摘要：蜜蜂是一種典型的營群居生活的社會性昆蟲，相比獨居生活的昆蟲，其腸道微生物具有獨特的區系結構。這種獨特腸道微生物與其社會性之間的關系是一個重要的科學問題。現有研究顯示，蜜蜂腸道的優勢菌包括9大類群。消化道不同區段的優勢菌種類和豐度存在差異。主要表現為前腸種類少、豐度低、后腸種類多、數量大，占了全消化道微生物的99%以上。不同社會分工的蜜蜂腸道微生物區系結構存在差異，腸道微生物會通過影響胰島素信號的傳導、保幼激素和卵黃原蛋白的合成以及蜜蜂抗氧化應激的能力等對蜜蜂的級型分化、社會分工、攝食行為及壽命長短產生調節作用。除此之外，蜜蜂腸道微生物還具有激活免疫、抑制病原菌生長、降解食物、促進養分吸收、解毒、發酵蜂蜜和蜂糧等作用。主要針對蜜蜂腸道微生物的基本特征及其與蜜蜂社會性的關系作一簡要綜述。

　　關鍵詞：蜜蜂;消化道;微生物;級型分化;社會分工;壽命

　　蜜蜂腸道微生物的研究并不是近年來新興的話題，早在1921年就有科學家認為新羽化出房的蜜蜂腸道是無菌的[1]。隨后科學家發現在成蜂之前(包括幼蟲和蛹)，蜜蜂腸道是無菌的[2-3]。Kluge[4]將其腸道的無菌狀態歸因于幼蟲的食物具有抗菌性。但是在1987年，Gilliam等[5]首次從蜜蜂幼蟲的糞便中分離出了104個獨立的菌落，從此推翻了蜜蜂成年之前腸道是無菌狀態的觀點。

　　直至本世紀初，蜜蜂腸道微生物的研究進入了新的歷史高潮，原因主要有兩點：第一，蜂群崩潰綜合癥(Colonycollapsedisorder，CCD)在美國乃至歐洲的廣泛爆發為蜜蜂的健康敲響了警鐘。因此，蜜蜂腸道微生物與其健康的關系成為全球的研究熱點。第二，作為社會性昆蟲的代表，蜜蜂可作為研究腸道微生物的模式物種，用于探索腸道微生物與壽命、行為失調(類似人類抑郁癥)、個體發育、社會行為、表型可塑等方面的關系[6]。蜜蜂社會性的體現包括蜂王與工蜂的級型分化(包括級型間生理、表型、壽命、社會行為等方面的差異)、工蜂之間的勞動分工、三型蜂個體發育的差異等。目前已有初步證據表明蜜蜂腸道微生物與其社會性之間存在著聯系。本文就目前的研究進展作一簡要綜述。

　　1蜜蜂腸道微生物的組成與分布

　　腸道微生物與宿主之間的共生關系在動物中是普遍存在的，從低等的非脊椎動物到高等脊椎動物無一例外。蜜蜂作為一種營社會性群體生活的昆蟲，相比于其他獨居生活的昆蟲來說，其腸道微生物具有特異性。以工蜂為主要研究對象的試驗表明蜜蜂腸道的核心微生物共包括9大類群(占全部微生物的95%以上)，涉及5個綱，分別為Gamma-1(Gilliamellaapicola)，Gamma-2(Frischellaperrara)，Beta(Snodgrassellaalvi)，Alpha-1(Bartonellaapis)，Alpha-2.1，Alpha-2.2(Parasaccharibacterapium)，Bifidobacterium，Firm-4，Firm-5[7-10]。其中Gamma-1和Beta是9種優勢菌群中唯一的兩種革蘭氏陰性菌，其余7種均為革蘭氏陽性菌[11]。從數量上講，豐度較高的菌主要包括Gamma-1，Beta，Firm-4，Firm-5，而且這4類菌在個體間的普遍性較高，幾乎每個個體中都存在[8，12-14]。Bifidobacterium雖然經常呈現相對低的豐度，但是普遍性非常高，在每個正常個體中都存在[15-16]。

