鎘對(duì)食用菌生長(zhǎng)的影響及防控技術(shù)研究進(jìn)展

劉朋虎 ，賴瑞聯(lián)，陳華，王義祥, *，翁伯琦, *

1. 福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；2. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，福建 福州 350003；3. 福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350003

食用菌是富有營(yíng)養(yǎng)且優(yōu)質(zhì)可口的特色食品，食用菌開發(fā)可為鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興與農(nóng)民增收致富提供重要發(fā)展途徑。然而，食用菌重金屬污染事件時(shí)有報(bào)道，尤其是鎘的污染占據(jù)較大的比例。就其原因分析，一方面是由于部分品種（或者菌株）本身內(nèi)在富集特性所致，另一方面是城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與環(huán)保措施的脫節(jié)而帶來的水源、土壤和植物體的重金屬污染，在很大程度上致使部分食用菌產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)問題更加突出（高庭艷等，2007）。這不僅會(huì)對(duì)食用菌產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展帶來不利的影響，而且對(duì)城鄉(xiāng)消費(fèi)者健康產(chǎn)生威脅。食用菌富集重金屬已引起人們高度關(guān)注，但其內(nèi)在吸收規(guī)律與相關(guān)累積機(jī)理尚未完全明確，已有研究表明，某些食用菌品種對(duì)重金屬的富集能力超過大田栽培的農(nóng)作物，且具有代謝緩慢并易于累積的生理特性（趙玉卉等，2010）。有報(bào)道認(rèn)為：鎘是食用菌生產(chǎn)中容易被吸收與富集的重金屬元素之一（寇冬梅等，2007）。許多研究者集中探討了食用菌生長(zhǎng)過程對(duì)鎘的吸收特征及其富集機(jī)理，重點(diǎn)研究生產(chǎn)過程鎘吸收與累積的防控技術(shù)，取得良好的成效（劉高翔等，2012；劉朋虎等，2017；王北洪等，2016）。本文主要結(jié)合項(xiàng)目組近年研究成果，重點(diǎn)綜述了不同食用菌品種對(duì)鎘的吸收過程與相關(guān)富集機(jī)理及其生產(chǎn)過程中防控鎘污染的技術(shù)研究進(jìn)展，不僅對(duì)深入探索其他重金屬元素對(duì)食用菌生產(chǎn)的影響有參考價(jià)值，而且對(duì)食用菌綠色生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量安全保障具有借鑒意義。

1 食用菌生產(chǎn)過程重金屬鎘污染現(xiàn)狀與分析

1.1 食用菌生產(chǎn)形成新的發(fā)展態(tài)勢(shì)

食用菌生產(chǎn)正呈現(xiàn)多元化發(fā)展態(tài)勢(shì)，栽培品種豐富，目前可進(jìn)行商品菇生產(chǎn)的品種已超過了 80種；多達(dá)30個(gè)品種被進(jìn)行工廠化栽培與集約生產(chǎn)；配套栽培技術(shù)較為先進(jìn)，基本形成了鄉(xiāng)村穩(wěn)步發(fā)展的增收產(chǎn)業(yè)。實(shí)際上，食用菌品種在不斷更新?lián)Q代，其栽培方式也在不斷創(chuàng)新，種植業(yè)秸稈與養(yǎng)殖業(yè)糞便優(yōu)化集成應(yīng)用與菌渣的再利用技術(shù)開發(fā)，為新興的現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)優(yōu)化發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。就生產(chǎn)發(fā)展而言，新時(shí)期食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)五個(gè)新的特點(diǎn)。一是形成循環(huán)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)。食用菌的生產(chǎn)原料是種植業(yè)秸稈與養(yǎng)殖業(yè)糞便，其不消耗糧食，同時(shí)可有效消納農(nóng)業(yè)廢棄物，生產(chǎn)菇類蛋白。隨著標(biāo)準(zhǔn)化與智能化設(shè)施栽培技術(shù)被廣泛應(yīng)用，食用菌產(chǎn)量與品質(zhì)得到了提高，顯示了更大的增收潛力。二是可以利用邊角土地。大部分菇農(nóng)都是利用邊角土地進(jìn)行食用菌栽培，尤其是利用山地與雜地實(shí)施大面積有效種植。近年開展林下栽培則有助于食用菌產(chǎn)業(yè)排放的 CO2被林木吸收利用，而林木排放的O2為食用菌生產(chǎn)吸收利用，從而形成的碳-氧互補(bǔ)的優(yōu)化生產(chǎn)模式。三是延伸產(chǎn)業(yè)開發(fā)鏈條。菌類的種植一般不需要施用過多肥料，且菌類生產(chǎn)中產(chǎn)生的下腳料是制備優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料的原料，利用食用菌菌渣并添加養(yǎng)殖業(yè)廢棄物生產(chǎn)系列專用有機(jī)肥，獲得了良好成效。四是注重改善栽培條件。以往食用菌的種植管理比較粗放，設(shè)施條件也比較簡(jiǎn)陋，近年來菇農(nóng)著力改進(jìn)栽培條件，實(shí)施舊菇房改造，配套了智能化控制器材，同時(shí)因地制宜創(chuàng)立了生產(chǎn)栽培模式并研發(fā)了系列新型裝備，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高栽培管理效率。五是提高轉(zhuǎn)化利用效率。由于菌渣多次循環(huán)利用，碳素利用效率提高25%以上，而且食用菌生產(chǎn)比較節(jié)水，一般1 kg菇類產(chǎn)品的平均用水量?jī)H為3 kg左右，是其他作物生長(zhǎng)的1/100之下（翟勁濤，2017）。

