蜜蜂神經系統的毒性影響因素分析

柯俐 李彬 劉永軍│文

中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093

蜜蜂對于農業發展及生態多樣性具有重要的意義。蜜蜂養殖中不可避免會遭受病蟲害侵擾，蜜蜂病蟲敵害防控對蜂群的健康至關重要，在防治上要堅持“預防為主，治療為輔”的原則，加強飼養管理，保證養殖場的環境衛生，盡量選擇生物防治，減少抗生素以及農藥的接觸等。蜜蜂的病敵害眾多，其中不少對蜜蜂有神經毒性，對其進行系統的了解與研究十分必要。

一、蜜蜂神經毒性介紹

蜜蜂是一種十分重要的社會性昆蟲，被稱為“超生物體”，蜜蜂大腦神經系統中毒后，往往同時表現在蜜蜂個體和蜂群兩個層面上，個體表現為身體顫抖，失去飛翔能力，肌肉抽搐麻痹等，呈短暫性、間歇性、季節性等特征，蜂群整體表現為情緒急躁不穩定，攻擊性變強，易分蜂，群勢漸漸變弱等。對蜜蜂有神經毒性的因素較多，主要有病毒感染、農藥殺蟲劑中毒、重金屬污染以及其他環境因素等。

二、對蜜蜂由神經毒性的因素

1.慢性蜜蜂麻痹病毒

蜜蜂麻痹病一般有兩種癥狀：腹部膨大型和黑蜂型。前者腹部變大，身體和翅膀顫抖嚴重；后者兩端發亮，幾乎無絨毛，顫抖癥狀與前者類似。患病的成年蜜蜂常在5～7天死亡。慢性蜜蜂麻痹病主要是由慢性麻痹病病毒（Chronic bee paralysis virus, CBPV）引起，Bailey等在1963年首先將其分離出來[1]，是一種正義單鏈RNA病毒，在全球均有分布。該病毒可在成年蜂的腦、神經節、上顎腺和咽下腺等增殖，除了感染成年蜜蜂，報道在蜜蜂蛹期同樣可以被感染CBPV，并出現癥狀[2]。CBPV曾被報道出現在美國南部非蜜蜂屬的蜂類中[3]，但對野生蜂的具體影響還不是很清楚。另外，在狄斯瓦螨（Varroa destructor）中也檢測到CBPV，結果表明一種CBPV可能的病毒傳播途徑[4]。關于病毒作用于蜜蜂大腦的具體區域，哪種細胞類型，以及致病的作用機制、分子環路等還不清楚。

2.急性麻痹病病毒

蜜蜂急性蜜蜂麻痹病的癥狀是死前蜜蜂軀體顫抖，腹部膨大[5]，感染該病毒的蜜蜂會在1～2天內很快死亡。急性蜜蜂麻痹病是由急性麻痹病病毒（Acute bee paralysis virus, ABPV）引起，同樣于早期被Bailey等發現[1]，結構為等軸對稱，病毒復制較CBPV快，待病毒感染進入蜜蜂血淋巴后，使蜜蜂中毒死亡，大蜂螨是其主要的傳播媒介，這與大蜂螨取食蜜蜂的血淋巴有直接關系。ABPV病毒可在蜜蜂的脂肪體細胞、咽下腺、腦等部位增殖。

3.緩慢性麻痹病病毒

蜜蜂緩慢性麻痹病是由蜜蜂緩慢性麻痹病病毒（Slow bee paralysis virus, SBPV）引起，基因組大小在9.5kb左右[6]，在蜜蜂頭部、咽下腺、上顎腺、唾液腺、蜜囊、前足中有高的病毒濃度，自然條件下呈顯性感染，經口傳播[7]，感染該病毒的蜜蜂大約在感染后12天左右死亡，死前1～2天前足會發生震顫癥狀，蜜蜂體內提純的該病毒注射感染蜜蜂腹部，與上述兩種病毒抗血清無反應[8]，發病高峰主要在夏季。

4.以色列急性麻痹病毒

被以色列急性麻痹病毒（Israeli acute paralysis virus, IAPV）感染的蜜蜂發病早期腹部末端發黑，病程晚期翅膀顫抖，在空地上轉圈，胸部絨毛掉落，進而麻痹死亡，在感染期間蜜蜂學習記憶能力下降，歸巢率降低。2004年Ilan Sela等發現于以色列希伯來大學，命名其為以色列急性麻痹病毒，IAPV給以色列養蜂業帶來巨大損失，它是一種正義單鏈 RNA病毒[9]，IAPV可以感染所有階段的蜜蜂，包括卵和三型蜂，能夠進行水平和垂直傳播，感染的工蜂可以通過接觸飼喂將病毒帶給蜂王，雖然群體和個體免疫可能使蜂王避開病毒，但是這種阻止病毒感染的機制并不充分。

