镉对食用菌生长的影响及防控技术研究进展

刘朋虎 ，赖瑞联，陈华，王义祥, *，翁伯琦, *

1. 福建农林大学国家菌草工程技术研究中心，福建 福州 350002；2. 福建省农业科学院，福建 福州 350003；3. 福建省红壤山地农业生态过程重点实验室，福建 福州 350003

食用菌是富有营养且优质可口的特色食品，食用菌开发可为乡村产业振兴与农民增收致富提供重要发展途径。然而，食用菌重金属污染事件时有报道，尤其是镉的污染占据较大的比例。就其原因分析，一方面是由于部分品种（或者菌株）本身内在富集特性所致，另一方面是城乡经济快速发展与环保措施的脱节而带来的水源、土壤和植物体的重金属污染，在很大程度上致使部分食用菌产品重金属含量超标问题更加突出（高庭艳等，2007）。这不仅会对食用菌产业绿色发展带来不利的影响，而且对城乡消费者健康产生威胁。食用菌富集重金属已引起人们高度关注，但其内在吸收规律与相关累积机理尚未完全明确，已有研究表明，某些食用菌品种对重金属的富集能力超过大田栽培的农作物，且具有代谢缓慢并易于累积的生理特性（赵玉卉等，2010）。有报道认为：镉是食用菌生产中容易被吸收与富集的重金属元素之一（寇冬梅等，2007）。许多研究者集中探讨了食用菌生长过程对镉的吸收特征及其富集机理，重点研究生产过程镉吸收与累积的防控技术，取得良好的成效（刘高翔等，2012；刘朋虎等，2017；王北洪等，2016）。本文主要结合项目组近年研究成果，重点综述了不同食用菌品种对镉的吸收过程与相关富集机理及其生产过程中防控镉污染的技术研究进展，不仅对深入探索其他重金属元素对食用菌生产的影响有参考价值，而且对食用菌绿色生产与产品质量安全保障具有借鉴意义。

1 食用菌生产过程重金属镉污染现状与分析

1.1 食用菌生产形成新的发展态势

食用菌生产正呈现多元化发展态势，栽培品种丰富，目前可进行商品菇生产的品种已超过了 80种；多达30个品种被进行工厂化栽培与集约生产；配套栽培技术较为先进，基本形成了乡村稳步发展的增收产业。实际上，食用菌品种在不断更新换代，其栽培方式也在不断创新，种植业秸秆与养殖业粪便优化集成应用与菌渣的再利用技术开发，为新兴的现代循环农业优化发展奠定了重要基础。就生产发展而言，新时期食用菌产业发展呈现五个新的特点。一是形成循环农业基础。食用菌的生产原料是种植业秸秆与养殖业粪便，其不消耗粮食，同时可有效消纳农业废弃物，生产菇类蛋白。随着标准化与智能化设施栽培技术被广泛应用，食用菌产量与品质得到了提高，显示了更大的增收潜力。二是可以利用边角土地。大部分菇农都是利用边角土地进行食用菌栽培，尤其是利用山地与杂地实施大面积有效种植。近年开展林下栽培则有助于食用菌产业排放的 CO2被林木吸收利用，而林木排放的O2为食用菌生产吸收利用，从而形成的碳-氧互补的优化生产模式。三是延伸产业开发链条。菌类的种植一般不需要施用过多肥料，且菌类生产中产生的下脚料是制备优质有机肥料的原料，利用食用菌菌渣并添加养殖业废弃物生产系列专用有机肥，获得了良好成效。四是注重改善栽培条件。以往食用菌的种植管理比较粗放，设施条件也比较简陋，近年来菇农着力改进栽培条件，实施旧菇房改造，配套了智能化控制器材，同时因地制宜创立了生产栽培模式并研发了系列新型装备，降低了劳动强度，提高栽培管理效率。五是提高转化利用效率。由于菌渣多次循环利用，碳素利用效率提高25%以上，而且食用菌生产比较节水，一般1 kg菇类产品的平均用水量仅为3 kg左右，是其他作物生长的1/100之下（翟劲涛，2017）。

