昆蟲源共生菌鑒定方法研究進(jìn)展

侯金麗

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191

昆蟲與微生物的共生關(guān)系是昆蟲學(xué)和微生物學(xué)交叉研究領(lǐng)域的一個重要課題。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對昆蟲源共生菌的鑒定和研究取得了顯著成效。這些共生菌在昆蟲的生存和進(jìn)化過程中扮演著至關(guān)重要的角色，微生物可以保護(hù)宿主在變態(tài)發(fā)育最脆弱的階段免受病原體感染，為變態(tài)發(fā)育提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)和促進(jìn)變態(tài)發(fā)育的因子[1]。陳彤彤[2]研究發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)共生菌有助于谷蠹成蟲羽化后外表皮的形成。在過去，昆蟲源共生菌的研究主要依賴于傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)技術(shù)，但許多共生菌難以在實驗室培養(yǎng)，限制了人們對它們的認(rèn)知。隨著分子生物學(xué)方法，尤其是PCR 技術(shù)和16S rRNA 基因測序的引入，科學(xué)家開始能夠更準(zhǔn)確地鑒定和分類昆蟲體內(nèi)的微生物組成了。這些方法使研究人員能夠繞過培養(yǎng)條件的限制，直接從昆蟲樣本中提取DNA，從而進(jìn)行微生物多樣性分析。高通量測序技術(shù)和宏基因組學(xué)的應(yīng)用極大地豐富了對昆蟲微生物共生關(guān)系的研究，提供了全面的微生物組成和功能信息。徐昭煥[3]等采用Illumina HiSeq 二代高通量測序方法，分析桃蚜取食不同寄主植物后體內(nèi)微生物（細(xì)菌和真菌）群落的多樣性與差異性。這些技術(shù)不僅可以揭示共生菌的種類，還可以探索它們在昆蟲體內(nèi)作用與相互作用的網(wǎng)絡(luò)。綜上所述，昆蟲源共生菌的鑒定方法從傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法轉(zhuǎn)為基于分子和宏基因組的高通量技術(shù)，為深入理解昆蟲與微生物的共生關(guān)系提供了新視角和工具。因此，本文對昆蟲源共生菌鑒定方法的研究進(jìn)展展開探討，以期為相關(guān)人員提供參考。

1 昆蟲與共生菌的相互作用

昆蟲與共生菌之間的互利共生關(guān)系通常表現(xiàn)為昆蟲和微生物相互依賴，雙方均能從這種關(guān)系中獲益。一方面，共生菌為昆蟲提供了一系列生理益處。昆蟲體內(nèi)存在的共生菌可以調(diào)節(jié)宿主的生殖和抗逆性，推動宿主進(jìn)化[4]。例如蚜蟲、煙粉虱等昆蟲體內(nèi)除了原有共生菌，還存在雷熱氏菌，漢密爾頓氏菌等多種共生菌，能夠提高昆蟲的生殖能力和抗殺蟲微生物能力[5]。另一方面，昆蟲為共生菌提供了適宜的生存環(huán)境和營養(yǎng)來源。在這種共生關(guān)系中，共生菌通常棲息于昆蟲身體的特定部位，如腸道、腺體或皮膚表面。昆蟲體內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境為共生菌生長提供了條件，而昆蟲的攝食活動則為共生菌提供了必需的營養(yǎng)物質(zhì)[6]。

2 共生菌鑒定方法

2.1 傳統(tǒng)鑒定方法

在分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展之前，對昆蟲微生物的鑒定主要依賴于傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)及生理生化特性的方法。包括對菌落的宏觀形態(tài)學(xué)觀察，以及通過各類生理生化實驗進(jìn)行詳細(xì)的鑒別，例如糖類、蛋白質(zhì)和氨基酸的代謝試驗、胺鹽及有機(jī)酸鹽的利用試驗、毒性酶類試驗以及呼吸酶類試驗等[7]。孟祥杰[8]采用平板法對六斑異瓢蟲雌性成蟲的腸道消化道內(nèi)容物進(jìn)行分離和純化，成功獲得了5 種不同的細(xì)菌菌株?？傊谀承┣闆r下，傳統(tǒng)方法可以提供穩(wěn)定可靠的鑒定結(jié)果，尤其是對于那些容易培養(yǎng)的微生物種類而言。

2.2 分子生物學(xué)方法的發(fā)展

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，昆蟲源共生菌的鑒定方法經(jīng)歷了顯著性變革。這些方法克服了傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)的限制，為快速、準(zhǔn)確地鑒定和分析昆蟲共生菌提供了新途徑。分子生物學(xué)方法的一個核心應(yīng)用就是利用基因標(biāo)記物進(jìn)行微生物鑒定。對于細(xì)菌，16S rRNA 基因是常用的分子標(biāo)記物，因其高度保守的序列特征被廣泛應(yīng)用于細(xì)菌的鑒定和分類工作中。章雨璐[9]通過優(yōu)化分析利用16S rRNA 對椰心葉甲腸道共生菌進(jìn)行了研究。蘭明先[10]則結(jié)合形態(tài)鑒定和16S rDNA 技術(shù)，成功分離并鑒定了澤蘭實蠅幼蟲內(nèi)生細(xì)菌，共分離出22 株菌，并成功鑒定出21 種，分屬于10 個屬。