　　因此，認為Gamma-1，Beta，Firm-4，Firm-5，Bifidobacterium是蜜蜂腸道中最核心的5種優勢菌。余下4種在數量和普遍性上相對較低[12，17-19]。蜜蜂腸道微生物的分布是貫穿整個消化道的。其中前腸(蜜囊和中腸)微生物數量較少，約占全部總量的1%-4%，后腸(回腸和直腸)才是蜜蜂腸道微生物分布的主要場所，占90%以上[13]。在前后腸的連接處幽門也有少量菌群分布[20]。蜜囊中含有極少量的細菌，約占0.007%-0.062%[13]。

　　種類主要包括Enterobacteriaceae，Lactobacilluskunkeei，P.apium(Alpha2.2)[21-23]，對采集蜂蜜囊微生物的分析顯示，L.kunkeei約占25%，Alpha2.2占42%，Enterobacteriaceae的水平通常也比較高，但變異較大[24]。除此之外還有幾種較為豐富的核心菌，包括Lactobacillussp.Firm5(8%)，G.apicola(6%)和S.alvi(5%)[24]。

　　值得一提的是，蜜囊中具有數量豐富、種類多樣的乳酸菌(Lacticacidbacteria，LAB)，主要由來自乳桿菌屬(Lactobacillus，9株)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium，4株)的13株LAB組成[24-27]。中腸微生物的數量約占1%-4%[13]，豐度最高的前5種菌分別為Tatumellasp.(40%)，G.apicola(23%)，S.alvi(16%)，Frischellaperrara(12%)，Lactobacilluskalixensis(6%)[28]。幽門是連接前腸和后腸的結構區域，該區域的優勢菌為F.perrara，同時也有部分來自后腸的菌群逆流于此[20]�；啬c的細菌約占4%-10%[13]，優勢菌主要是革蘭氏陰性菌，包括S.alvi和G.apicola[13-14]。直腸的細菌數目約占87%-94%[13]，優勢菌主要包括LactobacillusFirm-4，LactobacillusFirm-5，Bifidobacterium等發酵類的菌[29]。

　　2蜜蜂腸道微生物與社會性之間的關聯

　　2.1三型蜂的腸道微生物

　　蜜蜂社會由3種類型的蜂組成，分別為蜂王、工蜂和雄蜂，三型蜂在遺傳背景、食物結構、社會分工上明顯不同。這決定了三者腸道微生物區系結構會存在差異。上述蜜蜂腸道的九大基礎微生物類群是以成年工蜂為對象的試驗結果。雄蜂和蜂王的腸道微生物組成與工蜂的九大類群并無顯著不同，至少沒有發現新的級型特異性菌，但是相對豐度上存在明顯變化。從宏基因組測序的數據量看，工蜂的腸道菌群數量龐大，其次是雄蜂，最小是蜂王[30]。

　　蜂王腸道的優勢菌主要包括Acetobacteraceae(Alpha2.1和Alpha2.2)和LactobacilliFirm-5[30-31]。前四位最豐富的菌依次是P.apium，Alpha2.1，Firm-4，Firm-5[30]。與工蜂相比，其變化主要體現在乳桿菌屬(Lactobacillus)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)增加，變形菌門的數量減少(主要Gamma和Beta)[32]。雄蜂腸道具有比蜂王和工蜂豐度更高的LactobacillusFirm-5(75.7%)[30]。Firm-5的豐度具有明顯的級型特異性和分工特異性，其在雄蜂最高，其次是工蜂，最低是蜂王[30]。

　　2.2蜜蜂腸道微生物在級型分化中的作用

　　蜜蜂的級型分化是指具有相同遺傳物質的二倍體受精卵，在幼蟲期不同食物的誘導下發育成外部形態、內部解剖結構、生理和行為等表型差異巨大的蜂王和工蜂的過程。所以蜂王與工蜂的差異并不是遺傳物質造成的，而主要是營養差異導致的。研究發現敲除胰島素受體底物(Insulinreceptorsubstrate，IRS)可以通過破壞胰島素信號通路(Insulin/Insulin-likesignal，IIS)的傳導干擾蜜蜂的級型分化[33]。

