Page 43 - 《华中农业大学学报》2024年第4期

第 4 期 刘亮 等：微生物种群间分工协作在木质纤维素转化中的研究进展 35

菌株 1 利用。这种在转运上的差异也是菌群中形成 较高的低聚半乳糖的转运存在差异，双歧杆菌能够
高效分工的关键。目前类似的机制已在肠道菌群中 更好地转运聚合度较高的寡糖。对菌株的基因组进
发现。通过分析来源于 11 个属的 13 株益生菌对低 行分析，发现造成这种差异的主要原因是菌株间转
聚半乳糖的利用，研究人员发现不同菌株对聚合度 运系统的不同 ［26］ 。

A‒C：不同成员间水解模式的分工 Hydrolysis mode of division of labor between different members； D：水解产物转运分工 Division in
transport of hydrolysis product.
图1 菌群中不同成员降解利用半纤维素过程中的分工协作 ［21］
Fig. 1 The division of labor among different members of the microbiota in degrading hemicellulose

2 营养因子间的交叉喂养 菌群物种间形成更为明确的代谢分工（图 2B）。在对
蜜蜂肠道菌群进行研究时，研究人员发现 Bifidobac⁃
在木质纤维素降解菌群中，降解菌除了通过协
teria 和 Gilliamella 通过降解花粉中的半纤维素为非
同降解为非降解菌提供碳源，也能为非降解菌提供
降解菌株提供碳源，非降解菌通过为上述菌株提供
氨基酸、维生素等营养因子（图 2A）。Jiang等 ［27］ 对木 ［28］
氨基酸来建立代谢反馈 。类似的机制在哺乳动物
质纤维素转化菌群进行研究时，发现菌群中木质纤 肠道菌群中已被普遍报道，菌群中降解菌株通过水
维素降解菌 Trichoderma asperellum 可以为乳酸菌 解膳食纤维为整个肠道菌群提供碳源，一些非降解
Lactobacillus paracasei 提供色氨酸、酪氨酸和谷氨酰 菌在利用上述水解产物的同时向外分泌氨基酸。这
胺；利用上述种间分工，构建了包含 T. asperellum 和 种代谢上的相互制约对于稳定群落结构至关重要，
L. paracasei 的人工菌群，成功实现了由纤维素（avi⁃ 一旦抑制非降解菌的氨基酸合成能力，降解菌在菌
cel）向乳酸的高效转化。然而，对于降解菌来说，同 群中的丰度也会随之降低，从而导致整个菌群系统
时提供碳源和营养因子会造成过高的代谢压力，从 的崩溃 ［29-30］ 。虽然降解菌和非降解菌间建立互惠的
而导致菌株在菌群中丰度降低，最终引发系统崩溃。 代谢反馈对于菌群系统至关重要，但是目前这种代
相较于上述情况，由非降解菌提供营养因子能够使 谢分工在包括厌氧发酵系统、堆肥环境等木质纤维