蜜蜂腸道菌群概述

張棋麟 吳杰 李還原 董志祥 苗春輝 王劉豪 郭軍 李繼蓮 ｜文

1 昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，昆明 650500；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，北京100093；3 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所，蒙自 661101

蜜蜂作為傳粉媒介的重要組成部分，是全球生物多樣性的重要因素，它們對作物、水果和野生植物的授粉活動，使其成為世界范圍內(nèi)最重要的傳粉昆蟲之一，它們不僅對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大，更是在維系生物多樣性中扮演著重要角色。

腸道微生物可以幫助宿主消化食物，幫助宿主合成宿主自身不能合成的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)宿主組織器官和免疫系統(tǒng)的發(fā)育，腸道微生物被稱為與宿主健康和疾病發(fā)生密切相關(guān)的第二器官，腸道微生物也成為當(dāng)前國際研究的熱點(diǎn)。蜜蜂腸道微生物已經(jīng)積累了很好的研究基礎(chǔ)，當(dāng)前進(jìn)入到探索腸道微生物與蜜蜂宿主健康的機(jī)制或因果關(guān)系的道路之上。因此，結(jié)合已知的蜜蜂腸道微生物的研究積累，如何最大程度挖掘出蜜蜂腸道微生物，進(jìn)行功能研究，是擺在生物學(xué)家面前需要思考的問題。本文總結(jié)現(xiàn)有的蜜蜂腸道微生物的基礎(chǔ)研究成果，概述蜜蜂腸道菌群的特征、分布，為未來從事蜜蜂甚至昆蟲腸道微生物功能研究的學(xué)者們提供參考。

一、蜜蜂腸道與健康

動物腸道中的微生物群落與宿主健康息息相關(guān)，最新的研究表明它們和宿主相互協(xié)作從而增加整個機(jī)體的適應(yīng)性，并通過腸道中的益生菌的調(diào)節(jié)作用來改善蜜蜂的健康狀況。近幾年來全球?qū)@一領(lǐng)域的研究持續(xù)升溫，當(dāng)前，受環(huán)境條件和人工干預(yù)（農(nóng)藥、化肥、抗生素等過度使用）影響，蜜蜂的健康令人擔(dān)憂，特別是病蟲害發(fā)生愈發(fā)頻繁。在如此的背景之下，從腸道微生物視角出發(fā)，探索蜜蜂保護(hù)的新策略至關(guān)重要。

1.蜜蜂腸道菌的調(diào)節(jié)作用

在蜜蜂中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌菌群中，乳酸菌和醋酸菌是近年來研究人員最感興趣的常見共生菌，由于它們可提高蜜蜂免疫力，以醋酸菌為例，將其添加到糖飼料中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，這表明醋酸菌具有潛在的益生作用。乳酸菌是革蘭氏陽性菌，耐酸，是很多昆蟲胃腸道內(nèi)的常駐菌，參與免疫調(diào)節(jié)和維護(hù)健康的腸道菌群結(jié)構(gòu)，對宿主具有有益的作用。蜜蜂消化系統(tǒng)可作為乳酸菌的最佳生態(tài)位，它們可以從蜜蜂的食物中汲取營養(yǎng)供自己生長。

乳酸菌和醋酸菌可在酸性條件下表現(xiàn)出獨(dú)特的生長特征，如產(chǎn)生有機(jī)酸和醋酸，還能代謝不同的糖。這些特性很好地解釋乳酸菌和醋酸菌可抑制酸敏感性致病菌增長原因?？紤]到甲酸、乳酸和乙酸被蜂農(nóng)用來防治病原菌感染，那么乳酸菌和醋酸菌很可能是保護(hù)蜜蜂的重要天然共生菌。從另一個角度看，當(dāng)腸道微生物分布不平衡時，尤其是乳酸菌和醋酸菌的存在度較低時，可對蜜蜂生理產(chǎn)生負(fù)面影響，并直接或間接增加宿主對疾病的易感性。受CCD影響蜂群大都受一些疾病的影響，如大蜂螨、病毒病、細(xì)菌病、真菌病及微孢子蟲病等，通過這一現(xiàn)象可知，蜜蜂的健康可能受定殖在腸道中的比例相對平衡的微生物調(diào)節(jié)。

共生菌可以調(diào)節(jié)腸道平衡，保護(hù)蜜蜂幼蟲免于感病。這種保護(hù)幼蟲的調(diào)節(jié)機(jī)制非常復(fù)雜，從對病原菌的直接對抗到產(chǎn)生抗菌物質(zhì)并激活或興奮先天免疫反應(yīng)。另外，共生菌產(chǎn)生的抗菌化合物直接抑制病原菌和蜜蜂免疫系統(tǒng)被激活（或興奮）后抗病力提高也可能是共生菌對宿主健康的調(diào)節(jié)機(jī)制之一。為了更好的理解腸道菌群的微生物生態(tài)學(xué)和群體動態(tài)對蜜蜂健康的作用，進(jìn)一步了解腸道菌的調(diào)節(jié)機(jī)制，還需要調(diào)查其他方面的內(nèi)容，如醋酸菌和乳酸菌競爭排他（競爭營養(yǎng)和粘附上皮細(xì)胞）的機(jī)制，腸道菌對宿主腸道pH的調(diào)節(jié)，微生物細(xì)胞之間的信息交流以及宿主細(xì)胞和共生菌對昆蟲腸道聚生體的影響等。

