《NeoBiota》：Honey bees as potential vectors of the invasive rust pathogen
Austropuccinia psidii: nutritional mutualism and implications for pathogen spread
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为揭示入侵病原桃金娘锈菌（A. psidii）的新型传播途径及其与西方蜜蜂（A. mellifera）的潜在互惠关系，研究人员通过孢子活力测定、营养成分分析和人工育幼试验，证实了A. psidii夏孢子在蜂群中至少保持9天活力，其营养品质可比甚至优于优质花粉，并能支持蜜蜂幼虫正常发育。该研究挑战了锈菌仅靠风媒传播、花粉是蜜蜂唯一自然蛋白源的传统认知，为入侵生态学模型和生物安全策略提供了新视角。
在入侵生态学和植物病理学领域，一些根深蒂固的“常识”正在被新的观察所挑战。其中之一是，导致桃金娘锈病、威胁全球桃金娘科（Myrtaceae）植物多样性的入侵性真菌——Austropuccinia psidii（简称A. psidii），长期以来被认为主要通过风力传播其微小的夏孢子（urediniospores）。然而，近年来在澳大利亚的田野调查中，研究者们捕捉到了令人惊讶的画面：本应采集花粉的西方蜜蜂（Apis mellifera）工蜂，正忙碌地从感染锈病的植物叶片上收集那些亮黄色的A. psidii夏孢子，并将它们装入后足的花粉篮带回蜂巢，其行为与采集花粉无异。这一观察引发了一个颠覆性的猜想：这究竟是蜜蜂的“采集失误”，还是一种建立在营养基础上的、新型的跨界互利共生（mutualism）关系的开端？如果夏孢子能为蜜蜂提供营养，而蜜蜂能帮助锈菌实现更远距离、更具针对性的传播，那么这两个同属入侵物种（在澳大利亚和新西兰等地）的相遇，可能正在上演一场被称为“入侵性互利共生”（invasional mutualism）的生态剧，不仅加速病原传播，还可能重塑当地的生态系统。为了验证这一假设，来自新西兰奥克兰大学等机构的研究团队开展了一项综合性研究，相关成果发表在国际期刊《NeoBiota》上。
为了系统探究西方蜜蜂与桃金娘锈菌之间是否存在互利关系，研究人员围绕两个核心条件展开工作：一是蜜蜂采集的夏孢子在进入蜂巢后能否保持活力；二是这些夏孢子是否能为蜜蜂提供营养价值。研究采用了多学科交叉的技术方法。首先，通过野外放置蜂箱于已知锈病爆发区，收集回巢工蜂及其储存的花粉细胞样本，利用定量PCR（qPCR）技术检测并量化A. psidii夏孢子的存在。其次，通过室内模拟实验，将涂有夏孢子的蜜蜂和装有夏孢子的试管置于活体蜂群中，定期取样并在水琼脂上培养，统计萌发率以评估孢子在蜂巢环境中的存活力，并运用广义线性混合效应模型进行统计分析。再者，对A. psidii夏孢子、另一种锈菌（杨锈病Melampsora sp.）夏孢子以及两种高质量花粉（猕猴桃花粉和柳树花粉）进行了营养化学成分分析，包括通过同位素比率质谱（IRMS）测定粗蛋白含量，以及通过标准方法（AOAC 994.12）分析10种蜜蜂必需氨基酸（EAA）的组成。最后，也是最具说服力的部分，是人工育幼实验。研究人员采用标准人工育幼技术，将蜜蜂幼虫分别饲喂添加了上述四种不同蛋白源（两种花粉、两种锈菌夏孢子）的饲料以及纯人工饲料，系统比较不同饲料处理下幼虫的存活率、发育时间（化蛹日龄和羽化日龄）以及成虫的鲜重和干重，从而直接评估A. psidii夏孢子对蜜蜂幼虫发育的营养价值。
（a）蜜蜂对A. psidii夏孢子的采集率
研究证实，蜜蜂确实会采集并携带A. psidii夏孢子进入蜂巢。在澳大利亚昆士兰州的田间试验中，将蜂箱置于桃金娘锈病爆发点两周后，在45%的蜂巢花粉储存细胞样本和48%的回巢采集蜂体表样本中均检测到了A. psidii的夏孢子。尽管每个样本估算的夏孢子数量通常较低（少于10个），但这明确证明了蜜蜂能够并将这些病原孢子带入蜂群内部环境。
（b）A. psidii夏孢子在蜂巢中的存活力
