陳亞南，吳雨祺，鄭火青，胡福良

(浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，杭州 310058)

蜜蜂Apisspp.是一種重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)，有著極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然環(huán)境的保護(hù)都有著重要的作用。全世界115種主要農(nóng)作物中的75%都依賴蜂類(lèi)授粉。蜂類(lèi)授粉貢獻(xiàn)了全球35%的農(nóng)作物產(chǎn)值，在這之中蜜蜂起著非常重要的作用(Kleinetal., 2006)。但是近年來(lái)，全球各地的蜂群均出現(xiàn)了嚴(yán)重的越冬損失(Vanetal., 2012; Brodschneideretal., 2016; Brodschneideretal., 2018)，對(duì)蜜蜂種群和蜂產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了嚴(yán)重的不利影響。養(yǎng)蜂者和很多學(xué)者都極度地關(guān)注蜜蜂損失的原因，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥的大量使用被普遍認(rèn)為是造成這一問(wèn)題的關(guān)鍵因素之一(Wuetal., 2012; Goulsonetal., 2015)。農(nóng)藥會(huì)影響蜜蜂的生存率、采集行為、視覺(jué)或嗅覺(jué)功能、生長(zhǎng)、繁衍等，對(duì)蜜蜂健康有著顯著的負(fù)面影響(Rortaisetal., 2005; Jumarieetal., 2017)。

除草劑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種必不可少的農(nóng)藥，被廣泛用于消滅或抑制雜草、雜灌和雜樹(shù)等有害植物(Giesyetal., 2000; Long and Krupke, 2016)。在全世界50多種農(nóng)作物的雜草控制中有著幾十年的應(yīng)用史，長(zhǎng)期的使用也使除草劑對(duì)人類(lèi)和環(huán)境安全構(gòu)成了一定威脅(Simoneaux and Gould, 2008; Leyvaetal., 2014)。目前市場(chǎng)上的除草劑種類(lèi)眾多，其中使用最為廣泛和最多的除草劑是在1950年被瑞士化學(xué)家亨利·馬丁博士發(fā)現(xiàn)的草甘膦(Franzetal., 1997; Giesyetal., 2000; Dilletal., 2010; Benbrook, 2016)，具有高效、低成本的特點(diǎn)。從1974年至2014年，全球有超過(guò)86億公斤的草甘膦被使用(Benbrook, 2016)。它存在于所有經(jīng)過(guò)處理的植物產(chǎn)品中，同時(shí)很多的研究表明草甘膦對(duì)蜜蜂在內(nèi)的動(dòng)物有不良影響(Herbertetal., 2014; Mengoni and Farina, 2018; Mottaetal., 2018; Daietal., 2018)。其次是使用較多的除草劑阿拉特津、甲草胺和三嗪類(lèi)除草劑(Graziano, 2020)，其中關(guān)于阿拉特津的很多研究證明其對(duì)動(dòng)物的氧化應(yīng)激反應(yīng)和酶活性的影響(Le Goffetal., 2006; Mannetal., 2009; Nwanietal., 2010; Singhetal., 2010; Thorntonetal., 2010)，同時(shí)對(duì)蜜蜂的生長(zhǎng)發(fā)育和過(guò)氧化反應(yīng)也產(chǎn)生一定的影響(Jumarieetal., 2017; Faitaetal., 2018; Farinaetal., 2019)。至于甲草胺和三嗪類(lèi)除草劑的相關(guān)研究，僅報(bào)道三嗪類(lèi)除草劑在蜂蜜中的存在(Wangetal., 2018)，甲草胺能影響蜜蜂的糖漿消耗量和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)(Helmeretal., 2015)。

除草劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用，導(dǎo)致植物和周邊環(huán)境被除草劑污染，當(dāng)蜜蜂在污染環(huán)境進(jìn)行采集時(shí)，會(huì)將被除草劑污染的花蜜、花粉、環(huán)境水等運(yùn)回蜂巢，導(dǎo)致蜜蜂長(zhǎng)期的、持續(xù)性接觸(Papaefthimiouetal., 2002; Kariseetal., 2007; Herbertetal., 2014; Mengoni and Farina, 2018)。近年來(lái)的相關(guān)研究都表明除草劑對(duì)蜜蜂的健康有著一定的負(fù)面影響，可能是造成蜂群損失的一個(gè)重要原因。因此，本文對(duì)近年除草劑和蜜蜂健康的研究進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究提供借鑒。

