3、討論
3.1昆蟲取食塑料后腸道微生物群落的組成
昆蟲腸道微生物菌群在塑料降解中起重要作用。昆蟲啃食塑料后，塑料碎片進入昆蟲腸道，而腸道中的微生物菌群降解塑料碎片，產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA)，SCFA提供了昆蟲所需的碳源和能源。在飼養(yǎng)過程中觀察到昆蟲對PS和PE的取食方式與李瑋等、唐瑞等及丁夢琪的報道相符。本研究采用FISH技術(shù)對取食PS、PE和麥麩的大麥蟲、黃粉蟲、黑粉蟲和大蠟螟幼蟲腸道微生物群落的組成和豐度進行了多個時間點(7、14、21和28 d)分析，發(fā)現(xiàn)廣古菌門的古菌是4種昆蟲腸道中的優(yōu)勢菌群，占不同時間點昆蟲腸道總菌數(shù)的9.99%–58.05%，特別是在飼喂PS的黑粉蟲腸道中28 d高達58.05%(圖5C2)，而同一時間點的細菌豐度僅為37.58%，說明古菌也是塑料降解昆蟲腸道微生物群落中的主要菌群。
王子君報道，黃粉蟲在嚙食PS后產(chǎn)生了丙酮酸和乙酸，推測昆蟲取食塑料后產(chǎn)生的乙酸可能被甲烷菌利用而產(chǎn)生甲烷。本研究在飼喂塑料的昆蟲腸道中發(fā)現(xiàn)了鬃毛甲烷菌，該菌利用乙酸作為能源和碳源生產(chǎn)甲烷，初步驗證了王子君的推測，但是在本研究中鬃毛甲烷菌只占廣古菌門古菌總數(shù)的22.72%–38.67%，廣古菌門絕大部分是甲烷菌，推測還存在其他的甲烷菌，但它們的組成和代謝特征還有待研究。本研究中除古菌外，厚壁菌門和變形菌門的細菌也是昆蟲腸道中的優(yōu)勢菌群，與張詩焓等、Urbanek等和陳冠舟等采用16S rRNA基因高通量測序?qū)θ∈砅S的黃粉蟲腸道微生物群落研究的結(jié)果一致。
飼喂單一的PE和PS對4種昆蟲腸道中主要微生物菌群豐度的影響不同。影響的時間不同，例如PE對大麥蟲腸道菌群在第7天產(chǎn)生顯著影響，而PS的對腸道菌群的影響在第21天才觀察到。影響的菌群不同，黃粉蟲中PS顯著影響廣古菌門、厚壁菌門、γ‐變形菌綱、乳桿菌和鬃毛甲烷菌，而PE僅影響了鬃毛甲烷菌。然而昆蟲不同，PE和PS影響的微生物菌群、影響的時間均存在顯著差異，說明昆蟲腸道微生物群落的組成非常復雜。基于飼喂PE和PS昆蟲早期(第7天)微生物菌群豐度的變化無法判定可能直接參與塑料降解的微生物菌群，因為不同昆蟲微生物菌群豐度的變化各異，甚至有些昆蟲(如黃粉蟲和大蠟螟)的微生物菌群豐度并未發(fā)生顯著變化。這是因為目前對降解塑料的昆蟲腸道微生物菌群的組成，特別是降解塑料的微生物菌群的組成還缺乏了解，還未能設計出以塑料降解菌群為靶標的特異性的基因探針，因此加強昆蟲腸道微生物菌群的純培養(yǎng)及其功能研究很有必要。
3.2取食塑料對昆蟲幼蟲的生長指標的影響
目前，雖然使用單一塑料作為碳源飼喂昆蟲以實現(xiàn)塑料降解是可行的，但其效率仍有待提高。本研究發(fā)現(xiàn)以單一的PS和PE分別飼喂4種昆蟲幼蟲，雖然昆蟲體重和體長均有所增加，但速度慢于飼喂麥麩的對照組，這與張詩焓等和陳耀等所得結(jié)論一致。
此外，本研究發(fā)現(xiàn)在飼喂PS的4種昆蟲中黃粉蟲的存活率較高，而殷濤等對比了取食PS、PE和聚丙烯發(fā)泡板(polypropylene,PP)大麥蟲和黃粉蟲化蛹率后發(fā)現(xiàn)，大麥蟲幼蟲期較長且化蛹率低，本研究結(jié)果也表明在28 d的飼養(yǎng)中大麥蟲無化蛹現(xiàn)象，與其他3種昆蟲相比幼蟲期最長，說明可取食降解塑料的周期也最長。研究表明在未成齡幼蟲時(實驗開始前期)少量多次投喂青菜葉、瓜果麥麩、玉米秸稈和水稻秸稈等，對后期發(fā)育化蛹有利，因此，為了有效地提高昆蟲取食塑料的效率，在利用昆蟲降解塑料時，應選擇存活率較高的黃粉蟲或者幼蟲期較長的大麥蟲，同時添加一定比例的輔食提高昆蟲的存活率，從而有效提高昆蟲取食塑料的效率。
此外，本研究觀察到黃粉蟲和大蠟螟在取食塑料后體色加深。Evison等發(fā)現(xiàn)黃粉蟲的體色變化與其表皮結(jié)構(gòu)及抗真菌的能力相關，體色較深時，表皮更厚且孔隙更少，與免疫相關的酚氧化酶活性更高。張詩焓等也觀察到類似的現(xiàn)象，并通過KEGG功能預測發(fā)現(xiàn)取食PS塑料后黃粉蟲體內(nèi)與氨基酸代謝相關基因的豐度升高。
3.3昆蟲幼蟲的生長指標與腸道微生物菌群豐度的相關性
本研究發(fā)現(xiàn)，大麥蟲的體重和體長的變化與β-變形菌的豐度變化呈顯著負相關(P<0.05)。β-變形菌包含了許多病原菌，例如伯克霍爾德氏菌(Burkholderia)，在植物害蟲生物防治上被廣泛研究，本研究中β-變形菌豐度會隨大麥蟲取食塑料的時間顯著增加，因而這可能是導致其腸道內(nèi)β-變形菌豐度變化與體重和體長的變化呈顯著負相關(P<0.05)的原因。黃粉蟲體重的變化與腸道中的廣古菌門豐度變化呈顯著(P<0.05)負相關，廣古菌門絕大部分是甲烷菌，甲烷菌(例如鬃毛甲烷菌)與宿主(昆蟲)競爭利用塑料降解產(chǎn)生的短鏈脂肪酸，因此造成了黃粉蟲體重的降低。然而黑粉蟲和大蠟螟的體重、體長的變化與腸道微生物種群的變化無顯著(P>0.05)相關，說明飼喂PS和PE的黑粉蟲及大蠟螟幼蟲，其腸道微生物菌群豐度的變化對它們的體重和體長無顯著影響。
4、結(jié)論
(1)除細菌厚壁菌門和變形菌門外，古菌廣古菌門也是嚙食PE和PS的大麥蟲、黃粉蟲、黑粉蟲和大蠟螟幼蟲腸道中的主要菌群。
(2)大麥蟲、黃粉蟲、黑粉蟲和大蠟螟幼蟲腸道中的主要微生物菌群的豐度隨時間呈動態(tài)變化，并受塑料類型以及昆蟲種類的影響。
(3)大麥蟲和黃粉蟲的體重和體長與腸道微生物菌群顯著相關，而黑粉蟲和大蠟螟與腸道微生物菌群無顯著相關性。
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