5.有機磷及氨基甲酸酯殺蟲劑

有機磷農藥取代早先的有機氯農藥，在我國農業中曾經被廣泛使用，但這種農藥大范圍使用后，在土壤和水環境中的殘留通過物理遷移和化學轉化后，會對生物體造成有害的影響，其中包括昆蟲等[10]。有機磷化合物P-S結構在昆蟲體內轉變為P-O結構后，使神經末梢的乙酰膽堿酯酶磷酸化失活，產生毒覃堿效應、煙堿效應。對乙酰膽堿酯酶的抑制后，不能恢復酶的活性，即具有老化現象。氨基甲酸酯殺蟲劑是有機磷農藥之后開發的合成農藥，具有選擇性強、高效廣譜、對人畜低毒等特點，它是乙酰膽堿酯酶的強烈抑制劑，進入蜜蜂大腦主要作用于神經細胞軸突，引起鈉通道持續開放，導致膜電位長久去極化，從而引起神經興奮性傳導障礙[11]，致使蜜蜂死亡。

6.擬除蟲菊酯類殺蟲劑

擬除蟲菊酯（Pyrethroids）是一類具有高效、廣譜、低毒等特性的合成殺蟲劑，其殺蟲毒力比有機氯、有機磷、氨基甲酸酯類高 10～100倍。對昆蟲具有強烈的觸殺作用，主要作用于昆蟲神經系統，昆蟲中毒后會令其過度興奮、麻痹后死亡[12]，該類殺蟲劑作用的分子機制是多方面的，主要包括：對腦組織生物膜影響、對神經遞質的影響、對神經信號傳導過程中Na+通道的影響、對神經細胞造成損傷等，與ATP酶的抑制有一定關系，蜜蜂經該殺蟲劑處理后，大腦中的神經纖維、蕈狀體細胞均產生廣泛的間隙，咽下腺細胞的自噬，蕈狀體神經細胞的變性，線粒體的損傷等[13]。

7.雙甲脒類殺蟲劑

雙甲脒又稱螨克，是一種有機化合物，一類廣譜性殺螨劑，目前仍在被廣泛使用，具有蟲、螨兼治作用，被用于蜂群殺滅螨蟲，對蜜蜂表現為低毒特性，相對蜂螨，蜜蜂章魚胺受體Octβ2R的3個氨基酸殘基差異，決定雙甲脒對二者不同的毒力[14]。它會使蜜蜂產生典型的神經中毒癥狀，比如興奮痙攣、麻痹等，一般認為是因為單胺氧化酶受抑制，引起體內的單胺增加，造成神經傳導阻斷，干擾了單胺遞質，像章魚胺的傳遞[15]。雙甲脒類殺蟲劑雖然殺螨效果好，但目前蜂螨對其產生的抗性不斷增強，開發對螨毒性強、對蜜蜂相對安全、不易產生抗性的新藥物，是一種未來蜂螨防控重要的途徑[16]。

8.新煙堿類殺蟲劑

新煙堿類殺蟲劑是目前使用范圍最廣，市場占比最高的新一代殺蟲劑，它們作用于煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR），與昆蟲自身的乙酰膽堿（acetylcholine, ACh）產生競爭，阻斷中樞神經信號的正常傳導，進而引起昆蟲麻痹、死亡，具有神經毒性[17]。新煙堿類殺蟲劑對靶標害蟲藥效好，對哺乳動物低毒，同時具有系統性特點，它會影響蜜蜂的腸道菌群[18]，延緩幼蟲的發育[19]。新煙堿類殺蟲劑通常被用作農作物種子包衣來控制植食性害蟲，包括油菜、玉米、水稻等，該類殺蟲劑能夠從土壤和種子中轉移到花朵、花蜜中，蜜蜂外出采集會暴露于殺蟲劑中，進而新煙堿類殺蟲劑殘留于各類的蜂產品中，甚至污染整個蜂巢[20]。從神經毒性角度分析，對蜜蜂的導航和學習記憶行為產生潛在的影響[21]，破壞蜜蜂、熊蜂、果蠅等昆蟲的晝夜節律和睡眠行為[22,23]，一定濃度的新煙堿能夠給蜂類帶來神經上癮行為[24]，以及筑巢、社會行為、蜂群溫度調節行為等[25]。野生蜂對新煙堿殺蟲劑的響應與飼養蜜蜂存在差異[26]，預測現實情況下新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂健康的影響，需要結合多種因素考量，比如不同蜂種、實際的健康和生活環境等條件。

