《Environmental Microbiology》：Towards Functional Fertilisers: Feed Composition Shapes Microbial Community Structure and Viability in Black Soldier Fly (Hermetia illucens) Frass
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本文深入探讨了黑水虻幼虫（BSFL）虫粪作为有机生物肥料的应用潜力。研究发现，幼虫饲料的组成是影响虫粪中细菌和真菌群落结构的决定性因素，其中高纤维饲料促进真菌多样性，而高蛋白饲料则富集特定细菌类群。尽管热处理是欧盟批准虫粪作为肥料前的必要卫生步骤，但本研究表明，70°C下1小时的巴氏消毒对微生物群落的整体结构影响甚微，但对可培养的活菌计数（CFU）有异质性影响。这项研究为通过饲料设计来调控虫粪的微生物组成，从而定制具有增强功能的生物肥料，推动可持续农业发展提供了关键见解。
饲料成分是黑水虻虫粪微生物群落的决定性塑造者
随着全球人口增长和饮食偏好变化，对粮食生产的挑战日益严峻，而昆虫作为一种可持续的动物蛋白质来源，其养殖业受到广泛关注。黑水虻幼虫（BSFL）因其生长迅速、营养价值高并能利用工业副产物（如食品加工业侧流）进行饲养而备受青睐。其产生的虫粪（由幼虫排泄物、残留饲料等混合而成）不仅富含氮、磷、钾等植物营养素，还含有复杂的微生物群落，这些微生物可能通过产生植物激素、固氮和促进有机质转化等途径来增强植物生长。然而，关于饲料成分和热处理（卫生化）如何影响这些群落，此前的研究尚不充分。本研究旨在填补这一知识空白，探究了五种不同饲料（包括工业副产物和对照日粮）对虫粪微生物组成的影响，并评估了热处理对这些群落的效应。
本研究采用了一系列精密的实验方法。研究选取了鸡饲料（CF）作为对照，以及苹果渣（AP）、马铃薯皮（PE）、马铃薯浆（PP）和菜籽粕（RC）四种生物源工业副产物作为BSFL饲料。对每种饲料的营养成分（干物质、粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纤维）进行了表征。收集不同饲料饲养的BSFL产生的虫粪，并将其分为未处理组和经过70°C加热1小时的卫生化处理组。随后，综合运用了非培养依赖的扩增子测序和培养依赖的方法来全面解析虫粪微生物群落。
饲料营养成分差异显著
不同饲料的营养组成存在显著差异。例如，苹果渣（AP）的干物质含量最低但粗纤维含量最高，而菜籽粕（RC）的粗蛋白和粗脂肪含量最为丰富。这些差异为后续研究饲料如何影响虫粪微生物提供了基础。
细菌群落：饲料类型主导，热处理影响甚微
通过对16S rRNA基因V3-V4区进行扩增子测序，研究人员分析了虫粪中的细菌群落。结果显示，饲料类型是影响细菌群落结构的绝对主导因素，解释了高达85.0%的变异。不同饲料产生的虫粪，其细菌群落在科（family）水平上展现出鲜明特征。例如，Sphingobacteriaceae在除AP外的所有虫粪中都占据优势，而 Rhodanobacteraceae、Acetobacteraceae和 Acidobacteriaceae几乎只存在于AP虫粪中。鸡饲料（CF）虫粪中 Enterobacteriaceae和 Bacillaceae的相对丰度较高，菜籽粕（RC）虫粪则富含 Flavobacteriaceae和 Alcaligenaceae。主坐标分析（PCoA）清晰显示，相同饲料来源的样本紧密聚集，而不同饲料的样本则明显分开。相比之下，热处理对基于DNA测序推断的细菌群落整体结构没有产生显著影响。Alpha多样性分析也表明，物种丰富度、均匀度和香农指数在不同饲料间差异显著，但在热处理前后无显著变化。
真菌群落：响应模式与细菌类似
通过ITS2区测序对真菌群落的分析得出了与细菌类似的结论。饲料类型同样是塑造真菌群落的主要驱动力。高纤维的AP虫粪具有最高的真菌多样性和丰度，且以子囊菌门（Ascomycota）为主。而其他低纤维饲料（CF, PE, PP, RC）的虫粪中，担子菌门（Basidiomycota）占据主导地位。同样，热处理并未对真菌群落的整体结构造成可检测到的显著改变。
可培养微生物分析：揭示热处理对活性的异质性影响
尽管扩增子测序显示热处理对微生物群落结构影响不大，但该方法无法区分DNA是来自活细胞还是死细胞。因此，研究进一步采用了培养依赖的方法来量化热处理后存活的可培养微生物数量。菌落形成单位（CFU）计数结果呈现异质性：热处理在大多数情况下降低了需氧细菌和大肠菌群的数量，但这种效应因饲料类型而异。例如，在马铃薯皮（PE）虫粪中，需氧细菌CFU下降了近2.55个数量级（log），而在马铃薯浆（PP）虫粪中却观察到了轻微上升。有趣的是，Lactobacillales的CFU在CF、PP和RC虫粪中热处理后反而有所增加。对于真菌，热处理的影响也不一致，在AP和PE虫粪中CFU下降，在PP中则上升。这些结果表明，热处理对微生物活性的影响是类群特异性和饲料依赖性的，并未呈现一致的模式。从虫粪中分离培养并鉴定的细菌也显示，优势可培养类群（如Bacillaceae、Enterobacteriaceae）的分布主要受饲料类型影响，热处理的影响则复杂且不明显。
讨论与意义：连接饲料、虫粪与土壤健康
本研究证实了最初的假设：饲料类型是塑造BSFL虫粪相关细菌和真菌群落的首要驱动因素，而热处理主要影响微生物的存活性，对基于DNA的群落结构影响有限。高纤维饲料（如AP）促进了真菌的繁荣，这可能与真菌更擅长降解复杂纤维素有关。而高蛋白饲料则富集了可能具有植物促生潜力的细菌类群，如Bacillaceae和Alcaligenaceae。研究还发现，虫粪微生物群落与BSFL肠道微生物群落存在显著差异，表明虫粪群落不仅来源于昆虫肠道，也受到饲料本身和环境微生物的强烈影响。
这项研究的发现具有重要的应用价值。它表明，通过精心选择或设计BSFL的饲料，可以有目的地塑造虫粪的微生物组成，从而定制其作为生物肥料的功能特性。例如，可以选择能够富集具有植物促生或土壤修复功能微生物的饲料。同时，研究也为欧盟规定的虫粪热处理（卫生化）工艺提供了科学依据：虽然该处理能有效降低某些潜在病原菌（如大肠菌群）的活菌数，以满足安全法规，但它对虫粪中整体有益微生物群落结构的破坏较小，有利于保留其作为功能性肥料的潜力。这为开发下一代“ microbiome-informed”的功能性昆虫肥料，推动循环农业和可持续粮食生产提供了关键的科学基础。
