田螺山遗址灵芝遗存的三维重构及鉴定

訾 威，方晓阳，苏润青，朱建平，孙国平

(1． 中国科学院大学，北京 100049； 2． 中国中医科学院中国医史文献研究所，北京 100700；3． 浙江省文物考古研究所，浙江杭州 310014)

0 引 言

中医药起源问题是当前医史学研究中的一个重要课题，尽管学界对中医药起源的理论存在一定的分歧和争论[1-3]，但越来越多的考古材料已经将先民用药的历史从先秦时期推向更早的新石器时代，早在距今5 000年或更早的新石器时代，黄河及长江中下游流域的先民们已经有了医疗实践活动[4]。随着浮选法、植硅体和淀粉粒鉴定等方法在植物考古中的广泛应用，更多早期遗址中的植物和果实被辨认出来，学界对于考古遗址出土的植株辨识效率得到了极大的提高，如湖州钱山漾遗址(距今约4 700年)出土的葫芦、花生、芝麻、蚕豆、甜瓜子、菱角、酸枣核等遗物[5]，在更早时期的田螺山遗址第5、6文化层(距今约6 000～6 500年)中也发现了种子、炭化米、菱角、芡实等植物遗存[6]。从中医药学界普遍认同的药食同源的角度上讲，这些遗物是中医药起源的重要考古证据。然而，通过梳理这些考古报告和鉴定结果可以发现，这些早期植物遗存都是具有较为明显的外观特征或生标特征，国内外对于大型真菌遗存的鉴定却鲜有报道。虽然在一亿三千万年前的白垩纪晚古生代已经发现大型真菌类的化石[7]，在非洲的第三纪也发现了完整的灵芝化石[8]，但这些与人类物质文化发展阶段相距甚远，对探究中医药起源并无直接帮助。在中国古代，以灵芝为代表的大型真菌在传统医药中具有神圣的地位，被当作“仙药”。近年来的科学研究表明，灵芝三萜在治疗肿瘤、抑制肿瘤细胞方面能够起到重要作用[9-11]。在汉代画像中，多次出现仙人手执灵芝的样子[12]，现存最早的中药学著作《神农本草经》还对灵芝进行了详细的分类[13]。灵芝究竟何时进入先民的生活，如何被先民发现和利用，是探索中医药起源必不可少的重要内容之一。随着考古遗址中疑似灵芝遗存的发现，古代灵芝的鉴别成为当前中医药考古的研究热点。

2009年，中国中医科学院中国医史文献研究所、中国科学院大学、北京中医药大学基础医学院三家单位科研人员合作的课题“中药起源的文献调研与科技考古示范性研究”，对中药起源问题进行了多学科的综合探索[14]。曹丽娟等在对浙江余姚田螺山遗址进行调查时，发现一处植物遗存，从外观形态上初步认定是多孔菌科的紫芝[15]。其后，袁媛等根据担孢子表观形态鉴定样品为担子菌纲灵芝真菌[16]。从近年来对灵芝鉴定的文章来看，孢子形态对比仍是主要分析手段，但这一方法颇受局限。全世界已经报道了灵芝科的有效种类达200余种，中国境内已知灵芝已有103种，鉴定工作在对比大量孢子形态后，也只能认为是灵芝真菌，而无法进一步确认种类。这是因为即使同一种类的灵芝，其孢子在不同生长期，其形态特征从不同角度拍摄照片仍有差异。本研究利用显微观察、展示了样品水液中的孢粉图像，初步反映了田螺山遗址的气候特征。在此基础上，通过重构灵芝子实体三维结构，探索鉴定古代灵芝的新方法。

1 样品信息和孢子观察

1．1 样品信息

田螺山遗址位于浙江省余姚市三七市镇相岙村，与著名的河姆渡遗址相距约7 km。其遗址总面积达3万m2，叠压8个文化层，出土典型的河姆渡文化聚落遗迹，当前的发掘已发现大量遗物和遗存，系统获取了非常丰富的与村落建筑布局相关、反映古人生计模式(食物结构)和加工行为的大量有机质遗存。灵芝遗存(样品)出土于第5、6层，年代为距今6 000～6 500年，长期处在地下水位线以下，此处还有很多植物果实和种子遗存。这些植物遗存既能可靠地记录和反映当时的村落生存环境，也能真切地记录先民的生产方式和食物结构。样品呈长条状，略弯曲，木革质，黑褐色，长约8 mm，一端宽度约1.6 mm，有纵条的不规则条纹；另一端宽度约2.5 mm，中间有横向断纹，其他信息难以通过外观识别(图1)。

1．2 孢子观察

灵芝属于大型真菌，当代对于灵芝种类的鉴别，大致包括了两个途径，一是通过形态特征(子实体和孢子对比)予以鉴别。《中国灵芝图鉴》[17]、《中国真菌志·第十八卷·灵芝科》[18]、《中国灵芝新编》[19]等著作已经对灵芝做了详细描述，包括野生灵芝子实体的自然形态、灵芝孢子形态等。另一种方法是通过生物标记，即化学特征(灵芝三萜类含量测定或基因测序)。灵芝三萜是灵芝中发现的一类三萜类化合物，是灵芝的主要化学和药效成分。基因测序技术也能够解决灵芝菌株的种属问题[20]。但生物标记鉴定方法对样品的纯度要求更高。本研究样品出土于地下水位线以下，考虑到样品年代久远，且与其他植物化学成分相互影响，优先选用了孢粉对比。检测前样品保存于试管中，用水液封存。将样品从试管中取出后，在实验室对水液进行了酸、碱等化学处理，换水清洗到中性后，用比重在2．1以上的重液在离心机上进行浮选，再经冰乙酸水稀释、集中，纯净水清洗至中性后置到试管中，最后制活动玻片在生物显微镜下进行观察和统计。