就科技進(jìn)步而言，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。一是栽培模式改革與創(chuàng)新。從 50多年前的段木栽培到40年前袋料栽培，再到后來的工廠化、智能化集約栽培，現(xiàn)在各類高效栽培模式已經(jīng)蓬勃興起。二是生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在食用菌高效生產(chǎn)過程，應(yīng)用機(jī)械和配套設(shè)施已被大規(guī)模集成推廣。食用菌工廠化生產(chǎn)的大規(guī)模企業(yè)已突破了600家，包括了海鮮菇、秀球菌、灰樹花等 20多個(gè)富有特色的新品種集約化生產(chǎn)。據(jù)資料顯示，2016年中國(guó)工廠化食用菌企業(yè)的日產(chǎn)量可達(dá)到7000多噸，食用菌工廠化總產(chǎn)量已占全球的43%。三是不斷延伸菌業(yè)開發(fā)鏈。食用菌生產(chǎn)不僅在地域方面延伸，形成了南菇北移和東菇西移的大格局，而且產(chǎn)業(yè)開發(fā)內(nèi)容拓展與細(xì)化的新趨勢(shì)也日益顯現(xiàn)，其涉及到原料替代與輔料應(yīng)用、發(fā)酵設(shè)施與菇架設(shè)備、菌渣利用與肥料開發(fā)、產(chǎn)品加工與市場(chǎng)品牌等方面，精細(xì)化開發(fā)與規(guī)?；a(chǎn)為產(chǎn)業(yè)鏈不斷擴(kuò)展提供了厚實(shí)的基礎(chǔ)。全國(guó)食用菌產(chǎn)量超過100萬噸的省份有10個(gè)，其中河南省已越升到488萬噸，位居全國(guó)前列。四是精深加工技術(shù)不段深化。食用菌傳統(tǒng)產(chǎn)品向品質(zhì)優(yōu)良、營(yíng)養(yǎng)豐富的新型食品轉(zhuǎn)變，一批精深加工的新產(chǎn)品不斷推出，包括利用各種菇的下腳料加工功能性產(chǎn)品，逐步實(shí)現(xiàn)全價(jià)利用；同時(shí)優(yōu)化加工產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局并建設(shè)富有特色的生產(chǎn)基地（翟勁濤，2017）。

顯然，食用菌生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，不僅為人們提供優(yōu)質(zhì)食物資源（菌物蛋白），而且可有效構(gòu)建農(nóng)業(yè)廢棄物資源化循環(huán)利用的平臺(tái)，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減輕因焚燒、丟棄農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物而造成的環(huán)境污染，進(jìn)而促進(jìn)變廢為寶的農(nóng)業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)預(yù)測(cè)，如果將每年占總量 5%的農(nóng)牧業(yè)廢棄物用于食用菌生產(chǎn)，即可獲得至少1000萬噸干食用菌產(chǎn)品，則相當(dāng)于增加300－400萬噸蛋白質(zhì)（按干食用菌產(chǎn)品中含有30%－40%的蛋白質(zhì)計(jì)），其生產(chǎn)潛力與發(fā)展前景是十分廣闊的（黃辛，2013）。生產(chǎn)實(shí)踐表明，食用菌栽培過程面臨新的挑戰(zhàn)之一，就是重金屬的污染與超標(biāo)問題，其中一些食用菌品種對(duì)鎘的吸收與富集比較敏感，引起生產(chǎn)者與消費(fèi)者的共同關(guān)注。研究表明，食用菌對(duì)鎘的吸收與富集有一定的規(guī)律，尤其是富集程度與環(huán)境因素和菌株生理特性具有顯著相關(guān)性（黃建成等，2007；徐麗紅等，2007；袁瑞奇等，2006），必須進(jìn)行分類研究并實(shí)施相應(yīng)的防控對(duì)策。

