蜜蜂病毒對蜜蜂蜂王的影響

袁春穎 李良斌 侯春生 鄧炎春

（1 遼寧省農業發展服務中心，興城 125100；2 中國農業科學院麻類研究所，長沙 410205）

作為社會性昆蟲之一，蜜蜂不僅在維持生態平衡和生物多樣性中發揮至關重要的作用，同時也為農業生產帶來了巨大的經濟效益[1]。然而，隨著蜜蜂病毒的傳播、農藥殘留以及蜂王遺傳多樣性的下降等，蜜蜂的生存環境愈發嚴峻，已嚴重威脅到蜜蜂健康及養蜂經濟的可持續發展[2-4]。迄今為止，蜜蜂病毒的數量已經超過了30 種，其中絕大多數為正義單鏈RNA病毒。在蜂群中最常見的蜜蜂病毒包括蜜蜂急性麻痹病毒（ABPV）、慢性蜜蜂麻痹病毒（CBPV）、以色列急性麻痹病毒（IAPV）、克什米爾蜜蜂病毒（KBV）、殘翅病病毒（DWV）、黑蜂王病毒（BQCV）和囊狀幼蟲病病毒（SBV）等[5]。BQCV 在成年蜂種群中，夏季的發病率可高達58%，根據Tentcheva 在24 個蜂場的調查結果表明，BQCV 的隱性感染可覆蓋全年[6]。楊磊等人的調查結果顯示，CBPV 在我國的感染率高達88.2%，DWV 的感染率高達81.2%[7]。

一個健康的蜂群由一個蜂王、約2 萬只工蜂和幾百只雄蜂組成[8]。蜂王是蜂群中唯一一個生殖器官發育完全的雌性個體，負責整個蜂群的產卵和蜂群的繁衍，同時，通過釋放蜂王信息素以維持整個蜂群的正常運轉[9]。工蜂在不同的發育階段發揮不同的作用，包括哺育、覓食、清理巢房和保衛蜂王等，雄蜂負責與蜂王進行交配；哺育蜂對蜂王及蜜蜂幼蟲的交哺喂養方式成為蜜蜂病原體的重要傳播途徑[10,11]。蜂群中高頻率的接觸行為為病原體的傳播提供了一個絕佳的方式。

1 蜂王病毒的傳播途徑

病毒毒力大小和流行病學特征受到病毒傳播途徑的直接影響。研究表明，在蜂群中病毒的垂直傳播和水平傳播同時發生（圖1），因而導致蜂王感染病毒的作用機理變得錯綜復雜[12]。水平傳播是指病毒在蜜蜂同一世代不同個體之間的擴散過程，包括食物傳播、載體傳播、交尾傳播等方式；垂直傳播是指蜂王通過繁殖將病毒傳遞給下一代的過程，包括卵表傳播和卵核傳播[7]。病毒在水平傳播的過程中更易進化出新形態，從而導致毒性增強，對寄主的存活率和適應性產生負面影響[12]。相比之下，垂直傳播依賴于蜜蜂的繁衍能力和生存狀態，會降低病毒毒力，從而導致病毒難以在蜂群中長期存活[13]。

圖1 病毒在蜂群中的傳播途徑

1.1 垂直傳播

交配感染、生殖配子帶毒、受精卵污染為垂直傳播的三個主要方式，其中交配傳播為病毒的單向傳播[14]。對蜂王及其卵進行病毒檢測發現，SBV、BQCV、KBV、CBPV、ABPV 和IAPV 等病毒均可在卵中發現。Amiri 等研究表明，蜜蜂殘翅病毒DWV 主要黏附在卵子表面，通過垂直傳播侵染子代，從而造成蜂群大面積感染[15]。對感染SBV 的蜂王各組織部位進行檢測發現，僅卵巢中含有SBV 病毒，同時其產生的卵也帶有該病毒，進一步證實蜂王可以通過垂直傳播途徑將SBV 病毒傳遞給子代[16]。任何被病毒感染的卵都有可能被培育成蜂王，并且在整個生命周期中都攜帶該病毒并進行下一代的垂直傳播。然而，目前對于病毒垂直傳播的致病性卻知之甚少。

