受微塑料污染的花粉对两种野生蜜蜂（蜜蜂科，切叶蜂科；蜜蜂总科）幼虫发育的物种特异性影响

《Science of The Total Environment》：Species-specific effects of microplastic-contaminated pollen on larval development in two wild bee species (Apidae, Megachilidae; Apiformes)

　　

摘要
塑料生产几个世纪以来不断增加，释放到土壤和水体中并累积的微塑料数量也随之增加，对生物产生了不利影响。一种常见的转移途径是通过空气，在此过程中，微塑料颗粒也可能沉积在植物部位（例如花朵）上， potentially 污染花蜜资源并使传粉者暴露于微塑料中。在实验室中，这种污染在糖水中的不利影响已在成年蜜蜂（通常是西方蜜蜂 *Apis mellifera*）中得到展示，而针对幼虫的相应实验仍然稀缺。在本研究中，我们测试了两种浓度（低 0.5 mg/kg，高 50 mg/kg）的微塑料混合物污染花粉对两种野生蜂种（红毛跗蜂 *Osmia bicornis* 和大地熊蜂 *Bombus terrestris*）幼虫发育和存活的影响。结果表明，与食用高微塑料浓度和非污染对照花粉的幼虫相比，食用低微塑料浓度的大地熊蜂 *Bombus terrestris* 幼虫消耗的花粉最多减少 20%，发育成蛹的数量显著减少（最多 26%）。类似地，食用低浓度微塑料的红毛跗蜂 *Osmia bicornis* 幼虫发育较慢，化蛹较晚，且显示出更高的体重和更高的花粉至体重转化率，高于食用高浓度微塑料或对照组的幼虫。不同处理组和物种间的反应存在差异，表明这是一种非单调模式，需要在更广泛的剂量范围内进行确认。一种可能的解释是，较高浓度激活了较低浓度未引发的免疫和保护反应。微塑料对传粉者和其他陆地生物的影响显然需要进一步研究，因为我们才刚刚开始了解这些污染物对我们生态系统的影响程度。

引言
过去 50 年，塑料生产增加了 20 倍，大量塑料（例如，约 30% 的包装材料和 21% 的涂料）直接或以微塑料的形式间接释放到环境中，或者是因次生风化而变成微塑料（European Commission. Directorate General for Environment, 2023; Linder, 2017）。如果没有进一步的监管，塑料污染到 2060 年可能再翻一番（European Commission. Directorate General for Environment, 2023）。目前，泄漏到环境中的塑料估计每年造成 400 亿美元的损失（European Commission. Directorate General for Environment, 2023; Linder, 2017）。由于塑料的材料特性，塑料颗粒在环境中持续存在，导致微塑料在全球范围内累积（Barnes et al., 2009; European Commission and European Commission, 2019）。

传粉者不仅履行重要的生态系统服务功能，而且特别容易与空气中悬浮和沉降的颗粒（如微塑料）发生相互作用（Feldhaar and Otti, 2020; Mace et al., 2012）。例如，在飞行过程中，蜜蜂科（Apidae）昆虫会将颗粒粘附在它们的角质层和专门用于花粉运输的毛发结构上（Edo et al., 2021; Negri et al., 2015）。此外，它们的筑巢基质，即土壤或衬有粘土或植物砂浆的洞穴，可能受到微塑料污染（Feldhaar and Otti, 2020; Rochman, 2018; Zhang et al., 2020）。同样，它们的主要食物资源，即花蜜和花粉，是从花朵上收集的，而花朵表面可能累积微塑料（Bottalico et al., 2016; Esposito et al., 2020; Liebezeit and Liebezeit, 2015; Manes et al., 2016）。由于花朵至少部分暴露于空气中，因此也暴露于空气污染物中，颗粒物质可能累积在花器官上，这在几种植物的花粉中已得到证实（Visez et al., 2020）。因此，传粉者可能通过营养途径额外暴露于微塑料（Ribeiro et al., 2015; Visex et al., 2020）。然而，迄今为止，暴露的可能性和程度几乎未知，传粉者食物或筑巢材料中实际发现的微塑料数量也是如此，这凸显了传粉者生态学中的一个重大知识空白。

关于微塑料对蜜蜂负面影响的初步证据来自使用任意微塑料浓度的实验室研究。当被摄入后，发现微塑料对蜜蜂既有致死效应又有亚致死效应（Li et al., 2024）。例如，在摄入微塑料后，在消化管内观察到直接影响：中肠中的保护性围食膜（Gon?alves et al., 2014; Lehane, 1997; Mello et al., 1971）厚度减少，并且在微塑料暴露后也显示出细胞结构的有害变化（Wang et al., 2022; Zhu et al., 2024）。微塑料还会进一步损害蜜蜂肠道中的微生物组，阻止疾病爆发并减轻微塑料的影响（Deng et al., 2021; Wang et al., 2022, Wang et al., 2021）。在喂食受污染糖水的蜜蜂大脑中也发现了微塑料（Pasquini et al., 2024）。这可能解释了与蜜蜂微塑料相关的行为和认知障碍（Al Naggar et al., 2023; Balzani et al., 2022; Buteler et al., 2022）以及死亡率的增加（Cappa et al., 2025; Li et al., 2025）。由于完全变态发育导致生理、形态和营养需求的差异，蜜蜂总科（Apiformes）中幼虫食物与成年食物可能截然不同，因此两个阶段应独立测试（Wright et al., 2018）。

