种植花卉蜜蜂帮助可以对抗寄生虫?

种植花卉蜜蜂帮助可以对抗寄生虫? 大黄蜂在实验室的殖民地。 莱夫·理查森, CC BY-NC-ND

搜索有关“自我服药”的信息,您可能会发现我们人类用药解决问题的种种方法。 事实上,消耗生物活性分子 - 其中许多来自植物 - 改变我们的身体和思想,似乎是一个典型的人类特质。

但是,植物在许多动物的饮食中也占有突出的地位。 越来越多 的研究机构 建议有些动物可能从植物化学中获得医学上的好处,甚至在生病的时候甚至可能找出这些化学物质。 黑猩猩吃一些叶子寄生虫杀伤的特性。 大象怀孕已经观察 吃植物材料 从人类用来诱导劳动的树木 你甚至可能已经看到你的宠物狗或猫吃草 - 这不提供营养 - 这被认为是通过引发呕吐来自我治疗恶心的努力。

在我的研究中,我研究了这些生物活性化合物对蜜蜂的影响。 与同事们一起,我发现天然存在于花蜜和花粉中的某些植物化学物质可以使感染病原体的蜜蜂受益。 蜜蜂甚至可能在感染时改变其觅食行为,以最大限度地收集这些化学物质。 野生和被管理的蜜蜂令人担忧的下降可能是自然发生在花中的植物化学物质的一部分吗?

为什么植物使这些化学品?

对植物使能进行光合作用,生长和繁殖的“主要”任务的化合物的顶部,植物也合成所谓的次生代谢产物化合物。 这些分子有很多用途,但其中最主要的是防守。 这些化学物质使树叶和其他组织难吃或有毒的,否则将离开终日啃食食草动物。

许多 共同进化研究 以植物化学介导的植物 - 食草动物相互作用为中心。 植物和食草动物之间的“军备竞赛”在很长一段时间内已经发生,食草动物适应于忍受甚至专攻有毒植物,而植物似乎已经进化出新型毒素,以保持领先于消费者。

蝴蝶医学对于君主幼虫,沼泽乳菇既是厨房橱柜又是药柜。 莱夫·理查森(Leif Richardson) CC BY-NC-ND

当食用植物次生代谢产物时,食草动物可能会受益,成本或两者兼而有之。 例如,帝王蝶幼虫是乳草的专门食草动物,其含有称为cardenolides的有毒类固醇。 君主 选择性集中 (cardenolides)在它们自己的身体中作为抵御诸如鸟类的捕食者的防御,由于暴露于这些有毒化合物,它们还可能遭受生长速度减慢和死亡率增加的风险。

有趣的是,次生代谢物不仅在叶中发现。 它们也存在于其表面功能是吸引而不是排斥的组织中,包括水果和鲜花。 例如,早就知道花蜜通常含有次级代谢产物,包括非蛋白质氨基酸,生物碱,酚类,糖苷和萜类化合物。 但很少有人知道这些化学物质如何影响蜜蜂等传粉媒介。

次级代谢物是否会影响植物与传粉媒介的相互作用,就像它们影响与叶组织食草消费者的相互作用一样? 与其他食草动物类似,蜜蜂也可以通过食用这些植物化合物而获益吗? 次级代谢物消耗是否有助于蜜蜂应对野生蜜蜂和被管理蜜蜂下降的寄生虫和病原体?

植物化合物减少寄生虫在蜜蜂

与同事在实验室 丽贝卡·欧文 在达特茅斯学院和 林恩·阿德勒 马萨诸塞大学阿默斯特分校,我调查了这些问题 新的研究。 我们发现在花蜜中发现的结构多样化的植物次生代谢产物可以减少熊蜂的寄生虫负荷。

在实验室环境中,我们感染常见的东部大黄蜂(熊蜂凤仙)与原生动物肠道寄生虫, Crithidia bombi,这被称为减少蜜蜂的长寿和繁殖成功。 然后,我们每天喂食蜜蜂的一种对照蔗糖的花蜜饮食或含有八种次生代谢物化合物之一,这些化合物天然存在于蜜蜂在野外拜访的植物的花蜜中。

一个星期后,我们在蜂胆中计数寄生虫细胞。 总体而言,含有次级代谢产物的饮食强烈地降低了蜂的疾病负荷。 一半的化合物对其自身具有统计学显着的影响。 效果最强的化合物是烟草生物碱,可使寄生虫负荷减少超过80%; 从寄生虫保护蜜蜂的其他化合物包括另一种烟草生物碱,尼古丁,在椴树的花蜜中发现的萜类麝香草酚,以及在北美东部的湿地植物turtlehead的花蜜中发现的萜环烯苷。

我们预计蜜蜂消耗这些化合物也可能会产生成本。 但是我们发现没有一种化学物质对蜜蜂的寿命有影响。 Anabasine是一种具有最强抗寄生虫效应的化合物,会增加繁殖成本,增加蜜蜂成熟和产卵所需的天数。 尽管如此,但在我们的实验中,最终的繁殖产量没有差异。

这项研究清楚地表明,当野生蜜蜂消耗天然存在于花蜜中的次生代谢物时可以受益。 蜜蜂一生接触这些化合物的可能性更大,因为它们也将花粉和幼虫消耗掉。

在其他研究中,我们发现了一些具有抗寄生虫功能的化合物在有寄生物时被蜜蜂追捕,而不是在健康的时候才被追捕。 至少在某些情况下 - 包括与野生蜜蜂自然感染的田间试验 Crithidia bombi - 熊蜂作出反应寄生虫状态的觅食选择,类似于其他自我治疗的动物。

一个苦力蜂群处方?

那么实际应用呢?可以利用这个研究来帮助减少蜂群数量吗? 我们还不知道。 但是,我们的发现提出了一些关于景观管理,传粉者栖息地园艺和农场实践的有趣问题。

在未来的工作中,我们计划调查在养蜂场和农场周围种植特定植物是否会导致更健康的蜜蜂种群。 本地植物是蜜蜂的重要药用化合物来源,它们拥有长期的进化历史? 依靠野生蜜蜂授粉者传递授粉“生态系统服务”的农场是否能够更好地支持蜜蜂健康?

将花蜜和花粉次级代谢物输送到患病的蜜蜂可能不是促进这些生态和经济重要动物的长期可持续性所必需的唯一工具。 但似乎这可能至少是解决方案的一部分。 农业可能走完整路,承认为了从野生动物提供的生态系统服务中受益,我们必须考虑到它们的栖息地要求。

这篇文章最初发表于 谈话.
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关于作者

莱夫·理查森Leif Richardson是美国农业部国家食品和农业研究所博士后研究员 佛蒙特大学。 他从事以植物和传粉媒介为中心的多物种相互作用,尤其是蜜蜂。 他研究了商业蓝莓的野生蜂传粉者如何受到植物化学物质的影响以及植物与菌根真菌的相互作用如何影响蜜蜂的健康。 另一个研究兴趣是使用博物馆标本数据来研究北美和欧洲大黄蜂品种下降的模式。 访问他的网站: www.leifrichardson.org/

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