國(guó)內(nèi)北蟲草人工培養(yǎng)現(xiàn)狀及其化學(xué)成分分析

于燕莉，梁愛君，黃賢榮

北蟲草 Cordyceps militaris（L.ex Fr.）Link 來(lái)源于子囊菌亞門 （Asco mycotina）核菌綱 （pyrenomycetes）球殼目（Sphaerinles）麥角菌科（claviticpitaceae）蟲草屬（Coedyceps）真菌，常寄生在鱗翅目和鞘翅目等昆蟲蛹體上，也可利用家蠶和柞蠶蛹人工批量培育，其藥效、藥理與冬蟲夏草極為相似。主要分布在我國(guó)東北、華北、西北等地區(qū)，華中、華南和西南地區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。冬蟲夏草是中國(guó)三大補(bǔ)品之一，具有增強(qiáng)免疫功能、抗腫瘤、抗菌消炎、抗衰老等藥效作用。而北蟲草主要藥用成分為蟲草素、腺苷等，其含量遠(yuǎn)高于冬蟲夏草，且比冬蟲夏草更易于人工栽培，因此被選為冬蟲夏草的最佳替代品而進(jìn)行人工培育。我國(guó)20世紀(jì)90年代以來(lái)，對(duì)作為藥食兩用品的北蟲草進(jìn)行了藥化、藥理、毒理等系統(tǒng)研究，證明人工栽培北蟲草無(wú)不良反應(yīng)，且具有明顯的鎮(zhèn)靜、抗疲勞、抗腫瘤、抑制癌細(xì)胞和促使雄性激素分泌等作用，可增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，作為藥品和食品使用，對(duì)人體健康安全可靠。

1 北蟲草的人工培養(yǎng)

1.1 固體栽培 1986年吉林省蠶業(yè)研究所以家蠶和柞蠶為寄主培養(yǎng)蛹蟲草成功獲得子實(shí)體。后來(lái)蛹蟲草先后在柞蠶和桑蠶活蛹、家蠶、蓖麻蠶蛹以及樗蠶蛹為寄主在室內(nèi)種植蛹蟲草成功。隨后瓶栽蛹蟲草成功，并提出子座的色澤與光線強(qiáng)弱有關(guān)。隨著發(fā)展，蛹蟲草菌可以直接在培養(yǎng)基上，并長(zhǎng)出子座，并且可以直接液體培養(yǎng)菌絲體。目前生產(chǎn)上普遍采用常規(guī)試管母種或固體原種栽培蛹蟲草。蛹蟲草子實(shí)體發(fā)生率低，且生長(zhǎng)不整齊，產(chǎn)量極低，甚至有的難以長(zhǎng)出正常子實(shí)體。后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)人工蛹蟲草培育成功的關(guān)鍵在于誘發(fā)子實(shí)體原基的形成，認(rèn)為溫差刺激對(duì)子實(shí)體原基形成的效果較好。

