CC BY
709
УДК 630*592:631.8 DOI 10.34736/FNC.2019.106.3.015
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ЧЕРНОЙ ЛЬВИНКИ HERMETIA ILLUCENS (LINNAEUS, 1758) (DIPTERA: STRATIOMYIDAE)
М.В. Цой, аспирант, 3930788@mail.ru — ФНЦ агроэкологии РАН, Волгоград, Россия
Навоз является основной пищей многих насекомых в природе, особенно личинок черной львинки (Негтейа Шисеш). Личинки Негтейа Шисеш способствуют естественной утилизации пищевых отходов, а подрастая, становятся пищей для многих мелких и крупных животных, а также птицы и рыб. Насекомые преобразовывают остаточные белки навоза и других питательных веществ в биомассу, которая является высококачественным белковым кормом для животных. Учёные в Китае, России, США, Мексике, странах Восточной Европы, Израиле, Австралии, Центральной и Южной Америке используют различные способы переработки навоза, а также способы утилизации органических отходов путем преобразования их в биомассу. Акцент сместился в сторону производства кормов с помощью насекомых. При этом увеличивается концентрация питательных веществ в кормах для животных. Личинки насекомых снижают содержание питательных веществ в навозе на 50-60% или более, впитывая их в себя, при этом навоз становится сухой рассыпчатой субстанцией, это экономически выгодно при перевозке её на зна-
В настоящее время переработка органических отходов является актуальной, и перспективным направлением биотехнологий становится использование личинок насекомых, и в особенности некоторых видов двукрылых. Для личинок черной львинки (Негтейа Шисе^, 1758 Linneus) (Diptera: Stratюmyidae) навоз является основной пищей. Личинки способствуют естественной утилизации пищевых отходов, а подрастая, становятся пищей для многих мелких и крупных животных [1,4-7,12]. Насекомые преобразовывают остаточные белки навоза и других питательных веществ в собственную биомассу, которая является высококачественным белковым кормом для животных. Данный факт решает проблему утилизации навоза [9,10,13-15,18].
В настоящий момент одним из перспективных направлений ведения сельского хозяйства является производство кормов для животных с помощью насекомых [2,7,12,18]. Личинки изменяют микрофлору навоза, потенциально снижая количество вредных бактерий [13-15,18,19].
Личинки мухи имеют высокую питательную ценность - содержат значительное количество белка и кальция [2,11,16,19]. Они используются для переработки различных органических отходов: свиные стоки, птичьи подстилки, пищевые отходы, помёт животных, - причем полученный после такой переработки субстрат может быть использован для выращивания растений [16,19], что обусловливает перспективность этого вида двукрылых для агропромышленных биотехнологий [2,8,9,13,19].
Опыты по выращиванию Н. Шисега начались в 90-х годах ХХ века в поисках эффективного способа утилизации органических отходов путем преобразования их в богатую белками и богатую жирами биомассу. Выяснилось, что черная львинка устойчива к засухе, дефициту корма или кислорода. Одним из главных преимуществ данной мухи является то, что имаго не питаются и не требуют особого ухода, устойчивы к болезням. Личинки продаются как корм для домашних животных и наживки для рыбы, их можно легко
чительные расстояния (в отличие от навоза). Личинки изменяют микрофлору навоза, потенциально снижая количество вредных бактерий. А сами личинки являются белковой кормовой добавкой для животных.
В России методика и процесс культивирования мухи чёрной львинки Н. Шисеш находятся в разработке и практически не применяются в широком производстве. Исследования были проведены, чтобы понять и использовать эту методику для утилизации навоза.
На основе литературных и собственных данных изучены особенности содержания мухи чёрной львинки (Негте^а Шисеш) в лабораторной культуре, и в данной статье описаны результаты опытов культивирования черной львинки от яиц до имаго и биоконверсии органического материала. Рассмотрены перспективы использования мухи в сельском хозяйстве аридной зоны Нижнего Поволжья.
Ключевые слова: муха черная львинка (Негтейа Шисеш), биоконверсия, оптимизация роста и развития растений.
сушить для длительного хранения. Недостаток черной мухи для процессов биоконверсии в том, что она требует теплой среды, которая может быть трудноосуществимой или энергозатратной [2,6].
Разработано несколько методов выращивания черных львинок (Негтейа Шисеш) на таких субстратах, как свиной навоз, птичий помет и пищевые отходы. Оптимальные условия культивирования мухи включают в себя узкий диапазон температуры и влажности, а также спектр подходящих уровней текстуры, вязкости и содержания влаги в рационе. Температура должна поддерживаться между 29°С и 31°С, хотя более широкие диапазоны могут быть осуществимыми. Относительная влажность должна составлять от 50 до 70% [6,16,19].
