近日，植保所抗蟲功能基因研究與利用創(chuàng)新團隊抗蟲生物技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)在國際知名期刊《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)昆蟲白星花金龜（ Protaetia brevitarsis ）幼蟲與腸道微生物協(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”。首先，其成蟲是一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲，為害包括玉米、葵花等作物，葡萄、梨等果樹的花和果實；然而，其幼蟲為腐食性，不為害植物，是一種資源昆蟲，可以將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的昆蟲蛋白與脂肪，已經(jīng)作為“微家畜”被馴養(yǎng)。該團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，其幼蟲轉(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），對植物有較好的生長促進作用。上述研究進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方面都顯示出較好的應(yīng)用潛力。

 

　　本次研究，該團隊利用前期完成的基因組測序成果，結(jié)合腸道微生物組，在共生功能體（Holobiont）水平對白星花金龜幼蟲高效消化秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的機制進行了探究。研究發(fā)現(xiàn)，在消化過程中，腸道菌群提供了主要的木質(zhì)纖維素水解酶，而白星花金龜幼蟲提供了生理性功能互補，整個消化過程如同一條精密設(shè)計的微生物發(fā)酵生產(chǎn)線，兩者相互協(xié)作，對木質(zhì)纖維素等有機質(zhì)進行多步驟的消化利用。首先，白星花金龜幼蟲口器咀嚼磨碎木質(zhì)纖維素；進一步，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溶解后的木質(zhì)纖維素進行消化；最后，發(fā)酵消化后的殘渣經(jīng)過直腸脫水，由肛門排出體外。相關(guān)機制的解析為推進白星花金龜在農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，該團隊進一步將重點圍繞無害化、可推廣的品系培育開展研究，實現(xiàn)“變害為寶”。

 

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

 

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