低温胁迫对食用菌生长发育影响的研究进展

许子洁 王 晶 刘海娟 胡宝 郑素月 王春霞

（河北工程大学园林与生态工程学院，河北 邯郸 056038）

目前，世界范围内已发现食药用菌2 300余种，我国境内约1 000种[1]，可人工栽培的有100种左右，其中约60种实现了商业化栽培[2]。我国是最早利用和栽培食用菌的国家之一，其历史可追溯到仰韶文化时期。近年来，全球食用菌产量快速增长，我国是主要增长国，产量占全球总产量七成以上，居世界首位[3]。食用菌含有丰富的营养成分，味道鲜美，是餐桌上常见的健康食品。食用菌栽培投资小，生产周期短，经济效益显著，能够满足农业可持续发展的需要，被誉为助农明星产业。

温度是影响食用菌生长发育的重要因素之一，不同品种甚至同一品种在不同的生长发育阶段对温度的要求不尽相同。糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）、双孢蘑菇（Agaricus bisporus）、金针菇（Flammulina velutipes）等变温结实性食用菌，需利用低温刺激诱导子实体形成，完成从营养生长到生殖生长的转化，达到整齐出菇、提高产量的目的。但低温也会对一些食用菌生长不利，例如，当草菇菌丝体的生长温度处于15 ℃以下时，菌丝活力会下降，生长减缓甚至死亡[4]。研究低温胁迫对食用菌生长发育的影响及食用菌在低温胁迫下的应答机制，可为食用菌耐低温育种和遗传性状改良研究提供有效信息资源。以下系统阐述食用菌在低温胁迫下的菌丝、原基和子实体生长发育规律及响应机制。

1 低温胁迫对食用菌菌丝生长的影响

食用菌菌丝通过尖端生长点分泌胞外酶降解基质中的营养物质，从而吸收利用供生长和发育所需。在适宜温度下生命活动正常进行，温度过高或过低均会对生长造成影响。庞杰等[5]根据菌丝生长温度和子实体分化所需温度对35种食用菌进行综合研究，其中29种食用菌可分为中温型、高温型、低温结实型和高温结实型4大温度类型。郭勇等[6]发现，凤尾菇、灵芝、姬菇菌丝在最适温度时菌丝生长迅速且颜色浓白、边缘整齐；温度降低10 ℃，菌丝长速变慢，颜色变浅，边缘不整齐，菌丝间横隔较短，锁状联合密集，发育不健全。真姬菇发菌期温度过高会造成菌丝萎缩、死亡[7]。陆荣生等[8]对杏鲍菇菌丝进行4～8 ℃低温刺激，从而解决了转化率低，出菇不整齐，产量低等问题。对糙皮侧耳采取10 ℃以上温差冷刺激，可使菌丝营养成分快速积累，菌丝分化形成原基[9]。对平菇菌丝进行连续6天低温处理，出菇时间缩短，污染率降低，产量提高[10]。低温会减弱红菇、大球盖菇菌丝生长力，甚至导致生长停滞、死亡等情况[11-12]，草菇菌丝在低温下易发生自溶，4 ℃处理1 h内，菌丝体不会受到损伤，但随时间增加，菌丝损伤加重[13]。

1.1 对菌丝生理状态的影响

食用菌生长发育过程中，适宜的低温刺激能提高菌丝细胞中漆酶、蛋白酶等生物酶的活力[14]。受到低温胁迫的食用菌会启动抗氧化防御系统机制，清除体内多余自由基，维持细胞内活性氧代谢平衡，缓解低温逆境胁迫[15]。郭敬等[16]研究表明，低温胁迫下，真姬菇、杏鲍菇菌丝超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性显著升高，发挥防御作用；白玉菇SOD活性平缓下降，而菌丝POD活性稳定升高。证明低温胁迫下不同食用菌通过开启抗氧化机制，利用抗氧化系统清除多余自由基，缓和环境胁迫，保护机体正常生长。胡开辉等[17]发现，对斑玉蕈进行14 ℃低温处理后，与25 ℃对照相比，其丙二醛含量持续上升，低温刺激12 h时达到峰值，之后开始下降；斑玉蕈对低温刺激具有强适应性，短时间内即表现出恢复趋势。5 ℃低温处理阿魏侧耳，多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）活力迅速降低，仅为25 ℃时最高活力的5.83%；10 ℃低温处理9～12 h，阿魏侧耳菌丝漆酶活力显著提高；低温刺激12～48 h，酪氨酸酶活力显著提高[15]。