就科技进步而言，主要体现在四个方面。一是栽培模式改革与创新。从 50多年前的段木栽培到40年前袋料栽培，再到后来的工厂化、智能化集约栽培，现在各类高效栽培模式已经蓬勃兴起。二是生产方式的转型升级。在食用菌高效生产过程，应用机械和配套设施已被大规模集成推广。食用菌工厂化生产的大规模企业已突破了600家，包括了海鲜菇、秀球菌、灰树花等 20多个富有特色的新品种集约化生产。据资料显示，2016年中国工厂化食用菌企业的日产量可达到7000多吨，食用菌工厂化总产量已占全球的43%。三是不断延伸菌业开发链。食用菌生产不仅在地域方面延伸，形成了南菇北移和东菇西移的大格局，而且产业开发内容拓展与细化的新趋势也日益显现，其涉及到原料替代与辅料应用、发酵设施与菇架设备、菌渣利用与肥料开发、产品加工与市场品牌等方面，精细化开发与规模化生产为产业链不断扩展提供了厚实的基础。全国食用菌产量超过100万吨的省份有10个，其中河南省已越升到488万吨，位居全国前列。四是精深加工技术不段深化。食用菌传统产品向品质优良、营养丰富的新型食品转变，一批精深加工的新产品不断推出，包括利用各种菇的下脚料加工功能性产品，逐步实现全价利用；同时优化加工产业区域布局并建设富有特色的生产基地（翟劲涛，2017）。

显然，食用菌生产的持续发展，不仅为人们提供优质食物资源（菌物蛋白），而且可有效构建农业废弃物资源化循环利用的平台，在获得经济效益的同时，减轻因焚烧、丢弃农业秸秆废弃物而造成的环境污染，进而促进变废为宝的农业环保产业发展。据预测，如果将每年占总量 5%的农牧业废弃物用于食用菌生产，即可获得至少1000万吨干食用菌产品，则相当于增加300－400万吨蛋白质（按干食用菌产品中含有30%－40%的蛋白质计），其生产潜力与发展前景是十分广阔的（黄辛，2013）。生产实践表明，食用菌栽培过程面临新的挑战之一，就是重金属的污染与超标问题，其中一些食用菌品种对镉的吸收与富集比较敏感，引起生产者与消费者的共同关注。研究表明，食用菌对镉的吸收与富集有一定的规律，尤其是富集程度与环境因素和菌株生理特性具有显著相关性（黄建成等，2007；徐丽红等，2007；袁瑞奇等，2006），必须进行分类研究并实施相应的防控对策。

1.2 食用菌生产过程中镉污染概况

1.2.1 生产环境因素

首先是栽培基质中重金属种类与数量，尤其是镉含量直接影响食用菌生产与污染程度；其次是基质中pH值、有机物种类与含量、大气污染等都会其产生间接的影响。有研究结果显示，随栽培基质镉含量的增加，子实体中镉的累积量会明显提高；同时采自大气污染区域的食用菌样本中镉超标比率明显高于大气洁净地区，位于城市郊区的食用菌生产基地的子实体镉的累积量一般都高于采集至边远乡村农户栽培的食用菌样品（Nikkarinen et al.，2004；Ouzouni et al.，2009；Zhang et al.，2008）。但对于野生食用菌品种而言，则有例外现象，如Svoboda et al.（2006）测定285个样品的Cd含量并进行统计分析，研究表明，生长于银矿区周围的15种不同野生菇的子实体中镉含量与其生长基质中镉总量之间并不存在明显的正相关性。pH值会影响土壤中包括镉在内的重金属元素的富集和释放规律（王静等，2017）。在食用菌生产中，李三暑等（2000）研究认为，姬松茸（Agaricus blazei Murrill）对镉较敏感，其子实体中镉的累积量与栽培基质中游离态镉总量呈现显著的正相关性，而与栽培基质 pH值变化呈现显著的负相关性；要提高栽培基质的pH，通常只能添加Ca2+或者其他碱性金属离子，可有效强化栽培基质中镉离子的物理性吸附或者促进其形成螯合物，可在很大程度上促进游离态镉离子向稳定态转化，进而降低姬松茸对镉离子的吸收或吸附作用。Chen et al.（2009）对11个蘑菇品种的镉吸收与累积量进行测定并通过统计分析发现：镉的吸收累积量与栽培基质中Cu2+的含量之间存在显著的相关性，即栽培基质中Cu2+的含量越高越能促进蘑菇子实体对镉的吸收，进而产生激发效应。

