胡紫媛 夏嬙

（遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)基礎(chǔ)教學(xué)部，珠海 519041）

昆蟲是地球上分布最廣、數(shù)量最多的動(dòng)物群體［1］，昆蟲腸道作為連接宿主與外界環(huán)境的交界線，存在著大量的腸道菌群［2］，對(duì)宿主的營(yíng)養(yǎng)代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、行為活動(dòng)和生存能力等方面均具有重要意義［3-4］，昆蟲腸道菌群還可以幫助宿主消化、均衡營(yíng)養(yǎng)、降解毒素、抵御病害、調(diào)節(jié)宿主免疫等［5］。由于昆蟲腸道菌群功能的多樣性，其在生物防治、人類疾病研究、保護(hù)環(huán)境及助力工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面均發(fā)揮重要作用。

1 昆蟲腸道菌群概述

棲息于昆蟲消化道內(nèi)的所有微生物統(tǒng)稱為昆蟲腸道菌群，是昆蟲體內(nèi)相互作用最集中的群體。腸道菌群主要包括細(xì)菌和古生菌，昆蟲腸道菌群主要以細(xì)菌為主［6］。腸道中普遍存在的細(xì)菌包 括α-變 形 菌（Alphaproteobacteria）、β-變 形 菌（Betaproteobacteria）、γ-變 形 菌（Gammaproteobacteria）、擬桿菌（Bacteroidetes）、乳酸桿菌（Lactobacillus）、芽 孢 桿 菌（Bacillus species）、梭 狀 芽 孢 桿菌（Clostridia）、螺旋菌（Spirochetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和放線菌（Actinobacteria）等［1］。按腸道菌群對(duì)宿主的影響分為益生菌、中性菌和致病菌。益生菌是指對(duì)宿主具有保護(hù)和防御作用的腸道微生物，常見的益生菌包括乳酸桿菌類和雙歧桿菌類細(xì)菌；中性菌是指在正常情況下對(duì)宿主健康有利，一旦數(shù)量大幅度增加，便會(huì)引發(fā)宿主疾病的腸道微生物，包括大腸桿菌、腸球菌等；致病菌是指對(duì)宿主具有有害作用的腸道微生物，如芽孢桿菌、蠟質(zhì)桿菌等。昆蟲的腸道是腸道菌群的定殖環(huán)境，昆蟲從外界環(huán)境攝取食物的不同導(dǎo)致腸道菌群的多樣性不同。此外，昆蟲的齡期、食物種類、抗生素和殺蟲劑的使用也與昆蟲腸道菌群密切相關(guān)［7-9］。

2 昆蟲腸道菌群組學(xué)研究方法

組學(xué)（Omics）是一些種類個(gè)體的系統(tǒng)集合，從整體的角度出發(fā)去研究某一組分子并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估［10］。組學(xué)技術(shù)主要包括基因組學(xué)（Genomics）、蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteinomics）、代謝組學(xué)（Metabolomics）、轉(zhuǎn)錄組學(xué)（Transcriptomics）、脂類組學(xué)（Lipidomics）、免 疫 組 學(xué)（Immunomics）、糖 組 學(xué)（Glycomics）、RNA組學(xué)（RNAomics）、影像組學(xué)（Radiomics）、超聲組學(xué)（Ultrasomics）及培養(yǎng)組學(xué)（Culturomics）等。其中，昆蟲腸道菌群研究常用的組學(xué)技術(shù)為宏基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、培養(yǎng)組學(xué)，如表1所示。

表1 昆蟲腸道菌群各組學(xué)技術(shù)

2.1 宏基因組學(xué)

