植物材料种类对黑翅土白蚁取食和培养共生微生物的影响研究

发布时间：2020-10-21 16:47

　　 白蚁作为一种完全社会性昆虫,其巢群内不同品级个体通过分工协作成为自然界中降解木质纤维素最为高效的生物。而培菌白蚁能够专一性培植体外共生真菌蚁巢伞,凭借白蚁-真菌-细菌所形成的共生系统,成为热带地区植物残体的主要降解者。本文以黑翅土白蚁共生系统为研究对象,在比较黑翅土白蚁对不同植物材料的取食偏好性和菌圃成分对蚁巢伞生长的影响的基础之上,探索黑翅土白蚁共生蚁巢伞对木质纤维素的降解能力,以及植物材料对其构建菌圃的影响。主要研究内容包括:(1)利用10种单一植物材料(堆积1个月橡树叶、堆积2个月橡树叶、堆积3个月橡树叶、榆树木屑、马尾松木屑、杨树木屑、橡树木屑、桑树木屑、洋槐木屑、泡桐木屑)作为饵料,比较黑翅土白蚁对其取食情况。结果表明,黑翅土白蚁对各单一饵料的开始取食时间并无显著差异,但对榆树木屑的取食量和取食率显著高于其他饵料,对各单一饵料取食偏好性由高到低依次为榆树木屑、堆积3个月橡树叶、堆积2个月橡树叶、堆积1个月橡树叶、桑树木屑、洋槐木屑、橡树木屑,而几乎不取食泡桐木屑、马尾松木屑和杨树木屑。在单一饵料试验的基础上,利用取食偏好性最高的榆树木屑和橡树叶以不同质量比进行混配作为饵料,结果表明,黑翅土白蚁对各饵料取食偏好并无显著差异,且对单一榆树木屑的偏好性略高于混合饵料。(2)利用去离子水和正戊烷浸提黑翅土白蚁菌圃不同成分,并作为添加剂加入改良马丁培养基中,比较不同成分对蚁巢伞生长的影响。结果表明,在改良马丁培养基中添加不同成分后,并不能促进蚁巢伞生长面积的增加,甚至部分出现抑制效果;但在部分处理中,蚁巢伞生物量显著增加。此外,本研究也以等量干燥菌圃粉末替代改良马丁培养基中不同成分,测量不同培养基上蚁巢伞生长面积和生物量。结果表明,各处理蚁巢伞生长面积并无显著差异,但以菌圃替代葡萄糖时,蚁巢伞生物量极显著高于对照组;以菌圃替代蛋白胨或MgSO4 · 7H20时,蚁巢伞生物量也显著高于对照组。(3)利用不同状态蚁巢伞(黑翅土白蚁菌圃、固体培养蚁巢伞、液体培养蚁巢伞)作为木质纤维素降解菌,分别接种到未经预处理和经密褐褶孔菌预处理的植物材料中,测量其对木质纤维素的降解效果。结果表明,3种状态蚁巢伞对未经预处理和经密褐褶孔菌预处理材料木质纤维素均有一定的降解能力,且对经预处理材料木质纤维素降解能力强于未经预处理材料。对纤维素和半纤维素的降解能力均为菌圃固体培养蚁巢伞液体培养蚁巢伞,对木质素的降解能力均为固体培养蚁巢伞菌圃液体培养蚁巢伞。(4)利用3种农业废弃物(水稻秸秆、玉米秸秆、牛粪)和3种林业废弃物(榆树木屑、杉树木屑、桑树木屑)经过不同的预处理后,作为食物供黑翅土白蚁取食,比较其新建菌圃pH、水分含量、粗蛋白含量、半纤维素含量、纤维素含量、木质素含量和灰分含量。结果表明,黑翅土白蚁对不同种类食物的取食存在差异,且取食部分食物后并不能建成新的菌圃。整体而言,取食农业废弃物新建菌圃的pH值、半纤维素、灰分含量明显高于取食林业废弃物新建菌圃,但取食农业废弃物新建菌圃木质素含量明显低于取食林业废弃物新建菌圃。(5)利用高通量测序比较黑翅土白蚁取食不同食物(橡树枝、橡树叶、混合食物)后,新建各层菌圃细菌多样性差异。结果表明,取食不同食物新建菌圃细菌丰富度均为中层最高,上层和下层较低;而细菌多样性则因食物种类而存在差异,但上层菌圃和中层菌圃均高于下层菌圃。并且,在菌圃成熟的过程中,菌圃优势细菌由拟杆菌门逐渐变为变形菌门,螺旋菌门和互养菌门细菌则随着菌圃的成熟而消失。此外,螺旋菌门细菌在黑翅土白蚁肠道中并不存在,而本研究在菌圃中检测到了具有固氮和降解木质材料能力的密螺旋体属细菌。同时也检测到了具有解毒作用的伯克氏菌属和苍白杆菌属细菌,可能具有木质纤维素降解能力的厚壁菌门和拟杆菌门营发酵单胞菌属细菌,以及能够产酸的乳球菌属细菌等。综上所述,本研究筛选出了黑翅土白蚁偏好取食的植物材料,发现了黑翅土白蚁菌圃对蚁巢伞生物量生长的促进作用,验证了蚁巢伞对木质纤维素的降解能力,比较了植物材料对黑翅土白蚁构建菌圃的影响。通过本文的研究,不仅为黑翅土白蚁饵料研发提供新的原材料,也为加快培养基上蚁巢伞菌丝体生长提供了新的方法,更为将蚁巢伞应用于生物质能源领域和蚁巢伞作为食用菌的人工栽培提供理论基础。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q968
【部分图文】：

