環境脅迫影響藥用真菌生長及生理生化機制的研究進展△

梁宇庭，周駿輝，袁媛*，趙玉洋，黃璐琦

(1.首都醫科大學 中醫藥學院，北京 100071；2.中國中醫科學院 中藥資源中心，北京 100700)

·綜述·

環境脅迫影響藥用真菌生長及生理生化機制的研究進展△

梁宇庭1，2，周駿輝2，袁媛2*，趙玉洋2，黃璐琦2

(1.首都醫科大學 中醫藥學院，北京 100071；2.中國中醫科學院 中藥資源中心，北京 100700)

為探究環境脅迫條件對藥用真菌生長及生理生化機制的影響，本文就近年來食用及藥用真菌在環境脅迫條件的生長代謝變化規律進行系統總結，旨在為藥用真菌質量形成機制研究、藥用真菌分子育種研究以及提高藥用真菌產量和質量提供依據。同時，環境脅迫也可誘導藥用真菌產生獨特的生物代謝途徑，為其提供了產生具有活性的新化合物的潛力，也可為利用藥用真菌進行藥物開發奠定基礎。

藥用真菌；環境脅迫條件；次生代謝

我國藥用真菌資源豐富，傳統藥用或經實驗證實具有藥效的真菌已超過400種[1]，《中華人民共和國藥典》收載的真菌類中藥包括靈芝Ganoderma、茯苓Poria、豬苓Polyporus、雷丸OmpHalia、馬勃Puffball、冬蟲夏草Cordyceps等。隨著科學研究的不斷深入，藥用真菌將在醫學領域發揮愈來愈大的作用，具有很大的開發潛能[2]。與藥用植物一樣，不同產地藥用真菌也存在著質量差異，其與所處產地的氣候和土壤條件有著密切的聯系[3]。生物體對環境脅迫的應答機制一直是生物學上的基本問題之一[4]。真菌在脅迫條件下，其體內的生理成分會發生變化，但有關藥用真菌環境脅迫條件下生長代謝變化規律研究的報道很少。

郭蘭萍等[5]發現，環境脅迫雖然會抑制中藥材的生長發育，卻能促進其次生代謝產物合成，更加有利于道地藥材的形成。不良環境可以激活真菌中某些沉默基因的表達，從而使其能產生結構特殊的蛋白，進而誘導出獨特的生物代謝途徑[6]。這種機制不僅可以確保真菌在極端環境中生存，也為其提供了產生具有活性的新化合物的潛力[7]。這些活性化合物包括多糖、萜類、酚類、生物堿等，其具有免疫調節[8]、抗腫瘤[9]、抗菌抗病毒[10-11]、解毒保肝[12]、抗氧化[13]等多種藥理活性，因此而形成了一類特殊的、具有保健和治療疾病作用的藥用真菌。

本文為探究環境脅迫條件對藥用真菌生理生化、生長發育以及次級代謝物產生的影響，系統總結了食用真菌在環境脅迫條件的生長代謝變化規律，旨在為藥用真菌質量形成機制以及藥用真菌分子育種研究提供依據。

