蜜蜂微孢子蟲對(duì)蜜蜂行為及生理機(jī)能的影響

劉楠楠 郝京玉 王 志 譯自《澳大利亞養(yǎng)蜂》2012年第7期

目前有兩種蜜蜂微孢子蟲可侵染美國(guó)西部的西方蜜蜂。第一個(gè)是Nosema apis，1909年被Zander首次描述。1995年，Ingmar Fries描述微孢子蟲在亞洲蜜蜂上的一個(gè)新種類，是東方蜜蜂微孢子蟲，被命名為Nosema ceranae。有人認(rèn)為，N.ceranae主要侵染東方蜜蜂，然而有一種主張認(rèn)為西方蜜蜂在實(shí)驗(yàn)室條件下也可以被N.ceranae所侵染。2005年，有N.ceranae侵染臺(tái)灣地區(qū)的西方蜜蜂蜂群的報(bào)道。不久之后，N.ceranae侵染西方蜜蜂的事件相繼在歐洲、美國(guó)、中國(guó)以及世界范圍內(nèi)被報(bào)道。在此文中將在行為學(xué)及生理學(xué)方面回顧有關(guān)N.apis的舊學(xué)說以及目前關(guān)于N.ceranae的新研究。在基礎(chǔ)生物學(xué)研究方面，診斷和控制N.ceranae，請(qǐng)登 錄 http://www.extension.org/pages/27064/Nosemaceranae-the-inside-story。

一、這兩種蜜蜂微孢子蟲的區(qū)別

這兩種蜜蜂微孢子蟲的不同之處在表1中列出，但是這里只討論形態(tài)和癥狀，其他更多的區(qū)別在后面的章節(jié)中有詳細(xì)描述。相比N.apis的孢子，N.ceranae的孢子稍微小些，不是很對(duì)稱而且兩個(gè)末端是尖的。N.ceranae孢子的橫斷面極絲的圈數(shù)比N.apis要少些。N.ceranae更能抵抗高溫，F(xiàn)enoy等（2009）認(rèn)為 60℃溫度持續(xù)一個(gè)月的時(shí)間，超過90%的N.ceranae孢子仍然可以存活。持續(xù)冷凍一個(gè)星期N.ceranae孢子將失去90%的侵染性，而N.apis孢子會(huì)保留100%的活力。N.apis侵染性的典型癥狀是在被N.ceranae侵染的蜜蜂中所缺少的：比如冬季在蜂箱入口內(nèi)或附近排便，以及重癥感染的蜜蜂中腸呈乳白狀顏色。西班牙學(xué)者聲稱，N.ceranae的侵染率并不隨著季節(jié)呈典型的變化，而之前的學(xué)者指出N.apis的感染率在夏季降低而在春天則保持較高的侵染率。

表1 N.apis與N.ceranae的區(qū)別

二、N.ceranae比N.apis更有毒力

在西班牙廣泛被引用的研究表明，蜜蜂在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)感染N.ceranae，接種7天和8天的時(shí)間后分別有94.1%和100%的死亡率。盡管在同樣的實(shí)驗(yàn)下沒有N.apis作為對(duì)照，早期用N.apis所做的對(duì)比研究表明N.ceranae比N.apis的毒力要強(qiáng)得多。更多最近來自其他實(shí)驗(yàn)室的研究并沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)區(qū)別。Forsgen和Fries（2010）對(duì)比蜜蜂感染其他種類的死亡率，并沒有發(fā)現(xiàn)二者的不同。MSU蜜蜂實(shí)驗(yàn)室在感染這兩種微孢子蟲的實(shí)驗(yàn)上，同樣沒有發(fā)現(xiàn)二者蜜蜂死亡率的不同。尚不明確是否西班牙微孢子蟲品種更具毒力，或者西班牙蜜蜂（Apis mellifera iberica）易受N.ceranae感染。

