微生物在蜂群营养和健康上的重要性（三）

本文前两部分讨论了微生物（细菌和真菌）如何促进蜂群的健康（图1），微生物帮助饲料加工、消化和降低病原的繁衍。在第二部分，讨论了抗生素和杀虫剂等因素能阻碍蜂群微生物菌群的繁衍和多样性，可能影响蜂群健康。前两部分的共同点是，思考的时间很长，从进行的蜜蜂科学研究获得的真实资料不多。实际上，关于蜜蜂和蜂粮中有益微生物了解很少，所知道的大部分是来自几十年前的研究。现代分子微生物技术能够提供更完全的细菌和真菌多样性资料。然而，这些技术还未应用于描述存在于健康蜂群的微生物。本文第三部分将进行多项研究来确定健康蜂群中存在哪些微生物，我们也要考察污染的花粉、抗生素处理及补充饲喂对微生物的繁衍和多样性以及对蜂群健康和生存的影响。

了解微生物在保持蜂群健康作用的良好开端，是鉴定哪些微生物生活在健康蜂群中。表面上这似乎是简单明了的问题，然而，确定健康蜂群中的微生物菌群十分复杂。首先，蜂群从可以获得花粉资源开始全年是变化的。有春季花粉，蜜蜂用它们培育幼虫和发展群势；有夏季花粉，蜜蜂用它们维持群势。最后，有秋季花粉，蜜蜂用它们维持度过冬季。蜂群中花粉的类型对微生物多样性的作用是什么？根据蜜蜂采集的花粉，一年特定时间存在微生物的循环？或者微生物依赖蜜蜂采集的任何种类花粉稳定地繁衍？

我们知道某些微生物发现在蜜蜂体内及采集、

黄文诚 编译

本文前两部分讨论了微生物（细菌和真菌）如何促进蜂群的健康（图1），微生物帮助饲料加工、消化和降低病原的繁衍。在第二部分，讨论了抗生素和杀虫剂等因素能阻碍蜂群微生物菌群的繁衍和多样性，可能影响蜂群健康。前两部分的共同点是，思考的时间很长，从进行的蜜蜂科学研究获得的真实资料不多。实际上，关于蜜蜂和蜂粮中有益微生物了解很少，所知道的大部分是来自几十年前的研究。现代分子微生物技术能够提供更完全的细菌和真菌多样性资料。然而，这些技术还未应用于描述存在于健康蜂群的微生物。本文第三部分将进行多项研究来确定健康蜂群中存在哪些微生物，我们也要考察污染的花粉、抗生素处理及补充饲喂对微生物的繁衍和多样性以及对蜂群健康和生存的影响。

了解微生物在保持蜂群健康作用的良好开端，是鉴定哪些微生物生活在健康蜂群中。表面上这似乎是简单明了的问题，然而，确定健康蜂群中的微生物菌群十分复杂。首先，蜂群从可以获得花粉资源开始全年是变化的。有春季花粉，蜜蜂用它们培育幼虫和发展群势；有夏季花粉，蜜蜂用它们维持群势。最后，有秋季花粉，蜜蜂用它们维持度过冬季。蜂群中花粉的类型对微生物多样性的作用是什么？根据蜜蜂采集的花粉，一年特定时间存在微生物的循环？或者微生物依赖蜜蜂采集的任何种类花粉稳定地繁衍？

我们知道某些微生物发现在蜜蜂体内及采集、

储藏的花粉中，所以饲料源在蜂群的微生物菌群上可能是重要的。如果采用其他的社会昆虫——切叶蚁做模型，我们推测不论花粉源如何，微生物菌群全年都是非常稳定的。切叶蚁用采集的植物物质培养真菌，真菌是切叶蚁吃的真正饲料，叶子是真菌的培养基。真菌在切叶蚁采集的任何植物叶子上生长，虽然生长速度可能不同。对于蜜蜂可能是同样情况。微生物可能在任何种类的花粉上繁衍，但是速度不同。这可以解释为什么蜜蜂有时采集营养价值低的花粉（例如玉米花粉或其他风媒植物花粉）。迄今已有的营养分析集中在花粉上，不是在花粉制作的蜂粮上。要了解花粉真正的营养价值和蜂群的微生物菌群在全年的变动，需要确定花粉源和微生物多样性之间的关系。

