蜜蜂神经系统的毒性影响因素分析

2022-12-28柯俐李彬刘永军

中国蜂业 2022年7期

柯俐李彬刘永军│文

中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093

蜜蜂对于农业发展及生态多样性具有重要的意义。蜜蜂养殖中不可避免会遭受病虫害侵扰，蜜蜂病虫敌害防控对蜂群的健康至关重要，在防治上要坚持“预防为主，治疗为辅”的原则，加强饲养管理，保证养殖场的环境卫生，尽量选择生物防治，减少抗生素以及农药的接触等。蜜蜂的病敌害众多，其中不少对蜜蜂有神经毒性，对其进行系统的了解与研究十分必要。

一、蜜蜂神经毒性介绍

蜜蜂是一种十分重要的社会性昆虫，被称为“超生物体”，蜜蜂大脑神经系统中毒后，往往同时表现在蜜蜂个体和蜂群两个层面上，个体表现为身体颤抖，失去飞翔能力，肌肉抽搐麻痹等，呈短暂性、间歇性、季节性等特征，蜂群整体表现为情绪急躁不稳定，攻击性变强，易分蜂，群势渐渐变弱等。对蜜蜂有神经毒性的因素较多，主要有病毒感染、农药杀虫剂中毒、重金属污染以及其他环境因素等。

二、对蜜蜂由神经毒性的因素

1.慢性蜜蜂麻痹病毒

蜜蜂麻痹病一般有两种症状：腹部膨大型和黑蜂型。前者腹部变大，身体和翅膀颤抖严重；后者两端发亮，几乎无绒毛，颤抖症状与前者类似。患病的成年蜜蜂常在5～7天死亡。慢性蜜蜂麻痹病主要是由慢性麻痹病病毒（Chronic bee paralysis virus, CBPV）引起，Bailey等在1963年首先将其分离出来[1]，是一种正义单链RNA病毒，在全球均有分布。该病毒可在成年蜂的脑、神经节、上颚腺和咽下腺等增殖，除了感染成年蜜蜂，报道在蜜蜂蛹期同样可以被感染CBPV，并出现症状[2]。CBPV曾被报道出现在美国南部非蜜蜂属的蜂类中[3]，但对野生蜂的具体影响还不是很清楚。另外，在狄斯瓦螨（Varroa destructor）中也检测到CBPV，结果表明一种CBPV可能的病毒传播途径[4]。关于病毒作用于蜜蜂大脑的具体区域，哪种细胞类型，以及致病的作用机制、分子环路等还不清楚。

2.急性麻痹病病毒

蜜蜂急性蜜蜂麻痹病的症状是死前蜜蜂躯体颤抖，腹部膨大[5]，感染该病毒的蜜蜂会在1～2天内很快死亡。急性蜜蜂麻痹病是由急性麻痹病病毒（Acute bee paralysis virus, ABPV）引起，同样于早期被Bailey等发现[1]，结构为等轴对称，病毒复制较CBPV快，待病毒感染进入蜜蜂血淋巴后，使蜜蜂中毒死亡，大蜂螨是其主要的传播媒介，这与大蜂螨取食蜜蜂的血淋巴有直接关系。ABPV病毒可在蜜蜂的脂肪体细胞、咽下腺、脑等部位增殖。

3.缓慢性麻痹病病毒

蜜蜂缓慢性麻痹病是由蜜蜂缓慢性麻痹病病毒（Slow bee paralysis virus, SBPV）引起，基因组大小在9.5kb左右[6]，在蜜蜂头部、咽下腺、上颚腺、唾液腺、蜜囊、前足中有高的病毒浓度，自然条件下呈显性感染，经口传播[7]，感染该病毒的蜜蜂大约在感染后12天左右死亡，死前1～2天前足会发生震颤症状，蜜蜂体内提纯的该病毒注射感染蜜蜂腹部，与上述两种病毒抗血清无反应[8]，发病高峰主要在夏季。