雄蜂與蜂王的交配是病毒侵染蜂王的重要途徑之一，已得到了一些實驗證實[17]。Prodelalova 等在表觀正常的雄蜂精液中檢測到DWV、ABPV、BQCV 和SBV 等多種病毒，說明雄蜂可以通過交配將病毒傳染給蜂王，雄蜂的病毒載量將通過交配途徑直接影響到蜂王的健康[18]。當受到DWV 感染的雄蜂與蜂王交配時，精液中攜帶的DWV 病毒可通過交配傳染給蜂王，并且在交配后蜂王的腸道和卵巢中均可檢測得到[19]。進一步研究表明，蜂王和雄蜂在自然婚飛狀態下也可以通過交配感染DWV[20]。

1.2 水平傳播

幼蟲時期感染病毒的蜂王一部分來自于親代的垂直傳播，另一部分來自于哺育蜂的水平傳播。例如，在工蜂的下顎腺和下咽腺中可檢測到IAPV、CBPV、DWV 和BQCV 等多種病毒，表明哺育蜂可能通過交哺途徑將病毒粒子通過蜂王漿傳遞給蜂王，隨后在蜂王的糞便中也檢測到相應的病毒，進一步證明蜂群中存在經食物-消化道傳播病毒的方式[21-23]。此外，蜂王幼蟲不斷取食含病毒粒子的食物并在體內積累，嚴重時可致蜂王在幼蟲期或蛹期死亡[23]。有研究表明CBPV 可以通過糞-口途徑或接觸傳播途徑感染健康蜜蜂[24,25]。另外，在工蜂與雄蜂的水平傳播途徑中，狄斯瓦螨作為蜜蜂病毒的載體和媒介，極大促進了病毒的水平傳播，如IAPV、KBV 和SBV 等病毒[26-28]。然而，狄斯瓦螨難以向蜂王幼蟲傳播病毒，因為當瓦螨感染嚴重導致蜂王幼蟲感染病毒并出現表型時，工蜂就會重新培養新王[29,30]。

蜂王通過釋放蜂王信息素指引護衛蜂包圍蜂王，并通過觸角、梳理行為和喂食與其進行互動[31]，護衛蜂往往是日齡較小的工蜂，與蜂箱外部環境少有接觸，以保護蜂王免受外部病原體的侵害。然而，生命周期越長的蜂王與蜂群中的工蜂會產生越多的社會互動行為，導致體內的病毒載量不斷增加[32]。

2 病毒對蜂王的直接影響

新一代測序技術問世，極大促進了蜜蜂病毒轉錄組學、宏基因組學和病毒組學的研究[33]。然而病毒感染導致的蜜蜂表型變化仍然是知之甚少的，當蜜蜂在受到病毒感染時，會觸發表型變化包括癱瘓、畸形甚至是死亡[34]。而當蜂王出現病理表型時，由于蜂王在蜂群中的特殊地位，容易被新的蜂王取代，使得蜂王的病理特征相較于工蜂變得更加難以觀察，因此目前的研究大多數僅限于實驗室與晚期感染的老年蜂王中，有關蜜蜂病毒對于蜂王的表型影響研究仍然缺乏系統的研究與闡釋[25,35]。目前針對蜜蜂病毒導致的蜂王病理表型研究較為清楚的是BQCV、DWV 和CBPV[19,36,37]。

