蜜蜂神經(jīng)系統(tǒng)的毒性影響因素分析

柯俐 李彬 劉永軍│文

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，北京100093

蜜蜂對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)多樣性具有重要的意義。蜜蜂養(yǎng)殖中不可避免會(huì)遭受病蟲害侵?jǐn)_，蜜蜂病蟲敵害防控對(duì)蜂群的健康至關(guān)重要，在防治上要堅(jiān)持“預(yù)防為主，治療為輔”的原則，加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，保證養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境衛(wèi)生，盡量選擇生物防治，減少抗生素以及農(nóng)藥的接觸等。蜜蜂的病敵害眾多，其中不少對(duì)蜜蜂有神經(jīng)毒性，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的了解與研究十分必要。

一、蜜蜂神經(jīng)毒性介紹

蜜蜂是一種十分重要的社會(huì)性昆蟲，被稱為“超生物體”，蜜蜂大腦神經(jīng)系統(tǒng)中毒后，往往同時(shí)表現(xiàn)在蜜蜂個(gè)體和蜂群兩個(gè)層面上，個(gè)體表現(xiàn)為身體顫抖，失去飛翔能力，肌肉抽搐麻痹等，呈短暫性、間歇性、季節(jié)性等特征，蜂群整體表現(xiàn)為情緒急躁不穩(wěn)定，攻擊性變強(qiáng)，易分蜂，群勢(shì)漸漸變?nèi)醯取?duì)蜜蜂有神經(jīng)毒性的因素較多，主要有病毒感染、農(nóng)藥殺蟲劑中毒、重金屬污染以及其他環(huán)境因素等。

二、對(duì)蜜蜂由神經(jīng)毒性的因素

1.慢性蜜蜂麻痹病毒

蜜蜂麻痹病一般有兩種癥狀：腹部膨大型和黑蜂型。前者腹部變大，身體和翅膀顫抖嚴(yán)重；后者兩端發(fā)亮，幾乎無絨毛，顫抖癥狀與前者類似。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年首先將其分離出來[1]，是一種正義單鏈RNA病毒，在全球均有分布。該病毒可在成年蜂的腦、神經(jīng)節(jié)、上顎腺和咽下腺等增殖，除了感染成年蜜蜂，報(bào)道在蜜蜂蛹期同樣可以被感染CBPV，并出現(xiàn)癥狀[2]。CBPV曾被報(bào)道出現(xiàn)在美國南部非蜜蜂屬的蜂類中[3]，但對(duì)野生蜂的具體影響還不是很清楚。另外，在狄斯瓦螨（Varroa destructor）中也檢測(cè)到CBPV，結(jié)果表明一種CBPV可能的病毒傳播途徑[4]。關(guān)于病毒作用于蜜蜂大腦的具體區(qū)域，哪種細(xì)胞類型，以及致病的作用機(jī)制、分子環(huán)路等還不清楚。

2.急性麻痹病病毒

蜜蜂急性蜜蜂麻痹病的癥狀是死前蜜蜂軀體顫抖，腹部膨大[5]，感染該病毒的蜜蜂會(huì)在1～2天內(nèi)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，同樣于早期被Bailey等發(fā)現(xiàn)[1]，結(jié)構(gòu)為等軸對(duì)稱，病毒復(fù)制較CBPV快，待病毒感染進(jìn)入蜜蜂血淋巴后，使蜜蜂中毒死亡，大蜂螨是其主要的傳播媒介，這與大蜂螨取食蜜蜂的血淋巴有直接關(guān)系。ABPV病毒可在蜜蜂的脂肪體細(xì)胞、咽下腺、腦等部位增殖。