宏基因組學(xué)（Metagenomics）也稱元基因組學(xué)，是特定環(huán)境中全部菌群（包括真菌和細(xì)菌）的DNA總和。宏基因組學(xué)通過測(cè)定昆蟲腸道菌群的所有DNA，分析昆蟲腸道菌群的整體群落結(jié)構(gòu)、群落多樣性、功能活性及進(jìn)化關(guān)系，是研究昆蟲腸道菌群多樣性和功能的重要工具［24］。利用宏基因組測(cè)序技術(shù)，Liu等［25］發(fā)現(xiàn)白蟻腸道菌群中含有大量降解纖維素功能的酶基因，這些基因的發(fā)現(xiàn)充分詮釋了白蟻的食性與其腸道菌群的高效代謝特性；Xia等［26］發(fā)現(xiàn)小菜蛾腸道菌群具有降解植物毒素的能力，腸道菌群在植物細(xì)胞壁破裂、酚類物質(zhì)解毒和氨基酸合成方面發(fā)揮重要作用。宏基因組學(xué)是昆蟲腸道菌群研究首選工具，通過宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)可以獲得海量數(shù)據(jù)，對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)及其功能進(jìn)行全面分析。但是，由于其參考數(shù)據(jù)庫不全、無法獲得目標(biāo)菌群，難以對(duì)目標(biāo)菌群的功能進(jìn)行深入研究。

2.2 蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics），是對(duì)生物體所有表達(dá)蛋白的功能進(jìn)行研究，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，是生命科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題［27］。通過蛋白質(zhì)組學(xué)，我們可以檢測(cè)昆蟲腸道菌群的蛋白質(zhì)組成，將腸道菌群蛋白的差異表達(dá)與腸道菌群功能相結(jié)合，進(jìn)一步推測(cè)腸道菌群功能差異的作用。Jing等［28］利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究象鼻蟲（Cryptorhynchus lapathi）腸道菌群時(shí)發(fā)現(xiàn)，其腸道細(xì)菌的最主要功能是氨基酸的生物合成，其次分別是蛋白質(zhì)消化、能量代謝、維生素生物合成、脂質(zhì)消化、植物次生代謝物（PSM）降解和碳水化合物消化。Kwong等［29］利用靶向蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在蜜蜂腸腔和血淋巴中檢出抗菌肽apidaecin，發(fā)現(xiàn)含有正常腸道菌群的蜜蜂其apidaecin的濃度較缺乏正常腸道菌群的蜜蜂高，表明正常腸道菌群可以誘導(dǎo)宿主的免疫反應(yīng)。蛋白質(zhì)組學(xué)揭示了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而確定細(xì)胞的相應(yīng)功能，補(bǔ)充了基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等其他組學(xué)技術(shù)的不足。然而，由于蛋白質(zhì)組學(xué)昂貴的設(shè)備軟件以及數(shù)據(jù)庫和人員的要求，使其成本大大增加，因而在一定程度上限制了蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展［30］。雖然蛋白質(zhì)組學(xué)在昆蟲腸道菌群中的研究還比較有限，但已在動(dòng)植物研究領(lǐng)域取得了重大成就［31］，相信隨著組學(xué)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，蛋白質(zhì)組學(xué)會(huì)成為研究昆蟲腸道菌群強(qiáng)有力的工具。

2.3 代謝組學(xué)