1.2.2 品种内在特性

不同品种食用菌（或者生产菌株）的生理特性会影响其对重金属的吸收与累积，包括菌株组织结构、生物化学成分、基质活性分解、菌丝体的生长、子实体成熟度及形态学的特征等（Lodeiro et al.，2006；Nordberg，2003）。有研究证实，菌株的生理特性是决定性因素，尤其是食用菌对镉的富集作用具有种性的依赖特征（Malinowska et al.，2004）。

1.2.3 存在交互作用

不同的食用菌品种对栽培环节镉的反应敏感度各异，同时富集镉的能力也不尽相同（李波，2016）。食用菌在生长过程，环境条件是镉吸收的影响因子，但不同品种对镉的累积响应则主要受品种的遗传特性影响，环境因素变化仅起到一定作用。曾经有学者采集了7个不同的食用菌品种（66个样品）进行测定与分析，结果表明，血红乳菇（Lactarius sanguifluus）、白草菇（Volvariella speciosa）受环境变化影响程度比较大，野蘑菇(Agaricaceaespp)等其余 5个品种则主要受菇的内在特异性影响，例如生长在公路旁的蘑菇与在森林深处和草地内部采摘的蘑菇中镉的含量相近，而在不同生态环境的地点所采集到小白蚁伞（Termitomyces microcarpus）镉的富集量也相近，说明不同食用菌对镉的富集具有种间特异性，并不完全受环境条件所影响（Işıloğlu et al.，2001）。高庭艳等（2008）采集了5种野生蘑菇并分析菇体重金属含量，进一步证实了蘑菇品种对镉的富集作用存在种间特异性。孔佳慧等（2013）通过对比试验发现，高浓度的镉使菌丝体的生长量减少且具有明显抑制菌丝体生长的作用，从总体上看，对镉的富集能力以平菇（Pleurotus ostreatus）最强，其次是香菇，鸡腿菇（Coprinus comatus）相对比较弱。张丹等（2005）研究表明，不同品种食用菌对环境中镉也具有各异的响应度，在森林深处采摘的小白蚁伞（Termitomyces microcarpus）子实体（干重）镉含量为65.30 mg·kg-1，生物富集系数为1674；但在铁冶炼厂附近采摘的锈盖粉孢牛肝菌（Tylopilusballouii）子实体镉含量则为0.10 mg·kg-1（干重），其研究数据说明了不同食用菌品种对镉的生物富集效应各异，其在很大程度上依赖或者取决于品种的内在特性与环境因素的交互作用。

1.2.4 存在阈值效应

李开本等（1999）等分批采集并测定了人工栽培的巴西蘑菇（Agaricus blazei Murrill）样品，其子实体镉含量并没有随栽培料中镉量增大而提高，即使在堆料和覆土中镉含量均低于0.1 μg·g-1条件下，其子实体镉含量仍超过 4.0 μg·g-1，最高达到 6.8 μg·g-1，可认为子实体镉含量偏高与栽培所采用的培养料及覆土材料不存在直接相关性，而是由菌体本身富集镉元素的生物学特性所导致。就同一个品种而言，其菇体镉吸收与累积受到生长环境中镉含量丰富程度的影响。对茶树菇（Agrocybe aegerita）子实体的镉含量进行测定，结果表明，栽培料中镉含量不同，将直接影响子实体的镉吸收与累积，当栽培料中镉质量分数为20 mg·kg-1时，其子实体镉富集系数达到最高（14.2%），相应的子实体中的镉质量分数达到2.84 mg·kg-1，比绿色食品标准（1.0 mg·kg-1）高了 2.84倍。栽培料的镉质量分数在 1－20 mg·kg-1之间，茶树菇子实体的镉含量随培养料中镉含量的增加而提高，但当培养基镉质量分数在0.1－2.0 mg·kg-1时，茶树菇子实体的富集系数则在 12%－12.5%之间波动（谢福泉等，2015）。杨小红等（2014）选择4个平菇品种开展食用菌对Cd的富集作用，研究表明，在 0.11 mg·kg-1与 0.66 mg·kg-1的添加水平下，分别有50%和100%参试的平菇品种子实体镉含量超标，子实体中镉的富集系数最高（10.82），即子实体中镉富集量为基质中的10.82倍；研究结果还发现，利用棉籽壳与玉米芯等不同原料栽培，平菇对栽培料中镉的富集系数分别为3.628和4.621。

