蜜蜂肠道菌群多样性及其影响因素研究

发布时间：2017-06-30 03:13

  本文关键词：蜜蜂肠道菌群多样性及其影响因素研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：西方蜜蜂(Apis mellifera Linnaeus)和东方蜜蜂(Apis cerana Fabricius)是我国饲养量最大的两个蜂种,也是我国农业和生态中至关重要的授粉昆虫,它们对保持生物多样性起着重要的作用。蜜蜂肠道中栖息着大量肠道菌群,它们与宿主形成复杂的共生关系,并通过各种方式影响宿主健康;在宿主的生长发育、营养、食物消化、免疫反应甚至抵抗病原菌等方面发挥了重要作用。我国地理环境的多样化为蜜蜂提供了广阔的栖息地,不同生境下产生的生物遗传变异和适应机制为蜜蜂肠道菌群提供了一个很好的特异性基因库。为了更好的揭示我国不同生态条件下蜜蜂肠道菌群的多样性现状,我们按照我国9大东方蜜蜂地方品种的分布范围进行采样,并对部分地区的西方蜜蜂进行采样,采用高通量测序技术等手段对我国境内的两种蜜蜂肠道菌群多样性及影响因素进行了研究。主要结果如下:(1)我国东、西方蜜蜂肠道菌群的种类对我国16个省市和地区共193只东、西方蜂样品(A.cerana,n=162;A.mellifera,n=31)的肠道细菌的16S r RNA基因的V3-V4区进行Illumina Mi Seq测序,并对所测细菌进行多样性分析,结果发现:我国东、西方蜜蜂肠道菌群也是有少数几个特定的共生菌组成,其中核心菌群的种类分布在8个门和12个属,优势细菌主要分布在Proteobacteria,Firmicutes,Bacteroidetes和Actinobacteria 4个门;数量最多的4个属分别为Lactobacillus,Gilliamella,Snodgrassella和Bifidobacterium。(2)东、西方蜜蜂肠道菌群的组成存在明显差异东、西方蜜蜂肠道菌群的相对丰度在门水平上相对保守,核心细菌的菌群组成基本一致,没有显著差异(P0.05);基于肠道菌群的Alpha和Beta多样性分析结果证实东、西方蜜蜂肠道菌群存在较大差异。其中,东方蜜蜂的Gilliamella(P0.05)和Flavobacteriaceae(P0.001)的细菌显著高于西方蜜蜂,而西方蜜蜂的Bifidobacterium(P0.05)、Acetobacteraceae(P0.001)和Bartonella(P0.001)的细菌显著高于东方蜜蜂。地理区域的差异对东、西方蜜蜂肠道菌群组成影响较小,东、西方蜜蜂蜂种的差异可能是引起肠道菌群组成差异的主要原因。(3)东方蜜蜂三型蜂肠道菌群的多样性差异东方蜜蜂三型蜂之间乳酸菌的差异最大,蜂王含量最高,而雄蜂最少,三者之间差异显著(P0.01)。另外,Snodgrassella细菌在三型蜂之间存在显著差异(P0.05),其中雄蜂中含量最高,而蜂王中含量最少。其余细菌的含量则差异不显著。通过主成分分析(Principal component analysis,PCA)和偏最小二乘判别分析(Partial least squares discrimination analysis,PLS-DA)发现,蜂王、工蜂和雄蜂样品的菌群组成明显分离,表明三型蜂之间的肠道菌群组成存在较大差异。(4)4种主要共生菌在东方蜜蜂体内的动态变化不同发育阶段的东方蜜蜂工蜂肠道菌群结构存在较大差异。1日龄、5日龄和10日龄工蜂肠道菌群结构区分明显,随着日龄增加,肠道菌群出现交叠现象,30日龄的菌群组成与其它日龄段可以区分开,但区分不明显;基于q PCR(实时荧光定量PCR)的分析结果表明,日龄对4种肠道菌的影响很大,4种细菌整体上的变化趋势非常相似,1日龄工蜂几乎检测不到4种种系型(phylotypes)的共生菌,5日龄细菌数量迅速增加,并在10-20日龄达到高峰,随后开始下降并在20-25或25-30日龄保持稳定,在30日龄时细菌下降到一个较低的水平。(5)不同季节东方蜜蜂肠道菌群的多样性变化同一蜂群中核心菌Lactobacillus,Gilliamella,Snodgrassella和Flavobacteriaceae在不同季节表现出较高的稳定性,只有Bifidobacterium细菌在春秋之间存在显著差异(p0.05)。基于PLS-DA分析表明,季节因素对东方蜜蜂肠道菌群具有一定的影响。(6)不同蜂箱饲养下东方蜜蜂肠道菌群的比较分析活框饲养和传统饲养方式的东方蜜蜂肠道菌群组成不存在明显的分离现象,说明不同饲养方式对东方蜜蜂肠道菌群组成影响较小。(7)所有分组的肠道菌群的聚类分析基于属和OUT水平对所有分组的个体构建热图(Heatmap),结果发现所有东、西方蜜蜂样本,东方蜜蜂三型蜂样本,不同发育阶段以及不同季节和饲养方式下的东方蜜蜂样本的肠道菌群均被分为明显的两个簇。总上所述,我国东、西方蜜蜂肠道菌群同国外报道的一样都是由少数几个特定的共生菌组成;蜜蜂肠道菌群结构受蜂种、级型、日龄的影响较大,而地理区域和饲养方式对蜜蜂肠道菌群结构的影响较小,季节变化对同一蜂群的影响较大,而同一季节不同地区的东方蜜蜂肠道菌群组成无显著差异。东、西方蜜蜂的肠道菌群组成被分为明显的两个簇,且不受蜂种、三型蜂、日龄、季节和饲养方式以及地理区域的影响。
【关键词】：东方蜜蜂 西方蜜蜂 肠道菌群 高通量测序 影响因素
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S891
