外源物质对灵芝深层发酵的影响综述

雷含珺 潘丹阳 刘 帅 刘高强*

（1. 中南林业科技大学林业生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410004；2. 中南林业科技大学湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站，湖南 长沙 410004）

外源物质对灵芝深层发酵的影响综述

雷含珺1,2潘丹阳1,2刘 帅1,2刘高强1,2*

（1. 中南林业科技大学林业生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410004；2. 中南林业科技大学湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站，湖南 长沙 410004）

灵芝多糖和三萜类化合物是灵芝的关键药效成分。通过选择适当的外源物质添加到灵芝深层发酵基质，使灵芝多糖和三萜类化合物产量增加，是灵芝深层发酵的研究热点。综述某些中药材固体粉末或其提取物、金属离子、稀土元素和真菌激发子等外源物质对灵芝深层发酵生物量和关键药效成分的影响，并对今后的研究趋势作出展望。

外源物质；灵芝三萜；灵芝多糖；深层发酵

1 概 述

灵芝（Ganoderma lingzh i，原用学名Ganoderma l ucidum）[1,2]是我国的传统中药材，已有2 000多年的应用历史，是担子菌纲、灵芝科、灵芝属的药食两用真菌，具有滋补强壮、扶正固本的功效。迄今为止，已从灵芝子实体中分离到十余类化合物，包括多糖、氨基酸、蛋白质、甾类、三萜类、香豆、挥发油、树脂、油脂及少量无机离子，此外还含有生物碱、β-谷兹醇等物质，其中灵芝多糖和三萜类化合物为关键药效成分[3～5]。

灵芝三萜又称为灵芝酸，是指一类含羧基和多羟基结构的三萜类化合物[6]，现代药理研究表明，其具有抗病毒、镇静止痛、抑制组织胺释放、解毒保肝、杀伤肿瘤细胞等药理活性[7～9]。灵芝多糖则具有很强的提高机体免疫力、抑制肿瘤、促进蛋白质和核酸的合成、清除氧自由基、抗血栓血凝、护肝、降低血压和血糖、抗病毒和杀菌、辐射保护的作用[10]。

随着生物技术的不断发展，人们不再满足于通过传统方式获得灵芝的关键药效成分，而转向采用生产周期短，质量易控制[11]，机械化、自动化程度高[12]的有利于实现大规模工业化生产的液态深层发酵方法获取有效成分。研究证实，发酵菌丝体与子实体的成分、作用一致，这让采用液体发酵生产灵芝多糖及三萜等有效成分成为可能。提高灵芝菌丝生长速度和关键活性成分产率是人们研究的热点。许多学者从优化发酵基质（如C/N）、发酵过程参数（如溶氧和pH），以及补料分批发酵等方面，就提高灵芝液态发酵中次生代谢产物的形成进行了一系列研究[13,14]。文献显示有部分外源物质对灵芝深层发酵中多糖及三萜的产量具有显著作用，但尚缺系统阐述。

2 外源物质对灵芝深层发酵的影响

2.1 中药及其提取物对灵芝深层发酵的影响

中药历史悠久，种类繁多，药用真菌与中药结合发酵已经成为开发药用产品资源的一种非常有效的途径。研究发现中药的某些成分可促进灵芝自身有效成分的增强，而灵芝也可利用中药活性成分进行转化[15～17]。

关于中药对食药用菌作用的机理，有研究表明，食药用菌通过分泌庞杂的酶系对中药中的纤维素、淀粉、蛋白质、脂类等丰富的营养成分发挥利用，并促进自身生长和产物合成，而得到丰富的代谢产物。真菌除了利用中药中的营养物质外，还能对中药中的萜类、黄酮类、生物碱、皂苷类等某些活性物质进行生物转化，消除中药毒副作用，甚至形成新的成分或是活性更高的物质[18,19]，从而增强发酵产物的生物活性和药理功能。

目前有关添加中药对灵芝液体深层发酵的影响的研究报道很多（表1），添加中药的方法主要有三种：一是按一定比例直接添加中药粉末，二是添加一定量的中药水提物，三是加入一定量的中药有机化学提取液[20]。

