国内北虫草人工培养现状及其化学成分分析

于燕莉，梁爱君，黄贤荣

北虫草 Cordyceps militaris（L.ex Fr.）Link 来源于子囊菌亚门 （Asco mycotina）核菌纲 （pyrenomycetes）球壳目（Sphaerinles）麦角菌科（claviticpitaceae）虫草属（Coedyceps）真菌，常寄生在鳞翅目和鞘翅目等昆虫蛹体上，也可利用家蚕和柞蚕蛹人工批量培育，其药效、药理与冬虫夏草极为相似。主要分布在我国东北、华北、西北等地区，华中、华南和西南地区也有发现。冬虫夏草是中国三大补品之一，具有增强免疫功能、抗肿瘤、抗菌消炎、抗衰老等药效作用。而北虫草主要药用成分为虫草素、腺苷等，其含量远高于冬虫夏草，且比冬虫夏草更易于人工栽培，因此被选为冬虫夏草的最佳替代品而进行人工培育。我国20世纪90年代以来，对作为药食两用品的北虫草进行了药化、药理、毒理等系统研究，证明人工栽培北虫草无不良反应，且具有明显的镇静、抗疲劳、抗肿瘤、抑制癌细胞和促使雄性激素分泌等作用，可增强机体免疫功能，作为药品和食品使用，对人体健康安全可靠。

1 北虫草的人工培养

1.1 固体栽培 1986年吉林省蚕业研究所以家蚕和柞蚕为寄主培养蛹虫草成功获得子实体。后来蛹虫草先后在柞蚕和桑蚕活蛹、家蚕、蓖麻蚕蛹以及樗蚕蛹为寄主在室内种植蛹虫草成功。随后瓶栽蛹虫草成功，并提出子座的色泽与光线强弱有关。随着发展，蛹虫草菌可以直接在培养基上，并长出子座，并且可以直接液体培养菌丝体。目前生产上普遍采用常规试管母种或固体原种栽培蛹虫草。蛹虫草子实体发生率低，且生长不整齐，产量极低，甚至有的难以长出正常子实体。后来有人发现人工蛹虫草培育成功的关键在于诱发子实体原基的形成，认为温差刺激对子实体原基形成的效果较好。

1.2 液体培养 天然的蛹虫草资源非常稀少，相对人工固体栽培周期长，且条件控制困难。然而通过液体深层培养法获得虫草菌丝体的化学组成与从天然采集的虫草的化学组成接近，并且可以从发酵液中获得人们所需的物质，还能大大缩短生产周期。邵爱娟等研究得出虫草菌丝的最适生长温度为20～25℃。在进行菌丝发酵时碳源以蛋白胨为最优，采用1∶2或1∶3的碳氮比较为合适。李宗军等正交实验表明，发酵最佳培养基组成是：5%大米粉、豆饼粉、1.5%麦芽粉、0.1%KH2PO4，0.05%MgSO4·7H2O。 李信等得出影响蛹虫草菌胞外多糖产量的实验因子显著性大小的排列顺序为：甜菜糖>酵母浸出粉>KNO3>MgSO4·H2O>FeSO4。胞外多糖最佳发酵工艺参数：初始pH值为7，500 ml三角瓶中培养基装液量100 ml，接种量6%，温度28℃，周期为96 h。赵明文得出的优化培养基配方为：玉米粉4%，黄豆粉0.6%，酵母粉0.3%，K2HPO40.05%，MgSO40.05%，接种量 0.3%，pH5.5。 认为碳源因子对胞外多糖的产生影响显著。陈晋安等得出蛹虫草发酵的适宜培养基组成为：蔗糖5.0%，玉米浆3.0%，酵母膏0.5%，MgSO4·7H2O 0.05%，K2HPO40.05%， 认为蔗糖为碳源最好，以酵母膏为氮源，菌体产量最高。李烨研究认为蛹虫草菌丝的生长可以利用多种碳源和氮源，在以红糖碳源、奶粉为氮源的液体培养基中生长最佳，且碳源/氮源合适的比例为 2.0～2.5/1.0，适宜pH5.0～6.5。汪宇等以发酵得率为指标优化培养基成分确定为蛋白胨 1.5%，MgSO40.05%，K2HPO40.15%，VB15 mg/L，2,4-D 2 mg/L。在相同条件下，优化培养基比原来培养基的发酵得率提高了4.5%，研究初步得到蛹虫草液体培养条件和生长动力学，为工业化生产提供了一定的理论依据。刘祝等研究最好的培养基配比可将该菌株的虫草素含量提高到1.21%，比用Czapek培养基提高8.1倍。柴建萍等通过实验得出玉米粉为最优碳源，蚕蛹粉为最优氮源，MgSO4为最优无机盐。液体发酵最佳培养基配方为：玉米粉（0.02 g/ml），蚕蛹粉（0.005 g/ml），硫酸镁（0.0005 g/ml）。

