长期以来能源短缺和环境污染是世界各国都面临的严峻问题,而发展生物质新能源被认为是最为有效的解决途径之一。近年来,仿生利用白蚁这一自然界中最为高效的木质纤维素转化系统的思路被广泛关注。高等白蚁中的大白蚁亚科可特异性在巢内构建菌圃培养担子真菌(Termitomyces Spp.),因而又称培菌白蚁。本论文以我国分布最广、危害最大的培菌白蚁黑翅土白蚁(Odontotermes formosanus Shiraki)作为研究对象,综合应用生物行为学、消化生理学、植物纤维化学和微生物生态学等研究手段,较为系统地对黑翅土白蚁的木质纤维素类食物消化策略进行研究。具体来说包括以下内容：(1).利用构建的黑翅土白蚁可视化人工饲养系统,在室内对取自野外的黑翅土白蚁巢群进行了长期人工饲养和录像观测。结果表明蚁巢的木质纤维素食物循环过程中有显著的社会分工行为。年老的成年工蚁外出觅食并将木质纤维素食物带回蚁巢内；然后年轻的成年工蚁通过摄入年老的成年工蚁搜集的植物材料以及菌圃上含无性分生孢子的小白球,并排出初级粪便从而建立新真菌菌圃；待菌圃发酵成熟,年老的成年工蚁取食成熟菌圃。(2).通过对黑翅土白蚁消化系统中原位的木质纤维素颗粒的物理形态和化学结构进行检测。结果首先表明菌圃共生微生物的帮助,黑翅土白蚁无显著性木质纤维素颗粒的物理形态变化,从而无法有效打开木质纤维素的木质素屏障。其次,在菌圃共生微生物的帮助,木质纤维素颗粒在上层菌圃、中层菌圃和下层菌圃中表现出显著的时空分步降解过程,首先木质素聚合物发生了S型木素的侧链可能被选择性氧化,导致木质素解聚合；然后木素单体发生开环等反应,大量木素单体基团消失；最后被预处理后的木质纤维素基质中含有大量多糖组分。(3).运用微电极、ICP-MS等显微技术,探明了黑翅土白蚁消化系统中包括氧气、pH值、氧化还原电位、氢气和金属离子浓度等理化微环境概况。黑翅土白蚁的肠道系统显示了从0到8.6千帕的相对较低的氧分压范围；除了直肠区域,在不同肠段pH值分布呈中性(pH值6.1-7.4)；平均氧化还原电位在每个肠区域的中心(除直肠)普遍较高,介于约70至310毫伏之间。尤其,作为木质纤维素降解过程中的中间产物,在后肠庞大部位的氢气分压高达10.4千帕。此外,利用ICP-MS,对13种金属离子在白蚁的肠道系统,共生真菌菌圃,以及巢土壤样品的浓度进行了测定,这表明在主要的消化道区域内,13种金属离子中的6种金属离子(钾,镁,锰,钡,硒,钼)在空间分布具有显著差异。在直肠中、真菌菌圃和巢土壤样品中也观察到某些金属离子的显著富集。(4).通过454高通量测序技术,对参与黑翅土白蚁消化与降解木质纤维素的细菌16s rDNA序列进行扩增和测序。运用分类注释、OTU划分和网络结构图等生物信息学手段对样品菌群结构分析,结果表明黑翅土白蚁消化系统中细菌群落结构有显著的时间和空间异质现象。该结果表明黑翅土白蚁消化系统中的微生物对木质纤维素基质有明显的响应现象。