蜜環菌與天麻的共生關系研究進展

趙麒鳴，吳 鵬，劉鴻高，桂明英，

(1.云南農業大學，云南 昆明 650201；2.云南省高原特色產業研究院，云南 昆明 650521)

蜜環菌（Armillaria mellea（Vahl）P.Kumm.）隸屬于真菌界（Fungi），擔子菌門（Basidiomycota），擔子菌綱（Basidiomycetae），傘菌 目（Hymenomycetes），屬 白 蘑（口蘑）科（Tricholoma-taceae），蜜環菌屬（Armilaria）。因菌蓋表面呈蜜黃色，菌柄上部有環，所以命名為“蜜環菌”。野生蜜環菌夏秋季多叢生或群生于針闊葉林潮濕的枯木上；人工栽培蜜環菌是利用段木、木屑、農作物秸桿等原料培育而得。

天麻（Gastrodiaelata）是傳統名貴藥材，隸屬樹蘭亞科（Epidendroidae）、天麻屬（Gastrodia），無根，無葉，是多年生異養草本植物，廣泛用于中成藥方劑的配制及各種疾病的防治，有著極高的藥用價值[1]。

1 蜜環菌與天麻關系概述

天麻自身無光合作用，需從入侵的蜜環菌中獲取營養物質而生長發育[1]。其種子的萌發，需從紫箕小菇（Mycenaosmuudicola Lange）、蘭小菇（Mycenaorchidicola）等共生萌發菌中吸收營養。蜜環菌即榛蘑，為常見食藥用菌，多生長在榛材崗上。受真菌間的共生關系影響，蜜環菌菌材常用于天麻栽培中促進子實體生長發育[2]。

蜜環菌生長發育過程中，其形態結構可分為子實體和菌絲體兩個階段。然而，菌索是菌絲在不良的環境條件下或生長后期發生的適應性變態，即菌絲體交織肉結組成繩索狀的組織。多年研究得出結論，蜜環菌是以菌索的形態侵染天麻，天麻從而同化蜜環菌獲得營養進行生長[3]。在自然界中，蜜環菌與天麻是一種極為特殊的共生關系。

2 蜜環菌與天麻共生關系分析

2.1 共生機理

天麻（Gastrodiaelata）具有較高的營養價值和藥用價值，與蜜環菌為共生關系。蜜環菌是天麻的營養源，蜜環菌離開天麻可獨立生長，而天麻離開蜜環菌不能生長。蜜環菌以樹木纖維為其提供生長所需的營養，天麻又靠消化侵染自身的蜜環菌而獲得營養，當蜜環菌營養來源不足，天麻生長減弱時，蜜環菌又可以利用天麻體內的營養供其生長。當管理不善天麻抵抗力降低或受損傷時及長出新生麻的母體逐漸衰老便會失去消化蜜環菌菌絲的能力。大量菌絲穿過消化層細胞進入內部組織，把天麻作為自己營養，直到把麻體"吃空"為止。天麻有專門消化蜜環菌本領，原因是其皮層組織內有層具有消化作用細胞。當蜜環菌幼嫩菌索侵入天麻表皮延伸至消化層細胞后，消化層細胞便分泌出酶溶菌酵素，將侵入的菌絲溶解而作為自己的營養消化掉。菌絲不斷的沿消化細胞層成束的向四周擴散，天麻不斷得到營養供應。故蜜環菌生長得越旺盛，侵入天麻塊莖越多，天麻營養越多，生長發育越快[4]。天麻對蜜環菌的選擇共生機制研究中，從天麻生長繁衍的角度看，天麻生物種對相應蜜環菌的誘導性強大，蜜環菌的入侵性較弱，則天麻正常生長；相反，如果誘導性較弱，入侵性較強，則天麻被吞噬，因此只有具備強大的誘導系統的天麻種與入侵較弱的蜜環菌種結合，才能使天麻通過相應的策略獲得營養以維持自身的生長繁衍。在蜜環菌侵入天麻皮層后，天麻植物體內多酚氧化酶PPO、苯丙氨酸解氨酶PAL，以及基于蜜環菌種的3 個DNA 核糖體區域基因（IGS-1，ITS，EF-1a）的表達性突出[5]。