1 除草劑在蜂產(chǎn)品中的殘留

除草劑在農(nóng)作物中的使用方法使其不可避免地在植物的表面產(chǎn)生殘留，而這些殘留能夠進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到花蜜和花粉中(Stoner and Eitzer, 2012)，最終導(dǎo)致了蜂蜜和花粉等一些蜂產(chǎn)品中除草劑的殘留。目前，一般使用高通量液相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)的方法(Vargo, 2017)檢測(cè)蜂產(chǎn)品中除草劑及其降解物的殘留量。現(xiàn)有的研究表明花粉、花蜜、蜂蜜和蜜蜂幼蟲(chóng)中都能檢測(cè)到一種或者多種除草劑的存在(Thompsonetal., 2014; Emily, 2014; Zhuetal., 2017; Vargo, 2017)。

蜂蜜是蜜蜂從開(kāi)花植物的花中采得的花蜜在蜂巢中經(jīng)過(guò)充分的釀造而形成的天然甜物質(zhì)。關(guān)于蜂蜜中草甘膦殘留量的研究，Pareja等(2019)的研究發(fā)現(xiàn)，超過(guò)81%蜂蜜樣本中檢測(cè)到草甘膦的殘留，其中41%樣本中草甘膦的殘留量超過(guò)0.05 mg/kg，但是在所有被檢測(cè)的樣本中沒(méi)有檢測(cè)到草甘膦降解物氨甲基膦酸酯(AMPA)的存在；Thompson等(2014)檢測(cè)的蜂蜜樣本中有59%樣本有草甘膦的存在，濃度范圍在17～169 ppb。同時(shí)蜂蜜的生產(chǎn)方式也會(huì)影響蜂產(chǎn)品中草甘膦的濃度(Emily, 2014)。花粉也是蜜蜂生產(chǎn)的重要的蜂產(chǎn)品之一，Agrebi等(2020)在花粉中檢測(cè)到了87.2～629 mg/kg的草甘膦除草劑殘留。

Umsza-Guez等(2019)對(duì)巴西的棕色、綠色、紅色和黃色蜂膠進(jìn)行除草劑殘留檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，47%蜂膠樣本中能檢測(cè)到阿拉特津(5～17.4 μg/g)和氨甲基磷酸(10.2～11.3 μg/g)，不過(guò)其在蜂膠中的殘留濃度低于國(guó)際最大殘留水平標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)非靶標(biāo)生物危害較小。此外，在蜂蠟和蜂糧中也有檢測(cè)到草甘膦除草劑的存在，且蜂糧中的濃度高于蜂蠟中除草劑的濃度；而在蜂糧中還能檢測(cè)到AMPA(Agrebietal., 2020)。對(duì)于之前的研究指出蜂蜜中的草甘膦殘留量遠(yuǎn)低于蜂糧、花粉、蜂蠟中的殘留量(Thompsonetal., 2014; Kariseetal., 2017)，但是對(duì)于這一現(xiàn)象還沒(méi)有具體的科學(xué)解釋?zhuān)枰M(jìn)一步的研究去探究其原因。

2 除草劑對(duì)蜜蜂健康的影響

Kasiotis等(2018)的研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂的體內(nèi)也能檢測(cè)到草甘膦和AMPA，這說(shuō)明草甘膦能夠穩(wěn)定的存在于蜜蜂的體內(nèi)，從而干擾蜜蜂體內(nèi)一些生理反應(yīng)并對(duì)其健康造成一定程度的威脅。

