昆蟲源共生菌鑒定方法研究進展

侯金麗

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院，河南 鄭州 451191

昆蟲與微生物的共生關系是昆蟲學和微生物學交叉研究領域的一個重要課題。近年來，隨著分子生物學技術的發(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化過程中扮演著至關重要的角色，微生物可以保護宿主在變態(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，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知。隨著分子生物學方法，尤其是PCR 技術和16S rRNA 基因測序的引入，科學家開始能夠更準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，從而進行微生物多樣性分析。高通量測序技術和宏基因組學的應用極大地豐富了對昆蟲微生物共生關系的研究，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（細菌和真菌）群落的多樣性與差異性。這些技術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。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，為深入理解昆蟲與微生物的共生關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展展開探討，以期為相關人員提供參考。

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

在分子生物學技術發(fā)展之前，對昆蟲微生物的鑒定主要依賴于傳統(tǒng)形態(tài)學及生理生化特性的方法。包括對菌落的宏觀形態(tài)學觀察，以及通過各類生理生化實驗進行詳細的鑒別，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)容物進行分離和純化，成功獲得了5 種不同的細菌菌株。總之，在某些情況下，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 分子生物學方法的發(fā)展

隨著分子生物學技術的迅猛發(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)技術的限制，為快速、準確地鑒定和分析昆蟲共生菌提供了新途徑。分子生物學方法的一個核心應用就是利用基因標記物進行微生物鑒定。對于細菌，16S rRNA 基因是常用的分子標記物，因其高度保守的序列特征被廣泛應用于細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行了研究。蘭明先[10]則結(jié)合形態(tài)鑒定和16S rDNA 技術，成功分離并鑒定了澤蘭實蠅幼蟲內(nèi)生細菌，共分離出22 株菌，并成功鑒定出21 種，分屬于10 個屬。

宏基因組學技術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，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）技術允許在固定的組織或細胞樣本中精準定位特定的核酸序列，已成為一項普遍應用的、高效的、直觀的核酸分子熒光檢測方法[13]。通過使用標記有熒光染料的特異性探索，F(xiàn)ISH 技術可以在昆蟲體內(nèi)直觀觀察到特定菌株的分布情況。這些分子生物學方法的應用大大拓寬了昆蟲與共生菌相互作用研究的視野，使科學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。隨著這些技術的不斷發(fā)展和優(yōu)化，預計未來在昆蟲共生微生物研究領域?qū)⑷〉酶嘀匾倪M展。

3 共生菌鑒定的實際應用

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)藥的抗性機制。例如，某些細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)中的角色同樣至關重要。吳秋琳[16]通過重新構建各稻區(qū)之間“蟲源區(qū)-降落區(qū)”的關系，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特性，包括其繁殖習性、生存和擴散能力、及其與環(huán)境因子的相互作用，為農(nóng)業(yè)相關領域提供了重要參考。

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，都具備強大的抵御真菌和細菌感染的能力。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)出了破壞微生物細胞膜的強大能力[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 細胞的毒活性方面具有較好的成效。

4 結(jié)論

隨著科學技術的發(fā)展，尤其是分子生物學和宏基因組學技術的進步，對昆蟲共生菌的培養(yǎng)和認識方法已從傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁咝А⑷娴姆肿予b定方法。這些技術不僅提高了鑒定效率，還揭示了昆蟲與共生菌之間復雜的作用機制。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生物多樣性和理解生態(tài)系統(tǒng)至關重要，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。