2.1 病毒在蜂王體內的分布

在蜂王中已經檢測出多種病毒，表明蜂王不僅僅感染單一病毒，還存在多種病毒的協同感染[38,39]。前人研究表明，蜜蜂病毒在蜂王不同組織部位均有表達，包括頭部、胸部、腦、腸道、卵巢、受精囊和脂肪體等。但是有部分病毒具有的組織分布特異性，例如DWV 主要分布在蜂王的腹部和胸腔中，而頭部、卵巢、精囊和精子的病毒載量較低，暗示DWV 存在垂直傳播的途徑，但主要依賴水平傳播[37]；而BQCV在蜂王腸道的病毒載量極顯著的高于淋巴和卵巢等組織[40]；KBV 則侵染除蜜蜂頭部以外的其他組織[41]。在不同組織的特異性分布會直接影響病毒對蜂王的致病表型。前人研究發現，幾乎很難在處女王中檢測到高毒力的病毒，但能在年老的蜂王中檢測到低滴度且致病性強的病毒[42]。一方面，可能是因為高毒力的病毒殺死了哺育蜂，切斷了蜂王的水平傳播途徑；另一方面，即使蜂王被感染，也會在短時間死亡[20]。而年長的蜂王則可能通過社會行為接觸感染病毒，因此病毒滴度較低并不會導致死亡，可用于表型的研究[23,25]。

2.2 BQCV對蜂王的表型影響

BQCV 由Baily 等人（1983）在死亡蜂王幼蟲和蜂蛹細胞中首次分離，由于感染后會導致蜂王王臺壁和蜂蛹變黑而得名。一些研究發現蜜蜂經口感染BQCV 需要以大蜂螨和微孢子蟲為傳播媒介，BQCV只在被蜜蜂微孢子蟲感染的蜂王幼蟲中增殖，若培育新王的蜂群感染BQCV，將導致蜂王迅速感染并降低羽化率[43,44]。感染BQCV 蜂王的前蛹期和封蓋期受到的影響較大，患病后蜂王軀體泛白，逐漸發黑，最后階段王臺也全部變黑[14,45]。解剖后發現感染BQCV 的蜜蜂出現腹瀉、腹脹、中腸水腫等癥狀，伴有透明液體充盈膨脹的中腸；進一步說明BQCV 的主要復制場所是腸道[46]。相反，成年的蜂王感染BQCV 并不會表現明顯的癥狀[47,48]。

2.3 CBPV對蜂王的表型影響

研究發現，在大多數病毒感染的蜂群中，工蜂感染CBPV 后往往表現出較為明顯的表型特征，如腹部變黑和足顫抖等，RT-qPCR 檢測結果顯示蜂王體內的病毒載量與工蜂并無顯著差異，但是蜂王并不容易表現出工蜂感染的表型[49]。Amiri 等人通過注射、喂食和觸碰等方法讓蜂王感染CBPV，發現感染CBPV后會導致蜂王出現足顫抖、腹部腫脹和充滿血淋巴等癥狀，與工蜂癥狀類似，但出現時間較晚[25]。

2.4 DWV對蜂王的表型影響

DWV 感染蜂王導致蜂王翅的殘缺和卵巢的退化只出現在狄斯瓦螨高度感染的蜂群中[29]。有研究認為狄斯瓦螨通過干擾NF-kb 信號途徑抑制體液免疫和細胞免疫，從而促進了DWV 的進一步復制[50]。Delaney等進一步的研究發現蜂王的DWV 滴度與蜂王的精子儲存量呈負相關，暗示著高病毒載量的蜂王可能很快會被取代[51]。Gauthier 等研究表明感染DWV 有可能會使得蜂王的卵巢發生病變，卵泡發生退行性病變，卵巢皺縮變色；已經交配過的蜂王較處女王發生病變的概率有顯著提升，與感染病毒的滴度無關[36]。

