近日，植保所抗蟲(chóng)功能基因研究與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)抗蟲(chóng)生物技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)在國(guó)際知名期刊《Microbiome》上發(fā)表了題為“Lignocellulose degradation in  Protaetia brevitarsis  larvae digestive tract: refining on a tightly designed microbial fermentation production line”的研究論文，該論文揭示了重要農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)白星花金龜（ Protaetia brevitarsis ）幼蟲(chóng)與腸道微生物協(xié)作，高效消化秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的機(jī)制。

 

　　白星花金龜屬鞘翅目金龜甲科，是一種極具應(yīng)用前景的“害蟲(chóng)”。首先，其成蟲(chóng)是一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)，為害包括玉米、葵花等作物，葡萄、梨等果樹(shù)的花和果實(shí)；然而，其幼蟲(chóng)為腐食性，不為害植物，是一種資源昆蟲(chóng)，可以將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的昆蟲(chóng)蛋白與脂肪，已經(jīng)作為“微家畜”被馴養(yǎng)。該團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，其幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的糞砂含有大量生物腐殖酸（含量為常規(guī)堆肥10倍、結(jié)構(gòu)與土壤腐殖酸相似），對(duì)植物有較好的生長(zhǎng)促進(jìn)作用。上述研究進(jìn)展表明白星花金龜在農(nóng)業(yè)廢棄物高值利用、耕地修復(fù)、糧食安全與土壤碳封存等多個(gè)方面都顯示出較好的應(yīng)用潛力。

 

　　本次研究，該團(tuán)隊(duì)利用前期完成的基因組測(cè)序成果，結(jié)合腸道微生物組，在共生功能體（Holobiont）水平對(duì)白星花金龜幼蟲(chóng)高效消化秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的機(jī)制進(jìn)行了探究。研究發(fā)現(xiàn)，在消化過(guò)程中，腸道菌群提供了主要的木質(zhì)纖維素水解酶，而白星花金龜幼蟲(chóng)提供了生理性功能互補(bǔ)，整個(gè)消化過(guò)程如同一條精密設(shè)計(jì)的微生物發(fā)酵生產(chǎn)線，兩者相互協(xié)作，對(duì)木質(zhì)纖維素等有機(jī)質(zhì)進(jìn)行多步驟的消化利用。首先，白星花金龜幼蟲(chóng)口器咀嚼磨碎木質(zhì)纖維素；進(jìn)一步，中腸的堿性環(huán)境溶解木質(zhì)纖維素；后腸的近中性環(huán)境為腸道菌群提供了適宜的發(fā)酵環(huán)境，而腸道菌群合成大量水解酶對(duì)溶解后的木質(zhì)纖維素進(jìn)行消化；最后，發(fā)酵消化后的殘?jiān)?jīng)過(guò)直腸脫水，由肛門(mén)排出體外。相關(guān)機(jī)制的解析為推進(jìn)白星花金龜在農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將重點(diǎn)圍繞無(wú)害化、可推廣的品系培育開(kāi)展研究，實(shí)現(xiàn)“變害為寶”。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士后王奎為論文第一作者，束長(zhǎng)龍研究員為論文通訊作者，該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-022-01291-2