蕈菌生物技术的现代观及其对全球福祉事业的影响（一）*

张树庭



蕈菌生物技术的现代观及其对全球福祉事业的影响（一）*

张树庭

（国际蕈菌生物技术服务中心，香港中文大学生物系，香港）

当今人类的福祉面临着无数的挑战：地区性食物短缺，人类健康质量下降，以及生态环境日趋恶化。这些问题会随着世界人口的持续增长而愈加严重。我们迫切需要掌握公平有效的全球性的知识和技术。这三大挑战，特别是人类健康损害的发生不仅仅局限于贫困国家或社会的贫困阶层。事实上，那些在发展中国家和发达国家生活的高学历富裕家庭也有很多健康问题，如：高血压、心脏疾病、糖尿病和癌症等所谓的“富裕病”。这些健康问题的发生导致了不良的经济后果，提高了消费者和纳税人的生活成本，并使劳动力成为生产力下降的主要因素，不管是人类还是国家都不能忽视这个问题。蕈菌是一种很好的保健食品，其衍生产品是很好的膳食补充剂（滋补药），对多种疾病有一定疗效。蕈菌产业和其他产业一样，在全球范围内面临着不断变化和创新的压力。随着世界人口的不断增加，食用蕈菌消费能力日益提高，给世界蕈菌产业带来了极大的挑战，但同时也为药用蕈菌进入全球医疗保健体系创造了新的机遇。因此，需要通过探索野生蕈菌的生物多样性来不断发现新的品种资源，通过遗传操作和医药制造技术，开发新的生物功能材料。从事蕈菌行业的农民、生产商、出口商和科研人员等，都要灵活适应不断变化的全球性环境，通力合作，以推动世界蕈菌产业的发展。总的来说，世界蕈菌生产的稳步增长主要得益于如中国、印度、波兰和匈牙利等发展中国家的贡献。尤其是中国，近年来食用蕈菌和药用蕈菌的产量都大幅增加，如2011年的蕈菌产量为2 570万吨，其中包括了药用蕈菌，如灵芝属的110 027吨，占到世界生产总量的85%，做出了很大的贡献。此外，一些新的蕈菌品种在中国也有栽培和销售。近35年来，我看到中国的蕈菌产业发展变化，确实是惊人的。我从事蕈菌工作已有50多年，我坚信，蕈菌及其衍生产品对人类健康是大有裨益的。

蕈菌；生物多样性；生物周期；营养药；膳食补充剂；生物技术；中国

1 引言

据最近的估计，地球上有1 500多万种真核生物，其中真菌的数量有的说是500万种[1]，也有认为是500±300万种[2]，而被广泛接受的是300多万[3]。迄今，已被分类学家有效命名的真菌有15万种左右。根据笔者和Miles[4]对蕈菌所作的定义，目前已知的蕈菌种类约为15 000种，仅占所估算蕈菌种类的10%。其中大约有2 000种是安全可食的，内包括700种具有药用价值的蕈菌[5]。据估算，在中国已有300多种药用蕈菌在民间偏方中被采用。

在过去的30年，生物技术作为一项解决饥饿和疾病问题的新工具，已引起全世界的广泛关注。“生物技术”这一术语具有广泛性和多元化特征。它类似于“蘑菇”这个词，在不同的国家不同人的眼中，代表了不一样的事物。生物技术可以定义为一个生物学过程，即利用微生物、植物和动物的细胞或是其化学成分，为人类提供商品或服务。事实上，生物技术绝不是一个新的课题，这个词的使用历史已经超过45年，但是直到最近，该词才被大量宣传，其被认为是现在及未来的纯科学和应用科学中最具挑战性的领域之一。现代生物技术已被应用于一些强大的新技术领域，主要包括以下几个方面：（1）微生物、植物、动物的细胞、组织和器官的培养；（2）原生质体融合和细胞杂交；（3）生物工程过程，如固定化生物催化系统；（4）基因工程，如DNA重组、基因操作技术和基因克隆，在这一领域的发展备受瞩目。这些可以提高生产效率、降低生产成本的生物技术，正在被考虑用于制药、化工、动植物育种，以及食品加工和环境保护等行业。根据上述生物技术的定义，利用木质纤维素废料种植和生产食药用蕈菌的生物转化过程也是一种生物技术。这里所说的蕈菌生物技术，将意味着基于蕈菌基础所生产的衍生产品（蕈菌产品）具有增强人体健康的潜在功效。关于蕈菌产品对人类多种疾病具有疗效的实践经验，也有一段相当长的历史。近年来，掀起了一场蕈菌药用价值研究的热潮，蕈菌可作为一种改善生物功能的化合物的新来源，也可用作膳食补充剂和蕈菌营养药[6]，或满足其他药用目的。此外，分子生物学和现代分析技术的应用，为多个世纪以来的经验观察建立了科学的基础。

