黄粉虫取食和消化降解PE塑料薄膜的研究

张 可，胡芮绮，蔡珉敏，郑龙玉，喻子牛，张吉斌

(农业微生物学国家重点实验室 华中农业大学生命科学技术学院 微生物农药国家工程研究中心，湖北 武汉 430070)



黄粉虫取食和消化降解PE塑料薄膜的研究

张 可，胡芮绮，蔡珉敏，郑龙玉，喻子牛，张吉斌*

(农业微生物学国家重点实验室 华中农业大学生命科学技术学院 微生物农药国家工程研究中心，湖北 武汉 430070)

为探索黄粉虫能否取食和消化降解聚乙烯(PE)塑料薄膜，分别用塑料薄膜A(30%淀粉、70%PE和助剂)、塑料薄膜B(95%以上PE和少量助剂)作为黄粉虫的唯一食物来源饲养黄粉虫。结果表明：黄粉虫对塑料薄膜A、塑料薄膜B都能够取食和完全消化降解。黄粉虫对含淀粉的塑料薄膜A的消化降解较快，25 d可将30.25 cm2塑料薄膜A完全消化降解；黄粉虫对不含淀粉的塑料薄膜B的消化降解较慢，需要60 d才基本消化降解。黄粉虫消化降解2种塑料薄膜后的排泄物为黑褐色物质，燃烧时无刺激性气味，表明黄粉虫对塑料薄膜进行了彻底的消化降解，但降解为何种成分需进一步探讨。

黄粉虫；降解；PE塑料薄膜

目前，全球合成塑料薄膜用量每年高达2.99×108t[1]，这些白色污染物很难降解，已成为全球性的环境问题[2-5]，生物降解合成塑料薄膜也因此成为研究热点。研究人员给几种土壤无脊椎动物(如蚯蚓、千足虫、蛞蝓和蜗牛等)饲喂14C标记的聚苯乙烯(PS)研究它们是否能够降解PS，结果在为期2周的实验中并未检测到14CO2，表明这些动物对PS塑料没有降解作用[6]。研究显示[7-9]，一些有害昆虫能够咀嚼和取食塑料包装，包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)制造的塑料包装袋，但是否能消化降解塑料知之甚少。有研究者发现[10-11]，印度谷螟幼虫可以降解PE塑料薄膜，并且从其肠道内分离出2株可以降解PE的菌：阿氏肠杆菌YT1(Enterobacter asburiaeYT1)和芽孢杆菌YP1(Bacillussp.YP1)。

黄粉虫(Tenebrio molitorL.)， 又称黄粉甲、面包虫， 属鞘翅目拟步甲壳粉甲属，是一种仓库害虫。黄粉虫含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素和有益微量元素，且蛋白含量、脂肪含量及脂肪中不饱和脂肪酸含量都很高， 氨基酸组分合理，被广泛应用于饲料、食品、保健品、化妆品等领域，如：作为特种畜禽的鲜活饵料[12]和蛋白质饲料添加剂；作为优良动物营养保健品；作为高蛋白、几丁质的提取原料；作为昆虫的饲料原料；作为蝎子、牛蛙等经济动物的饲料；作为食用昆虫，制成复合氨基酸食品、饮料和药品等[13]。

研究发现，黄粉虫可以利用PS塑料泡沫作为唯一食物，并且证实了PS的矿化确实是发生在黄粉虫的肠道内；黄粉虫将矿化的PS一部分以CO2形式排出体外，另一部分转化为自身需要的营养物质[10-11，14]。但关于黄粉虫消化降解PE塑料薄膜还未见报道，作者在此以PE塑料薄膜为黄粉虫唯一食物，旨在探索黄粉虫是否可以消化降解PE塑料薄膜，解决PE塑料薄膜的环境污染问题，实现其资源化利用。

1 实验

1.1 材料

黄粉虫，农业微生物学国家重点实验室饲养。

塑料薄膜A(30%淀粉、70%PE和助剂)、塑料薄膜B(95%以上PE和少量助剂)，5.5 cm×5.5 cm，华丽环保科技有限公司。

1.2 方法

挑选处于同阶段的大小相同的黄粉虫100头，分别放置在2个小红桶中，每桶50头。剪取30.25 cm2(5.5 cm×5.5 cm)的塑料薄膜A和塑料薄膜B各1块，放在小红桶中作为黄粉虫的唯一食物。每天观察塑料薄膜被黄粉虫取食情况，并拍照记录。

2 结果与讨论

2.1 黄粉虫对塑料薄膜的取食情况(图1)

