在蜜蜂群体中检测小蜂甲的电子DNA

《Journal of Applied Entomology》：Detecting a Small Hive Beetle's eDNA in Honeybee Colonies

早期检测对限制入侵物种扩散至关重要，而eDNA技术在此领域展现出潜力。本研究通过实验证明，在意大利蜂场对西方蜜蜂蜂群进行人工感染后，采用拭子采样结合TaqMan PCR技术可在第2天检测到1只小 hive 螺旋甲虫（SHB）的eDNA，且随着感染时间和虫口密度增加，检测灵敏度显著提升。研究显示，蜂巢底部网格、顶部条等特定位置的拭子采样能有效捕获SHB的DNA痕迹，为入侵物种防控提供了可靠分子诊断工具。

　　在当今全球化的背景下，生物入侵问题日益严重。随着国际贸易和运输的快速发展，许多物种被人为或意外地引入到新的生态环境中，对当地的生态系统、经济和生物多样性造成威胁。小蜂虫（Small Hive Beetle, SHB）作为一种对蜜蜂 colony（蜂群）具有显著危害的入侵性物种，近年来在多个国家中被发现。尽管SHB原产于撒哈拉以南非洲，但自1996年以来，它已经扩散到所有可居住的大陆，除了南极洲。这种扩散主要得益于全球贸易中的蜂蜡运输以及全球变暖对土壤温度的影响，使得SHB的蛹化过程更加容易发生。由于SHB的传播速度快、影响范围广，且其数量可能在短时间内迅速增加，因此，早期检测和有效监控成为防止其扩散的关键环节。

传统的视觉检测方法虽然在某些情况下仍然被广泛使用，但其局限性逐渐显现。SHB具有较强的隐蔽性，常隐藏在蜂巢的角落或缝隙中，使得人工观察难以发现其踪迹。此外，视觉检测需要耗费大量时间，通常每个蜂巢的检查需要超过15分钟，这在大规模的蜂群监测中显得效率低下。更重要的是，这种方法依赖于人类的主观判断，容易受到检测人员经验和技术水平的影响，导致误判或漏检的风险。因此，寻找一种更加客观、高效且可靠的检测手段成为科研人员和养蜂业者的共同目标。

近年来，环境DNA（eDNA）技术在生态监测和生物入侵检测中展现出巨大潜力。eDNA是指生物在环境中留下的遗传物质，例如皮肤细胞、排泄物或分泌物等。通过采集这些物质并进行DNA分析，可以在不直接接触生物个体的情况下，检测到其存在。这种方法在检测其他入侵物种时已经被广泛应用，但在SHB的检测中仍存在一定的挑战。SHB数量较少时，其eDNA的浓度可能较低，难以被检测到。此外，SHB的活动行为和其在蜂巢中的分布情况也会影响eDNA的采集效果。因此，如何提高eDNA检测的灵敏度，成为研究的重点。

在本研究中，科研人员通过实验验证了eDNA采样方法在检测SHB方面的有效性。他们选择了来自意大利SHB无疫区的本地西方蜜蜂（*Apis mellifera ligustica*）蜂群，并在实验室条件下进行人工感染。感染数量分为四个等级：0只（作为对照组）、1只、10只和100只SHB。随后，研究人员在不同时间点（第0天、第1天、第2天和第6天）从蜂巢的四个不同位置（底网角、内盖边缘、框架间隙和顶部条）采集拭子样本。所有样本在采集后被送往荷兰的国家蜂病参考实验室进行DNA分析。

实验结果表明，eDNA拭子采样方法在检测SHB方面具有高度的敏感性和可靠性。在第2天和第6天的采样中，无论SHB的感染数量是多少，所有样本中都能检测到SHB的eDNA。而在第1天，仅在感染数量较多的情况下（如10只或100只）才能检测到eDNA的存在。这一发现意味着，即使在感染初期，eDNA拭子采样仍能有效识别SHB的踪迹。此外，Ct值（循环阈值）与SHB的感染时间和数量之间呈现出显著的负相关关系，即感染时间越长、SHB数量越多，Ct值越低，表明eDNA的浓度越高，检测的灵敏度也越高。

在采样位置方面，研究人员发现，不同位置的样本中Ct值存在差异。在第6天的采样中，样本位置D（顶部条）的Ct值最低，说明该位置的eDNA浓度最高，检测效果最佳。而在第1天和第2天的采样中，不同位置之间的差异不显著，表明此时eDNA的分布尚未稳定。这一现象可能与SHB在蜂巢中的活动行为有关，它们通常会聚集在蜂巢的角落或缝隙中，而顶部条可能更容易受到SHB的活动影响，从而积累更多的eDNA。

值得注意的是，实验中使用的PCR方法（TaqMan assay）表现出较高的特异性，未出现假阳性结果。所有负对照样本在实验前后均未检测到SHB的DNA，这表明实验过程中没有发生污染。然而，由于实验条件的控制性，无法完全模拟自然环境中的复杂情况，例如蜜蜂在蜂巢中移动时可能携带的eDNA，或者蜂巢外部环境对eDNA的影响。因此，虽然本研究证明了eDNA拭子采样在实验室条件下的有效性，但在实际应用中，还需要考虑更多变量，如采样时间、环境因素和采样方法的优化。

在实际应用中，eDNA拭子采样方法的优势在于其非侵入性和快速性。与传统的视觉检测相比，这种方法不需要打开蜂巢，避免了对蜂群的干扰，同时也减少了检测所需的时间和人力成本。此外，eDNA采样可以应用于多个采样点，提供更全面的检测信息。这对于早期发现SHB的入侵具有重要意义，因为一旦SHB在蜂群中建立种群，彻底清除将变得极为困难。因此，eDNA拭子采样可以作为一种有效的早期预警工具，帮助养蜂业者和相关机构及时采取防控措施，防止SHB的进一步扩散。

然而，eDNA采样方法也存在一定的局限性。首先，eDNA的浓度可能受到多种因素的影响，例如SHB的活动频率、环境条件和采样方法的准确性。在自然环境中，SHB可能不会像在实验室中那样密集地聚集，导致eDNA的浓度较低，从而影响检测的灵敏度。其次，eDNA的降解速度较快，特别是在高温、潮湿或紫外线照射下，这可能使得检测结果不够稳定。因此，在实际应用中，需要选择合适的采样时间，并结合其他检测手段进行验证。

此外，SHB的eDNA可能会通过养蜂设备或工具在不同蜂巢之间传播，这可能导致检测结果的偏差。例如，如果采样设备曾经接触过受感染的蜂巢，那么在后续采样中可能会检测到SHB的eDNA，即使该蜂巢本身并未被感染。因此，在使用eDNA拭子采样方法时，必须严格遵循生物安全措施，避免交叉污染。同时，还需要对采样区域进行充分的消毒和隔离，以确保检测结果的准确性。

总的来说，本研究为SHB的早期检测和监控提供了一种新的方法。通过eDNA拭子采样，科研人员能够在不直接接触SHB的情况下，检测到其在蜂群中的存在。这种方法不仅提高了检测的灵敏度和可靠性，还为养蜂业者和相关机构提供了一种快速、高效的工具。尽管eDNA拭子采样仍需进一步优化，特别是在自然环境中的应用，但它无疑为应对生物入侵问题提供了一个重要的补充手段。未来的研究可以进一步探索eDNA拭子采样的最佳实践，包括采样位置的选择、环境因素的影响以及与其他检测方法的结合使用，以提高其在实际应用中的效果和适用性。