4.以色列急性麻痹病毒

被以色列急性麻痹病毒（Israeli acute paralysis virus, IAPV）感染的蜜蜂发病早期腹部末端发黑，病程晚期翅膀颤抖，在空地上转圈，胸部绒毛掉落，进而麻痹死亡，在感染期间蜜蜂学习记忆能力下降，归巢率降低。2004年Ilan Sela等发现于以色列希伯来大学，命名其为以色列急性麻痹病毒，IAPV给以色列养蜂业带来巨大损失，它是一种正义单链 RNA病毒[9]，IAPV可以感染所有阶段的蜜蜂，包括卵和三型蜂，能够进行水平和垂直传播，感染的工蜂可以通过接触饲喂将病毒带给蜂王，虽然群体和个体免疫可能使蜂王避开病毒，但是这种阻止病毒感染的机制并不充分。

5.有机磷及氨基甲酸酯杀虫剂

有机磷农药取代早先的有机氯农药，在我国农业中曾经被广泛使用，但这种农药大范围使用后，在土壤和水环境中的残留通过物理迁移和化学转化后，会对生物体造成有害的影响，其中包括昆虫等[10]。有机磷化合物P-S结构在昆虫体内转变为P-O结构后，使神经末梢的乙酰胆碱酯酶磷酸化失活，产生毒覃碱效应、烟碱效应。对乙酰胆碱酯酶的抑制后，不能恢复酶的活性，即具有老化现象。氨基甲酸酯杀虫剂是有机磷农药之后开发的合成农药，具有选择性强、高效广谱、对人畜低毒等特点，它是乙酰胆碱酯酶的强烈抑制剂，进入蜜蜂大脑主要作用于神经细胞轴突，引起钠通道持续开放，导致膜电位长久去极化，从而引起神经兴奋性传导障碍[11]，致使蜜蜂死亡。

6.拟除虫菊酯类杀虫剂

拟除虫菊酯（Pyrethroids）是一类具有高效、广谱、低毒等特性的合成杀虫剂，其杀虫毒力比有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类高 10～100倍。对昆虫具有强烈的触杀作用，主要作用于昆虫神经系统，昆虫中毒后会令其过度兴奋、麻痹后死亡[12]，该类杀虫剂作用的分子机制是多方面的，主要包括：对脑组织生物膜影响、对神经递质的影响、对神经信号传导过程中Na+通道的影响、对神经细胞造成损伤等，与ATP酶的抑制有一定关系，蜜蜂经该杀虫剂处理后，大脑中的神经纤维、蕈状体细胞均产生广泛的间隙，咽下腺细胞的自噬，蕈状体神经细胞的变性，线粒体的损伤等[13]。

7.双甲脒类杀虫剂

双甲脒又称螨克，是一种有机化合物，一类广谱性杀螨剂，目前仍在被广泛使用，具有虫、螨兼治作用，被用于蜂群杀灭螨虫，对蜜蜂表现为低毒特性，相对蜂螨，蜜蜂章鱼胺受体Octβ2R的3个氨基酸残基差异，决定双甲脒对二者不同的毒力[14]。它会使蜜蜂产生典型的神经中毒症状，比如兴奋痉挛、麻痹等，一般认为是因为单胺氧化酶受抑制，引起体内的单胺增加，造成神经传导阻断，干扰了单胺递质，像章鱼胺的传递[15]。双甲脒类杀虫剂虽然杀螨效果好，但目前蜂螨对其产生的抗性不断增强，开发对螨毒性强、对蜜蜂相对安全、不易产生抗性的新药物，是一种未来蜂螨防控重要的途径[16]。

8.新烟碱类杀虫剂

新烟碱类杀虫剂是目前使用范围最广，市场占比最高的新一代杀虫剂，它们作用于烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR），与昆虫自身的乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）产生竞争，阻断中枢神经信号的正常传导，进而引起昆虫麻痹、死亡，具有神经毒性[17]。新烟碱类杀虫剂对靶标害虫药效好，对哺乳动物低毒，同时具有系统性特点，它会影响蜜蜂的肠道菌群[18]，延缓幼虫的发育[19]。新烟碱类杀虫剂通常被用作农作物种子包衣来控制植食性害虫，包括油菜、玉米、水稻等，该类杀虫剂能够从土壤和种子中转移到花朵、花蜜中，蜜蜂外出采集会暴露于杀虫剂中，进而新烟碱类杀虫剂残留于各类的蜂产品中，甚至污染整个蜂巢[20]。从神经毒性角度分析，对蜜蜂的导航和学习记忆行为产生潜在的影响[21]，破坏蜜蜂、熊蜂、果蝇等昆虫的昼夜节律和睡眠行为[22,23]，一定浓度的新烟碱能够给蜂类带来神经上瘾行为[24]，以及筑巢、社会行为、蜂群温度调节行为等[25]。野生蜂对新烟碱杀虫剂的响应与饲养蜜蜂存在差异[26]，预测现实情况下新烟碱类杀虫剂对蜜蜂健康的影响，需要结合多种因素考量，比如不同蜂种、实际的健康和生活环境等条件。