1.2 食用菌生產(chǎn)過程中鎘污染概況

1.2.1 生產(chǎn)環(huán)境因素

首先是栽培基質(zhì)中重金屬種類與數(shù)量，尤其是鎘含量直接影響食用菌生產(chǎn)與污染程度；其次是基質(zhì)中pH值、有機(jī)物種類與含量、大氣污染等都會(huì)其產(chǎn)生間接的影響。有研究結(jié)果顯示，隨栽培基質(zhì)鎘含量的增加，子實(shí)體中鎘的累積量會(huì)明顯提高；同時(shí)采自大氣污染區(qū)域的食用菌樣本中鎘超標(biāo)比率明顯高于大氣潔凈地區(qū)，位于城市郊區(qū)的食用菌生產(chǎn)基地的子實(shí)體鎘的累積量一般都高于采集至邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)村農(nóng)戶栽培的食用菌樣品（Nikkarinen et al.，2004；Ouzouni et al.，2009；Zhang et al.，2008）。但對(duì)于野生食用菌品種而言，則有例外現(xiàn)象，如Svoboda et al.（2006）測(cè)定285個(gè)樣品的Cd含量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究表明，生長(zhǎng)于銀礦區(qū)周圍的15種不同野生菇的子實(shí)體中鎘含量與其生長(zhǎng)基質(zhì)中鎘總量之間并不存在明顯的正相關(guān)性。pH值會(huì)影響土壤中包括鎘在內(nèi)的重金屬元素的富集和釋放規(guī)律（王靜等，2017）。在食用菌生產(chǎn)中，李三暑等（2000）研究認(rèn)為，姬松茸（Agaricus blazei Murrill）對(duì)鎘較敏感，其子實(shí)體中鎘的累積量與栽培基質(zhì)中游離態(tài)鎘總量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，而與栽培基質(zhì) pH值變化呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性；要提高栽培基質(zhì)的pH，通常只能添加Ca2+或者其他堿性金屬離子，可有效強(qiáng)化栽培基質(zhì)中鎘離子的物理性吸附或者促進(jìn)其形成螯合物，可在很大程度上促進(jìn)游離態(tài)鎘離子向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而降低姬松茸對(duì)鎘離子的吸收或吸附作用。Chen et al.（2009）對(duì)11個(gè)蘑菇品種的鎘吸收與累積量進(jìn)行測(cè)定并通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：鎘的吸收累積量與栽培基質(zhì)中Cu2+的含量之間存在顯著的相關(guān)性，即栽培基質(zhì)中Cu2+的含量越高越能促進(jìn)蘑菇子實(shí)體對(duì)鎘的吸收，進(jìn)而產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)。

1.2.2 品種內(nèi)在特性

不同品種食用菌（或者生產(chǎn)菌株）的生理特性會(huì)影響其對(duì)重金屬的吸收與累積，包括菌株組織結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)成分、基質(zhì)活性分解、菌絲體的生長(zhǎng)、子實(shí)體成熟度及形態(tài)學(xué)的特征等（Lodeiro et al.，2006；Nordberg，2003）。有研究證實(shí)，菌株的生理特性是決定性因素，尤其是食用菌對(duì)鎘的富集作用具有種性的依賴特征（Malinowska et al.，2004）。

1.2.3 存在交互作用

不同的食用菌品種對(duì)栽培環(huán)節(jié)鎘的反應(yīng)敏感度各異，同時(shí)富集鎘的能力也不盡相同（李波，2016）。食用菌在生長(zhǎng)過程，環(huán)境條件是鎘吸收的影響因子，但不同品種對(duì)鎘的累積響應(yīng)則主要受品種的遺傳特性影響，環(huán)境因素變化僅起到一定作用。曾經(jīng)有學(xué)者采集了7個(gè)不同的食用菌品種（66個(gè)樣品）進(jìn)行測(cè)定與分析，結(jié)果表明，血紅乳菇（Lactarius sanguifluus）、白草菇（Volvariella speciosa）受環(huán)境變化影響程度比較大，野蘑菇(Agaricaceaespp)等其余 5個(gè)品種則主要受菇的內(nèi)在特異性影響，例如生長(zhǎng)在公路旁的蘑菇與在森林深處和草地內(nèi)部采摘的蘑菇中鎘的含量相近，而在不同生態(tài)環(huán)境的地點(diǎn)所采集到小白蟻傘（Termitomyces microcarpus）鎘的富集量也相近，說明不同食用菌對(duì)鎘的富集具有種間特異性，并不完全受環(huán)境條件所影響（I??lo?lu et al.，2001）。高庭艷等（2008）采集了5種野生蘑菇并分析菇體重金屬含量，進(jìn)一步證實(shí)了蘑菇品種對(duì)鎘的富集作用存在種間特異性。孔佳慧等（2013）通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高濃度的鎘使菌絲體的生長(zhǎng)量減少且具有明顯抑制菌絲體生長(zhǎng)的作用，從總體上看，對(duì)鎘的富集能力以平菇（Pleurotus ostreatus）最強(qiáng)，其次是香菇，雞腿菇（Coprinus comatus）相對(duì)比較弱。張丹等（2005）研究表明，不同品種食用菌對(duì)環(huán)境中鎘也具有各異的響應(yīng)度，在森林深處采摘的小白蟻傘（Termitomyces microcarpus）子實(shí)體（干重）鎘含量為65.30 mg·kg-1，生物富集系數(shù)為1674；但在鐵冶煉廠附近采摘的銹蓋粉孢牛肝菌（Tylopilusballouii）子實(shí)體鎘含量則為0.10 mg·kg-1（干重），其研究數(shù)據(jù)說明了不同食用菌品種對(duì)鎘的生物富集效應(yīng)各異，其在很大程度上依賴或者取決于品種的內(nèi)在特性與環(huán)境因素的交互作用。

