草甘膦(GLY)慢性暴露对两种蜜蜂肠道菌群的影响：亚洲蜜蜂与欧洲蜜蜂的敏感性差异

本研究针对全球广泛使用的除草剂草甘膦(GLY)在蜂粮中残留浓度(0.7 mg/kg)对两种重要传粉昆虫——中华蜜蜂(Apis cerana)和意大利蜜蜂(Apis mellifera)肠道菌群的时序性影响展开研究。通过16S rRNA测序技术发现，GLY暴露12天后显著降低亚洲蜜蜂核心菌属Snodgrassella丰度达55.56%，欧洲蜜蜂非核心菌属Commensalibacter丰度降低4.54%。研究首次揭示田间残留浓度GLY对蜜蜂肠道菌群的负面影响，为农药风险评估提供重要科学依据。

　　

在全球农业生态系统中，蜜蜂作为关键传粉者扮演着不可或缺的角色，然而近年来蜜蜂种群数量呈现惊人下降趋势。面对栖息地丧失、极端气候等多重环境压力，农药特别是除草剂的广泛使用成为蜜蜂生存的重要威胁。其中，草甘膦(Glyphosate, GLY)作为全球使用最广泛的商业除草剂，其安全性评价主要基于对5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase, EPSPS)的抑制作用机制——这种酶存在于某些细菌、真菌和植物中，而动物如蜜蜂则缺乏这种特定酶，因此GLY长期被认为对蜜蜂安全。

然而近年研究发现，GLY可能对蜜蜂的温度调节能力和认知功能产生不利影响，特别是对肠道微生物组的干扰作用逐渐引起关注。蜜蜂肠道菌群在食物消化、营养供给和病原体防护等方面发挥着至关重要的作用，其稳定维持对蜂群健康具有重要意义。尽管已有研究探讨了GLY对意大利蜜蜂(Apis mellifera)和熊蜂(Bombus impatiens)肠道菌群的影响，但对亚洲蜜蜂(Apis cerana)的研究仍属空白。考虑到两种蜜蜂对农药的敏感性存在差异，直接套用欧洲蜜蜂的研究结论可能并不适用。

更值得注意的是，既往研究多采用亚致死剂量(3.7-10 mg/L)而非田间实际残留浓度。研究表明，蜂粮中GLY残留最高可达0.7 mg/kg，蜜蜂在觅食活动中更频繁接触的是这种残留浓度而非高剂量。此外，暴露时间也是关键因素——短期暴露可能不产生显著影响，而长期暴露则可能造成累积效应。

为解决这些问题，研究人员在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表了最新研究成果，通过控制实验探讨0.7 mg/kg GLY慢性暴露对两种蜜蜂肠道菌群在3天和12天时间点的时序性影响，特别关注两种蜜蜂的反应差异，为GLY的生态风险评估提供更全面的科学依据。

研究采用的主要技术方法包括：使用50%(w/w)蔗糖溶液配制0.7 mg/kg GLY暴露溶液；从西安利物浦大学(XJTLU)维持的健康蜂群中采集携带花粉的工蜂；在受控环境(33±2°C, 50-70%湿度)中进行12天慢性暴露实验；使用E.Z.N.A. Stool DNA Kit提取肠道微生物基因组DNA；通过Illumina Novaseq 6000平台对16S rRNA V3-V4区进行高通量测序；采用线性混合效应模型(Linear mixed-effects models, LMMs)进行统计分析。

3. 结果

3.1. 肠道菌群组成变化

研究发现在中华蜜蜂样本中鉴定出8个主要菌属，意大利蜜蜂样本中鉴定出12个主要菌属。在属水平上，两种蜜蜂的肠道微生物群落分类分布显示出明显差异。

3.2. 中华蜜蜂的菌群响应

在暴露第3天，GLY处理组与对照组在Gilliamella、Apibacter、Lactobacillus、Snodgrassella、Bifidobacterium、Commensalibacter、Orbaceae和Nitrososphaeraceae等菌属的相对丰度上无显著差异。然而到第12天，GLY处理组蜜蜂的Snodgrassella属相对丰度显著低于对照组(N=6, P=0.014)。Snodgrassella是蜜蜂的核心肠道细菌，属于Betaproteobacteria科，对蜜蜂健康和代谢具有重要作用。

