth et al., 1984），英文名Black soldier fly（BSF），其幼虫（Black soldier fly larvae, BSFL）有6个龄期，其中3-5龄期的幼虫可以有效、快速地生物处理各种有机废弃物，如厨余垃圾、秸秆、畜牧粪便、尾菜、菌糠、酒糟等，减少废弃物对环境的污染，并产生优质的动物蛋白。因此，BSFL在废弃物处理和生产优质动物蛋白方面有广泛的应用前景。为了商业化推广资源型昆虫处理废弃物生产动物蛋白，研究其对废弃物中重金属转化的效率是必不可少的一环。
前期研究发现BSFL处理有机废弃物时，溶解性重金属并没有在幼虫体内产生累积，同时，经过黑水虻处理后的废弃物残渣中也不存在重金属累积，那么，重金属到底去了哪里呢？因此，贵州大学郭建军教授团队基于BSFL高效处理有机废弃物的条件下，分别探索幼虫体内及废弃物残渣中的重金属转化机制。
【研究内容】
本研究选取10日龄黑水虻幼虫为实验对象，以牛粪（COM）、猪粪（PM）、湿酒糟（WDG）及其复配混合物为测试对象，探究复配畜粪对BSFL处理畜粪效能的影响；同时，通过BSFL肠道微生物16S rDNA测序、药敏试验、毒力基因检测，Size、Zeta电位和透射电子显微镜（TEM）实验，探究BSFL处理畜粪的重金属转化机制。结果表明：（1）在COM和PM中添加WDG可以提高BSFL对畜粪的处理效能，即混合不同废弃物可以增强昆虫对废弃物的处理效能；（2）BSFL肠道微生物和胶体协同BSFL生物转化重金属，在生物处理畜粪过程中促进了溶解态重金属的转化和吸附，减少粪便中重金属的污染：①除Cd外，其余元素在幼虫和废弃物中都发生了迁移，并且大部分重金属的幼虫生物累积系数BAF<1，他们随着BSFL的粪便排泄到残留物中，不会在成熟幼虫中产生累积；② 16S rDNA测序通过共现性网络分析表明在微生物属级水平上，BSFL肠道微生物中有16属直接与重金属转化相关，微生物与重金属含量存在显著的Spearman相关性（p<0.05和p<0.01）；并且，通过PICRUSt2功能预测表明，在BSFL肠道微生物中生物转化Zn和Co的酶是最多的，如锌转运系统ATP结合蛋白（znuC）和镁钴转运蛋白（corC）等；③ Size和Zeta电位表明，COM和WDG的胶体直径小于220 nm，COM胶体稳定性较好；④ TEM实验说明，大多数胶体颗粒是无机-有机相，它们主要是由Fe、Ca和Si为主的凝胶颗粒，呈现不规则的云状或网状，可吸附重金属阳离子Mn和Cu等。综上，未来可以采用混合不同的废弃物的策略，提升资源型昆虫对废物流的高效处理，减少环境污染，进一步支持资源型幼虫处理废弃物的商业化推广。
图1 不同处理基质中重金属（Cd、Cu、Pb、Zn、Fe、Cr、Mn、Mo、Ni、Co）、非必需元素（Al、As）和常量营养素（Ca、Na、Mg、K）的含量
图2 不同处理中常量元素、非必需元素和重金属的浓度
图3 幼虫体内重金属、常量元素和非必需元素浓度的生物累积因子
图4 （A）细菌属水平上的相对丰度分析;（B）共线性网络；（C）BSFL肠道微生物中参与Zn和Co转化的酶。
图5 两株肠道抗性菌株对Zn和Co的生物吸附效率
图6 BSFL生物转化畜粪后残留物中的胶体颗粒Size和Zeta电位
图7 残留物TEM图谱（A）和EDX能谱图（B）
【作者团队及基金支持介绍】
贵州大学昆虫研究所硕士研究生李涛为论文的第一作者，郭建军教授和金道超教授为通讯作者，李海银副教授参与指导该研究；本研究还获得贵州大学绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室文庭池教授支持，硕士研究生魏茂和马馨艺、本科生杨文梅和高倩也为本研究做出了重要贡献。本研究得到了贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2021]一般180)、贵州省高层次创新型人才项目(黔科合平台人才- GCC[2022]029-1)和澜沧江-湄公河合作基金项目(教外司亚[2020]619)的资助。
【原文信息】
Tao Li, Wenmei Yang, Qian Gao, Mao Wei, Haiyin Li, Xinyi Ma, Tingchi Wen, Daochao Jin, Jianjun Guo*, Daochao Jin*. (2024). Reducing the mass and decreasing the bioavailability of heavy mental from organic wastes treated by black soldier fly larvae. Ecotoxicology and Environmental Safety, 269: 115821. (SCI收录，环境科学与生态学2区Top，IF=6.9002)
（撰稿：郭建军；审核：常志敏）