留住多彩世界,守护甜蜜未来
 

文章来源:中国农业科学院蜜蜂研究所作者: 点击数:发布时间:2017-01-05【字体:   

在充满生机的春天,碧绿的田野和多彩的鲜花使我们心旷神怡,当身临其境时我们会更加陶醉。在这美丽的春景中,我们不时的会发现一些小昆虫在花丛中来回舞动,它们会不止疲倦的“拜访”每一朵盛开的鲜花,也正是这每次的“拜访”造就了多彩的世界。这些小昆虫我们称之为传粉昆虫,它们对花朵的“拜访”其实是在为花朵传粉,从而保证它们能够繁衍后代。传粉昆虫的代表是蜜蜂和熊蜂(图2),它们是陆地生态系统中的关键物种,不仅在维持自然界的生态多样性和生态系统平衡方面扮演重要角色,而且在人类农业可持续发展、农作物多样性和提高农产品的质量和产量方面也起着重要作用,全球35%的粮食作物主要依靠蜂类授粉。爱因斯坦也曾说过:“如果蜜蜂从世界上消失了,人类也将仅仅剩下4年的光阴!”,由此可见它们的重要性。

图2-B.rufofasciatus

  然而进入21世纪以后,由于人们只关注经济的发展,忽略了对自然生态的保护,造成了这些重要传粉蜂类在数量和丰富度上呈下降趋势,这些因素包括土地的过度开垦、农药和化肥的不合理使用、环境恶化、病虫害、营养等。尤其是最近发生在蜜蜂中的蜂群衰竭失调现象,导致许多国家的蜜蜂数量急剧下降;另外还有栖息环境的减少和病虫害的影响,使许多国家的野生熊蜂种类和数量大量减少,同样我国也面临着这样的问题。蜜蜂与熊蜂数量的下降严重的威胁到了农业生产和生物多样性的完整性以及全球食物链甚至人类的健康和发展。因此,关注这些重要传粉蜂类的健康和保护生物多样性迫在眉睫,除了我们人为的因素外,病虫害的影响也是造成它们种类和数量下降的主要因素之一,尤其是新出现和再发疾病病毒病和微孢子虫病是造成这些重要传粉蜂数量下降的主要原因之一。
  基于这种原因以及在其他人研究的基础上,团队成员以保护这些重要传粉蜂的健康为目的,以新出现的和再发病毒病和微孢子虫病的研究为主线,综合运用分子病理学、生物性信息学和经典生态学的研究方法等手段,经过无数日日夜夜的辛苦工作,在蜜蜂和熊蜂病虫害方面取得了重大突破。如对在蜜蜂和熊蜂上新出现的和再发病毒病、微孢子虫病的鉴定、跨种感染及对宿主的致病力的分子机制的深入探究,首次发现一种感染蜜蜂的植物病毒—烟草环斑病毒(TRSV),证实了蜜蜂是在接触到被病毒污染的花粉而被感染,且该病毒能侵染蜜蜂的大部分组织,明确了此病毒可以跨越宿主进行传播,并进一步说明这种病毒很可能是一种新兴和将再度出现的传染病之一。另外研究还发现该病毒可以通过母代传给子代外,蜂群中的大蜂螨能够携带这种病毒并在蜂群内传播,并进一步证明了TRSV病毒感染率的增加以及和其他蜜蜂病毒的共同作用与蜜蜂种群数量的逐渐下降具有一定的相关性,此病毒感染对蜂群产生了很大的负面影响。相关研究成果发表在美国微生物学会开放获取网络期刊《mBio》上。文章刚发表后引起了国际和国内多家重要媒体的关注,美国《洛杉矶时报》、《纽约时报》、《科学新闻》、《科学家》、《中国科学报》、光明网、中国化工仪器网、科学网等主要新闻媒体和电视台均报道了这一研究成果。
  再发病毒是导致传粉蜂数量下降和危害蜂群健康的又一重要因素,我们的研究证明蜜蜂黑蜂王病毒(Black queen cell virus, BQCV)和蜜蜂残翅病毒(Deformed wing virus, DWV)可以跨宿主侵染熊蜂,并可以感染熊蜂的脂肪体、肠道、血淋靶、唾液腺、神经系统、气管和咽下腺等大部分组织,危害熊蜂的健康。而且研究得出野外的熊蜂比实验室饲养熊蜂感染这两种病毒的更严重,更充分说明这两种病毒是通过蜜蜂和熊蜂采集时传播的,我们的研究还证实了这两种病毒也能传播到我国本土的中华蜜蜂上并对其产生危害。相关文章被《Science》、《Ecology Letters》等国际顶尖期刊引用,肯定和认可了我们在传粉蜂病原物跨宿主传播机制方面的研究成果。
  此外对于感染熊蜂的微孢子虫的分类鉴定方面也有很大突破。团队成员在研究微孢子虫的感染对熊蜂造成的影响时发现,危害不同熊蜂种类的微孢子虫虽然是不同的种,但是它们却是同一属,这对进一步研究熊蜂微孢子虫的特性提供了依据。另外还首次发现我国熊蜂除了感染熊蜂和中蜂的微孢子虫外,还会感染来自鳞翅目的微孢子虫,并且也证明了熊蜂短膜虫能够侵染中华蜜蜂,进一步明确了不仅病毒,寄生虫也可以跨越宿主进行传播。这些研究结果为世界熊蜂微孢子虫的种类鉴定提供了理论依据,也为熊蜂微孢子虫病的预防及商品熊蜂进出口检疫奠定基础,同时也为熊蜂健康和物种多样性保护奠定了基础(图3)。

