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        昆蟲腸道微生物研究進(jìn)展

        2017-03-16 22:50:51張靜張博
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年5期
        關(guān)鍵詞:微生物多樣性

        張靜 張博

        摘 要:昆蟲種類較多、食性復(fù)雜、分布廣泛,研究表明這些特征與其腸道微生物密切相關(guān)。文章簡要的介紹了目前有關(guān)昆蟲腸道微生物及其多樣性的研究進(jìn)展,對昆蟲腸道微生物的種類及研究方法、昆蟲與微生物互作的研究意義、昆蟲腸道微生物多樣性的影響因素等進(jìn)行了綜述,最后對其今后研究進(jìn)行了展望。

        關(guān)鍵詞:昆蟲腸道;微生物;多樣性

        引言

        昆蟲腸道是微生物分布的一類特殊生境,存在種類繁多、數(shù)量龐大的微生物。昆蟲腸道系統(tǒng)受多變的環(huán)境影響,因此這類微生態(tài)具有多樣性,該多樣性與昆蟲種類、食性、殺蟲劑抗性機(jī)制、宿主的生理功能等密切相關(guān)。近年來,隨著社會發(fā)展,社會對環(huán)境保護(hù)高度重視,這促進(jìn)了昆蟲腸道微生物研究,同時測序技術(shù)高速發(fā)展,為該研究提供了技術(shù)支持。已經(jīng)有很多學(xué)者著手研究昆蟲與腸道微生物的共生關(guān)系。

        1 昆蟲腸道微生物的種類及研究方法

        腸道微生物可分為常駐群落和過路群落,常駐菌群是在昆蟲腸道中長期存在的;過路菌群是指不能在健康的動物腸道里長期停留的菌群。同時菌群可分為益生菌和病原菌,在數(shù)量上占有絕對的優(yōu)勢的菌群基本均為常住菌群和益生菌。有些腸道微生物能夠與昆蟲互利共生則為共生菌,包括兼性共生菌和專性共生菌,有些腸道微生物會對昆蟲的生長發(fā)育造成明顯影響,甚至可能導(dǎo)致寄主死亡,為寄生菌。

        昆蟲腸道微生物多樣性檢測方法包括傳統(tǒng)培養(yǎng)檢測方法、分子檢測的方法(16S rRNA基因的分子檢測方法、基于宏基因組學(xué)的檢測方法等)。其中由于16S rRNA基因的分子檢測操作相對簡單,可以作為昆蟲腸道微生物檢測和鑒定的首選方法。

        2 昆蟲與微生物互作的研究意義

        2.1 提供營養(yǎng)物質(zhì)

        昆蟲腸道中的微生物,含有多種酶系統(tǒng),參與代謝,在昆蟲的生化反應(yīng)中起著重要作用。已有報(bào)道證實(shí)了腸道微生物能合成特定的氨基酸、合成類脂、維生素、并含有固氮作用,如根瘤菌。有時腸道微生物本身也可以成為昆蟲的食物,為昆蟲提供營養(yǎng)物質(zhì)。

        2.2 挖掘具有特殊功能的微生物資源

        昆蟲與微生物互作的研究,有利于從昆蟲腸道這一特殊生境中挖掘具有特殊功能的微生物資源?,F(xiàn)已有研究,進(jìn)行昆蟲腸道微生物的分離,以產(chǎn)生高活性生物活性物質(zhì)為篩選目標(biāo),篩選獲得有重要應(yīng)用價值的微生物菌株,如產(chǎn)抗菌、抗腫瘤、特殊酶等活性物質(zhì)的微生物菌株,分離純化所產(chǎn)生物活性物質(zhì),研究活性物質(zhì)組成和特性,優(yōu)化活性物質(zhì)產(chǎn)生條件,更好地開發(fā)微生物資源以及利用生物活性物質(zhì)。

        2.3 昆蟲與腸道細(xì)菌的免疫互作

        腸道細(xì)菌與昆蟲的免疫系統(tǒng)的存在著相互作用。免疫的作用機(jī)制對害蟲的生物防治具有重要的意義。宿主昆蟲與腸道細(xì)菌的免疫互作,是腸道細(xì)菌研究的一個難點(diǎn)。其免疫的機(jī)制可以用于抵御外來病原微生物的入侵,同時又能抑制腸道微生物的過度增殖。從中也不難看出,在長期的發(fā)展中,腸道細(xì)菌與昆蟲的共生關(guān)系達(dá)到一種協(xié)同作用,相互妥協(xié),兩者在免疫系統(tǒng)上的相互作用促進(jìn)了各自的發(fā)展。

