昆虫源共生菌鉴定方法研究进展

侯金丽

河南工业贸易职业学院，河南 郑州 451191

昆虫与微生物的共生关系是昆虫学和微生物学交叉研究领域的一个重要课题。近年来，随着分子生物学技术的发展，人们对昆虫源共生菌的鉴定和研究取得了显著成效。这些共生菌在昆虫的生存和进化过程中扮演着至关重要的角色，微生物可以保护宿主在变态发育最脆弱的阶段免受病原体感染，为变态发育提供必需的营养物质和促进变态发育的因子[1]。陈彤彤[2]研究发现胞内共生菌有助于谷蠹成虫羽化后外表皮的形成。在过去，昆虫源共生菌的研究主要依赖于传统的微生物培养技术，但许多共生菌难以在实验室培养，限制了人们对它们的认知。随着分子生物学方法，尤其是PCR 技术和16S rRNA 基因测序的引入，科学家开始能够更准确地鉴定和分类昆虫体内的微生物组成了。这些方法使研究人员能够绕过培养条件的限制，直接从昆虫样本中提取DNA，从而进行微生物多样性分析。高通量测序技术和宏基因组学的应用极大地丰富了对昆虫微生物共生关系的研究，提供了全面的微生物组成和功能信息。徐昭焕[3]等采用Illumina HiSeq 二代高通量测序方法，分析桃蚜取食不同寄主植物后体内微生物（细菌和真菌）群落的多样性与差异性。这些技术不仅可以揭示共生菌的种类，还可以探索它们在昆虫体内作用与相互作用的网络。综上所述，昆虫源共生菌的鉴定方法从传统的培养方法转为基于分子和宏基因组的高通量技术，为深入理解昆虫与微生物的共生关系提供了新视角和工具。因此，本文对昆虫源共生菌鉴定方法的研究进展展开探讨，以期为相关人员提供参考。

1 昆虫与共生菌的相互作用

昆虫与共生菌之间的互利共生关系通常表现为昆虫和微生物相互依赖，双方均能从这种关系中获益。一方面，共生菌为昆虫提供了一系列生理益处。昆虫体内存在的共生菌可以调节宿主的生殖和抗逆性，推动宿主进化[4]。例如蚜虫、烟粉虱等昆虫体内除了原有共生菌，还存在雷热氏菌，汉密尔顿氏菌等多种共生菌，能够提高昆虫的生殖能力和抗杀虫微生物能力[5]。另一方面，昆虫为共生菌提供了适宜的生存环境和营养来源。在这种共生关系中，共生菌通常栖息于昆虫身体的特定部位，如肠道、腺体或皮肤表面。昆虫体内的稳定环境为共生菌生长提供了条件，而昆虫的摄食活动则为共生菌提供了必需的营养物质[6]。

2 共生菌鉴定方法

2.1 传统鉴定方法

在分子生物学技术发展之前，对昆虫微生物的鉴定主要依赖于传统形态学及生理生化特性的方法。包括对菌落的宏观形态学观察，以及通过各类生理生化实验进行详细的鉴别，例如糖类、蛋白质和氨基酸的代谢试验、胺盐及有机酸盐的利用试验、毒性酶类试验以及呼吸酶类试验等[7]。孟祥杰[8]采用平板法对六斑异瓢虫雌性成虫的肠道消化道内容物进行分离和纯化，成功获得了5 种不同的细菌菌株。总之，在某些情况下，传统方法可以提供稳定可靠的鉴定结果，尤其是对于那些容易培养的微生物种类而言。

2.2 分子生物学方法的发展

随着分子生物学技术的迅猛发展，昆虫源共生菌的鉴定方法经历了显著性变革。这些方法克服了传统培养技术的限制，为快速、准确地鉴定和分析昆虫共生菌提供了新途径。分子生物学方法的一个核心应用就是利用基因标记物进行微生物鉴定。对于细菌，16S rRNA 基因是常用的分子标记物，因其高度保守的序列特征被广泛应用于细菌的鉴定和分类工作中。章雨璐[9]通过优化分析利用16S rRNA 对椰心叶甲肠道共生菌进行了研究。兰明先[10]则结合形态鉴定和16S rDNA 技术，成功分离并鉴定了泽兰实蝇幼虫内生细菌，共分离出22 株菌，并成功鉴定出21 种，分属于10 个属。

