科学家发现蜜蜂缺乏的关键营养素——蜂群规模扩大15倍

挑战：解决关键营养素缺乏问题

气候变化和农业集约化日益剥夺了蜜蜂赖以生存的多样化花卉资源。花粉作为蜜蜂的主要食物成分，含有其发育必需的特定脂质——固醇。由于天然花粉不足，养蜂人越来越多地给蜜蜂喂养人工花粉替代品。然而，这些由蛋白质粉、糖类和油脂制成的商业补充剂缺乏正确的固醇化合物，导致营养不全面。

在这项新研究中，研究团队成功改造了酵母解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica），使其能精确生产蜜蜂所需的六种关键固醇混合物。在为期三个月的饲喂试验中，将该混合物加入到蜂群的饲料中。试验在封闭的玻璃温室中进行，以确保蜜蜂仅采食试验饲料。

主要发现：

• 研究结束时，与饲喂对照饲料的蜂群相比，饲喂富含固醇酵母的蜂群成功养育至可存活蛹期的幼虫数量增加了多达15倍。
• 饲喂富含固醇饲料的蜂群更有可能在三个月试验期结束时仍在育虫，而饲喂固醇缺乏饲料的蜂群在90天后停止了育虫。
• 值得注意的是，饲喂工程酵母的蜂群中，幼虫的固醇谱与自然觅食蜂群中发现的相匹配，这表明蜜蜂会选择性地仅将生物学上最重要的固醇转移给它们的后代。

资深作者杰拉尔丁·赖特教授（牛津大学生物学系）表示：“我们的研究证明了如何利用合成生物学解决现实世界的生态挑战。蜜蜂使用的大部分花粉固醇在自然界中无法达到商业规模可采集的量，因此无法制造出营养全面的花粉替代饲料。”

主要作者埃莉诺·摩尔博士（研究期间任职于牛津大学生物学系，现任职于代尔夫特理工大学）补充道：“对蜜蜂而言，富含固醇的饲料与传统蜜蜂饲料之间的差异，可比作人类食用均衡、营养全面的膳食与食用缺乏必需营养素（如必需脂肪酸）的膳食之间的差异。利用精准发酵技术，我们现在能够在分子水平上为蜜蜂提供量身定制的营养全面的饲料。”

从花粉到精准营养：识别与生产关键蜂类固醇

在此工作之前，尚不清楚花粉中多种多样的固醇哪些对蜜蜂健康至关重要。为此，研究人员对从蛹和成年蜜蜂采集的组织样本进行了固醇组成的化学评估。这需要极其精细的操作；例如，解剖单个哺育蜂以分离肠道。分析确定了六种在蜜蜂组织中始终占主导地位的固醇化合物：24-亚甲基胆固醇、菜油甾醇、异岩藻甾醇、β-谷甾醇、胆固醇和链甾醇。

研究人员随后利用CRISPR-Cas9基因编辑技术改造了酵母解脂耶氏酵母，以可持续且经济的方式生产这些固醇。选择解脂耶氏酵母是因为该酵母脂质含量高，已被证明可安全食用，并且已用于补充水产养殖饲料。为生产富含固醇的补充剂，将工程酵母生物质在生物反应器中培养、收获，然后干燥成粉末。

合著者伊丽娜·博罗迪纳教授（丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性研究中心）表示：“我们选择油脂酵母解脂耶氏酵母作为细胞工厂，因为它非常擅长生产源自乙酰辅酶A的化合物，如脂质和固醇，并且这种酵母安全且易于规模化生产。它在工业上用于生产酶、Omega-3脂肪酸、作为零卡路里甜味剂的甜菊糖苷、用于害虫防治的信息素及其他产品。”

对农业与生物多样性的益处

蜜蜂等传粉媒介对全球超过70%的主要作物生产有贡献。由营养缺乏、气候变化、螨虫侵扰、病毒性疾病和杀虫剂暴露共同导致的严重衰退，对粮食安全和生物多样性构成了重大威胁。例如，在过去十年中，美国商业蜜蜂蜂群的年损失率通常在40%至50%之间，2025年可能达到60%至70%。这种新型工程补充剂提供了一种切实可行的方法，可以在不进一步消耗天然花卉资源的情况下增强蜂群恢复力。由于酵母生物质还含有有益的蛋白质和脂质，它有可能发展成为全面的蜜蜂饲料。

合著者菲尔·史蒂文森教授（格林威治大学皇家植物园邱园和自然资源研究所）补充道：“蜜蜂是杏仁、苹果和樱桃等作物至关重要的传粉者，因此在某些作物种植地大量存在，这可能给有限的野花资源带来压力。因此，我们的工程补充剂可以通过减少对有限花粉供应的竞争，使野生蜂种受益。”

丹妮尔·唐尼（非营利性蜜蜂研究机构Project Apis m.的执行董事，未参与本研究）表示：“我们依赖蜜蜂为人类每三口食物中的一口授粉，但蜜蜂面临诸多压力源。良好的营养是提高其应对这些威胁能力的一种方法，在蜜蜂天然饲料日益减少的地区，更全面的膳食补充剂可能改变局面。这项关于关键植物营养素的突破性发现，当被纳入饲料补充剂时，可使蜜蜂持续育虫，这对改善蜂群存活率具有巨大潜力，进而惠及我们所依赖的食物生产相关的养蜂业。”

下一步与未来应用

虽然这些初步结果令人鼓舞，但仍需进行进一步的大规模田间试验，以评估其对蜂群健康和授粉功效的长期影响。该补充剂有可能在两年内提供给农民使用。

这项新技术也可用于开发针对其他传粉媒介或养殖昆虫的膳食补充剂，为可持续农业开辟新途径。