蜜蜂肠道微生物的研究进展及可能应用

李潇腾，胡福良

（1.浙江大学动物科学学院动物科学1901 班，浙江 杭州 310058；2.浙江大学动物科学学院，浙江 杭州 310058）

蜜蜂是最主要的传粉昆虫类群之一，具有重要的生态与经济价值。蜜蜂体内的肠道微生物与宿主的健康息息相关，因而近年来对蜜蜂肠道微生物的研究越来越热门。本文综述了蜜蜂肠道微生物的研究进展，从肠道结构、微生物结构组成及分布、影响因素、功能作用等方面，探索蜜蜂肠道微生物本身的特性和与蜜蜂间的相互作用，以及可能的应用领域。

1 蜜蜂肠道微生物

1.1 蜜蜂的肠道结构

肠道作为肠道微生物繁衍生息的场所，其微环境对其中微生物生长存在显著影响，包括微生物组成、结构、功能等。蜜蜂成虫的消化道主要分为3 部分：咽、食管、蜜囊和前胃组成前肠，起摄食作用，微生物数量相对较少；腹腔前中部处为中肠，相比其他昆虫发达得多，主要功能为食物消化与营养吸收；后肠包括小肠与直肠，负责吸收储存营养物质和排出消化废物等，因此需要大量微生物。

1.2 蜜蜂肠道菌群的组成与分布

研究发现，工蜂肠道微生物主要分为9 大类，肠道中95%以上的微生物可归属其中。在9 种优势菌群中，有2 种革兰氏阴性菌，分别为Gamma-1（Gilliamella apicola）和Beta（Snodgrassellaalvi），其余均为革兰氏阳性菌，包括Gamma-2（Frischella perrara）、Alpha-1（Bartonella apis）、Alpha-2.1、Alpha-2.2（Parasaccharibacter apium）、Bifidobacterium、Firm-4 和Firm-5[1]。其中，Gamma-1、Beta、Bifidobacterium、Firm-4 和Firm-5 等5 大类菌群几乎在所有蜜蜂中都存在，构成蜜蜂肠道的核心菌群，而其余4 个菌种在肠道内数量较少且分布不稳定，可能不是蜜蜂特有的肠道菌。

肠道环境的变化造成了微生物分布的规律性，在蜜蜂肠道的不同部位有其独特的优势菌种[2]。后肠中微生物含量最丰富，约占90%以上，而前肠和中肠共占1%～4%，幽门处发现有少量微生物。蜜蜂在蜜囊生产蜂蜜[3]，虽然蜜囊中微生物数量极少，但研究发现蜜囊中含有种类丰富多样的乳酸菌，主要由来自乳酸杆菌属和双歧杆菌属的13 株LAB 组成。在回肠中，2 种革兰氏阴性菌为主要菌种，Beta 以生物膜形式黏附在内肠侧壁上，Gamma-1 则在Beta 上附着生长。

1.3 蜜蜂肠道微生物的影响因素

1.3.1 蜂种、日龄、遗传多样性

不同蜂种由于较大差异的生活方式，肠道微环境也不同，因而肠道中的优势菌群也不尽相同。以意大利蜜蜂、熊蜂和胡蜂为例，胡蜂的肠道微生物在三者中存在较大差别，其余二者则具有较多共性[1]。花粉、花蜜为意大利蜜蜂和熊蜂的主要食物，而胡蜂的捕食目标常为昆虫。消化吸收利用的对象不同，菌群便朝不同结构与组成发展。对同一种蜂来说，菌群也不是一成不变的，随着蜜蜂日龄的变化，微生物种类也发生改变。以封盖1 日龄蛹、破巢幼蜂、采集蜂3 个龄期的中华蜜蜂为研究对象，得到封盖1 日龄蛹和破巢幼蜂的肠道微生物较相似，而采集蜂肠道微生物的种类最丰富。Martinson 等[4]研究发现，在幼虫和刚出房的西方蜜蜂工蜂中，几乎找不到细菌，而成年工蜂含有大量Gamma-1、Beta 和Firm-5 菌群。对蜂群而言，研究发现遗传多样性越高，蜜蜂的肠道微生物多样性也越高[5]，且大多为有益菌并活力旺盛，但更具多样性的菌群是否与遗传多样性存在必然联系还未阐明[6]。

1.3.2 季节、环境、社会性

季节变化导致的采食的蜜粉源差异也能改变蜜蜂肠道内的微生物，Martinson 等[7]针对夏季和冬季的蜜蜂，进行肠道微生物的差异比较，发现在中肠中，冬季蜜蜂肠道中的细菌和酵母菌数量均多于夏季蜜蜂。蜜蜂的生存环境对蜜蜂体内肠道微生物多样性的影响报道较少，但我国蜜蜂资源分布广泛，地理环境存在显著差异，由环境引起的肠道菌群变化有待进一步探索。社会性行为在蜜蜂的生产生活中起着重要作用。研究发现，社会性行为对肠道菌群演变也有着关键影响，有利于菌群的进化保持其特异性和必要共性[8]。

1.3.3 抗生素、农药

蜜蜂肠道微生物在环境中残留抗生素或养蜂过程使用抗生素的影响下，易出现失调的情况，在喂食抗生素实验中，发现真菌种类可在抗生素抑制下明显减少，同时也有研究表明抗生素可作用于蜜蜂基因库，产生耐药基因，长时间使用单一抗生素可能导致相应抗性基因产生[9]。农药的长时间大剂量使用也可对蜜蜂造成危害，在高浓度农药环境中，蜜蜂为更好保持生理活性和正常活动，而产生抗药性。

