Effects of simulated gut pH environment on bacterial composition and pheromone production of Dendroctonus valens  

模擬腸道pH環(huán)境對紅脂大小蠹（Dendroctonus valens）細菌組成及信息素產生的影響  

來源：Insect Science (2023) 0, 1–11

《昆蟲科學》（2023年）第0卷第1-11頁

 

摘要內容

 

研究探究了不同pH飲食（自然狀態(tài)油松樹皮pH 4.7、弱酸性pH 6、強酸性pH 4）對紅脂大小蠹（Dendroctonus valens）腸道pH、菌群組成及聚集信息素馬鞭草酮（verbenone）產量的影響。結果表明：  

腸道pH變化：pH 6飲食顯著升高腸道pH，pH 4飲食則進一步降低腸道酸性（圖1）。  

 

 

菌群響應：pH偏離自然狀態(tài)（pH 4.7）導致優(yōu)勢菌門變形菌門（Proteobacteria）豐度顯著降低（pH 4組僅46.8%，對照組74.5%），腸桿菌屬（Enterobacter）豐度減少（表3，圖5）。  

 

 

 

信息素產量：腸道馬鞭草酮產量在pH 4和pH 6飲食組顯著下降（對照組12.5 ng/mg → pH 4組3.2 ng/mg，圖6）。  

 

 

體外驗證：關鍵菌株（Enterobacter xiangfangensis和Serratia liquefaciens）在模擬自然腸道pH（6）時馬鞭草酮轉化率最高，pH 4時顯著降低（圖7）。  

 

 

結論：腸道pH通過調控菌群組成影響信息素生產，進而可能干擾紅脂大小蠹的聚集行為。  

 

研究目的

闡明飲食pH如何改變紅脂大小蠹腸道pH環(huán)境。  

 

揭示腸道pH變化對菌群結構及關鍵信息素馬鞭草酮產量的影響。  

 

驗證特定菌株在pH梯度下的信息素轉化能力，解析菌群-宿主互作機制。  

 

研究思路

實驗設計：野外捕獲成蟲分為4組——對照組（自然狀態(tài)）、油松樹皮組（pH 4.7）、pH 6人工飼料組、pH 4人工飼料組，飼喂14天。  

 

多維度檢測：  

 

腸道pH：Unisense微電極測量（圖1）。  

 

菌群分析：16S rDNA測序分析α/β多樣性（表1，圖2-5）。  

 

 

 

 

 

信息素定量：GC-MS測定腸道馬鞭草酮含量（圖6）。  

 

體外驗證：分離菌株在pH 4/pH 6培養(yǎng)基中測定信息素轉化能力（圖7）。  

統(tǒng)計分析：ANOVA檢驗組間差異，PCoA分析菌群結構差異（圖3）。  

 

測量數(shù)據(jù)、來源及研究意義

腸道pH值（圖1）：  

 

數(shù)據(jù)：pH 4組腸道pH最低（3.8），pH 6組最高（5.2），對照組與油松組無差異（約4.7）。  

 

意義：證實飲食pH直接調控腸道酸堿度，為菌群變化提供環(huán)境背景。  

菌群α多樣性（表1）：  

 

數(shù)據(jù)：pH 4和pH 6組Shannon指數(shù)顯著升高（5.58 vs 對照組2.52），但變形菌門豐度降低。  

 

意義：pH偏離自然狀態(tài)增加菌群多樣性但減少關鍵功能菌（如腸桿菌屬）。  

菌群結構（圖3-5）：  

 

數(shù)據(jù)：PCoA顯示pH 4/pH 6組菌群顯著區(qū)別于對照組（R2=0.365, P=0.001）；腸桿菌屬在pH 4組豐度降至27.1%（對照組61.0%）。  

 

意義：pH變化重塑菌群組成，影響信息素合成功能菌的定植。  

馬鞭草酮產量（圖6）：  

 

數(shù)據(jù)：pH 4組信息素濃度下降74%（3.2 ng/mg vs 對照組12.5 ng/mg）。  

 

意義：證實pH通過菌群調控信息素生產，可能削弱昆蟲聚集行為。  

菌株體外轉化（圖7）：  

 

數(shù)據(jù)：E. xiangfangensis在pH 6時產素量（35 ng/mL）顯著高于pH 4（18 ng/mL）。  

 

意義：直接驗證pH通過影響細菌代謝活性調控信息素合成效率。  

 

結論

腸道pH調控菌群：pH偏離自然狀態(tài)（4.7）顯著降低變形菌門及腸桿菌屬豐度，破壞核心功能菌群。  

 

信息素生產受損：pH 4和pH 6飲食均抑制馬鞭草酮合成，其中pH 4影響更顯著（降幅74%）。  

 

菌株敏感性差異：腸桿菌屬對pH變化敏感，其代謝活性（信息素轉化）在pH 6最優(yōu)，pH 4受抑。  

 

生態(tài)啟示：飲食驅動的腸道pH變化可能干擾紅脂大小蠹聚集行為，為入侵種防控提供新思路（如調節(jié)宿主樹pH）。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

 

實驗中采用Unisense pH微電極（REF321，10μm針尖）測量昆蟲腸道pH，其核心價值在于：  

微創(chuàng)精準測量：  

 

10μm超細針尖可穿刺微小昆蟲腸道（紅脂大小蠹體長約8mm），避免組織損傷，保障體內真實pH數(shù)據(jù)可靠性。  

動態(tài)環(huán)境模擬：  

 

實時監(jiān)測證實飲食pH對腸道環(huán)境的即時影響（如pH 4飲食使腸道pH降至3.8），為菌群響應提供直接環(huán)境參數(shù)。  

技術不可替代性：  

 

傳統(tǒng)pH試紙或宏觀電極無法適用于微觀昆蟲腸道，Unisense微電極填補了昆蟲微環(huán)境原位監(jiān)測的技術空白。  

機制關聯(lián)支撐：  

 

精準pH數(shù)據(jù)與菌群變化（圖5）、信息素產量（圖6）的定量關聯(lián)，為"pH-菌群-行為"級聯(lián)效應提供實證基礎。