重金屬在食用菌中的富集研究進展*

黃 擎，李 維，郭 相，王婷婷，桂明英＊＊

(1.北京理工大學化工與環(huán)境學院，北京 100081;2.中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所，云南 昆明 650223)

食用菌是可供人們食用的大型真菌的統(tǒng)稱，分類上多隸屬于擔子菌門 (Basidiomycota)，部分屬于子囊菌門 (Ascomycota)［1］。因其優(yōu)越的營養(yǎng)和保健價值而受到廣泛推崇，是世界范圍內(nèi)公認的健康食品。食用菌營養(yǎng)含量豐富，具有高蛋白、低脂肪、富含維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維的特點［2］。近年來伴隨人們對健康飲食重視程度的日漸提高，食用菌的市場需求日益增長，社會公眾對其質(zhì)量安全的關(guān)注也被提升到前所未有的高度。

分析近年來圍繞食用菌的一系列食品質(zhì)量安全事件，除生產(chǎn)、儲運過程中人為造成的食品添加劑、農(nóng)藥殘留問題之外，重金屬含量超標是食用菌食品質(zhì)量安全中最為突出同時也是最難解決的問題。伴隨城市化和工業(yè)化的飛速發(fā)展，一些來源于采礦、工業(yè)過程、殺蟲劑、化學肥料和汽車尾氣的鉛、鎘、砷和汞等重金屬被大量釋放到自然環(huán)境當中［3］，環(huán)境重金屬污染水平日漸提高，另一方面越來越多的研究證實，食用菌本身的生物學特性決定其生長過程中對重金屬的吸收和富集能力遠遠高于普通作物［4］，這就導(dǎo)致環(huán)境重金屬污染往往會在食用菌中被放大和凸顯出來。深入了解食用菌富集重金屬的過程和機理，進而采取針對性措施有效避免重金屬污染，已成為食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中必須解決的一個重要問題。

1 食用菌富集重金屬的機理

食用菌對重金屬的富集主要通過主動或被動吸收實現(xiàn)的，而在吸收前階段土壤中重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和可吸附態(tài)重金屬的解吸附，以及吸收后重金屬通過各種作用在食用菌體內(nèi)的累積都是富集中的重要過程。

1.1 食用菌對重金屬的主動和被動吸收

一般來說子實體的生長周期比較短，通過子實體表面來吸收周圍的重金屬比較有限，食用菌對重金屬的吸收主要是通過菌絲從土壤中吸收［5］。食用菌屬于真菌，其吸收重金屬的規(guī)律一般也遵循真菌吸收物質(zhì)的規(guī)律，進入真菌的所有離子和分子必須通過細胞壁和質(zhì)膜。土壤中的金屬離子可以通過被動運輸?shù)姆绞酱┻^質(zhì)膜，其推動力是不同的電化學電位;另外重金屬也可以通過主動運輸?shù)姆绞?，依靠原生質(zhì)膜上的載體，消耗能量穿過原生質(zhì)膜，進入到真菌細胞，土壤中的錳、銅、鐵、鋅等就以此方式轉(zhuǎn)運到真菌細胞內(nèi)［6］。

相關(guān)研究表明，對于鉻，六價鉻可以被硫酸鹽化合物載體結(jié)合，在根部轉(zhuǎn)化為三價鉻并被菌根食用菌被動吸收，然后積累在細胞壁的離子交換點位上［7］;?zcan MM等［8］認為食用菌可以通過主動運輸來富集重金屬，與綠色植物相比，食用菌更能積累高濃度的重金屬;在Severoglu Z［9］等的研究中，食用菌中鎳、鎘、鉻和鉛的含量要比土壤中相應(yīng)重金屬的含量要高，這也說明了食用菌能夠?qū)χ亟饘龠M行主動吸收;Didier Michelot等［10］研究了蘑菇屬 (Agaricus)真菌對重金屬的生物富集特性，認為蘑菇屬 (Agaricus)真菌對重金屬的吸收主要通過與特定金屬結(jié)合蛋白質(zhì)載體的結(jié)合，然后轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)，所以主動和被動運輸都是食用菌富集重金屬的重要途徑。

