劉 川，萬(wàn)自學(xué)，喻夜蘭，楊海君

（1.寧鄉(xiāng)市鄉(xiāng)村宜居建設(shè)服務(wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410600；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

近年來(lái)，隨著人們對(duì)腸道菌群在宿主生理活動(dòng)中有巨大影響的認(rèn)識(shí)日益加深，腸道微生物菌群逐漸被稱為動(dòng)物體內(nèi)另一個(gè)“內(nèi)分泌器官”[1]和“第二基因組”[2]，但相比其他腸道微生物熱點(diǎn)研究寄主而言，有關(guān)福壽螺腸道微生物在全球范圍內(nèi)的研究仍偏少[3-4]。作為一種外來(lái)入侵水生腹足綱動(dòng)物，福壽螺（Pomacea canaliculata）具有生命周期短、生長(zhǎng)快、成熟早、繁殖力高、生態(tài)幅寬、適宜性強(qiáng)、可塑性大和食性廣等特征[5]，結(jié)合對(duì)其他動(dòng)物腸道微生物的研究發(fā)現(xiàn)，其強(qiáng)大的消化能力和生態(tài)耐受性都可能與腸道微生物之間存在著密切的聯(lián)系。一方面，已有研究描述了腸道菌群對(duì)提高腹足綱動(dòng)物消化能力以及提供營(yíng)養(yǎng)的重要性[6]。例如，腹足綱動(dòng)物腸道微生物具有降解植物細(xì)胞壁及細(xì)胞儲(chǔ)存物的能力[7]。另一方面，腸道微生物群落調(diào)控產(chǎn)生的物質(zhì)可以與宿主的生理機(jī)能相互作用，具備促進(jìn)宿主組織發(fā)育[8]、協(xié)助宿主降解有毒物質(zhì)[9]、抑制病原菌感染[10]、提升宿主免疫能力[11]等功能。然而大多研究?jī)H限于對(duì)福壽螺腸道微生物群落組成的初步分析，未深入探究腸道微生物在福壽螺生理過(guò)程中所起的作用以及福壽螺腸道微生物與福壽螺入侵的關(guān)聯(lián)性。因此，筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了福壽螺不同生長(zhǎng)期、不同性別和不同消化道部位的腸道微生物群落特征，分析了福壽螺腸道微生物群落構(gòu)成與其入侵機(jī)制之間的聯(lián)系，并探討了可能改變福壽螺腸道菌群結(jié)構(gòu)的相關(guān)因素，展望了福壽螺腸道功能微生物與福壽螺生理變化領(lǐng)域的未來(lái)研究方向，以期為福壽螺的綠色安全防控提供新方向。

1 福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)與特征

腸道微生物的群落結(jié)構(gòu)及其功能微生物種群通常決定了其對(duì)宿主的作用，首先了解福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)有助于揭示福壽螺入侵與腸道微生物之間的關(guān)系。

1.1 福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)概況

Chen 等[12]在福壽螺的腸道中共篩出7 個(gè)門和11 個(gè)屬的微生物，在門分類水平上，分別是軟壁菌門（Tenericutes）、厚壁菌門（Firmicutes）、變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、藍(lán)菌門（Cyanobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）和擬桿菌門（Bacteroidetes）；在屬的水平上，分別是明串珠菌屬（Leuconostoc）、乳球菌屬（Lactococcus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、腸桿菌屬（Enterobacter）、克勞斯氏菌屬（Cloacibacterium）、分枝桿菌屬（Mycobacterium）、暖繩菌屬（Caldilinea）、Litorilinea、根瘤菌目未分類屬（unclassified genus from order Rhizobiales）、諾德氏菌屬（Nordella）、甲基囊孢菌屬（Methylocystis）。福壽螺的腸道核心細(xì)菌門占比最多的為軟壁菌門，其次分別為厚壁菌門、變形菌門、放線菌門、藍(lán)菌門；在屬的水平上，福壽螺的腸道微生物最豐富的分別是氣單胞菌屬（Aeromonas）、腸桿菌屬（Enterobacter）、脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）、檸檬酸桿菌屬（Citrobacter）、叢毛單胞菌屬（Comamonas）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）、假單胞菌屬（Pseudomonas）等。

