昆蟲(chóng)腸道微生物分離培養(yǎng)策略探究

郭子俊，字 燕

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南昆明 650201）

昆蟲(chóng)腸道是昆蟲(chóng)與外部環(huán)境之間重要的交界，其中具有數(shù)量龐大的微生物，種類(lèi)繁多，有細(xì)菌、真菌、病毒等各種微生物。腸道微生物受到昆蟲(chóng)和外界環(huán)境的雙重調(diào)解，二者相互依存、制約，在生理?xiàng)l件上達(dá)到平衡。與此同時(shí)，腸道微生物也對(duì)昆蟲(chóng)的生理和病理等多方面的特征也有十分顯著的影響。受到多種條件的影響，昆蟲(chóng)腸道微生物受到各界廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，各項(xiàng)研究表明，昆蟲(chóng)腸道微生物參與了許多病癥和發(fā)育的過(guò)程，昆蟲(chóng)腸道微生物分離培養(yǎng)技術(shù)引起研究熱潮，取得較為顯著的進(jìn)展。

1 昆蟲(chóng)腸道微生物的概述

昆蟲(chóng)是自然界較為多樣化的物種，在一般情況下，它從環(huán)境和食物中獲取各類(lèi)的微生物，經(jīng)過(guò)腸道的運(yùn)作和選擇獲取共生菌。在這種情況下，昆蟲(chóng)腸道微生物較大程度依賴(lài)于昆蟲(chóng)的食物種類(lèi)和其物理環(huán)境，主要有四種棲居方式。

一般情況來(lái)講，腸道微生物主要來(lái)源于體外，處于動(dòng)態(tài)變化之中，不同微生物之間存在較大的差異。受到昆蟲(chóng)的食性和生理結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，昆蟲(chóng)腸道微生物就有較強(qiáng)的多樣性和穩(wěn)定性，部分腸道微生物的種群結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，對(duì)昆蟲(chóng)而言也具有較為重要的生理作用。

2 腸道微生物的分類(lèi)情況

腸道微生物與其他物種在基本性質(zhì)上相同，數(shù)量和種類(lèi)繁多，受環(huán)境的影響，具有不同的組成結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，有以下幾種結(jié)果：

2.1 常駐微生物和過(guò)路微生物

腸道微生物具有多樣性，在不同的環(huán)境下呈現(xiàn)不同的生存和居住狀態(tài)，根據(jù)其不同的性質(zhì)，可具體分為常駐微生物和過(guò)路微生物。前者的生存狀態(tài)較為穩(wěn)定，生活于昆蟲(chóng)腸道內(nèi)部特定的區(qū)域；后者無(wú)固定的生存區(qū)域，不能在腸道內(nèi)部長(zhǎng)久地生存。與此同時(shí)，常駐微生物的增殖速度較快，甚至超過(guò)昆蟲(chóng)對(duì)其的排除速度。

2.2 胞內(nèi)共生菌和胞外共生菌

根據(jù)不同的生長(zhǎng)形態(tài)，昆蟲(chóng)腸道微生物可分為胞內(nèi)共生菌和胞外共生菌。前者存在較為廣泛，大多存在于宿主的血腔中，生活在特定的細(xì)胞中，在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為一種特殊的含菌體形態(tài)。而胞外共生菌則不同，有多種多樣的形態(tài)，依附于腸壁內(nèi)部的細(xì)胞組織，生存不夠固定。

3 昆蟲(chóng)腸道微生物的生物學(xué)功能及技術(shù)開(kāi)發(fā)意義

3.1 幫助昆蟲(chóng)消化食物

昆蟲(chóng)通過(guò)腸道消化微生物獲取必要的營(yíng)養(yǎng)，而腸道微生物除了可以提供必要的營(yíng)養(yǎng)，還可以分泌消化酶，幫助昆蟲(chóng)消化部分食物。以植食性昆蟲(chóng)的研究為例，例如食木蟑螂和白蟻，該類(lèi)昆蟲(chóng)主要依賴(lài)自身和其腸道微生物進(jìn)行食物的消化，不能僅憑借自身分泌的纖維素酶對(duì)植物纖維進(jìn)行消化。部分昆蟲(chóng)需要依賴(lài)腸道微生物進(jìn)行食物的消化，低等及高等的白蟻同樣需要依靠腸道內(nèi)部的真菌或細(xì)菌對(duì)食物內(nèi)部的纖維素進(jìn)行分解和消化，汲取營(yíng)養(yǎng)。各項(xiàng)研究表明，大部分昆蟲(chóng)腸道微生物，借助其內(nèi)部分泌的消化酶，對(duì)腸道內(nèi)部?jī)?chǔ)存的食物進(jìn)行分解，進(jìn)而協(xié)助昆蟲(chóng)消化食物。

