《Science of The Total Environment》：Mapping the eco-holobiont: tripartite interactions of small carpenter bee, floral, and soil microbiomes across an urbanization gradient
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植物与传粉昆虫间的互作对众多生态系统健康至关重要，亦关乎人类农业。近年学界日益从全功能体（holobiont）视角审视传粉者健康，将微生物群落与其宿主一并考量。然而，直接比较这些昆虫与其主要获取环境基质间微生物组的研究仍十分有限。研究人员调查了小型木蜂（Cer
植物与传粉昆虫间的互作对众多生态系统健康至关重要，亦关乎人类农业。近年学界日益从全功能体（holobiont）视角审视传粉者健康，将微生物群落与其宿主一并考量。然而，直接比较这些昆虫与其主要获取环境基质间微生物组的研究仍十分有限。研究人员调查了小型木蜂（Ceratina calcarata）的微生物组组成与结构，同时采集与之直接关联的主花植物与土壤样本。本研究首次对这三类基质的微生物组进行三方分析，为野生传粉物种微生物关联的获取与维持提供新见解。总体而言，研究人员发现C. calcarata样本中检出的绝大多数最常见细菌与真菌分类单元在四种主花植物间共享，而土壤样本与花或蜂的重叠较少。不过，C. calcarata微生物组在α与β多样性上仍与其主植物显著不同，表明除分类单元的初始获取外，其他因素对微生物组塑造同样重要。对土地用途梯度上采集蜂群的分析揭示细菌与真菌分别与城市化呈相反关联模式。反之，花样本微生物群落变异更多与季节性相关，土壤样本则几乎不受任何环境因素影响。最终，结果支持花卉作为独居蜂初始获取微生物关联的主要来源，其中部分可能经土壤环境过滤。然而，C. calcarata微生物组的组成差异提示这些群落结构还受获取之外附加环境因素的进一步影响。
研究背景与立项依据
传粉昆虫为全球生态与人类农业提供每年数百亿美元级服务，但其种群正受土地利用变化、农药与气候变动等人为驱动因子威胁。蜜蜂微生物组研究多聚焦于具社会性且受管理的西方蜜蜂（Apis mellifera）与熊蜂（Bombus spp.），这类真社会性蜂类拥有以五种细菌属为核心的“corbiculate core”微生物组，并依赖同巢个体垂直传播维持稳定群落。与之相对，约90%蜂种为独居蜂，缺乏巢内微生物储库，其微生物组更直接地从食物、筑巢基质等复杂外环境获取，因而对环境扰动更敏感。已有研究提示花卉、土壤与蜂间存在微生物共享，但蜂-花-土三者完整三方比较仍属空白。为此，研究人员以多面取食的独居茎巢蜂小型木蜂Ceratina calcarata为对象，在多伦多城乡梯度上同步采集蜂体、其访花植物头状花序与位点土壤，旨在描绘“生态全功能体（eco-holobiont）”下三方微生物传递与筛选格局，并评估城市化对独居蜂微生物组的影响。该文发表于《Science of The Total Environment》。
主要技术方法概括
研究人员于2025年5–9月在加拿大多伦多周边12个位点（按5000 m半径不透水面比例分城乡、按500 m半径分高/中/低不透水及农村四类）开展队列采样：手网采集正访四种目标花（Cirsium arvense、Solidago canadensis、Taraxacum officinale、Trifolium repens）的C. calcarata成蜂82号，每蜂配对同地花头与土芯各19份。蜂体未表面灭菌以保留体表与肠道微生物。DNA提取后由Genome Québec完成16S rRNA与ITS1扩增子文库构建及Illumina NextSeq测序，ITS1采用四对简并引物并行；生信端以CutAdapt去接头、QIIME2+DADA2降噪得ASV（扩增序列变体），分类学注释联合BLAST-nt与SILVA/UNITE特征分类器，decontam剔除阴性对照污染，phyloseq整合后做α多样性（Shannon）、β多样性（Bray-Curtis，ANOSIM/PERMANOVA）、RDA冗余分析、SparCC相关与SIMPER/IndVal指示种分析，并以lme4混合线性模型检验不透水面比例等环境变量效应。
研究结果
3.1 优势微生物分类单元