2.1 除草劑對(duì)蜜蜂生理的影響

除草劑及其降解物能穩(wěn)定存在于蜜蜂的體內(nèi)，參與蜜蜂體內(nèi)的一些反應(yīng)從而導(dǎo)致一些物質(zhì)的變化。3個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)蜜蜂籠養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除草劑能夠影響蜜蜂體內(nèi)的β-胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、全反式視黃醇及抗氧化劑等物質(zhì)的水平(Helmeretal., 2015; Jumarieetal., 2017; Zhuetal., 2017)。同時(shí)，Boily等(2013)發(fā)現(xiàn)除草劑還能夠改變乙酰膽堿酶的活性，但是不同類(lèi)型的除草劑的作用效果卻不同，草甘膦能夠降低乙酰膽堿酶的活性，而阿拉特津卻能提高其活性。這可能是由于草甘膦主要是作用于植物和一些微生物體內(nèi)的莽草酸酯合成途徑中的5-烯醇丙酮酸-3-磷酸合酶(EPSPS)(Shiloetal., 2016)，而阿拉特津?qū)?dòng)物的氧化應(yīng)激反應(yīng)及脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生影響(Helmeretal., 2015)。推測(cè)導(dǎo)致草甘膦和阿拉特津產(chǎn)生不同作用效果的原因可能是兩種除草劑在蜜蜂體內(nèi)的作用機(jī)制不同。

除草劑與其它農(nóng)藥或有害金屬元素的共同作用，也會(huì)對(duì)蜜蜂體內(nèi)的生理活動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響。草甘膦、阿拉特津和鎘的混合物能夠誘導(dǎo)蜜蜂體內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致硫代巴比妥酸反應(yīng)性物質(zhì)(TBARS)顯著增加(Helmeretal., 2015)，研究者推測(cè)在除草劑和金屬的共同存在下，可能干擾了維生素A代謝途徑，進(jìn)而影響了蜜蜂體內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)(Jumarieetal., 2017)。除此以外，病原菌與除草劑能夠相互協(xié)同顯著的增加蜜蜂的死亡率(Mottaetal., 2018)。

此外，還有除草劑影響蜜蜂發(fā)育方面的研究。Thompson等(2014)的研究表明，草甘膦(62.27%、46.14%、30.68%)對(duì)蜂群、成年蜂和幼蟲(chóng)的發(fā)育沒(méi)有影響。Farina等(2019)的研究表明幼蟲(chóng)的發(fā)育會(huì)因?yàn)椴莞熟?2.0 mg/mL、2.5 mg/mL)的存在而產(chǎn)生延遲。咽下腺是工蜂一個(gè)重要的外分泌腺，研究發(fā)現(xiàn)草甘膦能夠?qū)е卵氏孪偌?xì)胞的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但是對(duì)蜂王漿的產(chǎn)量沒(méi)有明顯影響(Faitaetal., 2018)。

2.2 除草劑對(duì)蜜蜂行為影響

蜜蜂在采集過(guò)程中，工蜂需要通過(guò)嗅覺(jué)、觸覺(jué)等來(lái)尋找食物、記憶飛行的路徑、確定花粉和花蜜的位置并將這些信息傳遞給同伴，這些都離不開(kāi)蜜蜂的學(xué)習(xí)和記憶能力(Morse, 1994; Jay, 2009; Lihoreauetal., 2011)。正常情況下，蜜蜂能夠在蜂巢周?chē)鷰坠锏姆秶鷥?nèi)導(dǎo)航，并通過(guò)擺尾舞來(lái)傳遞飛行方向的信息，從而到達(dá)覓食地點(diǎn)或筑巢地點(diǎn)(Morse, 1994)。

有研究表明，除草劑的使用會(huì)影響蜜蜂的學(xué)習(xí)和記憶的過(guò)程，間接的干擾蜜蜂的覓食、飛行等行為(Herbertetal., 2014; Balbuenaetal., 2015; Mengoni and Farina, 2018; Abou-Shaara, 2018; Farinaetal., 2019)。但是蜜蜂的采集周期、訪花頻率、舞蹈概率、搖擺次數(shù)、舞蹈錯(cuò)誤的百分比沒(méi)有受到除草劑的影響，蜜蜂仍舊以恒定的速度訪問(wèn)和采集人工飼喂器中的食物(Herbertetal., 2014)。然而蜜蜂長(zhǎng)期或者急性暴露于草甘膦下，則會(huì)使成年工蜂及幼蟲(chóng)的感官敏感性和認(rèn)知出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致蜜蜂對(duì)蔗糖的敏感性和學(xué)習(xí)能力降低，這些可能影響工蜂聯(lián)想記憶的順利建立，從而導(dǎo)致食物的攝取量降低、蜂群的采集效率下降，最終危及蜂群的生存(Herbertetal., 2014; Mengoni and Farina, 2018; Farinaetal., 2019)。同時(shí)在Mengoni等(2018)的研究中發(fā)現(xiàn)暴露于草甘膦(2.5 mg/mL)，蜜蜂的食欲會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致蜜蜂食物分配能力、嗅覺(jué)信息傳播能力和巢內(nèi)任務(wù)協(xié)調(diào)能力降低，這些都體現(xiàn)了除草劑對(duì)蜜蜂的學(xué)習(xí)和記憶能力的影響。此外，飼喂含10 mg/L草甘膦溶液的蜜蜂需要更多的時(shí)間返回蜂巢房(Balbuenaetal., 2015)，但在Hossam等(2018)的實(shí)驗(yàn)中，工蜂的導(dǎo)航和學(xué)習(xí)能力并沒(méi)有受到削弱。