2.腸道共生菌的應(yīng)用

通過對腸道共生菌的不斷認(rèn)識，科研人員意識到共生菌可作為一種生物防治措施來預(yù)防昆蟲病原體或農(nóng)業(yè)及人類的寄生蟲。例如通過使用益生菌來抑制病原菌在人類和動物上的擴(kuò)散 。所謂益生菌是指對宿主動物產(chǎn)生有益影響并改善宿主腸道微生物平衡的活的微生物飼料添加劑。由于蜜蜂益生菌的研究目前只是建立在理論上，這個領(lǐng)域的研究目前還比較少。最近的研究開始考慮在疾病發(fā)作時使用蜜蜂共生菌抵抗病原體、寄生蟲或增強(qiáng)蜜蜂免疫力的可能性。在一些與蜜蜂共生菌相關(guān)的研究中，乳酸菌已經(jīng)被認(rèn)為是一種能興奮蜜蜂免疫力、幫助幼蟲抵御病原菌侵襲的有效益生菌。

腸道菌群的平衡在營養(yǎng)、代謝和免疫功能等方面對蜂群的健康起到重要的作用，并對蜜蜂健康的改善有著重要意義。在蜜蜂等傳粉昆蟲不斷面臨的各種健康威脅下，弄清腸道菌群的影響因素與維持機(jī)理、開發(fā)可提高傳粉昆蟲活力和免疫力的優(yōu)勢共生菌、建立以腸道菌群平衡為目標(biāo)的改善策略來增強(qiáng)蜜蜂對環(huán)境及各種病原菌的適應(yīng)和抵抗能力將對蜜蜂養(yǎng)殖快速穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。

二、蜜蜂腸道菌群的種類

蜜蜂腸道中棲息著大量的微生物，它們與蜜蜂的營養(yǎng)生理活動有很大的關(guān)系，一方面其群落結(jié)構(gòu)、代謝活動受到蜜蜂腸道微環(huán)境的影響，另一方面它們也影響蜜蜂的生命活動。目前在蜜蜂屬和熊蜂屬中發(fā)現(xiàn)的腸道共生菌主要?dú)w為八大類（共9種），細(xì)菌優(yōu)勢種系型來自5個綱：3種來自Alphaproteobacteria，1種來自Betaproteobacteria，2種來自Gammaproteobacteria，2種來自Firmicutes，1種來自Actinobacteria。鑒定到種的共有5種（其中Alpha-2.2的最新命名還未得到認(rèn)可）。Firm-4和Firm-5包含的細(xì)菌種類較多，分類地位也尚未確定。

1. Gilliamella apicola

G. apicola在定名前被稱為Gamma-1，屬于γ-變形菌綱，革蘭氏陰性。該菌株已經(jīng)從蜜蜂和熊蜂腸道內(nèi)分離到。

2. Frischella perrara

F.perrara即Gamma-2，屬于γ-變形菌綱，革蘭氏陰性菌。Frischella屬是兼性厭氧的細(xì)菌。Frischella屬細(xì)菌在大多數(shù)工蜂腸道內(nèi)都存在，占蜜蜂工蜂個體腸道細(xì)菌總數(shù)的13%。F. perrara菌株已經(jīng)從西方蜜蜂腸道內(nèi)分離到，在歐洲的熊蜂中并未檢測到，而在中國的熊蜂腸道菌群中則檢測到該種的存在。

3. Snodgrassella alvi

S. alvi也稱為Beta類群，位于β-變形菌綱、奈瑟菌科內(nèi)，革蘭氏陰性菌。分離自蜜蜂和熊蜂腸道中S. alvi菌株的最適生長環(huán)境同G. apicola相似。S. alvi菌株已從蜜蜂和熊蜂腸道內(nèi)分離到，典型的菌株為S. alviwkB2T。Snodgrassella屬細(xì)菌占蜜蜂工蜂個體腸道細(xì)菌總數(shù)的0.6%～39%。

4. Alpha-1和Alpha-2類群

醋酸菌科的細(xì)菌在蜜蜂腸道內(nèi)主要為Alpha-1 和Alpha-2。Alpha-1種系型屬于巴爾通氏體屬（Bartonella），在西方蜜蜂中普遍存在，是一組胞內(nèi)病原菌； Alpha-2又分為Alpha-2.1和Alpha-2.2，Alpha 2.2分離自蜜蜂腸道， Alpha 2.2和其他一些細(xì)菌可棲息于哺育蜂蜜囊、咽下腺以及王漿中，但Alpha 2.2在蜜蜂中腸和后腸中幾乎不存在。Alpha 2.2存在于蜂糧中，采集蜂的蜜囊里及幼蟲體內(nèi)，在哺育蜂和采集蜂的中腸和后腸中的含量微乎其微。

5. Bifido類群

Bifido是放線菌亞綱（Actinobacteridae）雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）的細(xì)菌，其存在有益于蜂群健康，是蜜蜂和熊蜂的重要益生菌。雙歧桿菌在蜜蜂和熊蜂中比較普遍。Bi fi dobacterium存在于大多數(shù)成年工蜂腸道中，據(jù)估計，雙歧桿菌約占蜜蜂腸道細(xì)菌的15%。

6. Firm-4和Firm-5類群

Lactobacillus屬細(xì)菌細(xì)胞從長細(xì)桿狀到短球桿狀變化。乳酸桿菌（Lactobacilli）被廣泛用作益生菌，對宿主生物體的健康有益。與蜜蜂相關(guān)的Lactobacillus主要?dú)w在兩個進(jìn)化分支中，即Firm-4和Firm-5 ，是蜜蜂腸道中最豐富的細(xì)菌群落，在單個工蜂腸道中豐度預(yù)計在20%～99%。

乳酸菌是重要的益生菌之一，在自然界廣泛存在，與許多動植物和食物都有聯(lián)系，它們的存在有利于宿主的健康。這個屬的細(xì)菌常與雙歧桿菌屬細(xì)菌一起形成蜜蜂和熊蜂體內(nèi)的益生菌群。

（未完待續(xù)）