9.重金属

重金属污染是全球公认的重要污染源之一，在城市中，主要由工厂释放，有色金属、钢材等的冶炼，城市暖气、垃圾焚烧、车辆尾气排放都会产生重金属污染。蜜蜂，作为一种环境指示剂，能够用来评估环境污染[27]，主要是因为蜜蜂全身覆盖绒毛，容易捕捉到环境污染物，蜜蜂的活动范围涉及城市、郊区、农村等，在采集花蜜花粉和饮水等过程中重金属粒子可以附着在蜜蜂躯体上，被带回蜂箱后，导致蜂蜜、蜂花粉产品中残留[28]。对蜜蜂有神经毒性的重金属主要有铅、汞、砷、铬、铜等，并且被报道在蜜蜂体内有生物富集现象[29]。镉、铜、铅对幼虫和采集蜂的发育、采食都造成负面影响，降低了蜜蜂的存活率且其毒性具有浓度剂量效应[30]。重金属锰的摄入会改变蜜蜂脑内生物胺的水平，降低采集蜂的飞行效率[31]，纳米氧化镧La2O3使蜜蜂的菌群失调，病原菌Serratia和Frischella的富集，并影响蜜蜂的生理健康[32]，研究表明蜜蜂可能具有较强的能力把钴、铅、汞和锰等重金属从芥花油菜转移到蜂群内，食用被污染的蜂产品将对人类健康造成潜在风险[33]。

环境中的重金属可通过生物链进行富集，作用于幼年（幼虫）和成年个体，具体作用机制有神经细胞凋亡、氧化应激、改变酶活及基因表达等。比如铅通过影响一氧化氮合酶（NOS）和丙酮酸激酶等的活性，诱导神经细胞凋亡，促使大脑能量失衡。铅可以抑制NMDA受体活性，影响机体认知[34]，汞通过线粒体损伤引起神经细胞凋亡，汞的暴露会使脑中的重要神经递质乙酰胆碱（ACh）数量减少等[35]。目前，蜜蜂暴露于重金属的环境压力下，对其进行科学地采样与检测有利于了解重金属对蜜蜂，乃至人类环境的影响现状，研究主要重金属对蜜蜂的神经影响机制，对环境污染的防治提供一定依据。

10.其他因素

影响蜜蜂神经毒性的其他因素包括微-纳塑料和营养因素等。塑料为人们提供巨大社会效益的同时，也带来了严重的环境问题。自1950年起，全球累计产生63亿吨塑料垃圾，其中只有9%～30%被循环利用，剩余的67%最终进入垃圾填埋场，而大部分被分解成塑料微粒，形成持久性污染物。授粉昆虫的生物活动离不开土壤、水源、大气，而塑料已经参与循环到地球生态系统中，形成地球“塑料循环”，蜜蜂是微塑料的生物采集器[36]，蜜蜂在其中也会受到一定影响[37]。蜜蜂为全球超过75%的农作物授粉，在生态系统及经济发展中起到重要作用，对蜜蜂塑料环境因子的神经机制研究可以为其他物种的风险研究提供参考。此外，营养诱因是影响蜂群神经损伤的另一因素，蜂蜜为蜂群带来碳水化合物，蜂花粉和蜂王浆为蜂群提供蛋白质，由于环境、病虫害、衰老以及人为等因素，使得蜜蜂营养出现不足的状况，蜜蜂也可能表现出一定的神经毒性，尤其是在蜜蜂幼虫大脑的级型分化发育阶段，对营养物质的要求更高[38]。