作为增加人类福祉的途径之一，现在以及未来的药用蕈菌产品的发展主要围绕两个基本方面。首先，利用野生蕈菌的生物多样性，研究和开发新的食、药用蕈菌资源，通过遗传操作和医药制造技术，增加和完善蕈菌产品（膳食补充剂）的生物功能特性。其次，蕈菌产品和蕈菌衍生产品是利用生物技术，以具有特定药用功能的蕈菌的子实体、菌丝体、培养基、孢子和菌核等为原料加工而成的。中国有句古话叫“药食同源”，这一说法特别适用于蕈菌，其营养价值和药用滋补属性早已为公众所认可。

2 野生蕈菌的生物多样性

蕈菌的生物多样性是一门综合性的生物科学，它对未来蕈菌生物技术的发展十分重要。生物多样性所面临的许多问题是高度复杂的。例如，遗传学和分类学相互作用形成保护政策，并从多个层面探索和开发新的食、药用蕈菌资源。正如引言中所提到的，在约2 000种安全无毒的蕈菌中，有700种左右具有药用活性。通过鉴定和驯化未知的野生蕈菌，食用和药用蕈菌种类的数量不断增加，如：在中国，1950年已知的食用蕈菌种类大约为50种，至2002年增加到了981种[7]。因此，对纯正的野生物种采取种质资源保护和进行遗传改良，至关重要。

3 遗传学和生长周期

在过去的20年中，分子遗传学从根本上推动了胚胎发育和种群生物学的演变和发展。利用SCAR（特定序列扩增）标记、ITS 序列分析、RAPD（随机扩增多态性DNA）指纹图谱技术对食用和药用蕈菌的生物学多样性进行比较研究，极大地提高了蕈菌菌种鉴定和菌株分离的准确性。而蕈菌繁殖方式和生长周期的基础性知识，对于任何一个蕈菌育种环节来说都是非常重要的。

在自然界，蕈菌往往会突然地生长出来，这一属性使其产生了许多与之相关的神秘现象。实际上，它们的生长周期的主导阶段是发生在地下或其生长的基质内，肉眼无法看见，或者只在一年中的合适季节破土而出，产生子实体。科学研究已经使得蕈菌能在人工控制或半人工控制条件下生长。

了解蕈菌生长周期非常重要。对菌株特性所需的自然选择是在没有明确掌握生长周期规律的情况下发生的。如双孢蘑菇，现在则需建立实用的育种协议，其中须涉及遗传操作技术和生长周期等知识[8]。一个最基本的前提是，必须知道该物种是同宗配合还是异宗配合。同宗配合，是指由单一的孢子产生菌丝，直至完成子实体生长发育的整个生命周期的过程；而异宗配合是指单个孢子不能完成有性生殖，需要两个具有亲和性的菌株共同生活在一起，才能完成有性生殖的生长周期，并产生子实体。生长周期、繁殖方式、繁殖机理是繁殖的三个参数[9]。生长周期决定了连续发展过程的先后顺序和相对持续时间，其包含了菌核及形态学的发展过程。

根据不同生长周期，可将蕈菌的繁殖系统分为三类：强制近亲繁殖型、远交繁殖型和自交繁殖型。一般情况下，蕈菌的生长周期具有三个阶段。第一阶段为孢子传播阶段；第二阶段是双核体/多核体的营养生长阶段，此阶段持续时间较长；第三阶段包括子实体发育，有性繁殖和孢子形成，例如香菇，为典型的四极性异宗配合类型[10]。近年来，对一些蕈菌种类的交配位点的结构和功能的试验研究，为蕈菌育种的基本原理和实际操作提供了大量有用的理论依据和技术支持[11~14]。

4 蕈菌产品/蕈菌营养药/膳食补充剂

我们已经清楚地意识到，人类当前生活在一个健康危机的时代，尤其是考虑到生命的头号杀手艾滋病、癌症和糖尿病；其可能还会导致其他严重的并发症，包括心力衰竭、中风、肾病、失明和截肢等。而食用蕈菌及其产品则成为减轻这些疾病患者痛苦的重要选择。它们正逐渐成为人们饮食的重要组成部分和膳食补充剂[15]。事实上，在许多不同的传统文明中，许多蕈菌已经被广泛用于维持人体健康，以及预防和治疗各种疾病。如图1所示，蕈菌本身（鲜品或干品）可为健康状态的人群提供食物；当人体处于疾病状态时，蕈菌的精深加工产品可以用作治疗的药物；而蕈菌的粗提物产品可作为亚健康人群的膳食补充剂；近来的报道称，膳食补充剂也可用于健康和患病两类人群[16]。

