微生物在蜂群營養和健康上的重要性（三）

本文前兩部分討論了微生物（細菌和真菌）如何促進蜂群的健康（圖1），微生物幫助飼料加工、消化和降低病原的繁衍。在第二部分，討論了抗生素和殺蟲劑等因素能阻礙蜂群微生物菌群的繁衍和多樣性，可能影響蜂群健康。前兩部分的共同點是，思考的時間很長，從進行的蜜蜂科學研究獲得的真實資料不多。實際上，關于蜜蜂和蜂糧中有益微生物了解很少，所知道的大部分是來自幾十年前的研究。現代分子微生物技術能夠提供更完全的細菌和真菌多樣性資料。然而，這些技術還未應用于描述存在于健康蜂群的微生物。本文第三部分將進行多項研究來確定健康蜂群中存在哪些微生物，我們也要考察污染的花粉、抗生素處理及補充飼喂對微生物的繁衍和多樣性以及對蜂群健康和生存的影響。

了解微生物在保持蜂群健康作用的良好開端，是鑒定哪些微生物生活在健康蜂群中。表面上這似乎是簡單明了的問題，然而，確定健康蜂群中的微生物菌群十分復雜。首先，蜂群從可以獲得花粉資源開始全年是變化的。有春季花粉，蜜蜂用它們培育幼蟲和發展群勢；有夏季花粉，蜜蜂用它們維持群勢。最后，有秋季花粉，蜜蜂用它們維持度過冬季。蜂群中花粉的類型對微生物多樣性的作用是什么？根據蜜蜂采集的花粉，一年特定時間存在微生物的循環？或者微生物依賴蜜蜂采集的任何種類花粉穩定地繁衍？

我們知道某些微生物發現在蜜蜂體內及采集、

黃文誠 編譯

本文前兩部分討論了微生物（細菌和真菌）如何促進蜂群的健康（圖1），微生物幫助飼料加工、消化和降低病原的繁衍。在第二部分，討論了抗生素和殺蟲劑等因素能阻礙蜂群微生物菌群的繁衍和多樣性，可能影響蜂群健康。前兩部分的共同點是，思考的時間很長，從進行的蜜蜂科學研究獲得的真實資料不多。實際上，關于蜜蜂和蜂糧中有益微生物了解很少，所知道的大部分是來自幾十年前的研究。現代分子微生物技術能夠提供更完全的細菌和真菌多樣性資料。然而，這些技術還未應用于描述存在于健康蜂群的微生物。本文第三部分將進行多項研究來確定健康蜂群中存在哪些微生物，我們也要考察污染的花粉、抗生素處理及補充飼喂對微生物的繁衍和多樣性以及對蜂群健康和生存的影響。

了解微生物在保持蜂群健康作用的良好開端，是鑒定哪些微生物生活在健康蜂群中。表面上這似乎是簡單明了的問題，然而，確定健康蜂群中的微生物菌群十分復雜。首先，蜂群從可以獲得花粉資源開始全年是變化的。有春季花粉，蜜蜂用它們培育幼蟲和發展群勢；有夏季花粉，蜜蜂用它們維持群勢。最后，有秋季花粉，蜜蜂用它們維持度過冬季。蜂群中花粉的類型對微生物多樣性的作用是什么？根據蜜蜂采集的花粉，一年特定時間存在微生物的循環？或者微生物依賴蜜蜂采集的任何種類花粉穩定地繁衍？

我們知道某些微生物發現在蜜蜂體內及采集、

儲藏的花粉中，所以飼料源在蜂群的微生物菌群上可能是重要的。如果采用其他的社會昆蟲——切葉蟻做模型，我們推測不論花粉源如何，微生物菌群全年都是非常穩定的。切葉蟻用采集的植物物質培養真菌，真菌是切葉蟻吃的真正飼料，葉子是真菌的培養基。真菌在切葉蟻采集的任何植物葉子上生長，雖然生長速度可能不同。對于蜜蜂可能是同樣情況。微生物可能在任何種類的花粉上繁衍，但是速度不同。這可以解釋為什么蜜蜂有時采集營養價值低的花粉（例如玉米花粉或其他風媒植物花粉）。迄今已有的營養分析集中在花粉上，不是在花粉制作的蜂糧上。要了解花粉真正的營養價值和蜂群的微生物菌群在全年的變動，需要確定花粉源和微生物多樣性之間的關系。