宏基因组学技术提供了一种研究昆虫微生物群落整体组成的方法。通过直接测序昆虫样本中全部微生物的DNA，宏基因组学可以揭示昆虫共生菌的多样性和丰度[11]。该方法不依赖于微生物培养，因此能够展示更加全面和真实的共生菌群落组成。易春燕[12]则通过提取眼斑芫菁幼虫肠道的共生菌，结合16S rRNA 测序技术，指出斑芫菁幼虫肠道共生菌的多样性会受食物影响。荧光原位杂交（FISH）技术允许在固定的组织或细胞样本中精准定位特定的核酸序列，已成为一项普遍应用的、高效的、直观的核酸分子荧光检测方法[13]。通过使用标记有荧光染料的特异性探索，FISH 技术可以在昆虫体内直观观察到特定菌株的分布情况。这些分子生物学方法的应用大大拓宽了昆虫与共生菌相互作用研究的视野，使科学家能够更深入地理解这些微生物在昆虫生态系统中的作用。随着这些技术的不断发展和优化，预计未来在昆虫共生微生物研究领域将取得更多重要的进展。

3 共生菌鉴定的实际应用

3.1 农业害虫中共生菌的鉴定

在农业害虫管理中，害虫体内的共生菌会在害虫的生理功能、生态适应性甚至是对农药的抵抗性方面发挥作用。因此，理解害虫与其体内共生菌之间的关系对于开发新的害虫控制策略具有重要意义。在共生菌与害虫抗药性方面，一些研究发现，某些农业害虫中的共生菌也参与了它们对特定农药的抗性机制。例如，某些细菌能够分解或中和农药，以减少药剂对害虫的毒性。通过鉴定这些共生菌并了解其作用机制，可以为开发新型农药或优化现有农药提供重要依据[14]。其次，对农业害虫中共生菌的鉴定为开发生物控制策略提供了潜在可能。例如，王政午指出捕食携带Serratia 的豌豆蚜对龟纹瓢虫的适合度造成了负面影响[15]。最后，农业害虫中共生菌的鉴定对于理解害虫在农业生态系统中的角色同样至关重要。吴秋琳[16]通过重新构建各稻区之间“虫源区-降落区”的关系，描绘了东亚地区稻飞蝗的迁飞格局。她深入研究了害虫的生物学特性，包括其繁殖习性、生存和扩散能力、及其与环境因子的相互作用，为农业相关领域提供了重要参考。

3.2 昆虫源共生菌在生物制药中的潜力

昆虫源共生菌在生物制药领域展现出了巨大的潜力。由于其独特的生态地位及其与宿主昆虫的紧密互动，这些微生物能够产生多种具有生物活性的物质，对于新药开发具有重要价值[17]。研究发现，成千上万种昆虫，如苍蝇、金龟子和蝴蝶，都具备强大的抵御真菌和细菌感染的能力。研究人员通过研究昆虫的免疫系统，成功分离出了昆虫体内的抗微生物肽。经过测试，这些抗微生物肽表现出了破坏微生物细胞膜的强大能力[18]。李帅[19]指出，在Hypocrella sp.BCC 14524 中成功分离出了7 个羊毛笛烷型三酷化合物和3 个阿帕烷型三酷化合物。通过活性实验测试，研究人员发现部分化合物在对抗疟疾、抗菌以及抑制NCI-H187 细胞的毒活性方面具有较好的成效。

4 结论

随着科学技术的发展，尤其是分子生物学和宏基因组学技术的进步，对昆虫共生菌的培养和认识方法已从传统方法转变为了更高效、全面的分子鉴定方法。这些技术不仅提高了鉴定效率，还揭示了昆虫与共生菌之间复杂的作用机制。昆虫源共生菌在农业害虫控制及新型药物研发方面显示出了巨大的潜力。这些研究不仅对于保护生物多样性和理解生态系统至关重要，也为未来农业实践的可持续发展和新药研发提供了新的视角和策略。