1 環境脅迫下食用真菌的生長和生理變化規律

食用真菌對水分、光照和PH等脅迫的耐受性是其賴以生存和保持正常發育的重要特性，高溫也是導致真菌產量降低和品質下降的重要、非生物脅迫因子之一。高溫脅迫可導致香菇Lentinusedodes菌絲抗逆性迅速減弱，超過一定閾值會使香菇菌絲死亡[14]。杏鮑菇leurotuseryngi在高溫條件下菌絲生長緩慢，時間的延長也可導致菌絲死亡[15]。大球蓋菇StropHariarugoso-annulata菌絲[16]、白靈菇PleurotusferulaeLanzi菌絲[17]、紅菇Russula[18]、金福菇Tdcholomngiganteummassee[19]、松乳菇Lactariusdeliciosus和高大環柄菇Macrolepiotaprocera[20]在高溫、低溫脅迫下，菌絲同樣生長緩慢，甚至停止生長。隨著培養溫度的升高，地木耳Nostoccommunevauch細胞的胞外多糖和蛋白質含量先增加然后降低[21]。黑木耳Nigrumfungus在高溫處理時產量顯著減少，正常環境中黑木耳產量約是其2倍。并且在室內栽培條件下，與自然光照條件相比，黑木耳的總糖含量、粗蛋白、粗脂肪含量顯著減少[22]。非生物脅迫還引起如氫氧根負離子(OH-)、自由羥基(·OH)、過氧化氫(H2O2)等含量的積累[23]，對真菌細胞造成傷害。生物為了保護自身免受傷害也形成了清除這些自由基和活性氧的保護酶類，如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等[24]，其通過降解的方法去除活性氧，來抗御非生物脅迫誘導產生的氧化傷害。高溫脅迫下平菇Pleurotusostreatus菌絲體內脂質過氧化產物丙二醛(MDA)、可溶性蛋白質、游離脯氨酸含量均升高，且溫度越高其MDA含量積累幅度越大[25]。低溫處理前期，草菇菌絲可以通過增強SOD、POD和CAT同工酶的表達而提高活性氧清除能力，增強抗脅迫能力[26]。并且低溫處理后發現，草菇菌絲體在低溫脅迫中有新的可溶性蛋白產生[27]。香菇Lentinusedodes低溫脅迫可誘發香菇子實體的形成，并可以提高產量[28]。水分是真菌細胞的重要組成，也是其體內代謝、營養吸收、代謝物排出以及胞外酶分泌不可缺少的基本溶劑[29]。研究表明，當含水量過高時，平菇菌絲生長最慢、效率最低[30]。白靈側耳Pleurotusnebrodensis在含水量低的環境下，菌絲難以萌發，生長緩慢、細弱。PH較低時(PH<4)，菌絲停止生長[31]。金針菇Flammulinavelutipes、杏鮑菇Pleurotaseryngii、真姬菇Hgpsiygusmarmoreus在水分、PH的脅迫下，SOD、POD和CAT都會有不同程度的升高，并且差異顯著[15]。

2 環境脅迫下藥用真菌的生長生理及代謝變化

2.1 溫度脅迫下藥用真菌生長及生理代謝變化

2.2 金屬離子脅迫下藥用真菌生長及生理、次生代謝變化

適當濃度的金屬離子可以促進藥用真菌的生長以及有效成分含量的提高，但濃度過高時，效果則相反。如高濃度的氮會抑制雷丸的生長[43]。當培養料中Hg濃度高于0.2 mg·kg-1時，對糙皮側耳pleurotusostreatus的菌絲將造成毒害，影響糙皮側耳的生長發育[44]。硝酸鉀作為N源時對北冬蟲夏草有促進菌絲生長、提高產量的影響[45]。鑭離子濃度為8 μmol·L-1時，對云芝Coriolusversicolor漆酶活性有抑制作用，鈰離子濃度為50 μmol·L-1時對漆酶的活性同樣抑制[46]。亞硒酸鈉處理對金耳發酵液的抗氧化活性有促進作用，且當亞硒酸鈉質量濃度達到5 mg·L-1時，OH和DPPH清除率和還原力都明顯提高[47]。不同濃度的La(NO3)3對靈芝菌絲生長期間各種胞外酶活性有較大的影響，當La3+濃度為0.005 mmol·L-1時，蛋白酶活性是空白組的1.71倍；且La3+濃度在0.500 mmol·L-1時可促進β-淀粉酶的活性，而高濃度(≥1.000 mmol·L-1)的La3+會抑制其活性；通過對靈芝菌絲培養液中可溶性糖的測定，發現淀粉酶、纖維素酶活性增高，可溶性糖含量也增高[48]。金屬離子也顯著影響靈芝細胞生理和代謝，如加入10 mm Mn2+導致總GA產量提高2.2倍[49]。

