杀虫剂通过工蜂暴露于亚致死剂量而对蜜蜂蜂王及其卵产生的间接影响

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Indirect effects of insecticides on honey bee queens and their eggs via workers exposed to sublethal doses

蜜蜂 queens 生理及转录组特征受工蜂间接暴露于 acephate、bifenthrin 和 chlorantraniliprole 的影响。实验显示 acephate 显著降低 queens 体重、卵尺寸及产卵率，抑制工蜂酯酶活性，并引发 worker、queen 和卵中解毒、免疫及抗氧化相关基因表达时序性变化。

　　### 蜜蜂与农业化学物质的关系

蜜蜂在农业生产中扮演着至关重要的角色，尤其是在作物授粉方面。据估计，人类饮食的三分之一依赖于动物媒介的授粉过程，其中蜜蜂是全球作物授粉的主要贡献者。蜜蜂不仅对农业生产力至关重要，还对生物多样性、生态系统稳定性和生态服务提供了重要支持。然而，近年来由于蜂群大规模死亡，以及对授粉服务日益增长的需求，全球粮食安全面临严重威胁。蜜蜂群体在农业生产中承担了重要的授粉任务，但与此同时，它们也经常暴露于各种农业化学品，包括杀虫剂。

杀虫剂作为农业化学物质的重要组成部分，被广泛用于保护作物免受害虫侵害。然而，杀虫剂的使用对蜜蜂的生存和健康产生了深远影响。研究表明，杀虫剂不仅对蜜蜂个体产生毒性，还可能对整个蜂群造成影响。例如，某些杀虫剂可以影响蜜蜂的生理功能、行为模式以及基因表达。此外，杀虫剂可能通过不同的途径影响蜜蜂，包括直接接触和间接途径，如通过花蜜、花粉和水源传播。这种间接影响尤为复杂，因为蜜蜂女王并不参与花粉采集，但她们可能通过工蜂间接接触到杀虫剂。这种间接接触可能对蜜蜂的生理和繁殖性能产生显著影响，并进一步影响到下一代蜜蜂。

### 杀虫剂对蜜蜂的间接影响

蜜蜂女王作为蜂群中唯一的繁殖个体，通常被认为受到较少的环境压力影响。然而，越来越多的研究表明，蜜蜂女王也可能受到杀虫剂的影响。例如，杀虫剂可能通过工蜂传播到女王，进而影响其生理状态和繁殖能力。这种影响可能是通过蜂群内部的“社会免疫”机制减弱，但并非完全避免。女王的营养来源主要是由工蜂提供的蜂王浆，这种物质在传统观念中被认为是无农药残留的。然而，近年来的研究发现，蜂王浆中也检测到了农药残留，这可能源于工蜂摄入受污染的食物或蜂蜡的转移。

蜜蜂女王在发育过程中可能会受到杀虫剂的负面影响。例如，某些杀虫剂在低剂量或田间实际浓度下，仍然可以对蜜蜂女王的生理和生存造成影响。这些影响包括减少蜂王浆的分泌量、降低生殖能力以及影响蜜蜂的基因表达。例如，某些杀虫剂可以干扰蜜蜂的代谢过程，降低其免疫系统功能，并影响其繁殖行为。这些变化可能导致蜜蜂群体的长期生存能力下降，影响授粉服务的质量和数量。

### 杀虫剂对蜜蜂工蜂的影响

蜜蜂工蜂是蜂群中最为活跃的成员，负责采集花蜜、花粉、筑巢和照料幼虫。然而，工蜂在采集过程中可能直接接触到杀虫剂，这对其生理和行为产生严重影响。研究表明，某些杀虫剂可以显著影响工蜂的生理状态，包括降低其活动能力、改变其导航行为以及影响其免疫系统功能。此外，杀虫剂还可能影响工蜂的代谢和基因表达，导致其生理功能受损。

在本研究中，我们评估了三种广泛使用的杀虫剂——乙酰甲胺磷、溴氰菊酯和氯虫苯甲酰胺——对蜜蜂工蜂的影响，以及这些影响如何间接影响蜜蜂女王及其产生的卵子。这些杀虫剂被选中是因为它们在美国的行作物农业中广泛使用，代表了不同的化学类别和作用机制，并且经常在蜂箱产品中被检测到。通过研究这些杀虫剂对蜜蜂工蜂、蜜蜂女王和卵子的影响，我们希望揭示杀虫剂如何通过蜜蜂群体的互动，影响蜜蜂的繁殖性能和群体健康。