1.2 食用菌對重金屬的耐受機制

食用菌對重金屬污染的生態(tài)適應(yīng)性是食用菌和重金屬長期相互作用的結(jié)果。和植物相似，食用菌對重金屬不同程度的污染具有一定的耐受性［11］。重金屬被食用菌吸收后會以各種形式存在于體內(nèi)，當重金屬濃度達到一定程度時就會對食用菌產(chǎn)生脅迫作用，而食用菌就會通過一些生理過程來減輕重金屬的毒害。重金屬在食用菌體內(nèi)可以抑制一些酶的活性，導(dǎo)致大量的活性氧自由基產(chǎn)生，從而引起質(zhì)膜的過氧化，損傷細胞結(jié)構(gòu)［12，13］，而此時食用菌可以在重金屬脅迫的誘導(dǎo)下產(chǎn)生抗氧化酶來減輕重金屬脅迫。Zhang Weiwei等［14］研究了長根菇 (Oudemansiella radicata)子實體對鉛的耐受性，發(fā)現(xiàn)低濃度鉛脅迫能誘導(dǎo)多種抗氧化酶的表達，從而減輕鉛的毒害作用。除了產(chǎn)生相關(guān)抗性酶外，食用菌還可以通過分泌特殊物質(zhì)結(jié)合體內(nèi)的重金屬，改變重金屬的化學形態(tài)或降低其移動性從而減輕毒害，黃晨陽等［15］認為食用菌對重金屬的積累主要通過體內(nèi)生物大分子與重金屬離子結(jié)合形成不溶性物質(zhì)或沉淀，以及細胞壁對重金屬的吸附作用。外生菌根真菌基本上都是高等擔子菌，它們對金屬具有較強的耐受性，其耐受性機理主要有離子交換、形成絡(luò)合物、沉淀作用和結(jié)晶化作用等［16，17］。食用菌還有一些其他的重金屬耐受機制，包括將重金屬排除體外、形成金屬絡(luò)合物等，從而減輕重金屬對自身的毒害，富集較高濃度的重金屬。

2 食用菌富集重金屬的影響因素

由于食用菌對重金屬的富集是一個復(fù)雜的過程，影響重金屬在食用菌中富集的因素主要有環(huán)境因素 (土壤性質(zhì)、pH、土壤有機質(zhì)含量等)、食用菌自身因素 (種類、發(fā)育階段、形態(tài)學部位等)和重金屬因素 (土壤中含量、種類等)。

2.1 土壤性質(zhì)的影響

土壤pH影響重金屬富集的重要因素，Ertugay N等［18］研究了土壤pH對采集的雙孢蘑菇吸收六價鉻的影響，得出了在pH為1時，雙孢蘑菇 (Agaricus bisporus)對鉻的吸收量最大;Vimala R等［19］研究發(fā)現(xiàn)粗柄側(cè)耳 (Pleurotus platypus)、雙孢蘑菇 (Agaricus bisporus)和Calocybe indica均能從水溶液中吸收鎘和鉛，鎘和鉛的最佳吸收pH值分別為5.0和6.0;Melgar MJ等［20］試驗結(jié)果顯示 Agaricus macrosporus對重金屬鋅、銅、汞、鎘和鉛具有富集作用，在酸性條件下的積累量更大。土壤中微生物也對食用菌重金屬富集具有影響，Gao Yan－ru等［21］研究了富含Cd和Pb液體培養(yǎng)基中，在6種微生物的作用下，長根菇 (Oudemansiella radicata)對Cd和Pb的吸收富集情況，發(fā)現(xiàn)微生物鐵載體可以減輕重金屬對長根菇的氧化脅迫;Ji Ling－yun［22］認為M6和K1這兩種耐受重金屬 (鋅、鎘)能力強的微生物，可以分泌一些酸性物質(zhì)來提高Tricholoma lobynsis對重金屬的吸收率。另外，土壤的其他理化性質(zhì)如有機質(zhì)含量、陽離子交換量等也會對食用菌富集重金屬有一定的影響［23，24］。