图3-微孢子虫

  肠道微生物菌群被认为与宿主健康息息相关。微生物经过复杂的长期协同进化在宿主体内特定环境中形成特定的生态型,每种生态型代表了明显的生理代谢免疫功能的分化,是宿主对环境适应的重要反馈之一,与宿主的营养生理活动有密切的关系。继发现人类和大猩猩的肠道微生物存在特定生态型后我们首次在昆虫纲传粉熊蜂肠道内也发现具有保守的微生物生态型,对于全面理解和认识维持宿主生物多样性和演化规律的因素具有极其重要的价值,同样对于宿主健康和疾病的干预策略的制定,保护生物多样性具有很好的指导意义。团队成员选取的熊蜂样本是蜜蜂科中物种多样性最丰富的蜂种,通过对我国28个熊蜂种(142工蜂个体)的肠道细菌的16S的V6-V8区的高通量测序,应用生态学的研究方法,揭示出熊蜂肠道微生物存在两种保守的生态型(enterotypes)(图1-A)。一种是由Gilliamella属及Snodgrassella属菌群组成,这两类菌群在蜜蜂中也存在。另一种生态型主要是由环境性菌群组成,而且含有一些条件致病菌,如Hafnia属及 Serratia属的种类(图1-B)。这两种不同生态型在熊蜂肠道微生物中的出现显示出与哺乳动物肠道微生物生态型分化的高度一致,对于熊蜂种的健康和种群动态具有潜在的影响。我们的研究发现熊蜂肠道微生物群与哺乳动物有相似之处。首先,二者都是社会性传播。第二,人类和蜂类都具有保守的肠道核心菌群,我们的研究也证实了这两种生态型的形成是不依赖与宿主的蜂种、级型和分布地区。第三,在人类和社会性蜂类中,肠道微生物在寄主个体间差异很大。这些都反映了微生物与其寄主间的长期协同进化的结果。为今后深入研究传粉昆虫生物学提供了肠道微生物新视角,也为熊蜂肠道微生物功能研究及物种多样性保护奠定了基础。相关研究成果发表在《Current Biology》并得到了国内外相关领域的广泛关注。论文投稿后得到审稿人的一致好评:“This manuscript looks at the gut microbiome of a broad range of bumble bee species in China, and surprisingly finds two separate enterotypes. Previous work showed that the Bumble bee gut microbiota was less consistent than the honey bee gut microbiota, but the presence of two distinct states was unknown. As this manuscript changes the way we see the bumble bee microbiome, this is a significant contribution. The manuscript is well written”。论文从投稿到出版只用了2个多月的时间。论文发表后立即被农业部中英文网站、中国科学报、中国农业科学院官方网站作为重要研究成果进行了报道,同时光明网、中国化工仪器网、科学网等新闻媒体也纷纷转载,因为其重要的科学价值,论文在“2015中国科学家与cell press”特刊中进行了报道(见图1)。

图1-LiFig

  “采得百花成蜜后,为谁辛苦为谁甜”以李继莲博士为首的团队成员在被它们这种无私奉献的精神感动之余,也深知勤劳蜜蜂对我们生活和自然生态具有不可替代的作用,因此为了留住我们这多彩的世界,也为了守护我们甜蜜的未来,团队成员们以忘我的态度在研究如何保护这些重要的传粉蜂上努力钻研,开拓进取,以全新的研究思路来应对病虫害对传粉蜂健康的影响,其结果不仅在为解决传粉蜂数量下降问题和保护蜂种资源多样性方面具有重要的科学意义,更重要是对于推动传粉蜂授粉产业化的发展提供了理论和实践基础(图4)。

图4-茄子