蕈菌的栽培及其對環(huán)境的影響（三）

張樹庭 Solomon P. Wasser

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蕈菌的栽培及其對環(huán)境的影響（三）

張樹庭1Solomon P. Wasser2

（1. 國際蕈菌生物技術(shù)服務(wù)中心 香港中文大學生物系，中國香港特別行政區(qū)；2. 海法大學進化研究所，迦密山 海法，31905，以色列）

4 20世紀末食藥用蕈菌產(chǎn)業(yè)快速擴張

人們已經(jīng)注意到，營養(yǎng)均衡的食物和在友好環(huán)境下積極的生活態(tài)度可以幫助人們達到最佳的健康狀態(tài)。早在2 000年前，中國宮廷及普通百姓就有利用蕈菌作為飲食療法來維持、改善健康狀況或治療疾病[58]。蕈菌利用的金字塔形食物模型（圖14）完全符合中國的一句老話：“藥食同源”，食藥用蕈菌特別被認為具有營養(yǎng)、滋補和藥用價值，可作為營養(yǎng)品或膳食補充劑（DS）[59, 10]。

圖14 蕈菌利用的金字塔模型

二戰(zhàn)結(jié)束以后，食藥用菌生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中穩(wěn)步增長，經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，其全球產(chǎn)量如表1所示。1981年產(chǎn)量為125.72萬噸，1986年達到218.2萬噸，增長73.6%。1990年總產(chǎn)量為376.3萬噸，1997年增加至615.84萬噸。總的來說，1981—1997年間，世界蕈菌產(chǎn)量年增長率在12％以上。然而，傘菌屬的產(chǎn)量在世界食藥用菌總產(chǎn)量中的占比卻有所下降，這主要是由于其他食用蕈菌的需求量越來越大，如香菇（）在全球蕈菌消費量中所占的比例，從1981年的14.3%上升到1997年的25.2%，生產(chǎn)量從18萬噸增加到156.44萬噸；側(cè)耳屬從2.8％上升到14.2％，產(chǎn)量從3.5萬噸增加到87.56萬噸，增長25倍；木耳屬從1981年的0.8％上升到1997年的7.9％，產(chǎn)量從1萬噸增加到1997年的48.56萬噸，增長了48.5倍[9]?？傮w而言，世界蕈菌產(chǎn)量的增加應(yīng)主要歸功于中國、印度、波蘭和匈牙利等發(fā)展中國家所作的貢獻，西歐國家、美國和日本的產(chǎn)量保持不變，甚至有所下降。中國食用蕈菌的栽培產(chǎn)量已占全球的85%以上（表2），且還栽培上市了幾種新的食用菌種類。印度每年的蕈菌產(chǎn)量翻一番，從2001年的5 000噸增加到2004年的1萬噸，預(yù)計這一產(chǎn)量還會繼續(xù)以每年25%左右的幅度上升。自1995年以來，拉丁美洲的蕈菌年產(chǎn)量也在穩(wěn)步增長，1995—2001年期間，該地區(qū)的商業(yè)化蕈菌生產(chǎn)水平上升了32%（49 975噸至65 951噸），年均增長5%。由于蕈菌栽培可以是勞動密集型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，可以為婦女和年輕人創(chuàng)造收入和提供就業(yè)機會，特別是在發(fā)展中國家的農(nóng)村地區(qū)，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。以中國為例，1978年中國蕈菌總產(chǎn)量只有6萬噸，在世界總產(chǎn)量中的占比不到6％，而至2012年，中國的蕈菌產(chǎn)量已達到2 830萬噸，在世界占比上升到85%（表2）。2013年，世界人工栽培食用蕈菌的產(chǎn)量已經(jīng)增加到3 400萬噸[65]，中國是主要生產(chǎn)國，產(chǎn)量超過3 000萬噸，約占世界總產(chǎn)量的87%。亞洲其他地區(qū)產(chǎn)量約130萬噸，歐盟、美洲等國的產(chǎn)量約為310萬噸。其中，香菇是主要的栽培種類，約占世界栽培蕈菌的22％；側(cè)耳屬有5～6個栽培品種，約占19%；木耳屬有2～3個栽培品種，占17%；雙孢蘑菇占15%。此外，據(jù)Feeney等人[24]報道，2009年以來，食用菌包括塊菌產(chǎn)量中國占世界總產(chǎn)量的65%，歐盟占24%，美國占5%，日本、印度尼西亞、加拿大各占1%。世界蕈菌產(chǎn)量的確切數(shù)據(jù)實際上是很難獲得的，因為這些數(shù)據(jù)需涵蓋各種蕈菌產(chǎn)品的總重量，包括鮮品、干品和罐頭等加工品，因此不得不進行估算。從技術(shù)的角度來說，干燥、罐裝和腌制的產(chǎn)品應(yīng)該先轉(zhuǎn)化為鮮品的重量，然后再相加在一起。

