环境胁迫影响药用真菌生长及生理生化机制的研究进展△

梁宇庭，周骏辉，袁媛*，赵玉洋，黄璐琦

(1.首都医科大学 中医药学院，北京 100071；2.中国中医科学院 中药资源中心，北京 100700)

·综述·

环境胁迫影响药用真菌生长及生理生化机制的研究进展△

梁宇庭1，2，周骏辉2，袁媛2*，赵玉洋2，黄璐琦2

(1.首都医科大学 中医药学院，北京 100071；2.中国中医科学院 中药资源中心，北京 100700)

为探究环境胁迫条件对药用真菌生长及生理生化机制的影响，本文就近年来食用及药用真菌在环境胁迫条件的生长代谢变化规律进行系统总结，旨在为药用真菌质量形成机制研究、药用真菌分子育种研究以及提高药用真菌产量和质量提供依据。同时，环境胁迫也可诱导药用真菌产生独特的生物代谢途径，为其提供了产生具有活性的新化合物的潜力，也可为利用药用真菌进行药物开发奠定基础。

药用真菌；环境胁迫条件；次生代谢

我国药用真菌资源丰富，传统药用或经实验证实具有药效的真菌已超过400种[1]，《中华人民共和国药典》收载的真菌类中药包括灵芝Ganoderma、茯苓Poria、猪苓Polyporus、雷丸OmpHalia、马勃Puffball、冬虫夏草Cordyceps等。随着科学研究的不断深入，药用真菌将在医学领域发挥愈来愈大的作用，具有很大的开发潜能[2]。与药用植物一样，不同产地药用真菌也存在着质量差异，其与所处产地的气候和土壤条件有着密切的联系[3]。生物体对环境胁迫的应答机制一直是生物学上的基本问题之一[4]。真菌在胁迫条件下，其体内的生理成分会发生变化，但有关药用真菌环境胁迫条件下生长代谢变化规律研究的报道很少。

郭兰萍等[5]发现，环境胁迫虽然会抑制中药材的生长发育，却能促进其次生代谢产物合成，更加有利于道地药材的形成。不良环境可以激活真菌中某些沉默基因的表达，从而使其能产生结构特殊的蛋白，进而诱导出独特的生物代谢途径[6]。这种机制不仅可以确保真菌在极端环境中生存，也为其提供了产生具有活性的新化合物的潜力[7]。这些活性化合物包括多糖、萜类、酚类、生物碱等，其具有免疫调节[8]、抗肿瘤[9]、抗菌抗病毒[10-11]、解毒保肝[12]、抗氧化[13]等多种药理活性，因此而形成了一类特殊的、具有保健和治疗疾病作用的药用真菌。

本文为探究环境胁迫条件对药用真菌生理生化、生长发育以及次级代谢物产生的影响，系统总结了食用真菌在环境胁迫条件的生长代谢变化规律，旨在为药用真菌质量形成机制以及药用真菌分子育种研究提供依据。

1 环境胁迫下食用真菌的生长和生理变化规律

食用真菌对水分、光照和PH等胁迫的耐受性是其赖以生存和保持正常发育的重要特性，高温也是导致真菌产量降低和品质下降的重要、非生物胁迫因子之一。高温胁迫可导致香菇Lentinusedodes菌丝抗逆性迅速减弱，超过一定阈值会使香菇菌丝死亡[14]。杏鲍菇leurotuseryngi在高温条件下菌丝生长缓慢，时间的延长也可导致菌丝死亡[15]。大球盖菇StropHariarugoso-annulata菌丝[16]、白灵菇PleurotusferulaeLanzi菌丝[17]、红菇Russula[18]、金福菇Tdcholomngiganteummassee[19]、松乳菇Lactariusdeliciosus和高大环柄菇Macrolepiotaprocera[20]在高温、低温胁迫下，菌丝同样生长缓慢，甚至停止生长。随着培养温度的升高，地木耳Nostoccommunevauch细胞的胞外多糖和蛋白质含量先增加然后降低[21]。黑木耳Nigrumfungus在高温处理时产量显著减少，正常环境中黑木耳产量约是其2倍。并且在室内栽培条件下，与自然光照条件相比，黑木耳的总糖含量、粗蛋白、粗脂肪含量显著减少[22]。非生物胁迫还引起如氢氧根负离子(OH-)、自由羟基(·OH)、过氧化氢(H2O2)等含量的积累[23]，对真菌细胞造成伤害。生物为了保护自身免受伤害也形成了清除这些自由基和活性氧的保护酶类，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等[24]，其通过降解的方法去除活性氧，来抗御非生物胁迫诱导产生的氧化伤害。高温胁迫下平菇Pleurotusostreatus菌丝体内脂质过氧化产物丙二醛(MDA)、可溶性蛋白质、游离脯氨酸含量均升高，且温度越高其MDA含量积累幅度越大[25]。低温处理前期，草菇菌丝可以通过增强SOD、POD和CAT同工酶的表达而提高活性氧清除能力，增强抗胁迫能力[26]。并且低温处理后发现，草菇菌丝体在低温胁迫中有新的可溶性蛋白产生[27]。香菇Lentinusedodes低温胁迫可诱发香菇子实体的形成，并可以提高产量[28]。水分是真菌细胞的重要组成，也是其体内代谢、营养吸收、代谢物排出以及胞外酶分泌不可缺少的基本溶剂[29]。研究表明，当含水量过高时，平菇菌丝生长最慢、效率最低[30]。白灵侧耳Pleurotusnebrodensis在含水量低的环境下，菌丝难以萌发，生长缓慢、细弱。PH较低时(PH<4)，菌丝停止生长[31]。金针菇Flammulinavelutipes、杏鲍菇Pleurotaseryngii、真姬菇Hgpsiygusmarmoreus在水分、PH的胁迫下，SOD、POD和CAT都会有不同程度的升高，并且差异显著[15]。