3.3. 意大利蜜蜂的菌群响应

在意大利蜜蜂中，第3天时对照组与GLY处理组在其他肠道微生物丰度上无显著差异。但到第12天，GLY处理组蜜蜂的Commensalibacter属相对丰度显著降低(N=6, P=0.0085)。Commensalibacter是醋酸杆菌，属于Acetobacteraceae科，被视为蜜蜂的非核心肠道细菌。

3.4. α和β多样性分析

两种蜜蜂的Chao1指数和Shannon指数在不同时间点的两组间均无显著差异。非度量多维尺度分析(NMDS)显示，两种蜜蜂的样本按物种聚类为两类，不同处理组在不同时间点不能清晰区分。

3.5. 物种间敏感性比较

虽然未观察到中华蜜蜂和意大利蜜蜂在第3天和第12天的肠道微生物存在显著差异，但发现意大利蜜蜂肠道对GLY的敏感性高于中华蜜蜂的趋势(N=6, P=0.065)，表明意大利蜜蜂肠道菌群相对丰度变化比中华蜜蜂更大。

4. 讨论与结论

研究表明田间浓度水平的GLY能显著影响意大利蜜蜂和中华蜜蜂的肠道菌群丰度。这是首次证明暴露于0.7 mg/kg GLY(基于蜂粮中报道的水平)对蜜蜂特别是中华蜜蜂肠道微生物组影响的证据。

对于中华蜜蜂，虽然第3天时处理组与对照组无显著差异，但在第12天观察到Snodgrassella属丰度降至对照组的55.56%。该结果与先前研究报道5 mg/L或10 mg/L GLY亚致死浓度影响意大利蜜蜂中Snodgrassella相对和绝对丰度的结果一致。Snodgrassella减少很可能因为它是蜜蜂肠道微生物中对GLY敏感的部分。

对于意大利蜜蜂，研究结果与Motta等发现存在差异，这可能是由于Motta等使用了更高浓度(5 mg/L和10 mg/L)，而本研究使用较低浓度(0.7 mg/kg)。研究首次提供证据表明GLY慢性暴露也能导致中华蜜蜂物种在第12天肠道微生物组发生变化。

除了Snodgrassella，研究还发现GLY处理组意大利蜜蜂在第12天表现出较低的Commensalibacter属丰度。先前研究表明Commensalibacter在长寿命越冬蜂中的相对丰度增加与饮食有关，这表明GLY可能对Commensalibacter属产生负面影响，进而影响饮食相关功能，暗示GLY对意大利蜜蜂饮食方面的影响可能大于中华蜜蜂。

在多样性指数方面，未检测到物种组间显著差异，这与蜜蜂和熊蜂的先前研究结果相似。可能原因是蜜蜂肠道微生物有8-10个细菌属，占群落的97%。尽管GLY对蜜蜂肠道微生物相对丰度有不利影响，但肠道细菌类型数量没有变化。NMDS分析证实对照组和GLY处理组蜜蜂之间存在更相似的微生物群落组成。

综上所述，通过比较和宏基因组学方法，研究证明田间残留水平(0.7 mg/kg，蜂粮中的GLY残留浓度)的纯GLY慢性暴露可在个体蜜蜂水平改变中华蜜蜂的核心肠道细菌Snodgrassella属和意大利蜜蜂的非核心肠道细菌Commensalibacter属。还观察到意大利蜜蜂肠道对GLY的敏感性高于中华蜜蜂的趋势。了解肠道微生物组的变化有助于我们理解蜜蜂如何应对环境中的农药，维护蜜蜂健康和蜂群。识别肠道中的细菌群类可引导未来研究农药暴露下细菌物种与宿主蜜蜂之间的生态相互作用，为保护传粉者的政策制定提供科学证据。