只有少数研究测试了微塑料对蜜蜂幼虫的影响，且仅限于真社会性蜜蜂（*Apis mellifera*, *Partamona helleri*）和社会性黄蜂（*Polistes satan*）（Alma et al., 2023; De Souza et al., 2023; Mitton et al., 2024; Viana et al., 2023）。观察到的效应范围从体重增加和行为改变（均在 *Partamona helleri* 中），到仅在高剂量微塑料处理下因排便受损而导致的死亡率增加（仅在 *Polistes satan* 中）（Mitton et al., 2024; Rodrigues De Souza et al., 2023; Viana et al., 2023）。然而，这些研究在使用微塑料的大小、数量和组成方面存在差异，阻碍了物种间的比较，并呼吁进行更多使用可比微塑料剂量的研究，包括独居蜂。

在本研究中，测试了微塑料对两种常见野生蜂种幼虫的影响，即真社会性的大尾熊蜂 *Bombus terrestris* 和独居的红毛跗蜂 *Osmia bicornis*，使用了与以前研究相似的微塑料浓度。我们旨在解决以下研究问题：
i. 含有不同浓度微塑料混合物的饮食如何影响 *B. terrestris*（即卵簇随时间的变化及峰值、幼虫和蛹的数量）和 *O. bicornis*（即化蛹时间、羽化时间、幼虫死亡率）的幼虫发育？
(ii) 含有不同浓度微塑料混合物的饮食如何影响 *B. terrestris* 雄性（即体重、头宽 ITD）和 *O. bicornis*（即体重、花粉转化率）的羽化成虫？
(iii) 含有不同浓度微塑料混合物的饮食如何影响 *B. terrestris* 微群落工蜂的花粉消耗和死亡率？

预期 *B. terrestris* 幼虫和蛹的数量会随着花粉饮食中微塑料浓度的增加而减少，因为在一些成年蜜蜂和黄蜂幼虫的试验中，死亡率在微塑料的影响下增加，在一些试验中，随着微塑料剂量的增加，效应更强。类似地，预期 *O. bicornis* 的发育（峰值）、化蛹和羽化时间会受到微塑料的减少，特别是高浓度微塑料。

我们进一步假设，两种物种的幼虫死亡率都会增加，特别是当它们暴露在饮食中的较高微塑料浓度时。预期 *O. bicornis* 的体重和头宽（ITD）会随着微塑料浓度的增加而减少，因为食物转化为体重的效率降低。因此，当幼虫在较高花粉量上饲养时，假设这种效应较小。

最后，预期熊蜂的食物消耗量会随着微塑料浓度的增加而增加，以补偿微塑料的负面影响。*B. terrestris* 工蜂的存活率理应不受影响，因为微塑料并不存在于 *B. terrestris* 工蜂的主要食物来源（糖水）中。

研究生物与喂养实验
测试的两种模型物种是红毛跗蜂 *Osmia bicornis* (Linnaeus, 1758) 和大尾熊蜂 *Bombus terrestris* (Linnaeus, 1758)。*O. bicornis* 是一种在中欧常见的独居穴巢蜂。*B. terrestris* 是一种穴居的真社会性熊蜂，具有相对较大的群落规模。由于 *B. terrestris* 渐进式喂养幼虫，而 *O. bicornis* 在产卵前储备食物，因此对这两个物种使用了两种不同的测试设计，即

微群落 – 大地熊蜂
(i) 微塑料饮食对实验过程中卵簇的数量、卵簇峰值出现的天数以及峰值时卵簇的丰度均没有影响（图 1A，表 1，表 2）。

然而，幼虫巢室随时间的生产受到边缘影响，与对照组相比，低处理组（10.55%）显著减少，高微塑料处理组（10.77%）边缘显著减少（图 1B，表 1，SM_表 2）。类似地，丰度

讨论
我们的结果表明，两种目标物种都对微塑料处理做出了物种特异性差异的反应，但总体上对含有较低浓度微塑料混合物的花粉饮食的反应更强烈。然而，由于关于花蜜花粉和幼虫储备食物中微塑料浓度的经验测量仍然稀缺，我们研究中使用的浓度应被解释为实验选择的水平，而不是确认的田间实际暴露水平。

CRediT 作者贡献声明
Kenneth Kuba：写作 – 回顾与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金支持获取，形式分析，数据整理，构思。Raquel Morell Kessler：写作 – 回顾与编辑，验证，调查，形式分析，数据整理。Kim K?nig：写作 – 回顾与编辑，验证，调查，数据整理。Carmen A. Nebauer：写作 – 回顾与编辑，

写作过程中生成式 AI 和 AI 辅助技术的声明
在准备本工作期间，作者使用了 Microsoft Copilot 365 Web 版来编写用于分析的 R 代码。此外，还使用了 Grammarly 拼写检查工具。在使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，这可能被视为潜在的利益冲突：Kenneth Kuba 报告获得了德国联邦环境基金会的资金支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本报告工作的竞争财务利益或个人关系。

致谢
我们感谢 Jacek Jachula、Aleksandra Splitt、Zuzanna M. Filipiak 和 Michal Filipiak 对 *Osmia bicornis* 转移、喂养和饲养实验设置提供的帮助和专业指导。我们还感谢巴伐利亚州森林允许我们在“世界森林” (Weltwald) 收集 *Osmia bicornis*。我们也要感谢 Marielle Schleifer 在 *Osmia bicornis* 实验设置和开发阶段提供的帮助。K. Kuba 的工作得到了德国联邦环境基金会的支持。

Kenneth Kuba|Raquel Morell Kessler|Kim K?nig|Carmen A. Nebauer|Sara D. Leonhardt
植物 - 昆虫相互作用，慕尼黑工业大学生命科学学院，慕尼黑工业大学，Hans-Carl-von-Carlowitz Platz 2, 85354, Freising, 德国