代謝組學(xué)（Metabolomics）是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)后發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。代謝組學(xué)是以細(xì)胞、組織或生物體為研究對(duì)象，針對(duì)各種代謝途徑中相對(duì)分子質(zhì)量小于1000的底物和產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析［32-33］，常用LC-MS技術(shù)、NMR技術(shù)對(duì)所有代謝物進(jìn)行測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與數(shù)據(jù)庫比對(duì)，研究生物體系內(nèi)源代謝物質(zhì)的數(shù)量、種類及其變化規(guī)律，為進(jìn)一步了解相關(guān)代謝途徑及其代謝物含量變化提供關(guān)鍵信息［27］。代謝組學(xué)研究包括非靶向代謝組學(xué)和靶向代謝組學(xué)。非靶向代謝組學(xué)主要分析昆蟲腸道菌群代謝產(chǎn)物的種類，而靶向代謝組學(xué)主要分析昆蟲腸道菌群特定代謝產(chǎn)物的數(shù)量，通過兩個(gè)技術(shù)結(jié)合使用，可以推測(cè)出昆蟲腸道菌群的各種代謝活動(dòng)及昆蟲腸道菌群間的相互作用［34-35］。Kesnerova等［35］結(jié)合靶向和非靶向代謝組學(xué)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂腸道菌群不僅可以代謝黃酮類化合物和花粉外壁，還可以通過腸道菌群間的相互作用代謝產(chǎn)生有機(jī)酸和芳香族化合物；Zheng等［36］研究亦表明，蜜蜂的腸道菌群不僅能夠降解植物聚合體，還能代謝產(chǎn)生氨基酸和維生素，供宿主利用。說明腸道菌群能夠獨(dú)立在腸道內(nèi)代謝多種化合物，而且腸道菌群間又可互利共生。代謝組學(xué)最大的優(yōu)勢(shì)是對(duì)機(jī)體損傷小，獲得信息量大，檢測(cè)便捷，可直接反映生物體的代謝變化，收集基因、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)水平變化的所有信息。但代謝組學(xué)技術(shù)目前還存在數(shù)據(jù)庫差異大、代謝物名稱未標(biāo)準(zhǔn)化、易發(fā)生假陽性等現(xiàn)象，相比單獨(dú)使用代謝組學(xué)，更多的是將代謝組學(xué)與其他組學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以發(fā)現(xiàn)更多未知但意義重大的代謝物［37-38］。

2.4 培養(yǎng)組學(xué)

培養(yǎng)組學(xué)（Culturomics）是在傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)方法的基礎(chǔ)上提出的新概念，即可豐富培養(yǎng)基的多樣性，又在盡可能還原細(xì)菌原始生活環(huán)境下結(jié)合基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF MS）技術(shù)，鑒定新的細(xì)菌種類［21］。雖然宏基因組學(xué)技術(shù)極大促進(jìn)了昆蟲腸道菌群數(shù)據(jù)庫的豐富度，鑒定出了許多新菌種，但仍有許多未知的菌種等待人們發(fā)現(xiàn)，而培養(yǎng)組學(xué)的應(yīng)用有效的補(bǔ)充了宏基因測(cè)序技術(shù)無法鑒定的新物種［22］。Tandina等［23］利用培養(yǎng)組學(xué)和MALDI-TOF MS技術(shù)研究蚊中腸腸道菌群的多樣性，發(fā)現(xiàn)成蚊中腸菌群由蛋白菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）和厚壁菌門（Firmicutes）組成，以蛋白質(zhì)菌門為主，并首次鑒定出成蚊中腸一種新的細(xì)菌—春岡乳球菌（Lactococcus chungangensis）。培養(yǎng)組學(xué)在人類腸道菌群研究應(yīng)用方面已成為當(dāng)今焦點(diǎn)，但在昆蟲腸道菌群研究方面還十分有限。培養(yǎng)組學(xué)通過改進(jìn)傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)方法，為更多的未知目標(biāo)菌尋找合適的生存條件，大大提高了細(xì)菌檢測(cè)效率。但培養(yǎng)組學(xué)還存在培養(yǎng)條件苛刻、耗時(shí)耗力、步驟繁瑣等缺點(diǎn)，隨著設(shè)計(jì)新培養(yǎng)基、優(yōu)化培養(yǎng)環(huán)境、簡(jiǎn)化培養(yǎng)程序等方法的推進(jìn)，培養(yǎng)組學(xué)必將成為腸道菌群研究的重要工具。