2.2 金属离子对灵芝深层发酵的影响

金属元素对微生物生长和次级代谢产物合成至关重要，它们参与细胞的基础代谢，细胞结构物质的组成，能量的转移，细胞通透性的调节，或是作为酶的辅因子，具有重要作用，其中Ca2＋、Fe2＋、Na+、K+、Mg2+等对真菌细胞生长、次生代谢产物合成具有显著影响。所以添加金属离子被认为是一种能提高次级代谢产物产量的简单又有效的策略[29]。

鲍锐用硫酸铜作为Cu2+供体，氯化钙作为Ca2+供体，研究Cu2+、Ca2+对灵芝深层发酵的影响，结果发现加入100 μmol/L硫酸铜时，灵芝酸产量较对照组提高57%，达到207.773 m/L；加入氯化钙浓度为100 μmol/L、200 μmol/L时，灵芝酸产量较对照组提高29%、26%，达到187.061 mg/L、182.407 mg/L[30]。叶盛权等研究不同金属离子对灵芝多糖含量的影响，发现K+、Mg2+和Fe2+可以促进灵芝多糖液态发酵，其中含Fe2+发酵培养基所产生物量和多糖最多，分别为7.299 g/L和0.72 g/L，而在种子液培养基基础上加入0.2% Fe2+更有利于灵芝多糖产量的提高[31]。徐轶宁发现添加钙离子、钠离子或锰离子都能显著提高灵芝酸产量，其中添加10 mmol/L钙离子的效果最佳，比未添加的对照提高了4.03倍，且还同时调节各单体灵芝酸的比例[32]。其调控灵芝代谢的分子机制是，Ca2＋、Na＋和Mn2＋能够上调灵芝胞内Ca2＋水平，从而促发钙调磷脂酶信号，通过上调钙调磷脂酶信号基因和灵芝酸生物合成基因的转录水平来促进灵芝酸的合成。

表1 添加某些中药对灵芝深层发酵的影响

2.3 稀土元素对灵芝深层发酵的影响

稀土元素是化学元素周期表中镧系元素及两个相关元素钪和钇的总称，具有广泛的生物学功能，能够促进植物的生长以及细胞次生代谢产物的合成[33,34]。姚强等选择镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、镨（Pr）、铒（Er）这5种对植物及食用菌细胞生长和次生代谢产物合成具有明显促进作用的元素进行研究，发现不同的稀土元素在适宜浓度时对灵芝多糖和三萜的产量均具有一定程度的促进作用。其中稀土元素镨对灵芝胞内多糖、胞外多糖和胞内三萜的生产促进作用最明显，分别在浓度为0.01 mmol/L、0.001 mmol/L和0.1 mmol/L时，使三者产量分别达到最高的772.56 mg/L、452.76 mg/L和398.49 mg/L，分别是对照的4.67、3.05和1.91倍。而0.001 mmol/L的镧诱导胞外三萜效果最好，其产量达到610.08 mg/L，是对照的2.03倍[35]。

2.4 其他外源物对灵芝深层发酵的影响

真菌激发子（fungal elicitors）是来源于真菌的一种特定的化学信号物质，可以是真菌的多糖、多肽、发酵液、真菌分泌产物等，具有诱导植物细胞中防卫基因表达，诱发植物过敏反应和促进植物细胞中特定次生代谢产物的合成等多种功能。近年来，人们利用真菌激发子处理植物培养细胞，促使细胞快速、大量合成目的次生代谢物质[36]。根据这些特点，人们推测真菌激发子可能会对药用真菌起到同样作用。