1.2 .5 存在激发响应

有研究表明，栽培茶树菇时，灭菌前培养料中的镉质量分数为0.1－2 mg·kg-1时，生产的子实体镉含量则明显各异，子实体镉含量与废菌棒镉含量比值从0.0197升至0.1297，表明茶树菇子实体对培养料中高浓度的镉具有较强的吸收与富集作用（谢福泉等，2015）。在生产栽培中，必须要检测和控制原料中镉的含量，从源头上防控，力求生产符合绿色食品标准的食用菌产品。另有研究表明，黑木耳生长对镉比较敏感，在栽培过程其富集镉的能力相对其他食用菌品种强，当栽培基质中镉质量分数超过 0.1 mg·kg-1时，子实体的镉含量将会超标，而且随着培养料中镉含量的增加而明显提高；当栽培基质中镉质量分数超过20 mg·kg-1，则会产生明显的毒害作用，其富集系数将达到最大值（19.00）；不同品种食用菌的镉吸收的激发响应明显各异，所以在黑木耳（Auricularia auricula-judae）栽培生产上，要严格防控培养料中Cd含量超标，力求从源头控制，保障黑木耳产品的质量安全（巫仁高，2016）。

1.3 食用菌生产过程镉污染的特征

有研究发现，红平菇（Pleurotus djamor）耐受与富集镉的能力比较强，其不仅在培养料镉浓度相对较低状态下（即为1－20 mg·kg-1）对镉有很强的富集能力，而且当栽培原料中镉质量分数为 20－100 mg·kg-1时，仍具有较强的富集镉的能力，呈现随栽培基质中镉含量的增加，子实体中镉富集量也逐步随着提高的趋势，镉吸收的叠加效应比较明显（霍存录等，2013；谢福泉等，2015）。在双胞蘑菇（Agaricus bisporus）镉胁迫试验中发现，镉的毒害会改变其体内重要生物酶活性，从而影响菌丝体正常生长，其菌丝体中的SOD、POD和CAT 3种酶活性呈现了“低促高抑”的变化动态，即发生了先激发后抑制现象（李艳艳，2011）。然而，随着食用菌菌丝体中Cd2+含量的升高，其累计速率逐渐下降（季旭颖等，2013）。就红平菇对镉的富集作用而言，由于子实体细胞壁上存在巯基、羧基、羟基等活性基团可以通过共价、静电或分子力将Cd2+吸附在子实体表面，由此可以判断红平菇在生长过程中主要是依靠生物吸附作用累积镉的；然而Cd2+一旦进入子实体细胞质中，比较容易被氨基酸、金属硫蛋白等结合而生成对细胞中诸多遗传因子没有毒害作用的物质。由此可以推理，不同品种食用菌对Cd2+的吸收和富集量存在较大差别，要充分利用食用菌品种的差异性，因地制宜采取不同的防控方法与技术措施。