2.2 影響天麻產量因素

根據蜜環菌與天麻共生機理及蜜環菌菌種生長機制，由此展示主要影響天麻產量因素的研究如下：王秋穎[6]、陳明義等[7]對不同蜜環菌菌株對天麻產量的影響進行研究，結果發現優質菌株表現出生長速度快、菌索分枝多、菌索粗壯、菌索內菌絲色白，其伴播天麻產量高、品質好。季寧等[8]在栽培方式的試驗中得出結論，同一蜜環菌菌株在仿野生栽培試驗和室外箱栽試驗中，與對照伴栽天麻效果不一致。王永等[9]通過采用不同蜜環菌菌株培養菌材，并與紅天麻伴栽，觀察記錄不同蜜環菌栽培種對青岡菌材的侵染情況以及不同處理紅天麻的農藝性狀，檢測天麻的有效成分含量，發現菌株MHJ-1 與紅天麻的伴栽效果最好，不同蜜環菌栽培種對青岡菌材的侵染情況不同，對紅天麻農藝性狀、產量及質量的影響也不同；其伴栽的天麻醇溶性浸出物含量、天麻素含量、天麻素與對羥基苯甲醇總含量均最高，且極顯著高于對照菌株，并確定仿野生栽培試驗表現出良好的伴栽效果。

孫士青等[10]研究得出，蜜環菌-天麻組合對在天麻生物產量及天麻素含量上有顯著性差異。為保證烏天麻栽培品質提高烏天麻產量，劉天睿等[11]篩選適合彝良小草壩烏天麻伴栽的蜜環菌菌株，選擇4 株（M1、M2、M3、M4）不同蜜環菌菌株，采用“三下窩”的方式栽培烏天麻。測定烏天麻產量并對烏天麻進行天麻素、對羥基苯甲醇、天麻多糖的含量測定，通過試驗發現，4 株蜜環菌菌株為高盧蜜環菌族（Armillaria gallica），但伴栽的烏天麻產量和有效成分含量存在差異。以烏天麻產量、天麻素、天麻素和對羥基苯甲醇的總含量及多糖含量作為評價指標，M1 在4 個菌株與烏天麻伴栽試驗中箭麻產量最高（0.981 kg·m-2），天麻素質量分數高達0.581%，天麻素和對羥基苯甲醇總量為0.595%，表現出優勢性，即不同菌株伴栽烏天麻，其品質不同。發現最適宜彝良烏天麻伴栽的蜜環菌菌株為M1 菌株。

培育方法上，在阜新市彰武縣樟子松林下，對長白山野生烏桿天麻進行了蜜環菌菌種培養和麻種大小對比試驗；通過連續3 a 跟蹤測定天麻的單株產麻個數、單株產麻重量、單位面積產麻重量、天麻外觀形態等因子，最終篩選出適合阜新地區林下栽培適用的菌棒培養方法為穴培法，選擇外觀優良，且個頭大的天麻作為麻種進行栽培有利高產[12]。

根據上述研究文獻表明，不同蜜環菌菌株對天麻的產量有較大影響，蜜環菌的菌索粗壯發達程度、生長情況、生長速度決定天麻產量高低。栽培天麻的產量與質量不僅取決于麻種、菌種質量，而且與菌麻之間的組合有關。另外，蜜環菌的栽培方法也會對天麻生長及產量存在一定影響。

2.3 蜜環菌胞外酶的影響

天麻種植中，蜜環菌的生長與胞外酶活性密切相關，在生長期間，不斷向胞外分泌漆酶、纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶、淀粉酶等。這些胞外酶的分泌為蜜環菌侵染蘭科植物天麻的表皮提供了物質基礎。研究表明，胞外酶對木腐菌降解營養物質的能力起著決定性作用[13]，其種類及活性大小與真菌的種類有關[14]。

