近日，环境与资源学院张志剑研究团队揭示了黑水虻幼虫肠道通过免疫调控与糖基化协同招募功能性微生物群落降解木质纤维素的机制。相关研究成果发表于国际微生物组学领域权威期刊《Microbiome》（2026年6月）。环境与资源学院博士生项方铭、农业与生物技术学院汤小天研究员为论文共同第一作者，张志剑副教授为通讯作者。

黑水虻幼虫（Hermetia illucens larvae）因其高效转化有机废弃物的能力，被广泛应用于厨余垃圾、农业废弃物等有机废弃物资源化利用领域。木质纤维素是有机废弃物中最丰富、最难降解的有机组分之一，而黑水虻自身基因组却缺乏完整的木质纤维素降解酶体系。令人惊讶的是，黑水虻仍能够在较短时间内高效分解复杂有机废弃物中的纤维素和半纤维素。这一现象表明，其降解能力并非完全来自自身，而是与肠道微生物密切相关。然而，黑水虻如何从复杂环境中筛选、招募并维持这些功能微生物，长期以来一直是该领域关注的重要科学问题。为揭示其中机制，研究团队首先构建了无菌黑水虻体系。研究发现，当肠道微生物被去除后，黑水虻幼虫的木质纤维素降解能力显著下降，同时生长发育受到明显抑制，表明肠道共生微生物是其高效利用木质纤维素的重要功能基础。

图1 抗菌肽（AMP）表达的空间调控及其与肠道微生物群组成的相关性（AM、MM、PM分别指代前中肠、中中肠、后中肠；Spatial regulation of AMP expression and its association with gut microbiota composition）

进一步结合转录组、宏基因组和代谢组等多组学分析，研究团队发现黑水虻中肠并非一个均一的消化器官，而是形成了分工明确的“功能社区”。其中，前中肠如同一道严格的“安检关卡”，持续高表达抗菌肽和免疫相关基因，对进入肠道的外源微生物进行筛查和清除；而后中肠则像一个专门的“人才引进区”，主动降低免疫活性，并增强糖基化相关代谢，为特定功能微生物提供稳定的生存空间和定殖条件。这种前后分工协作的调控策略，使黑水虻能够在复杂环境中精准筛选“合作伙伴”。研究发现，后中肠显著富集了异拟杆菌属（Dysgonomonas）、肠球菌属（Enterococcus）等功能菌群。这些微生物携带丰富的糖苷水解酶（GHs）及其他碳水化合物活性酶（CAZymes），能够高效分解纤维素和半纤维素等复杂有机组分，并将其转化为宿主可利用的营养物质，从而帮助黑水虻完成对有机废弃物中木质纤维素的高效降解与资源回收。基于上述发现，研究团队首次提出黑水虻肠道微生物组组装的“先驱逐后招募（Dismissing–then–Recruiting）”模型。该模型认为，黑水虻并非被动接受环境微生物进入肠道，而是先通过免疫系统对外来微生物进行“筛选淘汰”，随后利用糖基化等宿主机制主动“招贤纳士”，选择并保留具有特定功能的共生菌群，最终组建起一支能够高效降解木质纤维素的“功能团队”。

该研究揭示了昆虫宿主主动塑造肠道微生物组的新机制，为理解动物宿主与共生微生物之间的协同进化关系提供了新的理论框架，也为微生物组定向调控、有机废弃物高效生物转化以及新型生物资源循环利用技术的开发提供了新的研究思路。本研究得到国家自然科学基金和浙江省领雁项目资助。