2.3 除草劑對(duì)蜜蜂壽命的影響

除草劑對(duì)蜜蜂毒性的相關(guān)報(bào)道首見(jiàn)于1970年，Howard等(1972)研究了其對(duì)新出房蜜蜂毒性，他們使用了18種除草劑飼喂蜜蜂，發(fā)現(xiàn)在100和1 000 ppm濃度下百草枯、MAA、Monosodium Methancarsonatee(MSMA)、Disodium Methancarsonate(DSMA)和二甲胂酸對(duì)蜜蜂是有劇毒的，二溴苯二甲醚和草藻滅則只有在1 000 ppm的濃度下才有毒性，百草枯、MAA和二甲胂酸在10 ppm時(shí)則表現(xiàn)出中等毒性。

在急性接觸和口服的試驗(yàn)中，草甘膦被認(rèn)為對(duì)蜜蜂是無(wú)毒的，但對(duì)無(wú)刺蜂具有高度毒性。暴露于草甘膦的無(wú)刺蜂在幾天內(nèi)就被殺死，同時(shí)會(huì)對(duì)無(wú)刺蜂產(chǎn)生亞致死效應(yīng)，嚴(yán)重影響其群體生長(zhǎng)和生活力，降低授粉能力(Seideetal., 2018)。在蜜蜂的研究中，給成年工蜂飼喂2.5～5.0 mg/L或1.25、2.5、5 ng/頭劑量的草甘膦，不會(huì)對(duì)其生存產(chǎn)生明顯的影響(Herbertetal., 2014; Helmeretal., 2015)，自然環(huán)境濃度(75 mg/kg)的草甘膦不會(huì)對(duì)幼蟲(chóng)的壽命、發(fā)育和蛹的平均體重造成明顯的影響(Thompsonetal., 2014)，但是實(shí)驗(yàn)室條件下，飼喂4 mg/L或20 mg/L草甘膦的幼蟲(chóng)存活率卻下降(Daietal., 2018)。草甘膦和AMPA單獨(dú)或聯(lián)合使用對(duì)蜜蜂的生存率沒(méi)有造成影響(Blotetal., 2019)，但最新的研究報(bào)道以草甘膦為基礎(chǔ)的除草劑(2.16 μg/g)與微孢子蟲(chóng)相互作用，卻顯著的降低了蜜蜂的生存率(Faitaetal., 2020)。因此，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境下大量使用除草劑可能損害蜂群健康，從而造成蜂群的大量損失。