3.緩慢性麻痹病病毒

蜜蜂緩慢性麻痹病是由蜜蜂緩慢性麻痹病病毒（Slow bee paralysis virus, SBPV）引起，基因組大小在9.5kb左右[6]，在蜜蜂頭部、咽下腺、上顎腺、唾液腺、蜜囊、前足中有高的病毒濃度，自然條件下呈顯性感染，經(jīng)口傳播[7]，感染該病毒的蜜蜂大約在感染后12天左右死亡，死前1～2天前足會(huì)發(fā)生震顫癥狀，蜜蜂體內(nèi)提純的該病毒注射感染蜜蜂腹部，與上述兩種病毒抗血清無反應(yīng)[8]，發(fā)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）感染的蜜蜂發(fā)病早期腹部末端發(fā)黑，病程晚期翅膀顫抖，在空地上轉(zhuǎn)圈，胸部絨毛掉落，進(jìn)而麻痹死亡，在感染期間蜜蜂學(xué)習(xí)記憶能力下降，歸巢率降低。2004年Ilan Sela等發(fā)現(xiàn)于以色列希伯來大學(xué)，命名其為以色列急性麻痹病毒，IAPV給以色列養(yǎng)蜂業(yè)帶來巨大損失，它是一種正義單鏈 RNA病毒[9]，IAPV可以感染所有階段的蜜蜂，包括卵和三型蜂，能夠進(jìn)行水平和垂直傳播，感染的工蜂可以通過接觸飼喂將病毒帶給蜂王，雖然群體和個(gè)體免疫可能使蜂王避開病毒，但是這種阻止病毒感染的機(jī)制并不充分。

5.有機(jī)磷及氨基甲酸酯殺蟲劑

有機(jī)磷農(nóng)藥取代早先的有機(jī)氯農(nóng)藥，在我國農(nóng)業(yè)中曾經(jīng)被廣泛使用，但這種農(nóng)藥大范圍使用后，在土壤和水環(huán)境中的殘留通過物理遷移和化學(xué)轉(zhuǎn)化后，會(huì)對(duì)生物體造成有害的影響，其中包括昆蟲等[10]。有機(jī)磷化合物P-S結(jié)構(gòu)在昆蟲體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)镻-O結(jié)構(gòu)后，使神經(jīng)末梢的乙酰膽堿酯酶磷酸化失活，產(chǎn)生毒覃堿效應(yīng)、煙堿效應(yīng)。對(duì)乙酰膽堿酯酶的抑制后，不能恢復(fù)酶的活性，即具有老化現(xiàn)象。氨基甲酸酯殺蟲劑是有機(jī)磷農(nóng)藥之后開發(fā)的合成農(nóng)藥，具有選擇性強(qiáng)、高效廣譜、對(duì)人畜低毒等特點(diǎn)，它是乙酰膽堿酯酶的強(qiáng)烈抑制劑，進(jìn)入蜜蜂大腦主要作用于神經(jīng)細(xì)胞軸突，引起鈉通道持續(xù)開放，導(dǎo)致膜電位長(zhǎng)久去極化，從而引起神經(jīng)興奮性傳導(dǎo)障礙[11]，致使蜜蜂死亡。

6.擬除蟲菊酯類殺蟲劑

擬除蟲菊酯（Pyrethroids）是一類具有高效、廣譜、低毒等特性的合成殺蟲劑，其殺蟲毒力比有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯類高 10～100倍。對(duì)昆蟲具有強(qiáng)烈的觸殺作用，主要作用于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)，昆蟲中毒后會(huì)令其過度興奮、麻痹后死亡[12]，該類殺蟲劑作用的分子機(jī)制是多方面的，主要包括：對(duì)腦組織生物膜影響、對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的影響、對(duì)神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)過程中Na+通道的影響、對(duì)神經(jīng)細(xì)胞造成損傷等，與ATP酶的抑制有一定關(guān)系，蜜蜂經(jīng)該殺蟲劑處理后，大腦中的神經(jīng)纖維、蕈狀體細(xì)胞均產(chǎn)生廣泛的間隙，咽下腺細(xì)胞的自噬，蕈狀體神經(jīng)細(xì)胞的變性，線粒體的損傷等[13]。