不同食用菌在生产过程中对镉的吸收机制各异，不仅不同品种影响程度不一，而且同一个品种的不同菌株对镉吸收与累积状况也不尽相同。徐丽红等（2010）研究发现不同的姬松茸菌株对镉的吸收富集程度各异，在姬松茸栽培生产系统中，子实体对镉的吸收与富集都呈显著线性增长趋势，其回归方程为Y=65.308X+3.129（X、Y分别为培养料、姬松茸子实体中镉的含量）。回归分析表明，姬松茸品种对镉的富集能力总体是比较强的，富集系数为65.2－108.1；培养料中镉含量对子实体中镉累积量影响较大。实际上，本项目组研究也发现，不同食用菌品种在栽培过程中，子实体不同部位的镉含量及其对镉的富集水平也不相同，一方面表现在对品种的依赖上，而另一方面还突出体现在同一个品种不同部位对镉的吸收输送能力上的差异性。Rudawska et al.（2005）对16个不同蘑菇品种的123个样品进行测定分析，发现蘑菇菌盖镉含量明显高于菌柄。Garcia et al.（2005）在研究大孢蘑菇（Agaricus macrosporus）对镉的吸收与输送动态时，发现其孢子中镉的含量高于子实体的其他部分。Michelot et al.（1998）研究表明，食用菌子实体中镉含量与其菌丝体在培养基中的孕育周期长短有关，尤其是在子实体成熟度以及两茬子实体之间的收获间隔时间等方面比较敏感，其相关性比较显著。就生长动力学分析，如果在菌丝体孕育前期就开始富集镉，其逐步积累之后，即向第一茬子实体转移；菌丝体孕育周期越长则积累与转移的镉量越多，故子实体中累积的镉量相应较高。近年来，本项目组对 25种人工栽培的食用菌样品镉含量进行检测，发现样品中镉平均质量分数为 0.2－5.4 mg·kg-1，其中姬松茸、黑木耳、平菇等人工栽培食用菌品种对镉吸收与富集较强，都超过3 mg·kg-1；而对野生食用菌样品进行检测发现，其镉含量一般高于人工栽培品种，有的甚至高达 18.6 mg·kg-1。分析认为，主要是由于野生食用菌菌丝体经过一年的孕育期，而人工栽培的食用菌只需一个月所致。杨昕等（2008）研究发现，食用菌未成熟的子实体中镉含量比较高，可能是因为发育过程菌丝体中的镉不断向子实体转移，而在子实体形成期间，随其个体和数量的增加，子实体中镉浓度也会被稀释所致。杨小红等（2010）试验结果表明，镉对红平菇生长有一定抑制作用，但培养料中镉浓度小于 1 mg·kg-1时，其对菌丝体生长抑制程度不明显，可能是因吸收到体内的 Cd2+对有些酶的活性影响不明显，所以镉对菌丝生长的镉响应不太明显。当培养料中镉大于1 mg·kg-1时，其对红平菇子实体生长及其产量的影响较为显著，尤其是高浓度的镉对红平菇的毒害响应增强，导致二潮菇平均产量降低，且二潮菇中镉富集量明显高于一潮菇。研究发现，在金针菇（Flammulina velutiper）和红平菇培养过程中，当Cd质量分数小于5 mg·kg-1时，Cd对其菌丝的生长有正向影响作用，这可能是由于存在低镉状态的激活响应，即在低浓度Cd的作用下，菌体内的过氧化氢酶、过氧化物酶和酸性磷酸酶等可能被激活，酶活性的增强一定程度上促进了菌丝体或者子实体的生理生化活动，进而促进了子实体的发育与生长（陈素华，2002；曲明清等，2006；施巧琴等，1991）。镉对红平菇子实体产量的响应程度不太敏感，在高浓度时（超过 5 mg·kg-1），红平菇对镉的耐性比较强，其吸收与富集能力仍然较强（霍存录等，2013；Melgar et al.，1998；Michelot et al.，1998）；徐丽红等（2011）研究表明，香菇生长过程对镉耐受程度较高，培养料中镉浓度临界值为49 mg·kg-1，超过临界值香菇菌丝则无法正常生长。