2.5 多組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用

多組學(xué)（Multi-omics）是指將兩種或兩種以上的高通量組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用，以明確某種生物學(xué)機(jī)理的一種新興的數(shù)據(jù)整合技術(shù)。多組學(xué)研究的出現(xiàn)為系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展提供了有力的工具，結(jié)合不同類型的組學(xué)數(shù)據(jù)，可以反映腸道菌群生物學(xué)途徑的具體變化［39］；通過多組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析，有助于更全面地解釋腸道菌群的作用機(jī)制。由于昆蟲腸道菌群十分龐大復(fù)雜，涉及到基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組和培養(yǎng)組等多個(gè)層面的分子網(wǎng)絡(luò)變化，與單一組學(xué)的研究相比，多組學(xué)應(yīng)用提供了更多了解昆蟲腸道菌群背后信息流的機(jī)會(huì)，因此，越來越多的科研人員利用多組學(xué)聯(lián)合的技術(shù)進(jìn)行昆蟲腸道菌群的研究［40］。Rothman等［41］聯(lián)合使用16S rRNA基因測(cè)序和非靶向LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)分析了鎘和硒酸鹽對(duì)蜜蜂腸道菌群的影響，研究表明，鎘和硒酸鹽不僅改變了蜜蜂腸道菌群的組成，還改變了蜜蜂的代謝物分布，使參與解毒、蛋白水解和脂解的化合物更為豐富。多組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用最大的優(yōu)點(diǎn)是將多個(gè)組學(xué)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，可以全方位、深層次地了解生物體內(nèi)產(chǎn)生的微妙變化，為推測(cè)生物體的功能和作用機(jī)理提供更為可信的數(shù)據(jù)支撐。盡管多組學(xué)技術(shù)能將不同組學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合，但其整合的結(jié)果依然需要生物信息學(xué)分析結(jié)果的輔助［40］。隨著組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)處理軟件的逐漸完善，多組學(xué)在昆蟲腸道菌群研究中必將起到越來越重要的作用。

3 昆蟲腸道菌群的功能研究

3.1 參與宿主營(yíng)養(yǎng)代謝

腸道菌群不僅能夠幫助昆蟲分解和吸收食物，還能為宿主提供維生素B族、氮源和氨基酸等物質(zhì)，促進(jìn)宿主營(yíng)養(yǎng)代謝；在蜜蜂腸道菌群研究中發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌重建了腸道內(nèi)的物理化學(xué)條件，降低了pH值和含氧濃度［36，42］。蜜蜂腸道菌群不僅可以合成宿主所需營(yíng)養(yǎng)素和消化食物，還可以進(jìn)行蜜蜂自身無法消化的復(fù)雜有機(jī)物的發(fā)酵［5，36］。如蜜蜂腸道中的青霉菌可以幫助蜜蜂消化吸食的花粉粒，乳酸桿菌Firm-4和Firm-5可以降解花粉中的類黃酮［5，35］。腸道菌群失調(diào)也會(huì)影響宿主的營(yíng)養(yǎng)代謝，Cai等［43］利用輻射照射雄性桔小實(shí)蠅（Bactrocera dorsalis）發(fā)現(xiàn)，桔小實(shí)蠅腸道中性菌群如腸桿菌科（Enterobacteriaceae）細(xì)菌的相對(duì)豐度和負(fù)荷均顯著降低；有害菌群如芽孢桿菌科（Bacillaceae）、梭菌科（Clostridiaceae）、黃單孢菌科（Xanthomonadaceae）、鞘氨醇桿菌科（Sphingobacteriaceae）、氣單孢菌科（Aeromonadaceae）和黃桿菌科（Flavobacteriaceae）則顯著增加，致使腸道細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)代謝旺盛，引起腸道生態(tài)紊亂，從而導(dǎo)致桔小實(shí)蠅的攝食量下降，營(yíng)養(yǎng)代謝降低。另外，腸道菌群還會(huì)影響宿主的營(yíng)養(yǎng)偏好，Wong等［44］研究發(fā)現(xiàn)，無菌果蠅喜歡在乳酸桿菌和醋酸桿菌的混合物上覓食，而具有腸道菌群的果蠅則更喜歡在自身腸道菌群含量高的食物上覓食。