2.4 除草劑對(duì)蜜蜂腸道微生物的影響

蜜蜂腸道微生物群可以幫助蜜蜂消化食物，排除有害物質(zhì)，提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，抵御病原體和寄生蟲(chóng)的入侵，中和食物中的毒素，調(diào)節(jié)發(fā)育和免疫，因此腸道菌群的平衡對(duì)蜜蜂健康是至關(guān)重要的(Engeletal., 2012; Engel and Moran, 2013; Kwongetal., 2014; Leeetal., 2015; Schwarz, 2015; Kwong and Moran, 2016)。在自然環(huán)境中，通過(guò)食物的攝入進(jìn)入蜜蜂體內(nèi)的除草劑會(huì)擾亂蜜蜂的腸道微生物群的平衡，增加其對(duì)病原體的易感性和宿主營(yíng)養(yǎng)不良的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)宿主的整體健康產(chǎn)生了負(fù)面影響(Daietal., 2018; Mottaetal., 2018;Blotetal., 2019)。草甘膦主要作用于植物和一些微生物體內(nèi)的莽草酸酯合成途徑中的5-烯醇丙酮酸-3-磷酸合酶(EPSPS)，然而編碼EPSPS的基因幾乎存在于所有的蜜蜂腸道細(xì)菌的基因組中，這說(shuō)明蜜蜂的腸道微生物可能對(duì)草甘膦非常敏感(Shiloetal., 2016)。Motta等(2018)的研究發(fā)現(xiàn)草甘膦是通過(guò)影響蜜蜂腸道細(xì)菌的EPSPS從而引起蜜蜂腸道菌群紊亂，進(jìn)而造成工蜂腸道核心菌群的相對(duì)和絕對(duì)豐度都有所下降，最終會(huì)導(dǎo)致宿主對(duì)病原微生物抵抗力下降。使用20 mg/L草甘膦處理工蜂幼蟲(chóng)后，發(fā)現(xiàn)其腸道核心菌群的物種多樣性和豐富度發(fā)生了顯著性的變化(Daietal., 2018)。以上的研究證明除草劑對(duì)蜜蜂的腸道菌群穩(wěn)態(tài)有著明顯的負(fù)面影響。此外，草甘膦影響中腸細(xì)胞的生存，Gregorc等(2011)使用400 ppm的草甘膦處理了工蜂幼蟲(chóng)中腸細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)致69%的細(xì)胞死亡，由此推測(cè)草甘膦可能通過(guò)干擾中腸細(xì)胞生存，從而影響蜜蜂腸道微生物的平衡。

3 總結(jié)與展望

除草劑的使用已有幾十年的時(shí)間，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量使用，對(duì)農(nóng)作物花粉、花蜜以及周?chē)乃炊紩?huì)造成一定的污染，因?yàn)槊鄯淠軌蛲ㄟ^(guò)采集行為將這些被污染的花粉和花蜜等帶入蜂巢中，間接或直接的對(duì)蜜蜂造成危害。目前的研究表明除草劑在環(huán)境中的實(shí)際濃度不會(huì)導(dǎo)致蜜蜂急性死亡，但是其對(duì)蜜蜂表現(xiàn)出了多樣的亞致死作用，這是對(duì)蜜蜂健康的一個(gè)迫在眉睫的威脅。

目前除草劑在蜜蜂生理、行為、壽命和腸道菌群穩(wěn)態(tài)的影響的研究已有許多報(bào)道，但在其機(jī)理性和蜂群水平的研究很少，僅有的研究只是提到可能是由于除草劑中含有的惰性成分起到重要作用(Williamsetal., 2000; Séralinietal., 2012; Sribanditmongkoletal., 2012)，但是仍缺乏相應(yīng)的證據(jù)。通過(guò)蜂群和除草劑在蜜蜂方面作用機(jī)制的研究相結(jié)合，能夠更好的揭示除草劑對(duì)蜜蜂的危害；同時(shí)，蜜蜂生存在一個(gè)開(kāi)放且復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境中，其接觸到的農(nóng)藥可能不是單獨(dú)一種或在接觸除草劑的同時(shí)還會(huì)有其它的病原菌的存在，因此除草劑和其它蜂群常見(jiàn)農(nóng)藥或病原菌對(duì)蜜蜂健康的協(xié)同效應(yīng)也是未來(lái)研究的一個(gè)重點(diǎn)，這些研究也有助于未來(lái)農(nóng)藥的科學(xué)使用。

東方蜜蜂作為亞洲的本土蜂種，是我國(guó)養(yǎng)蜂業(yè)非常重要的組成部分。但是目前關(guān)于除草劑危害的研究主要集中于西方蜜蜂，對(duì)于東方蜜蜂的相關(guān)研究尚比較缺乏。東方蜜蜂和西方蜜蜂在生理、行為上有著一定相似性，也有很多不同的地方；通過(guò)比較在除草劑作用下這二者的異同，既能增加我們對(duì)蜜蜂生理學(xué)的了解，也能為養(yǎng)蜂業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展提供參考。