三、Nosema apis的影響

1.對(duì)工蜂和蜂王的影響 在20世紀(jì)90年代，T.R.Liu在加拿大進(jìn)行了許多研究，大部分是N.apis在超微結(jié)構(gòu)水平上對(duì)蜜蜂的影響。他的研究指出感染了N.apis的工蜂其來自中腸上皮組織、下咽腺和咽側(cè)腺（咽側(cè)體激素的來源）的細(xì)胞有超微結(jié)構(gòu)上的變化。蜂王的卵母細(xì)胞感染了N.apis只需7天就已經(jīng)退化（注：卵母細(xì)胞與雌性生殖細(xì)胞繁殖有關(guān)）。卵巢管鞘縮成皺紋狀。在卵質(zhì)內(nèi)卵黃粒分解成小的球體和顆粒狀的物質(zhì)，卵母細(xì)胞更大面積的被溶解（被其自身的酶所破壞）。目前尚不明確是否受感染蜂王卵母細(xì)胞的退化是由于病變，缺少蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，或者保幼激素分泌的增加而導(dǎo)致感染了微孢子蟲。

2.N.apis導(dǎo)致更早覓食及保幼激素的大量產(chǎn)生感染N.apis的工蜂比未受侵染的蜜蜂咽下腺小，并且更早退化。另外，受微孢子蟲感染的蜜蜂比未受侵染的蜜蜂在行為上更快速成熟。受感染的蜜蜂更加頻繁的守護(hù)，比未受侵染的蜜蜂更早有以下行為：定位飛翔、追隨跳舞及覓食。受感染的蜜蜂飼喂蜂王亦呈減少趨勢(shì)。一個(gè)理論模型預(yù)測(cè)，工蜂在這種狀態(tài)下對(duì)比其他工蜂將承受更多的風(fēng)險(xiǎn)寄生于此蜜蜂群體，Woyciechowski和Kozlowski（1998）證明在不利天氣條件下，受N.apis侵染工蜂比健康的工蜂有更多的覓食活動(dòng)。

受N.apis感染的蜜蜂的變化十分類似那些人工應(yīng)用保幼激素所導(dǎo)致的，較少的護(hù)理照料卻更多去搜尋食物。Huang等（2001）研究是否受感染的蜜蜂較早的覓食行為是由于早期TE1水平的上升。他們發(fā)現(xiàn)受感染的工蜂比預(yù)備覓食的工蜂更早的搜尋食物而且血淋巴保幼激素滴定度更高。有人提出，N.apis的侵染作用使早期JH滴定度增高而導(dǎo)致工蜂搜尋食物。更高的保幼激素滴定度可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)供選擇的機(jī)理：宿主咽側(cè)腺（CA）提高JH的分泌，減少JH的降解，或者由 微孢子蟲直接分泌JH。同樣的研究發(fā)現(xiàn)，口頭測(cè)驗(yàn)JH生物合成的速率同JH的降解性一樣，受微孢子蟲侵染的蜜蜂比正常蜜蜂要高。工蜂隨著JH（CA）的來源而遷移，但是微孢子蟲血淋巴的保幼激素水平?jīng)]有明顯變化，而且這些蜜蜂早期并不尋找食物。這些結(jié)論表明，受微孢子蟲侵染的工蜂盡管JH降解性提高但由于其JH分泌的增多而有著較高的JH滴定度，從而比正常的蜜蜂在更早的日齡去搜尋食物。一些數(shù)據(jù)同樣表明Nosema apis不能夠直接產(chǎn)生JH。

受N.apis侵染的工蜂咽下腺較小而且較早的覓食行為很可能由于微孢子蟲侵染了中腸的上皮細(xì)胞，因此極大的削弱了宿主消化花粉的能力，此能力需要腺體的生長(zhǎng)發(fā)育。受損的蛋白質(zhì)新陳代謝可以推斷出中腸分解蛋白能力的較低，血淋巴內(nèi)氨基酸數(shù)量較少，脂肪體中的蛋白質(zhì)水平較低以及被感染的蜜蜂血淋巴蛋白質(zhì)水平很低。營(yíng)養(yǎng)的不足使卵黃原蛋白無法增加，它通常會(huì)抑制JH的產(chǎn)生。因此，在缺乏蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境下JH在這些蜜蜂體內(nèi)過早的增多。

目前尚不清楚在工蜂中是否N.ceranae引起了與N.apis同樣的變化：例如，較早的覓食行為和更多的JH產(chǎn)生。但是，基于這一事實(shí)，這兩種蜜蜂微孢子蟲都影響中腸上皮細(xì)胞，N.ceranae很可能引發(fā)同樣的工蜂早期覓食以及促進(jìn)JH的分泌。此項(xiàng)研究正在Marla Spivak的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)展開。