1.2.4 存在閾值效應(yīng)

李開本等（1999）等分批采集并測(cè)定了人工栽培的巴西蘑菇（Agaricus blazei Murrill）樣品，其子實(shí)體鎘含量并沒有隨栽培料中鎘量增大而提高，即使在堆料和覆土中鎘含量均低于0.1 μg·g-1條件下，其子實(shí)體鎘含量仍超過 4.0 μg·g-1，最高達(dá)到 6.8 μg·g-1，可認(rèn)為子實(shí)體鎘含量偏高與栽培所采用的培養(yǎng)料及覆土材料不存在直接相關(guān)性，而是由菌體本身富集鎘元素的生物學(xué)特性所導(dǎo)致。就同一個(gè)品種而言，其菇體鎘吸收與累積受到生長(zhǎng)環(huán)境中鎘含量豐富程度的影響。對(duì)茶樹菇（Agrocybe aegerita）子實(shí)體的鎘含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，栽培料中鎘含量不同，將直接影響子實(shí)體的鎘吸收與累積，當(dāng)栽培料中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 mg·kg-1時(shí)，其子實(shí)體鎘富集系數(shù)達(dá)到最高（14.2%），相應(yīng)的子實(shí)體中的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.84 mg·kg-1，比綠色食品標(biāo)準(zhǔn)（1.0 mg·kg-1）高了 2.84倍。栽培料的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 1－20 mg·kg-1之間，茶樹菇子實(shí)體的鎘含量隨培養(yǎng)料中鎘含量的增加而提高，但當(dāng)培養(yǎng)基鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1－2.0 mg·kg-1時(shí)，茶樹菇子實(shí)體的富集系數(shù)則在 12%－12.5%之間波動(dòng)（謝福泉等，2015）。楊小紅等（2014）選擇4個(gè)平菇品種開展食用菌對(duì)Cd的富集作用，研究表明，在 0.11 mg·kg-1與 0.66 mg·kg-1的添加水平下，分別有50%和100%參試的平菇品種子實(shí)體鎘含量超標(biāo)，子實(shí)體中鎘的富集系數(shù)最高（10.82），即子實(shí)體中鎘富集量為基質(zhì)中的10.82倍；研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，利用棉籽殼與玉米芯等不同原料栽培，平菇對(duì)栽培料中鎘的富集系數(shù)分別為3.628和4.621。

1.2 .5 存在激發(fā)響應(yīng)

有研究表明，栽培茶樹菇時(shí)，滅菌前培養(yǎng)料中的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1－2 mg·kg-1時(shí)，生產(chǎn)的子實(shí)體鎘含量則明顯各異，子實(shí)體鎘含量與廢菌棒鎘含量比值從0.0197升至0.1297，表明茶樹菇子實(shí)體對(duì)培養(yǎng)料中高濃度的鎘具有較強(qiáng)的吸收與富集作用（謝福泉等，2015）。在生產(chǎn)栽培中，必須要檢測(cè)和控制原料中鎘的含量，從源頭上防控，力求生產(chǎn)符合綠色食品標(biāo)準(zhǔn)的食用菌產(chǎn)品。另有研究表明，黑木耳生長(zhǎng)對(duì)鎘比較敏感，在栽培過程其富集鎘的能力相對(duì)其他食用菌品種強(qiáng)，當(dāng)栽培基質(zhì)中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 0.1 mg·kg-1時(shí)，子實(shí)體的鎘含量將會(huì)超標(biāo)，而且隨著培養(yǎng)料中鎘含量的增加而明顯提高；當(dāng)栽培基質(zhì)中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20 mg·kg-1，則會(huì)產(chǎn)生明顯的毒害作用，其富集系數(shù)將達(dá)到最大值（19.00）；不同品種食用菌的鎘吸收的激發(fā)響應(yīng)明顯各異，所以在黑木耳（Auricularia auricula-judae）栽培生產(chǎn)上，要嚴(yán)格防控培養(yǎng)料中Cd含量超標(biāo)，力求從源頭控制，保障黑木耳產(chǎn)品的質(zhì)量安全（巫仁高，2016）。

