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  在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：31500528，31170611）等資助下，浙江大學(xué)昆蟲(chóng)科學(xué)研究所開(kāi)展的培菌白蟻轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素機(jī)制研究取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Lignocellulose pretreatment in a fungus-cultivating termite”（培菌白蟻的木質(zhì)纖維素預(yù)處理策略）為題于近日在線(xiàn)發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA上。

  該研究表明培菌白蟻系統(tǒng)具有驚人的木質(zhì)素解聚效率和巨大開(kāi)發(fā)潛力，得到了美國(guó)能源部等媒體的關(guān)注并進(jìn)行了報(bào)道（https://www.glbrc.org/research/highlights/fungus-cultivating-termites-exhibit-strikingly-rapid-and-efficient-degradation）。李鴻杰博士和美國(guó)林業(yè)產(chǎn)物研究中心（USDA FPL）的Daniel J. Yelle博士為共同第一作者。莫建初教授和美國(guó)能源部大湖生物質(zhì)研究中心（GLBRC）的John Ralph教授及Cameron R. Currie教授為通訊作者，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院昆蟲(chóng)科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為通訊作者單位。

  木質(zhì)纖維素作為可再生原料，是人類(lèi)未來(lái)理想的資源和能源。然而，植物細(xì)胞壁化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中高分子聚合物木質(zhì)素作為纖維素和半纖維素等多糖組分的外部屏障，是目前制約木質(zhì)纖維原料高效轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵因素。白蟻是自然界木質(zhì)纖維素的重要利用者，它們具有獨(dú)特的高效轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素的能力，其中培菌白蟻對(duì)木質(zhì)纖維素的降解轉(zhuǎn)化率更高達(dá)90%以上。因此，白蟻轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素的機(jī)制一直受到世界科學(xué)家的廣泛關(guān)注。浙江大學(xué)莫建初科研團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在國(guó)際上率先突破培菌白蟻室內(nèi)飼養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，明確了培菌白蟻在食物處理過(guò)程中不同年齡個(gè)體的分工行為。同時(shí)，通過(guò)培菌白蟻巢內(nèi)和腸道內(nèi)共生微生物群落結(jié)構(gòu)的研究，揭示了年輕工蟻和年老工蟻腸道細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異，闡明了培菌白蟻不同年齡工蟻與其共生微生物協(xié)同降解木質(zhì)纖維素的過(guò)程機(jī)制（見(jiàn)圖）。他們綜合運(yùn)用電鏡觀(guān)測(cè)、植物全胞壁二維核磁共振、熱裂解氣相色譜等技術(shù)對(duì)木質(zhì)纖維素顆粒在培菌白蟻消化系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行深入研究后，發(fā)現(xiàn)培菌白蟻的年輕工蟻可快速打開(kāi)木質(zhì)素的碳-碳化學(xué)鍵并利用半纖維素側(cè)鏈上的糖作為食物，徹底解除多糖組分中纖維素和半纖維素的外部物理屏障，巢內(nèi)菌圃上的真菌和細(xì)菌則將多糖組分剪切至更易降解利用的寡糖，年老工蟻取食富含寡糖的菌圃作為食物。該項(xiàng)研究從生物和化學(xué)維度首次揭示了亞洲和非洲熱帶與亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)培菌白蟻是如何與共生微生物協(xié)同高效轉(zhuǎn)化和利用木質(zhì)纖維素的機(jī)理。這一重要發(fā)現(xiàn)表明，自然生物系統(tǒng)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的效率遠(yuǎn)超過(guò)人們的預(yù)期，進(jìn)一步對(duì)培菌白蟻及其共生微生物開(kāi)展研究，對(duì)生物質(zhì)資源化與能源化開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。

圖. 培菌白蟻和共生微生物對(duì)木質(zhì)纖維原料的加工和處理流程

  論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2017/04/18/1618360114