表1 1996—2009年世界人工栽培食用蕈菌產(chǎn)量（鮮品）[60～62]

年份產(chǎn)量/萬噸增幅/%年增長率/% 196017.00…… 196534.10100.620.1 197054.6060.012.0 197591.6067.813.6 1981125.7237.36.2 1986217.6073.114.6 1990379.4074.418.6 1991427.3012.612.6 1994490.9314.95.0 1997615.8425.48.5 20021 225.0098.919.8 20092 400.0095.913.7 2012 3 150.00*31.310.4

注：平均年增長率為12.9%。*估計2012年中國的蕈菌產(chǎn)量是2 828萬噸[8]；剩余部分為其他國家產(chǎn)量之和。

表2 1978年以來中國蕈菌產(chǎn)量對世界總產(chǎn)量的貢獻[8, 63, 64]

年份全球產(chǎn)量/萬噸中國產(chǎn)量/萬噸占比/% 1978 106.00 6.00 5.7 1983 145.30 17.4512.0 1990 376.30 108.3028.8 1994 490.93 264.0053.8 1997 615.84 391.8063.6 20021 225.00 865.0070.6 2006未知1 400.00未知 20092 400.002 020.0080以上 20123 150.002 828.0085以上 2014未知3 270.00未知

2012年，中國從事食藥用蕈菌行業(yè)的總?cè)藬?shù)超過3 500萬，其中只有15%是真正的種植戶，其他職業(yè)包括了食品加工、飲料制造、貿(mào)易和管理、運輸、營銷、批發(fā)、零售、出口等。蕈菌產(chǎn)業(yè)還可以產(chǎn)生更廣泛的正向溢出效應(yīng)，如在住宿、餐飲服務(wù)等領(lǐng)域形成互補性就業(yè)。有趣的是，在中國的一些縣，如浙江省慶元縣，其1997年的縣域人口只有20萬，卻有60%的人從事食藥用菌的生產(chǎn)和管理工作[66]，食藥用菌產(chǎn)業(yè)也成為了當?shù)刎斦闹饕杖雭碓?。中國的蕈菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，可以為其他欠發(fā)達國家提供參考。

21世紀初興起了“非綠色革命”或稱“白色農(nóng)業(yè)革命”，人們堅信蕈菌會越來越成為一種寶貴的財富，將在人類福祉的諸多方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。蕈菌有很多的用途，如可作為食品、健康滋補品、藥品，飼料、肥料，以及用于環(huán)保領(lǐng)域。21世紀，食藥用菌在食品、環(huán)境、社會變革、經(jīng)濟增長、健康質(zhì)量等方面的全球影響將進一步擴大，平均超過70％的農(nóng)業(yè)和森林資源是非生產(chǎn)性的[67]，在處理過程中被視為木質(zhì)纖維素廢物。因此，以蕈菌為基礎(chǔ)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)研究和發(fā)展被稱為“非綠色革命”或“白色農(nóng)業(yè)革命”。蕈菌及其產(chǎn)品不應(yīng)該只是供某些人群消費的奢侈品，而應(yīng)該被認為是一個國家、地區(qū)甚至全球所有人類的必需品。應(yīng)該強調(diào)的是，生產(chǎn)高品質(zhì)和可靠的蕈菌產(chǎn)品對于贏得持久的公眾信譽和保證未來的市場擴展是至關(guān)重要的[64]。