1.2 不同生長(zhǎng)期、不同性別福壽螺腸道微生物的優(yōu)勢(shì)種群

不同生長(zhǎng)期福壽螺的腸道微生物群落有著相似的優(yōu)勢(shì)種群[12]。在門水平上，幼螺與成螺均以變形菌門、厚壁菌門、軟壁菌門以及放線菌門4 類為優(yōu)勢(shì)門，其中又以變形菌門相對(duì)豐度最高；在屬水平上，幼螺與成螺則均以明串珠菌屬、乳球菌屬、諾德氏菌屬為優(yōu)勢(shì)屬。但福壽螺幼螺和成螺也有著各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)種群，相比成螺，幼螺的腸道微生物群落更加富集于柔膜菌綱（Mollicutes）下支原體目（Mycoplasmatales）的支原體科（Mycoplasmataceae）；在成螺體內(nèi)獨(dú)特的腸道微生物優(yōu)勢(shì)種群則主要為暖繩菌屬、芽孢桿菌屬。

研究表明，雌、雄福壽螺胃、腸內(nèi)的菌系結(jié)構(gòu)大體相同[13]，但腸道微生物群落中的優(yōu)勢(shì)種群存在一定差異，雌螺腸道微生物比雄螺更富集于變形菌門和放線菌門，代表性優(yōu)勢(shì)種群如α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）下的根瘤菌目（Rhizobiales），而雄螺腸道中擬桿菌門下擬桿菌綱（Bacteroidia）微生物的豐度則顯著高于雌螺。變形菌門和放線菌門在消化植物成分、為宿主提供能量方面發(fā)揮著重要作用，這可能是導(dǎo)致雌性福壽螺擁有較高的生長(zhǎng)速率和更大體型的主要原因[14]。

1.3 消化道不同部位的腸道微生物的優(yōu)勢(shì)種群

福壽螺消化道不同部位的腸道微生物群落結(jié)構(gòu)存在差異[15]。Li 等[16]對(duì)福壽螺消化系統(tǒng)的微生物群落進(jìn)行了鑒定分析，共發(fā)現(xiàn)了29 個(gè)門111 屬微生物。福壽螺口腔中微生物群落較少，其中特征科為紫單胞菌科（Porphyromonadaceae），特征屬為纖毛菌屬（Leptotrichia）；胃中則含有較多的蒼白桿菌屬（Ochrobactrum）、沉積物桿狀菌屬（Sediminibacterium）；腸道樣本的細(xì)菌多樣性最高，優(yōu)勢(shì)菌群為蒼白桿菌屬、沉積物桿狀菌屬、脫硫弧菌屬、氣單胞菌科未分類屬（unclassified genus in the family Aeromonadaceae）和梭狀芽孢桿菌屬（Cloacibacterium）。程天印等[13]利用PCR-DGGE 技術(shù)分析了福壽螺胃腸道菌群結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，胃腸中主要有氣單胞菌屬（Aeromonassp.）、希瓦氏菌屬（Shewanellasp.）、粘質(zhì)沙雷菌（Serratiamarcescens）、腸桿菌屬、芽孢桿菌屬。

此外，福壽螺消化道不同部位也有各自的優(yōu)勢(shì)微生物種群，這可能是福壽螺生長(zhǎng)發(fā)育各時(shí)期的腸道微生物和消化道不同部位的腸道微生物所承擔(dān)的功能不同所致。

