蛹虫草人工栽培及开发研究进展

2019-09-10吴鸿雪王忠王锦峰

福建农业科技 2019年1期

关键词：开发

吴鸿雪王忠王锦峰

摘要：蛹虫草Cordyceps militaris具有多种药用功效以及重要的经济价值，其人工培养已实现产业化，蛹虫草作为一种药食通用的虫生真菌被深入研究。从菌种选育、人工栽培技术、菌种的退化与复壮、化学成分及其药理作用、加工技术等方面概述蛹虫草的研究进展，为蛹虫草的深入研究和产业化提供思路。

关键词：蛹虫草；人工栽培；开发

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.01.017

Abstract： Cordyceps militaris has a variety of medicinal properties， as well as important economic value， and its artificial culture has been industrialized. It has been intensively studied as a general entomopathogenic fungus with medical and edible value. This article summarized the research progress of cordyceps militaris from the selection of strains， artificial cultivation techniques， degradation and rejuvenation of strains， chemical composition and their pharmacological effects， and processing techniques， providing ideas for the indepth research and industrialization of cordyceps militaris.

Key words： Cordyceps militaris； artificial cultivation； development

蛹虫草Cordyceps militaris L.Link又称为北冬虫夏草、蛹草、北虫草等，属于真菌界的虫草属，与冬虫夏草属同属真菌，是虫草属的模式种[1]。研究表明，蛹虫草中含有的活性物质及其药理作用接近甚至超过冬虫夏草。因此，蛹虫草被认为是冬虫夏草的理想替代品，有关蛹虫草的应用研究也成为在虫草研究方向上的热点。蛹虫草在中国已经形成了一个较大的产业，但是菌种退化、产品质量标准缺失、精品缺乏等问题困扰着产业的发展。本文概述了蛹虫草人工栽培及开发的研究进展，为蛹虫草工厂化、产品开发提供参考。

1 菌种选育

菌种是生产的前提，优良的菌种才能保证蛹虫草的产量及质量。因此，选育优良的蛹虫草菌种是十分重要。近年来，研究人员对蛹虫草优良菌种的选育进行了研究，目前，菌种选育主要采用的方法有：（1）利用野生菌驯化、组织分离法、单孢分离等方法进行人工选择育种[2-3]；（2）利用单孢杂交方式进行杂交育种[4]；（3）利用紫外线、离子束及多种因素复合诱变进行诱变育种[5-7]；（4）原生质体融合育种[8]；（5）基因工程育种[9]等。在众多育种方法中，诱变育种是蛹虫草育种的主要手段，通过诱发基因突变和基因重组，改变蛹虫草遗传基因，研究新的蛹虫草菌种。随着蛹虫草研究的深入和市场需求的不断扩大，将会有更多更先进的方法用于蛹虫草的菌种选育。

2 人工栽培技术

2.1 工厂化栽培技术流程

蛹虫草的栽培技术已趋于成熟，基本可以实现规模化、工厂化栽培，主要有3种培养方式：（1）以大米、小麦等代料培养基为主的人工固体培养技术[10]；（2）以大型鳞翅目昆虫幼虫或蛹为基础的昆虫活体人工培养技术[11]；（3）以来源广泛的玉米粉、蔗糖等为基础的人工液体培养技术[12]。由于饲养昆虫的周期及成本远远高于人工培养基，因此人工固体培养技术的成本低于昆虫活体人工培养技术，其风险更小，可行性更高。而采用液体培养法具有生产周期短、过程容易控制等特性，是未来栽培技术发展的方向，具有产业化潜力和发展空间。

主要的栽培流程：

原料準备→培养基配制分装→灭菌→冷却→接种→菌丝培养→转色→子实体培养→采收（成熟子实体）

2.2 影响人工栽培的因素研究

蛹虫草在栽培过程中，培养基组成及外界条件对蛹虫草的产量及质量都有极大的影响。李菲等[13]研究5种氮源（蛋白胨、蚕蛹粉、牛肉膏、黄豆粉、酵母粉）对蛹虫草生长及其质量的影响，结果表明：添加氮源能显著促进蛹虫草的生长，并促进虫草素的累积；汤佳鹏等[14]研究表明，不同植物生长调节剂在不同程度上能够促进蛹虫草的生长及虫草素的累积；文庭池等[15]研究发现，前提物质（腺苷）的添加是提高蛹虫草虫草素累积的有效措施；方华舟等[16-18]探索了不同碳源、不同光照强度及不同的栽培温度对蛹虫草的化学成分及其生长的影响，发现利用不同的氮源，在不同的生长阶段，采取不同的光照强度及变温管理可提高蛹虫草化学成分的含量及其产品质量；廉添添等[19]发现蓝光光照能够影响蛹虫草生产产量及其活性成分的累积；李济之[20]研究了CO2浓度对蛹虫草的影响，发现CO2不仅影响蛹虫草的生长，而且是决定其产量及质量的重要环境因素。目前，影响蛹虫草因素的相关机理未明，应进行机理方面的探索，为进一步调控蛹虫草生长及活性物质的累积提供新的方向。