2 结果与讨论

2．1 结果

在水液中观察到有一类孢子，大小约8～10 μm，呈椭圆卵圆形，具有双层壁，表面有不明显纹饰，顶端平截，这是灵芝科真菌孢子的典型特征[17]，且与其他灵芝孢子图谱[17-19，21]形态一致。同时水液中也鉴定出其他十余种植物的孢子，包括常见的松属、桦属、禾本科、藜科、菊科、车前、香蒲等植物的花粉(图2)。此外还有一些真菌难以辨别，包括纺锤形、两节、三节和四节等形态。

2．2 讨论

通过孢子形态进行鉴定是大型真菌鉴定的常用方法，目前国内孢粉鉴定工作基本都是通过人工鉴别，尽管通过充分的孢粉分析可以获得大量的环境信息，但一份标准水样的工作量少则三个月，多则需要半年时间才能辨认完成。袁媛等用扫描电镜和光学显微镜传统方法对灵芝孢子的鉴定，就包含了制作大量的标样和样品的比对工作。而考古遗存或多或少会受到环境侵蚀，对于大型真菌类，只有木质或革质在特定条件下能够保存下来，鉴定十分困难，如何提高其鉴定效率值得深入探讨。当前，CT三维重构技术已经广泛地应用在植物茎叶的表征中，BENSON-COOPER[22]率先在木材研究中使用CT技术，经过几十年来的发展，CT无损检测技术已在世界林产业领先国家得到广泛应用，我国在此方面正在加快步伐[23]。在植物根系研究上已有CT技术应用报道[24-27]，学者用显微CT技术实现了鉴别文物中使用的植物种类[28]。借鉴植物CT三维重构的方法，本研究提出重构灵芝遗存的内部三维结构，尝试将灵芝遗存与植物遗存进行初步鉴别，其依据是灵芝子实体主要由菌盖(含菌肉部分)和菌管组成(或有菌柄)，其菌管均匀并排，指向菌盖；植物的根茎由皮层(含表皮)和维管束组成(或含木髓)，维管束与皮层并排(图3)。

2．3 灵芝CT三维重构

水汽会对CT扫描产生较大影响，为避免灵芝遗存变形，扫描前将灵芝遗存自然阴干。CT扫描工作在中国科学院高能物理研究所X射线形貌成像实验站进行，经测试和调整后，扫描条件为：扫描光强15 keV，衍射晶体Si-400，探测器像素7.4 μm，曝光时间为600 ms，峰位扫描180°，步长为0.25°。使用DEReconstructor软件对数据进行转换处理，用Avizo 8．0软件进行三维重构。经三维重构后，灵芝遗存内部三维结构如图4所示。能够看到灵芝遗存内部明显分为两部分，上半部分为菌管，有的区域已经腐败，但仍可以看到许多菌管并排，这些菌管指向下半部分的菌盖，菌盖具有不规则的组织结构，与图3中灵芝子实体剖面图示结构一致，这也证明了该遗存为木革质灵芝子实体而非植物根茎。需要说明的是，由于样品的腐朽，内部仍有水汽存在，对CT扫描影响较大，表现在灵芝遗存的三维重构图中有许多伪影，并无法在同一阈值下渲染出遗存的完整结构。作为比对，在相同条件下对现代灵芝的子实体菌管也进行了三维重构，图像显示如图5。与现代灵芝子实体的菌管相比，古代遗存的菌管更细。袁媛等的孢子鉴定表明，与当代标样相比，田螺山灵芝孢子形态更小[16]。这与本研究的菌管比对结果具有一致性。

3 结 论

通过显微CT成像的方法三维重构了灵芝遗存的内部形态，对田螺山遗址出土的灵芝遗存进行了鉴定，为中医药起源的研究提供了科学的证据和新的方法。该灵芝遗存与植物果实和种子共出一处，在先民的生活中，灵芝或许在医药方面起到了更大的作用。不论这些灵芝是否为先民有意识采集甚至栽培，它都已经与先民的生活产生了交集，是中医药起源研究的重要线索。在历史时期里，除了先民有意识的保存，自然界中的灵芝受自然侵蚀的影响，极易腐败、变质和分解，导致从外观和生标上很难对这类遗存予以辨认。与传统的外观观察相比较，CT三维重构的方法工作量小、效率高，不受样品表面污染或受损的影响，能够清晰构建出植株样品的内部形态。本研究建立了灵芝子实体的三维结构，可以将灵芝与植物茎块初步区分开来，为历史时期灵芝遗存的鉴定提供思路。同时，该方法对于有特征性内部结构的植物和菌类的考古鉴定，都有较大的参考价值。

致谢： 本工作得到了中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远研究员的指导，中国地质科学院水文地质环境地质研究所杨振京研究员、杨庆华工程师对孢粉鉴定予以支持，中国科学院高能物理研究所黄万霞副研究员对CT三维重构提供了帮助，特此致谢！