生物体在环境温度发生改变时，细胞膜作为首要应答部位，通过低温信号应答而改变细胞膜的组成，从而保持膜的流动性来适应胁迫环境[18]。细胞膜完整不仅能保护细胞规避外界环境的不利影响，还能为生物体的正常生理代谢活动提供稳定场所[19]。姜威[20]和万鹏[21]的研究结果，低温刺激下，草菇低温敏感菌株V23菌丝的电导率值大于耐低温草菇菌株VH3，推测耐低温品种因更能保持细胞膜完整性而得以在逆境胁迫下生存；低温诱导后VH3菌株由于膜上磷脂合成代谢旺盛，提升了细胞膜流动性，保证菌株正常生长，而V23菌株没有相应应答，从而影响生长发育。

1.2 对菌丝生长分子调控机制的影响

食用菌的许多基因参与了低温胁迫，通过调节细胞生理和生化过程来应对低温刺激。近年来高通量分子信息技术的不断发展，为理解其分子机制提供了有力帮助。刘晓婷等[22]研究发现，适度低温胁迫可影响蒙古口蘑菌丝体漆酶活性及其基因表达，菌丝内漆酶基因转录水平在5 ℃、10 ℃和15 ℃处理下，整体呈先提升后下降趋势，初期lacc1、lacc8基因表达较积极，lacc4表达相对不积极；10 ℃低温刺激菌丝10天，漆酶基因表达水平和漆酶活性均显著提高。元玲刚[23]运用iTRAQ定量蛋白质组学筛选出金针菇低温胁迫下63个差异蛋白质，其分别与菌丝细胞增殖分化、营养物质生物合成、生理代谢等密切关联。

周烁红等[24]克隆了代表CSL家族中的转录因子Ppcsl-1基因，发现该基因在菌丝5 ℃冷刺激12 h之后的表达量最高，而原基期时显著下调，其可能在冷刺激下被诱导表达并参与了肺形侧耳变温结实信号的传递。Zhang等[25]利用RNA-Seq比较分析白灵菇转录组数据，发现冷刺激过程中编码PoH2型疏水蛋白（TR9892|c2_g1）的单基因表达上调，通过疏水蛋白这一真菌特有的细胞壁蛋白，影响冷胁迫应答；同时脂肪酸去饱和酶（TR7433|c4_g1）和磷脂酶D（TR7300|c4_g1）的单基因表达上调，白灵菇通过改变磷脂和脂质的组成改变膜系统，从而增加植物抵御低温的能力。

2 低温胁迫对食用菌原基形成的影响

对成熟后的食用菌菌丝进行冷刺激，能够影响原基出现时间和完成速度。低温刺激香菇菌丝可诱发子实体形成，同时增加产量[26]。短时间冷刺激或持续温差刺激可使肺形侧耳（Pleurotus pulmonarius）从营养生长期转化进入生殖生长期[27]。金针菇菌丝在常温黑暗条件下无法出菇，经过13～16 ℃低温刺激后可形成子实体。因此低温胁迫对诱导食用菌原基生长发育具有重要作用[28]。

2.1 对原基生理状态的影响

食用菌正常生理条件下，各防御机制间相互协调，细胞内自由基处于动态平衡。当受到低温逆境胁迫时，为避免细胞内自由基过量产生，膜防护系统被破坏，引起脂质过氧化、膜脂过氧化和蛋白质过氧化[29]，逐渐形成复杂、高效的应答机制。分析发现，低温胁迫改变金针菇原基营养积累方式，使金针菇原基获取糖分的能力降低，对碳水化合物的代谢能力变差，细胞正常生长所需的能量改从其他途径获取[30]。4 ℃、8 ℃和12 ℃低温处理秀珍菇后发现，淀粉酶、滤纸纤维素酶、半纤维素酶和胞外羧甲基纤维素酶4种胞外酶活性增强，而胞外漆酶活性降低，且处理温度越低，漆酶活性越低，表明低温胁迫下，秀珍菇通过胞外酶活性变化来调节基质降解和营养吸收，进而调节出菇[31]。

