蜜蜂，作為自然界最重要的傳粉者之一，正面臨前所未有的危機！農(nóng)藥的廣泛使用被認(rèn)為是蜜蜂種群下降的主要原因之一。而最近，一項由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蜜蜂研究所團隊發(fā)表的研究，揭示了手性農(nóng)藥乙蟲腈對蜜蜂及其腸道微生物的深遠影響。這項研究不僅為蜜蜂保護提供了新的科學(xué)依據(jù)，也為我們敲響了農(nóng)藥合理使用的警鐘！
中文標(biāo)題：《蜜蜂（Apis mellifera）腸道微生物對手性乙蟲腈暴露的相互作用與響應(yīng)》
英文標(biāo)題：The interaction and response of gut microbes to exposure to chiral ethiprole in honeybees (Apis mellifera)
發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：12.2
合作單位：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蜜蜂研究所
百邁客生物為該研究提供了16s v4 測序服務(wù)。
摘 要
廣泛使用的農(nóng)藥被認(rèn)為是導(dǎo)致蜜蜂種群下降的主要因素之一。先前的研究表明，手性農(nóng)藥的對映體可能對蜜蜂具有不同的毒性，但農(nóng)藥對映體對蜜蜂及其腸道微生物的影響仍不清楚。該研究評估了蜜蜂在15 μg/L濃度下暴露于乙蟲腈對映體后的腸道微生物及其宿主毒性。與蔗糖對照組和R-乙蟲腈相比，S-乙蟲腈暴露顯著降低了蜜蜂的存活率。值得注意的是，暴露于乙蟲腈及其對映體的蜜蜂影響了蔗糖消耗和體重，并出現(xiàn)了腸道變薄和退化的情況。通過對蜜蜂腸道的16S rRNA基因擴增子測序發(fā)現(xiàn)，乙蟲腈及其對映體顯著破壞了微生物群落。相比之下，S-乙蟲腈暴露顯著減少了群落規(guī)模和多樣性，并表現(xiàn)出較低的生態(tài)位寬度。
此外，R-乙蟲腈上調(diào)了蜜蜂的免疫解毒基因（Defensin1、Defensin2、GST3）的表達，而S-乙蟲腈下調(diào)了CYP6AS14的mRNA水平。免疫反應(yīng)相關(guān)基因的表達與核心細菌呈負(fù)相關(guān)。
該研究全面揭示了手性乙蟲腈對蜜蜂健康的影響，特別是S-乙蟲腈對蜜蜂的風(fēng)險。此外，它為探索外源壓力下宿主與微生物系統(tǒng)之間的相互作用提供了參考。
關(guān)鍵詞：蜜蜂??手性乙蟲腈? 腸道微生物? 基因表達? 健康
研究背景
蜜蜂為自然和農(nóng)業(yè)植物群落提供了關(guān)鍵的授粉服務(wù)，帶來了眾多的生態(tài)和經(jīng)濟效益。然而，近幾十年來，多種蜜蜂種群經(jīng)歷了急劇下降，這歸因于多種因素的復(fù)雜相互作用，包括土地利用變化、氣候變化、病原體和寄生蟲負(fù)擔(dān)增加以及農(nóng)藥使用。廣泛使用的農(nóng)藥對蜜蜂健康有顯著影響，因為不科學(xué)的農(nóng)藥使用會污染環(huán)境并威脅蜜蜂的健康繁殖。
手性農(nóng)藥是一類具有一個或多個手性中心的特殊農(nóng)藥。隨著新型農(nóng)藥的發(fā)展，手性化合物在商業(yè)產(chǎn)品中的比例急劇上升。這些手性農(nóng)藥通過各種途徑進入環(huán)境，由于其抗性和穩(wěn)定性，其殘留物和代謝物在溫和條件下持續(xù)存在。盡管手性農(nóng)藥的異構(gòu)體具有相同的物理化學(xué)性質(zhì)，但它們可能表現(xiàn)出不同的生物活性。因此，全面了解手性農(nóng)藥對蜜蜂和環(huán)境的影響對于提高農(nóng)藥使用效率、減少環(huán)境風(fēng)險和污染以及制定可持續(xù)的害蟲管理策略至關(guān)重要。
材料與方法
- 昆蟲和化學(xué)品制備：蜜蜂（Apis mellifera L.）蜂群由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蜜蜂研究所維護。選定的蜂群未暴露于農(nóng)藥或抗生素。乙蟲腈標(biāo)準(zhǔn)品及其兩種對映體（純度≥98.0%）購自上海Chirahway生物技術(shù)有限公司。乙蟲腈預(yù)先溶解在丙酮溶液中，并用50%蔗糖溶液稀釋至最終濃度為15 μg/L。