1.4 蜜蜂肠道微生物的功能作用

1.4.1 营养物质的消化吸收与供给

肠道提供了微生物的栖息场所，反过来，肠道菌群促进了肠道的发育，增加肠道重量，进一步加快蜜蜂的生长。在帮助蜜蜂消化吸收食物成分中肠道微生物起了重要作用[1]。花粉中多种成分可被核心菌群降解，包括黄酮类化合物及花粉壁相关成分。同时，肠道菌群还能够为宿主提供营养物质，包括氨基酸、维生素B 以及固醇等必需养分，如Alpha-1 菌群有维生素B12 合成系统，合成的维生素便可供蜜蜂利用[10]。

1.4.2 增强免疫与抗病能力

在蜜蜂肠道内，益生菌群的稳定性较强，在外界病原菌影响下可以保持体内肠道微环境的动态平衡，在宿主抵抗病原过程中发挥重要作用[11]。例如蜜蜂肠道内的芽孢杆菌属的多种菌群可以抑制美洲幼虫腐臭病的病原菌——球囊菌等的生长[1]，还有一些菌群会刺激蜜蜂产生防御素、抗菌肽等抵抗物质，增强了蜜蜂的免疫能力。同时，肠道微生物还可帮助宿主抵御病毒、真菌、细菌等的侵袭，因此菌群失调的蜜蜂受致病菌感染的可能性则会大大增加。

2 蜜蜂肠道微生物的可能应用

2.1 益生菌类饲料添加剂

在国内，养殖业大量使用抗生素使得动物产生抗药性、动物产品抗生素残留超标、环境污染问题等，一定程度上影响了产业发展与动物产品质量，而益生菌类饲料添加剂作为抗生素替代方案具有广阔的应用前景。益生菌具有稳定、没有致病性、容易扩增、适应肠道微生态、普通条件下不易失活的特点[12]。对家畜来说，生长过程涉及肠道微生态的变化，容易引起腹泻、肠道机能失调、免疫力降低等问题，而家禽饲养过程条件变化多，肠道易被病原菌感染，影响家禽健康和食品安全。研究证明，益生菌的使用可增强动物抵抗病原菌的作用，对肠道机能失调具有很好地预防和治疗作用[13]。蜜蜂肠道微生物在一定程度上可提高蜜蜂免疫力、抑制病原菌生长，刺激宿主产生抗菌肽等抑菌物质，从而保护宿主肠道微生态的稳定，同时免受病原菌侵袭。蜜蜂多以植物的花粉和花蜜为食，摄入食物中的微生物主要来源于植物附着微生物，那么对于以植物性饲料为主的家禽家畜，食入微生物来源是否有一定相似性，在蜜蜂中起作用的微生物在被制成添加剂后是否对其他动物有相似功效或被动物摄入后是否还存在原有的功能。这是益生菌开发的一个方向，从特种经济动物到家畜家禽等大动物，在肠道微生物方面，由特异性向更广方向的研究有待深入。

2.2 疾病模型

目前，模式动物越来越成为研究热点。蜜蜂虽然肠道简单，但在功能结构和菌群组成等方面又与人的肠道存在相似，具备研究参考价值，因此将蜜蜂作为优良模式平台研究肠道菌群功能是可行的一个选择[14]。以肥胖症和Ⅱ型糖尿病为例[15]，将蜜蜂作为模式动物研究食品与疾病的关系，从肠道微生物方面，提出饮食干预协助治疗的视角。研究表明，肠道菌群的改善可改变机体对食物的吸收，减少脂肪蓄积，从而改善肥胖及相关代谢指标。在Ⅱ型糖尿病患者体内，肠道菌群失调，种类和数量均异于正常人。蜜蜂的胰岛素样肽的基因序列、结构和功能与人类相似，具有调节葡萄糖稳态的功能，在评估Ⅱ型糖尿病中，胰岛素的分泌水平和胰岛素肽的表达水平的差异均为重要指标，因此蜜蜂是对Ⅱ型糖尿病表型进行评估研究的良好模型。蜜蜂相比鼠、斑马鱼等模式动物，拥有肠道微生物组成简单、结构稳定性较好、操作简单的优点。

2.3 转基因作物安全性指标

转基因作物为目前一大热门话题，其安全性是人们考量的关键要素之一。在自然环境中，蜜蜂活动与作物本身具有互作关系，转基因作物对蜜蜂的影响在一定程度上可作为安全性评估的研究对象。而在蜜蜂的活动中，肠道微生物是反映健康与某些生理变化的有效研究对象，因此肠道微生物可成为研究重点。目前，针对玉米、油菜、棉花等转基因作物，蜜蜂肠道微生物的变化与否已有部分研究，结果显示在转基因作物花粉的作用下，蜜蜂肠道菌落组成未发生明显改变，且未检测到外源基因的横向转移[16]。这些研究能为转基因作物安全性检测提供科学支持，且在更多作物种类上具有应用前景。

3 结语

目前，蜜蜂肠道微生物方面的研究越来越热门，且已取得不错进展。从其结构组成及分布、影响因素、功能作用等方面均有一定了解，但肠道微生物与宿主间作用机制尚不明确，肠道微生物间相互关系的研究还有待深入。蜜蜂具有生命周期短、繁殖快、养殖成本低等优点，同时，就肠道微生物而言，其结构和功能与人类等哺乳动物肠道中的菌群存在一定共性，因此作为新型模式生物探索人类相关疾病、食品、动物产业等领域具有广阔前景。