更关键的是，这些被带入蜂巢的夏孢子能够保持相当长时间的活力。实验显示，即使在蜂巢中放置9天后，从试管和一半的关在笼中的蜜蜂样本里仍能回收A. psidii夏孢子。孢子萌发率虽然随时间有所下降，但在第9天时，从蜜蜂体表回收的孢子平均萌发率仍为16%（起始为22%），从试管中回收的为12.1%（起始为32%）。统计模型表明，试管中的孢子萌发率每天下降约10.1%，而蜜蜂体表孢子的活力下降趋势则不明显。这表明，夏孢子在蜂巢环境中至少能保持9天的感染潜力，这个时间跨度与商业蜂箱在 pollination services（授粉服务）中通常3-7天的运输时间相吻合，暗示了通过管理蜂群进行远距离传播的潜在风险。
（c）夏孢子的蛋白质和必需氨基酸含量
营养成分分析显示，A. psidii夏孢子具有相当的营养品质。其粗蛋白含量为22.5%，虽低于猕猴桃花粉（43.13%）和柳树花粉（31.88%），但高于另一种锈菌Melampsora sp.的夏孢子（16.25%）。重要的是，所有测试的花粉和夏孢子样本都含有全部10种蜜蜂必需氨基酸，且含量均超过了蜜蜂进行完全蛋白质吸收所需的最低阈值。这表明A. psidii夏孢子在氨基酸组成上能够满足蜜蜂的基础营养需求。
（d）锈菌和花粉饲料对蜜蜂幼虫存活、发育和体重的影响
人工育幼实验的结果为“营养互惠”提供了直接证据。首先，在幼虫发育方面，不同饲料处理对化蛹时间没有显著影响，所有幼虫均在产卵后平均14天化蛹。但对羽化时间有显著影响，其中摄食猕猴桃花粉的幼虫羽化最快，而摄食A. psidii夏孢子的幼虫羽化时间处于中间水平，与柳树花粉组无显著差异，但显著早于摄食Melampsora sp.夏孢子和纯人工饲料的组别。其次，在体重方面，不同饲料对成虫干重无显著影响，但对鲜重有影响，摄食Melampsora sp.夏孢子的蜜蜂鲜重最低，而摄食A. psidii夏孢子的蜜蜂鲜重虽低于纯人工饲料组，但与两种花粉饲料组无显著差异。最关键的是幼虫存活率，摄食A. psidii夏孢子的幼虫平均存活率为78.7%，虽略低于两种花粉饲料（猕猴桃88.5%，柳树86.9%）和纯人工饲料（83.6%），但差异不显著，且远高于仅达到62.3%存活率的Melampsora sp.夏孢子饲料组（该组未能达到体外育幼>70%存活率的最低阈值）。进一步分析发现，总必需氨基酸浓度与存活率无显著关联，但蛋白质含量与存活率呈显著正相关，苏氨酸浓度则与存活率呈负相关。这些结果表明，A. psidii夏孢子能够支持蜜蜂幼虫正常的生长发育和存活，其营养价值与高质量花粉相当，并非所有真菌孢子都具备同等的营养价值。
该研究通过系统的实验验证，得出结论：西方蜜蜂（Apis mellifera）与入侵性锈菌桃金娘锈菌（Austropuccinia psidii）之间，确实存在着形成一种新型互利共生关系的现实基础。研究证实了这种关系成立所需的前两个关键条件：一是蜜蜂能够采集并将具有活力的A. psidii夏孢子带入蜂巢，且这些孢子在蜂巢环境中至少能保持9天的活力，这为通过商业蜂群运输实现病原的远距离传播提供了可能；二是这些夏孢子对蜜蜂具有显著的营养价值，其蛋白质和必需氨基酸组成满足蜜蜂需求，并能支持幼虫正常发育至成虫，这意味着蜜蜂采集这些孢子可能是一种有益的觅食策略，而非错误。
这项研究的意义深远，它同时挑战了植物病理学和传粉生态学中的两个传统范式：即锈菌仅依赖风媒传播，以及花粉是蜜蜂唯一自然的蛋白质来源。二者之间潜在的“入侵性互利共生”关系，可能形成一个危险的反馈循环：锈病爆发导致桃金娘科蜜粉源植物减少，迫使蜜蜂更多依赖夏孢子作为替代蛋白源，而这又进一步促进了锈菌的传播，加剧植物衰退，最终破坏植物-传粉者网络和生态系统健康。研究强调，必须将蜜蜂等传粉昆虫视为入侵植物病原体的潜在传播媒介，并将其纳入病原体传播的流行病学模型以及生物安全和保护策略的制定中。目前，无论是澳大利亚的桃金娘锈病国家行动计划还是新西兰的监测计划，都尚未将养蜂业和商业授粉服务列为风险评估或监管的目标传播途径。因此，认识到并开始管理这一非传统的传播途径，对于减缓桃金娘锈病的蔓延、保护受威胁的生物多样性至关重要。未来的研究需要进一步验证互利共生的第三个条件——蜜蜂传播的夏孢子能否成功侵染新寄主，并量化虫媒传播与风媒传播在不同景观和季节中的相对贡献，从而为制定更有效的干预措施提供科学依据。
