微生物对食用菌生长的影响及其相互作用研究进展

崔 嫚 邵改革 张瑞颖 杨诺林 田 雨 王春霞 张庆桥 郑素月*

（1河北工程大学园林与生态工程学院，河北邯郸 056038；2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室，北京 100081；3陕西省西安市农业技术推广中心，陕西西安 710007）

近年来食用菌越来越受消费者喜爱，在全世界范围内被广泛食用。我国作为最大的食用菌生产国，已有约50种商业化栽培的食用菌品种[1]。据中国食用菌协会统计，2021年我国食用菌鲜品总产量达4 133.94万t，产值3 475.63亿元[2]。

从食用菌进化的最早阶段开始，食用菌与环境中的微生物并存且相互作用[3]。在食用菌生产过程中，有害微生物不仅污染食用菌培养料，而且可以感染其菌丝及子实体，常造成巨大的经济损失[4]。因此，人们认为食用菌栽培中除食用菌外的微生物均为杂菌或病原菌，忽略了有益微生物。有益微生物与食用菌相互作用，对食用菌生长发育发挥着重要作用。研究表明荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）[5-6]、恶臭假单胞菌（P.putida）[7-8]、嗜热色串孢（Scytalidium thermophilum）[9]、大豆根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）[10]、气味沙雷菌（Serratia odorifera）[11]、蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）[12]等微生物对食用菌的生长发育有促进作用。覆土栽培的食用菌菌丝受其周围环境微生物群落强烈影响，如双孢蘑菇（Agaricus bisporus）[13-14]、大球盖菇（Stropharia rugosoannulata）[15-16]、羊肚菌（Morchella）[17]、白肉灵芝（G.leucocontextum）[18]等的生长发育离不开特定的土壤微生物。除此之外，有益微生物在防治食用菌病虫害、拓宽食用菌栽培基质选材范围、驯化野生食用菌方面也发挥着重要作用。

食用菌作为微生物生态系统的一员，与环境中其他微生物群体发生着各种类型的相互作用。阐明微生物在食用菌生长发育中的作用，探索他们之间的关系，无论理论还是实践上都具有十分重要的意义。笔者对微生物产生的有害、有益影响，以及微生物与食用菌相互作用的研究进展进行综述，以期为制备微生物菌剂、拓宽食用菌栽培基质、驯化野生食用菌提供新思路。

1 微生物对食用菌生长发育的影响

1.1 有害作用

在食用菌栽培过程中，有害微生物的存在会导致食用菌产量和品质下降，进而造成极大的经济损失[19]。微生物对食用菌生长的有害作用主要表现在三个方面：一是竞争作用，有害微生物的大量繁殖，争夺了食用菌的营养物质和生存空间；二是侵染作用，微生物通过一定途径侵染食用菌，引起食用菌菌丝体枯萎、退菌、凋亡，子实体变色、畸形、腐烂等[20]；三是拮抗作用，微生物通过代谢活动产生并释放对食用菌生长的有害物质。

食用菌在生长过程中会受到病原真菌、细菌、病毒等微生物的侵染而发生病害。木霉属（Trichodermaspp.）真菌是食用菌绿霉病的主要侵染源，它们是一类致病性极强的竞争性杂菌。木霉菌能产生几丁质酶、β-葡聚糖苷酶、蛋白酶等水解酶，可降解食用菌菌丝细胞壁，对食用菌生长造成不利影响[21]。常见的真菌病害有枝葡霉（Cladobotryumspp.）侵染香菇、双孢蘑菇、毛木耳（Auricularia polytricha）等子实体引起的蛛网病，有害疣孢霉（Mycogone perniciosa）侵染双孢蘑菇引起的褐斑病，变红镰刀菌（Fusarium incarnatum）引起的羊肚菌菌柄腐烂病等[22-23]。托拉氏假单胞菌（P.tolaasii）引起的细菌性病害比较严重，其附着在菌丝表面，产生毒力因子破坏寄主细胞，可危害双孢蘑菇、平菇、秀珍菇（Pleurotus geesteranus）等食用菌[24]；北京泛菌（Pantoea beijingensis）引起杏鲍菇软腐病[23]。危害食用菌的病毒种类很多，且常导致食用菌子实体畸形、菌丝生长缓慢、褐化、腐烂等。常见的有Le PV1病毒引起的香菇病毒病，LIV病毒引起的双孢蘑菇病毒病等[25]。

1.2 有益作用

1.2.1 拓宽食用菌栽培基质选材范围

利用里氏木霉（T.reesei）和枯草芽孢杆菌的混合发酵液对预处理后的秸秆进行酶解得到酶解渣，其营养丰富，可作为低成本的食用菌原料[26]。有些木屑由于含有精油、树脂和单宁等抑菌成分，一般不能直接用于食用菌的栽培。虽然可以通过堆积发酵的方法去除木屑中的抑制性成分，但是处理时间较长。有研究表明栽培基质添加有益微生物，可以有效去除有害物质，促进食用菌菌丝的生长。在油茶果壳中添加包含解淀粉芽孢杆菌、泡盛曲霉（Aspergillus awamori）的单宁皂素降解菌剂后，有助于改善栽培基质，促进食用菌快速生长[27]。

