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蜜蜂及其微生物组的生态作用

蜜蜂和蜜蜂对于野生植物的繁殖和农业生产至关重要。保护它们对于环境健康、粮食安全和全球经济至关重要,正如每年 20 月 1,2 日世界蜜蜂日和其他授粉昆虫(如黄蜂、熊蜂、蝴蝶、飞蛾和昆虫)日所纪念的那样。甲虫。 (XNUMX) 与人类一样,肠道微生物组在蜜蜂中也起着决定性作用。

1)蜜蜂的生态作用

蜜蜂 经常与意大利蜜蜂,通常为生产蜂蜜而饲养的物种。然而,蜜蜂所属的 Apoidei 家族在全世界至少有 20.000 种,其中欧洲大约有 2.000 种,意大利有 1.000 多种,例如熊蜂属蜜蜂。

这巨大的生物多样性 反映了 Apoidea 的生态重要性,它在大约 100-120 亿年前与被子植物平行进化。 (3)

1.1)共生与进化

共生关系 植物、微生物和 apoidea 之间的相互作用导致了花和传粉媒介的共同进化:

– 植物会开出色彩鲜艳的花朵,含有许多挥发性化学物质和气味,作为与动物世界进行极其复杂的活动和对话的形式,

– Apoidea 反过来也适应了从花朵中采集花蜜和花粉(Khalifa 等人,2021;Schöner 等人,2015)。 (4)

这次互动 确保植物通过授粉繁殖,也有助于植物的遗传多样性,这对于生态系统的恢复力至关重要。

1.2)Apoidea的特征和授粉

蜂总科由于其独特的解剖结构,它们是最有效的传粉媒介之一。

后腿 工蜂(仅此一只)配备有用于收集花粉的“刷子”和用于收集和运输花粉的“篮子”。

他们的羽绒 它很容易带静电,当花粉接近花朵时会吸引它们。

消化道 它分为多个部分:食管或超级囊(食道的延续)是一个薄壁、细褶的囊,用于运输和储存食物。它可以延伸到占据腹部的很大一部分。

这些特点 使 Apoidea 对于许多植物物种的受精不可或缺,而水果、蔬菜和种子的生产依赖于这些植物物种。

2)生物多样性和养蜂业危机

蜜蜂数量减少 它对生物多样性、粮食生产和生态系统的健康产生直接影响。全球生物多样性下降主要是由集约化农业造成的,集约化农业依赖于合成农药和重型机械化,我们已经广泛讨论过。 (5,6,7) 其结果是栖息地的简化,对各种动物群体产生直接影响。

气候变化以温和的冬季和季节变化为特征的气候变化会造成额外的压力,导致昆虫的活动与植物的开花之间出现差异,从而威胁到它们的生存。

养蜂业 为保护蜜蜂做出贡献。除了提供蜂蜜、蜡和蜂胶等产品外,它还可以保护当地的蜜蜂物种和生物多样性。

3)生态系统和微生物群

在蜜蜂生态系统中肠道微生物群调节食物的消化和必需营养素的合成,并影响针对病原体的免疫防御效率。

微生物群 通过与蜜蜂在寻找食物时收集的植物和有机材料的直接和间接相互作用,土壤微生物群可以显着影响其。

植物化学物质 例如,植物中存在的细菌可以调节蜜蜂肠道微生物群的组成,改善它们的健康和抗病能力。

通过互动 通过微生物组宿主,我们可以了解蜜蜂如何适应各种环境,通过与栖息地中存在的微生物和化学物质持续对话来优化它们的健康。

4)蜜蜂肠道内的微生物协同作用,研究

微生物组研究 其王国间的联系代表了一个具有生态和生物医学相关性的话题。

最近的研究 (Quinn 等人,2024 年)发表在《自然微生物学》上,分析了蜜蜂与其肠道微生物群之间的共生相互作用,特别关注 Snodgrassella alvi,一种以有机酸为食的 Betaproteobacteria。

作者 该研究的重点是 S. alvi 如何在意大利蜜蜂的肠道中适应并繁衍生息,利用特定的营养物质并积极改变色氨酸代谢。它展示了一种先进的共生关系,丰富了我们对宿主营养物质如何影响微生物定殖的理解。 (8)

4.1) 宿主-微生物群相互作用

阿尔维沙门氏菌 在蜜蜂肠道微生物群中脱颖而出,因为它适应不含糖类的饮食,有利于宿主衍生的有机酸。它特别关注宿主分泌的代谢物(例如有机酸)如何对 S. alvi 在蜜蜂肠道中的定植和生存至关重要。