### 实验设计与方法

为了评估这些杀虫剂对蜜蜂群体的影响，我们设计了一个为期四周的实验。实验地点位于美国密西西比州的Delta研究与推广中心，实验使用了16只未经交配的姐妹蜂王。这些蜂王是从一只母蜂王中培育出来的，随后被引入到健康的5框蜂群中。每个蜂群包含4框幼虫和蜂蜜覆盖的工蜂，以及一个蜂箱内的喂食器。所有蜂王在同一个蜂箱内自由交配，并在两个幼虫生产周期内产卵，从而改变其蜂群中工蜂的基因组成。

实验分为四个组：对照组（C）、乙酰甲胺磷组（A）、溴氰菊酯组（B）和氯虫苯甲酰胺组（H）。每个组在实验开始前和实验期间每周接受一次糖浆喂养。前两周的糖浆是未受污染的，而后两周的糖浆中加入了相应的杀虫剂。杀虫剂的浓度是根据之前研究中评估其亚致死效应的结果选择的。实验过程中，每只蜜蜂在12、36、120和264小时后被收集用于酶活性和分子水平的测试。

为了评估蜜蜂的生理和行为变化，我们测量了蜜蜂工蜂的卵子数量和大小，以及蜜蜂女王的体重。此外，我们还进行了酶活性测试，包括酯酶（EST）、谷胱甘肽转移酶（GST）和乙酰胆碱酯酶（AChE）的活性变化。这些酶活性的变化可以帮助我们了解杀虫剂对蜜蜂代谢和免疫系统的潜在影响。

### 实验结果

实验结果显示，乙酰甲胺磷对蜜蜂工蜂的酯酶活性产生了显著的抑制作用。酯酶活性在所有时间点均显著降低，表明乙酰甲胺磷可能干扰了蜜蜂的代谢过程。此外，乙酰甲胺磷还显著减少了蜜蜂女王的体重和卵子数量，而溴氰菊酯和氯虫苯甲酰胺对蜜蜂的这些参数没有显著影响。这一结果表明，乙酰甲胺磷可能对蜜蜂群体的健康和繁殖能力产生了更严重的负面影响。

在基因表达方面，乙酰甲胺磷暴露显著影响了蜜蜂工蜂、蜜蜂女王和卵子中的多个基因。例如，乙酰甲胺磷显著抑制了某些P450基因的表达，而这些基因在蜜蜂的代谢和解毒过程中起着关键作用。此外，乙酰甲胺磷还改变了蜜蜂的免疫和抗氧化基因表达，这可能影响蜜蜂的免疫能力以及对氧化应激的反应。

### 讨论

这些结果表明，杀虫剂的使用可能对蜜蜂群体产生深远的影响。首先，乙酰甲胺磷对蜜蜂工蜂的酯酶活性产生了显著的抑制作用，这可能意味着蜜蜂无法有效代谢和解毒乙酰甲胺磷，导致其生理功能受损。其次，乙酰甲胺磷对蜜蜂女王的体重和卵子数量产生了负面影响，这可能影响蜜蜂的繁殖能力和群体的长期生存。

此外，杀虫剂可能通过改变蜜蜂的基因表达，影响蜜蜂的生理和行为。例如，某些杀虫剂可以影响蜜蜂的免疫系统，导致其对病原体的抵抗力下降。同时，杀虫剂还可能干扰蜜蜂的代谢过程，导致其能量和资源分配发生变化，影响其繁殖能力。

### 结论

本研究的结果表明，杀虫剂的使用可能对蜜蜂群体产生深远的影响。特别是乙酰甲胺磷，它对蜜蜂工蜂和女王的生理和基因表达产生了显著的负面影响。这些影响可能通过蜜蜂群体的互动传递到下一代，进而影响蜜蜂的繁殖能力和群体健康。因此，为了保护蜜蜂群体和确保授粉服务的可持续性，有必要进一步研究杀虫剂对蜜蜂的影响，并采取措施减少其使用对蜜蜂的负面影响。

此外，本研究还强调了蜜蜂群体中不同个体之间的相互作用对杀虫剂影响的重要性。例如，蜜蜂女王可能通过工蜂间接接触到杀虫剂，这可能对其生理和繁殖性能产生影响。因此，未来的研究应关注蜜蜂群体中不同个体之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响杀虫剂的效应。

最后，本研究的结果为蜜蜂群体的保护提供了新的视角。通过了解杀虫剂如何影响蜜蜂的生理和基因表达，我们可以制定更有效的策略，以减少杀虫剂对蜜蜂的负面影响。这包括改进农药使用方法、开发更安全的替代品，以及加强蜜蜂群体的健康监测。这些措施对于保护蜜蜂群体、确保授粉服务的可持续性以及维护农业生态系统的健康至关重要。