2.3 PH脅迫下藥用真菌生長及次生代謝變化

土壤pH值過高或過低，會使植物需要的營養元素的生物有效性發生變化，從而導致植株某些元素營養失調[50-51]。茯苓菌絲適宜PH為4.0～5.0，當在PH過高時，茯苓的菌絲長勢稀疏[52]。桑金錢菌Flammulina在PH為7時菌絲生長速度快，低于4則基本不生長[53]。靈芝在PH為4～8均可生長，當pH為5、6時，菌絲生長較快，具體表現為菌落菌絲濃密，生長勢旺盛。但是當PH進一步升高時，菌絲生長明顯受到抑制[54]。豬苓作為傳統藥用真菌，藥用部位是菌核，從菌核分離出多糖在臨床上具有抗腫瘤的作用[55-56]。當PH<8時，菌絲生長逐漸受到抑制，并且多糖含量也逐漸降低[57]。灰樹花Grifolafrondosa為藥食兩用菌，具有抗腫瘤、降血糖、抗HIV病毒等功能[58]。pH值較低不利于灰樹花真菌的生長及胞內多糖的產生，隨pH值的升高，菌體及胞內多糖產量逐漸升高，至pH值達到5.1時，菌體及胞內多糖產量同時達到最大，最大產量分別為21.23、2.86 g·L-1。肉色迷孔菌Daedaleadickinsi、銅色牛肝菌Boletusaereus和肺形側耳都是藥、食兼用菌，多糖具有抗癌[59]、抗腫瘤[60]等作用。通過在不同pH下研究發現，不同pH對多糖含量影響顯著，肉色迷孔菌和銅色牛肝菌在pH為6時，胞外多糖含量最高，肺形側耳在PH為5時，胞外多糖含量最高[63]。可以發現，不同藥用真菌次生代謝產物的合成和積累對pH的需求不一致。在實際生產實踐中，我們要根據不同真菌的需求來調整pH，可提高藥用真菌有效成分的含量。

3 展望

“逆境效應”首先是在植物類藥材研究的基礎上提出的，環境飾變通過影響藥用植物基因的表達，從而影響其次生代謝產物的形成和積累，是環境對道地藥材形成影響的一種表現，該理論同樣適用于指導優質藥用真菌形成機制研究。但由于真菌生長發育的特殊性，其對環境脅迫響應的生理變化及其分子機制也會存在特殊性。環境脅迫條件對藥用真菌的產量和次生代謝產物含量均會造成重要影響，全面而深入解析藥用真菌響應環境脅迫的生理生化反應，對于指導真菌定向生產、品種選育將具有重要意義。通過菌種誘變、改變培養條件以及調控代謝途徑等手段也可以優化目標代謝產物生產，且有望獲得結構新穎、生物活性獨特的先導化合物，有望在現代新藥研發中發揮著重要作用。

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ResearchProgressonGrowthandMetabolismChangesunderEnvironmentalStressofMedicinalFungi

LIANGYuting1，2，ZHOUJunhui2，YUANYuan2*，ZHAOYuyang2，HUANGLuqi2

(1.SchoolofChineseMateriaMedica，CapitalMedicalUniversity，Beijing100071；2.ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China)

In order to explore the effect of environmental stress on the growth and physiological and biochemical mechanism of medicinal fungi，the researches of recent years on the growth and metabolism of fungi and medicinal fungi in adversity were summarized，aiming at providing the basis for the study of mechanism of the formation of medicinal fungi and the medicinal fungi Molecular breeding research，and improving the yield and quality of medicinal fungi.At the same time，stress can also induce medicinal fungi to produce a unique biological metabolic pathway，which provides the potential to produce new compounds，and also lays foundation for drug development with medicinal fungi.

Medicinal fungi；stress conditions；secondary metabolism

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.12.026

國家自然科學基金(81573522)

*

袁媛，研究員，研究方向：中藥鑒定與分子生藥學；Tel：(010)64097649,E-mail：y_yuan0732@163.com

2016-11-24)