莫建初  李鸿杰

浙江大学昆虫科学研究所，杭州310058

台湾乳白蚁是一种能以活立树木、伐桩和枯死木等为食的社会性昆虫，在长期的进化过程中,它形成了高效自然转化和利用木质纤维素的独特机制。为了阐明这一机制运行的内在规律,在过去的一年多时间里，我们利用扫描电镜、傅里叶近红外光谱仪和高效液相色谱等仪器设备，对其影响木质纤维素颗粒物理和化学结构的情况作了研究。结果表明，台湾乳白蚁肠道对木质纤维素颗粒有显著的动态消化降解过程。与自然的木材颗粒相比，前肠中的木质纤维素颗粒的大小约为20-110μm，其结构上有显著地挤压及扭曲形变；中肠中木质纤维素颗粒表现出明显的木质纤维素结构的改变，包括木质素及半纤维素的脱落、长链纤维素的裸露等；后肠前胃中的木质纤维素颗粒显示出较短的纤维素链、脱落更多木质素物质；直肠中的木质纤维素颗粒几乎不含有纤维素链而存有大量木质素及木质素衍生物。经过台湾乳白蚁的消化与降解后，马尾松木块中的纤维素含量从49.6%降低到22.5%，总木质素含量从自然木块中的28.9%增加到白蚁排泄物中的59.2%，半纤维素含量从10.7%降低到1.8%。进一步的化学结构研究显示，木质纤维素颗粒经过台湾乳白蚁肠道的过程中，在其体内酶系和菌系的作用下，木质纤维素的化学官能团发生了很大的改变。木质纤维素结构中原本与木质素苯环相连的羰基断裂，木质素苯环中C-H键断裂，木质素组分松柏醇甲氧基中的C-O键断裂，晶状纤维素的结构发生改变和非晶纤维素被转化利用。这些情况表明，木质纤维素经过白蚁肠道的生化作用后，发生了包括去甲基、去甲氧基及苯环侧链断裂等的化学官能团改变。随后的酶学研究结果表明，与自然的马尾松木的酶解率(14.7%)相比，台湾乳白蚁排泄物的酶解效率显著提高，达到了28.5%。这说明经过台湾乳白蚁肠道后，木质纤维素的结构发生了很大改变，使得它们更易被纤维素酶攻击，从而导致酶解效率大为提高。