2.2 食用菌自身因素

食用菌的種類、形態(tài)學部位以及發(fā)育階段等都是影響其富集重金屬的內(nèi)在因素。在相同環(huán)境條件下，種類不同食用菌具有不同生物特征，比如生物量、生長習性等，對重金屬的富集能力存在一定差異，Krupa P.等［4］對屬于擔子菌綱目的15種食用菌富集Zn(II)、Pb(II)、Cd(II)的能力進行了試驗，結(jié)果顯示粘蓋牛肝菌富集鉛的能力要比其他種類食用菌要強，并且發(fā)現(xiàn)外生菌根真菌與植物共生形成菌根后，能有效地緩解重金屬對植物的危害;Yama? M等［25］測定的2種食用菌中鉛和鎘含量也有差異，富集鎘的含量差異尤其明顯;Tüzen M等［26］測定了16種人工培養(yǎng)食用菌和24種野生菌中的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)汞、鐵、銅、錳等含量都具有很大的種間差異;ZhangDan等［27］也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不同食用菌對于銅的富集含量差別很大。Didier Michelot［10］指出，草腐菌，特別是蘑菇屬 (Agaricus)真菌對Cu、Ag、Cd有明顯的親和性，而在森林地帶生長的木腐菌則有明顯的富集Cr、Mg、Se和Pb的趨勢。食用菌的不同形態(tài)學部位也具有不同的重金屬富集能力;Zhang Weiwei等［14］發(fā)現(xiàn)在長根菇體內(nèi)，菌蓋中的鉛含量要比菌柄中的高，這跟食用菌的新陳代謝和生理活動有關(guān)。另外Svoboda L等［28］認為菌絲年齡及所處的生長周期是影響子實體中重金屬含量水平的重要因素，利用大型真菌的子實體可區(qū)分污染和未被污染的場地，而不能作為環(huán)境污染的精確指示物。

2.3 重金屬種類、濃度、形態(tài)的影響

土壤中重金屬的種類、含量以及重金屬之間的相互作用也會影響到食用菌對重金屬的富集作用，Karadeniz ?等［29］測定了重金屬元素從土壤轉(zhuǎn)移到食用菌的轉(zhuǎn)移參數(shù)，轉(zhuǎn)移效率最高的是鉀，然后是銣、鋅、銅、鎘、硫、銫和汞;Zhu Fangkun等［30］測定了14種采自云南省的野生食用菌中重金屬的富集量，發(fā)現(xiàn)不同種類野生食用菌體內(nèi)的重金屬含量水平不一，含量大小為鐵 ＞鋅 ＞錳 ＞銅 ＞鉻 ＞鉛 ＞鎳 ＞鎘;Jarzyńska G 等［31］發(fā)現(xiàn)皺皮疣柄牛肝菌 (Leccinum duriusculum)對于銀、鎘、鉻、銅等重金屬的富集系數(shù)有著很大的不同。除了與重金屬種類有關(guān)，在土壤中重金屬的濃度也會影響食用菌對該重金屬的吸收，張小燕等［32］指出，不同質(zhì)量濃度的重金屬對外生菌根生長具有不同程度的抑制作用，尤其在高質(zhì)量濃度時可使菌根真菌致死;某些重金屬在低質(zhì)量濃度時對外生菌根真菌的生長具有一定的促進作用，這就是常說的低濃度刺激生長現(xiàn)象;Isildak O等［33］發(fā)現(xiàn)，當土壤中的鎘含量增加時，食用菌中鎘的含量也有顯著的提高，而土壤中的鉛含量對食用菌鉛的富集影響不大;Demirba? A［34］等研究發(fā)現(xiàn)食用菌中汞和鎘的積累量與土壤中汞和鎘的含量具有正相關(guān)關(guān)系，鉛則沒有類似的關(guān)系;另外土壤中不同種類重金屬元素的共存，也會相互影響在食用菌中的富集，Severoglu Z［9］等研究了各種重金屬富集的相關(guān)性，結(jié)果顯示鎘和鐵、鎘和鈷、鐵和鋅等具有正相關(guān)性，而鉻和鎳、鉻和鉛、鐵和鎘等重金屬富集具有負相關(guān)性;Zhu Fangkun等［30］也研究了各種重金屬在食用菌中富集的聯(lián)系，其中鉻和鎳、鉻和錳、鉻和鋅、鎳和錳以及錳和鋅之間具有很好的相關(guān)性。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，環(huán)境因素和食用菌自身生物學特性是導(dǎo)致食用菌中重金屬元素富集的2個重要因素。因此食用菌的重金屬污染也可以從上述兩個方面入手加以解決。