影响蜂群微生物菌群的另外一个因素是蜜蜂的遗传学。即使欧洲蜂群和非洲蜂群采集同样的蜜粉源，它们的微生物菌群相同吗？由于和蜂王交配的雄蜂的数量形成蜂群遗传的多样性影响微生物的多样性吗？如果采用人类做模型，我们推测遗传物质决定微生物菌群的成分。调查研究人胃中的微生物群落指出，不同人种具有的胃微生物群落不同，在微生物的组成种类上明显不同。在蜜蜂方面，蜂群中微生物种类可能使欧洲蜜蜂、非洲蜜蜂、俄罗斯蜜蜂之间形成差异，或者在单雄交配和多雄交配的蜂王在产卵率、群势增长或对某种疾病的易感性上产生差异。

另外一个影响微生物多样性的变量是蜜蜂日龄。工蜂羽化时胃中没有微生物，蜜蜂不久通过与同伴交换饲料就被接种上群内的微生物。然而，工蜂的食物和生理随着日龄和它们执行的任务改变，其携带的微生物可能发生变化。很有可能工蜂的微生物菌群影响工蜂执行任务时不同的生理状况。

除了蜂群之间可能存在微生物的多样性以外，由于蜂群遗传性或蜜蜂日龄结构，蜜蜂用来加工蜂粮的微生物也随时间延长而改变。只有一项研究考察过蜂粮中的微生物，指出在花粉发酵和预消化的3周多期间微生物是发展的。我们知道仅有一小部分微生物能够离开宿主环境被培养。虽然在这项研究中培养了十几种微生物，无疑，在加工花粉和转化成蜂粮时需要的微生物还有很多。

在初步研究中，采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）。变性梯度凝胶电泳分离个别的微生物DNA分子，在凝胶上形成分离明显的带（图及说明略）。可能影响蜂群中微生物菌群的全部变量对于认识是重要的，只有极少微生物可以看到和培养。了解微生物菌群中有什么的挑战，产生各种技术，包括变量梯度凝胶电泳、基因图谱、特定基因的探针、图示代谢活性的“微阵列”以及宏基因组学。宏基因组学是一个新发展的领域，其中基因组分析的能力（一个生物体全部基因的分析）应用于整个微生物菌群。联合应用新技术分离和培养个别的微生物物种，这些技术揭露所有生命系统中的健康微生物共生生物远比100多年来微生物研究所知道的多得多（关于宏基因组学及其应用可查阅http://dels.nas.edu/dels/rpt_briefs/metagenomics_final.pdf）。

为了鉴定健康蜂群中的微生物，我们要采集蜜蜂和蜂粮，从这些样本的全部微生物提取DNA，采用宏基因组学及其他分子分析技术分析微生物菌群。然后我们在DNA中筛选各种功能的基因，例如产生维生素或抗生素的基因。采用这种方法已经发现了新抗生素。健康蜂群的全微生物分析，将揭示微生物或者至少揭示蜜蜂加工及保存它们饲料所需要的基因顺序。

我们所提议的确实是庞大而困难的任务。然而，许多微生物系统的分子分析和宏基因组学分析已经进行了（例如：人胃、地面下的热含水土层以及各种植物和动物），并且产生了资料，它们在人类健康、能源生产和环境修复方面提供了新的解决方案。有病的和健康的蜂群中微生物的完全的宏基因组学分析，将加深我们对蜜蜂如何加工和保存饲料，从其中获得营养和预防疾病爆发（这些在蜂箱的环境中是很普通的）的了解。

一旦健康蜂群中的微生物菌群被确定，就能够开始考察诸如杀虫剂、杀菌剂等环境污染对蜜蜂用来保持蜂群健康的亚致死作用。我们调查用于防病的广谱抗菌素如何影响有益微生物及饲料加工和储藏。我们确定蜂群暴露在杀菌剂或抗生素时，那些微生物或基因顺序消失了。我们还发现饲料储藏，特别是蜂粮，没有经过适当的加工或储藏，因此变得对蜜蜂不适口。在对蜂群衰竭失调死亡的蜂群，观察到的蜂蜜和蜂粮没有被其他蜜蜂盗窃或者没有被其他蜂群的害虫食用，可能是由于巢房里微生物菌群的成分和储备饲料的最终条件。

我们正处在蜜蜂对农业作用的十字路口，现在比过去需要更多蜂群。然而，我们经历着更多的蜂群损失。必须找到新的、可持续的管理措施，养蜂人能够移动蜂群去授粉，同时保持蜂群健康。不论是蜜蜂、蓝鲸还是人，健康的基础是适宜的营养，营养是基于微生物菌群的多样性和变动。我们有研究微生物菌群和解答非常实际问题的分子技术。如果将这些技术应用在研究蜂群方面，将能够鉴定维持蜂群健康的基本要求，农业生产严重依赖健康蜂群。