在属水平合并后，C. calcarata细菌以Nocardia（相对丰度30.4%但检出率12%）、Pantoea（10.7%）、Acinetobacter（3.1%）为主；花卉细菌以Pantoea、Sphingomonas、Methylobacterium高发；土壤前十细菌与花、蜂无重叠，Nocardioides仅7.8%却近全样本存在。真菌方面Cladosporium为蜂（23.1%）与花（12.2%）共有首位，Alternaria为唯一跨三类前十的真菌，蜂特有Hemimycena、Ascosphaera、Metschnikowia不在土壤。土壤真菌Fusarium（15.5%）在花中亦达11.1%但蜂中仅0.83%。结果表明花卉是蜂多数真菌及部分细菌的直接源，土壤经植物组织过滤后间接供给。
3.2 α多样性
Shannon指数显示土壤>花>蜂（细菌Kruskal-Wallis Χ2(2)=55.23, p=1.02e?12；真菌ANOVA F(2,117)=98.32, p<2e?16）。蜂体内细菌α多样性随位点500 m不透水面比例上升显著增加（混合模型p=0.0002），真菌α多样性则随不透水面（p=0.0004）与年降水量（p=0.003）下降，且访Taraxacum的蜂真菌多样性低于其他花宿主（p<0.05）。花与土样本α多样性不受土地类型影响。
3.3 β多样性
细菌β多样性在样本类型间无显著分离（ANOSIM p=0.41），但花卉细菌群落按植物种显著分簇（除Trifolium外两两PERMANOVA p<0.05）。真菌β多样性受样本类型（PERMANOVA p<0.001）与土地类型（p<0.001）双重驱动，蜂真菌群落随城市化梯度偏移。RDA显示蜂细菌群落与不透水面比例、Julian日显著相关（F=1.52,p=0.008），蜂真菌另与纬度、降水相关；花微生物β多样性仅随Julian日变（p=0.002），土壤无任何环境因子保留。
3.4 微生物类群间相关
SparCC分析在蜂样本检出38对显著相关，细菌Sphingomonas-Williamsia-Pantoea-Curtobacterium呈正相关（r=0.40–0.63），真菌Hemimycena与前述细菌负关（r=?0.26至?0.21）。花中Sphingomonas-Rhodococcus-Methylobacterium正相关（r=0.42–0.55）。SIMPER表明Pantoea对细菌差异贡献最大（跨样本类型6.2%），Cladosporium对真菌差异贡献居首（11.8%）。IndVal指示种分析确认Pantoea、Sphingomonas指示花，Cladosporium/Hemimycena/Ascosphaera指示蜂，Fusarium指示土。
讨论浓缩
蜂与花共享大量属级分类单元（尤其真菌五成重叠），印证花卉为独居蜂环境微生物初始获得主通道，且部分土壤源微生物经根系-花组织过滤中转；但蜂α/β多样性均低于花，证明获取后还存在宿主筛选、季节、城市行为可塑性等二次塑造。城市化对蜂细菌与真菌α多样性呈反向作用——细菌随不透水面升、真菌降，该梯度信号不见于花土，说明非环境库本身差异，而源于蜂在城市中访花谱更广、筑巢微气候与生理应激改变。Aspergillus在土中广布却少入茎巢蜂体，提示土壤直传对C. calcarata有限；Ascosphaera在超40%蜂体检出（相对丰度2%）且偏城市低透水位点，暗示管理蜂群病原溢出风险。三方框架揭示独居蜂微生物组是“获取-过滤-宿主重构”级联结果。
结论翻译
据研究人员所知，本研究首次对蜜蜂与直接关联花、土样本的三方微生物互作进行比较调查。研究发现小型木蜂Ceratina calcarata的多数微生物关联体与主花植物广泛共享，与环境土壤样本共享程度较低。然而微生物多样性与组成在各组间仍有差异，蜂样本微生物多样性显著低于花或土。环境因素亦促成小型木蜂微生物组差异，城市化显著影响细菌与真菌群落，局地降水对真菌亦有若干效应。通过跨土地类型考察蜂、花、土，研究在多层营养“生态全功能体”路径下剖析微生物关联。此举拓展了对传粉物种与其环境互作的理解，并可最终为在不断变化的多样景观中监测与保护传粉物种的既有及未来工作提供参考。
意义小结
该文补足了蜂-花-土三方微生物组在城市梯度下并行采样的缺失环节，以独居蜂替代模式社会蜂，证明花卉而非土壤是独居蜂表皮/肠道微生物的首道过滤器，且城市化通过宿主行为而非单纯环境库重塑微生物组，为传粉者健康监测从单物种走向“生态全功能体”评估提供方法范式。