1.3 食用菌生產(chǎn)過程鎘污染的特征

有研究發(fā)現(xiàn)，紅平菇（Pleurotus djamor）耐受與富集鎘的能力比較強(qiáng)，其不僅在培養(yǎng)料鎘濃度相對(duì)較低狀態(tài)下（即為1－20 mg·kg-1）對(duì)鎘有很強(qiáng)的富集能力，而且當(dāng)栽培原料中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20－100 mg·kg-1時(shí)，仍具有較強(qiáng)的富集鎘的能力，呈現(xiàn)隨栽培基質(zhì)中鎘含量的增加，子實(shí)體中鎘富集量也逐步隨著提高的趨勢(shì)，鎘吸收的疊加效應(yīng)比較明顯（霍存錄等，2013；謝福泉等，2015）。在雙胞蘑菇（Agaricus bisporus）鎘脅迫試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，鎘的毒害會(huì)改變其體內(nèi)重要生物酶活性，從而影響菌絲體正常生長(zhǎng)，其菌絲體中的SOD、POD和CAT 3種酶活性呈現(xiàn)了“低促高抑”的變化動(dòng)態(tài)，即發(fā)生了先激發(fā)后抑制現(xiàn)象（李艷艷，2011）。然而，隨著食用菌菌絲體中Cd2+含量的升高，其累計(jì)速率逐漸下降（季旭穎等，2013）。就紅平菇對(duì)鎘的富集作用而言，由于子實(shí)體細(xì)胞壁上存在巰基、羧基、羥基等活性基團(tuán)可以通過共價(jià)、靜電或分子力將Cd2+吸附在子實(shí)體表面，由此可以判斷紅平菇在生長(zhǎng)過程中主要是依靠生物吸附作用累積鎘的；然而Cd2+一旦進(jìn)入子實(shí)體細(xì)胞質(zhì)中，比較容易被氨基酸、金屬硫蛋白等結(jié)合而生成對(duì)細(xì)胞中諸多遺傳因子沒有毒害作用的物質(zhì)。由此可以推理，不同品種食用菌對(duì)Cd2+的吸收和富集量存在較大差別，要充分利用食用菌品種的差異性，因地制宜采取不同的防控方法與技術(shù)措施。

不同食用菌在生產(chǎn)過程中對(duì)鎘的吸收機(jī)制各異，不僅不同品種影響程度不一，而且同一個(gè)品種的不同菌株對(duì)鎘吸收與累積狀況也不盡相同。徐麗紅等（2010）研究發(fā)現(xiàn)不同的姬松茸菌株對(duì)鎘的吸收富集程度各異，在姬松茸栽培生產(chǎn)系統(tǒng)中，子實(shí)體對(duì)鎘的吸收與富集都呈顯著線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，其回歸方程為Y=65.308X+3.129（X、Y分別為培養(yǎng)料、姬松茸子實(shí)體中鎘的含量）?；貧w分析表明，姬松茸品種對(duì)鎘的富集能力總體是比較強(qiáng)的，富集系數(shù)為65.2－108.1；培養(yǎng)料中鎘含量對(duì)子實(shí)體中鎘累積量影響較大。實(shí)際上，本項(xiàng)目組研究也發(fā)現(xiàn)，不同食用菌品種在栽培過程中，子實(shí)體不同部位的鎘含量及其對(duì)鎘的富集水平也不相同，一方面表現(xiàn)在對(duì)品種的依賴上，而另一方面還突出體現(xiàn)在同一個(gè)品種不同部位對(duì)鎘的吸收輸送能力上的差異性。Rudawska et al.（2005）對(duì)16個(gè)不同蘑菇品種的123個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)蘑菇菌蓋鎘含量明顯高于菌柄。Garcia et al.（2005）在研究大孢蘑菇（Agaricus macrosporus）對(duì)鎘的吸收與輸送動(dòng)態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其孢子中鎘的含量高于子實(shí)體的其他部分。Michelot et al.（1998）研究表明，食用菌子實(shí)體中鎘含量與其菌絲體在培養(yǎng)基中的孕育周期長(zhǎng)短有關(guān)，尤其是在子實(shí)體成熟度以及兩茬子實(shí)體之間的收獲間隔時(shí)間等方面比較敏感，其相關(guān)性比較顯著。就生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析，如果在菌絲體孕育前期就開始富集鎘，其逐步積累之后，即向第一茬子實(shí)體轉(zhuǎn)移；菌絲體孕育周期越長(zhǎng)則積累與轉(zhuǎn)移的鎘量越多，故子實(shí)體中累積的鎘量相應(yīng)較高。近年來，本項(xiàng)目組對(duì) 25種人工栽培的食用菌樣品鎘含量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)樣品中鎘平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2－5.4 mg·kg-1，其中姬松茸、黑木耳、平菇等人工栽培食用菌品種對(duì)鎘吸收與富集較強(qiáng)，都超過3 mg·kg-1；而對(duì)野生食用菌樣品進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其鎘含量一般高于人工栽培品種，有的甚至高達(dá) 18.6 mg·kg-1。分析認(rèn)為，主要是由于野生食用菌菌絲體經(jīng)過一年的孕育期，而人工栽培的食用菌只需一個(gè)月所致。楊昕等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，食用菌未成熟的子實(shí)體中鎘含量比較高，可能是因?yàn)榘l(fā)育過程菌絲體中的鎘不斷向子實(shí)體轉(zhuǎn)移，而在子實(shí)體形成期間，隨其個(gè)體和數(shù)量的增加，子實(shí)體中鎘濃度也會(huì)被稀釋所致。楊小紅等（2010）試驗(yàn)結(jié)果表明，鎘對(duì)紅平菇生長(zhǎng)有一定抑制作用，但培養(yǎng)料中鎘濃度小于 1 mg·kg-1時(shí)，其對(duì)菌絲體生長(zhǎng)抑制程度不明顯，可能是因吸收到體內(nèi)的 Cd2+對(duì)有些酶的活性影響不明顯，所以鎘對(duì)菌絲生長(zhǎng)的鎘響應(yīng)不太明顯。當(dāng)培養(yǎng)料中鎘大于1 mg·kg-1時(shí)，其對(duì)紅平菇子實(shí)體生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響較為顯著，尤其是高濃度的鎘對(duì)紅平菇的毒害響應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致二潮菇平均產(chǎn)量降低，且二潮菇中鎘富集量明顯高于一潮菇。研究發(fā)現(xiàn)，在金針菇（Flammulina velutiper）和紅平菇培養(yǎng)過程中，當(dāng)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 mg·kg-1時(shí)，Cd對(duì)其菌絲的生長(zhǎng)有正向影響作用，這可能是由于存在低鎘狀態(tài)的激活響應(yīng)，即在低濃度Cd的作用下，菌體內(nèi)的過氧化氫酶、過氧化物酶和酸性磷酸酶等可能被激活，酶活性的增強(qiáng)一定程度上促進(jìn)了菌絲體或者子實(shí)體的生理生化活動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)了子實(shí)體的發(fā)育與生長(zhǎng)（陳素華，2002；曲明清等，2006；施巧琴等，1991）。鎘對(duì)紅平菇子實(shí)體產(chǎn)量的響應(yīng)程度不太敏感，在高濃度時(shí)（超過 5 mg·kg-1），紅平菇對(duì)鎘的耐性比較強(qiáng)，其吸收與富集能力仍然較強(qiáng)（霍存錄等，2013；Melgar et al.，1998；Michelot et al.，1998）；徐麗紅等（2011）研究表明，香菇生長(zhǎng)過程對(duì)鎘耐受程度較高，培養(yǎng)料中鎘濃度臨界值為49 mg·kg-1，超過臨界值香菇菌絲則無法正常生長(zhǎng)。