Целью данной работы являлся анализ особенностей содержания и биоконверсии чёрной львинки НЛПисеш для дальнейшей адаптации методики культивирования в регионе и ее интеграции в производство.
Материалы и методика исследования. В процессе выполнения работы использовались следующие методы: системный анализ, измерение, сравнение и обобщения. Комплексный анализ и системный подход применяли к изучению научной литературы зарубежных и отечественных ученых по данномувопросу.
Результаты и обсуждение. Черная львинка Н.Шисеш относится к семейству Stratiomyidae ^а^еШе, 1802), представителей которого в мировой фауне насчитывается 2600 видов из 400 родов.
Взрослая муха - черная, длиной 15-20 мм. Личинки достигают 27 мм в длину, 6 мм в ширину и весят до 220 мг в последней своей стадии. Они имеют тусклый, белесый цвет (рис. 1). Личинки активно питаются, одна личинка поедает от 25 до 500 мг свежего вещества в день, употребляя в качестве корма гниющие фрукты и овощи, сельскохозяйственные отходы и навоз животных.
Личинки достигают последней личиночной стадии через 2 месяца, но, когда не хватает корма, личиночная стадия может длиться до 4 меся-
цев. В конце этой стадии (предкуколка) личинка опустошает пищеварительный тракт и перестает питаться и двигаться. Затем предкуколки мигрируют в поисках сухого и защищенного места для окукления. Продолжительность стадии куколки около 14 дней, но может продлиться до 5 месяцев. Самки спариваются через 2 дня после появления и откладывают яйца в сухие впадины и щели, недалеко от источника питания. Имаго не питаются. Жиры, которые хранились на личиночной стадии, в дальнейшем поддерживают жизнедеятельность взрослой особи [16].
Рисунок 1 - Внешний вид личинки и имаго мухи чёрной львинки Негтейа Шисе^ (фото из открытого источника) Промышленное разведение Н. ШисепБ осуществляется преимущественно в странах с теплым климатом в вольерах, расположенных на открытом воздухе. Это связано с высокой требовательностью имаго львинки к освещённости, что объясняется и некоторыми трудностями при разведении в помещении [17,19].
В ходе изысканий нами в лабораторных условиях был оборудован мини-инсектарий, размер которого составлял 60x50x50 см, с присоединением к нему пластикового бокса объемом 1 л. Передняя стенка инсектария представляла собой стеклянное окно, а остальные были сделаны из ДСП (древесно-стружеч-ная плита) (рис. 2). Температура в помещении для разведения мух поддерживалась на уровне 25-30°С.
Рисунок 13 - Инсектарий: разработка автора (фото автора)
На крышке инсектария были проделаны небольшие вентиляционные отверстия. На потолке инкубатора были установлены две люминесцентные лампы мощностью 30 ватт каждая, подключенные к сети. Цветовая температура обеих ламп составляла 6500°К. Длина дня составляла 12 часов.
В центре инсектария расположили кормушку для имаго, которая представляла собой вискозную губку, смоченную раствором сахара или мёда. Питание для мух этого вида не является строго необходимым, но существенно увеличивает продолжительность их жизни.
Для откладки яиц в инсектарий установили ем-
кость, на дно которой засыпали 3-хсантиметровый слой смоченных пшеничных отрубей. Над отрубями также разместили гофрированный картон, нарезанный полосками, и поместили ячейки для куриных яиц (можно пчелиные соты).
На дно готового инсектария устанавливалась емкость с пупариями мух. Вышедшие самцы и самки, начиная с третьего дня жизни, спаривались в полете, и на пятый день с момента выхода первых мух нами уже фиксировались первые кладки яиц.
Самки откладывали яйца в отверстия гофрированного картона в виде больших кладок, содержащих по 400-500 яиц. Продолжительность жизни имаго составляла от 10 до 20 суток. Замена картона с кладками производилась ежедневно. Яйца инкубировались в чашках Петри в сухом картоне при температуре 26°С и влажности воздуха 80%. Продолжительность развития яиц чёрной львинки при указанной температуре составляет трое суток.
Яйца третьего дня инкубации помещались в по-луторалитровые пластиковые контейнеры с питательным субстратом и накрывали мелкоячеистой сеткой. В один контейнер помещались по 20 кладок и 4-5 см питательного субстрата, в качестве которого с успехом были использованы следующие субстанции: овощи, пшеничные отруби, различные крупы: рис, манка, овсянка и др. Данные компоненты могут быть использованы как в смесях, так и по отдельности. Для приготовления готового субстрата мы добавляли в сухую смесь воду до получения смеси липкой кашеобразной консистенции. При этом твёрдые крупы необходимо замачивать в воде на сутки либо варить, а отруби и другие компоненты, легко размокающие, можно замачивать непосредственно перед использованием.
