【摘要】：在自然界中,白蟻和真菌之間存在密切的關(guān)系,如共生關(guān)系、寄生關(guān)系和致病關(guān)系。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)圓唇散白蟻Reticulitermes labralis和黑胸散白蟻Reticulitermes chinensis工蟻會(huì)搬運(yùn)真菌Fibulorhizoctonia sp.放到巢內(nèi),而尖唇散白蟻Reticulitermes aculabialis即使發(fā)現(xiàn)了菌核也不會(huì)將其搬到巢中。為了探究工蟻收集真菌Fibulorhizoctonia sp.的目的,本研究揭示了菌核在白蟻巢中的發(fā)育及工蟻取食菌絲的行為;完成了圓唇散白蟻、黑胸散白蟻和尖唇散白蟻工蟻及其腸道微生物的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,分析這三種散白蟻工蟻降解木質(zhì)素的酶相關(guān)基因的表達(dá);比較巢中有菌核和無(wú)菌核存在時(shí),工蟻降解木質(zhì)素的酶相關(guān)基因表達(dá)水平的變化,探討影響白蟻搬運(yùn)菌核的原因。本研究得到的主要結(jié)果和結(jié)論包括:1.菌核在白蟻巢中的發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)真菌Fibulorhizoctonia sp.在白蟻巢內(nèi)不產(chǎn)生新菌核。我們通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)圓唇散白蟻和黑胸散白蟻將真菌Fibulorhizoctonia sp.菌核搬入白蟻巢中,與卵放在一起。我們發(fā)現(xiàn)菌核萌發(fā)出菌絲,但是菌絲很快消失。表明菌核在白蟻巢中可以萌發(fā)菌絲,菌絲被白蟻取食。7個(gè)月之后,我們發(fā)現(xiàn)菌核被工蟻丟棄在巢中各處,并被工蟻用排泄物包裹起來(lái)。菌核只剩棕色的外殼,內(nèi)部的菌絲完全消失,菌核整體呈現(xiàn)中空的狀態(tài)。2.白蟻取食菌絲的實(shí)驗(yàn)表明工蟻將菌核搬入巢中是為了取食菌核萌發(fā)的菌絲。將萌發(fā)菌絲的菌核放在黑胸散白蟻巢中,24h后菌核萌發(fā)的菌絲數(shù)量減少。在圓唇散白蟻巢中同時(shí)放入萌發(fā)菌絲的菌核和由菌絲組成的菌絲球,發(fā)現(xiàn)工蟻大多數(shù)時(shí)間都圍著菌絲球,很少去菌核所在的地方。將萌發(fā)菌絲的菌核使用剛果紅溶液進(jìn)行染色之后,將其放入圓唇散白蟻巢中。24h后,工蟻的腹部腸道內(nèi)出現(xiàn)明顯的紅色。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明白蟻會(huì)取食菌絲,取食菌絲可能是白蟻將菌核從巢外搬去巢中的原因。3.對(duì)這三種散白蟻工蟻及其腸道微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,每個(gè)轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù)量都超過(guò)了11G。尖唇散白蟻工蟻(R.aculabialis worker,RAW)組裝出208,242個(gè)Unigene,黑胸散白蟻工蟻(R.chinensis worker,RCW)組裝出242,801個(gè)Unigene,圓唇散白蟻工蟻(R.labralis worker,RLW)組裝出274,060個(gè)Unigene。三種散白蟻工蟻轉(zhuǎn)錄組通過(guò)BLASTX程序比對(duì)四大數(shù)據(jù)庫(kù)(Nr、Swissprot、KEGG和KOG),RAW注釋到71,838個(gè)Unigene,RCW注釋到97,257個(gè)Unigene,RLW注釋到83,709個(gè)Unigene。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)這三種散白蟻降解木質(zhì)素的酶都僅有漆酶。在RAW中,我們發(fā)現(xiàn)4個(gè)漆酶相關(guān)基因表達(dá);在RCW中有9個(gè)漆酶相關(guān)基因表達(dá);在RLW中有9個(gè)漆酶相關(guān)基因表達(dá)。4.qRT-PCR分析10個(gè)漆酶相關(guān)基因在這三種散白蟻工蟻中的差異表達(dá)。結(jié)果顯示,其中8個(gè)漆酶基因在尖唇散白蟻中比其他兩種散白蟻的表達(dá)水平顯著高(P0.05),尖唇散白蟻漆酶基因的相對(duì)表達(dá)水平最高是圓唇散白蟻的28倍,是黑胸散白蟻的25倍。僅有2對(duì)漆酶相關(guān)基因在尖唇散白蟻的表達(dá)量介于另外兩種散白蟻工蟻表達(dá)量之間。因此,尖唇散白蟻體內(nèi)用于木質(zhì)素降解的酶基因表達(dá)水平高于圓唇散白蟻和黑胸散白蟻。5.巢內(nèi)有菌核和沒(méi)有菌核時(shí),工蟻體內(nèi)12個(gè)漆酶基因的表達(dá)水平的差異。研究發(fā)現(xiàn)圓唇散白蟻巢中有真菌Fibulorhizoctonia sp.存在時(shí)工蟻11個(gè)漆酶基因的表達(dá)水平顯著高于巢中沒(méi)有菌核的工蟻(P0.05),其中l(wèi)accase 1(Unigene 0023066)基因在有菌核時(shí),在工蟻的表達(dá)水平是沒(méi)有菌核時(shí)的3.6倍;僅1個(gè)漆酶基因的表達(dá)水平在巢內(nèi)有菌核和沒(méi)有菌核時(shí)在工蟻體內(nèi)沒(méi)有顯著性差異。在黑胸散白蟻中,當(dāng)巢中有菌核存在時(shí),工蟻10個(gè)漆酶基因的表達(dá)水平顯著高于巢中沒(méi)有菌核的工蟻(P0.05),其中l(wèi)accase1(Unigene 0041878)基因在有菌核時(shí),在工蟻的表達(dá)水平是沒(méi)有菌核時(shí)的5.4倍;有2個(gè)漆酶基因在巢內(nèi)有菌核和沒(méi)有菌核時(shí)在工蟻體內(nèi)沒(méi)有顯著性差異。綜上所述,真菌Fibulorhizoctonia sp.對(duì)圓唇散白蟻和黑胸散白蟻是有利的。推測(cè)這兩種散白蟻由于自身分泌的降解木質(zhì)素的酶不足以滿足需要,才會(huì)取食菌核萌發(fā)的菌絲來(lái)提高降解木質(zhì)素的效率。而不同種白蟻對(duì)真菌Fibulorhizoctonia sp.的利用能力不同。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q93
【圖文】：