2 福壽螺腸道功能微生物與福壽螺入侵機(jī)制的關(guān)系

2.1 腸道微生物的代謝功能增強(qiáng)了福壽螺的生長(zhǎng)與增殖能力

與其他螺類相比，福壽螺的生長(zhǎng)與繁殖速度更快。研究表明，同一區(qū)域內(nèi)福壽螺每年可傳代2～3 次，而圓田螺僅可繁殖1 代；且3 月齡的福壽螺體重即與一年齡田螺相當(dāng)。更快的生長(zhǎng)速度和更大的個(gè)體使得福壽螺擠占了入侵地的大部分生態(tài)資源。而福壽螺的生長(zhǎng)速度與其強(qiáng)大的消化代謝能力密切相關(guān)[17]，這在一定程度上得益于腸道微生物促進(jìn)代謝的本領(lǐng)。

（1）蛋白質(zhì)降解。厚壁菌門是福壽螺腸道中含量較豐富的細(xì)菌門之一。Tang 等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)與蛋白質(zhì)和氨基酸降解相關(guān)的菌株都與該門微生物有關(guān)，厚壁菌門中的某些細(xì)菌甚至在蛋白質(zhì)和/或氨基酸降解中起著核心作用。此外，在福壽螺的胃和腸道中均有分布的藻青菌（cyanobacterium）也能夠參與蛋白質(zhì)的消化[18]。

（2）纖維素降解。福壽螺食草性極強(qiáng)，能夠在生態(tài)環(huán)境中造成嚴(yán)重影響[19]。這意味著福壽螺具有很強(qiáng)的纖維素降解能力。福壽螺腸胃中纖維素降解酶的活性要高于其他螺類，這是支撐其強(qiáng)消化能力的重要因素之一[20]。而相關(guān)研究表明，福壽螺腸道內(nèi)的細(xì)菌群落也可能對(duì)纖維素和其他植物組成成分的消化產(chǎn)生極為重要的作用[21]。Rimoldi 等[22]發(fā)現(xiàn)，在食用植物飼料的動(dòng)物消化道內(nèi)，變形菌門和厚壁菌門的比例往往較高。變形菌門作為福壽螺腸道細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)門，也常見(jiàn)于其他腹足綱動(dòng)物體內(nèi)，在福壽螺腸道中發(fā)現(xiàn)的變形菌門腸桿菌科（Enterobacteriaceae）腸桿菌屬已被鑒定為纖維素分解種，被證明與羧甲基纖維素酶（CMCase）活性相關(guān)[22]，并且同樣是另一種腹足綱入侵動(dòng)物非洲大蝸牛（Achatina fulica）腸道中的優(yōu)勢(shì)種[23]。此外，還有研究者在分子和生化水平上鑒定出一類芽孢桿菌也能夠分泌纖維素酶，并幫助福壽螺消化、分解各種纖維素和半纖維素，從植物材料吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[24]，這與福壽螺的食草性相一致。

（3）其他營(yíng)養(yǎng)代謝。明串珠菌屬是福壽螺幼螺腸道內(nèi)優(yōu)勢(shì)屬之一，研究表明，明串珠菌屬作為革蘭氏陽(yáng)性菌，可能在多糖、甘露醇、維生素、細(xì)菌素的產(chǎn)生和α-半乳糖苷的水解等方面發(fā)揮重要作用[25]。

2.2 腸道微生物的拮抗作用增強(qiáng)了福壽螺的免疫能力

福壽螺作為一種水生外來(lái)入侵動(dòng)物，生存在微生物類群復(fù)雜的水環(huán)境中，為細(xì)菌和寄生蟲的侵入提供了機(jī)會(huì)，但少見(jiàn)福壽螺微生物病害相關(guān)的研究，可能與其腸道微生物能夠參與福壽螺的免疫過(guò)程有關(guān)。來(lái)源于厚壁菌門鏈球菌科（Streptococcaceae）的乳球菌屬（Lactococcus），是一種在福壽螺和釘螺中含量比較豐富的細(xì)菌屬[26]。有研究表明，乳球菌對(duì)包括假單胞菌、大腸桿菌、黃體微球菌和無(wú)乳葡萄球菌在內(nèi)的10 種病原體具有體外拮抗作用[27]。此外，還有厚壁菌門桿菌科（Bacillaceae）芽孢桿菌屬（Bacillus）的某些菌株能夠作為動(dòng)物的益生菌增強(qiáng)家畜和魚類的生長(zhǎng)和免疫狀態(tài)[28]。芽孢桿菌屬和乳球菌屬同樣是釘螺腸道菌群的優(yōu)勢(shì)屬[29]。這與Chung 等[30]研究中厚壁菌門能夠促進(jìn)腸道穩(wěn)態(tài)和宿主免疫能力的結(jié)論一致。