        3 昆蟲腸道微生物多樣性的影響因素

        3.1 攝取的食物

        昆蟲種類的多樣使得其腸道環(huán)境也有多樣性。腸道是昆蟲的重要消化場所,腸道微生物菌能對特定食物進(jìn)行代謝、降解。不同的昆蟲食性不同,攝取的食物種類也有所不同。研究表明,小菜蛾成蟲中腸道內(nèi)阿氏腸桿菌含量較高,而陰溝腸桿菌較少,小菜蛾幼蟲專性取食十字花科植物,成蟲主要取食蜂蜜,這可能是小菜蛾腸道微生物多樣性改變的原因之一,即食性的改變。

        3.2 宿主的生理功能

        通過研究暗黑鮑金龜成蟲腸道、卵以及不同齡期幼蟲后腸內(nèi)微生物的群落組成,可以觀察到暗黑銀金龜,在不同發(fā)育階段的腸道微生物分子多態(tài)性。證實(shí)了宿主的生理功能的確影響昆蟲腸道微生物多樣性和分子的多態(tài)性。

        3.3 殺蟲劑抗性機(jī)制

        昆蟲殺蟲劑抗性機(jī)制與昆蟲腸道微生物的多樣性有關(guān),昆蟲利用腸道微生物對殺蟲劑產(chǎn)生抗性,昆蟲腸道內(nèi)若共生有能夠降解殺蟲劑的菌群,昆蟲即可以對殺蟲劑產(chǎn)生抗性,并降解殺蟲劑,而且通過宿主昆蟲與腸道細(xì)菌的免疫互作,也能使宿主對生物農(nóng)藥的抗性提高。通過對該機(jī)制的研究呢,也有利于對昆蟲的生物防治。

        4 結(jié)束語

        昆蟲腸道內(nèi)含有數(shù)以萬計(jì)的微生物,含有豐富的微生物資源。昆蟲為腸道微生物提供一個相對特殊且較外界環(huán)境穩(wěn)定的生境,于此同時,昆蟲腸道微生物為昆蟲提供營養(yǎng)物質(zhì)、協(xié)助免疫系統(tǒng),為昆蟲的發(fā)育和代謝作出貢獻(xiàn)。

        現(xiàn)已有關(guān)于昆蟲腸道微生物多樣性方面的研究報(bào)告,也見少量從家蠶、白蟻、蟑螂等少數(shù)昆蟲腸道進(jìn)行微生物菌株分離的報(bào)道,如從蟑螂腸道中分離獲得產(chǎn)抗菌蛋白的假單胞菌,從螳螂腸道中分離獲得產(chǎn)抗腫瘤活性分子的霉菌菌株?;诂F(xiàn)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及社會發(fā)展,昆蟲腸道微生物的研究應(yīng)著重于以下幾個方面。首先是通過昆蟲腸道菌群不斷探索新的害蟲防治方法。根據(jù)腸道微生物的研究結(jié)果,可以有效進(jìn)行害蟲的生物防治。此外,目前人們已經(jīng)對許多昆蟲的腸道微生物種類進(jìn)行了研究,但對很多腸道微生物的作用和功能并不太了解,尤其是人們對腸道微生物彼此的復(fù)雜關(guān)系、其在昆蟲生理、發(fā)育中所起的具體作用、以及相應(yīng)的機(jī)制尚知之甚少,因此應(yīng)致力于研究、理解其互作關(guān)系的機(jī)制,并投之于研制、應(yīng)用微生態(tài)制劑。同數(shù)十萬計(jì)的昆蟲種類相比,目前關(guān)于昆蟲腸道微生物資源的發(fā)掘和利用,只能算是剛剛起步,有大量的昆蟲種類還有挖掘具微生物資源的價值,腸道微生物有更多我們未知的功能需要被繼續(xù)研究利用。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介:張靜(1996,08-),女,本科生,生物技術(shù)專業(yè),主要研究方向?yàn)槲⑸飳W(xué),生態(tài)學(xué)。

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