然后使用相應(yīng)的水解酶將纖維絲水解，接下來(lái)分解纖維素的酶才能作用到將其分解[47,48]。因此，要想降解纖維素，首先要降解木質(zhì)素，而木質(zhì)素化學(xué)結(jié)雜，再加上其不溶于水的特性，難以被降解，因此纖維素的利用率也大大降低木質(zhì)素是木質(zhì)纖維素的組成成分，在自然界中含量非常豐富[49,50]。木質(zhì)素醇（Coniferyl alcohol）、香豆醇（P-Coumaryl alcohol）和芥子醇（Sinapy alc不同的芳香族單體，是苯丙烷單元通過(guò)碳碳鍵和醚鍵構(gòu)成（圖 1）。木質(zhì)素是物，不溶于水，是植物細(xì)胞壁的重要成分[51,52]，增強(qiáng)植物機(jī)體的機(jī)械強(qiáng)度，抵利因素對(duì)植物的影響，例如抵御病蟲害的侵襲和不良天氣等[53]。纖維素是葡萄子聚合物[5]，最小的重復(fù)基團(tuán)是纖維二糖[54]，既不溶于水，也不溶于一般有機(jī)維素分子之間以氫鍵進(jìn)行連接，比較穩(wěn)定，是植物細(xì)胞壁的重要組成成分（圖纖維素是一類物質(zhì)的總稱，由五碳糖和六碳糖構(gòu)成的高分子聚合物[55]，屬于異（圖 3）。半纖維素是親水性的，使植物細(xì)胞壁更有彈性。除此之外，半纖維于堿性溶液，在酸性溶液中也比纖維素更容易水解，降解難度相對(duì)較小。

圖 2 纖維素的結(jié)構(gòu)[55]Figure 2 The structure of cellulose維素各個(gè)分子之間用氫鍵連接ydrogen bonding between individual molecules of cellulose圖 3 半纖維素的種類結(jié)構(gòu)[55]Figure 3 Type structure of hemicellulose

圖 3 半纖維素的種類結(jié)構(gòu)[55]Figure 3 Type structure of hemicellulose附注 3：半纖維素是五碳糖和六碳糖構(gòu)成的聚合物Note 3: Hemicellulose is a polymer composed of five carbon sugars and six carbon sugars.1.4.2 白蟻及其腸道微生物降解木質(zhì)纖維素白蟻消化道包括前腸，中腸和后腸（圖 4）。前腸主要對(duì)食物進(jìn)行粉碎研磨和的消化，中腸負(fù)責(zé)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，后腸吸收食物殘?jiān)械乃蜔o(wú)機(jī)鹽，同時(shí)后腸氏管一起組成排泄系統(tǒng)。此外，低等白蟻和一些高等白蟻后腸內(nèi)有豐富的共生微生與木質(zhì)纖維素的降解[56]。根據(jù)木質(zhì)纖維素的成分，需要相應(yīng)的酶來(lái)降解各個(gè)成分。纖維素的系統(tǒng)如圖所示（圖 5），內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶（endo-β-1,4-glucanase）將長(zhǎng)機(jī)切斷變成短鏈；外切-β-1,4-葡聚糖酶（exo-β-1,4-glucanase）作用于纖維素鏈的雙以兩個(gè)葡萄糖分子為單位，將其水解變成葡萄糖單體或者纖維二糖；β-葡萄糖

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本文編號(hào)：2743116