近期，仲恺农业工程学院李义勇团队在 Sustainable Horizons 发表研究文章，证明了黄酮类化合物的作用及其对体系中污染物迁移的影响，为实际应用提供了进一步的理论支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.horiz.2023.100055
- 文章亮点 -
◇ 植物黄酮可以显著提高黑水虻幼虫对鸡粪的转化率。
◇ 植物黄酮促进黑水虻幼虫转化鸡粪的途径可能是调节幼虫以及残余物中的微生物结构。
◇ 艾叶黄酮可以显著提高黑水虻幼虫的体重以及体内营养。
- 研究背景 -
黑水虻幼虫有食谱广、食量大、营养需求低、安全性高等特点，具备处理有机废弃物的巨大潜力。黑水虻幼虫为腐食性，在自然界中以动物粪便和腐烂有机物为食，如鸡粪、牛粪，腐烂的水果、蔬菜和肉类，腐败的海产品及病死畜禽尸体等。据不完全统计，目前黑水虻幼虫可处理的有机废弃物达78种（包括混合有机废弃物）。因此，黑水虻堆肥技术被认为是一种具有广阔应用前景的资源化处理方式。
但黑水虻对有机废弃物转化率较低，限制了该技术的普及，目前常用的促进水虻转化的方法有：添加微生物菌剂，通过协同作用促进黑水虻转化有机废弃物；添加辅料使有机废弃物更接近黑水虻饮食偏好，从而促进其转化；通过预发酵使有机废弃物中的大分子物质水解为小分子后更利于黑水虻消化吸收，促进其转化。然而，上述方法在实际应用中，微生物效果不稳定，生产成本高，应用情况并不理想。因此，深入挖掘黑水虻堆肥促转化技术具有重要的研究意义。
- 结果与讨论 -
该研究首次验证了植物黄酮在黑水虻转化鸡粪体系中的促转化作用。实验结果表明，20kg的艾叶黄酮可以促进黑水虻幼虫自身生长以及对鸡粪的转化，幼虫干重达3.64g，湿重达16.68g，转化率达到10.73%，相对于空白对照组而言幼虫干重提高了1.95g，湿重提高了8.44g，转化率提高了5%。相应地，幼虫体内的粗蛋白和总氮大幅上升，残余物中的粗蛋白和总氮大幅下降（图1）。
Fig. 1. Plant flavonoids promoted the conversion of chicken manure nutrients by black soldier fly larvae.
幼虫以及残余物中菌群结构均发生了变化。艾叶黄酮实验组虫体中厚壁菌门丰度的上升与促进黑水虻转化密不可分，研究表明厚壁菌门中的芽孢杆菌属是一类与黑水虻可形成良好共生关系的菌群，这一点在优势菌属分布图中得到了验证（图2）。艾叶黄酮与大豆黄酮对黑水虻均有转化促进作用，但艾叶黄酮低剂量时即可促进残余物中放线菌群的繁殖，继而引起大分子物质例如：纤维素、半纤维素等的降解。同时，艾叶黄酮高剂量实验组残余物中随时间延长而急剧增加的拟杆菌门有助于黑水虻对脂肪的积蓄，据研究表明，拟杆菌门的鞘氨醇杆菌可以分泌分解纤维素的物质，帮助黑水虻摄食。综合群落结构分析来看，植物黄酮的促进作用可能与残余物中的菌群结构变化有关。
Fig. 2. LEfSe results and Cladograms showed the significantly different dominant genera between larvae and fecal microbiota
- 总结与展望 -
研究阐述的方法提高了黑水虻幼虫的转化率，并阐明了堆肥过程中微生物群落结构的变化。40 mg/kg的大豆黄酮及20 mg/kg和40 mg/kg的艾叶黄酮处理可以显著提高黑水虻幼虫对鸡粪中蛋白质的重量和转化效率。大豆黄酮和艾叶黄酮均可以显著改变残留物的微生物群落组成。大豆黄酮可能通过调节黑水虻幼虫的肠道微生物群落促进鸡粪中蛋白质的转化，而艾叶黄酮可能通过其他更有效的途径促进黑水虻幼虫对蛋白质的转化。
研究建议，应进一步证明黄酮类化合物的作用及其对体系中污染物迁移的影响，为实际应用提供进一步的理论支持。总而言之，该研究提供了一种有效促进家禽粪便转化为饲料蛋白质的新方法。
作者简介
王叶，硕士毕业于仲恺农业工程学院，现为清华大学深圳国际研究生院科研助理，主要从事微生物与元素地球化学耦合机制及应用的研究。研究生期间，主要学习固体废弃物生物处理与资源化。目前发表论文2篇，申请发明专利2项，已授权1项，参与省级项目2次，有相对丰富的科研经验。
李义勇，2014年毕业于华南理工大学，获工学博士学位。2014-2017在广东省科学院微生物研究所工作，2018年起调动至仲恺农业工程学院工作。主要研究方向为有机废水（废物）的生物处理与资源化。主持广东省自然科学基金项目、广州市科技计划项目和企业合作项目等5项。发表论文10余篇，其中SCI论文4篇（JCR 1区）。已获授权发明专利5项。
单位简介
仲恺农业工程学院是一所以农、工学科为优势，农、工、理、经、管、文、艺、法等多学科协调发展的省属本科大学。校设有二级学院（教学部）20个、博士后科研工作站1个、博士工作站1个和华南地区最大的雅思考点（IELTS）1个；拥有省部重点实验室4个、省厅级科研平台64个；省级重点学科4个、省“强特色”学科3个；国家一流专业2个、国家特色专业2个；硕士学位授权一级学科9个，硕士专业学位授权类别6个，本科专业64个。学校现有俄罗斯自然科学院外籍院士、乌克兰工程院外籍院士1名、全国农业科研杰出人才1人、国务院特殊津贴专家2人、“十三五”国家重点研发计划首席科学家1人、广东省现代农业产业技术体系首席专家6名、珠江学者特聘教授1人、珠江科技新星5人、全国优秀教师1人、广东省教学名师4人、南粤优秀教师（教育工作者）17人，省级科技创新团队12个，柔性引进特聘院士10人、特聘教授（拔尖人才）42人、决策咨询专家11人。
引用格式：Wang, Y., Du, J., Yu, G., Lei, Z., Li, Y., Huang, Y., Liu, H., Li, Z. 2023. Soybean isoflavones and flavonoids of Artemisia argyi enhanced conversion of chicken manure by black soldier fly (Hermetia illucens L.) larvae and effects on microbiota of their larvae and residues. Sustainable Horizons, 6, 100056.
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