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白星花金龟幼虫转化玉米秸秆形成腐殖酸的机制研究

批准号:
32070511
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
束长龙
学科分类:
动物资源与保护
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
束长龙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目立足于我国目前秸秆肥料化利用这一产业需求,跳出还田腐解、堆肥发酵等常规秸秆处理思路,着眼于生态系统中土栖昆虫区系在高效转化植物残体方面的优势开展研究。在前期发现白星花金龟(Protaetia brevitarsis, PB)幼虫可高效转化秸秆形成腐殖酸的基础上,本项目拟以“PB幼虫-玉米秸秆”为研究模型,开展PB幼虫转化玉米秸秆形成腐殖酸的机制研究,主要内容包括:1、在完成PB基因组测序、获得肠道宏基因组数据的基础上,构建PB幼虫肠道可能的酶学催化通路;2、分析秸秆主要成分(纤维素、半纤维素以及木质素)在PB幼虫肠道中的降解过程;3、分析PB幼虫肠道各部分内含物腐殖酸含量、元素组成、结构特征;4、验证关键消化酶功能。综合上述数据揭示PB幼虫转化秸秆形成腐殖酸的机制。本项目研究成果不仅可以丰富腐殖酸形成的机制模型,还可以为这种秸秆肥料化利用新技术的进一步改进与应用提供理论指导。
英文摘要
This project is based on the current demand for straw fertilizer utilization in China, jump out of the conventional straw treatment ideas such as returning to the field and composting, focusing on the advantages of soil-dwelling insect fauna in the ecosystem in the efficient transformation of plant residues. On the basis of the early discovery that the Protaetia brevitarsis (PB) larvae can efficiently transform straw to form humic acid, the project intends to use " PB larvae - corn stalk" as the research model,investigate the mechanism of PB larvae transforming corn stalks and forming humic acid. the investigation including: 1st, based on the completion of PB genome sequencing and obtaining gut metagenomic data, construct the possible enzymatic catalytic pathways in gut of PB larvae; 2nd, analyze the degradation process of the main components of corn stalk (cellulose, hemicellulose and lignin) in the gut of PB larvae; 3rd, analyze humic acid content, element composition, structural characteristics in different parts of the larvae; 4th, verify biological activity of key digestive enzymes. Then, we combine the above data and reveal the mechanism of larvae transforming straw and forming humic acid. The research results of this project not only enrich the mechanism model of humic acid formation, but also provide theoretical guidance for further improvement of the new straw fertilizer application technology.
本项目立足于我国目前秸秆肥料化利用这一产业需求,跳出还田腐解、堆肥发酵等常规秸秆处理思路,着眼于生态系统中土栖昆虫区系在高效转化植物残体方面的优势开展研究。在前期发现白星花金龟(Protaetia brevitarsis;PB)幼虫可高效转化秸秆形成腐殖酸的基础上,本项目拟以“PB幼虫-玉米秸秆”为研究模型,开展PB幼虫转化玉米秸秆形成腐殖酸的机制研究。.按照计划,本项目基于 PB幼虫及其肠道微生物组编码基因,绘制了 PB 幼虫肠道消化酶的催化通路,鉴定了木质纤维素消化关键酶系统;明确了秸秆在 PB 幼虫肠道中消化的过程;解析了 PB 幼虫肠道中腐殖酸形成的演变过程;提出了提出 PB 幼虫转化秸秆与形成腐殖酸的机制:PB幼虫与其肠道微生物协作发生作用,发酵的植物秸秆在口器中被咀嚼磨碎;中肠中被碱性环境溶解,释放木质素、纤维素和半纤维素;进入后肠发酵腔后,pH趋于中性,携带木质纤维素分解基因的微生物分泌水解酶,分解可溶性芳香炭(源于木质素)组分,形成衍生化合物;与此同时,木质素及其衍生物等活性物质聚集,形成大分子腐殖酸衍生物;在直肠部分,上述肠道内容物脱水形成颗粒状虫砂排出体外。整个过程如同一个精密设计的高效腐殖酸转化生产线。.此外,项目研究还发现:腐殖酸形成过程中产生的木质素衍生物对植物有促生长作用,肠道微生物发酵处理秸秆、菌渣等饲料可提升秸秆转化速度和效果,转化产物应用后环境微生物多样性增加。.项目成果为我国秸秆高值利用、耕地修复提供了新理论,有利于进一步推广白星花金龟幼虫在转化秸秆、生产昆虫蛋白、修复耕地方面的应用。.项目成果发表研究论文9 篇,其中 SCI 收录9 篇,第一标注3篇;培养研究生4名。
“微生物—白星花金龟”耦合体系高效转化秸秆生产昆虫蛋白的机制研究
Bt生物被膜对其定殖能力及杀蛴螬活性调控研究
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