7.雙甲脒類殺蟲劑

雙甲脒又稱螨克，是一種有機(jī)化合物，一類廣譜性殺螨劑，目前仍在被廣泛使用，具有蟲、螨兼治作用，被用于蜂群殺滅螨蟲，對(duì)蜜蜂表現(xiàn)為低毒特性，相對(duì)蜂螨，蜜蜂章魚胺受體Octβ2R的3個(gè)氨基酸殘基差異，決定雙甲脒對(duì)二者不同的毒力[14]。它會(huì)使蜜蜂產(chǎn)生典型的神經(jīng)中毒癥狀，比如興奮痙攣、麻痹等，一般認(rèn)為是因?yàn)閱伟费趸甘芤种疲痼w內(nèi)的單胺增加，造成神經(jīng)傳導(dǎo)阻斷，干擾了單胺遞質(zhì)，像章魚胺的傳遞[15]。雙甲脒類殺蟲劑雖然殺螨效果好，但目前蜂螨對(duì)其產(chǎn)生的抗性不斷增強(qiáng)，開發(fā)對(duì)螨毒性強(qiáng)、對(duì)蜜蜂相對(duì)安全、不易產(chǎn)生抗性的新藥物，是一種未來蜂螨防控重要的途徑[16]。

8.新煙堿類殺蟲劑

新煙堿類殺蟲劑是目前使用范圍最廣，市場(chǎng)占比最高的新一代殺蟲劑，它們作用于煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR），與昆蟲自身的乙酰膽堿（acetylcholine, ACh）產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，阻斷中樞神經(jīng)信號(hào)的正常傳導(dǎo)，進(jìn)而引起昆蟲麻痹、死亡，具有神經(jīng)毒性[17]。新煙堿類殺蟲劑對(duì)靶標(biāo)害蟲藥效好，對(duì)哺乳動(dòng)物低毒，同時(shí)具有系統(tǒng)性特點(diǎn)，它會(huì)影響蜜蜂的腸道菌群[18]，延緩幼蟲的發(fā)育[19]。新煙堿類殺蟲劑通常被用作農(nóng)作物種子包衣來控制植食性害蟲，包括油菜、玉米、水稻等，該類殺蟲劑能夠從土壤和種子中轉(zhuǎn)移到花朵、花蜜中，蜜蜂外出采集會(huì)暴露于殺蟲劑中，進(jìn)而新煙堿類殺蟲劑殘留于各類的蜂產(chǎn)品中，甚至污染整個(gè)蜂巢[20]。從神經(jīng)毒性角度分析，對(duì)蜜蜂的導(dǎo)航和學(xué)習(xí)記憶行為產(chǎn)生潛在的影響[21]，破壞蜜蜂、熊蜂、果蠅等昆蟲的晝夜節(jié)律和睡眠行為[22,23]，一定濃度的新煙堿能夠給蜂類帶來神經(jīng)上癮行為[24]，以及筑巢、社會(huì)行為、蜂群溫度調(diào)節(jié)行為等[25]。野生蜂對(duì)新煙堿殺蟲劑的響應(yīng)與飼養(yǎng)蜜蜂存在差異[26]，預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)情況下新煙堿類殺蟲劑對(duì)蜜蜂健康的影響，需要結(jié)合多種因素考量，比如不同蜂種、實(shí)際的健康和生活環(huán)境等條件。

9.重金屬

重金屬污染是全球公認(rèn)的重要污染源之一，在城市中，主要由工廠釋放，有色金屬、鋼材等的冶煉，城市暖氣、垃圾焚燒、車輛尾氣排放都會(huì)產(chǎn)生重金屬污染。蜜蜂，作為一種環(huán)境指示劑，能夠用來評(píng)估環(huán)境污染[27]，主要是因?yàn)槊鄯淙砀采w絨毛，容易捕捉到環(huán)境污染物，蜜蜂的活動(dòng)范圍涉及城市、郊區(qū)、農(nóng)村等，在采集花蜜花粉和飲水等過程中重金屬粒子可以附著在蜜蜂軀體上，被帶回蜂箱后，導(dǎo)致蜂蜜、蜂花粉產(chǎn)品中殘留[28]。對(duì)蜜蜂有神經(jīng)毒性的重金屬主要有鉛、汞、砷、鉻、銅等，并且被報(bào)道在蜜蜂體內(nèi)有生物富集現(xiàn)象[29]。鎘、銅、鉛對(duì)幼蟲和采集蜂的發(fā)育、采食都造成負(fù)面影響，降低了蜜蜂的存活率且其毒性具有濃度劑量效應(yīng)[30]。重金屬錳的攝入會(huì)改變蜜蜂腦內(nèi)生物胺的水平，降低采集蜂的飛行效率[31]，納米氧化鑭La2O3使蜜蜂的菌群失調(diào)，病原菌Serratia和Frischella的富集，并影響蜜蜂的生理健康[32]，研究表明蜜蜂可能具有較強(qiáng)的能力把鈷、鉛、汞和錳等重金屬從芥花油菜轉(zhuǎn)移到蜂群內(nèi)，食用被污染的蜂產(chǎn)品將對(duì)人類健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)[33]。