1.2 液體培養(yǎng) 天然的蛹蟲草資源非常稀少，相對(duì)人工固體栽培周期長(zhǎng)，且條件控制困難。然而通過液體深層培養(yǎng)法獲得蟲草菌絲體的化學(xué)組成與從天然采集的蟲草的化學(xué)組成接近，并且可以從發(fā)酵液中獲得人們所需的物質(zhì)，還能大大縮短生產(chǎn)周期。邵愛娟等研究得出蟲草菌絲的最適生長(zhǎng)溫度為20～25℃。在進(jìn)行菌絲發(fā)酵時(shí)碳源以蛋白胨為最優(yōu)，采用1∶2或1∶3的碳氮比較為合適。李宗軍等正交實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)酵最佳培養(yǎng)基組成是：5%大米粉、豆餅粉、1.5%麥芽粉、0.1%KH2PO4，0.05%MgSO4·7H2O。 李信等得出影響蛹蟲草菌胞外多糖產(chǎn)量的實(shí)驗(yàn)因子顯著性大小的排列順序?yàn)椋禾鸩颂?酵母浸出粉>KNO3>MgSO4·H2O>FeSO4。胞外多糖最佳發(fā)酵工藝參數(shù)：初始pH值為7，500 ml三角瓶中培養(yǎng)基裝液量100 ml，接種量6%，溫度28℃，周期為96 h。趙明文得出的優(yōu)化培養(yǎng)基配方為：玉米粉4%，黃豆粉0.6%，酵母粉0.3%，K2HPO40.05%，MgSO40.05%，接種量 0.3%，pH5.5。 認(rèn)為碳源因子對(duì)胞外多糖的產(chǎn)生影響顯著。陳晉安等得出蛹蟲草發(fā)酵的適宜培養(yǎng)基組成為：蔗糖5.0%，玉米漿3.0%，酵母膏0.5%，MgSO4·7H2O 0.05%，K2HPO40.05%， 認(rèn)為蔗糖為碳源最好，以酵母膏為氮源，菌體產(chǎn)量最高。李燁研究認(rèn)為蛹蟲草菌絲的生長(zhǎng)可以利用多種碳源和氮源，在以紅糖碳源、奶粉為氮源的液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)最佳，且碳源/氮源合適的比例為 2.0～2.5/1.0，適宜pH5.0～6.5。汪宇等以發(fā)酵得率為指標(biāo)優(yōu)化培養(yǎng)基成分確定為蛋白胨 1.5%，MgSO40.05%，K2HPO40.15%，VB15 mg/L，2,4-D 2 mg/L。在相同條件下，優(yōu)化培養(yǎng)基比原來(lái)培養(yǎng)基的發(fā)酵得率提高了4.5%，研究初步得到蛹蟲草液體培養(yǎng)條件和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)。劉祝等研究最好的培養(yǎng)基配比可將該菌株的蟲草素含量提高到1.21%，比用Czapek培養(yǎng)基提高8.1倍。柴建萍等通過實(shí)驗(yàn)得出玉米粉為最優(yōu)碳源，蠶蛹粉為最優(yōu)氮源，MgSO4為最優(yōu)無(wú)機(jī)鹽。液體發(fā)酵最佳培養(yǎng)基配方為：玉米粉（0.02 g/ml），蠶蛹粉（0.005 g/ml），硫酸鎂（0.0005 g/ml）。

2 化學(xué)成分

2.1 核苷類 北蟲草中主要含腺苷、鳥苷、尿苷，此外還有蟲草素、腺嘌呤和尿嘧啶。其中蟲草素最早于1951年由加拿大的Cunningham從北蟲草中提純得到。蟲草素是一種核苷類抗生素，對(duì)葡萄球菌、鏈球菌、鼻疽桿菌、炭疽桿菌、豬出血性敗血癥桿菌等均有抑制作用，具有廣譜的抗菌活性，有抑制腫瘤、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)和抑制mRNA翻譯的作用。其中治療白血病已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)。腺苷是蟲草素的直接前體，本身也具有很好的生理活性，有文獻(xiàn)報(bào)道，腺苷是蛹蟲草中的活性成分之一，具有減少心肌漏出酶，維持細(xì)胞膜的完整性并能降低冠狀動(dòng)脈阻力，可以改善心腦血液循環(huán)、防止心律失常、抑制神經(jīng)遞質(zhì)釋放和調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶活性等。在心肌缺血缺氧時(shí)對(duì)心肌有一定的保護(hù)作用，而且可有效而選擇性地降低肺動(dòng)脈壓。腺苷已被用作冬蟲夏草的質(zhì)控指標(biāo)。鳥苷對(duì)防治生殖器復(fù)發(fā)性皰疹有較好的療效。

2.2 多糖類 1977年，宮崎等報(bào)道了一種水溶性冬蟲夏草多糖，是一種高度分支的半乳糖甘露聚糖，具有抗菌抗炎的作用，蟲草多糖還具有促進(jìn)SOD酶的作用。主鏈為由α（1→2）糖苷鍵連接的 D-呋喃甘露聚糖，支鏈含（1→3）、（1→5）和（1→6）糖苷鍵連接的D2呋喃半乳糖基以及（1→4）鍵連接的D-呋喃半乳糖基，非還原性末端均為D-呋喃半乳糖和吡喃甘露糖。