對于人工食用菌栽培，首先應(yīng)加強生產(chǎn)基地環(huán)境調(diào)查，對基地周邊土壤、空氣、水源等做到全面掌握，排除可能的環(huán)境重金屬污染因素;其次，應(yīng)注重加強生產(chǎn)原料標準化建設(shè)，避免在生產(chǎn)中使用已受重金屬污染的植物組織作為培養(yǎng)基質(zhì)，使食用菌生長的小環(huán)境不受污染;第三，進行食用菌減富集人工馴化，利用分子手段改變食用菌中控制重金屬元素吸收、遷移和轉(zhuǎn)化的基因片段，降低食用菌對重金屬毒害的耐受性，達到人工馴化減富集目的;第四，加強農(nóng)藥農(nóng)資等農(nóng)用品篩選和監(jiān)管，針對食用菌富集重金屬的生物學特性，鼓勵研發(fā)和生產(chǎn)食用菌專用的不含重金屬的農(nóng)藥和營養(yǎng)素產(chǎn)品，規(guī)范食用菌農(nóng)藥農(nóng)資市場管理，特別針對重金屬加強監(jiān)管;第五，提高食用菌重金屬污染檢測的技術(shù)手段和規(guī)范化程度，根據(jù)國內(nèi)外產(chǎn)品質(zhì)量安全要求制定相應(yīng)的檢驗標準，確保受污染的產(chǎn)品不流入市場。

對于野生食用菌生產(chǎn)，應(yīng)加強產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)管力度，確保規(guī)?；囊吧秤镁a(chǎn)地周邊土壤、水源、空氣等不受重金屬污染，全面掌握環(huán)境中重金屬含量水平，從源頭保障產(chǎn)品質(zhì)量安全。在加工、儲運過程中嚴格把關(guān)，減少外源性污染。

對于食用菌本身，首先，應(yīng)加大科研投入，對具有經(jīng)濟價值的常見食用菌品種加強研究，掌握其富集重金屬的強度和重金屬種類，建立詳細的資料檔案，為生產(chǎn)和監(jiān)管提供理論依據(jù);其次，從生態(tài)學角度加強研究，探明食用菌對重金屬的富集與環(huán)境狀況的關(guān)系，為食用菌生產(chǎn)、栽培環(huán)境控制提供科研依據(jù);第三，在全面了解食用菌富集重金屬的過程機理基礎(chǔ)上，積極采用現(xiàn)代生物技術(shù)對食用菌富集重金屬的過程進行干預(yù)，培育低積累優(yōu)良品種，降低食用菌本身對重金屬的富集程度;第四，利用食用菌對重金屬的富集特性，積極開發(fā)富含特定元素如鋅、硒的食用菌產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值。

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