饮食调控对非洲稀树草原蜜蜂（Apis mellifera scutellata）肠道微生物群及功能酶的影响研究

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Dietary modulation of gut microbiota and functional enzymes in savannah honey bees (Apis mellifera scutellata Lepeletier)

　　本研究通过高通量DNA宏条形码技术，系统分析了野生与人工饲喂条件下非洲稀树草原蜜蜂（Apis mellifera scutellata）肠道微生物群的组成与功能差异。研究发现，花粉饮食可引入植物源微生物（如Devonia和Pedobacter），并显著提升非核心菌群（如Bartonella和Commensalibacter）的丰度；同时，肠道微生物功能预测显示关键酶（如β-葡萄糖苷酶、丙酮酸脱氢酶）的活性与饮食类型密切相关。该成果为解析饮食-微生物-宿主互作机制提供了新视角，对改善蜜蜂健康及益生菌开发具有重要参考价值。

　　

在全球传粉昆虫数量锐减的背景下，蜜蜂作为生态系统和农业生产的关键物种，其健康问题备受关注。蜜蜂的肠道微生物群与宿主的营养吸收、免疫防御及代谢调节密切相关，尤其核心菌群（如Snodgrassella alvi、Gilliamella apicola等）已被证实对蜜蜂健康具有核心作用。然而，对于适应性强、抗病能力突出的非洲蜜蜂亚种（如Apis mellifera scutellata），其肠道微生物的组成、获取途径及饮食调控机制仍缺乏系统研究。此外，花粉作为蜜蜂主要的蛋白质来源，不仅提供营养，还可能引入植物相关微生物，但这些微生物如何与蜜蜂固有肠道菌群互作，进而影响宿主生理功能，尚不明确。

为揭示饮食对非洲蜜蜂肠道微生物群的影响，本研究以非洲稀树草原蜜蜂（A. mellifera scutellata）为对象，通过对比野生蜜蜂与人工饲喂（半无菌条件）群体的肠道微生物差异，探讨了不同蛋白质饮食（新鲜向日葵花粉、酪蛋白及其灭菌处理）对微生物多样性、群落结构及功能潜力的调控作用。研究论文发表于《Applied Microbiology and Biotechnology》，为蜜蜂微生物生态学提供了重要数据。

关键技术方法

研究采用野外采样与室内控制实验结合的策略：

1. 1.
   样本来源：野生蜜蜂采集自南非自然保护区，实验蜜蜂源自人工孵化的工蜂幼虫；
2. 2.
   饮食设计：设置四组蛋白质饮食（新鲜花粉、灭菌花粉、酪蛋白、灭菌酪蛋白），辅以蔗糖溶液和蜂蜜巢脾；
3. 3.
   微生物分析：通过16S rRNA V4区高通量测序（Illumina NovaSeq平台）及BEExact数据库进行物种注释；
4. 4.
   功能预测：利用PICRUSt2工具基于KEGG数据库预测微生物酶功能；
5. 5.
   统计验证：采用Bray-Curtis距离矩阵和NMDS分析群落差异，并通过α多样性指数（Chao1、Shannon-Wiener）评估物种丰富度。

研究结果

1. 蜜蜂生存率与饮食无关

在14天的饲喂实验中，不同蛋白质饮食（花粉或酪蛋白）对蜜蜂生存率无显著影响（Log-rank检验，p=0.2476），表明饮食类型未引起急性生理胁迫。

2. 微生物多样性受饮食调控

野生蜜蜂的肠道微生物多样性最低，而半无菌条件下饲喂的蜜蜂表现出更高的物种丰富度。花粉饮食组独特ASVs（扩增子序列变体）比例最高（18.75%），且与非灭菌饮食相比，灭菌处理显著改变了微生物群落结构（Bray-Curtis差异度达0.59）。

3. 非核心菌群占主导

所有组别的肠道菌群均以非核心菌属（如Bartonella、Commensalibacter）为主，核心菌群（如Gilliamella）未被检测到。值得注意的是，Apibacter仅存在于野生蜜蜂中，而花粉饮食组特异性富集了植物源微生物（如Devonia、Pedobacter）。

4. 功能酶活性与饮食关联

野生蜜蜂肠道中预测的消化酶（如β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶）活性最高，而碳水化合物代谢相关酶（如丙酮酸脱氢酶）在灭菌酪蛋白组中最为活跃。这表明野生蜜蜂的肠道微生物更擅长分解复杂多糖，而人工饮食可能偏向简单碳源代谢。

结论与意义

本研究首次系统揭示了非洲稀树草原蜜蜂肠道微生物群的结构特征及其对饮食的响应机制。结果表明：

1. 1.
   饮食驱动微生物群落构建：花粉引入的植物微生物可整合至蜜蜂肠道，而非核心菌群（如Bartonella）在花粉消化中可能发挥关键作用；
2. 2.
   功能适应性：野生蜜蜂的肠道微生物具备更强的多糖降解能力，提示自然饮食对维持蜜蜂代谢健康的重要性；
3. 3.
   应用潜力：花粉相关微生物（如Devonia）或可作为益生菌候选，用于改善人工饲喂蜜蜂的营养吸收和抗病能力。

该研究为蜜蜂健康管理提供了新思路，强调在蜂群保育中需关注饮食多样性对微生物稳态的调控作用。未来结合宏基因组学与代谢组学技术，将进一步揭示微生物功能与宿主健康的分子机制。