2 食用菌生产过程镉吸收机制及其防控技术

2.1 食用菌生产过程对镉的吸收与富集响应

食用菌对镉的吸收途径多样，累积方式也不尽相同。食用菌菌丝体或者子实体细胞外部存在多聚物，其可以通过共价、静电或分子引力的作用，将Cd2+吸附在菌体表面；尤其是细胞壁存在多糖等有机物，通过相互吸引对Cd2+产生强烈的生物吸附作用；至于在一定程度上会降低其对细胞的毒害作用，有研究认为（Cobbett et al.，2002；Romero-Isart et al.，2002），主要是由于进一步作用所致，即细胞壁中的活性基团可以有效结合Cd+2；当与镉离子结合达到饱和点后，Cd2+就会进入到细胞质中，进入细胞质的Cd2+被氨基酸、金属硫蛋白等进行特异性结合，从而降低其毒害作用。李三暑等（2001）研究表明，姬松茸在栽培过程中所吸收与积累在细胞的镉，大约有83.20%被截留在细胞壁上，只有少量镉进入细胞质与液泡中，表明细胞壁截留镉的作用是有效的。袁瑞奇等（2001）研究表明，在菇体细胞壁上可能有大量离子交换点，其可以通过引力作用达到结合重金属离子的目的，当细胞壁上有机聚合物质与镉的结合达到饱和之时，镉离子将进入细胞质中，如果细胞质内存在有一定数量金属硫蛋白（MT），其与镉的进一步结合将起到毒害降解作用，这是一个关键机制。实际上，对真菌而言，金属硫蛋白是其细胞内普遍存在的一种特异物质，其是对镉等金属离子具有亲和能力的蛋白质（肽），金属硫蛋白通常由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸组合构建而成，可以起到结合进入细胞内的重金属离子的作用，形成螯合物即可降低金属离子的活性，从而减轻重金属对真菌个体的毒害作用（黄晨阳等，2004；刘瑞霞等，2002；张晓柠等，2006）。这或许就是大型真菌重金属富集能力超过绿色植物的主要原因之一（徐柳等，2004）。江启沛（2003）研究发现，在姬松茸细胞壁中含有数量较多且可特异结合镉的多糖成分。Vimala et al.（2011）研究了粗柄侧耳（Pleurotus platypus）吸附Cd2+的机制，拟二阶模型的吸附动力学研究表明，其子实体中结构性多糖在Cd2+的生物吸附过程起到了解毒作用；进一步研究表明，粗柄侧耳（Pleurotus platypus）对Cd2+的吸附作用，实际上是一个化学吸附过程；透射电子显微镜法证明了在细胞壁上形成的沉淀物中含有较大比例的Cd2+；用傅立叶变换红外光谱分析法可以确定，菇体细胞壁上存在的可负载金属的-OH，-NH和C-O-C的基团都参与了对Cd2+的吸附过程；能量色散X射线仪的进一步分析表明，通过重金属离子交换进一步有效维护生物吸附的有序进行，这是其响应过程与主要实现途径（刘瑞霞等，2002）。通常而言，菌体中镉的含量随生长基质和大气中镉含量的增加而增加，研究发现，姬松茸子实体中镉总量与基质中游离态镉总量呈现正相关关系，与基质中pH呈现负相关关系；添加钙等碱性金属物质作为调节剂，可适当提高基质的pH，进而降低镉的溶解度，有利于促进镉从游离态向闭蓄态转化，降低了姬松茸对镉离子的生物吸附作用（孙敏华等，2007）。

食用菌生产过程对镉存在主动吸附机制。Cd2+进入食用菌菌丝体或者子实体的细胞质中，相当部分镉将会与氨基酸、金属硫蛋白等物质结合，一旦形成螯合物，就会明显降低镉对细胞中遗传物质的毒害作用（徐柳等，2004；张晓柠等，2006）。就生物化学特性认识，富含半胱氨酸（胱氨酸）的金属硫蛋白分子量相对比较小，主要是由mRNA翻译生成的（Kramer et al.，1996）。金属硫蛋白是一类广泛存在于生物活体内且比较容易被重金属、激素和各种细胞因子诱导的低分子量金属结合蛋白物质，或是一类多肽形式的物质；金属硫蛋白在菇体内的生物功能，主要起到与重金属结合的作用，包括形成螯合物，改变重金属离子的赋存形态，从而降低重金属离子毒害程度。江启沛（2003）研究认为，姬松茸富镉响应强的原因之一，是细胞内分泌的有机聚合物对Cd2+的吸附作用比较强，而且发现有与Cd2+结合的特异蛋白存在。刘安铃等（2003）研究表明，柱状田头菇（Agrocybe cylindracea）在低 Cd2+浓度下，所产生的金属硫蛋白随栽培料中Cd2+浓度升高而增加，但在过高 Cd2+浓度下，产生的MT反而减少；包括金属硫蛋白（MT）对镉离子的阻抗作用与有效响应时间也呈现相同的变化规律；从菌丝体中分离、纯化得到一种Cd-MT物质，结构测定结果表明，其每个金属硫蛋白（MT）分子约含18个巯基（-SH），至少可结合7个镉原子。金属硫蛋白（MT）的一个重要特征就是具有可诱导性，各种诱导剂对金属硫蛋白的合成过程，一般都存在着剂量增大和时间延迟的依赖效应（Collin-Hansen et al.，2002）。Collin-Hansen et al.（2003）在具有很高Cd积累水平的培育环境生长的美味牛肝菌（Boletinus edulis）中，也发现了金属硫蛋白的存在。除菇体细胞内氨基酸、MT等特异性结合Cd2+的物质外，在Cd积累水平比较高的环境中生长的美味牛肝菌（Boletinus edulis）子实体中亦分离到一种新的且不属于硫蛋白系列的镉结合蛋白。Meisch et al.（1986）从野生的大孢蘑菇（Agaricus macrosporus）子实体中，也分离得到了具有与镉有效结合功效的含磷糖蛋白，分子量为 12000，分子上有磷元素，但是没有硫元素，并且还含有葡萄糖和半乳糖，经测定表明菇体中存在另外一种与金属硫蛋白完全不同类型的金属结合态蛋白质，但其如何缓解镉毒害的机制还有待于深入探讨。