3.2 對(duì)宿主的保護(hù)作用

昆蟲的腸道菌群分為過路菌群和常駐菌群，后者除了合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還發(fā)揮著分解和中和毒素、抵御病原體、提高免疫力及抵抗不良環(huán)境影響的作用［5，42，45-46］。毒死蜱（Chlorpyrifos，CP）是一種常用的有機(jī)磷殺蟲劑，其靶向特異性差，通過抑制乙酰膽堿酯酶在多種物種中引起急性神經(jīng)毒性。研究表明，補(bǔ)充黑腹果蠅腸道內(nèi)的鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus，GG），可顯著提高無菌黑腹果蠅對(duì)CP的耐藥性；此外，存在于小菜蛾（Plutella xylostella）腸道的腸球菌屬、腸桿菌屬和沙雷氏菌屬菌群均能夠降解CP并激發(fā)宿主的免疫功能，從而增加小菜蛾的耐藥性［47-48］；蜜蜂腸道中的釀酒酵母能夠激活蜜蜂的免疫力，提高蜜蜂對(duì)大腸桿菌的清除率以及增加擬桿菌等有益菌的數(shù)量［49］；N?pflin等［50］研究大黃蜂免疫系統(tǒng)的活性時(shí)亦發(fā)現(xiàn)，具有抗性的大黃蜂腸道菌群可以刺激易感大黃蜂的免疫系統(tǒng)，使易感大黃蜂對(duì)熊蜂短膜蟲具有抗性。

3.3 影響宿主生長(zhǎng)發(fā)育

腸道菌群可以通過直接接觸宿主和調(diào)節(jié)宿主激素信號(hào)來影響宿主的生長(zhǎng)發(fā)育。如：大約50%格蘭維爾貝母蝴蝶（Glanville Fritillary Butterfly）幼蟲的生長(zhǎng)速率是由腸道菌群以及腸道菌群與車前草（Plantago lancelata）、尖 葉 龍 葵（Veronica spicata）兩種寄主植物的協(xié)同作用決定的，而單一的寄主植物對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育影響不顯著，其腸道菌群的組成顯著影響幼蟲的生長(zhǎng)速度［51］；與分泌尿嘧啶的細(xì)菌結(jié)合可以促進(jìn)無菌果蠅幼蟲的發(fā)育，此調(diào)控是尿嘧啶誘導(dǎo)氧化還原信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)p38α促絲裂原活化蛋白激酶調(diào)控糖和脂質(zhì)代謝［52］；另外，蜜蜂腸道菌群分解類黃酮產(chǎn)生的黃酮類代謝物可作為信號(hào)分子，有利于蜜蜂的菌群依賴性增重［35-36］，擁有核心腸道菌群的蜜蜂體重增長(zhǎng)率比具有不穩(wěn)定腸道菌群的蜜蜂體重增長(zhǎng)率高82%［53］。腸道菌群還可以通過調(diào)節(jié)其營(yíng)養(yǎng)代謝來調(diào)控昆蟲的發(fā)育，Habineza等［54］研究發(fā)現(xiàn)，用滅菌的飼料飼養(yǎng)無菌的紅棕象甲幼蟲，會(huì)導(dǎo)致其生長(zhǎng)發(fā)育明顯抑制，將腸道菌群重新引入無菌的紅棕象甲幼蟲體內(nèi)，其生長(zhǎng)發(fā)育情況顯著提升。Solomon等［55］利用從野外捕獲的鈴木氏果蠅（Drosophila suzukii Matsumura）體內(nèi)分離得到的酵母菌和細(xì)菌在無菌環(huán)境下培養(yǎng)黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）發(fā)現(xiàn)，酵母菌可以顯著促進(jìn)幼蟲的發(fā)育，而細(xì)菌除了芽孢桿菌（Starmerella bacillaris）會(huì)顯著降低黑腹果蠅幼蟲的發(fā)育速度外，其他細(xì)菌雖能促進(jìn)幼蟲發(fā)育，但效果不顯著。