На пятый день пересыпали субстрат с личинками в контейнеры размером 20x70x50 см, где 20 см - высота. Контейнеры не накрывали, а субстрат подсыпали по мере необходимости. Крупные личинки перерабатывали практически любые органические отходы - любые овощи, фрукты, остатки мяса, рыбы, причем как свежие, так и с признаками разложения.
В процессе выращивания личинок важно следить за хорошей аэрацией, температурой и влажностью субстрата в контейнерах. При высокой плотности личинок температура субстрата может подниматься до 45°С, при этом гибели личинок не отмечено.
Развитие личинок до стадии предкуколки продолжалось 14-18 суток. Личинки, завершившие питание, линяют и приобретают темную, почти черную окраску (рис. 3). На этой стадии развития они ищут подходящее место для окукливания. Если субстрат недостаточно влажный, окукливание может произойти в толще субстрата. Если же в субстрат добавить воды, предкуколки будут ползать по поверхности в поисках более сухого места для окукливания. Эта особенность их биологии может быть использована для отделения их от субстрата. Предкуколки этого вида могут быть сохранены до нескольких месяцев при температуре 10-15°С. При температуре 26°С они окукливаются в течение 7-10 суток.
11 I г
Рисунок 3 - Внешний вид мухи чёрной львинкии и личинки, (вид сверху и снизу), фото автора
В качестве кормового объекта для животных могут быть использованы как предкуколки, так и личинки младших возрастов, которые желательно промыть водой перед употреблением и выдержать сутки в нейтральном субстрате [1,3,7,10,12].
Выводы. Проанализированы и переработаны имеющиеся современные методики и опыт культивирования мухи чёрной львинки H. illucens.
Основную ценность для культивирования представляют личинки и предкуколки. В личинках содержатся белки (до 50% от общей массы личинки), большое количество аминокислот (лизин, метио-нин, валин, триптофан, фениланин и т.д), минералы (Fe, P, Ca, K, Mg и т.д).
Биомасса, полученная из личинок, используется в качестве корма для птиц, рыб, мелкого и крупного рогатого скота.
Личинки мухи чёрной львинки H.illucens имеют большой агропромышленный потенциал, как производители питательного субстрата для растений, а также как потребители и переработчики сельскохозяйственных и бытовых органических отходов.
В лабораторных условиях успешно проведены опыты культивирования черной львинки от яиц до имаго и биоконверсии органического материала.
В результате исследований была реализована методика выращивания мухи чёрной львинки (H. illucens) в условиях аридного климата, было выведено несколько поколений имаго и переработано большое количество органических отходов.
Литература:
1. Антипова Л. В., Гребенщиков А. В., Казаков Н. Н. Проблемы промышленного производства готовых рационов для животных // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 2012. - № 2(52). - С. 97-100.
2. Антонов А. М., Lutovinovas E., Иванов Г. А., Пастухова Н. О. Адаптация и перспективы разведения мухи Черная львинка (Hermetia illucens) в циркумполярном регионе // Принципы экологии. - 2017. - № 3. - С. 4-19. DOI: 10.15393/ j1.art.2017.6302
3. Афанасьев А. В., Передня В. И., Володкевич В. И., Пере-печаева Н. А.Оценкаэффективности применения ресурсосберегающих, экологически чистых технологий и оборудования для производства биологически полноценных комбикормов в России и Беларуси // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства, 2013. - №1(13). - С. 43-47.
4. Афанасьев В. А. Теория и практика специальной обработки зерновых компонентов в технологии комбикормов / В.А. Афанасьев. - Воронеж: ВГУ, 2002.
5. Демидов П. Г. Технология комбикормового производства / П.Г. Демидов. - Москва: Пищепромиздат, 1954.
6. Жислин Я. М. Оборудование для производства комбикормов, обогатительных смесей и премиксов / Я.М. Жислин. - 2-е изд., доп. и перераб. - Москва: Колос, 1981.
7. Некрасов Р. В., Зеленченкова А. А., Чабаев М. Г., Ушакова Н. А. Меланиноваябелково-энергетическая добавка из личинок Hermetiaillucens в питании телят // Сельскохозяйственная биология, 2018. - Т 53. - № 2. - С. 374-384.
8. Choi Y, Choi J, Kim J, Kim M, Kim W, Park K, et al. Potential Usage of Food Waste as a Natural Fertilizer after Digestion by Hermetia illucens (Diptera: Stratiomyidae) / Int J IndustEntomol. 19(1): 171-174, 2009.
9. Diener S, Solano NMS, Gutie'rrez FR, Zurbru'gg C, Tockner K. Biological treatment of municipal organic waste using black soldier fly larvae. / Waste and Biomass Valorization. 2(4): 357-363, 2011.