2 环境胁迫下药用真菌的生长生理及代谢变化

2.1 温度胁迫下药用真菌生长及生理代谢变化

2.2 金属离子胁迫下药用真菌生长及生理、次生代谢变化

适当浓度的金属离子可以促进药用真菌的生长以及有效成分含量的提高，但浓度过高时，效果则相反。如高浓度的氮会抑制雷丸的生长[43]。当培养料中Hg浓度高于0.2 mg·kg-1时，对糙皮侧耳pleurotusostreatus的菌丝将造成毒害，影响糙皮侧耳的生长发育[44]。硝酸钾作为N源时对北冬虫夏草有促进菌丝生长、提高产量的影响[45]。镧离子浓度为8 μmol·L-1时，对云芝Coriolusversicolor漆酶活性有抑制作用，铈离子浓度为50 μmol·L-1时对漆酶的活性同样抑制[46]。亚硒酸钠处理对金耳发酵液的抗氧化活性有促进作用，且当亚硒酸钠质量浓度达到5 mg·L-1时，OH和DPPH清除率和还原力都明显提高[47]。不同浓度的La(NO3)3对灵芝菌丝生长期间各种胞外酶活性有较大的影响，当La3+浓度为0.005 mmol·L-1时，蛋白酶活性是空白组的1.71倍；且La3+浓度在0.500 mmol·L-1时可促进β-淀粉酶的活性，而高浓度(≥1.000 mmol·L-1)的La3+会抑制其活性；通过对灵芝菌丝培养液中可溶性糖的测定，发现淀粉酶、纤维素酶活性增高，可溶性糖含量也增高[48]。金属离子也显著影响灵芝细胞生理和代谢，如加入10 mm Mn2+导致总GA产量提高2.2倍[49]。

2.3 PH胁迫下药用真菌生长及次生代谢变化

土壤pH值过高或过低，会使植物需要的营养元素的生物有效性发生变化，从而导致植株某些元素营养失调[50-51]。茯苓菌丝适宜PH为4.0～5.0，当在PH过高时，茯苓的菌丝长势稀疏[52]。桑金钱菌Flammulina在PH为7时菌丝生长速度快，低于4则基本不生长[53]。灵芝在PH为4～8均可生长，当pH为5、6时，菌丝生长较快，具体表现为菌落菌丝浓密，生长势旺盛。但是当PH进一步升高时，菌丝生长明显受到抑制[54]。猪苓作为传统药用真菌，药用部位是菌核，从菌核分离出多糖在临床上具有抗肿瘤的作用[55-56]。当PH<8时，菌丝生长逐渐受到抑制，并且多糖含量也逐渐降低[57]。灰树花Grifolafrondosa为药食两用菌，具有抗肿瘤、降血糖、抗HIV病毒等功能[58]。pH值较低不利于灰树花真菌的生长及胞内多糖的产生，随pH值的升高，菌体及胞内多糖产量逐渐升高，至pH值达到5.1时，菌体及胞内多糖产量同时达到最大，最大产量分别为21.23、2.86 g·L-1。肉色迷孔菌Daedaleadickinsi、铜色牛肝菌Boletusaereus和肺形侧耳都是药、食兼用菌，多糖具有抗癌[59]、抗肿瘤[60]等作用。通过在不同pH下研究发现，不同pH对多糖含量影响显著，肉色迷孔菌和铜色牛肝菌在pH为6时，胞外多糖含量最高，肺形侧耳在PH为5时，胞外多糖含量最高[63]。可以发现，不同药用真菌次生代谢产物的合成和积累对pH的需求不一致。在实际生产实践中，我们要根据不同真菌的需求来调整pH，可提高药用真菌有效成分的含量。

3 展望

“逆境效应”首先是在植物类药材研究的基础上提出的，环境饰变通过影响药用植物基因的表达，从而影响其次生代谢产物的形成和积累，是环境对道地药材形成影响的一种表现，该理论同样适用于指导优质药用真菌形成机制研究。但由于真菌生长发育的特殊性，其对环境胁迫响应的生理变化及其分子机制也会存在特殊性。环境胁迫条件对药用真菌的产量和次生代谢产物含量均会造成重要影响，全面而深入解析药用真菌响应环境胁迫的生理生化反应，对于指导真菌定向生产、品种选育将具有重要意义。通过菌种诱变、改变培养条件以及调控代谢途径等手段也可以优化目标代谢产物生产，且有望获得结构新颖、生物活性独特的先导化合物，有望在现代新药研发中发挥着重要作用。

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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

国家自然科学基金(81573522)

*

袁媛，研究员，研究方向：中药鉴定与分子生药学；Tel：(010)64097649,E-mail：y_yuan0732@163.com

2016-11-24)