四、N.ceranae的影響

1.N.ceranae對(duì)學(xué)習(xí)和歸巢行為的影響 Kralj和Fuchs（2010）的研究認(rèn)為，蜜蜂的歸巢行為主要受N.ceranae的影響，一些蜜蜂是受與N.apis的共同感染。他們發(fā)現(xiàn)，受感染的蜜蜂遠(yuǎn)離蜂群6或10 m需花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間歸巢。當(dāng)脫離蜂群30 m距離時(shí)，對(duì)比健康蜜蜂，受感染蜜蜂沒有歸巢的百分率要高些。研究者還發(fā)現(xiàn)，對(duì)比出發(fā)搜尋食物的蜜蜂，受感染蜜蜂在歸巢蜜蜂中占有更低的比率，這表示一些受感染的蜜蜂沒有成功的回到蜂巢中。尚不清楚為什么受感染的蜜蜂也沒有回到蜂巢中。由于研究應(yīng)用的是已知日齡的蜜蜂，所以不是因?yàn)槭芨腥镜拿鄯浒l(fā)育早熟的原因。受感染蜜蜂沒有適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)營(yíng)養(yǎng)，從而影響它們大腦的發(fā)育以及學(xué)習(xí)的能力。尚不清楚是否N.apis對(duì)蜜蜂的學(xué)習(xí)和歸巢行為造成了同樣的影響。我們?cè)噲D確定是否受N.apis侵染的蜜蜂更遠(yuǎn)地偏離蜂群周圍，但是失敗了。

2.N.ceranae導(dǎo)致更多的能量消耗 Mayack和Naug（2010）對(duì)比了健康和受N.ceranae侵染蜜蜂的能量應(yīng)激效應(yīng)，從若干線索中發(fā)現(xiàn)受N.ceranae侵染的蜜蜂引發(fā)了能量應(yīng)激。第一，受N.ceranae感染的蜜蜂對(duì)蔗糖溶液有更多反應(yīng)（不像健康蜜蜂那樣挑剔）并在低糖濃度下伸出它們的喙。第二，受感染的蜜蜂在24小時(shí)內(nèi)消耗30%的蔗糖溶液約87 μl，而健康的蜜蜂只消耗 60 μl。因此，這表明 N.ceranae使蜜蜂更“饑餓”并使它們喝掉更多糖漿。第三，24小時(shí)周期內(nèi)，健康蜜蜂飼喂5，10，20或30 μl糖漿比受侵染的蜜蜂飼喂同樣數(shù)量的糖漿會(huì)存活的更好。但是，如果蜜蜂是自由采食，或者根本不飼喂，那么在它們的存活中這兩組沒有顯示出任何的不同。作者因此推斷N.ceranae在受感染蜂群中引發(fā)了能量應(yīng)激，并推測(cè)這可能是縮短蜂群內(nèi)受侵染蜜蜂的壽命的主要原因。

Martin-Hernández等（2011）對(duì)比這兩種蜜蜂微孢子蟲的能力消耗。研究發(fā)現(xiàn)，受N.ceranae侵染的蜜蜂死亡率和糖漿消耗最高，其次是受N.apis感染的蜜蜂，最低的是未受侵染的健康蜜蜂。此研究更進(jìn)一步的證明N.ceranae比N.apis對(duì)蜜蜂產(chǎn)生的影響略有不同。

3.N.ceranae引起免疫抑制 Antunez等（2009）研究感染N.apis或N.ceranae后蜜蜂的免疫應(yīng)答。測(cè)量被細(xì)菌感染之后在蜜蜂內(nèi)所產(chǎn)生的幾個(gè)抗菌肽，abaecin、defensin和hymentoptaecin的基因表達(dá)。在三個(gè)基因中，在感染后或者4天或者7天，N.apis的侵染會(huì)引起基因表達(dá)的升高，對(duì)比健康蜜蜂，受N.ceranae侵染的蜜蜂在基因表達(dá)上沒有表現(xiàn)任何區(qū)別，亦或者顯著的減少（abaecin是7天）。這些數(shù)據(jù)表明，N.ceranae積極的抑制被感染蜜蜂的免疫應(yīng)答，而N.apis則沒有。