1.2.2 缩短培养料发酵过程，创造有利环境

培养料的发酵是由嗜热真菌、嗜热变形菌和放线菌组成的微生物联合体完成。培养料在高温下发酵腐熟，同时也杀灭了杂菌、害虫的幼虫及卵块[28]。在发酵过程中嗜热微生物通过分泌纤维素酶系、半纤维素酶系、木质素酶系降解栽培基质并迅速生长，这一过程去除了基质中游离的营养物质，有效抑制霉菌的生长，缩短了发酵过程，为食用菌创造了有利的生长环境[29-31]。

1.2.3 促进食用菌生长

有益微生物可促进食用菌菌丝生长、增加菌丝生物量、诱导原基形成、提高子实体产量。微生物可作为食用菌的促生菌剂，在提高食用菌的生产效率和产品质量上发挥重要作用[32]。在食用菌栽培基质中添加促生菌可以刺激食用菌菌丝的延伸和原基的形成[33-34]。SUN等[11]在食用菌栽培料中分离促生菌气味沙雷菌HZSO-1，其可促进真姬菇（Hypsizygus marmoreus）的生长发育，缩短出菇周期3～4 d，子实体产量提高12%。CHEN等[12]从栽培袋料中分离出的蜡样芽孢杆菌[B.cereus（Bac1）]是杏鲍菇（P.eryngii）促生菌，其无细胞发酵液不但提高杏鲍菇菌丝体的生长速度，而且提高其漆酶、淀粉酶的活性。KUMARI等[35]从覆土层中分离出的谷氨酸棒状杆菌[Glutamicibacter arilaitensis（MRC119）]，与平菇共培养可显著促进平菇菌丝的生长，并提高平菇产量25%，生物学效率58%。在覆土层中添加放线菌属（Actinomycetales）真菌、斋戒小陌生菌（Advenella incenata）、柠檬色短小杆菌（Curtobacterium citreum）、疏水戈登氏菌（Gordonia hydrophobica）等可以显著提高姬松茸（Agaricus blazei）的产量[36]。此外，假诺卡氏菌（Pseudonocardia mangrovi）[34]、根瘤菌（Rhizobium）[37]分别为角质木耳（A.cornea）、猪苓（Polyporus umbellatus）的促生菌。

1.2.4 防治食用菌病虫害

有益微生物在防治食用菌病害、虫害方面发挥重要作用。研究表明，枯草芽孢杆菌（B.subtilis）[38-39]、贝莱斯芽孢杆菌（B.velezensis）[40-41]、解淀粉芽孢杆菌（B.amyloliquefaciens）[42]、出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）[43]均可对木霉产生拮抗效应，对食用菌绿霉病有防控效果。目前，枯草芽孢杆菌菌株QST713及解淀粉芽孢杆菌菌株MBI600已经商业化生产，用于治疗食用菌生产中的绿霉病[3，40，44]。GHASEMI等[45]发现假单胞菌属、芽孢杆菌属、泛菌属（Pantoea）细菌产生的挥发性有机物质对食用菌的褐斑病有显著防治效果。多型炭角菌（Xylaria polymorpha）可以防治因脉孢霉（Neurospora）引起的食用菌病害[46]。韦春月[47]从小杆线虫属（Rhabditssp.）生长不良的土壤样品及死亡的食用菌线虫上分离出具有优良杀线虫效果的细菌。马林等[48]分离的苏云金芽孢杆菌（B.thuringiensis）有杀灭食用菌迟眼蕈蚊（Bradysiaimpatiens）效果。

1.2.5 驯化野生食用菌

研究表明，野生菌根真菌由于根系微生物的存在，使得其人工栽培和驯化困难而进展缓慢[49]。OH等[50-51]在松茸子实体与赤松根系共生部位分离到促生细菌，发现该物种可能是成功培育松茸的重要因素。王文兵等[52]研究暗褐网柄牛肝菌覆土层中的放线菌，发现链霉菌属、游动放线菌属可以促进菌丝生长、原基发生及子实体生长。

