2結(jié)果與分析
2.1昆蟲對(duì)PS和PE的取食方式
四種昆蟲幼蟲均以蛀洞(圖1)的形式取食PS，以啃食的形式從邊緣取食PE。在飼養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，所有處理組均產(chǎn)生刺激性臭味，其中PS處理組和PE處理組臭味大于麥麩組(對(duì)照)。黃粉蟲和大蠟螟蟲在取食PS和PE之前蟲體顏色均為淡黃色，取食21 d后蟲體顏色較對(duì)照組深。相比之下，大麥蟲和黑粉蟲在各處理組中的蟲體顏色變化不明顯。
2.2昆蟲生理指標(biāo)的變化
2.2.1存活率、死亡率和化蛹率
飼養(yǎng)28 d后，與飼喂麥麩的對(duì)照相比，飼喂塑料的4種昆蟲幼蟲存活率和化蛹率高低不同(表2)。飼喂麥麩的大麥蟲存活率最高，且未觀察到化蛹現(xiàn)象。飼喂PS的黃粉蟲和黑粉蟲存活率比對(duì)照組高。大蠟螟中飼喂PE的存活率最高。除大麥蟲外，其余3種昆蟲對(duì)照組的化蛹率均高于PE和PS組(表2)。
2.2.2體重和體長(zhǎng)
在28 d飼養(yǎng)過程中取食塑料和麥麩的4種昆蟲的體重和體長(zhǎng)呈不同程度的增長(zhǎng)(圖2)。除麥麩組外，體重增長(zhǎng)率最高的是黑粉蟲PS組，每只由7 d的(0.07±0.01)g平均增長(zhǎng)至28 d的(0.10±0.01)g，增長(zhǎng)率為42.86%。其次是黃粉蟲PE組(33.33%)、黃粉蟲PS組(33.33%)、黑粉蟲PE組(33.33%)、大蠟螟PS組(12.50%)、大麥蟲PS組(8.75%)、大蠟螟PE組(8.00%)和大麥蟲PE組(6.41%)。除麥麩組外，體長(zhǎng)增長(zhǎng)率最高的是黑粉蟲PE組，每只由7 d的(2.17±0.08)cm增長(zhǎng)至28 d的(2.41±0.08)cm，增長(zhǎng)率為11.06%，其次是黃粉蟲PE組(10.13%)、大蠟螟PE組(8.30%)、黑粉蟲PS組(7.69%)、大麥蟲PS組(7.37%)、黃粉蟲PS組(7.20%)、大麥蟲PE組(4.34%)、大蠟螟PS組(3.16%)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，大麥蟲和黃粉蟲PE組和PS組的體重均顯著(P<0.05)低于對(duì)照組，取食塑料PE和PS后的大麥蟲體重?zé)o顯著(P>0.05)差異。黑粉蟲PE組體重顯著(P<0.05)低于PS和對(duì)照組，而大蠟螟PE組體重與PS組無顯著(P>0.05)差異。
圖1四種昆蟲幼蟲分別取食聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和麥麩(control)的圖像
表2實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)(28 d)4種昆蟲幼蟲存活率、死亡率和化蛹率
圖2四種昆蟲幼蟲體重和體長(zhǎng)隨時(shí)間(7、14、21和28 d)的變化趨勢(shì)柱狀圖為昆蟲體長(zhǎng)變化趨勢(shì)，折線圖為昆蟲體重變化趨勢(shì).A、B、C和D分別表示大蠟螟、大麥蟲、黑粉蟲和黃粉蟲
2.3取食塑料對(duì)昆蟲腸道微生物群落組成的影響
FISH結(jié)果表明，飼喂PS、PE和麥麩的昆蟲腸道中細(xì)菌與古菌為優(yōu)勢(shì)菌群。細(xì)菌與古菌占大麥蟲腸道總菌數(shù)的86.46%–95.21%，黃粉蟲腸道的79.49%–82.15%，黑粉蟲腸道的75.45%–90.85%，大蠟螟腸道的89.99%–91.99%。腸道微生物群落主要由廣古菌門的古菌(圖3A)(平均豐度9.99%–58.05%)以及厚壁菌門(圖3D)(平均豐度16.98%–54.93%)，變形菌門的β-變形菌綱(圖3B)(平均豐度5.91%–39.34%)和γ‐變形菌綱(圖3C)(平均豐度4.62%–30.86%)的細(xì)菌組成。其中鬃毛甲烷菌(圖3F)占廣古菌門的2.27%–22.45%，腸桿菌和乳桿菌(圖3E)分別占厚壁菌門細(xì)菌的1.32%–20.21%和3.39%–26.81%。
