作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/30 10:22:08
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蜜蜂杀手:蜂螨是懂“吃”蜜蜂的

 

自20世纪80年代中期以来,欧洲蜂群减少了25%以上,美国减少了近40%。

威胁蜜蜂健康和生存的因素有很多,包括病虫害、农药、污染物、栖息地破坏、全球气候变化等等。其中,蜂螨通常被认为是影响蜂群健康的最重要因素。

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受访者供图

近日,中国农业科学院蜜蜂研究所资源昆虫生物学与饲养团队联合国内外高校对蜜蜂两种外寄生蜂螨的取食特性进行了研究,揭示了蜂螨的取食习性及其高度适应性,为全面认识蜂螨、防治蜂螨提供了重要理论依据。该研究成果1月25日发表在《自然—通讯》(Nature Communications)上。 

蜂群消亡的最重要杀手

“人类每三口食物中就有一口依赖于昆虫授粉,而蜜蜂(包括野生和饲养)提供了其中80%的授粉服务。人类食用量最大的前100种粮食作物中有70种是由蜜蜂授粉的,它们提供了全世界约90%的营养。”论文共同通讯作者、蜜蜂所研究员徐书法告诉《中国科学报》,没有蜜蜂、食蚜蝇和其他昆虫来访花,就没有草莓、苹果、牛油果、巧克力、樱桃、橄榄、蓝莓、胡萝卜、葡萄、南瓜、梨、李子或花生....因此蜜蜂的种群数量和健康与人类的粮食安全和生态系统稳定息息相关。

西方蜜蜂(Apis mellifera)是自然界和农业生态系统中重要的传粉昆虫,其种群数量在全球范围内的持续减少已成为生物多样性和粮食安全的严重威胁。自20世纪80年代中期以来,欧洲蜂群减少了25%以上,美国减少了近40%。尽管在过去20年里,美国的蜂群总数保持相对稳定(约260万群),但损失率仍然很高。调查发现,美国在2022~2023年损失了大约48%的蜂群,这是继2020~2021年损失51%的蜂群之后有记录以来的第二高死亡率。

徐书法说,狄斯瓦螨(俗称大蜂螨)通常被认为是影响蜂群健康的最重要的因素,大蜂螨目前在全世界都有分布,对全球蜂产业造成巨大损失。另一种蜜蜂外寄生螨,梅氏热厉螨(俗称小蜂螨),目前在亚洲危害严重,但具有全球传播的潜在威胁。

大蜂螨最早的寄主是东方蜜蜂,东方蜜蜂在与其长期协同进化过程中形成了抗(耐)螨机制,使大蜂螨的侵染控制在一个较低水平,实现了与其共存。

上世纪中期,大蜂螨才开始寄生于西方蜜蜂,并随着货运传播到全世界。由于适应时间短,西方蜜蜂还没有形成抗螨特性,因此受到严重危害。类似地,小蜂螨之前的寄主是亚洲的大蜜蜂,现在已经转移到西方蜜蜂上。

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扫描电镜下的大蜂螨(A, B)和小蜂螨(C, D)。中国农科院蜜蜂所供图

期研究蜂螨的徐书法介绍,蜂螨的生活周期分为繁殖期和传播期:母螨在封盖巢房前潜入,在巢房中完成繁殖;成熟的雌性后代随蜜蜂出房被释放出来,传播期寄生于成蜂体表,尤其偏好哺育蜂,并借机进入新一轮繁殖周期。

蜂螨一方面通过直接取食蜜蜂的组织危害蜜蜂健康、降低免疫力、缩短寿命,另一方面能够传播多种蜜蜂病毒,如残翅病毒、麻痹病毒等,对蜜蜂健康造成更严重的伤害。 

“蜂螨吃什么”是个谜

“尽管全世界的蜜蜂科研人员和蜂农都非常关注蜜蜂螨害,但对蜂螨的生物学的了解还有待深入。”徐书法说。

关于大蜂螨取食的研究最早是在20世纪70年代,当时研究人员利用放射性同位素技术确定了以蜜蜂的血淋巴为食,之后人们就一直遵循这一结果。

然而,2019年一篇关于大蜂螨取食蜜蜂脂肪体的研究以封面论文的形式发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上,颠覆了以往的认知。