2.3 腸道微生物增強(qiáng)了福壽螺的生態(tài)耐受能力

福壽螺另一個(gè)快速適應(yīng)新環(huán)境的機(jī)制在于能夠抵抗環(huán)境中存在的不利因素，例如低溫、干旱和環(huán)境污染等[31]。而在這個(gè)過(guò)程中，腸道微生物發(fā)揮了重要作用。研究表明，動(dòng)物腸道細(xì)菌群落可能參與了越冬期間與消化和耐寒性相關(guān)的多種生理過(guò)程[32]。在長(zhǎng)期的低代謝狀態(tài)下，福壽螺會(huì)利用尿酸參與類似POS（氧化應(yīng)激準(zhǔn)備）的策略來(lái)耐受長(zhǎng)期干旱和低溫[33]，而Koch 等[34]從福壽螺雌螺的腸道中分離出一種能夠決定尿酸酶活性的腸桿菌屬微生物，該微生物可參與福壽螺體內(nèi)結(jié)合氮的循環(huán)。另有研究表明，福壽螺腸道中的脫硫弧菌屬和檸檬酸桿菌屬在重金屬解毒方面有特殊作用[35]。例如，還原硫的脫硫弧菌會(huì)產(chǎn)生硫化氫，能沉淀金屬，從而降低溶解金屬的毒性。

3 影響福壽螺腸道微生物群落變化的因素

微生物群落結(jié)構(gòu)與其功能之間有著密切的聯(lián)系，微生物群落的種群結(jié)構(gòu)組成通常決定了其生態(tài)功能，在功能上又表現(xiàn)出與物種生存環(huán)境和生活習(xí)性相適應(yīng)的特征[36]。腸道微生物群落作為動(dòng)物免疫的生理屏障之一，其組成結(jié)構(gòu)只有保持階段性的穩(wěn)定且合理，才能為宿主獲得有利的生存條件[37]。而環(huán)境因素和自身生物特性等會(huì)影響腸道微生物的定殖以及隨后的構(gòu)建過(guò)程，因此腸道微生物群落因宿主的種類、生境、生長(zhǎng)時(shí)期的不同而存在顯著差異[38]。此外，化學(xué)物品、農(nóng)藥、抗生素等污染物也會(huì)對(duì)腸道微生物造成影響。

3.1 生長(zhǎng)期與性別

不同生長(zhǎng)期的福壽螺其腸道微生物群落結(jié)構(gòu)組成上表現(xiàn)出了顯著差異，一方面體現(xiàn)在腸道微生物種類數(shù)量上，Chen 等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，除去福壽螺核心菌群OTUs 外，幼螺特有的OTUs 數(shù)量為158，遠(yuǎn)少于成螺所擁有的特有OTUs 數(shù)量；另一方面，隨著福壽螺個(gè)體的不斷生長(zhǎng)成熟，其攝食率逐漸降低，幼螺往往比成螺表現(xiàn)出更激進(jìn)的覓食競(jìng)爭(zhēng)能力[39]，且因消化系統(tǒng)未發(fā)育成熟，幼螺更少取食大型植物。因此，相比成螺，幼螺腸道中主要富集明串珠菌屬等有較強(qiáng)水解代謝和營(yíng)養(yǎng)吸收功能的微生物。

