2结果与分析
2.1昆虫对PS和PE的取食方式
四种昆虫幼虫均以蛀洞(图1)的形式取食PS，以啃食的形式从边缘取食PE。在饲养过程中发现，所有处理组均产生刺激性臭味，其中PS处理组和PE处理组臭味大于麦麸组(对照)。黄粉虫和大蜡螟虫在取食PS和PE之前虫体颜色均为淡黄色，取食21 d后虫体颜色较对照组深。相比之下，大麦虫和黑粉虫在各处理组中的虫体颜色变化不明显。
2.2昆虫生理指标的变化
2.2.1存活率、死亡率和化蛹率
饲养28 d后，与饲喂麦麸的对照相比，饲喂塑料的4种昆虫幼虫存活率和化蛹率高低不同(表2)。饲喂麦麸的大麦虫存活率最高，且未观察到化蛹现象。饲喂PS的黄粉虫和黑粉虫存活率比对照组高。大蜡螟中饲喂PE的存活率最高。除大麦虫外，其余3种昆虫对照组的化蛹率均高于PE和PS组(表2)。
2.2.2体重和体长
在28 d饲养过程中取食塑料和麦麸的4种昆虫的体重和体长呈不同程度的增长(图2)。除麦麸组外，体重增长率最高的是黑粉虫PS组，每只由7 d的(0.07±0.01)g平均增长至28 d的(0.10±0.01)g，增长率为42.86%。其次是黄粉虫PE组(33.33%)、黄粉虫PS组(33.33%)、黑粉虫PE组(33.33%)、大蜡螟PS组(12.50%)、大麦虫PS组(8.75%)、大蜡螟PE组(8.00%)和大麦虫PE组(6.41%)。除麦麸组外，体长增长率最高的是黑粉虫PE组，每只由7 d的(2.17±0.08)cm增长至28 d的(2.41±0.08)cm，增长率为11.06%，其次是黄粉虫PE组(10.13%)、大蜡螟PE组(8.30%)、黑粉虫PS组(7.69%)、大麦虫PS组(7.37%)、黄粉虫PS组(7.20%)、大麦虫PE组(4.34%)、大蜡螟PS组(3.16%)。实验结束时，大麦虫和黄粉虫PE组和PS组的体重均显著(P<0.05)低于对照组，取食塑料PE和PS后的大麦虫体重无显著(P>0.05)差异。黑粉虫PE组体重显著(P<0.05)低于PS和对照组，而大蜡螟PE组体重与PS组无显著(P>0.05)差异。
图1四种昆虫幼虫分别取食聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和麦麸(control)的图像
表2实验结束时(28 d)4种昆虫幼虫存活率、死亡率和化蛹率
图2四种昆虫幼虫体重和体长随时间(7、14、21和28 d)的变化趋势柱状图为昆虫体长变化趋势，折线图为昆虫体重变化趋势.A、B、C和D分别表示大蜡螟、大麦虫、黑粉虫和黄粉虫
2.3取食塑料对昆虫肠道微生物群落组成的影响
FISH结果表明，饲喂PS、PE和麦麸的昆虫肠道中细菌与古菌为优势菌群。细菌与古菌占大麦虫肠道总菌数的86.46%–95.21%，黄粉虫肠道的79.49%–82.15%，黑粉虫肠道的75.45%–90.85%，大蜡螟肠道的89.99%–91.99%。肠道微生物群落主要由广古菌门的古菌(图3A)(平均丰度9.99%–58.05%)以及厚壁菌门(图3D)(平均丰度16.98%–54.93%)，变形菌门的β-变形菌纲(图3B)(平均丰度5.91%–39.34%)和γ‐变形菌纲(图3C)(平均丰度4.62%–30.86%)的细菌组成。其中鬃毛甲烷菌(图3F)占广古菌门的2.27%–22.45%，肠杆菌和乳杆菌(图3E)分别占厚壁菌门细菌的1.32%–20.21%和3.39%–26.81%。