- 手性乙蟲腈暴露實驗：將成熟的工蜂蛹從蜂巢中取出并在孵化器中孵化直至羽化。約1000只新羽化的工蜂被標(biāo)記并重新引入源蜂群。7天后，30只標(biāo)記的蜜蜂用于初始體重和腸道重量測量。另外，720只完成正常微生物群定植的蜜蜂暴露于rac-乙蟲腈、R-乙蟲腈或S-乙蟲腈（每組n=180只蜜蜂）或未處理（蔗糖對照組，n=180只蜜蜂）7天。
- 蜜蜂中腸組織病理學(xué)分析：新鮮蜜蜂中腸組織用4%多聚甲醛固定12小時，并使用酒精梯度脫水。中腸組織包埋在石蠟中，切片厚度為4 μm，隨后用蘇木精和伊紅染色。
- 蜜蜂頭部免疫和解毒基因表達：根據(jù)制造商的說明從蜜蜂頭部樣品中提取總RNA，并使用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA。通過實時定量PCR（RT-qPCR）評估免疫和解毒基因的相對表達。DNA提取和微生物群分析：使用SPINeasy DNA Kit從腸道中提取DNA，并根據(jù)制造商的說明進行16S rRNA基因擴增子測序。
- 統(tǒng)計分析：使用 GraphPad Prism 9 軟件繪制蜜蜂的表型數(shù)據(jù)和16S rRNA測序的下游數(shù)據(jù)。細菌β多樣性基于在線平臺ChiPlot進行的主坐標(biāo)分析（PCoA）。
研究結(jié)果
一、手性乙蟲腈對蜜蜂的毒性效應(yīng)：S-乙蟲腈處理的蜜蜂存活率顯著低于對照組和R-乙蟲腈組。乙蟲腈及其對映體影響了蜜蜂的蔗糖消耗和體重，并導(dǎo)致腸道變薄和退化。
二、乙蟲腈改變腸道細菌的規(guī)模和定植：與對照組相比，S-乙蟲腈組的腸道細菌總絕對豐度顯著降低。乙蟲腈暴露顯著減少了乳酸菌的絕對豐度。
三、乙蟲腈對蜜蜂免疫解毒基因表達的影響：R-乙蟲腈顯著上調(diào)了蜜蜂的免疫相關(guān)基因（Defensin1、Defensin2）和解毒基因（GST3）的表達，而S-乙蟲腈顯著下調(diào)了CYP6AS14的mRNA水平。
四、微生物群落與免疫解毒基因表達的相關(guān)性分析：免疫反應(yīng)相關(guān)基因的表達與核心細菌呈負(fù)相關(guān)。
討 論：
蜜蜂是重要的傳粉者，在覓食過程中容易受到外部病原體和農(nóng)藥的影響。手性乙蟲腈作為一種重要的農(nóng)藥，廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但其對蜜蜂的副作用尚不清楚。該研究分析了三種形式的乙蟲腈（rac-乙蟲腈、R-乙蟲腈和S-乙蟲腈）對蜜蜂及其腸道微生物的毒性。結(jié)果表明，乙蟲腈對映體對傳粉者具有潛在的毒性，并為農(nóng)業(yè)中農(nóng)藥的安全合理使用提供了依據(jù)。
研究亮點：
- ?S-乙蟲腈顯著降低蜜蜂存活率：與對照組和R-乙蟲腈相比，S-乙蟲腈暴露顯著減少了蜜蜂的存活率。
- 腸道健康受損：暴露于乙蟲腈及其對映體的蜜蜂出現(xiàn)了腸道變薄和退化的情況，影響了其營養(yǎng)吸收和整體健康。
- 微生物群落破壞：通過16S rRNA基因測序，研究發(fā)現(xiàn)乙蟲腈及其對映體顯著破壞了蜜蜂腸道微生物群落的多樣性和規(guī)模，尤其是S-乙蟲腈暴露導(dǎo)致群落規(guī)模和多樣性顯著減少。
- 免疫和解毒基因表達變化：R-乙蟲腈上調(diào)了蜜蜂的免疫相關(guān)基因（如Defensin1、Defensin2）和解毒基因（如GST3）的表達，而S-乙蟲腈則下調(diào)了CYP6AS14的mRNA水平。
蜜蜂的未來，我們能做些什么？
蜜蜂的健康不僅關(guān)乎生態(tài)平衡，也關(guān)乎我們的食物安全。這項研究提醒我們，農(nóng)藥的使用必須更加科學(xué)和謹(jǐn)慎。作為普通人，我們也可以為蜜蜂保護貢獻力量：
- 支持有機農(nóng)業(yè)：減少農(nóng)藥使用，選擇有機食品。
- 種植蜜蜂友好植物：在花園或陽臺上種植蜜蜂喜愛的花卉，為它們提供食物來源。
- 提高環(huán)保意識：減少化學(xué)制品的使用，保護生態(tài)環(huán)境。
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