图1 蕈菌用途（产业）的金字塔模型

5 蕈菌产品质量

现代分析技术的应用，大量地揭示了蕈菌的各种重要的药用成分和作用机理。研究得最为广泛的成分有多糖、多糖-蛋白质复合物、三萜类、外源凝集素、核糖体失活蛋白（RIPs）和真菌免疫调节蛋白（Fips）。目前已有关于这些成分的一些普通功能，以及药用蕈菌可作为21世纪营养药的重要来源的相关报道[17]。但是基于蕈菌开发的膳食补充剂和营养药，存在着一个重大的问题，那就是这些产品具有很大的可变性，目前尚缺乏保证产品质量所必需的生产和测试标准。虽然已经证实了蕈菌的主要活性成分是多糖，尤其是非纤维质的β-葡聚糖具有有效的免疫活性，而且在中国和日本，有些产品已在临床上得到应用[18，19]，但是现在的大多数商业产品，其有效的活性成分还未明确。相关数据表明，不同真菌的β-葡聚糖具有不同的效用，这可能是由于其与不同受体的结合力不同而造成的。为了增加和维持消费者对产品的信任度，保护公众健康，以及满足当前和未来监管部门所设置的产品质量和安全标准的要求，建立和完善蕈菌产品标准和化合物的精确识别体系相当重要。尤其是回顾过去的30年在蕈菌科研和生产上取得的进展表明，药用蕈菌为人类医疗保健系统方面提供了重要的福祉。现代医药也许并不能满足所有的救治需求，而蕈菌产品（营养药）则可能对缓解和预防人类疾病具有很好的作用。现在的科学研究需要探明各已知结构的β-葡聚糖与其受体结合的表征机制。最后，需要对组成成分进行科学验证和对蕈菌产品进行质量控制，以提高蕈菌产品的宣传可信度[16]。（待续）

Modern views on edible and medicinal mushroom biotechnology and impact on global human welfare with special reference to China

Shu Ting (S.T.) Chang

（Centre for International Services to Mushroom Biotechnology, Department of Biology, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, SAR, China）

Today we face myriad of challenges for global human welfare including inadequate regional food supplies, diminishing quality of health, and increasing environmental deterioration. The magnitude of these problems is set to increase as the world’s popula­tion continues to grow.We need urgently to acquire the knowledge and technology required for fair and effective global response. Three challenges, particularly, human health disadvantages are not limited to the poor nations or the poor segments of the society.Even, the high educated, wealthier families in both developing and developed countries live in deed with health problems e.g., high blood pressure, heart diseases, diabetes and cancer in deed the so called “wealthy diseases”. These health disadvantages also have economic consequences. They lead to higher costs for consumers and taxpayers as well as a workforce that is vulnerable to productivity losses. With lives and dollars at stake the people /nations cannot afford to ignore this problem. Mushrooms are a valuable health food and their derivatives are superior dietary supplements (nutriceuticals) which have beneficial effects on a wide range of human ailments. The mushroom industry, like other industries, faces constant change and innovation pressures on a global scale. The challenges are for the world mushroom industry to recognise the increasing edible mushroom consumption capabilities with the increase in world population, and new opportunities such as introducing medicinal mushroom products into the global healthcare system. The industry needs to also continually search for new species through exploring the wild mushroom biodiversity and for new biological functional materials through genetic manipulation and pharmacological manufacture. Mushroom farmers, producers, exporters, researchers etc will need to be flexible and responsive to the changing environment of globalisation, and also work together, so as to be effective participants in the development of world mushroom industry. Overall, world mushroom production has steadily increased due mainly to contributions from developing countries, including China, India, Poland and Hungary. China especially, has witnessed a huge increase in both edible and medicinal mushrooms production, and in 2011 produced 25.7 million tonnes including medicinal mushrooms, e.g.,spp., 110,027 tonnes, and made the largest contribution by accounting for over 85% of total worldwide output.Furthermore, several new species of mushrooms have been recently cultivated and marketed in China. I have seen China’s mushroom industry change from what it was nearly 35 years ago to the present time and it is truly amazing. I have worked with mushrooms for over 50 years, I sincerely believe that mushrooms (mushrooms themselves) and mushroom products (mushroom derivatives) are beneficial to the human health.

mushroom；biodiversity；biological cycle；nutriceuticals；dietary supplements；biotechnology；China

Q81，S646

A

2095-0934（2014）04-181-04

*原文为英文稿，系作者2013年8月在北京召开的第七届国际药用菌大会上的主题演讲稿，为“中国工程院国际工程科技发展战略高端论坛——药用蕈菌”收录的论文之一，征得大会组委会和作者本人同意，由本刊编辑部翻译并发表。

作者通讯地址：3 Britton Place, Mckellar, A.C.T, 2617, Australia. E-mail: professorstchang@hotmail.com。