相互作用 肠道细菌与其动物宿主之间是互利共生的,代谢物的交换会影响营养、肠道健康和免疫功能。这种适应说明了其营养需求的特殊性及其在肠道微生物群落中的作用。

消化系统 蜜蜂的肠道菌群相对简单且稳定,为详细研究这些相互作用提供了一个理想的模型。分析表明,S. alvi 利用柠檬酸、甘油酸和 3-羟基-3-甲基戊二酸等有机酸,这对其生长和生存至关重要,证明了一种精细的共生相互作用。

4.2)材料和方法

搜索 使用受控方法,用单一菌株的 S. alvi 定植蜜蜂,并将蜜蜂的饮食限制为细菌无法消化的底物,以证明 S. alvi 吸收蜜蜂从膳食糖中合成的有机酸。

该研究 强调了 S. alvi 如何不依赖于饮食或与其他微生物的交叉喂养,而是依赖于宿主对简单碳水化合物的分解代谢。

最初,菌株在特定琼脂上生长并通过 16S 核糖体 RNA 基因测序进行鉴定。为了定植,蜜蜂在受控条件下饲养并接种细菌。我们采取了严格的措施来验证蜜蜂的不育性并量化花粉消耗量。

研究微生物组 使用同位素示踪、qPCR(实时 PCR 或定量 PCR)等先进仪器和技术来量化细菌负荷并分析代谢相互作用,通过 GC-MS(气相色谱-质谱法)提取和分析代谢物,传输特定制剂电子显微镜 (TEM) 和 NanoSIMS 质谱用于超微结构和代谢物转移分析,以观察细胞水平的相互作用。

实验 同位素示踪分析评估了细菌对底物的吸收。最后,方法包括犬尿氨酸酶基因家族的系统发育分析和数据分析的统计方法,强调了用于探索宿主-微生物群相互作用的详细和系统的方法。 (8)

4.3) 结果

研究结果 证明即使在没有其他营养物质的情况下,Snodgrassella alvi 也能够利用宿主衍生的有机酸在蜜蜂肠道中定殖,无论是否存在花粉或与其他微生物相互作用。

搜索 进一步证明,S. alvi 可以通过将犬尿氨酸转化为邻氨基苯甲酸来影响色氨酸代谢,这表明在更广泛的肠道代谢环境中存在特定的代谢生态位和共生相互作用,在蜜蜂和 S. alvi 之间进化适应。 (8)

加布里埃尔·威德姆

封面图片来自 http://beesciencenews.com/2019/11/21/microbial-war-against-american-foulbrood/

备注

(1) 达里奥·东戈,安德里亚·阿德尔莫·德拉·佩纳。 世界蜜蜂日,世界蜜蜂日。 没有符合条件的保单. 礼物(伟大的意大利食品贸易)。 20.5.23

(2) 世界自然基金会。世界蜜蜂日。 https://www.wwf.it/pandanews/animali/giornata-mondiale-delle-api/

(3) Khalifa、Shaden AM、Esraa H. Elshafiey、Aya A. Shetaia、Aida A. Abd El-Wahed、Ahmed F. Algethami、Syed G. Musharraf、Mohamed F. AlAjmi、Chao Zhu、Saad HD Masry、Mohamed M阿卜杜勒-达伊姆等人。 2021.“蜜蜂授粉及其对农作物生产的经济价值概述”昆虫 12,第 8 期。 688:XNUMX https://doi.org/10.3390/insects12080688

(4) Schöner、Michael 和 Schöner、Caroline 和 Simon、Ralph 和 Grafe、Ulmar 和 Puechmaille、Sebastien 和 Ji、Liaw 和 Kerth,G. (2015)。蝙蝠会被互利的食虫植物所吸引。现代生物学。 25. 1-6。 DOI:10.1016/j.cub.2015.05.054

(5) 达里奥·东戈。 农药助剂对蜜蜂嗅觉的影响. 礼物(伟大的意大利食品贸易)。 7.1.24

(6) 达里奥·东戈。 这种影响来自农药对远离耕地的蜜蜂、树木和植物的影响. 礼物(伟大的意大利食品贸易)。 21.12.20

(7)达里奥·东戈(Dario Dongo),吉奥莱·卢切塞(Gioele Luchese)。 农药,欧盟法院对国家禁令的绿灯。 让我们拯救蜜蜂. 礼物(伟大的意大利食品贸易)。 7.11.20

(8) Quinn, A.、El Chazli, Y.、Escrig, S. 等人。宿主衍生的有机酸使蜜蜂共生体 Snodgrassella alvi 能够在肠道定植。自然微生物学 (2024)。 https://doi.org/10.1038/s41564-023-01572-y

实习助理研究员 | 您的网站

毕业于农业专业,拥有可持续农业和永续农业、实验室和生态监测方面的经验。

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