2 食用菌生產(chǎn)過程鎘吸收機(jī)制及其防控技術(shù)

2.1 食用菌生產(chǎn)過程對(duì)鎘的吸收與富集響應(yīng)

食用菌對(duì)鎘的吸收途徑多樣，累積方式也不盡相同。食用菌菌絲體或者子實(shí)體細(xì)胞外部存在多聚物，其可以通過共價(jià)、靜電或分子引力的作用，將Cd2+吸附在菌體表面；尤其是細(xì)胞壁存在多糖等有機(jī)物，通過相互吸引對(duì)Cd2+產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物吸附作用；至于在一定程度上會(huì)降低其對(duì)細(xì)胞的毒害作用，有研究認(rèn)為（Cobbett et al.，2002；Romero-Isart et al.，2002），主要是由于進(jìn)一步作用所致，即細(xì)胞壁中的活性基團(tuán)可以有效結(jié)合Cd+2；當(dāng)與鎘離子結(jié)合達(dá)到飽和點(diǎn)后，Cd2+就會(huì)進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的Cd2+被氨基酸、金屬硫蛋白等進(jìn)行特異性結(jié)合，從而降低其毒害作用。李三暑等（2001）研究表明，姬松茸在栽培過程中所吸收與積累在細(xì)胞的鎘，大約有83.20%被截留在細(xì)胞壁上，只有少量鎘進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與液泡中，表明細(xì)胞壁截留鎘的作用是有效的。袁瑞奇等（2001）研究表明，在菇體細(xì)胞壁上可能有大量離子交換點(diǎn)，其可以通過引力作用達(dá)到結(jié)合重金屬離子的目的，當(dāng)細(xì)胞壁上有機(jī)聚合物質(zhì)與鎘的結(jié)合達(dá)到飽和之時(shí)，鎘離子將進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，如果細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在有一定數(shù)量金屬硫蛋白（MT），其與鎘的進(jìn)一步結(jié)合將起到毒害降解作用，這是一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。實(shí)際上，對(duì)真菌而言，金屬硫蛋白是其細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種特異物質(zhì)，其是對(duì)鎘等金屬離子具有親和能力的蛋白質(zhì)（肽），金屬硫蛋白通常由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸組合構(gòu)建而成，可以起到結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的重金屬離子的作用，形成螯合物即可降低金屬離子的活性，從而減輕重金屬對(duì)真菌個(gè)體的毒害作用（黃晨陽等，2004；劉瑞霞等，2002；張曉檸等，2006）。這或許就是大型真菌重金屬富集能力超過綠色植物的主要原因之一（徐柳等，2004）。江啟沛（2003）研究發(fā)現(xiàn)，在姬松茸細(xì)胞壁中含有數(shù)量較多且可特異結(jié)合鎘的多糖成分。Vimala et al.（2011）研究了粗柄側(cè)耳（Pleurotus platypus）吸附Cd2+的機(jī)制，擬二階模型的吸附動(dòng)力學(xué)研究表明，其子實(shí)體中結(jié)構(gòu)性多糖在Cd2+的生物吸附過程起到了解毒作用；進(jìn)一步研究表明，粗柄側(cè)耳（Pleurotus platypus）對(duì)Cd2+的吸附作用，實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)吸附過程；透射電子顯微鏡法證明了在細(xì)胞壁上形成的沉淀物中含有較大比例的Cd2+；用傅立葉變換紅外光譜分析法可以確定，菇體細(xì)胞壁上存在的可負(fù)載金屬的-OH，-NH和C-O-C的基團(tuán)都參與了對(duì)Cd2+的吸附過程；能量色散X射線儀的進(jìn)一步分析表明，通過重金屬離子交換進(jìn)一步有效維護(hù)生物吸附的有序進(jìn)行，這是其響應(yīng)過程與主要實(shí)現(xiàn)途徑（劉瑞霞等，2002）。通常而言，菌體中鎘的含量隨生長(zhǎng)基質(zhì)和大氣中鎘含量的增加而增加，研究發(fā)現(xiàn)，姬松茸子實(shí)體中鎘總量與基質(zhì)中游離態(tài)鎘總量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與基質(zhì)中pH呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；添加鈣等堿性金屬物質(zhì)作為調(diào)節(jié)劑，可適當(dāng)提高基質(zhì)的pH，進(jìn)而降低鎘的溶解度，有利于促進(jìn)鎘從游離態(tài)向閉蓄態(tài)轉(zhuǎn)化，降低了姬松茸對(duì)鎘離子的生物吸附作用（孫敏華等，2007）。