宏基因組學(xué)技術(shù)提供了一種研究昆蟲微生物群落整體組成的方法。通過直接測序昆蟲樣本中全部微生物的DNA，宏基因組學(xué)可以揭示昆蟲共生菌的多樣性和豐度[11]。該方法不依賴于微生物培養(yǎng)，因此能夠展示更加全面和真實的共生菌群落組成。易春燕[12]則通過提取眼斑芫菁幼蟲腸道的共生菌，結(jié)合16S rRNA 測序技術(shù)，指出斑芫菁幼蟲腸道共生菌的多樣性會受食物影響。熒光原位雜交（FISH）技術(shù)允許在固定的組織或細(xì)胞樣本中精準(zhǔn)定位特定的核酸序列，已成為一項普遍應(yīng)用的、高效的、直觀的核酸分子熒光檢測方法[13]。通過使用標(biāo)記有熒光染料的特異性探索，F(xiàn)ISH 技術(shù)可以在昆蟲體內(nèi)直觀觀察到特定菌株的分布情況。這些分子生物學(xué)方法的應(yīng)用大大拓寬了昆蟲與共生菌相互作用研究的視野，使科學(xué)家能夠更深入地理解這些微生物在昆蟲生態(tài)系統(tǒng)中的作用。隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，預(yù)計未來在昆蟲共生微生物研究領(lǐng)域?qū)⑷〉酶嘀匾倪M(jìn)展。

3 共生菌鑒定的實際應(yīng)用

3.1 農(nóng)業(yè)害蟲中共生菌的鑒定

在農(nóng)業(yè)害蟲管理中，害蟲體內(nèi)的共生菌會在害蟲的生理功能、生態(tài)適應(yīng)性甚至是對農(nóng)藥的抵抗性方面發(fā)揮作用。因此，理解害蟲與其體內(nèi)共生菌之間的關(guān)系對于開發(fā)新的害蟲控制策略具有重要意義。在共生菌與害蟲抗藥性方面，一些研究發(fā)現(xiàn)，某些農(nóng)業(yè)害蟲中的共生菌也參與了它們對特定農(nóng)藥的抗性機(jī)制。例如，某些細(xì)菌能夠分解或中和農(nóng)藥，以減少藥劑對害蟲的毒性。通過鑒定這些共生菌并了解其作用機(jī)制，可以為開發(fā)新型農(nóng)藥或優(yōu)化現(xiàn)有農(nóng)藥提供重要依據(jù)[14]。其次，對農(nóng)業(yè)害蟲中共生菌的鑒定為開發(fā)生物控制策略提供了潛在可能。例如，王政午指出捕食攜帶Serratia 的豌豆蚜對龜紋瓢蟲的適合度造成了負(fù)面影響[15]。最后，農(nóng)業(yè)害蟲中共生菌的鑒定對于理解害蟲在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的角色同樣至關(guān)重要。吳秋琳[16]通過重新構(gòu)建各稻區(qū)之間“蟲源區(qū)-降落區(qū)”的關(guān)系，描繪了東亞地區(qū)稻飛蝗的遷飛格局。她深入研究了害蟲的生物學(xué)特性，包括其繁殖習(xí)性、生存和擴(kuò)散能力、及其與環(huán)境因子的相互作用，為農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域提供了重要參考。

3.2 昆蟲源共生菌在生物制藥中的潛力

昆蟲源共生菌在生物制藥領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。由于其獨特的生態(tài)地位及其與宿主昆蟲的緊密互動，這些微生物能夠產(chǎn)生多種具有生物活性的物質(zhì)，對于新藥開發(fā)具有重要價值[17]。研究發(fā)現(xiàn)，成千上萬種昆蟲，如蒼蠅、金龜子和蝴蝶，都具備強(qiáng)大的抵御真菌和細(xì)菌感染的能力。研究人員通過研究昆蟲的免疫系統(tǒng)，成功分離出了昆蟲體內(nèi)的抗微生物肽。經(jīng)過測試，這些抗微生物肽表現(xiàn)出了破壞微生物細(xì)胞膜的強(qiáng)大能力[18]。李帥[19]指出，在Hypocrella sp.BCC 14524 中成功分離出了7 個羊毛笛烷型三酷化合物和3 個阿帕烷型三酷化合物。通過活性實驗測試，研究人員發(fā)現(xiàn)部分化合物在對抗瘧疾、抗菌以及抑制NCI-H187 細(xì)胞的毒活性方面具有較好的成效。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是分子生物學(xué)和宏基因組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對昆蟲共生菌的培養(yǎng)和認(rèn)識方法已從傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁咝?、全面的分子鑒定方法。這些技術(shù)不僅提高了鑒定效率，還揭示了昆蟲與共生菌之間復(fù)雜的作用機(jī)制。昆蟲源共生菌在農(nóng)業(yè)害蟲控制及新型藥物研發(fā)方面顯示出了巨大的潛力。這些研究不僅對于保護(hù)生物多樣性和理解生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，也為未來農(nóng)業(yè)實踐的可持續(xù)發(fā)展和新藥研發(fā)提供了新的視角和策略。