2.3 蟲草酸 蟲草酸 （cordycepic acid）是奎寧酸的異構(gòu)物，即D-甘露醇。為蟲草類真菌中的主要有效成分之一。具有利尿脫水、提高血漿滲透壓、鎮(zhèn)喘祛痰、抗自由基等藥理作用。并且對(duì)多種疾病有一定的療效。研究表明蟲草中甘露醇含量主要與其產(chǎn)地、寄主及生長(zhǎng)期等因素有關(guān)。

2.4 甾醇類 北蟲草中甾醇類成分主要是麥角甾醇，另外還有β-谷甾醇。麥角甾醇是真菌類的特征甾醇，在蟲草中含量相對(duì)恒定，通常作為質(zhì)量控制指標(biāo)之一。是一種重要的維生素D2原，具有抗癌、防衰、減毒等功能，其是蟲草中最主要的一種甾醇，揭示了冬蟲夏草菌絲體的水平。麥角甾醇以兩種形式存在，即游離麥角甾醇和酯化麥角甾醇，各自具有不同的生理功能。姜泓等從人工蛹蟲草的干燥子實(shí)體中的乙醇提取物中分離得到7個(gè)化合物,其中1～6化合物為核苷類，第7個(gè)麥角甾醇過氧化物（ergosterol eroxide，7）為甾醇類。

2.5 氨基酸類 蟲草中含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明：在野生蛹蟲草中含有的氨基酸，在人工培育蛹蟲草中幾乎都含有，并且在以蠶蛹為培養(yǎng)基質(zhì)生長(zhǎng)的蛹蟲草中氨基酸總量及人體必需的八種氨基酸總量均高于野生型及其它人工培育型的蛹蟲草。蛹蟲草粗蛋白含量在30%左右，氨基酸總量達(dá)到22%，蛹蟲草菌絲體和子座都含有17種氨基酸，除組氨酸外，其余17種氨基酸均含有：天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、精氨酸、色氨酸。其氨基酸總量和天然冬蟲夏草接近，略高于天然蟲草。

2.6 SOD（超氧化物歧化酶） 它是一種生物活性蛋白質(zhì)，這種酶具有清除新陳代謝中產(chǎn)生的超氧陰離子自由基的能力，在維護(hù)機(jī)體活性氧代謝的平衡中起重要作用。在預(yù)防各種疾病及抗衰老防御物質(zhì)中SOD是最重要的關(guān)鍵酶 （目前為止發(fā)現(xiàn)的唯一的以自由基為底物的酶）。如抗紅斑狼瘡、類風(fēng)濕、皮肌炎、防輻射、抗癌，并有抗衰老和美容肌膚的作用。近年來(lái)，SOD得到廣泛的研究，其成果已在醫(yī)藥、食品、化妝品、生物農(nóng)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.7 微量元素 對(duì)北蟲草和冬蟲夏草中鎳、鈣、鐵、銅、錳、鋅、鉀、鈷、鉻進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，兩者的各微量元素含量有一定差異，但基本在同一數(shù)量級(jí)上。

總之，天然冬蟲夏草來(lái)源稀少，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求苛刻，所以人工培育北蟲草已經(jīng)成為熱點(diǎn)?，F(xiàn)在比較成熟的人工培育方法有兩種：一種是液體發(fā)酵獲得菌絲；另一種為固體培養(yǎng)基上獲得子座。雖然北蟲草的人工培養(yǎng)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但生產(chǎn)中仍存在著一定的難題，如在栽培過程中，出現(xiàn)子實(shí)體細(xì)小、分叉、中空以及不出草、出草少等；栽培技術(shù)普通人員不易掌握，北蟲草菌種的退化等，嚴(yán)重影響北蟲草的產(chǎn)量和質(zhì)量。

目前，因?yàn)殚L(zhǎng)期無(wú)性繁殖及多次轉(zhuǎn)管的菌種，其母種容易退化，所以急待摸索出一種有效的防止菌種退化的方法。北蟲草中主要成分與天然蟲草雖然相似，但是否天然蟲草的主要藥理作用是由蟲草素、蟲草酸等發(fā)揮作用，還是幾種成分協(xié)同作用的結(jié)果，北蟲草能否真正成為天然冬蟲夏草的理想替代品，仍需進(jìn)一步深入研究。