经验、基因和计算技术阐明了杀菌剂危害蜜蜂健康的机制

管理和野生蜜蜂物种正经历着广泛的下降, 对自然和农业系统的主要影响¹。尽管共同努力, 以了解这一问题的原因, 驱动蜂蜜蜂下降的因素仍然没有很好地理解^2,3,4。对于某些种类的野生, 本地蜜蜂, 情况已经变得可怕^5,6。如果蜜蜂种群在与工业农业相交时不能持续, 其种群数量将继续下降, 而需要传粉者的作物 (全球总产量的 35%⁷) 将会减少收成。

虽然许多潜在的因素, 如农药暴露, 疾病和栖息地损失^1,4,8,9,10都牵连到蜜蜂的衰落,在农业系统内部或附近, 这些压力源对本地蜜蜂健康的交互作用的了解相对较少。许多目前的研究工作继续侧重于杀虫剂, (例如, 烟碱^11,12), 尽管过去的研究表明, 杀菌剂也可能通过损害记忆形成而在蜜蜂减少中发挥作用,嗅觉接收¹³, 巢识别¹⁴, 酶活性和代谢功能¹⁵,^16,17。在全球范围内, 杀菌剂继续应用于开花的农作物。最近的研究表明, 蜜蜂通常会将杀菌剂残留物带回蜂巢¹⁸, 事实上, 研究显示, 有很大比例的被测试的蜂箱含有杀菌剂残留物^19,20。进一步的工作表明, 杀菌剂残留与蜜蜂幼虫死亡率的高比率^21,22,23和在殖民地内存在 “被埋葬的花粉”, 虽然无毒,缺乏微生物活性, 营养受损²⁴。尽管杀菌剂长期以来被认为是 “蜜蜂安全” 的事实, 但现在有证据表明, 单独接触杀菌剂可能会在本地大黄蜂物种中造成严重的蜂群损失,熊凤仙花²⁵。

为了建立杀菌剂暴露与群体死亡率之间的因果关系, 需要确定这些化学品的作案手法。如土壤²⁶, 沉积物²⁷和水生环境²⁸, 通过瞄准真菌, 杀菌剂最有可能改变真菌丰度和花粉中的多样性-规定, 从而调用一个主要的社区转移,可能强烈偏爱细菌。没有真菌竞争者或拮抗剂, 某些致病细菌可以增殖相对不受控制, 促进花粉变质的规定。过去的研究表明, 微生物, 特别是酵母菌和丝状真菌, 作为营养共生的蜜蜂^29,30,31, 防止寄生虫和病原体^{32 ,33}, 并提供花粉存储的长期保存。因此, 杀菌剂可能会通过破坏微生物群落来间接地伤害幼蜂, 因为它们需要提供这些服务和/或增加对机会性病原体和寄生虫的易感性¹²。随着对粮食生产的需求日益增加, 世界各地的农作物每年都在开花时喷洒杀菌剂, 这突出了需要了解这种杀菌剂引起的影响的严重性。

到目前为止, 与本地蜜蜂微生物生态学有关的主要知识鸿沟可以由以下问题来表示: 在何种程度上杀菌剂改变蜂花粉中的微生物群落-规定？什么是消耗花粉与一个深刻改变的微生物群落的下游影响？与这些生态学上相关的问题, 实验开发了以显露的主要目标 1) 仅杀菌剂残余可能导致严重殖民地衰落在本地蜂种;2) 花粉中微生物群落的程度–规定被杀菌剂改变, 3) 蜜蜂的健康受到严重改变的微生物群落的影响。实验目标的定义是通过结合实验室和实地实验来解决上述问题。本研究利用先进的基因和分子技术和传统的野外观察方法, 将杀菌剂对蜜蜂健康的潜在影响结合起来。

这项研究的第一个目的是证明单独的杀菌剂暴露会在本地蜜蜂物种中造成巨大的群体损失。一项涉及大型田间网箱的研究被用来调查杀菌剂暴露对熊凤仙花群体生长的影响, 这是一个无处不在的、丰富的美国本土蜜蜂 (图 1、图 2、图 3)。据推测, 与医护蜂房相比, 杀菌剂治疗的蜂箱会呈现较低的适应性和不典型的人口学。从这个实验中获得的数据证实了这一假说, 证明花粉中的杀菌剂残留物可能是造成本地大黄蜂物种严重群体损失的唯一原因²⁵。本研究的第二个目的是探讨花粉微生物对杀菌剂暴露的反应。据推测, 花粉中微生物的群落组成–暴露在杀菌剂中的成分会与未经处理的花粉不同。虽然真菌的丰度和多样性预计会显著下降, 但细菌和/或单一的优势真菌物种在没有其他竞争真菌的情况下可能会无节制地生长。通过一系列的体内试验, 将利用基因分析微生物群落组成的这些变化。