　　果蠅中的研究證明腸道菌Acetobacterpomorum可通過激活胰島素信號通路促進果蠅的發育，其代謝產物醋酸發揮重要作用[34]。事實證明體型更大蜂王腸道內具有比工蜂更豐富的Acetobacteraceae[30-31]。Zheng等[35]也認為蜜蜂腸道的微生物能夠促進宿主體重的增加。這些研究證據表明蜜蜂腸道微生物可能會通過胰島素信號通路對蜂王和工蜂的級型分化產生調節作用。蜜蜂腸道的Bifidobacteriumasteroides還能夠刺激宿主產生一些保幼激素的類似物[36]，而保幼激素對蜜蜂級型分化有重要調節作用[37-38]。

　　2.3工蜂的勞動分工與腸道微生物的關系

　　研究證明向新蜂接種S.alvi后，感染一種寄生蟲(L.passim)會降低卵黃原蛋白的表達[39]，卵黃原蛋白能夠抑制內勤蜂向采集蜂轉變[40-41]，敲低卵黃原蛋白使工蜂的采集行為提前，還會提高工蜂的采集力[42]。蜜蜂腸道微生物會影響機體生物胺的水平，而生物胺可以調控蜜蜂的勞動分工[43]。上述證據表明腸道微生物對工蜂的勞動分工具有間接的調節作用。更直接的試驗證據顯示不同勞動分工的工蜂腸道微生物的豐度存在差異，內勤蜂腸道的Firm4(Lactobacillusmellis)和Bifidobacteriaceae的豐度高于外勤蜂，Firm5(Lactobacillusmelliventris)在哺育蜂腸道的豐度明顯高于采集蜂[30，44]。

　　同時研究還發現，腸道微生物對蜜蜂的其他行為也有影響，例如攝食行為，相比無菌蜂來說，具有正常腸道菌的蜜蜂對蔗糖的敏感性更高，取食量也會更多[35]。上述研究表明工蜂的社會分工、行為與腸道微生物之間存在相互作用，腸道微生物可以通過調節卵黃原蛋白、生物胺等物質間接影響工蜂行為與勞動分工，反之，擔任不同社會職能的工蜂由于其接觸環境的差異也會影響腸道微生物的組成與豐度。

　　2.4蜜蜂腸道微生物與壽命的關系

　　蜂王與工蜂是蜂群中存在的天然壽命研究模型。二者具有相同的遺傳物質，蜂王的壽命可長達5-6年，非越冬工蜂的壽命只有30d左右。營養和社會分工固然在其中發揮了重要作用。但最新的研究發現二者壽命的差異與級型間特定的腸道微生物結構有關，長壽的蜂王腸道菌群與短命工蜂相比，主要差別是乳桿菌屬(Lactobacillus)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)增加，Gamma和Beta變形菌門的數量減少，而這種菌落結構與羰基化合物(生物學年齡的代用指標)在蜂王脂肪體內的積累有關[32]。

　　卵黃原蛋白作為蜜蜂的一種營養儲備蛋白可調節蜜蜂的壽命[45-48]，同時胰島素信號、保幼激素、氧化應激等都與蜜蜂的壽命有著密切的聯系[35，48-49]，腸道微生物又會對卵黃原蛋白的表達[39]、保幼激素的合成[36]、胰島素信號的傳導[34-35]、抗氧化能力[49]產生影響。這些研究提示我們，蜜蜂腸道微生物的區系結構與其壽命有著密切的聯系。

　　3蜜蜂腸道微生物的功能

　　腸道微生物除了在蜜蜂社會性中扮演了重要角色，還具有其他多方面的功能，主要包括激活免疫、抑制病原菌生長、降解食物、促進養分吸收、解毒、發酵蜂蜜和蜂糧等。蜜蜂腸道微生物可以通過激活先天免疫來影響宿主對病原的敏感性[50]。最直接的證據是來自于熊蜂(同屬社會性昆蟲，腸道菌群結構與蜜蜂相似)，無菌化處理的熊蜂更易感染寄生蟲[51-52]，且不同的腸道菌對短膜蟲的抗性不同[53]。