環(huán)境中的重金屬可通過生物鏈進(jìn)行富集，作用于幼年（幼蟲）和成年個(gè)體，具體作用機(jī)制有神經(jīng)細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、改變酶活及基因表達(dá)等。比如鉛通過影響一氧化氮合酶（NOS）和丙酮酸激酶等的活性，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，促使大腦能量失衡。鉛可以抑制NMDA受體活性，影響機(jī)體認(rèn)知[34]，汞通過線粒體損傷引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡，汞的暴露會(huì)使腦中的重要神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（ACh）數(shù)量減少等[35]。目前，蜜蜂暴露于重金屬的環(huán)境壓力下，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)地采樣與檢測(cè)有利于了解重金屬對(duì)蜜蜂，乃至人類環(huán)境的影響現(xiàn)狀，研究主要重金屬對(duì)蜜蜂的神經(jīng)影響機(jī)制，對(duì)環(huán)境污染的防治提供一定依據(jù)。

10.其他因素

影響蜜蜂神經(jīng)毒性的其他因素包括微-納塑料和營養(yǎng)因素等。塑料為人們提供巨大社會(huì)效益的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。自1950年起，全球累計(jì)產(chǎn)生63億噸塑料垃圾，其中只有9%～30%被循環(huán)利用，剩余的67%最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，而大部分被分解成塑料微粒，形成持久性污染物。授粉昆蟲的生物活動(dòng)離不開土壤、水源、大氣，而塑料已經(jīng)參與循環(huán)到地球生態(tài)系統(tǒng)中，形成地球“塑料循環(huán)”，蜜蜂是微塑料的生物采集器[36]，蜜蜂在其中也會(huì)受到一定影響[37]。蜜蜂為全球超過75%的農(nóng)作物授粉，在生態(tài)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要作用，對(duì)蜜蜂塑料環(huán)境因子的神經(jīng)機(jī)制研究可以為其他物種的風(fēng)險(xiǎn)研究提供參考。此外，營養(yǎng)誘因是影響蜂群神經(jīng)損傷的另一因素，蜂蜜為蜂群帶來碳水化合物，蜂花粉和蜂王漿為蜂群提供蛋白質(zhì)，由于環(huán)境、病蟲害、衰老以及人為等因素，使得蜜蜂營養(yǎng)出現(xiàn)不足的狀況，蜜蜂也可能表現(xiàn)出一定的神經(jīng)毒性，尤其是在蜜蜂幼蟲大腦的級(jí)型分化發(fā)育階段，對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的要求更高[38]。

三、蜜蜂神經(jīng)毒性的防治策略

1.飼養(yǎng)強(qiáng)群

目前尚無準(zhǔn)確有效的藥物防治手段，加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，保證充足的蜜粉源，維持飼養(yǎng)強(qiáng)群，可以增強(qiáng)蜂群對(duì)病蟲害的抵抗能力[39]，同時(shí)做到蜂蜜不取盡，減少普通糖水的替代飼喂，加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)蜂王的選育等。

2.科學(xué)研究

目前對(duì)蜜蜂大腦的科學(xué)研究主要是大腦解剖學(xué)、學(xué)習(xí)記憶、嗅覺受體與環(huán)路、視覺導(dǎo)航等方面，而對(duì)蜜蜂神經(jīng)毒性機(jī)制及病理學(xué)方面研究較少，對(duì)這方面的了解同樣十分必要，可以為預(yù)防蜜蜂神經(jīng)毒性提供新的解決思路。