在對蜜環菌胞外酶的研究中，王賀等[15]發現釋放水解酶消化真菌的主要場所是天麻皮層消化細胞。薛梅等[16]通過液體培養時胞外酶活性研究發現，多個蜜環菌菌株在整個發酵培養周期中淀粉酶、濾紙纖維素酶、愈創木酚酶活性的變化趨勢基本一致，表現為首先利用淀粉作為營養物質，繼而開始利用基質中的纖維素；鄒寧等[17]利用蜜環菌胞內外提取物進行天麻組織培養試驗，胞內提取液對天麻生長有相應的抑制效果，而胞外提取液卻有促進效果。曾春函等[18]對8 種蜜環菌的胞外酶（漆酶、果膠酶、木聚糖酶和纖維素酶）活性對溫度的響應進行研究，結果表明，木聚糖酶是蜜環菌主要作用的胞外酶，其活力遠高于纖維素酶、漆酶和果膠酶。并且得出蜜環菌首先分泌的胞外酶是果膠酶和纖維素酶，然后才是漆酶。且蜜環菌多糖的累積與其分泌的胞外酶漆酶、木聚糖酶活力呈現顯著相關性。劉曉杰等[19]對黃綠蜜環菌胞外葡萄糖基轉移酶酶活性進行研究，結果表明30 ℃下酶活穩定性最高，pH 值在6~7 內酶活穩定性最好。劉曉敏等[20]通過鑒定4 株菌株，由云南基地分離的M1、M2 菌株為高盧蜜環菌（Armillaria gallica Marxm.&Romagn.），由吉林基地分離的F2、F3 菌株為頭柄蜜環菌（Armillaria cepistipes Velen.）。結合前期的天麻產量結果，初步確認高盧蜜環菌M1、M2 菌株為伴栽天麻的優良菌株；對不同蜜環菌菌株胞外酶活性測定發現，不同菌株之間的胞外酶活性不同，存在種間差異。胞外酶活性的變化規律為：隨著時間的推移，胞外酶活性和多糖含量均呈現先升高后下降的趨勢，并且胞外酶活性的種間差異更為明顯，高盧蜜環菌菌株的胞外酶活性更強，多糖含量更高。根據相關性分析可知，蜜環菌生長的快慢與胞外酶的活性顯著相關。

根據多項研究發現，不同的胞外酶在蜜環菌生長過程中具有不同的作用。漆酶具有降解木質素、酚類物質的作用，其活性影響蜜環菌對木質素的降解能力；纖維素酶水解纖維素產生葡萄糖，可為菌株自身生長提供碳源；木聚糖酶能夠分解位于植物次生壁的多糖結構木聚糖[21]；淀粉酶主要水解植物多糖淀粉提供營養；果膠酶能夠降解植物細胞間質和初生細胞壁中的果膠質[22]。

如今，提高蜜環菌胞外酶活性是一項有利天麻種植的可行方法。采用松針粉等經改性纖維素酶酶解后配合食用菌菌渣、南瓜蛋白、膨化米糠殼等經發酵制備蜜環菌培養基，合理的搭配，豐富的營養，可以提高蜜環菌胞外酶活性，進而提高胞外酶栽培效率，采用的改性纖維素酶，在培養基中存在時間長，可以持續協同分解纖維素，給蜜環菌提供營養；采用生物活性磷酸鈣多孔微球吸附加載的發酵菌進行發酵，有效地提高了酵母菌的活性，促進了培養基原料的分解，便于養分的吸收和利用；測定1 L 發酵液最高酶活力為48744.0～51202.0 U（在pH 3.0，以ABTS 為底物含有50 mmol·L-1的酒石酸鈉緩沖液中），發酵條件為葡萄糖添加2.5%，碳氮比為3（以蛋白胨氮源計），微量元素添加量為15 mL，起始發酵pH 為5.0，經過驗證，確定此工藝可作為蜜環菌發酵產漆酶生產的參考依據[23]。

蜜環菌胞外酶不僅能為蜜環菌生長發育提供營養，還為其侵染天麻形成共生機制提供物質條件，因此對蜜環菌胞外酶活性的探究對于蜜環菌和天麻生長都具有著重要意義。

3 討論

通過上述對天麻蜜環菌各方面的研究與分析，蜜環菌的菌種對天麻生長的影響存在直接關系。并且為了保證蜜環菌可為天麻提供充足營養，蜜環菌菌索需要保持相對活性，其次生長過程中需提供蜜環菌最適合的碳源、氮源及優質菌材。天麻蜜環菌種植需多應用生產新技術，制備優質的蜜環菌母種及原種，選育符合種植地域的蜜環菌栽培種。

天麻蜜環菌屬于中成藥、處方藥，沒有明顯的不良反應，相對于安全性較高。然而，受中藥發酵環節生產制約因素差異影響，有必要從宏觀環境下進行栽培技術改進，以整體提升天麻的生產效率及品質。

綜上所述，在天麻種植過程中，蜜環菌與天麻的栽培環節里，基于蜜環菌形態學、生物學特征、地域分布、生長環境等影響，需要進一步探究蜜環菌種質資源的利用與其栽培技術的提升。根據蜜環菌與天麻共生機理及其胞外酶的相互影響，總結出一些高效可利用的天麻蜜環菌栽培技術及天麻蜜環菌的釆后處理方法，以此達到整體提升栽培效果，更好地滿足栽培要求。同時，重視蜜環菌菌種的相關研究可為天麻種植提供絕對性的指導意見及思路。