蜜蜂作为传粉媒介的重要组成部分,是全球生物多样性的重要因素,它们对作物、水果和野生植物的授粉活动,使其成为世界范围内最重要的传粉昆虫之一。昆虫授粉可产生巨大的经济价值,全球每年因昆虫授粉所创造的价值高达1530亿欧元。然而,自2006年爆发蜜蜂蜂群衰竭失调现象以来,美国、欧洲等国蜂群损失严重,由此引发的授粉危机和经济损失引起了世界各国的重视,蜜蜂健康问题也开始成为各国政府、科学家和蜂农的关注热点。

动物肠道中的微生物群落与宿主健康息息相关,最新的研究表明它们和宿主相互协作从而增加整个机体的适应性。

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1、肠道菌对蜂群的调节作用及机理

在蜜蜂中经常发现的细菌菌群中,乳酸菌(LAB)和醋酸菌(AAB)是近年来研究人员最感兴趣的常见共生菌,它们可提高蜜蜂免疫力。以AAB为例,将其添加到糖饲料中已经得到普遍应用,这表明AAB在宿主中具有潜在的益生作用。乳酸菌是革兰氏阳性菌,耐酸,它们是很多昆虫胃肠道内的常驻菌,可参与免疫调节和维护健康的肠道菌群结构,对宿主具有有益的作用。蜜蜂的消化系统可作为LAB的最佳生态位,它们可以从蜜蜂的食物中汲取营养供自己生长。醋酸菌是专性需氧菌中的一大群革兰氏阴性菌,可以沿着宿主上皮细胞与病原体相互竞争,在生理上占据可用的生态位和营养,并与病原菌展开竞争,此外,酸和胞外多糖产物可能也有助于醋酸菌在昆虫肠道内成功定殖。

LAB和AAB可在酸性条件下表现出独特的生长特征,如产生有机酸和醋酸,还能代谢不同的糖。这些特性很好地解释了LAB和AAB可抑制酸敏感性致病菌增长的原因。考虑到甲酸、乳酸和乙酸被蜂农用来防治病原菌感染,那么LAB和AAB很可能是保护蜜蜂的重要天然共生菌。从另一个角度看,当肠道微生物分布不平衡时,尤其是LAB和AAB的存在度较低时,可对蜜蜂生理产生负面影响,并直接或间接增加宿主对疾病的易感性。受CCD影响蜂群大都受一些疾病的影响,如大蜂螨、病毒、幼虫腐臭病、真菌及微孢子虫病等,通过这一现象可知,蜜蜂的健康可能受定殖在肠道中的比例相对平衡的微生物调节。

共生菌可以调节肠道平衡,保护蜜蜂幼虫免于感病。这种保护幼虫的调节机制非常复杂,从对病原菌的直接对抗到产生抗菌物质并激活或兴奋先天免疫反应。Evans 和Lopez指出,幼虫服用非致病性的LAB食物通常还牵涉到LAB刺激而产生的免疫反应。另外,共生菌产生的抗菌化合物直接抑制病原菌和蜜蜂免疫系统被激活(或兴奋)后抗病力提高也可能是共生菌对宿主健康的调节机制之一。为了更好地理解肠道菌群的微生物生态学和群体动态对蜜蜂健康的作用,进一步了解肠道菌的调节机制,还需要调查其他方面的内容,如AAB和LAB竞争排他(竞争营养和黏附上皮细胞)的机制,肠道菌对宿主肠道pH的调节,微生物细胞之间的信息交流以及宿主细胞和共生菌对昆虫肠道聚生体的影响等。

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2、肠道共生菌的应用

通过对肠道共生菌的不断认识,科研人员意识到共生菌可作为一种生物防治措施来预防昆虫病原体或农业及人类的寄生虫。例如通过使用益生菌等有益菌来抑制病原菌在人类和动物上的扩散。所谓益生菌是指对宿主动物产生有益影响并改善宿主肠道微生物平衡的活的微生物饲料添加剂。由于蜜蜂益生菌的方法目前只是建立在理论上,这个领域的研究目前还比较少。最近的研究开始考虑在疾病发作时使用蜜蜂共生菌抵抗病原体、寄生虫或增强蜜蜂免疫力的可能性。在一些与蜜蜂共生菌相关的研究中,LAB已经被认为是一种能兴奋蜜蜂免疫力、帮助幼虫抵御病原菌侵袭的有效益生菌。