图3昆虫幼虫肠道菌群荧光镜检重叠图像A、B、C、D、E和F是使用不同寡核苷酸探针进行荧光原位杂交的重叠图像，黄色细胞是由与单个FISH探针杂交的细胞(红色)和同一显微镜视野中DAPI染色的细胞(绿色)重叠而成.A：ARCH915.B：Bet42a.C：GAM42a.D：LGC354abc.E：Lab.F：Rotcl1
从饲喂麦麸改为单一的PE或PS对昆虫肠道微生物主要菌群影响的程度不同，影响的时间不同(图4、图5)。与麦麸对照组相比，饲喂PE的大麦虫肠道中厚壁菌门(从26.45%升至50.88%)和γ‐变形菌纲(从4.62%升至10.72%)在7 d时显著(P<0.05)升高，乳杆菌在14 d时显著降低(从22.69%降至4.20%)，广古菌门(从9.99%升至23.46%)和肠杆菌(从3.66%升至8.05%)在28 d时显著(P<0.05)升高(图4A1，图5A1)。饲喂PS的大麦虫肠道中β-变形菌纲(从19.46%升至35.64%)和鬃毛甲烷菌(从2.27%升至10.76%)在21 d时显著(P<0.05)升高，而厚壁菌门(从18.88%降至16.90%)则显著(P<0.05)降低(图4A2，图5A2)。黄粉虫肠道中，PE组乳杆菌(15.42%升至17.43%)，鬃毛甲烷菌(从14.22%升至18.42%)和肠杆菌(从8.23%升至16.96%)在14 d时显著(P<0.05)升高(图5B1)，而广古菌门(从36.23%降至19.83%)显著(P<0.05)降低，21 d时的肠杆菌(11.52%)显著(P<0.05)高于对照组(4.16%)，而28 d的广古菌门(13.92%)则显著(P<0.05)低于对照组(34.80%)(图4B1，图5B1)。饲喂PS在7 d时显著(P<0.05)升高了黄粉虫肠道中的肠杆菌(从2.56%升至7.27%)，在14 d时显著(P<0.05)升高了γ‐变形菌纲(从14.37%升至26.81%)和鬃毛甲烷菌(从14.22%升至18.42%)的丰度(图4B2，图5B2)。饲喂PE对黑粉虫肠道菌群的影响较小，只有鬃毛甲烷菌(6.24%)在14 d时显著(P<0.05)低于对照组(14.35%)(图5C1)。饲喂PS在7 d时显著(P<0.05)升高了黑粉虫肠道中γ‐变形菌纲(从9.35%升至18.11%)和乳杆菌(从4.80%升至15.90%)的丰度，在28 d时显著(P<0.05)升高了广古菌门(从21.10%升至58.05%)的丰度，同时显著(P<0.05)降低了厚壁菌门(从54.93%降至29.70%)和鬃毛甲烷菌(从12.25%降至6.01%)的丰度(图4C2，图5C2)。饲喂PE在21 d时显著(P<0.05)降低了大蜡螟肠道β-变形菌纲(从24.24%降至10.14%)的丰度，在28 d显著(P<0.05)升高了广古菌门(从15.45%升至28.43%)的丰度(图4D1)。饲喂PS显著(P<0.05)降低了大蜡螟肠道7 d乳杆菌(从23.41%降至7.40%)的丰度(图5D2)。
图4四种昆虫幼虫门水平肠道菌群的组成和变化A1–A3、B1–B3、C1–C3和D1–D3分别表示大麦虫、黄粉虫、黑粉虫和大蜡螟
图5四种昆虫幼虫科肠道功能菌群的组成和变化A1–A3、B1–B3、C1–C3和D1–D3分别表示大麦虫、黄粉虫、黑粉虫和大蜡螟
2.4昆虫肠道微生物菌群与体重体长的相关性分析
通过Pearson分析对4种昆虫幼虫的体重、体长以及肠道微生物菌群的丰度进行了相关性分析，结果表明(图6)，大麦虫的体重和体长与β-变形菌纲均存在显著负相关，黄粉虫体重与广古菌门存在显著负相关(P<0.05)，而大蜡螟和黑粉虫的体重、体长与其肠道微生物菌群无显著相关性(P>0.05)。
图6昆虫体重、体长和肠道菌群的相关性分析