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  在國家自然科學基金項目（項目編號：31500528，31170611）等資助下，浙江大學昆蟲科學研究所開展的培菌白蟻轉化木質纖維素機制研究取得重要進展。相關研究成果以“Lignocellulose pretreatment in a fungus-cultivating termite”（培菌白蟻的木質纖維素預處理策略）為題于近日在線發表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA上。

  該研究表明培菌白蟻系統具有驚人的木質素解聚效率和巨大開發潛力，得到了美國能源部等媒體的關注并進行了報道（https://www.glbrc.org/research/highlights/fungus-cultivating-termites-exhibit-strikingly-rapid-and-efficient-degradation）。李鴻杰博士和美國林業產物研究中心（USDA FPL）的Daniel J. Yelle博士為共同第一作者。莫建初教授和美國能源部大湖生物質研究中心（GLBRC）的John Ralph教授及Cameron R. Currie教授為通訊作者，浙江大學農業與生物技術學院昆蟲科學研究所農業部農業昆蟲學重點實驗室為通訊作者單位。

  木質纖維素作為可再生原料，是人類未來理想的資源和能源。然而，植物細胞壁化學成分和結構復雜，其中高分子聚合物木質素作為纖維素和半纖維素等多糖組分的外部屏障，是目前制約木質纖維原料高效轉化和利用的關鍵因素。白蟻是自然界木質纖維素的重要利用者，它們具有獨特的高效轉化木質纖維素的能力，其中培菌白蟻對木質纖維素的降解轉化率更高達90%以上。因此，白蟻轉化木質纖維素的機制一直受到世界科學家的廣泛關注。浙江大學莫建初科研團隊近年來在國際上率先突破培菌白蟻室內飼養技術的基礎上，明確了培菌白蟻在食物處理過程中不同年齡個體的分工行為。同時，通過培菌白蟻巢內和腸道內共生微生物群落結構的研究，揭示了年輕工蟻和年老工蟻腸道細菌群落結構差異，闡明了培菌白蟻不同年齡工蟻與其共生微生物協同降解木質纖維素的過程機制（見圖）。他們綜合運用電鏡觀測、植物全胞壁二維核磁共振、熱裂解氣相色譜等技術對木質纖維素顆粒在培菌白蟻消化系統中的動態變化進行深入研究后，發現培菌白蟻的年輕工蟻可快速打開木質素的碳-碳化學鍵并利用半纖維素側鏈上的糖作為食物，徹底解除多糖組分中纖維素和半纖維素的外部物理屏障，巢內菌圃上的真菌和細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。該項研究從生物和化學維度首次揭示了亞洲和非洲熱帶與亞熱帶森林生態系統內培菌白蟻是如何與共生微生物協同高效轉化和利用木質纖維素的機理。這一重要發現表明，自然生物系統轉化生物質的效率遠超過人們的預期，進一步對培菌白蟻及其共生微生物開展研究，對生物質資源化與能源化開發具有十分重要的意義。

圖. 培菌白蟻和共生微生物對木質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