不同性別對(duì)福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)組成也存在影響。在Chen 等[12]的研究中，雌螺腸道微生物的豐富度和多樣性顯著高于雄螺，這可能是雌螺在生理狀態(tài)上表現(xiàn)出比雄螺生長(zhǎng)速度更快，體型更大的原因之一。

3.2 食物種類

研究表明，長(zhǎng)期取食營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量不同的食物會(huì)逐漸改變腸道微生物菌群的組成[40]。在Theenhaus等[41]的研究中，與福壽螺同為腹足綱的海蛞蝓（Arion rufus）食用不同的植物后，排泄物中微生物生物量、活性及養(yǎng)分狀況均存在較大差別；另有研究者發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)6 個(gè)月飼喂非洲大蝸牛糖分較高的甘蔗后，蝸牛腸道中代表性微生物種群擬桿菌屬減少了50%[42]。此外，不同的飽食狀態(tài)也會(huì)造成腸道菌群組成變化，例如法國(guó)大蝸牛在饑餓狀態(tài)下腸道中的塔特姆菌屬（Tatumellasp.）會(huì)出現(xiàn)缺失[43]。

3.3 生境因子

生境因子不僅會(huì)直接對(duì)福壽螺個(gè)體和種群造成影響，而且會(huì)在一定程度上改變福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，這些因子包括但不限于福壽螺所在環(huán)境中的微生物、溫度、pH 值以及一些污染物等。

3.3.1 外界微生物福壽螺取食時(shí)所攜帶的外來(lái)環(huán)境菌株能夠短暫豐富腸道微生物的多樣性，可能在腹足綱動(dòng)物的生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用[44]。

3.3.2 溫度 Yang 等[45]的研究發(fā)現(xiàn)，支原體作為紅皺巖螺（Rapana venosa）消化道中的主要屬，能夠輔助宿主消化，而其豐度會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生顯著變化，在16、22 和28℃下，OTUs 分別占總序列的79.5%、13.6%和17.6%；其他微生物在不同溫度下的變化也比較顯著，例如嗜冷菌屬只存在于16℃條件組，而導(dǎo)致珊瑚病的弧菌屬（Vibrio）只存在于28℃條件組。Nicolai 等[46]的研究則發(fā)現(xiàn)，法國(guó)蝸牛（Helix pomatia）的腸道細(xì)菌群落隨溫度表現(xiàn)出一定的季節(jié)性，例如越冬時(shí)會(huì)從腸道末端排出一部分細(xì)菌群落。

3.3.3 pH值 pH 值也會(huì)影響福壽螺腸道微生物的分布結(jié)構(gòu)，消化道不同部位的酸堿度在一定程度上塑造了腸胃中特殊的微生物群落結(jié)構(gòu)。Charrier 等[47]研究中提到腸道堿度的增加對(duì)腸道微生物群落會(huì)產(chǎn)生影響，尤其是部分發(fā)酵細(xì)菌。

3.3.4 重金屬污染已有研究發(fā)現(xiàn)，重金屬鎘（Cd）、鉻（Cr）、砷（As）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鉛（Pb）等會(huì)對(duì)水生生物腸道微生物產(chǎn)生影響[48]。例如，Cu 脅迫處理銀鯽后，會(huì)抑制其腸道中的厚壁菌門微生物生長(zhǎng)，而氣單胞菌屬、弧菌和愛(ài)德華氏菌屬（Edwardsiella）的數(shù)量明顯上升，導(dǎo)致銀鯽更易發(fā)生炎癥[49]。用含鉛水環(huán)境短暫處理成年雄性斑馬魚后，會(huì)引起斑馬魚腸道的組織學(xué)損傷，彎曲桿菌、變形桿菌減少，厚壁菌門菌增加[50]。當(dāng)福壽螺生活在受重金污染的水中時(shí)，消化道會(huì)產(chǎn)生組織病理學(xué)變化，但死亡率仍維持在較低水平[51]，表明福壽螺對(duì)重金屬污染有較強(qiáng)的耐受性，這是否與腸道微生物能夠緩解重金屬對(duì)福壽螺的脅迫有關(guān)值得進(jìn)一步探究。