3.4 影響宿主壽命

腸道菌群失調(diào)可能影響宿主腸道衰老，進(jìn)而影響宿主壽命［56］。Clark等［57］研究發(fā)現(xiàn)，果蠅腸道菌群失調(diào)與其腸道屏障功能障礙有密切關(guān)系，腸道屏障功能障礙后，腸道菌群的組成發(fā)生明顯的變化，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)激活和組織死亡，進(jìn)而影響果蠅的壽命。最近的研究還表明，宿主的壽命還與其腸道菌群的特定微生物組成相關(guān)。在衰老的工蜂腸道菌群中乳酸桿菌和雙歧桿菌含量降低，而γ-變形菌和β-變形菌的數(shù)量增加，而蜂后的腸道菌群與工蜂相反，因而蜂后的壽命往往比工蜂長(zhǎng)［58］。另外，腸道菌群還會(huì)對(duì)卵黃原蛋白的表達(dá)、保幼激素的合成、胰島素信號(hào)的傳導(dǎo)及抗氧化能力等產(chǎn)生影響，而卵黃原蛋白和保幼激素相互抑制作用、胰島素信號(hào)傳導(dǎo)、氧化應(yīng)激等都與蜜蜂的壽命密切相關(guān)［36，59-60］，因此，昆蟲腸道菌群與其壽命長(zhǎng)短有著密切的聯(lián)系?？股?、農(nóng)藥等引起腸道菌群失調(diào)也會(huì)導(dǎo)致昆蟲的免疫能力下降［53］，從而影響昆蟲的壽命。Gore等［8］在野外蜂箱和實(shí)驗(yàn)室研究中均表明，感染細(xì)菌的蜜蜂使用抗生素治療后會(huì)引起蜜蜂腸道菌群失調(diào)，造成營(yíng)養(yǎng)不良，從而降低蜜蜂的存活率；Paris等［61］研究亦表明，單獨(dú)使用殺菌劑boscalid對(duì)未感染東方蜜蜂微孢子蟲（Nosema ceranae）的蜜蜂沒有顯著影響，但當(dāng)殺菌劑boscalid和東方蜜蜂微孢子蟲共同作用時(shí)，蜜蜂腸道內(nèi)α-變形菌的豐富度降低，而γ-變形菌的豐富度增高，導(dǎo)致蜜蜂死亡率上升。

4 昆蟲腸道菌群應(yīng)用研究

4.1 保護(hù)益蟲

昆蟲與人類活動(dòng)密切相關(guān)，有些昆蟲對(duì)人類的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用。近年來，隨著對(duì)昆蟲共生菌研究的不斷深入，利用昆蟲腸道菌群保護(hù)有益昆蟲的策略受到廣泛關(guān)注。昆蟲腸道菌群能夠影響昆蟲營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫能力、生長(zhǎng)發(fā)育和壽命等，在保護(hù)益蟲方面，可以通過保護(hù)和改善昆蟲腸道菌群群落結(jié)構(gòu)，提高益蟲上述各個(gè)方面的能力，進(jìn)而提升益蟲的存活率。此外，還可以通過研究昆蟲腸道菌群的種類，增加有益菌或減少有害菌的攝入來保護(hù)有益昆蟲。家蠶是絲綢業(yè)重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲，但其往往易被病原菌感染而導(dǎo)致蠶軟化病。Haloi等［62］鑒定出家蠶腸道菌群中的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis）對(duì)宿主具有高致病性。因此，可以通過減少家蠶腸道菌群中這3種致病菌數(shù)量來使其免于感染蠶軟化病。研究表明，四環(huán)素會(huì)顯著降低蜜蜂腸道菌群的群落多樣性、遺傳多樣性和豐度［8，63］，從而降低蜜蜂的存活率。因此，減少抗生素的使用，對(duì)保護(hù)蜜蜂腸道菌群，提高蜜蜂存活率意義重大。

