蜜蜂腸道微生物功能及應用研究進展

黃祚驊，江凌晗，吳珍紅

(1.福建農林大學蜂學院，福建 福州 350017；2.福建農林大學植物保護學院，福建 福州 350017)

自然界中的傳粉昆蟲類群主要是蜂類。全球115種重要農業產品中的52%依賴于蜜蜂授粉。蜜蜂授粉僅在2006～2008年就為中國創造了3042.2億人民幣。因此，蜂類經濟價值的潛力十分之大。但是，近年由于外種入侵、農藥和疾病等因素影響，蜜蜂種群密度大幅度減少。在美國，“蜂群衰竭失調”現象已經屢見不鮮。截止2015年，科研人員統計發現新西蘭蜂群損失率為10.7%，歐洲為11.9%，美國為28.0%，加拿大為16.8%。因此，蜜蜂疾病無公害防治技術亟待深入研究以及大面積的推廣運用。人們越來越關注蜜蜂腸道微生物菌群在蜜蜂的生物防治上的應用。研究表明蜜蜂腸道菌群對蜜蜂具有生理功能，可用于病害防治。本文綜述了蜜蜂的微生態組成及其應用，供借鑒。

1 蜜蜂主要腸道菌群及其作用

1.1 蜜蜂腸道的主要菌群分布

Cox-Foster等通過宏轉錄組比較分析發現，源于美國、非洲、瑞士、德國等不同地區的同一種蜜蜂(Apismellifera)具有相似的腸道菌群組成。Gilliam等通過傳統培養技術分離鑒定西方蜜蜂(A.melliferaLinnaeus)腸道內，實驗結果證明該種類腸道內酵母微生物約1%；29%為革蘭氏陽性細菌；70%為可變的革蘭氏細菌或革蘭氏陰性。Rada等主要研究了蜜蜂腸道微生物組成，發現蜜蜂腸道內主要由芽孢桿菌、雙歧桿菌和乳酸菌構成其微生物的組成成分。Li等通過對28種熊蜂腸道菌群16s的V6-V8區采用高通量測序，結合生態學分析表明，熊蜂腸道保守型腸型微生物是Gilliamella、Snodgrassela，另含有一些條件致病菌如Hafnia、Serratia。許多研究表明蜜蜂腸道菌群組成簡單，由少數核心菌種組成，且組成穩定，這些核心微生物對蜜蜂具有生理功能，可用于病害的防治。

1.2 蜜蜂腸道菌群對其腸道和代謝的影響

1.2.1 蜜蜂腸道微生物促進蜜蜂腸道的發育 鄭浩等通過比對利用糞菌移植人工制造正常腸道菌蜜蜂無菌蜜蜂及糞無菌蜜蜂兩者腸道菌群及研究其對宿主生長、腸道理化性質、激素調節、蜜蜂個體行為的影響，發現當倆組蜂群發育成成熟以后，利用糞菌移植人工制造正常腸道菌的蜜蜂會增加15%～20%的體重，同時無菌蜜蜂的生長速率遠低于正常腸道的蜂群；成蟲后第15d發現正常蜜蜂的中腸和回腸重于無菌蜜蜂，說明腸道菌群促進腸道的發育。另外，研究表明微生物代謝會降低腸道氧化還原電位以及pH值。

1.2.2 蜜蜂腸道微生物對代謝的影響 通過分析蜜蜂腹部以及大腦基因表達產物，發現腸道中的微生物會使胰島素接收基因、蜜蜂胰島素肽等基因表達產物增加，并且宿主的行為還會受到腸道微生物的影響。徐鵬研究表明用益生菌制劑飼養供奉后，其體內酚氧化酶原基因表達量下降，而兩種主要編碼抗菌蛋白的基因表達產物上升。Engel等基于西方蜜蜂腸道微生物群體染色體組，證實了其腸道中的微生物種群菌功能豐富，例如：分解糖類物質、參與細菌生物被膜的形成等。

1.3 蜜蜂腸道菌群對蜜蜂采食的影響

蜂花粉是蜂糧的主要原料，是蜜蜂與蜂蜜分泌物的混合物，通過發酵產生。蜜蜂腸道核心菌群Bifidobacterium、Lactobacillus和Gilliamella含有多種酶，包括糖苷水解酶和多糖水解酶等，實驗證明蜂蜜醞造是在腸道菌群的參與下完成的。研究表明將花粉變為蜂糧是微生物腸道菌群的重要功能之一，蜂糧比花粉含更多的維生素，更少多糖及不同的氨基酸。蜜蜂腸道內微生物還可消化難降解食物成分或降解環境中的有毒化合物，擴大蜜蜂的食物資源等。

除此之外，乳酸菌是參與蜂糧合成的優勢菌群之一。其發酵產物乳酸延長蜂糧的儲存時間、減少胃腸功能失調、降低膽固醇等作用。

2 蜜蜂微生物的生物防治

2.1 蜜蜂微生物病原體

絕大多數病原物如：擬幼蟲芽胞桿菌、糞鏈球菌、蜂房球菌等主要存在于蜜蜂腸道內。有些微生物所引起的病害相當于“癌癥”。如歐洲幼蟲腐臭病以及美洲幼蟲腐臭病分別是由擬幼蟲芽胞桿菌和蜂房球菌引誘發的，此病害一旦發生就會使蜜蜂幼蟲致死。另外，真菌性病原體微孢子會誘發成年蜜蜂的病害。