　　鑒于益生菌對病原微生物的抑制功能，有研究向蜜蜂幼蟲中接種了乳酸桿菌和雙歧桿菌，認為其對芽孢桿菌(Paenibacilluslarvae，美洲幼蟲腐臭病的病原菌)[54]和蜂房球菌(Melissococcusplutonius，歐洲幼蟲腐臭病的病原菌)具有抑制效果[55]。蜜蜂腸道微生物能夠幫助宿主消化食物中的大分子物質�；ǚ奂毎�壁中含有大量難降解的多糖，在Gamma，Firm和Bifidobacterium均發現了大量編碼碳水化合物降解酶的基因，其中G.apicola能夠降解果膠(植物細胞壁的主要成分)[56]，Bifido含有大量碳水化合物利用相關的基因[16，57]，LactobacillusFirm-5編碼了大量磷酸酶系統的成員，主要涉及糖的吸收[45]。

　　Bifidobacterium和LactobacillusFirm-5含有許多海藻糖(昆蟲用于儲備能量的二糖)生物合成與利用相關的基因[57-58]。這些基因所編碼的酶系統能有效的幫助蜜蜂利用花粉和花蜜中的營養物質。蜜蜂腸道中的G.apicola，F.perrara，LactobacillusFirm-4，LactobacillusFirm-5和Bifidobacterium等大部分菌都能利用葡萄糖和果糖(蜜蜂日糧中的主要糖)，而有些菌株卻能利用甘露糖、阿拉伯糖、棉子糖、半乳糖、乳糖等蜜蜂本身難以消化的糖，這些糖普遍對蜜蜂有毒，因此，腸道微生物也具有解毒功能[29]。蜜蜂腸道大部分菌中都包含一個“阿拉伯糖外流通透酶(Arabinoseeffluxpermease)”，認為其與糖、多肽、藥物的進出細胞有關[56]。

　　同時宏基因組數據顯示蜜蜂腸道微生物含有一類高變異的蛋白質，其與耐藥性相關的外排泵是同源類似物[56]，這些功能可能都與解毒作用相關。蜜蜂腸道中含有大量發酵類的菌群，例如Lactobacillus、Bifidobacterium、G.apicola和P.apium等，其中蜜囊中含有大量LAB，可能參與蜂蜜的發酵，所以蜂蜜并不是簡單糖的組合，而是一種發酵產品。P.apium在蜂王腸道、幼蟲、蜂糧中很豐富，但工蜂腸道相對少[18，23，58]，有趣的是P.apium在蜂王漿這種具有抑菌作用的液體中有檢出[18]，它似乎更耐受一些高糖、高酸度、有氧的環境，推測其與蜂糧和蜂蜜的發酵密切相關。

　　4展望

　　近年來，關于蜜蜂腸道微生物的研究已取得了良好的進展�；�本了解了蜜蜂腸道微生物的結構模式(優勢種、豐度、分布等)。但仍然存在很多未知和有待開發利用之處。首先，9大優勢菌種對宿主的功能研究不深入。目前關于蜜蜂腸道菌群的功能報道多是間接來自于宏基因組的數據分析結果，尚缺乏更直接的證據。其次，理論研究還沒有真正服務于養蜂生產。例如，有些腸道菌具有抑制病原微生物的功能，可以應用于蜂病防控領域。最后，蜜蜂是研究腸道微生物與壽命關系的天然模型。二者的關聯機制仍需深入研究。這些基礎理論問題都是我們未來研究蜜蜂腸道微生物需要考慮的方向。

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　　微生物論文投稿刊物：《微生物學免疫學進展》由中華人民共和國衛生部主管、蘭州生物制品研究所主辦的國家級醫學衛生科技期刊，季刊，國內外公開發行。以反映國內外微生物學、免疫學及相關學科的新理論、新進展,報道生物技術開發與應用的新方法、新成果為宗旨。