食用菌生產(chǎn)過程對(duì)鎘存在主動(dòng)吸附機(jī)制。Cd2+進(jìn)入食用菌菌絲體或者子實(shí)體的細(xì)胞質(zhì)中，相當(dāng)部分鎘將會(huì)與氨基酸、金屬硫蛋白等物質(zhì)結(jié)合，一旦形成螯合物，就會(huì)明顯降低鎘對(duì)細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的毒害作用（徐柳等，2004；張曉檸等，2006）。就生物化學(xué)特性認(rèn)識(shí)，富含半胱氨酸（胱氨酸）的金屬硫蛋白分子量相對(duì)比較小，主要是由mRNA翻譯生成的（Kramer et al.，1996）。金屬硫蛋白是一類廣泛存在于生物活體內(nèi)且比較容易被重金屬、激素和各種細(xì)胞因子誘導(dǎo)的低分子量金屬結(jié)合蛋白物質(zhì)，或是一類多肽形式的物質(zhì)；金屬硫蛋白在菇體內(nèi)的生物功能，主要起到與重金屬結(jié)合的作用，包括形成螯合物，改變重金屬離子的賦存形態(tài)，從而降低重金屬離子毒害程度。江啟沛（2003）研究認(rèn)為，姬松茸富鎘響應(yīng)強(qiáng)的原因之一，是細(xì)胞內(nèi)分泌的有機(jī)聚合物對(duì)Cd2+的吸附作用比較強(qiáng)，而且發(fā)現(xiàn)有與Cd2+結(jié)合的特異蛋白存在。劉安鈴等（2003）研究表明，柱狀田頭菇（Agrocybe cylindracea）在低 Cd2+濃度下，所產(chǎn)生的金屬硫蛋白隨栽培料中Cd2+濃度升高而增加，但在過高 Cd2+濃度下，產(chǎn)生的MT反而減少；包括金屬硫蛋白（MT）對(duì)鎘離子的阻抗作用與有效響應(yīng)時(shí)間也呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律；從菌絲體中分離、純化得到一種Cd-MT物質(zhì)，結(jié)構(gòu)測(cè)定結(jié)果表明，其每個(gè)金屬硫蛋白（MT）分子約含18個(gè)巰基（-SH），至少可結(jié)合7個(gè)鎘原子。金屬硫蛋白（MT）的一個(gè)重要特征就是具有可誘導(dǎo)性，各種誘導(dǎo)劑對(duì)金屬硫蛋白的合成過程，一般都存在著劑量增大和時(shí)間延遲的依賴效應(yīng)（Collin-Hansen et al.，2002）。Collin-Hansen et al.（2003）在具有很高Cd積累水平的培育環(huán)境生長(zhǎng)的美味牛肝菌（Boletinus edulis）中，也發(fā)現(xiàn)了金屬硫蛋白的存在。除菇體細(xì)胞內(nèi)氨基酸、MT等特異性結(jié)合Cd2+的物質(zhì)外，在Cd積累水平比較高的環(huán)境中生長(zhǎng)的美味牛肝菌（Boletinus edulis）子實(shí)體中亦分離到一種新的且不屬于硫蛋白系列的鎘結(jié)合蛋白。Meisch et al.（1986）從野生的大孢蘑菇（Agaricus macrosporus）子實(shí)體中，也分離得到了具有與鎘有效結(jié)合功效的含磷糖蛋白，分子量為 12000，分子上有磷元素，但是沒有硫元素，并且還含有葡萄糖和半乳糖，經(jīng)測(cè)定表明菇體中存在另外一種與金屬硫蛋白完全不同類型的金屬結(jié)合態(tài)蛋白質(zhì)，但其如何緩解鎘毒害的機(jī)制還有待于深入探討。