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 英文缩略表15-16
• 第一章 引言16-33
• 1.1 昆虫肠道菌群概述16-19
• 1.1.1 肠道菌群的相关概念16
• 1.1.2 研究昆虫肠道菌群的意义16-17
• 1.1.3 昆虫肠道菌群的定殖环境17-18
• 1.1.4 昆虫肠道菌的起源和进化18
• 1.1.5 昆虫肠道菌群的传播和维持18-19
• 1.2 蜜蜂肠道菌群研究进展19-24
• 1.2.1 蜜蜂肠道菌群的研究历史19
• 1.2.2 蜜蜂肠道菌群的分类地位19
• 1.2.3 蜜蜂肠道菌群的特征19-21
• 1.2.4 非核心菌群的概述21-23
• 1.2.5 蜜蜂肠道菌群的分布23-24
• 1.3 昆虫肠道共生菌的功能及影响因素24-29
• 1.3.1 昆虫肠道菌群的主要功能24-27
• 1.3.2 昆虫肠道菌群的影响因素27-29
• 1.4 昆虫肠道共生菌的研究方法29-31
• 1.4.1 微生物多样性常用研究方法概述29
• 1.4.2 16S rRNA简介29-30
• 1.4.3 本研究中使用的研究方法简介30-31
• 1.5 总结和展望31
• 1.6 研究目的、内容和意义31-33
• 1.6.1 研究目的31
• 1.6.2 研究内容及技术路线31-32
• 1.6.3 研究意义32-33
• 第二章 我国东、西方蜜蜂肠道菌群的种类33-43
• 2.1 材料和方法33-37
• 2.1.1 样品采集33-35
• 2.1.2 材料35
• 2.1.3 实验方法35-37
• 2.2 结果与分析37-40
• 2.2.1 PCR电泳检测结果37-38
• 2.2.2 MiSeq测序质量分析38
• 2.2.3 我国东、西方蜜蜂肠道菌群的种类38-39
• 2.2.4 我国东、西方蜜蜂肠道细菌的 16S rRNA基因的 α 多样性39
• 2.2.5 我国东西方蜜蜂肠道细菌序列的系统进化分析39-40
• 2.3 讨论40-43
• 第三章 蜂种因素对肠道菌群结构的影响43-52
• 3.1 材料和方法43-45
• 3.1.1 样品采集43
• 3.1.2 材料43
• 3.1.3 实验方法43-45
• 3.2 结果与分析45-50
• 3.2.1 我国东、西方蜜蜂肠道细菌多样性的比较分析45-46
• 3.2.2 我国东、西方蜜蜂肠道细菌组分的比较分析46-48
• 3.2.3 基于多元统计方法的东、西方蜜蜂肠道菌群结构的比较分析48-50
• 3.3 讨论50-52
• 第四章 东方蜜蜂三型蜂肠道菌群的多样性分析52-58
• 4.1 材料和方法52
• 4.1.1 样品采集52
• 4.1.2 材料52
• 4.1.3 实验方法52
• 4.2 结果与分析52-55
• 4.2.1 东方蜜蜂三型蜂肠道细菌多样性指数的比较分析52-53
• 4.2.2 中华蜜蜂三型蜂肠道细菌组分的比较分析53-54
• 4.2.3 基于多元统计方法的东方蜜蜂三型蜂肠道菌群结构的比较分析54-55
• 4.3 讨论55-58
• 第五章 东方蜜蜂不同发育阶段肠道菌群的组成及动态变化58-67
• 5.1 材料和方法58-60
• 5.1.1 样品采集58
• 5.1.2 材料58-59
• 5.1.3 实验方法59-60
• 5.2 结果与分析60-64
• 5.2.1 东方蜜蜂不同发育阶段肠道菌群的Alpha多样性及组成分析60-62
• 5.2.2 东方蜜蜂不同日龄肠道菌群的PCA分析62-64
• 5.2.3 四种共生菌在不同日龄东方蜜蜂肠道中的动态变化64
• 5.3 讨论64-67
• 第六章 季节因素对东方蜜蜂肠道菌群的影响分析67-75
• 6.1 材料和方法67-68
• 6.1.1 样品采集67
• 6.1.2 材料67-68
• 6.1.3 实验方法68
• 6.2 结果与分析68-73
• 6.2.1 不同季节下肠道细菌多样性的比较分析68-73
• 6.3 讨论73-75
• 第七章 饲养方式对东方蜜蜂肠道菌群的影响分析75-82
• 7.1 材料和方法75-76
• 7.1.1 样品采集75-76
• 7.1.2 材料76
• 7.1.3 实验方法76
• 7.2 结果与分析76-79
• 7.2.1 不同饲养条件下东方蜜蜂肠道细菌多样性的比较分析76-77
• 7.2.2 不同蜂箱饲养条件下东方蜜蜂肠道细菌组分的比较分析77-78
• 7.2.3 基于多元统计方法的东、西方蜜蜂肠道菌群结构的比较分析78-79
• 7.3 讨论79-82
• 第八章 全文结论82-83
• 8.1 全文结论82
• 8.2 研究展望82-83
• 参考文献83-96
• 附录96-113
• 致谢113-115
• 作者简历115

【参考文献】

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1 欧阳燕,金锋,白琴华,吴黎明,石巍,刘先蜀;蜂王-雌多雄交配对蜜峰群体行为影响的研究[J];科学通报;1997年17期

2 中蜂资源调查协作组;杨冠煌;;中华蜜蜂资源调查[J];中国养蜂;1984年03期

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本文编号：500378