2 化学成分

2.1 核苷类 北虫草中主要含腺苷、鸟苷、尿苷，此外还有虫草素、腺嘌呤和尿嘧啶。其中虫草素最早于1951年由加拿大的Cunningham从北虫草中提纯得到。虫草素是一种核苷类抗生素，对葡萄球菌、链球菌、鼻疽杆菌、炭疽杆菌、猪出血性败血症杆菌等均有抑制作用，具有广谱的抗菌活性，有抑制肿瘤、抗病毒、免疫调节和抑制mRNA翻译的作用。其中治疗白血病已进入Ⅱ期临床试验。腺苷是虫草素的直接前体，本身也具有很好的生理活性，有文献报道，腺苷是蛹虫草中的活性成分之一，具有减少心肌漏出酶，维持细胞膜的完整性并能降低冠状动脉阻力，可以改善心脑血液循环、防止心律失常、抑制神经递质释放和调节腺苷酸环化酶活性等。在心肌缺血缺氧时对心肌有一定的保护作用，而且可有效而选择性地降低肺动脉压。腺苷已被用作冬虫夏草的质控指标。鸟苷对防治生殖器复发性疱疹有较好的疗效。

2.2 多糖类 1977年，宫崎等报道了一种水溶性冬虫夏草多糖，是一种高度分支的半乳糖甘露聚糖，具有抗菌抗炎的作用，虫草多糖还具有促进SOD酶的作用。主链为由α（1→2）糖苷键连接的 D-呋喃甘露聚糖，支链含（1→3）、（1→5）和（1→6）糖苷键连接的D2呋喃半乳糖基以及（1→4）键连接的D-呋喃半乳糖基，非还原性末端均为D-呋喃半乳糖和吡喃甘露糖。

2.3 虫草酸 虫草酸 （cordycepic acid）是奎宁酸的异构物，即D-甘露醇。为虫草类真菌中的主要有效成分之一。具有利尿脱水、提高血浆渗透压、镇喘祛痰、抗自由基等药理作用。并且对多种疾病有一定的疗效。研究表明虫草中甘露醇含量主要与其产地、寄主及生长期等因素有关。

2.4 甾醇类 北虫草中甾醇类成分主要是麦角甾醇，另外还有β-谷甾醇。麦角甾醇是真菌类的特征甾醇，在虫草中含量相对恒定，通常作为质量控制指标之一。是一种重要的维生素D2原，具有抗癌、防衰、减毒等功能，其是虫草中最主要的一种甾醇，揭示了冬虫夏草菌丝体的水平。麦角甾醇以两种形式存在，即游离麦角甾醇和酯化麦角甾醇，各自具有不同的生理功能。姜泓等从人工蛹虫草的干燥子实体中的乙醇提取物中分离得到7个化合物,其中1～6化合物为核苷类，第7个麦角甾醇过氧化物（ergosterol eroxide，7）为甾醇类。

2.5 氨基酸类 虫草中含有丰富的蛋白质和氨基酸。据实验表明：在野生蛹虫草中含有的氨基酸，在人工培育蛹虫草中几乎都含有，并且在以蚕蛹为培养基质生长的蛹虫草中氨基酸总量及人体必需的八种氨基酸总量均高于野生型及其它人工培育型的蛹虫草。蛹虫草粗蛋白含量在30%左右，氨基酸总量达到22%，蛹虫草菌丝体和子座都含有17种氨基酸，除组氨酸外，其余17种氨基酸均含有：天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、精氨酸、色氨酸。其氨基酸总量和天然冬虫夏草接近，略高于天然虫草。

2.6 SOD（超氧化物歧化酶） 它是一种生物活性蛋白质，这种酶具有清除新陈代谢中产生的超氧阴离子自由基的能力，在维护机体活性氧代谢的平衡中起重要作用。在预防各种疾病及抗衰老防御物质中SOD是最重要的关键酶 （目前为止发现的唯一的以自由基为底物的酶）。如抗红斑狼疮、类风湿、皮肌炎、防辐射、抗癌，并有抗衰老和美容肌肤的作用。近年来，SOD得到广泛的研究，其成果已在医药、食品、化妆品、生物农药等领域得到广泛应用。

2.7 微量元素 对北虫草和冬虫夏草中镍、钙、铁、铜、锰、锌、钾、钴、铬进行了比较，结果表明，两者的各微量元素含量有一定差异，但基本在同一数量级上。

总之，天然冬虫夏草来源稀少，对生长环境要求苛刻，所以人工培育北虫草已经成为热点。现在比较成熟的人工培育方法有两种：一种是液体发酵获得菌丝；另一种为固体培养基上获得子座。虽然北虫草的人工培养已进入产业化阶段，但生产中仍存在着一定的难题，如在栽培过程中，出现子实体细小、分叉、中空以及不出草、出草少等；栽培技术普通人员不易掌握，北虫草菌种的退化等，严重影响北虫草的产量和质量。

目前，因为长期无性繁殖及多次转管的菌种，其母种容易退化，所以急待摸索出一种有效的防止菌种退化的方法。北虫草中主要成分与天然虫草虽然相似，但是否天然虫草的主要药理作用是由虫草素、虫草酸等发挥作用，还是几种成分协同作用的结果，北虫草能否真正成为天然冬虫夏草的理想替代品，仍需进一步深入研究。