4.2 殺滅害蟲

隨著腸道菌群研究的不斷深入，科學(xué)家們已經(jīng)開始利用減少害蟲有益腸道菌群、增加有害腸道菌群的方式，來控制害蟲。一是，通過使用抗生素，破壞害蟲的腸道菌群，進(jìn)而增加殺蟲劑的藥性，從而達(dá)到控制害蟲的目的。如德國(guó)小蠊（Blattella germanica）的一些腸道菌群與包括合成殺蟲劑在內(nèi)的外源物質(zhì)的解毒有關(guān)，在殺滅德國(guó)小蠊時(shí)聯(lián)合使用抗生素可以增加具有耐藥性德國(guó)小蠊對(duì)殺蟲劑的敏感性［64］。二是，使用生物殺蟲劑，將昆蟲腸道共生菌轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏【?，加速害蟲死亡，達(dá)到消滅害蟲的目的。如粘質(zhì)鏈球菌存在于蚊的中腸，對(duì)蚊并無殺滅作用，但當(dāng)球孢白僵菌（Beauveria bassiana）感染蚊后導(dǎo)致粘質(zhì)鏈球菌機(jī)會(huì)性生長(zhǎng)，并從腸道轉(zhuǎn)移到血腔，從腸道共生菌轉(zhuǎn)變?yōu)檠徊≡瑢?dǎo)致蚊快速死亡［65］。Ramirez等［66］發(fā)現(xiàn)色桿菌屬細(xì)菌（Chromobacterium，Csp_P）不僅能夠抑制蚊中腸內(nèi)銅綠假單胞菌和腸桿菌屬細(xì)菌的生長(zhǎng)，而且定植在中腸組織的Csp_P會(huì)引起蚊強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，顯著降低蚊幼蟲存活率和成蟲壽命。另外，Jiang等［67］使用綠僵菌CQMa421感染和殺滅蝗蟲，發(fā)現(xiàn)其濃度為1×108時(shí)，對(duì)蝗蟲的半致死時(shí)間最短，而且此濃度時(shí)其超氧化物歧化酶（SOD）和前體氧化酶（ProPO）的活性均低于對(duì)照組，表明綠僵菌CQMa421與蝗蟲的免疫反應(yīng)相互作用，導(dǎo)致蝗蟲死亡。

4.3 作為人類疾病研究的模型

腸道菌群與疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)，由于昆蟲腸道菌群主要以細(xì)菌為主，且種類相對(duì)較少，較易研究。因此，通過對(duì)昆蟲腸道菌群的研究來建立人類疾病研究的模型已被廣泛應(yīng)用。近年來，基于昆蟲腸道菌群的人類疾病模型主要集中在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、衰老、肥胖等方面。研究表明，腸道菌群失調(diào)可以引發(fā)大腦炎癥，加劇阿爾茨海默病的發(fā)展。Wu等［68］在果蠅阿爾茨海默病模型研究中發(fā)現(xiàn)，果蠅腸道細(xì)菌的感染增加了血細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力，使血細(xì)胞更容易被氧化應(yīng)激狀態(tài)升高的大腦皮層所吸引，加劇了免疫相關(guān)性血細(xì)胞向大腦的聚集，從而導(dǎo)致TNF-JNK介導(dǎo)的神經(jīng)變性，加劇果蠅阿爾茨海默病的發(fā)展。腸道菌群可調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)代謝，并在人類肥胖中起重要作用。Liu等［69］使用Illumina MiSeq平臺(tái)比較了生殖和滯育的大猿葉甲（Colaphellus bowringi）腸道細(xì)菌群落組成發(fā)現(xiàn)，與人類肥胖有關(guān)的腸道菌群，如擬桿菌、硬毛菌、變形桿菌與滯育的大猿葉甲腸道菌群密切相關(guān)。