影響蜂群微生物菌群的另外一個因素是蜜蜂的遺傳學。即使歐洲蜂群和非洲蜂群采集同樣的蜜粉源，它們的微生物菌群相同嗎？由于和蜂王交配的雄蜂的數量形成蜂群遺傳的多樣性影響微生物的多樣性嗎？如果采用人類做模型，我們推測遺傳物質決定微生物菌群的成分。調查研究人胃中的微生物群落指出，不同人種具有的胃微生物群落不同，在微生物的組成種類上明顯不同。在蜜蜂方面，蜂群中微生物種類可能使歐洲蜜蜂、非洲蜜蜂、俄羅斯蜜蜂之間形成差異，或者在單雄交配和多雄交配的蜂王在產卵率、群勢增長或對某種疾病的易感性上產生差異。

另外一個影響微生物多樣性的變量是蜜蜂日齡。工蜂羽化時胃中沒有微生物，蜜蜂不久通過與同伴交換飼料就被接種上群內的微生物。然而，工蜂的食物和生理隨著日齡和它們執行的任務改變，其攜帶的微生物可能發生變化。很有可能工蜂的微生物菌群影響工蜂執行任務時不同的生理狀況。

除了蜂群之間可能存在微生物的多樣性以外，由于蜂群遺傳性或蜜蜂日齡結構，蜜蜂用來加工蜂糧的微生物也隨時間延長而改變。只有一項研究考察過蜂糧中的微生物，指出在花粉發酵和預消化的3周多期間微生物是發展的。我們知道僅有一小部分微生物能夠離開宿主環境被培養。雖然在這項研究中培養了十幾種微生物，無疑，在加工花粉和轉化成蜂糧時需要的微生物還有很多。

在初步研究中，采用變性梯度凝膠電泳（DGGE）。變性梯度凝膠電泳分離個別的微生物DNA分子，在凝膠上形成分離明顯的帶（圖及說明略）。可能影響蜂群中微生物菌群的全部變量對于認識是重要的，只有極少微生物可以看到和培養。了解微生物菌群中有什么的挑戰，產生各種技術，包括變量梯度凝膠電泳、基因圖譜、特定基因的探針、圖示代謝活性的“微陣列”以及宏基因組學。宏基因組學是一個新發展的領域，其中基因組分析的能力（一個生物體全部基因的分析）應用于整個微生物菌群。聯合應用新技術分離和培養個別的微生物物種，這些技術揭露所有生命系統中的健康微生物共生生物遠比100多年來微生物研究所知道的多得多（關于宏基因組學及其應用可查閱http://dels.nas.edu/dels/rpt_briefs/metagenomics_final.pdf）。

為了鑒定健康蜂群中的微生物，我們要采集蜜蜂和蜂糧，從這些樣本的全部微生物提取DNA，采用宏基因組學及其他分子分析技術分析微生物菌群。然后我們在DNA中篩選各種功能的基因，例如產生維生素或抗生素的基因。采用這種方法已經發現了新抗生素。健康蜂群的全微生物分析，將揭示微生物或者至少揭示蜜蜂加工及保存它們飼料所需要的基因順序。

我們所提議的確實是龐大而困難的任務。然而，許多微生物系統的分子分析和宏基因組學分析已經進行了（例如：人胃、地面下的熱含水土層以及各種植物和動物），并且產生了資料，它們在人類健康、能源生產和環境修復方面提供了新的解決方案。有病的和健康的蜂群中微生物的完全的宏基因組學分析，將加深我們對蜜蜂如何加工和保存飼料，從其中獲得營養和預防疾病爆發（這些在蜂箱的環境中是很普通的）的了解。

一旦健康蜂群中的微生物菌群被確定，就能夠開始考察諸如殺蟲劑、殺菌劑等環境污染對蜜蜂用來保持蜂群健康的亞致死作用。我們調查用于防病的廣譜抗菌素如何影響有益微生物及飼料加工和儲藏。我們確定蜂群暴露在殺菌劑或抗生素時，那些微生物或基因順序消失了。我們還發現飼料儲藏，特別是蜂糧，沒有經過適當的加工或儲藏，因此變得對蜜蜂不適口。在對蜂群衰竭失調死亡的蜂群，觀察到的蜂蜜和蜂糧沒有被其他蜜蜂盜竊或者沒有被其他蜂群的害蟲食用，可能是由于巢房里微生物菌群的成分和儲備飼料的最終條件。

我們正處在蜜蜂對農業作用的十字路口，現在比過去需要更多蜂群。然而，我們經歷著更多的蜂群損失。必須找到新的、可持續的管理措施，養蜂人能夠移動蜂群去授粉，同時保持蜂群健康。不論是蜜蜂、藍鯨還是人，健康的基礎是適宜的營養，營養是基于微生物菌群的多樣性和變動。我們有研究微生物菌群和解答非常實際問題的分子技術。如果將這些技術應用在研究蜂群方面，將能夠鑒定維持蜂群健康的基本要求，農業生產嚴重依賴健康蜂群。