2.2 食用菌生产过程防控镉富集的技术研究

食用菌生产过程镉污染防控可从五个方面实施技术措施，但其防控机制与标准化技术有待深入研究，力求为集成推广应用提供更有成效的经验。

2.2.1 合理选择品种

生产实践证明，不同的食用菌品种特性各异，其对镉的富集能力有明显差异。针对不同培养料的重金属镉含量背景值，可因地制宜地选择相应的食用菌菌种进行生产栽培（Vetter，1994）。通过栽培不同品种香菇筛选试验，徐丽红等（2007）探讨241-1、庆科20、9015等3个香菇栽培种对重金属镉的吸收与积累差异性。试验结果显示，就镉的富集能力而言，庆科20、241-1、9015的平均富集系数分别为 12.47，12.09、8.57；相比之下，9015是可以组织推广的低镉香菇品种；当培养料中未添加重金属镉时（培养料中镉的本底含量为 0.135 mg·kg-1），其子实体中镉质量分数分别为 2.12、2.17、1.35 mg·kg-1，向培养料中添加 1.0 mg·kg-1镉，241-1、庆科20和9015等3个香菇栽培种子实体中的镉质量分数分别为 10.48、9.19、8.10 mg·kg-1。由此建议优先选择 9015作为抗重金属镉的香菇栽培品种予以推广。由福建省农业科学院项目组选育的姬松茸新品种福姬77、福姬5号镉含量分别比对照品种J1低56%、78%，低镉姬松茸新品种推广应用的前景十分广阔。

2.2.2 添加有益元素

添加一定量的有益金属元素对抑制食用菌生长过程的镉富集具有一定的促进作用。在栽培料中添加适当浓度的Ca、Mg等矿质营养元素作为调节剂，有利于缓解镉的胁迫毒害作用，可能是由于在关键运输位点上，Ca、Mg等金属离子与镉离子形成竞争吸收态势，导致子实体吸收镉离子量明显减少。适当添加微量元素Zn、Se，还可以与Cd形成Se-Cd、Zn-Cd复合物，结构相对稳定的复合物可以降低镉对子实体生长的毒性作用（龚朋飞等，2003）。当食用菌栽培体系（可视其为吸附体系）中存在多种金属离子时，复合体系中便会发生竞争吸附现象，如Ca2+会严重干扰Cd+2、Ni+2的吸附。从生物化学角度认识，阴离子在生物体细胞壁中会对金属离子产生竞争吸附，这是由于阴离子和金属离子之间的结合力强，可降低金属离子的吸附量，尤其是含有一定数量HCO3-基团的有机物，其对镉离子吸收的抑制作用更为强烈（曲明清等，2006）。此外，食用菌对镉的富集机理可能与其他有益金属的富集机理相似或存在交叉途径，有研究发现，Cu2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等重金属离子与Cd2+存在离子拮抗作用，能够有效降低食用菌中Cd的富集（何旭孔，2012；江启沛，2003）。黄建成等（2007）通过在培养料中添加有益金属元素形成竞争吸收，通过阻断部分吸收途径，有效控制姬松茸子实体中的镉含量，当向培养料中添加的 Cu2+、Fe2+、Ca2+等金属元素浓度比例为3∶3∶3时，对降低姬松茸产品中镉的效果比较好，其子实体的镉含量比对照低35.21%。