3 蜜蜂的免疫防御

蜜蜂通過種群內的級型分化和勞動分工使得群體內部高效運轉，但群體間的接觸也大大增加了病毒在蜂群內部的傳播幾率[52]。研究發現，針對病毒侵染，蜜蜂除了個體防御策略，還有以整個蜂群為整體的社會性免疫策略，例如清理巢房、蜂群發熱和互相清理等行為[53]。兩種免疫防御策略均在很大程度上對蜂王在面對病毒侵染時起到了至關重要的保護作用[54]。研究發現，受DWV 感染的蜂群，蜜蜂級型分化的時間和壽命顯著縮短，受感染的哺育蜂和幼蜂加速離開蜂王所在的蜂群中心區域，轉化為采集蜂，加速行為轉變作為一種預防措施來減少感病蜜蜂與蜂王的接觸頻率[55,56]；同時，蜂群通過表皮碳氫化合物的改變識別患病個體并將其清除[57]。蜂王與工蜂之間的社會行為由蜂王主導，蜂王通過識別工蜂表皮碳氫化合物來減少與感染IAPV 個體的社會行為接觸[58]。Amiri 等人對工蜂對于感染IAPV 和健康蜂王的Y 管選擇實驗表明，工蜂對于健康蜂王和IAPV 感染蜂王之間的選擇在總體上并無顯著的差異，工蜂在多數情況對于感染IAPV 的蜂王有選擇偏好性[35]。推測工蜂為了保護蜂王免受病毒侵害，為蜂王提供衛生清理行為，另一方面，蜂王的表皮碳氫化合物在感染IAPV 后可能并未發生顯著性的改變，但這一點還需要進一步的研究。

研究發現哺育蜂能夠在蜂王漿中積累具有生物活性的RNA，例如miRNA、lncRNA 等非編碼RNA 及轉座子，這些RNA 可能對病毒具有抑制作用，在水平傳播過程中發揮社會免疫的作用[59]。蜂王對CBPV沒有特殊的免疫力，但有自己獨特的應對策略。蜂王通過對工蜂表皮碳氫化合物的識別，來鑒別染病蜜蜂，并減少與其接觸；同時，染病蜜蜂也會減少與蜂王的接觸，這也是社會免疫的一種表現形式[25]。

4 展望

蜂王的健康是蜂群健康發展的核心，因此越來越受關注。蜜蜂病毒是導致蜂王患病的重要原因之一，然而目前關于蜂王感染病毒的途徑和致病性的研究仍然有限。與工蜂不同，蜂王感染病毒后通常不會引發明顯的癥狀，在相同的病毒滴度下蜂王較工蜂表現的更加健康，推測這是病毒的一種策略，為了促進病毒的持續傳播[35,37]。目前關于病毒對蜂王的影響主要集中在傳播途徑和病毒檢測方面，病毒在蜂群內的錯綜復雜的傳播途徑使得病毒的流行病學研究變得困難。但隨著宏基因組學的發展，預計很快就會在蜜蜂病毒在蜂群中的流行病學調查取得突破。

眾多的研究表明，部分病毒在感染蜂王后，在特定的生命周期、受到外部環境脅迫或者是病毒載量達到一定程度后，會導致蜂王發生可觀察的病變，如翅膀殘缺、足顫抖和卵巢病變等[25,60,61]。但是關于病毒在不同級型蜜蜂中引起差異癥狀的機制以及觸發病毒侵染蜜蜂條件的研究還需要做出更多的努力。以蜂王為對象進行研究必然受到樣本量的限制，如果在實驗室進行飼喂、注射或接觸病毒的研究，那么對于蜂王致病機理以及級型差異的研究并無太大的幫助，已有研究表明，在實驗室感染病毒的蜂王與在自然蜂群中感染病毒的蜂王出現不同的表型[62]。我們推測這可能與病毒的感染策略與蜜蜂的社會免疫相關，蜜蜂病毒在復雜的蜂群環境中發生進化，然而關于蜂王與工蜂的個體免疫差異仍然缺乏深入的研究。對蜜蜂免疫防御與病毒的協同進化關系的研究有助于我們更好解析蜂王與病毒之間的關系。