高兴喜等以3种不同食用菌病原真菌（木素木霉、蘑菇轮枝孢和顶头孢）为激发子菌株，采用脱脂脱蛋白酸解法制备真菌激发子，考察其对灵芝多糖和三萜类物质积累的影响[37]，发现顶头孢激发子对灵芝多糖和灵芝三萜类物质积累的诱导作用较好，使灵芝多糖和三萜类物质的积累比对照组分别提高了6.1倍和5.2倍，且最佳作用浓度均为120 μg/mL，最佳加入时间分别为灵芝发酵培养的中期（3天）和初期（0天）；木素木霉激发子对灵芝多糖和三萜类物质积累的诱导作用次之，其产量分别是对照组的2.7倍和4.0倍，最佳作用浓度均为80 μg/mL，并且最佳加入时间均为灵芝发酵培养的后期（5天）；蘑菇轮枝孢激发子作用效果较弱。

一氧化氮（NO）是一种重要的活性氮，对诱导真菌次生代谢产物的合成与积累具有一定的作用[38]。王松华等采用硝普钠（sodium nitroprusride，SNP）作为外源一氧化氮的供体，研究一氧化氮对灵芝生长、胞外多糖和胞内多糖产量的影响，发现0.5 mmol/L的SNP能显著促进灵芝菌体生长和胞外多糖及胞内多糖的合成，而SNP浓度＞4 mmol/L时，则灵芝菌丝体生物量、胞外多糖、胞内多糖的产量均呈现下降趋势，说明过高浓度的SNP抑制灵芝菌体的生长和多糖的产生[39]。

3 展 望

灵芝深层发酵以其生产周期短、产物易控制、提取有效成分容易等优点，而得到国内外广大学者的共同关注，并广泛应用于科学研究。目前国内外有关灵芝深层发酵的研究主要集中在发酵参数优化，对多糖及三萜等次生代谢产物提取工作中，有关外源物质对灵芝深层发酵的影响研究则比较薄弱。

（1）外源物质种类过于简单。虽外源物质添加种类已扩大到对植物细胞次生代谢有所作用的稀土元素及真菌激发子上，但主要还是集中于中草药及提取物，对其他物质如植物激素、生物活性寡糖等的研究较少。

（2）缺乏对增效机理的研究。目前主要通过添加多种外源物质，研究外源物质对灵芝生长及次生代谢产物产量的影响，而外源物质种类繁多，选择时具有一定盲目性。

（3）缺少对外源物质、次生代谢产物组分分析的研究。研究发现，有部分外源物质对灵芝深层发酵有较明显的影响，但并不明确外源物质中的哪种化合物为效应成分，也缺乏对灵芝深层发酵具体产物的组分分析。

因此，今后研究外源物质对灵芝深层发酵的影响，还需要进一步扩大外源物质的种类，了解其增效机理，明确其具有效应的化合物单体，将研究对象转化为更有价值的功能性化合物，并对其进行高效定向发酵和生产放大试验研究，加快灵芝生物技术产业的发展。

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Effects of exogenous inducer on submerged culture of Ganoderma lingzhi

Lei Hanjun1,2Pan Danyang1,2Liu Shuai1,2Liu Gaoqiang1,2*

（1. Hunan Provincial Key Laboratory for Forestry Biotechnology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China；2. National Research Station of Forest Ecosystem in Lutou, Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004, China）

Triterpenes and polysaccharides are the key active ingredients in Ganoderma lingzhi. The production of Ganoderma triterpenes and polysaccharides can be enhanced by adding exogenous inducer into the substrate. This experimental idea has been developed into a study subject on submerged culture of G. lingzhi. Chinese medicines and its extracts, metal ion, rare earth elements, as well as fungal elicitors for the effects of exogenous inducer on submerged culture of G. lingzhi were reviewed. Additionly, the further application outlook is put forward in this paper.

exogenous inducer; Ganoderma triterpenes; submerged culture; Ganoderma polysaccharides

S646

码：A

：2095-0934（2017）04-234-06

湖南省杰出青年科学基金项目（2015JJ1025）；教育部“新世纪优秀人才支持计划”基金项目（NCET-13-1046）；湖南省高校创新平台开放基金项目（14K112）

雷含珺（1993—），女，在读硕士生

*通讯作者：刘高强，博士、教授、博士生导师，主要从事真菌生物技术研究，E-mail：gaoliuedu@163.com