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家蝇(Musca dometstica),尽管是多种人畜严重疾病的重要传播媒介之一,然而,其自身含有丰富的脂肪酸、氨基酸、几丁质、维生素、矿物质等多种营养物质以及生长迅速、易于饲养的优点,使得家蝇的集约化养殖已经成为现时缓解世界动物蛋白原料不足的一个重要来源。前人的研究已指出,细菌对家蝇幼虫的生长发育以及成虫产卵活动有着至关重要的作用,但不同环境中细菌群落的变化很大,家蝇肠道中的细菌种类也可能不同。因此,本研究通过调查幼虫饲养培养基(麦麸)中含有的细菌种类及其对幼虫生长发育的影响;利用16S rRNA序列分析方法比较了麦麸和幼虫肠道中细菌群落结构的差异,了解细菌在幼虫肠道中的定殖情况;分析新羽化成虫肠道中细菌群落结构以及垂直传播的细菌种类,为更科学的大规模饲养家蝇提供理论依据。
从饲料用麦麸中一共分离出13种细菌,分别是金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、松鼠葡萄球菌(Staphylococcus sciuri)、成团肠杆菌(Pantoea agglomerans)、聚团肠杆菌(Enterobacter agglomerans)、大肠杆菌(Escherichia coli)、香味类香味菌(Myroides odoratimimus)、奇异变型杆菌(Proteus mirabilis)、醋酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)、藤黄八叠球菌(Micrococcus luteus)、嗜水汽单胞菌(Aeromonas hydrophila)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)以及解糖肠球菌(Enterococcus saccharolyticus)。尽管这些细菌在生长速度及对环境pH值的影响方面有着显著的差别,然而,这些变化对幼虫生长发育并没有明显的影响。除了解糖肠球菌外(因生长缓慢而没有测定),其余十二种细菌均能支持无菌幼虫在胰化酪蛋白大豆卵黄琼脂培养基(Trypticase Soy Egg Yolk Agar,TSEYA)中完成整个生长发育过程:1)在生长时间方面,幼虫在接种香味类香味菌的TSEYA培养基中生长时间最短,仅需97.61±1.14 hrs;2)在化蛹率方面,幼虫在接种醋酸钙不动杆菌的TSEYA培养基中可以达到86.81%;3)在蛹重方面,从接种嗜水汽单胞菌的TSEYA培养基中得到的蝇蛹重量最高,达到20.15±0.23 mg/个;4)在成虫羽化率方面,除铜绿假单胞菌以外(60.87%),其余各种细菌之间均没有显著差异(84.33-97.47%)。此外,枯草芽孢杆菌、香味类香味菌、聚团肠杆菌以及成团肠杆菌可以作为单一的营养来源支持幼虫完成整个生长发育过程。
对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、成团肠杆菌、大肠杆菌、奇异变形杆菌以及香味类香味菌进行氨基酸、脂肪酸以及维生素B3含量进行分析,结果发现,这六种细菌均能提供大量的维生素B3(0.105-1.08 g/kg)。在昆虫必需十种氨基酸含量与总氨基酸含量比例方面,最高的是香味类香味菌和枯草芽孢杆菌,最低的则为金黄色葡萄球菌。统计分析显示,这个比例与蛹重有相关性(p=0.031),但与幼虫的生长时间(p=0.063)以及化蛹率(p=0.418)没有相关。在脂肪酸相对含量方面,金黄色葡萄球菌具有最高的饱和脂肪酸含量(76.38%),香味类香味菌含有56.79%的不饱和脂肪酸,而枯草芽孢杆菌则具有最高的支链脂肪酸含量(42.16%)。
利用Ethidium Monoazide(EMA)抑制死细菌DNA的回收以及16S rRNA序列分析方法,比较了麦麸以及幼虫肠道中细菌群落的结构。结果发现,麦麸中细菌群落的多样性极显著高于家蝇幼虫肠道中的细菌群落(p<0.0001)。在麦麸细菌克隆文库中,所得到的序列共有24种显性,分属于17个属。其中有4个属,Pseudomanos、Halomonas、Providencia和Ignatzschieria,占有统治地位,共占全部序列的76%。在幼虫肠道细菌克隆文库中,所得序列共11种显性,分属于7个属,其中Morganella、Providencia和Ignatzschieria共占总序列的97.29%。两个细菌文库中,变形菌门的细菌都占有绝对的统治地位。此外,Morganellamorganii、Ignatzschineria larvae和Providencia属细菌在幼虫肠道中发生定殖。
新羽化的成虫肠道中只有Proteus mirabilis、Providencia alcalifaciens、Morganella morganii和Providencia stuartii四种显型。与幼虫肠道细菌克隆文库相比,尽管新羽化成虫肠道中细菌种类较少,但两者间并没有显著差异(p=0.0739)。新羽化成虫肠道中有三种细菌属于幼虫肠道中的定殖菌,这个结果也说明M.morganii和Providencia属细菌可以经历幼虫变态过程而残存到成虫肠道中。