中国东部地区中华蜜蜂与意大利蜜蜂共生环境下荆条蜂蜜中可培养与非培养酵母菌多样性研究及其生物技术潜力

本研究针对蜂蜜极端环境中酵母菌群组成及宿主特异性差异的科学问题，采用培养依赖与非培养依赖相结合的方法，系统解析了中国东部地区中华蜜蜂(A. cerana)与意大利蜜蜂(A. mellifera)荆条蜂蜜中的酵母菌群结构。研究发现A. mellifera蜂蜜具有更高的酵母多样性，揭示了宿主身份驱动微生物分化的规律，并证实分离菌株具有突出的高渗耐受性和酸性pH适应能力，为食品发酵、生物活性代谢物合成等生物技术应用提供了重要菌种资源。

　　

蜂蜜作为一种天然的高渗透压环境，其独特的理化特性构成了对大多数微生物的严苛选择压力，却孕育了特殊的耐渗透压酵母群落。这些微生物不仅参与蜂蜜的成熟过程，更因其极端环境适应能力成为生物技术领域的宝贵资源。然而，关于不同蜂种所产蜂蜜中酵母菌群的组成差异及其生态功能，特别是共生环境下的宿主特异性影响机制，科学界仍缺乏系统认知。中国东部地区作为中华蜜蜂(Apis cerana)与引入种意大利蜜蜂(Apis mellifera)的共生区域，为研究宿主身份对蜂蜜微生物组的塑造作用提供了理想模型。

为揭示这一科学问题，由薛思佳(Xue Si-Jia)领衔的研究团队在《International Journal of Food Microbiology》发表了创新性研究成果。研究采用培养依赖(可培养组学)与非培养依赖(高通量测序)相结合的整合策略，以山东青岛地区的单花种荆条(Vitex agnus-castus)蜂蜜为研究对象，系统比较了两种蜂种蜂蜜中的酵母群落特征。通过生理特性测定评估了分离菌株的环境适应能力，为阐释微生物-宿主互作机制及开发新型生物技术菌种提供了重要依据。

研究方法

研究选取青岛地区A. cerana和A. mellifera蜂群采集的荆条蜂蜜样本，通过Illumina高通量测序进行非培养群落分析，同时使用YPD培养基(酵母提取物-蛋白胨-葡萄糖培养基)进行菌株分离培养。对分离菌株进行形态学观察和分子鉴定(ITS序列分析)，并系统测定其渗透压耐受性(60%葡萄糖梯度)和pH适应范围(2.0-8.0)。统计分析方法包括α多样性指数计算和主坐标分析(PCoA)。

研究结果

1. 1.

   群落结构差异

   高通量测序结果显示A. mellifera蜂蜜的Observed species和Shannon指数显著高于A. cerana(p<0.05)，且含有更高比例(38.7% vs 21.3%)的未分类真菌类群。接合酵母属(Zygosaccharomyces)在两种蜂蜜中均为优势菌属，但A. mellifera蜂蜜中检测到更多样的稀有菌种。

2. 2.

   可培养酵母特征

   通过培养共分离到13种酵母和1种丝状真菌，包括首次从蜂蜜中报道的Starmerella apicola。值得注意的是，Metschnikowia ziziphicola仅存在于A. cerana蜂蜜，而Zygosaccharomyces bailii则特异性富集于A. mellifera样本。

3. 3.

   生理适应性

   所有分离菌株均能在60%高糖浓度下生长，其中Zygosaccharomyces rouxii表现出最强的渗透压耐受性。pH耐受实验显示菌株在pH2.5-7.0范围内均保持活力，最适生长pH为4.0-5.0，与蜂蜜天然酸性环境高度匹配。

4. 4.

   功能基因预测

   通过PICRUSt2分析预测到丰富的糖代谢相关基因，包括蔗糖酶(invertase)和葡萄糖转运蛋白(GLUT)编码基因，解释了菌株的高渗适应机制。

研究结论与意义

该研究首次系统揭示了共生环境下不同蜂种蜂蜜酵母菌群的结构差异，证实宿主身份(蜂种)而非地理或蜜源植物是塑造蜂蜜微生物组的关键因素。从生物学角度看，这一发现为"宿主-微生物"共进化理论提供了新的证据；从应用角度而言，分离获得的极端环境适应酵母菌株，特别是具有特殊代谢能力的Zygosaccharomyces和Starmerella菌种，在食品工业(如高糖环境发酵)、功能性成分(如抗氧化物质)生产和益生菌开发等领域展现出巨大潜力。研究建立的培养-非培养整合分析方法，为复杂食品基质中的微生物资源挖掘提供了范式参考。这些发现不仅拓展了对蜂蜜生态系统微生物多样性的认知，也为开发新型微生物资源提供了重要菌种库和理论依据。