山梨酸钾对熊蜂健康的影响

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Effects of potassium sorbate on bumblebee health

　　

山梨酸钾（Potassium sorbate, PS）作为一种广泛使用的食品防腐剂，其安全性传统上是在小鼠和果蝇等模式生物中进行评估的。在此，研究人员采用具有重要经济价值的传粉昆虫—— Buff-tailed bumblebee（Bombus terrestris）作为一种新型模式生物来评估PS的安全性。研究人员首先用六种剂量的PS（0 g/kg、1 g/kg、2 g/kg、6 g/kg、10 g/kg和20 g/kg）饲喂Bombus terrestris。结果显示，1 g/kg剂量对熊蜂的存活或繁殖没有显著影响，而较高剂量的PS导致存活和产卵蜂王数量减少。随后，采用免疫组织化学染色、16S rRNA测序和定量PCR（qPCR）评估了PS对熊蜂肠道健康的影响。结果表明，摄入1 g/kg PS的熊蜂肠道细胞凋亡程度小于其他较高剂量组。此外，随着PS剂量的增加，优势菌Snodgrassella和Gilliamella下调，且1 g/kg PS组中优势菌Snodgrassella、Gilliamella和Lactobacillus的拷贝数与对照组无显著差异。因此，与较高剂量相比，1 g/kg剂量诱导了较低水平的肠道细胞凋亡并维持了核心肠道菌群的稳定性，表明其在测试范围内是相对更安全的选择。鉴于1 g/kg PS在Bombus terrestris中表现出相对安全性，同时符合人类食品添加剂标准（≤1 g/kg），熊蜂已成为防腐剂毒性筛选的一种有前景的模式昆虫。

该论文发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》，针对食品防腐剂山梨酸钾（PS）在非靶标传粉昆虫熊蜂（Bombus terrestris）中的安全性评估进行了系统研究。研究背景指出，尽管PS被广泛应用于食品和饲料中以抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等病原菌，且既往在啮齿动物和果蝇中的评估支持其安全性，但近期研究揭示了其在小鼠中可诱发肝脏炎症细胞浸润及肠道微生物群改变，在大鼠中降低精子活力，在果蝇中引发肠道细胞凋亡等多系统不良效应。由于熊蜂作为温室作物关键授粉者，其商业化饲养依赖人工饲料，而PS在饲料中的添加虽普遍，但对熊蜂的毒性阈值尚未明确，这构成了研究的紧迫性。为此，研究人员以商业化饲养的Bombus terrestris蜂王为模型，通过分析PS对其生存繁殖、肠细胞凋亡及微生物群落动态的影响，旨在确立其安全剂量阈值。

在关键技术方法方面，研究人员选取了258只同龄越冬蜂王，随机分为六组（n=43/组），分别饲喂含0（对照）、1、2、6、10及20 g/kg PS的食料。通过Cox比例风险回归模型分析生存数据；采用TUNEL法检测中肠细胞凋亡；利用16S rRNA基因扩增子测序分析肠道菌群α多样性及群落结构；并通过实时荧光定量PCR（qPCR）对核心菌群Snodgrassella、Gilliamella及Lactobacillus进行绝对定量分析。

研究结果显示，在“Potassium Sorbate对Bombus terrestris蜂王存活与产卵的剂量依赖性影响”部分，Cox回归分析表明，除1 g/kg（0.1%）组外，其余各剂量组均显著增加了蜂王的死亡风险（HR值分别为2.476、3.098、3.013及4.080）。同时，产卵频率呈剂量依赖性下降，2% PS组产卵蜂王数量最少。在“Potassium Sorbate诱导的Bombus terrestris肠细胞凋亡”部分，TUNEL染色结果显示，0.2%及2% PS处理组的肠细胞凋亡率显著高于对照组，而0.1% PS组虽略有升高但差异不显著。在“不同饲喂条件下蜂王肠道微生物群”部分，α多样性分析显示PS处理组Chao1指数均值（487.24）远高于对照组（33.20）；主坐标分析（PCoA）显示各PS处理组间无显著结构差异，但与对照组分离；分类学分析表明，PS暴露导致核心共生菌Snodgrassella和Gilliamella显著耗竭，而Chloroflexi_AD3门富集。qPCR定量进一步证实，0.2%及2% PS组中Snodgrassella和Gilliamella的拷贝数显著低于对照组，而Lactobacillus在各组间无显著差异。

讨论部分总结指出，PS对熊蜂生理机能的影响呈现剂量依赖性的二分法，1 g/kg PS是一个关键的生物学安全阈值。在该剂量下，虽然观察到适度的肠道细胞凋亡及微生物群落重组，但蜂王存活与繁殖未受损害。一旦超过该阈值（≥2 g/kg），严重的细胞凋亡与关键共生菌的缺失将破坏肠道稳态，导致宿主适合度急剧下降。结论部分阐明，本研究确立了PS在熊蜂体内具有阈值控制的双重反应，1 g/kg被界定为相对低毒剂量，在此剂量下核心共生菌群完整性得以维持，符合国际食品添加剂标准，证实了Bombus terrestris作为评估食品添加剂对非靶标传粉昆虫安全性模式生物的潜力。