3 菌种的退化与复壮

3.1 退化机理研究

蛹虫草开发有着广阔的市场前景，工厂化栽培技术已相对成熟，但菌种退化问题严重制约蛹虫草产业化发展。菌种退化的具体表现为不转色，气生菌丝旺盛，不产生子实体或子实体畸形等。目前，已有研究人员对菌种退化的机理进行研究，谭琦等[21]认为蛹虫草菌种退化与其核相由异核体交配型基因转为同核体交配型基因有关。李美娜等[22]通过PCRRFLP和RAPD方法对蛹虫草进行基因水平的分析，认为蛹虫草菌种退化是由基因突变引起的。Li等[23]以模式真菌——构巢曲霉为对象，开展正常菌株与退化菌株的线粒体蛋白质组比较分析，结合不同生化试验研究表明真菌退化与培养基营养水平相关，退化菌种细胞富含高水平活性氧、mtDNA发生糖基化修饰等，发现真菌退化表现为细胞凋亡的特征，包括线粒体呼吸能力提高、细胞色素c释放、钙离子浓度升高及凋亡诱导因子的高表达等，因此认为菌种退化为物质老化现象。Yin等[24]研究表明，蛹虫草菌株退化的机制与生物合成毒素的相关基因、能量代谢、DNA甲基化及染色质重塑相关。Sun等[25]分析了蛹虫草退化菌株的生物学特性和DNA变化，认为蛹虫草的降解可能是由代谢调节中涉及的代谢物合成的抑制或协调引起。菌种退化虽然已研究到分子层面，但需要继续探索相关的退化机制。

3.2 早期检测方法

菌种退化问题对生产影响重大，在栽培前确定菌种退化与否能够有效避免损失。林清泉等[26]发现退化菌株较正常菌株在添加溴百里酚蓝指示剂（BTB）的脱色培养基上的脱色能力较弱，脱氢酶活性较正常菌株弱。李光荣等[27]发现在培养过程中菌落表型为背面呈橙色的菌株更易形成子实体。熊承慧等[28]发现退化菌种中活性氧及过氧化物酶活性显著提高，对外源氧化胁迫的抵抗能力增强。因此，针对退化菌种可使用脱色能力进行测定，菌落表型观察、脱氢酶活性测定及氧化应激反应测定等方法作为早期检测方法，防止因菌种退化引起不必要的损失。

3.3 退化菌种的复壮

至今，针对蛹虫草菌种退化问题，主要有3种解决方法：一是优化培养基，改进栽培条件；二是尽量减少转代次数；三是菌种复壮，其方法主要有组织分离法、孢子分离法、虫体回接法。但这些方法并不能彻底解决菌种退化问题，有关菌种退化的研究仍需继续深入。

4 化学成分及其药理作用

蛹虫草被视为冬虫夏草菌的最佳替代品，其药理作用已经被人们广泛接受认可。目前，研究人员对蛹虫草活性成分研究主要有虫草素、虫草多糖、虫草酸等。研究蛹虫草活性成分有助于更好地开发其药理功效，为其生物合成提供科学依据。

4.1 虫草素

虫草素，即3’脱氧腺苷，1950年德国科学家Cunningham首次在蛹虫草中分离得到[29]。虫草素作为一种有效的生物活性成分，具有抗癌、抗氧化、消炎、抗抑郁、治疗白血病等药理作用[30]。提取方法主要有水提法、微波提取法、复合酶法、连续逆流提取法[31]及超声波提取法等。

4.2 虫草多糖

虫草多糖，蛹虫草中重要的生物活性大分子之一，蛹虫草中多糖的含量丰富，可达4%～10%[32]。虫草多糖作为一种有效的生物活性成分，其提取方法很多，主要有水提法、微波提取法、复合酶法，超高压辅助提取及超声波提取法等。多糖化学结构的研究包括有多糖分子量、单糖组成、多糖组成等。宗雯雯等[33]利用1苯基3甲基5吡唑啉酮（PMP）柱前衍生HPLC法测定虫草多糖中单糖组分，在蛹虫草多糖中稳定检测到甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，摩尔比为3.8∶1.6∶5.4∶5.8∶1.0。虫草多糖的药理研究发现虫草多糖具有抗氧化、护肝、抗肿瘤等功效[34]。