图1 黄粉虫对塑料薄膜的取食情况Fig.1 Feeding of plastic film by yellow meal worms

由图1可以看出：(1)实验开始后第2 d就可以看到塑料薄膜B的边缘有被黄粉虫啃食的缺口，但是缺口很小；塑料薄膜A的边缘及中间被黄粉虫啃食，且啃食的缺口明显比塑料薄膜B的缺口大很多。(2)第8 d，塑料薄膜B的边缘被啃食的缺口比第2 d大了许多；塑料薄膜A已被黄粉虫啃食的支离破碎，其取食进度比塑料薄膜B明显快很多。(3)第16 d，塑料薄膜B的边缘被啃食的缺口进一步扩大，薄膜中间也增添了一些缺口；塑料薄膜A的碎片比第8 d时减少了很多，其取食进度比塑料薄膜B明显快很多。(4)第20 d，塑料薄膜B的边缘缺口比第16 d时多了很多，且中间的缺口也变大了很多；塑料薄膜A的碎片比第16 d时更少了。(5)第25 d，塑料薄膜A基本被完全啃食，只剩下一点零星碎片；而塑料薄膜B在第60 d时才基本被完全啃食，只剩下一点碎渣。

2.2 黄粉虫的生长情况和排泄物分析

用2种PE塑料薄膜饲养的黄粉虫可健康成长，并未出现死亡现象，与用麸皮饲养的黄粉虫并无显著性差别。黄粉虫的排泄物照片见图2。

由图2可知，以塑料薄膜A与塑料薄膜B为食的黄粉虫的排泄物颜色基本相同，呈黑褐色(图2a、b)；以麸皮为食的黄粉虫的排泄物呈黄褐色(图2c)。这可能是由于，塑料薄膜与麸皮的成分不同，导致黄粉虫排泄物的成分不同，因而颜色有所区别。

a.取食塑料薄膜A b.取食塑料薄膜B c.取食麸皮图2 黄粉虫的排泄物Fig.2 The excreta of yellow meal worms

将黄粉虫排泄物燃烧，发现并无塑料薄膜燃烧时的刺激味出现， 故认为黄粉虫对塑料薄膜进行了彻底的消化降解，但降解为何种成分需进一步分析研究。

3 结论

研究了黄粉虫对PE塑料薄膜(含淀粉的塑料薄膜A和不含淀粉的塑料薄膜B)的降解情况。结果表明，黄粉虫对塑料薄膜A、塑料薄膜B都能够取食和完全消化降解。黄粉虫对塑料薄膜A的消化降解较快，25 d可将30.25 cm2塑料薄膜A完全消化降解；黄粉虫对塑料薄膜B的消化降解较慢，需要60 d才基本消化降解。取食塑料薄膜A和塑料薄膜B的黄粉虫能健康成长，排泄物颜色用肉眼观察并无显著差异；用麸皮饲养的黄粉虫的排泄物颜色为黄褐色，可能是塑料薄膜中的成分不同于麸皮中的营养物质所致。将仅以塑料薄膜A和塑料薄膜B为食的黄粉虫的排泄物进行燃烧，并无塑料薄膜燃烧时的刺激味出现，故认为黄粉虫对塑料薄膜进行了彻底的消化降解，但降解为何种成分需进一步检测分析。

黄粉虫对含淀粉的塑料薄膜A和不含淀粉的塑料薄膜B都具有良好的降解作用，表现出黄粉虫对塑料薄膜降解的巨大潜力。不仅可以解决塑料薄膜的污染问题，同时可将塑料薄膜转变为黄粉虫自身蛋白，达到变废为宝、资源化利用的目的。

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Degradation of Plastic Film Containing Polyethylene(PE) by Yellow Meal Worms

ZHANG Ke,HU Rui-qi,CAI Min-min,ZHENG Long-yu,YU Zi-niu,ZHANG Ji-bin*

(StateKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiology,CollegeofLifeScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,NationalEngineeringResearchCenterofMicrobialPesticides,Wuhan430070,China)

Inordertoinvestigatethedegradationofplasticfilmcontainingpolyethylene(PE)byyellowmealworms,plasticfilmA(30%starch,70%PEandadditives)andplasticfilmB(morethan95%PE,asmallamountofadditives)wereusedasthesolefoodsourceforyellowmealworms.Resultsshowedthat,yellowmealwormscouldfeedplasticfilmAandplasticfilmB,anddigestthemcompletely.YellowmealwormscoulddigestanddegradeplasticfilmAcontainingstarchfaster,and30.25cm2plasticfilmAcouldbedigestedanddegradedcompletelybyyellowmealwormsin25d,whileplasticfilmBneeded60d.Theexcretaofyellowmealwormsfeedabovetwokindsofplasticfilmswasdarkbrownandhadnopungentsmellwhileburning,whichshowedthattwokindsofplasticfilmsweredigestedanddegradedcompletelybyyellowmealworms,butwhatwasthedegradationproductshouldbefurtherexplored.

yellowmealworm;degradation;plasticfilmcontainingpolyethylene

2016-11-25

张可(1990-)，男，安徽亳州人，硕士研究生，研究方向：生物工程，E-mail:1144527030@qq.com；通讯作者：张吉斌，教授，E-mail:zhangjb05@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.04.011

Q966 TQ320.721

A

1672-5425(2017)04-0047-03

张可，胡芮绮，蔡珉敏，等.黄粉虫取食和消化降解PE塑料薄膜的研究[J].化学与生物工程，2017，34(4)：47-49.