4.4 降解有機(jī)廢物，保護(hù)環(huán)境

昆蟲腸道菌群可以降解人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的各種難以降解的垃圾以及人畜糞便，為垃圾處理提出了更環(huán)保的生物解決方案。如黃粉蟲幼蟲腸道內(nèi)的月形單胞菌屬（Selenomonas）細(xì)菌可以分解纖維素；農(nóng)桿菌屬（Agrobacterium）、亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira）等細(xì)菌可以分解特定塑料［70］。黑水虻幼蟲在降解抗生素時(shí)起核心作用的也是腸道菌群［71］。研究表明，有腸道菌群的黑水虻幼蟲對(duì)四環(huán)素的降解速率是無腸道菌群幼蟲的兩倍［72］；自然生長(zhǎng)狀態(tài)下的黑水虻幼蟲在降解雞糞中抗生素抗性基因（ARG）時(shí)，其降解率亦高于腸道無菌的黑水虻幼蟲對(duì)ARG降解率［73］。家蠅幼蟲處理對(duì)環(huán)境有污染的含有莫能菌素（Monensin，MON）的雞糞時(shí)，發(fā)揮降解作用的亦是腸道菌群，主要為不動(dòng)桿菌屬（Acinetobactersp.）、寡養(yǎng)單胞菌（Stenotrophomonassp.）和產(chǎn)堿菌屬（Alcaligenessp.）細(xì)菌［74］。此外，蠟蛾（Galleria mellonella L.）幼蟲能夠明顯降解聚苯乙烯塑料［75］，此降解作用與其腸道中芽孢桿菌（Bacillus）和沙雷氏菌（Serratia）有明顯相關(guān)性［76］。

4.5 助力工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

利用腸道菌群的調(diào)節(jié)功能處理與昆蟲有關(guān)問題，已被工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。蜜蜂是多種農(nóng)作物和生態(tài)系統(tǒng)的重要傳粉者，具有巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于養(yǎng)蜂業(yè)限制化學(xué)藥物和抗生素的使用，促使人們尋找天然替代品，特別是腸道共生體。Alberoni等［77］研究蜜蜂腸道中有益微生物與蜜蜂孵化、花粉采集及可采蜂蜜數(shù)的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌和乳酸桿菌能顯著增加蜜蜂的孵化數(shù)、花粉采集數(shù)和可采蜂蜜數(shù)。另外，Lee等［78］從黑水虻腸道菌群中鑒定出一個(gè)新的編碼α-半乳糖苷酶的基因，該基因編碼的α-半乳糖苷酶具有耐鹽性以及對(duì)有機(jī)溶劑和蛋白酶的抵抗力，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有較好的應(yīng)用前景。Lu等［79］從蜻蜓腸道曲霉菌QT122中提取的物質(zhì)對(duì)黃瓜尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）、中國(guó)紅根豬草（Amaranthus retroflexusL.）和稗草（Echinochloa crusgalliL.）的生長(zhǎng)以及T細(xì)胞活性均有較強(qiáng)的抑制作用，有望成為農(nóng)業(yè)生物防治劑或免疫抑制劑。

5 展望

昆蟲作為世界上種類最多、分布最廣的物種，影響著全球生物的多樣性。且隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)昆蟲腸道菌群的研究越來越深入。近年來，人們利用宏基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)以及培養(yǎng)組學(xué)等組學(xué)技術(shù)研究昆蟲的腸道菌群，極大地促進(jìn)了昆蟲腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能多樣性的研究。此外，我們不僅要解釋每一個(gè)單一的組學(xué)技術(shù)，而且還要系統(tǒng)地整合多組學(xué)數(shù)據(jù)，以全面了解昆蟲腸道菌群的調(diào)控景觀，并進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)資源的利用和環(huán)境保護(hù)。但是由于腸道菌群的多樣性及復(fù)雜性導(dǎo)致人類對(duì)昆蟲腸道菌群的功能和作用了解不足，對(duì)于某些昆蟲腸道菌群的變化依然處于摸索狀態(tài)，仍然有許多應(yīng)用未被發(fā)現(xiàn)。我們相信，隨著腸道菌群研究更廣泛、更全面、更深入的發(fā)展，人們能夠發(fā)現(xiàn)昆蟲腸道菌群的更多功能，為昆蟲腸道菌群的應(yīng)用提供更多新途徑。