“但是,这项研究的对象为传播期的大蜂螨,他们的研究结果只提供了传播期(寄生成蜂)的蜂螨以脂肪体为食的证据,而蜂螨在繁殖期的食物尚不清晰。”徐书法说,关于蜂螨取食这一基本生物学问题之所以在很长一段时间没有新的进展,可能是由于被所谓的“常识”所限制了,没有开展更系统和深入的研究。

但是,“关心蜜蜂的人没有不关注蜂螨的。”论文共同通讯作者、加拿大阿尔伯塔大学教授Olav Rueppell说。这正是论文第一作者、蜜蜂所副研究员韩宾从蜜蜂生物学转到蜂螨研究的原因。

韩宾说:“我在蜂螨研究领域还是个新人。在开始本研究之前,我本人还未开展过任何蜂螨相关的研究。但是不研究不代表不关注。我一直也在密切关注蜂螨的研究进展。”

2020年,徐书法成为该团队首席科学家,为韩宾的研究打开了一扇新的大门。

“徐老师来到团队,我也成为蜂产业体系团队的成员,开始从关注蜂螨转变为研究蜂螨,开展了大量的蜂螨防控试验。当我提出这个科研选题时,得到了徐老师充分的肯定和支持。”韩宾说。

“我们的研究将传统的生物研究和现代分子生物学研究相结合,根据实验结果提出假设并进行验证。”韩宾介绍,他们通过取食部位调查发现,传播期蜂螨在成蜂腹部的节间膜下取食,而繁殖期蜂螨的取食部位主要位于第二腹节的腹面(占85.7%)。

成蜂腹部的节间膜下富含脂肪体,而蜜蜂在蛹期表皮下脂肪体分布较少,存在丰富的血淋巴。“因此,我们推测蜜蜂血淋巴是繁殖期的母螨及其后代的主要食物。”韩宾说。 

寻找蜂螨绿色防控策略

“接下来,提供上述推测的直接证据是我们实验中的一个关键。”韩宾说,为了解决这一问题,他们使用了2019年美国《国家科学院院刊》那篇封面文章中用到的两种荧光染料,分别标记血淋巴和脂肪体。

在实验室饲养蜜蜂幼虫过程中,在幼虫饲料中加入这两种染料,结果饲养出带有荧光标记的蜜蜂幼虫。接着用该幼虫饲养蜂螨,通过对蜂螨进行荧光检测,找到了繁殖期蜂螨主要进食血淋巴的直接证据。

“除了荧光的直接证据,我们还基于蛋白质组学的研究方法提供了蜂螨取食血淋巴的证据。”徐书法介绍,蜂螨取食蜜蜂组织后,未消化或者消化不完全的蜜蜂蛋白会残留在蜂螨体内。他们利用蛋白质组学的方法在蜂螨中鉴定到了蜜蜂来源的蛋白。通过与蜜蜂血淋巴中的蛋白种类进行比对,他们发现繁殖期蜂螨体内蜜蜂血淋巴特征蛋白的数量远多于传播期的蜂螨。

“营养和食物组成区别往往会对生物的代谢产生显著影响。为了进一步验证关于大蜂螨阶段特异性饮食的假设,我们又对大蜂螨的代谢组进行了检测。”韩宾说,结果表明,共同取食蜂蛹的母螨与其后代在代谢上更为接近,而与传播期的母螨在代谢上存在显著差异,从代谢的角度支持了阶段特异性饮食的结论。

蛋白质组学及代谢组学的研究结果还表明,蜜蜂血淋巴能够为母螨的生殖及其后代发育提供充足营养;而在传播期,蜜蜂脂肪体的高热量为大蜂螨的寄生生活提供充分能量。

“蜂螨的防治一直以来都是蜜蜂饲养中重要技术环节,可以说养蜂是否成功取决于蜂螨防控是否成功,全球都在为防控蜂螨而努力。现在我们虽然知道了蜂螨在繁殖期取食血淋巴,在传播期取食脂肪体,但是防控蜂螨还有很多难题没有解决,未来还有很长的一段路要走。”Olav Rueppell说。

徐书法强调,基于该项研究成果,下一步,他们将研发有针对性的杀螨剂递送策略,通过不同的给药方式来实现蜂螨的分阶段防控。未来他们也要开发蜂螨的生物防治技术,争取在蜂螨的绿色防控上取得突破。 

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-024-44915-x

 
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