近日，学院资源环境系张磊博士团队在国际知名期刊《Pest Management Science》（中国科学院一区TOP期刊）上发表了题为“Symbiotic nitrogen fixation and recycling in xylophagous insects: insights from gut microbiota of Apriona swainsoni larvae” 的研究论文。该研究聚焦林业害虫锈色粒肩天牛幼虫的氮营养获取难题，揭示其肠道微生物介导的固氮与氮废物还原利用机制，为理解木食性昆虫的生存适应策略提供关键依据。

锈色粒肩天牛幼虫以氮含量极低的木质部为食，面临严重氮营养限制。研究团队通过多组学、同位素示踪及微生物培养等技术，得出核心发现：

后肠是氮代谢核心区：宏基因组分析显示，后肠富集固氮酶（nif系列）和脲酶（ure系列）基因，宏蛋白质组在后肠检测到nifU蛋白活性，证实后肠是主要固氮位点。

固氮是主要供氮途径：体内/体外的¹⁵N同位素追踪显示后肠中的¹⁵N含量最高（比自然环境高105.02%），并且分离培养的Klebsiella oxytoca，Enterobacter sp.，Raoultella terrigena，Citrobacter sp.等菌株¹⁵N含量均显著高于对照组，其中，Klebsiella oxytoca的¹⁵N含量是对照组的约25倍。靶向氨基酸分析进一步证明，无论是必需氨基酸还是非必需氨基酸都富含¹⁵N，并且存在空间梯度（肠道组织 > 肠外组织 > 粪便）——表明微生物能够高效地将氮转化为宿主可利用的氨基酸。重要的是，团队研究发现肠道微生物群主要通过后肠中的谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）途径将氨转化为氨基酸。这是首次在天牛中报道的GS/GOGAT介导的固氮途径。

氮还原协同作用：虽检测到脲酶基因，但未发现脲酶蛋白，表明固氮是主要策略，而氮废物回收起辅助作用，二者协同满足幼虫氮需求。

该研究不仅阐明锈色粒肩天牛幼虫肠道微生物 “固氮 - 氨同化 - 氨基酸合成” 的代谢链，还为林业害虫绿色防控提供新思路，其发现的功能基因可作为靶向调控靶点，助力森林资源保护。

安徽林业职业技术学院张磊博士为论文第一作者，南京林业大学嵇保中教授、安徽中医药大学吴大强教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、南京林业大学南方现代林业协同创新中心资助项目和江苏省自然科学基金项目的资助。