Alaux等（2010）研究是否新煙堿類（吡蟲啉）和微孢子蟲（兩種類混合）對(duì)受感染蜜蜂有協(xié)同的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)這兩因子的結(jié)合導(dǎo)致最高的死亡率和食物消耗。他們還發(fā)現(xiàn)，葡萄糖氧化酶活性，一種蜜蜂用來滅菌蜂群和幼蟲飼料的酶，與健康蜜蜂相比較，只有當(dāng)兩因素的結(jié)合時(shí)它顯著的降低，只微孢子蟲或者吡蟲啉一種因素時(shí)，表明在兩種因素間有協(xié)同作用。因?yàn)槁?lián)合組顯示類似微孢子蟲孢子來計(jì)數(shù)的受微孢子蟲感染蜜蜂，似乎協(xié)同作用是由于N.ceranae的免疫抑制，使蜜蜂對(duì)殺蟲劑更敏感，而不是殺蟲劑降低了蜜蜂的抗性使微孢子蟲對(duì)其造成更大損害。

最近的一個(gè)研究，Vidau等（2011）發(fā)現(xiàn)在殺蟲劑和N.ceranae之間有類似的協(xié)同效應(yīng)。在揭示氟蟲腈或噻蟲啉的亞致死量之后，受N.ceranae感染的蜜蜂比未受侵染的蜜蜂呈現(xiàn)更高的死亡率。N.ceranae與殺蟲劑對(duì)蜜蜂死亡率的協(xié)同效應(yīng)并沒有與昆蟲解毒酶的減少有很大關(guān)聯(lián)。這是因?yàn)镹.ceranae的侵染導(dǎo)致中腸和脂肪體內(nèi)谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性增加，而不是7-乙氧基香豆素-O-脫乙基酶活性。目前尚不清楚昆蟲解毒系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)有怎樣緊密的聯(lián)系，因?yàn)橐粋€(gè)是殺蟲劑誘導(dǎo)的，另一個(gè)是寄生蟲導(dǎo)致的。

4.N.ceranae對(duì)蜂王健康影響 Alaux等（2011）研究N.ceranae對(duì)8日齡蜂王產(chǎn)生的影響。他們發(fā)現(xiàn)N.ceranae不影響脂肪體含量，它是能量貯備的指示物，但是改變了卵黃原蛋白的效價(jià)，它是生育力和壽命的指示物，總抗氧化劑容量以及蜂王上顎腺信息素。奇怪的是與預(yù)測(cè)的方向相反，受微孢子蟲感染蜂王的這些影響變化都是增加的。原因可能是研究者只觀察了8日齡的蜂王，或許因?yàn)槭躈.apis侵染的工蜂加快生長(zhǎng)發(fā)育。尚不明確是否年老的蜂王這些變化是保持不變或者與自身相反。

五、結(jié)論

關(guān)于N.apis的研究大多數(shù)在20世紀(jì)70年代至90年代，但是自從2007年人們對(duì)N.ceranae產(chǎn)生巨大興趣，尤其是國(guó)家在出現(xiàn)了蜂群崩潰失調(diào)?。–CD）之后。N.ceranae感染看來不能解釋在美國(guó)蜂群的消失，但是在西班牙它被推測(cè)是引發(fā)CCD的主要原因。兩種蜜蜂微孢子蟲對(duì)我們的蜜蜂造成危害的區(qū)別已經(jīng)十分明確（表1）。盡管有著在N.ceranae病理學(xué)方面的諸多研究，但是生物學(xué)、流行病學(xué)方面還存在許多我們無法解答的問題。我們甚至不能確定有多少歸因于N.apis的舊學(xué)說可能實(shí)際上來自于N.ceranae，還有在美國(guó)N.ceranae存在了多長(zhǎng)時(shí)間。到目前為止我們沒有在那段時(shí)間之前的單一樣本，我們只有N.apis和N.ceranae到來之后的。N.ceranae代替了N.apis的想法也是基于間接證據(jù)。然而持續(xù)的監(jiān)測(cè)與否以及N.apis怎樣慢慢消失，這可能有幫于澄清答案。