5 食藥用蕈菌產(chǎn)業(yè)的環(huán)境意義

隨著人類發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新永不間斷。但是一些欠發(fā)達國家的居民，仍然將繼續(xù)面臨三個基本問題[9]：（1）食物供應(yīng)不足；（2）健康質(zhì)量下降；（3）環(huán)境惡化。這三個關(guān)鍵的根本問題將影響到人類的未來福祉。隨著世界人口繼續(xù)增長，這些問題的嚴重程度將會增加。20世紀初世界人口為16億，而到20世紀末已經(jīng)達到60億。根據(jù)聯(lián)合國“世界人口展望報告”（2015年），截至2015年，世界人口達到73億。預(yù)計到2030年將達到85億，2050年達到97億，2100年達到112億，其中欠發(fā)達國家人口占大多數(shù)。按照每年增加8 000萬人的現(xiàn)狀，達到以上數(shù)字并非危言聳聽。不可避免地，每個人可獲得的食物量和醫(yī)療保健水平將會下降，全球生態(tài)系統(tǒng)也將遭受更嚴重的破壞。

經(jīng)典的Ehrlich等式（IPAT等式），以人口（P）、富裕（A，人均消費或生產(chǎn)）、技術(shù)（T，單位生產(chǎn)或消費的環(huán)境影響）三個因素的乘積來研究人文因素對環(huán)境的影響，即：I＝P×A×T。在本文中，為了促進蕈菌栽培，我們要強調(diào)生物轉(zhuǎn)化和生物修復技術(shù)（T）的重要性。

5.1 將大量有機廢物轉(zhuǎn)化為蕈菌而減少對環(huán)境的污染

有機固體廢物是一種生物質(zhì)，經(jīng)每年的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和食品加工行業(yè)等的活動產(chǎn)生。其主要由三種物質(zhì)組成：纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。這三種植物纖維的主要成分被稱為木質(zhì)纖維素[68,69]。它們由長鏈的碳和氫組成，結(jié)構(gòu)上與許多有機污染物相似。眾所周知，木質(zhì)纖維素廢料在農(nóng)村和城市地區(qū)都是可以獲得的。其原始形態(tài)的商業(yè)價值都很低，當然也沒有食用價值。若直接傾倒或焚燒，必然會對周圍環(huán)境造成污染，進而導致健康危害[17]。這些廢物可以通過妥善管理轉(zhuǎn)化為寶貴的可利用資源，從而減少環(huán)境污染，促進經(jīng)濟的進一步發(fā)展。

木質(zhì)纖維素化合物是復雜和不溶性的，可以采用各種化學方法對其進行處理，例如，經(jīng)稀鹽酸和氯化鈣處理可以提高其消化率和營養(yǎng)品質(zhì)，甚至可以形成糖來作為碳源。然而，這些化學方法耗時長而昂貴，且消除化學藥品的不良副作用也非常復雜。相反地，近年來，蘑菇栽培技術(shù)在改善營養(yǎng)品質(zhì)和提高固體有機廢物的經(jīng)濟價值方面的作用越來越凸顯。蕈菌及其他真菌，是目前唯一能合成和分泌相關(guān)水解酶和氧化酶的生物體，它們可以將復雜的有機基質(zhì)降解為可溶性物質(zhì)，以利于吸收利用[7]。不同種類的蕈菌有不同的利用基質(zhì)的能力，這是由其分泌的酶所決定的。下面簡要描述三種重要的商業(yè)栽培蕈菌通過分泌不同的木質(zhì)纖維素分解酶而表現(xiàn)出的對栽培基質(zhì)的利用差異[70, 71]：（1）香菇，生長在高度木質(zhì)化的基質(zhì)（如木材或鋸木屑）上，能分泌兩種胞外酶——錳過氧化物酶和漆酶，這些酶與木質(zhì)素解聚作用相關(guān)；（2）相反，草菇（）則更喜歡高纖維素、低木質(zhì)化的基質(zhì)，如稻草和棉花廢物，其能產(chǎn)生一系列纖維素分解酶，包括至少5種內(nèi)切葡聚糖酶，5種纖維二糖水解酶和2種β-葡萄糖苷酶，但沒有木質(zhì)素降解酶；（3）鳳尾菇（var. stechangii）是三種蕈菌中適應(yīng)性最強的，可以在各種不同比例的多糖/木質(zhì)素農(nóng)業(yè)廢料上生長，因為它能同時分泌纖維素降解酶和木質(zhì)素降解酶兩種酶。

