培菌白蚁菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展

• 作者: 李鸿杰 梁世优 殷学杰 王成盼 莫建初
• 来源期刊: 昆虫学报
• 学科: 生物学
• 关键词: 培菌白蚁 菌圃 微生物 木质纤维素 共生真菌
• 年，卷（期）: 2019,（11）
• 所属期刊栏目: 综述
• 页码范围: 1325-1334
• 页数: 10页
• 分类号: Q968
• 语种: 中文
• DOI: 10.16380/j.kcxb.2019.11.010

摘要

白蚁及其共生微生物协同降解植物细胞壁的机理一直被世界各国科学家所关注.培菌白蚁作为高等白蚁,相比低等食木白蚁具有更多样化的食性,其利用外共生系统“菌圃”,对多种植物材料进行处理.本文综述了菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展,以期为深入研究菌圃中木质纤维素降解过程及其机制,并挖掘利用菌圃降解木质纤维素的能力及仿生模拟菌圃开发新的生物质利用系统提供参考.培菌白蚁在其巢内利用由植物材料修建的多孔海绵状结构——“菌圃”来培养共生真菌鸡枞菌Termitomyces spp.,形成了独特的木质纤维素食物降解和消化策略,使木质纤维素在培菌白蚁及其共生微生物协同作用下被逐步降解.幼年工蚁取食菌圃上的共生真菌菌丝组成的小白球和老年工蚁觅得食物并排出粪便堆积到菌圃上成为上层菌圃.这一过程中,被幼年工蚁取食的共生真菌释放木质素降解酶对包裹在植物多糖外部的木质素屏障进行解聚.菌圃微生物(包括共生真菌)对解聚的木质素基团进一步降解,将多糖长链或主链剪切成短链,使菌圃基质自下而上被逐步降解.最后下层的老熟菌圃被老年工蚁取食,其中肠的内源酶系及后肠微生物将这些短链进一步剪切和利用.因此,蚁巢菌圃及其微生物是培菌白蚁高效转化利用木质纤维素的基础.化学层面的研究表明,菌圃能够实现对植物次生物质解毒和植物纤维化学结构解构.对共生真菌相关酶系的研究显示可能其在菌圃的植物纤维化学结构和植物次生物质的降解中发挥了作用,但不同属共生真菌间其效率和具体功能不尽相同.而菌圃中的细菌是否发挥了作用和哪些细菌类群发挥了作用等仍有待进一步的研究.相比于低等食木白蚁利用其后肠共生微生物降解木质纤维素,培菌白蚁利用菌圃降解木质纤维素具有非厌氧和能处理多种类型食物两大优势,仿生模拟菌圃降解木质纤维素的机制对林地表面枯枝落叶的资源化利用具有重要意义.