2.2 对原基形成分子调控机制的影响

近年来，随着生物分子技术、组学技术及生物信息学的发展应用，除从遗传、生理状态上对食用菌进行研究外，还可对其进行分子水平抗逆性机制研究，从分子水平来解释食用菌的低温应答机制。

王伟科等克隆了秀珍菇PpFBD1基因的cDNA全长，分析发现该基因参与秀珍菇细胞壁的合成，在低温处理秀珍菇菌丝到恢复室温促使原基初步形成的过程中，其表达量最高，可能参与秀珍菇原基形成、分化过程[32]。陈仁良等通过分析金针菇基因组数据，推测金针菇在受到外界低温刺激时，通过激活相应通路激酶潜在转录因子Fv-Mbpl，启动Fv-mJRL1内源凝集素基因进行转录翻译，参与低温刺激信号转导，在金针菇原基形成过程中发挥重要作用[33]。戚元成等采用抑制性消减杂交法构建糙皮侧耳双核菌丝期和原基期的SSH cDNA 文库，共检测到206条差异表达基因，其中46个差异表达基因涉及细胞防御、转录、能量代谢等多个生理代谢过程[34]。

食用菌中含有丰富的麦角甾醇，为细胞的生理功能发挥重要作用[35]。解凡等以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象，与野生无需打冷也可自行出原基的X1菌株比较发现，在低温刺激0～6 h时，X57差异基因表达量持续上升，且显著富集到麦角甾醇合成通路上；X1菌株相同通路的各基因对低温刺激不敏感，随胁迫时间延长表达量缓慢上升，胁迫结束基因表达量恢复正常，因此推测该通路在肺形侧耳应对低温刺激形成原基中发挥一定作用[36]。

3 低温胁迫对食用菌子实体生长的影响

食用菌发育过程中，一般菌丝的适宜生长温度高于发育温度，发育温度高于分化温度，子实体需在较低温度下形成。温度对子实体形成和发育过程起重要的调控作用，如对糙皮侧耳进行低温催菇，是影响其子实体整齐度的重要因素[37]。

3.1 对子实体生理状态的影响

在秀珍菇采后运输的过程中，添加1︰1蓄冷剂可缓解其细胞膜损伤，保持外观特性，减少损失[38]。草菇子实体最适贮藏温度为15 ℃，温度低于15 ℃时，子实体会变软、液化出现自溶现象[39]。王丽芳等将双孢蘑菇贮藏在1 ℃低温条件下，能显著降低CAT、SOD酶活性，有益于抗氧化物的积聚，保持双孢蘑菇的口感、营养价值和保健功效[40]。

3.2 对子实体生长分子调控机制的影响

凝集素存在于大部分生物体中，有促使细胞凝聚和促进细胞有丝分裂的作用，食用菌凝集素通常在防御反应中起作用。苏文英等利用PCR扩增技术克隆了平菇子实体凝集素polectin2基因的启动子序列，该序列含有低温、干旱等抗逆元件，低温能够诱导gfp基因的表达，利用子实体内该基因特性，可有效培育耐低温食用菌[41]。

4 结 语

温度是影响食用菌生长发育的关键因素，大部分食用菌营养生长阶段的适宜温度相近，而生殖生长阶段的适宜温度则相差较大。低温能够抑制食用菌的生长，而对于一些中低温变温结实性菌类来说，低温是子实体形成的必要条件。本文系统阐述低温胁迫对食用菌各个生长发育阶段的影响，以及食用菌响应低温胁迫的一系列生理变化及分子应答机制，为研究低温胁迫与食用菌生长发育的关系提供理论依据。