3.2 提高昆蟲(chóng)的防御和抵抗能力

昆蟲(chóng)腸道微生物依附于宿主體內(nèi)，對(duì)宿主產(chǎn)生各種各樣的影響，具有十分重要的作用。從具體的地理環(huán)境來(lái)講，昆蟲(chóng)腸道微生物可以提高宿主的防御和解毒能力，增強(qiáng)其抵抗力，抵御病原細(xì)菌的入侵和天敵的捕食。通過(guò)研究表明，一些昆蟲(chóng)腸道微生物可以通過(guò)礦化等相關(guān)作用將外部有毒物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，幫助昆蟲(chóng)進(jìn)行解毒。以煙草甲為例，其體內(nèi)的酵母類(lèi)共生體可以發(fā)揮解毒的作用，對(duì)宿主外源有毒物質(zhì)進(jìn)行解毒，在很大程度上提高了昆蟲(chóng)的抵御能力。

3.3 提供必要的營(yíng)養(yǎng)成分

大部分昆蟲(chóng)的食物來(lái)源較為單一，在生長(zhǎng)過(guò)程中往往缺乏必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和成分，例如吸血類(lèi)昆蟲(chóng)。面對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足時(shí)，昆蟲(chóng)腸道微生物會(huì)合成多種的營(yíng)養(yǎng)成分，為昆蟲(chóng)提供天然食物中缺乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而更好地維持昆蟲(chóng)生命活動(dòng)的正常運(yùn)行。除此之外，相關(guān)的研究顯示，部分昆蟲(chóng)的天然食物中缺乏生長(zhǎng)發(fā)育所必要的酸性等其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在這種情況下，宿主需要充分發(fā)揮腸道微生物的合成作用，從而獲取必要營(yíng)養(yǎng)成分來(lái)滿足其生長(zhǎng)發(fā)育需要。

3.4 對(duì)昆蟲(chóng)的壽命、發(fā)育和繁殖產(chǎn)生一定影響

根據(jù)調(diào)查顯示，部分昆蟲(chóng)體內(nèi)的共生微生物在一定情況下可分泌一種性引誘劑，引誘成蟲(chóng)進(jìn)行交配，推動(dòng)下一代昆蟲(chóng)的發(fā)育和繁殖。與此同時(shí)，對(duì)綠蝽的腸道微生物進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)抗生素處理過(guò)的微生物種類(lèi)和數(shù)量明顯減少，昆蟲(chóng)的生命期延長(zhǎng)，但存活率和產(chǎn)卵率明顯下降。通過(guò)這種情況，可以得知，腸道微生物在不同的昆蟲(chóng)體內(nèi)可以對(duì)宿主的壽命、發(fā)育和繁殖產(chǎn)生不同程度的影響。

4 昆蟲(chóng)腸道微生物分離培養(yǎng)的應(yīng)用研究

根據(jù)多項(xiàng)研究顯示，對(duì)昆蟲(chóng)腸道微生物進(jìn)行分離培養(yǎng)會(huì)有較大的使用價(jià)值，在很多方面會(huì)發(fā)揮更大的作用。

4.1 害蟲(chóng)防治

在昆蟲(chóng)物種進(jìn)化的過(guò)程中，宿主和腸道微生物也形成緊密的聯(lián)系，進(jìn)行充分的研究，通過(guò)分離培養(yǎng)的方式，可以更好地找到害蟲(chóng)防治的方法和策略。而對(duì)昆蟲(chóng)腸道微生物分離培養(yǎng)用于害蟲(chóng)防治，在國(guó)際上也得到廣泛的關(guān)注和一定的認(rèn)可。通過(guò)改造腸道微生物，控制相關(guān)有害昆蟲(chóng)的傳入，可以更好地抑制疾病的傳播。例如，早期科學(xué)家通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)基因的轉(zhuǎn)入與再生，將新的細(xì)菌在昆蟲(chóng)體內(nèi)繁殖，抑制該昆蟲(chóng)傳播相關(guān)疾病的能力，獲得較大的成效。之后的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也得到較大的成功?？梢猿浞职l(fā)揮腸道微生物引誘作用，利用相關(guān)的試劑和容器對(duì)其進(jìn)行分離和培養(yǎng)，吸引部分害蟲(chóng)上鉤，達(dá)到更好的害蟲(chóng)防治的效果。與此同時(shí)，開(kāi)辟新的思路，充分發(fā)揮其之間互作關(guān)系的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮腸道微生物破壞免疫屏障的作用，更好地抵御害蟲(chóng)的攻擊，利于害蟲(chóng)防治。