2 有益微生物与食用菌的相互作用

2.1 覆土微生物与食用菌的相互作用

土壤作为生物因素的媒介，存在大量真菌、细菌、放线菌等微生物，这些微生物与覆土栽培食用菌建立了密切的关系。微生物可以为食用菌提供必要的营养物质，菌丝分泌物（葡萄糖、氨基酸类、有机酸类）也会招募细菌在菌丝表面定殖[53]。目前对双孢蘑菇的覆土栽培机理研究较为深入，关于覆土微生物的研究主要以细菌为主[54]。覆土层中的恶臭假单胞菌可附着在双孢蘑菇菌丝上并产生挥发性有机化合物（VOCs），从而刺激和促进菌丝生长和产生原基[8-55]。因此，许多学者认为VOCs质量浓度的降低是诱导双孢蘑菇出菇的环境信号之一[56]。VOCs也被认为是影响土壤生物之间交流和相互作用的关键因子。许多微生物产生的多种VOCs具有抑菌活性，能显著抑制多种病原菌的生长[57]。微生物产生的VOCs也会促进食用菌菌丝的生长。ORBAN等[33]发现细菌产生的2，5-二异丙基吡嗪可以促进平菇菌丝生长。HUMPHRIS等[58]在木霉中发现的丙酮能够刺激云芝的生长。

此外，双孢蘑菇栽培期间会影响细菌生物量。VOS等[59]发现堆肥中未接种双孢蘑菇与接种的相比细菌生物量增加了约4倍，因此双孢蘑菇被认为是以堆肥细菌为食。同样，据FERMOR等[60]报道，双孢蘑菇可以降解枯草芽孢杆菌，并且能够利用其作为唯一的碳氮源。

2.2 食用菌及其伴生菌的相互作用

银耳属真菌的营养体在人工培养基上能营腐生生活，但分解木质纤维素的能力非常弱，普遍存在伴生现象。伴生是指伴生菌与食用菌生活在一起，伴生菌具有很强的木质纤维素降解能力，通过降解木质纤维素为食用菌提供营养物质，帮助食用菌完成有性生活史[61]。香灰菌（Annulohypoxylon stygium）与银耳有伴生关系，具有分泌纤维素酶、半纤维素酶、多酚氧化酶的能力，且银耳和香灰菌存在结合位点。香灰菌菌丝分解木材为银耳提供营养物质[62]。但是银耳的伴生现象主要是对银耳有利，对香灰菌无明显的益处。金耳（Naematelia aurantialba）的生长发育循环系统比较复杂，需要依赖伴生菌-毛韧革菌（Stereum hirsutum）分解木质纤维素为其提供营养物质，且在整个生育过程中均需要伴生菌给予帮助。毛韧革菌是木腐菌，可分泌纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、果胶酶、多酚氧化酶等，分解木材，为金耳提供营养[63]。

2.3 微生物与菌根食用菌的相互作用

食用菌中70%左右是菌根菌，如正红菇（Russula griseocarnosa）、松露（Truffle）、牛肝菌（Boletus）、松茸（Tricholoma matsutake）等[64]。外生菌根菌生长发育过程中需要与特定植物的根系形成共生体，共生体在生长过程中会分泌代谢产物产生化感作用，促使菌根根系土壤中形成特殊的微生物群落，并形成特定的“菌圈”。这些微生物群落在协助共生体进行营养物质交换、协助菌根真菌与植物建立联系中发挥着重要作用。

菌根真菌在其生命周期中与细菌群落进行物理和代谢的相互作用，一些内生菌的存在可促进外生菌根真菌菌丝生长、子实体形成及氮源的利用等[65]。内生菌主要为定殖在菌丝或孢子细胞质内的菌类，在生活史的整个周期或特定时期与宿主共同生活[66]。几乎在所有的鸡油菌子实体中均存在根瘤菌和噬甲壳菌（Chitinophaga）[67]。慢生根瘤菌科（Bradyrhizobiaceae）是黑孢块菌（Tuber melanosporum）、双色蜡蘑（Laccaria bicolor）子实体中核心微生物[68]。内生菌与宿主长期共存建立了和谐的共生关系，不仅解决了其自身生存的压力，也促进了食用菌的生长、发育、进化及多样性[65]。

3 展望

食用菌与微生物的相互作用具有普遍性，自然界微生物资源丰富、功能多样，有益微生物开发的后备资源充足，具有较好的发展前景。人们越来越意识到，在栽培基质中添加有益微生物来促进食用菌的生长是一种可行的做法，食用菌和微生物之间的有益相互作用有助于提高食用菌的生产力。

目前有益微生物的研究主要在其分离、鉴定和功能，缺乏多菌株联合作用和实际生产应用的效果研究。食用菌生长发育过程中选择的微生物菌群通常存在于菌丝表面或靠近菌丝的地方，有益微生物菌株库通常在土壤、菌丝体、子实体、植物根际、培养料等部位筛选。但传统人工分离培养的微生物仅占0.1%～10%，这极大地限制了食用菌与微生物间相互作用的研究。

目前，对于食用菌与有益微生物相互作用机理的研究还不够深入，由于两者相互作用过程的复杂性，更多研究只停留在促进效果，如菌丝体生长速度、子实体产量等方面。但随着科学技术的进步，它们的相互作用机理将在转录组学、基因组学、蛋白质组学、功能基因探针、网络模型等先进技术的加持下被深入研究，未来可应用到更广泛的领域。