桑叶表面水分对家蚕生长发育及肠道菌群的影响

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家蚕(Bombyx mori Linnaeus)属于植食性昆虫,其生长发育与环境湿度息息相关,并且在大规模饲养家蚕时,遇到多雨季节会使用抗生素来防止家蚕患病,但大量使用抗生素会导致菌群失调以及环境污染等问题,此外家蚕是鳞翅目昆虫中的模式昆虫,研究水分因子对家蚕的影响也可以为鳞翅目害虫防治提供新思路。本文根据家蚕取食湿桑叶后出现死亡、发育延缓等现象,通过中肠组织切片、肠道菌群16S r DNA和ITS测序以及主要消化酶的活性测定,分析水分、肠道菌群、昆虫生长发育三者之间的关系。1.通过对取食湿桑叶的家蚕生理指标进行分析,家蚕的存活率从第四天开始呈线性下降趋势,且第四天是家蚕三龄蜕皮期,到第十三天家蚕存活率仅有13.33%。其次家蚕三龄和四龄幼虫发育历期显著延长,三龄发育历期从3.13±0.01 d延长至3.72±0.12 d;四龄从4.92±0.05 d延长至5.53±0.09 d。五龄幼虫的体重显著降低,雌雄蛹体重虽较对照组低,但差异不显著。茧重和产卵量方面也显著性降低,茧重从0.05±0.00 g降低至0.04±0.00 g,产卵量从278.21±11.07粒降低至224.80±18.29粒。通过以上结果表明桑叶表面水分能够影响家蚕的生物学特性。2.根据取食湿桑叶的家蚕中肠石蜡切片结果,发现家蚕中肠围食膜空间变小、结构松散、不紧贴上皮细胞,说明桑叶表面水分能够影响家蚕主要消化部位的形态结构发生改变。3.以湿桑叶为食的家蚕肠道菌群丰度产生显著差异。在肠道细菌组成中变形菌门Proteobacteria丰度显著提高,厚壁菌门Firmicutes与蓝藻菌门Cyanobacteria的丰度显著降低,丰度变化随幼虫龄期的增加而提高或降低;属水平中葡萄球菌属Staphylococcus丰度显著降低,且随龄期的增加而逐渐降低,是家蚕三龄和四龄幼虫肠道中分布最高的生物标记类群,不动杆菌属Acinetobacter的丰度仅在五龄幼虫肠内显著上升,为10.24%,芽孢杆菌属Bacillus的丰度仅在三龄幼虫肠内显著上升,为7.55%。在肠道真菌组成中变化最大的是子囊菌门Ascomycota与担子菌门Basidiomycota的丰度,幼虫龄期间两者的丰度变化相反;属水平中马拉色菌属Malassezia、曲霉属Aspergillus、Sympodiomycopsis、Jaminaea的丰度变化较明显,分别在不同龄期间呈显著变化。此外,家蚕三龄和四龄幼虫肠道中的生物标记类群均有Buckleyzyma。湿桑叶还对家蚕四龄肠道菌群的功能影响最显著,显著下调了肠道细菌中与物质代谢相关的功能,显著上调了肠道真菌中与核苷酸生物合成相关的功能。4.通过家蚕不同龄期中肠消化酶活性的测定,结果表明取食湿桑叶后的家蚕三龄脂肪酶与α-淀粉酶活性均没有显著差异,但四龄和五龄幼虫中肠酶活性均出现极显著性降低(P<0.01)。家蚕不同龄期间的胰蛋白酶活性均极显著降低,海藻糖酶活性显著提高(P<0.05),且消化酶活性与主要变化的产酶菌丰度变化基本一致。以上研究结果表明水分能够改变家蚕围食膜结构、肠道菌群组成以及调节消化酶的活性,进而影响家蚕肠道的消化吸收,最终导致家蚕生长发育产生变化。这为探究水分-肠道菌群-昆虫生长发育三者的内在机制提供基础。
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