圖3昆蟲幼蟲腸道菌群熒光鏡檢重疊圖像A、B、C、D、E和F是使用不同寡核苷酸探針進(jìn)行熒光原位雜交的重疊圖像，黃色細(xì)胞是由與單個(gè)FISH探針雜交的細(xì)胞(紅色)和同一顯微鏡視野中DAPI染色的細(xì)胞(綠色)重疊而成.A：ARCH915.B：Bet42a.C：GAM42a.D：LGC354abc.E：Lab.F：Rotcl1
從飼喂麥麩改為單一的PE或PS對(duì)昆蟲腸道微生物主要菌群影響的程度不同，影響的時(shí)間不同(圖4、圖5)。與麥麩對(duì)照組相比，飼喂PE的大麥蟲腸道中厚壁菌門(從26.45%升至50.88%)和γ‐變形菌綱(從4.62%升至10.72%)在7 d時(shí)顯著(P<0.05)升高，乳桿菌在14 d時(shí)顯著降低(從22.69%降至4.20%)，廣古菌門(從9.99%升至23.46%)和腸桿菌(從3.66%升至8.05%)在28 d時(shí)顯著(P<0.05)升高(圖4A1，圖5A1)。飼喂PS的大麥蟲腸道中β-變形菌綱(從19.46%升至35.64%)和鬃毛甲烷菌(從2.27%升至10.76%)在21 d時(shí)顯著(P<0.05)升高，而厚壁菌門(從18.88%降至16.90%)則顯著(P<0.05)降低(圖4A2，圖5A2)。黃粉蟲腸道中，PE組乳桿菌(15.42%升至17.43%)，鬃毛甲烷菌(從14.22%升至18.42%)和腸桿菌(從8.23%升至16.96%)在14 d時(shí)顯著(P<0.05)升高(圖5B1)，而廣古菌門(從36.23%降至19.83%)顯著(P<0.05)降低，21 d時(shí)的腸桿菌(11.52%)顯著(P<0.05)高于對(duì)照組(4.16%)，而28 d的廣古菌門(13.92%)則顯著(P<0.05)低于對(duì)照組(34.80%)(圖4B1，圖5B1)。飼喂PS在7 d時(shí)顯著(P<0.05)升高了黃粉蟲腸道中的腸桿菌(從2.56%升至7.27%)，在14 d時(shí)顯著(P<0.05)升高了γ‐變形菌綱(從14.37%升至26.81%)和鬃毛甲烷菌(從14.22%升至18.42%)的豐度(圖4B2，圖5B2)。飼喂PE對(duì)黑粉蟲腸道菌群的影響較小，只有鬃毛甲烷菌(6.24%)在14 d時(shí)顯著(P<0.05)低于對(duì)照組(14.35%)(圖5C1)。飼喂PS在7 d時(shí)顯著(P<0.05)升高了黑粉蟲腸道中γ‐變形菌綱(從9.35%升至18.11%)和乳桿菌(從4.80%升至15.90%)的豐度，在28 d時(shí)顯著(P<0.05)升高了廣古菌門(從21.10%升至58.05%)的豐度，同時(shí)顯著(P<0.05)降低了厚壁菌門(從54.93%降至29.70%)和鬃毛甲烷菌(從12.25%降至6.01%)的豐度(圖4C2，圖5C2)。飼喂PE在21 d時(shí)顯著(P<0.05)降低了大蠟螟腸道β-變形菌綱(從24.24%降至10.14%)的豐度，在28 d顯著(P<0.05)升高了廣古菌門(從15.45%升至28.43%)的豐度(圖4D1)。飼喂PS顯著(P<0.05)降低了大蠟螟腸道7 d乳桿菌(從23.41%降至7.40%)的豐度(圖5D2)。
圖4四種昆蟲幼蟲門水平腸道菌群的組成和變化A1–A3、B1–B3、C1–C3和D1–D3分別表示大麥蟲、黃粉蟲、黑粉蟲和大蠟螟
圖5四種昆蟲幼蟲科腸道功能菌群的組成和變化A1–A3、B1–B3、C1–C3和D1–D3分別表示大麥蟲、黃粉蟲、黑粉蟲和大蠟螟
2.4昆蟲腸道微生物菌群與體重體長(zhǎng)的相關(guān)性分析
通過Pearson分析對(duì)4種昆蟲幼蟲的體重、體長(zhǎng)以及腸道微生物菌群的豐度進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果表明(圖6)，大麥蟲的體重和體長(zhǎng)與β-變形菌綱均存在顯著負(fù)相關(guān)，黃粉蟲體重與廣古菌門存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而大蠟螟和黑粉蟲的體重、體長(zhǎng)與其腸道微生物菌群無顯著相關(guān)性(P>0.05)。
圖6昆蟲體重、體長(zhǎng)和腸道菌群的相關(guān)性分析
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