蜂群嗉囊微生物群变化促进乙醇积累的机制研究：笼养与自由采集蜂的比较分析

《Microbial Ecology》：Do Shifts in Honeybee Crop Microbiota Enable Ethanol Accumulation? A Comparative Analysis of Caged and Foraging Bees

　　本研究针对笼养蜜蜂嗉囊中检测到乙醇痕迹的现象，探讨了环境隔离是否通过改变嗉囊微生物群导致内源性乙醇积累。通过比较笼养蜂与蜂巢蜂，发现笼养蜂嗉囊微生物α多样性降低，β多样性差异显著，且乙醇检出率更高。结果表明，实验室禁闭改变了微生物群落结构，可能为乙醇产生菌（如Gilliamella和Bifidobacterium）创造了生态位，为理解微环境改变对宿主-微生物互作的影响提供了新视角。

　　

在自然界中，乙醇是发酵花蜜和水果中的天然成分，对于许多以花蜜和水果为食的动物而言，是常见的饮食组分。昆虫如蜜蜂，常常被乙醇所吸引，甚至可能将其视为高糖食物或能量来源的线索。蜜蜂工蜂体内存在酒精脱氢酶（ADH），能够代谢乙醇，并且乙醇还能作为信息素乙基油酸酯的前体，调节工蜂向采集蜂的转变。有趣的是，即使在无法接触外界食物来源的笼养蜜蜂的嗉囊（蜜囊）中，也能检测到乙醇的痕迹。这引发了一个有趣的科学问题：在缺乏环境乙醇暴露的情况下，蜜蜂嗉囊内的微生物活动是否可能导致内源性乙醇的积累？这种现象类似于人类的肠道发酵综合征或自酿酒综合征。蜜蜂的肠道微生物群，特别是嗉囊部位，虽然多样性较低，但在食物发酵和病原体防御中扮演着重要角色。然而，实验室笼养环境会切断蜜蜂与自然环境（如花朵、蜂巢表面）的微生物交换，这种环境隔离如何影响嗉囊微生物群的组成和功能，进而是否可能促进乙醇的积累，尚不清楚。

为了探究这些问题，研究人员在《Microbial Ecology》上发表了一项研究，比较了在自然蜂巢条件下发育的蜜蜂与在实验室笼养条件下饲养的蜜蜂的嗉囊内容物，分析了其微生物群落结构和乙醇水平。

本研究主要运用了以下关键技术方法：使用新出房蜜蜂建立笼养和蜂巢饲养两组实验模型，并在特定时间点采集嗉囊内容物；采用酶学检测法（K-ETOH试剂盒）定量分析乙醇浓度；通过16S rRNA基因V3-V4区高通量测序（基于Illumina平台，使用Pro341F/Pro805R引物）进行微生物群落分析，并利用DADA2流程获得扩增子序列变异（ASV），使用IdTaxa算法和BEExact数据库进行物种注释；使用广义线性混合效应模型（GLMM）和零膨胀模型进行乙醇数据和α多样性的统计学分析；通过约束对应分析（CCA）和非度量多维标度（NMDS）分析β多样性；应用DESeq2进行差异丰度分析。

结果

乙醇含量

嗉囊样品中的乙醇浓度普遍较低（0至0.35 g/L），各组中位数均接近0。笼养蜂和蜂巢蜂之间的乙醇浓度、以及不同周次之间的乙醇浓度均无显著差异。然而，零膨胀模型显示，笼养蜂的嗉囊样品中检测到乙醇（即非零值）的频率显著高于蜂巢蜂。食物和水样品中均未检测到乙醇。

微生物群α多样性

笼养蜂嗉囊中的ASV丰富度（Observed ASVs）显著低于蜂巢蜂。然而，两者的香农指数（Shannon index）没有显著差异。时间点（第一周与第二周）及其与蜜蜂来源的交互作用对α多样性指标均无显著影响。

微生物群β多样性

基于Bray-Curtis相异度的NMDS分析显示，蜜蜂样品（包括笼养蜂和蜂巢蜂）的微生物群落与它们所接触的食物和水分样品明显分离。虽然笼养蜂和蜂巢蜂的微生物群落在NMDS图上存在部分重叠，但笼养蜂组内的群落差异（β-离散度）显著大于蜂巢蜂组，表明笼养蜂的嗉囊微生物群落更不稳定。CCA分析进一步证实，蜜蜂来源（笼养vs.蜂巢）、时间点和饲养笼都对微生物群落组成有显著影响。

细菌群落组成

在门水平上，蜜蜂嗉囊样品主要由乳酸菌科（Lactobacillaceae）和醋酸菌科（Acetobacteraceae）主导，而这些菌科在食物和水分样品中几乎不存在。在属水平上，蜂巢蜂和笼养蜂嗉囊中最丰富的两个菌属均为蜜球菌属（Apilactobacillus）和波姆氏菌属（Bombella）。然而，蜂巢蜂的嗉囊微生物群中蜜球菌属（Apilactobacillus）的相对丰度显著高于笼养蜂，而波姆氏菌属（Bombella）在两组间无显著差异。与蜂巢蜂相比，笼养蜂的嗉囊中多种菌属的相对丰度显著升高，包括鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）、乳酸杆菌属（Lactobacillus）、短杆菌属（Brevibacterium）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）、斯氏菌属（Snodgrassella）、吉利亚姆氏菌属（Gilliamella）和代尔夫特菌属（Delftia）。差异丰度分析（ASV水平）显示，笼养蜂中富集了多个属于吉利亚姆氏菌属（Gilliamella）、乳酸杆菌属（Lactobacillus）、欧文氏菌属（Erwinia）、短杆菌属（Brevibacterium）、斯氏菌属（Snodgrassella）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的ASV。

讨论与结论

本研究表明，实验室笼养环境显著改变了蜜蜂嗉囊的微生物群落结构，表现为α多样性降低、群落稳定性下降（β-离散度增加）以及特定菌属相对丰度的变化。笼养蜂嗉囊中蜜球菌属（Apilactobacillus）等与花蜜和环境相关的细菌丰度减少，而一些已知具有乙醇发酵潜力的细菌，如吉利亚姆氏菌属（Gilliamella）和双歧杆菌属（Bifidobacterium），其相对丰度却有所增加。尽管嗉囊中的乙醇绝对浓度很低，且在两组间无显著差异，但笼养蜂样品中乙醇的检出频率更高，提示笼养引起的微生物群变化可能为内源性乙醇的微量积累创造了条件。

该研究揭示了环境隔离对蜜蜂嗉囊微生物生态的深刻影响，并提出了微生物群可能参与宿主内源性乙醇代谢的新视角。蜂巢环境作为重要的微生物库，对于维持蜜蜂嗉囊微生物群的稳定和功能至关重要。笼养导致的微生物群失调，可能通过改变发酵功能或影响宿主生理，间接导致乙醇等代谢物的积累。这些发现强调了在实验室研究中考虑环境微生物暴露对宿主-微生物互作影响的重要性。未来的研究需要结合功能学方法（如宏转录组、体外发酵实验）来直接验证这些细菌在嗉囊环境下的代谢活性，并探讨这种微量的乙醇积累对蜜蜂生理和行为的潜在影响。