5.2 回收利用有機廢料生產(chǎn)蕈菌、沼氣和生物肥料

任何科學努力在應(yīng)用方面的最終目標都是盡可能地將各個學科和技術(shù)流程結(jié)合起來，從而最大限度地發(fā)揮科技的作用。利用城鄉(xiāng)有機廢物生產(chǎn)蕈菌、沼氣和生物肥料，應(yīng)是實現(xiàn)這一終極目標的方案之一，并將獲得盈利。在常規(guī)的食物生產(chǎn)方式下，爆炸式的人口增長使得傳統(tǒng)燃料資源迅速消耗，人們開始尋找食物、肥料和燃料的替代來源。

盡管人們從遠古時代就開始從野外采摘菌類作為食物，但是它們的營養(yǎng)價值沒有得到評估，而且在控制條件下生產(chǎn)蕈菌，基本上都是最近幾十年才進行的。收獲蕈菌后的木質(zhì)纖維素基質(zhì)可以用作調(diào)節(jié)土壤或有機肥的堆肥。值得注意的是，這些堆肥除富含氮外，還含有部分經(jīng)過降解的木質(zhì)纖維素，將其與純動物糞便或人類排泄物一起投入沼氣池，不僅產(chǎn)生沼氣，而且能獲得淤泥狀的優(yōu)質(zhì)有機氮肥。沼氣廠產(chǎn)生的淤泥是一種含氮的肥料，它比堆肥更有益處。菇房附近的沼氣池產(chǎn)生的沼氣一部分可以方便地用于菌床的消毒和維持室內(nèi)的最佳溫度。因此，建議將蕈菌、沼氣和生物燃料綜合生產(chǎn)方法作為農(nóng)村和城市木質(zhì)纖維素廢料處理和回收利用的可行途徑。此法與Hablutzel提出的“零排放或總生產(chǎn)力”的概念是一致的[72]。這一日益流行的觀點的哲學概括是：不要期望地球生產(chǎn)更多東西，而要更善用地球已經(jīng)生產(chǎn)的東西。

5.3 利用蕈菌菌絲修復被破壞的環(huán)境

蕈菌在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的重要角色是分解者，其功能主要由菌絲體完成。蕈菌菌絲體能產(chǎn)生一系列復雜的胞外酶以分解木質(zhì)纖維素廢料，從而減少環(huán)境污染。Stamets曾創(chuàng)造一個術(shù)語[17]：真菌修復（mycorestoration），涵蓋以下4個方面內(nèi)容：（1）真菌過濾（mycoforestry），利用菌絲過濾土壤和空氣的水分中的有毒廢物和微生物；（2）真菌森林（mycoforestry），利用菌絲修復森林；（3）真菌修復（mycoremediation），利用菌絲凈化某一區(qū)域的一種生物修復方式；（4）真菌防治（mycopesticides），利用菌絲防治病蟲害。以上內(nèi)容代表了創(chuàng)造一個清潔的生態(tài)系統(tǒng)的潛在可能，通過真菌的作用，即使存在一些有毒廢物，也不會留下任何損害。生物修復是一種非常重要的技術(shù)，它涉及使用蕈菌菌絲來去除或中和各種各樣的污染物[73, 74]。關(guān)于清理受污染的土地，已經(jīng)有過許多研究：Chiu等研究表明，平菇基質(zhì)比許多菌類具有更好的對殺蟲劑五氯苯酚的變性作用[75]；Law等利用肺形側(cè)耳（s）菌渣堆肥去除水系統(tǒng)中的殺蟲劑五氯苯酚[76]；Lau等利用蕈菌菌渣堆肥對PAH污染的樣品進行生物修復研究[77]；Rhodes等提出通過種植蕈菌來清潔地球，即真菌修復技術(shù)（利用真菌進行生物修復）[78]；Taylor等提出利用真菌過濾技術(shù)去除人工降水中的大腸桿菌[79]。此外，Stamets的研究也提供了許多很好的例證[17]。