第１章文献综述??生物质能是目前的第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气，是被应用最为广泛的??可再生能源（图１．２）?（Ｔｏｋｌｕ，２０１７）。生物质中含有的糖类、木质纤维素、淀粉等均可作??为原料用于生物乙醇的制备（陈辉和陆善祥，２００７）；利用植物油、动物油等为原料也可??生产脂肪酸甲酯等生物柴油，既可作为生物燃料，也可作为柴油机燃料的添加剂（石文??英等，２０１６）；人蓄粪便和植物秸秆等农林生活废弃物也可应用于发酵制备沼气（罗志刚，??２０１６）；通过光合生物或厌氧发酵两种途径，利用生物质制氢也处于探索之中（徐丽华等，??２０１６）。生物质能源属于低碳能源，发展和利用生物质能源有利于建立可持续的能源系统，??进而改善人民生活和生态环境条件。我国生物质能源的发展与发迖国家仍有一定差距，??发展生物质能源是能源转型的必经之路，同时，我国生物质能源也蕴藏着巨大的发展潜??力

第１章文献综述??生物质能是目前的第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气，是被应用最为广泛的??可再生能源（图１．２）?（Ｔｏｋｌｕ，２０１７）。生物质中含有的糖类、木质纤维素、淀粉等均可作??为原料用于生物乙醇的制备（陈辉和陆善祥，２００７）；利用植物油、动物油等为原料也可??生产脂肪酸甲酯等生物柴油，既可作为生物燃料，也可作为柴油机燃料的添加剂（石文??英等，２０１６）；人蓄粪便和植物秸秆等农林生活废弃物也可应用于发酵制备沼气（罗志刚，??２０１６）；通过光合生物或厌氧发酵两种途径，利用生物质制氢也处于探索之中（徐丽华等，??２０１６）。生物质能源属于低碳能源，发展和利用生物质能源有利于建立可持续的能源系统，??进而改善人民生活和生态环境条件。我国生物质能源的发展与发迖国家仍有一定差距，??发展生物质能源是能源转型的必经之路，同时，我国生物质能源也蕴藏着巨大的发展潜??力

在培菌白蚁巢群中，老年工蚁外出采集木质食物，并运回巢内建立食物堆；年轻工??蚁取食巢内堆积的食物，以及含有蚁巢伞分生孢子的小白球，经初步消化后迅速将带有??蚁巢伞分生孢子的初级粪便排出体外，堆砌在菌圃上表面作为新建菌圃；蚁巢伞以菌圃??为营养基质，孢子萌发并逐渐产生小白球，同时也进一步对初步降解的木质纤维素类食??物进行降解，使新鲜菌圃逐渐成为成熟菌圃；老年工蚁取食成熟菌圃，并使木质食物被??彻底消化，排出最终粪便（图?１．５）?（Ｐｏｕｌｓｅｎ，?２０１５；ＬｉｅＭ／．，２０１６；Ｌｉｅ／ａ／．，２０１７）。幼蚁、??兵蚁、蚁王蚁后，以及刚蛻皮的工蚁则通过年轻工蚁的交哺作用（ｔｒｏｐｈａｌｌａｘｉｓ）获得营养??（Ｌｉ?ｅ／ａ／．，?２０１６；?Ｓａｐｏｕｎｔｚｉｓｅ／ａ／．，?２０１６）。在健壮的白蚁巢内，由于白蚁分泌抑制其他真菌??生长的抑菌物质，同时掩埋杂菌，且巢内具有特殊的理化环境，因而蚁巢伞是巢内的优??势真菌；而当蚁巢逐渐虚弱或死亡时，菌圃上的小白球不能健康生长，炭角菌（Ｘｊ／ａｒ／ａ）??则取代蚁巢伞成为巢内的优势真菌（陈宛如等，１９９０；?Ｋａｔａｒｉｙａｅ／ａ／．，２０ｌ７ｂ）。这也间接??为Ｋａｔａｒｉｙａ等人（２０１８）的研究提供了例证，他们认为白蚁巢内的微环境并没有完全抑??制杂菌的生长，相反，巢内的动态环境条件使各种微生物在不同程度的范围内共存。??Ａ?Ｃｏｌｏｎｙ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ｂｙ?ａ?ｒｏｙａｌ?ｐａｉｒ?Ｃ?Ｍａｔｕｒｅ?ｆｕｎｇｕｓ－ｇｒｏｗｉｎｇ?ｔｅｒｍｉｔｅ?ｃｏｌｏｎｙ??
【参考文献】

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本文编号：2850367