4.3 虫草酸

1957年Chatterijee等从虫草中分离到甘露醇（Dmannito1），其分子式为 C6H14O6，虫草酸易溶于水，微溶于醇，不溶于酯、醚。提取方法常用水提法、醇提法和超声微波协同提取法[35-36]。虫草酸是治疗心脑血管疾病的基本药物，具有清除自由基、扩张血管、降低血压的作用[37]。

4.4 色素

蛹虫草子实体具有鲜艳的橙红色，蛹虫草能呈现出橙黄色是因其自身含有丰富的色素。付鸣佳[38]发现蛹虫草菌落呈橙黄色是由于富含类胡萝卜素。蛹虫草合成的类胡萝卜素大部分是稀有的水溶性类胡萝卜素和北虫草黄素。北虫草黄素作为一种天然色素，具有抗炎、抗癌、抗氧化等多种功效，可溶于水，着色效果好，在食品上有广泛的应用空间，是亟待开发的一类具有活性功能的新型色素[39]。提取方法常用酸热法、研磨法、超声波提取法、微波法等[40]。

4.5 酶类

超氧化物歧化酶（SOD）是广泛存在于生物体内的金属酶，不仅能清除生物体内超氧阴离子自由基、降低机体内过氧化脂的生成速度，而且具有消炎及防辐射等功能[41]。提取方法常用盐析提取法、基酒提取法等[42-43]。

微生物的纖维蛋白溶解酶安全性好，生产成本较低，且可经过胃肠道吸收，有望开发成预防或治疗心血管疾病的新一代口服溶栓药物。崔莉等[44-45]先后从蛹虫草中分离纯化出了纤溶酶，并对其酶学性质作了深入研究。

4.6 其他物质

此外，蛹虫草还含有丰富的硒（Se）。硒元素已被公认是人体必需的微量元素，是谷胱甘肽过氧化酶的活性中心，以硒半胱氨酸的形式连接在酶蛋白的肽链上，维持细胞膜的稳定性和正常的通透性，并刺激免疫球蛋白和抗体的产生，增强机体免疫和抗氧化能力。同时，大量的科学研究证明硒可以明显地抑制癌细胞的生长[46]。

5 加工技术

在中国食品药品监督局官网上对蛹虫草进行查询，现阶段仅有2种药品（国药批号Z20030034和Z20030035）及55种保健食品，尚未有化妆品等出现。在SPOOPAT专利网对蛹虫草进行查询，发现在A23L分类项中仅1167项，授权仅167项。其中多为制备饮料、含片、酒类及保健茶等。且目前蛹虫草加工产品的销量及普及程度均远不及蛹虫草子实体鲜品及干品，其推广力度有限，市场影响力不大。因此，蛹虫草加工技术具有巨大的发展潜力。

6 展望

6.1 优良菌种选育及规范化

目前，蛹虫草已实现规模化、工厂化生产，但目前市场上蛹虫草优良菌种依然存在空缺，菌种选育工作依然是重要的研究课题。而且，蛹虫草菌种退化问题尚未解决，市面上菌种质量不一，价格混乱，种植者无法判断菌种质量，且市面上未有规范的购买渠道，种植者一不小心就会损失惨重。因此，建立菌种保藏机构、规范菌种市场迫在眉睫。

6.2 蛹虫草加工技术的开发

蛹虫草的食用及药用价值已得到消费者的认可，但目前市场上多以销售蛹虫草子实体干品为主，鲜有有关蛹虫草的加工产品。蛹虫草产品市场有着巨大的开发前景。

6.3 蛹虫草市场开发

在当今这个亚健康普遍流行的社会，蛹虫草不仅仅在中国存在巨大的市场发展潜力，在国外也有巨大的市场。目前蛹虫草虽然已实现大规模生产，对蛹虫草的药理及保健作用有一定的研究基础，但针对蛹虫草的宣传力度不够，市场影响力较小。应加大宣传力度，扩大蛹虫草的普及范围。

6.4 蛹虫草市场的规范化及标准化

目前，市场上蛹虫草多以子实体品相为标准衡量蛹虫草品质，缺乏科学、有效的检测标准，且在开发过程中存在一些食品安全问题（重金属残留、塑化剂、染色等）未得到相关部门重视。因此，需要建立起规范的蛹虫草检测标准，使得蛹虫草市场趋向于规范化、标准化，让消费者能够安心消费。

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