10. Diener S., C. Zurbrugg, and K. Tockner. Conversion of Organic Material by Black Soldier Fly Larvae: Establishing Optimal Feeding Rates. / Diener S. et. al. - Waste Management & Research 27.6 (2009): 603-10, 2015.
11. Kim W, Bae S., Park K., Lee S, Choi Y, Han S, et al. Biochemical characterization of digestive enzymes in the
black soldier fly, Hermetia illucens (Diptera: Stratiomyidae). / J Asia Pac Entomol. 14(1): 11-14, 2011.
12. Marono S, Loponte R, Lombardi P, Vassalotti G, Pero M, Russo F, et al. Productive performance and blood profiles of laying hens fed Hermetia illucens larvae meal as total replacement of soybean meal from 24 to 45 week of age. / Poult Sci. 96:1783-1790, 2017.
13. Nguyen TTX, TomberlinJK, Vanlaerhoven S. Ability of Black Soldier Fly (Diptera: Stratiomyidae) Larvae to Recycle Food Waste. Environ Entomol. 2015; 44(2): 406-410.
14. Parra Paz AS, Soraya C, Go'mez R. Effects of larval density and feeding rates on the bioconversion of vegetable waste using black soldier fly larvae Hermetia illucens (L.), (Diptera: Stratiomyidae). / Waste and Biomass Valorization. 6(6): 1059-1065, 2015.
15. Salomone, R.; Saija, G.; Mondello, G.; Giannetto, A.; Fasulo, S.; Savastano, D. Environmental impact of food waste bioconversion by insects: Application of life cycle assessment to process using Hermetiaillucens. / J. Clean. Prod. 2017, 140, 890-905.
16. Sheppard D. Craig, Jeffery K. Tomberlin, John A. Joyce, Barbara C. Kiser, and Sonya M. Sumner. Rearing Methods for the Black Soldier Fly (Diptera: Stratiomyidae) / Sheppard D. et. al. Table 1. Journal of Medical Entomology J Med Entomol 39.4: 695-98, 2015.
17. Tomberlin Jeffery K., Peter H. Adler, and Heidi M. Myers. Development of the Black Soldier Fly (Diptera: Stratiomyidae) in Relation to Temperature / Tomberlin Jeffery K et. al. - Table 1. Environ Entomol Environmental Entomology 38.3: 930-34, 2015.
18. Yu G, Cheng P, Chen Y, Li Y, Yang Z, Chen Y, et al. Inoculating poultry manure with companion bacteria influences growth and development of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae. / Environ Entomol. 40(1): 30-35, 2011.
19. Zhang J, Huang L, He J, TomberlinJK, Li J, Lei C, Sun M, Liu Z, Yu Z. An artificial light source influences mating and oviposition of black soldier flies, Hermetiaillucens. / Zhang J et. al. - Journal of Insect Science 10: 202, 2010.
CULTIVATION OF A BLACK SOLIDER FLY HERMETIA ILLUCENS, 1758 LINNAEUS (DIPTERA: STRATIYOMYIDAE)
M.V. Tsoi, postgraduate student - FSC agroecology RAS, Volgograd, Russia
Manure is the staple food of many insects in nature, especially Black Solider Fly larvae (Hermetia illucens). Hermetia illucens larvae contribute to the natural utilization of food waste, and as they grow, they become food for many small and large animals, as well as birds and fish. Insects convert residual proteins of manure and other nutrients into biomass, which is a high-quality protein fooeed for animals. Studies have been conducted to understand and use this technique for the disposal of manure. Scientists ofin China, Russia, the USA, Mexico, countries of Eastern Europe, Israel, Australia, Central and South America use various methods of processing manure methods, as well as methods of recycling organic waste by converting them into biomass. The accent emphasis has shifted towards the production of foddereed using insects. This increases the concentration of nutrients in animal feed. Insect larvae reduce the nutrient content of manure by 50-60% or more, absorbing them into themselves, while manure becomes a dry, crumbly substance, it is economically profitable to beneficial when transporting it withinover considerable distances (unlike manure). Larvae modifyalter the microflora of manure, potentially reducing the number of harmful bacteria. And factually, the larvae themselves are a protein feed additive for animals.
In Russia, the methodology and cultivation process for the fly of the Black Solider Fly H. illucens are under development and are not practically not used in wide production. The studies have been conducted to understand and use this technique for manure recycling.
Based on the literature and our own dataT, the features of the content of the Black Solider Fly (Hermetia illucens) in the laboratory culture were studied, basing on the literature and our own data, and this article describes the results of experiments ofon the cultivation of a Black Solider Fly from eggs to adults and bioconversion of organic material. The prospects of using the fly withinin the agriculture of our zone are considered.
Key words: Black Solider Fly (Hermetia illucens), bioconversion, optimization of plant growth and development.