2.2 蜜蜂腸道微生物在生物防治作用

2.2.1 蜜蜂腸道微生物增強免疫作用 蜜蜂腸道菌群在增強免疫力方面發揮了一定的作用。益生菌通過刺激蜜蜂產生防御素以及蜜蜂抗菌肽從而增強蜜蜂的免疫能力。

蜜蜂和熊蜂可通過共生菌屏蔽作用與疾病對抗技術解決其面臨的眾多寄生蟲和致病菌。

2.2.2 蜜蜂腸道菌群的抗病作用 除了依靠自身免疫系統外，蜜蜂的體內共生菌可抵御病毒、細菌和真菌感染。使用抗生素干擾核心菌群會減低絕大多數的菌種多樣性，并且實驗結果表明那些不具備由正常菌群的蜜蜂受到致病菌侵染的可能性會大大提升，致死率升高。Cariveau等對3種不同熊蜂品的致病菌群以及益生菌之間的數量關系進行了研究，發現二者之間呈現負相關關系中，同時他們還發現了短膜蟲的侵染概率會隨著核心菌群的密度增大而減少。

Snodgrassella細菌的影響：研究人員Li等將被微孢子蟲感染的東方蜜蜂的腸道和正常的東方蜜蜂腸道中的菌群進行對比，發現被微孢子蟲感染的東方蜜蜂腸道中Snodgrassella細菌密度遠少于正常蜜蜂體內該菌種的密度，這說明微孢子蟲的敏感性與蜜蜂腸道細菌群落的組成及其比例有一定的關系。Koch等利用抗生素使熊蜂腸道的菌群死亡，發現熊峰被短膜蟲侵染的概率大大上升，同時他們還發現了熊蜂短膜蟲侵染能力和Snodgrassella細菌水平的高低有關，即Snodgrassella細菌可以提高宿主的抗病能力。Evans等在實驗室探究發現擬幼蟲芽孢桿菌會被一些共生菌所抑制，并且大多數病原菌都會被該類共生菌所抑制。

芽孢菌和霉菌的影響：來源于芽孢桿菌屬細菌的抗生素只針對相關種類的菌群有生物活性。研究表明幼蟲芽孢桿菌的活性會受到與其來源于同一屬的菌群的抑制均有抑制作用，其中短小芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌抑制作用顯著。李繼蓮等采集研究了來自中國的570只中華蜜蜂，研究了它們體內的細菌和寄生蟲，發現菌群數量少的往往是受到微孢子蟲感染的蜜蜂，其中具有代表性的應當是Snodgrassella以及Bifidobacterium數的數量，這一實驗和Li的實驗結論不謀而合。Gilliam在研究非致病性微生物對機體的影響時，發現在蜂群中高發的白堊病會和曲霉屬菌物產生拮抗作用。除此之外，根霉菌以及毛霉菌也會有抑制作用。

2.2.3 蜜蜂腸道菌群的應用 為解決蜂產品中藥物和抗生素的殘留，崔海輝等在研究如何解決抗生素以及其他藥物的殘留問題的時候，在分別來源于外界環境以及蜜蜂體內的倆株芽孢菌內添加少量的果糖以及益生菌后，進行大規模地培養注入回蜂體和蜂巢，從而提高蜂群的免疫能力。朱芝秀等采用EM原露飼喂蜜蜂，發現對蜜蜂繁殖、抗蜜蜂孢子蟲病及高產取得了很好的效果。另外，在進行轉基因食品安全性評估時常常以蜜蜂消化道的微生物菌群作為評估標準。

3 討論

(1)蜜蜂菌群由于進化很產生了特異性。中國主要飼養的蜜蜂品種與他國不同，中華蜜蜂是我國蜂農主要的飼養對象，福建飼養的蜂種以意大利蜜蜂以及中華蜜蜂為主，主要對蜂群繁殖有利的重要蜜源植物為荔枝、龍眼、枇杷、柑橘、烏柏、栲樹、柿樹、茶仔樹、木荷、板栗等亞熱帶植物，具有“亞熱帶”腸道菌群特點，未來通過對福建省蜂腸道微生物組的挖掘，可進一步發掘其特殊功能與進化歷史，開發地道符合亞熱帶蜂的腸道微生態制劑。

(2)將組合益生菌防治運用在蜜蜂疾病上的效果顯著并且安全、無公害，同時對于也有益于提高蜂群自身的抗病能力。但是，現如今市場上存在的益生菌制劑仍然存在許多問題，如在實踐中，如何隨著不同品種的蜂在不同發育時期改變藥劑的量還有待研究。因此，在蜂類益生菌制劑領域上還有很長的一段路要走。

目前針對福建蜂腸道菌群的研究還較薄弱，本文綜述了目前國內蜜蜂的微生態應用研究概況，供蜂研究借鑒。