4.2 應(yīng)用于昆蟲(chóng)資源具體的開(kāi)發(fā)

通過(guò)各項(xiàng)研究顯示，對(duì)昆蟲(chóng)腸道微生物進(jìn)行分離和培養(yǎng)，具有較大的使用價(jià)值。進(jìn)行相關(guān)的研究，通過(guò)更加深入地探索昆蟲(chóng)腸道微生物與其宿主之間的關(guān)系，更好地認(rèn)識(shí)其發(fā)展的規(guī)律，從而制作效果更加良好的微生態(tài)制劑，不斷提高使用質(zhì)量和效率。當(dāng)下，一些具有重要價(jià)值的研究已經(jīng)展開(kāi)，在具體的操作過(guò)程中，也獲取許多具有更大價(jià)值的細(xì)菌，進(jìn)一步推動(dòng)昆蟲(chóng)資源的開(kāi)發(fā)，同時(shí)可以進(jìn)一步提高昆蟲(chóng)飼養(yǎng)的水平。從這種情況看來(lái)，昆蟲(chóng)腸道微生物的分離和培養(yǎng)具有較大的意義，需要不斷完善相關(guān)的工具和設(shè)施，使制造微生態(tài)制劑的過(guò)程更加嚴(yán)謹(jǐn)，在應(yīng)用過(guò)程中更加嚴(yán)格，避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

相關(guān)的研究顯示，科學(xué)家曾經(jīng)對(duì)一種生物降解資源昆蟲(chóng)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其腸道微生物的產(chǎn)物對(duì)其卵具有十分強(qiáng)大的引誘作用。通過(guò)該研究，其涉及的細(xì)菌復(fù)合體已經(jīng)被開(kāi)發(fā)成微生態(tài)制劑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于該類(lèi)昆蟲(chóng)的繁殖和規(guī)模化生產(chǎn)。

4.3 生物能源生產(chǎn)

不同種類(lèi)的昆蟲(chóng)腸道微生物具有不同的應(yīng)用價(jià)值。以植食性昆蟲(chóng)為例，比如白蟻，他們具有十分強(qiáng)大的轉(zhuǎn)化作用，可以將食物中的相關(guān)生物纖維素轉(zhuǎn)化為天然食物中不存在的物質(zhì)，從而獲取所需要的營(yíng)養(yǎng)成分和能量。該類(lèi)昆蟲(chóng)在生長(zhǎng)中都進(jìn)化發(fā)展出一套獨(dú)特的消化系統(tǒng)，可以借助自身和其腸道微生物通過(guò)共生作用進(jìn)行消化和代謝。比如，低等的白蟻可以通過(guò)自身和腸道微生物的共生作用，降解纖維，轉(zhuǎn)化為葡萄糖，從中提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)此，該類(lèi)昆蟲(chóng)腸道微生物具有大量可以降解相關(guān)物質(zhì)纖維素活性的基因資源，通過(guò)對(duì)其分離和培養(yǎng)，可以廣泛應(yīng)用于生物能源產(chǎn)業(yè)。相關(guān)的研究顯示，從美洲大連中分離細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)獲得成功，成功得到具有纖維素水解活性的細(xì)菌，進(jìn)一步推動(dòng)基因克隆的研究和發(fā)展。在這種情況下，進(jìn)行充分研究，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的工具和技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分離和培養(yǎng)，克隆改造出新的基因，充分發(fā)揮其降解轉(zhuǎn)化作用，可以更加廣泛地應(yīng)用于生物能源生產(chǎn)，從而更好地推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。

5 結(jié)語(yǔ)

昆蟲(chóng)腸道微生物在許多方面都發(fā)揮著十分重要的作用，可以為昆蟲(chóng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高其免疫力和防御能力，有利于昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)和發(fā)育。而充分發(fā)揮昆蟲(chóng)腸道微生物的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行分離和培養(yǎng)，具有較大的使用價(jià)值，將會(huì)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。開(kāi)發(fā)昆蟲(chóng)腸道微生物分離培養(yǎng)技術(shù)，可以廣泛地應(yīng)用于害蟲(chóng)防治，抑制昆蟲(chóng)傳播疾病的能力?？梢詰?yīng)用于昆蟲(chóng)資源的開(kāi)發(fā)，更加科學(xué)地制造微生態(tài)制劑，提高昆蟲(chóng)飼養(yǎng)的水平。與此同時(shí)，可以克隆有效基因，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)化降解作用，廣泛應(yīng)用于生物能源生產(chǎn)。