9.重金屬

重金屬污染是全球公認的重要污染源之一，在城市中，主要由工廠釋放，有色金屬、鋼材等的冶煉，城市暖氣、垃圾焚燒、車輛尾氣排放都會產生重金屬污染。蜜蜂，作為一種環境指示劑，能夠用來評估環境污染[27]，主要是因為蜜蜂全身覆蓋絨毛，容易捕捉到環境污染物，蜜蜂的活動范圍涉及城市、郊區、農村等，在采集花蜜花粉和飲水等過程中重金屬粒子可以附著在蜜蜂軀體上，被帶回蜂箱后，導致蜂蜜、蜂花粉產品中殘留[28]。對蜜蜂有神經毒性的重金屬主要有鉛、汞、砷、鉻、銅等，并且被報道在蜜蜂體內有生物富集現象[29]。鎘、銅、鉛對幼蟲和采集蜂的發育、采食都造成負面影響，降低了蜜蜂的存活率且其毒性具有濃度劑量效應[30]。重金屬錳的攝入會改變蜜蜂腦內生物胺的水平，降低采集蜂的飛行效率[31]，納米氧化鑭La2O3使蜜蜂的菌群失調，病原菌Serratia和Frischella的富集，并影響蜜蜂的生理健康[32]，研究表明蜜蜂可能具有較強的能力把鈷、鉛、汞和錳等重金屬從芥花油菜轉移到蜂群內，食用被污染的蜂產品將對人類健康造成潛在風險[33]。

環境中的重金屬可通過生物鏈進行富集，作用于幼年（幼蟲）和成年個體，具體作用機制有神經細胞凋亡、氧化應激、改變酶活及基因表達等。比如鉛通過影響一氧化氮合酶（NOS）和丙酮酸激酶等的活性，誘導神經細胞凋亡，促使大腦能量失衡。鉛可以抑制NMDA受體活性，影響機體認知[34]，汞通過線粒體損傷引起神經細胞凋亡，汞的暴露會使腦中的重要神經遞質乙酰膽堿（ACh）數量減少等[35]。目前，蜜蜂暴露于重金屬的環境壓力下，對其進行科學地采樣與檢測有利于了解重金屬對蜜蜂，乃至人類環境的影響現狀，研究主要重金屬對蜜蜂的神經影響機制，對環境污染的防治提供一定依據。

10.其他因素

影響蜜蜂神經毒性的其他因素包括微-納塑料和營養因素等。塑料為人們提供巨大社會效益的同時，也帶來了嚴重的環境問題。自1950年起，全球累計產生63億噸塑料垃圾，其中只有9%～30%被循環利用，剩余的67%最終進入垃圾填埋場，而大部分被分解成塑料微粒，形成持久性污染物。授粉昆蟲的生物活動離不開土壤、水源、大氣，而塑料已經參與循環到地球生態系統中，形成地球“塑料循環”，蜜蜂是微塑料的生物采集器[36]，蜜蜂在其中也會受到一定影響[37]。蜜蜂為全球超過75%的農作物授粉，在生態系統及經濟發展中起到重要作用，對蜜蜂塑料環境因子的神經機制研究可以為其他物種的風險研究提供參考。此外，營養誘因是影響蜂群神經損傷的另一因素，蜂蜜為蜂群帶來碳水化合物，蜂花粉和蜂王漿為蜂群提供蛋白質，由于環境、病蟲害、衰老以及人為等因素，使得蜜蜂營養出現不足的狀況，蜜蜂也可能表現出一定的神經毒性，尤其是在蜜蜂幼蟲大腦的級型分化發育階段，對營養物質的要求更高[38]。

三、蜜蜂神經毒性的防治策略

1.飼養強群

目前尚無準確有效的藥物防治手段，加強飼養管理，保證充足的蜜粉源，維持飼養強群，可以增強蜂群對病蟲害的抵抗能力[39]，同時做到蜂蜜不取盡，減少普通糖水的替代飼喂，加強優質蜂王的選育等。

2.科學研究

目前對蜜蜂大腦的科學研究主要是大腦解剖學、學習記憶、嗅覺受體與環路、視覺導航等方面，而對蜜蜂神經毒性機制及病理學方面研究較少，對這方面的了解同樣十分必要，可以為預防蜜蜂神經毒性提供新的解決思路。