3.3.5 化學(xué)污染消化道作為福壽螺關(guān)鍵的物理和生物屏障，是接觸化學(xué)污染物的主要部位，而化學(xué)污染也會(huì)改變腸道微生物群落組成，從而間接影響生物正常生命活動(dòng)。目前常見(jiàn)的化學(xué)污染包括抗生素污染和農(nóng)藥污染等，其中抗生素是一種被廣泛應(yīng)用于畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖的抗菌藥物，在殺死病原菌的同時(shí)，也會(huì)殺死其他細(xì)菌，從而破壞腸道菌群穩(wěn)態(tài)[52]。Walker 等[53]將特定的抗生素如氯霉素、氯四環(huán)素等加入蛞蝓食物中后，發(fā)現(xiàn)蛞蝓體內(nèi)腸道微生物的含量減少了；Ansart 等[54]的研究也發(fā)現(xiàn)，抗生素能夠使大蝸牛（Helix aspersa）腸道細(xì)菌的數(shù)量減少25%，從而使得細(xì)菌冰核活性和大蝸牛的過(guò)冷卻點(diǎn)降低。而化學(xué)農(nóng)藥不僅能夠?qū)е聵O為嚴(yán)重的環(huán)境污染，也被證明能夠通過(guò)改變宿主器官組織結(jié)構(gòu)[55]、干擾內(nèi)分泌[56]、改變酶活性[57]、影響基因表達(dá)[58]、誘導(dǎo)代謝產(chǎn)物變化[59]等機(jī)制造成腸道微生物種群結(jié)構(gòu)上的變化。腸道微生物群還被證明與寄主農(nóng)藥抗性有關(guān)，是抵抗農(nóng)藥毒性的重要因素[60]。因此，探究福壽螺化學(xué)藥劑防控與福壽螺腸道微生物之間的相互關(guān)系對(duì)于開展福壽螺的綠色防控具有重要意義。

4 總結(jié)與展望

筆者就福壽螺的消化系統(tǒng)及腸道微生物群進(jìn)行綜述，概括了福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)組成以及其不同生長(zhǎng)時(shí)期和消化道部位的腸道微生物優(yōu)勢(shì)種群，總結(jié)了腸道微生物在福壽螺生長(zhǎng)發(fā)育中的功能，說(shuō)明了其在福壽螺生態(tài)入侵過(guò)程中所起到的作用，最后歸納了影響福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)變化的因素，從一個(gè)新的角度上解釋福壽螺能夠成功入侵的原因，但是關(guān)于腸道微生物菌群、福壽螺生理與環(huán)境生態(tài)三者之間的關(guān)系尚存在一些關(guān)鍵性的問(wèn)題：（1）現(xiàn)有的研究?jī)H從微生物基因組角度對(duì)其進(jìn)行了部分的功能預(yù)測(cè)，腸道微生物群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)種群及其代謝產(chǎn)物對(duì)福壽螺具體的功能及其作用機(jī)理尚不明確；（2）外界因素能夠?qū)Ω勐莓a(chǎn)生影響，也能造成腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，但多數(shù)研究?jī)H探討了表面上的相關(guān)性，三者間內(nèi)在的因果關(guān)系缺乏系統(tǒng)深入研究。因此，此后的研究中應(yīng)對(duì)福壽螺腸道微生物及其代謝產(chǎn)物的作用機(jī)制開展深入分析，探究福壽螺各項(xiàng)生命活動(dòng)和腸道菌群功能之間的內(nèi)在機(jī)制。同時(shí)，明確環(huán)境因子和化學(xué)農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)因素對(duì)福壽螺腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，以期更好地利用腸道微生物開展福壽螺的綠色高效防控以及專性生物防控。