2.2.3 优化栽培方式

对同一个食用菌品种采取不同栽培方式，子实体对镉的吸收与富集量各异。有研究表明，当栽培料中镉质量分数大于3 mg·kg-1时，以工厂化高棚层架方式栽培香菇，香菇对镉的富集能力比露地畦床式栽培方式提高16.21%，而采取露地畦床式栽培方式的培养基镉质量分数低于3 mg·kg-1时，子实体对镉的富集能力较强，比高棚层架方式收获的子实体镉含量高3.58%（徐丽红等，2011）。本项目组研究表明，采取山地茶园套种大球盖菇（Stropharia rugosoannulata），其子实体镉含量比畦栽的降低32.8%；在山地果园套种灵芝（Ganoderma lucidum），菇体的镉含量也比传统栽培方式降低12.6%。

2.2.4 优选生产原料

本项目组研究表明，以木屑作为主栽培原料比以秸秆和农作物副产品作为原料处理子实体对镉吸收与富集量高3.8%－5.3%，这是由于木本植物对重金属有一定的吸收积累作用，以加工木屑作为食用菌的栽培基质，被食用菌吸收之后而进一步富集到食用菌子实体内。Bressa et al.（1998）研究发现，在含有镉的人工堆料上栽培的糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）对镉的富集系数可达65－140。而当栽培基质中Cd的质量分数高于0.2 mg·kg-1时，糙皮侧耳的生长发育将受到一定的影响，会形成一定比例的畸形菇；而在无镉污染的培养基质中栽培糙皮侧耳，则不存在镉富集现象。翁伯琦等（2004）研究发现，利用红壤山地生长的圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）干草作为金顶侧耳（Pleurotus citrinopileatus）栽培原料，其子实体中镉吸收与富集量比以棉子壳为原料栽培的金顶侧耳处理降低了83%。

2.2.5 合理选择土壤

土壤作为覆土材料是许多食用菌生产所需要的。研究发现，不同土壤类型能够影响作物中镉积累与分配以及镉的富集特性（李富荣等，2016；王岑涅等，2017）。土壤中含有的重金属离子部分进入栽培体系中，大部分镉离子与栽培原料的有机和无机组分发生吸附、络合、沉淀等作用，形成各种氧化物结合体和硫化物有机质，只有少部分以水溶态和离子变换态存在。徐丽红等（2011）提出，土壤对食用菌中镉元素吸收或者累积的影响不可忽视。

3 展望

现代农业的发展，在农产品增产的同时，农业废弃物也不断增加，每年生产7亿吨种植业秸秆，还有大约38亿吨的养殖业废弃物（宫志远等，2016；印遇龙，2017）。事实上，发展现代食用菌产业正是资源化循环利用农牧废弃物的重要途径，其不仅具有高效生产的经济价值，而且更具有农村环保与节约资源的环保意义。根据目前的食用菌生产水平与能力估算，每年循环利用20%－30%的农业副产品（废弃物），就可以生产出3000－3500万吨的干食用菌，相当于获得300－450万吨蛋白质、450－850万吨肉品，也相当于2280－4200万吨牛奶和570－1050万吨鸡蛋，这些蛋白质的产品是通过废弃物资源化利用得到的，其重大的现实意义是不言而喻。实践表明，充分循环利用农牧废弃物的食用菌产业，在其生产过程将不可避免地会遇到防控重金属污染的重要实践命题。

4 结论

重金属污染与超标是新时期食用菌产业发展面临的突出问题之一，尤其是镉污染对食用菌的绿色生产与产品质量影响明显，已成为人们关注的焦点。本文主要分析了镉对不同品种食用菌生长的影响，综述了食用菌中镉的污染途径及其富集机制，包括品种差异、生产环境影响、阈值效应、要素交互作用、梯度激发响应等，并阐述了部分食用菌品种具有富集甚至超富集重金属镉的生理特性。此外，在分析镉污染途径、品种效应、响应机制与内在关系的同时，着重阐述了食用菌生产过程防控镉富集的技术，并结合生产实际，提出了具体的技术对策，力求为食用菌产业的绿色发展与质量兴菇提供参考依据。