以前普遍认为动物不能产生内源纤维素酶,而是依靠体内的共生生物消化纤维素的。这个理论由Cleveland首先提出,他将欧美散白蚁Reticulitermesflavipes(Kollar)后肠的原生物灭活后,发现该白蚁失去生存能力,因此认为是原生动物在寄主体内起着消化纤维素的作用。白蚁,属等翅目(Isoptera)昆虫,分为两大类,一类肠道内一般没有原生动物群,又称“高等白蚁”,白蚁科(Termitidae)属于这一类;另一类为依赖原生动物的种类,包括6个科,即澳白蚁科(Mastotermitidae)、木白蚁科(Kaloter-mitidae)、原白蚁科(Termopsidae)、草白蚁科(Hodotermitidae)、鼻白蚁科(Rhinotermitidae)D齿白蚁科(Serritermitidae),高等白蚁没有原生动物群,但许多种类都能消化纤维素。Martin认为高等白蚁是利用后肠中的细菌水解纤维素的理论。为了探明白蚁消化纤维素的机理,Prins等曾试图从肠道内分离降解纤维素的细菌,但只获得一些兼性异养微生物和共生螺旋菌。后来,对木食性昆虫的纤维素消化机理的研究由消化道内又转向消化道外。1978年Abo.Khatwa和Martin等分别报道白蚁的纤维素酶来自巢穴中的共生真菌。并推铡其它木食性节肢动物如黄蜂、蚂蚁的纤维素酶也来源于真菌。Rolland。等从白蚁Macrotermesm ulleri(Tennitidae,Macrotermitinae)的肠道和真菌瘤中分离出相同的纤维素酶组分,但这些真菌的纤维素酶是否适合寄主的生理环境却存在争议。Yokoe对R本低等白蚁Leucotermes(Reticulitermes)speratus进行热处理后,其体内的原生动物明显减少,但纤维素酶活性并没有受到影响,因此认为其纤维素酶为其自身所分泌。Yamaoka在该白蚁的唾液腺中检测到EG酶活性,又发现其后肠具有消化天然纤维素的能力。于是提出了两类酶协同作用水解纤维素的理论。O’Brien等对澳大利亚高等白蚁Nasudtermes exitiosus与澳大利亚低等白蚁Coptotermes lacteus进行比较研究发现,肠道内的共生生物对纤维素消化不起作用或只起很小的作用I堋。白蚁中肠的内切葡聚糖酶(EG)在分类上均属葡糖苷水解酶科,简称GHF(glycoside hydrolase family葡糖苷水解酶科,GHF)。Nakashima等却从澳大利亚高等白蚁Coptotermes formosanuis的后肠中纯化了一个属于GHF7的EGf 49xa))。2002年Watanabe等又从澳大利亚低等白蚁Cop.Totermes lacteus的后肠中分离了几种EG(CLH gEGs),其N端序列与GHF7类型的EG高度一致,并从C.formosanus后肠的共生原生物Pseudotrichony mphagrass和Holomastig’otoides mirabiIe中克隆了相应的cDNA片段,认为这些EGs可能是后肠共生原生物P..grass和H.mirabile的产物。他们对C.formosanuis的EG分布进行研究发现,其唾液腺、前肠和中肠的EG与GI-IF9相似,而后肠的EG与GHF7相似,于是C.formosanuis具有两套独立的纤维素酶系统,中肠的纤维素酶是自身分泌的,后肠的纤维素酶则来源于后肠的共生菌。蟑螂在分类学上与白蚁非常相近,并且与白蚁属于同一进化分枝。约有3500种,其中不到1%为家庭杂食性害虫,其余大多数生活在地下或热带雨林的白蚁、黄蜂或蚂蚁的巢穴中。仅少数种类取食木材例。Cleveland对木食性蟑螂Cryptocercus PunctuIates进行研究认为,这种蟑螂与低等白蚁一样,依靠后肠中的原生动物消化纤维素。Scrivener等则认为,木食性蟑螂Panesthia cribrata的纤维素酶活性只局限于前肠和中肠,而其后肠中并未发现原生动物。Martin等认为P.cribrata的纤维素酶来源于食物中的真菌,但在食物中并未发现与其消化道相同的纤维素酶。因此关于蟑螂纤维素酶的来源尚需进一步分子生物学方面的证据。
自Ripper在1930年首次报道天牛科(Coleoptera:Ccerambycidae)昆虫能自身分泌纤维素酶以来,许多学者又发现并证实多种天牛能够消化纤维素,但对天牛消化纤维素的机制存在争议。由于受白蚁消化机理的影响,曾一度认为天牛也靠其肠道内的共生生物消化食物中的纤维素成份。后来发现一些天牛不具有消化纤维素的共生生物却同样具有纤维素消化能力,因而推论天牛能自身分泌纤维素酶。但Martin和Kukor等认为天牛是从真菌侵染过的木材中摄入了真菌纤维素酶消化食物中的纤维素。李庆研究天牛科18种昆虫及不同发育阶段的EG酶的差异,认为天牛体内的EG酶为中肠肠壁细胞所分泌。蒋书楠等测定了三种天牛幼虫,桑粒肩天牛Aproiona germari(Hope)、星天牛Anoplophora chinensis(Forster)和桔褐天牛Nede.zhdiella cantori(Hope)l拘消化道纤维素酶活性,发现几种天牛幼虫均有完整的纤维素酶体系。肠液中未发现有分解纤维素的真菌和细菌,肠组织切片也未发现共生菌囊和含茵细胞,因而认为所研究的几种天牛的纤维素酶为内源性酶。殷幼平等对桑粒肩天牛幼虫纤维素酶在消化道的分布进行研究发现,95%以上的纤维素酶活性存在于中肠,而昆虫的中肠中共生生物很少,从另一个侧面证明天牛纤维素酶主要由自身分泌。实际上,不仅木食性昆虫体内有纤维素酶活性,许多不同取食习性的昆虫如家庭杂食性蟑螂也有纤维素酶活性。毫无疑问,任何生物体如果存在纤维素酶基因就有表达纤维素酶的潜力。目前已分别从天牛、白蚁、蟑螂的基因组中分离了相应的EG基因片段或完整的基因结构,且都具有真核基因的结构特点,还在消化道中确定了它们的表达位点,说明这些昆虫能自身分泌EG。
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