2.2 食用菌生產(chǎn)過程防控鎘富集的技術(shù)研究

食用菌生產(chǎn)過程鎘污染防控可從五個(gè)方面實(shí)施技術(shù)措施，但其防控機(jī)制與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)有待深入研究，力求為集成推廣應(yīng)用提供更有成效的經(jīng)驗(yàn)。

2.2.1 合理選擇品種

生產(chǎn)實(shí)踐證明，不同的食用菌品種特性各異，其對(duì)鎘的富集能力有明顯差異。針對(duì)不同培養(yǎng)料的重金屬鎘含量背景值，可因地制宜地選擇相應(yīng)的食用菌菌種進(jìn)行生產(chǎn)栽培（Vetter，1994）。通過栽培不同品種香菇篩選試驗(yàn)，徐麗紅等（2007）探討241-1、慶科20、9015等3個(gè)香菇栽培種對(duì)重金屬鎘的吸收與積累差異性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，就鎘的富集能力而言，慶科20、241-1、9015的平均富集系數(shù)分別為 12.47，12.09、8.57；相比之下，9015是可以組織推廣的低鎘香菇品種；當(dāng)培養(yǎng)料中未添加重金屬鎘時(shí)（培養(yǎng)料中鎘的本底含量為 0.135 mg·kg-1），其子實(shí)體中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 2.12、2.17、1.35 mg·kg-1，向培養(yǎng)料中添加 1.0 mg·kg-1鎘，241-1、慶科20和9015等3個(gè)香菇栽培種子實(shí)體中的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 10.48、9.19、8.10 mg·kg-1。由此建議優(yōu)先選擇 9015作為抗重金屬鎘的香菇栽培品種予以推廣。由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目組選育的姬松茸新品種福姬77、福姬5號(hào)鎘含量分別比對(duì)照品種J1低56%、78%，低鎘姬松茸新品種推廣應(yīng)用的前景十分廣闊。

2.2.2 添加有益元素

添加一定量的有益金屬元素對(duì)抑制食用菌生長(zhǎng)過程的鎘富集具有一定的促進(jìn)作用。在栽培料中添加適當(dāng)濃度的Ca、Mg等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素作為調(diào)節(jié)劑，有利于緩解鎘的脅迫毒害作用，可能是由于在關(guān)鍵運(yùn)輸位點(diǎn)上，Ca、Mg等金屬離子與鎘離子形成競(jìng)爭(zhēng)吸收態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致子實(shí)體吸收鎘離子量明顯減少。適當(dāng)添加微量元素Zn、Se，還可以與Cd形成Se-Cd、Zn-Cd復(fù)合物，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的復(fù)合物可以降低鎘對(duì)子實(shí)體生長(zhǎng)的毒性作用（龔朋飛等，2003）。當(dāng)食用菌栽培體系（可視其為吸附體系）中存在多種金屬離子時(shí)，復(fù)合體系中便會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象，如Ca2+會(huì)嚴(yán)重干擾Cd+2、Ni+2的吸附。從生物化學(xué)角度認(rèn)識(shí)，陰離子在生物體細(xì)胞壁中會(huì)對(duì)金屬離子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，這是由于陰離子和金屬離子之間的結(jié)合力強(qiáng)，可降低金屬離子的吸附量，尤其是含有一定數(shù)量HCO3-基團(tuán)的有機(jī)物，其對(duì)鎘離子吸收的抑制作用更為強(qiáng)烈（曲明清等，2006）。此外，食用菌對(duì)鎘的富集機(jī)理可能與其他有益金屬的富集機(jī)理相似或存在交叉途徑，有研究發(fā)現(xiàn)，Cu2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等重金屬離子與Cd2+存在離子拮抗作用，能夠有效降低食用菌中Cd的富集（何旭孔，2012；江啟沛，2003）。黃建成等（2007）通過在培養(yǎng)料中添加有益金屬元素形成競(jìng)爭(zhēng)吸收，通過阻斷部分吸收途徑，有效控制姬松茸子實(shí)體中的鎘含量，當(dāng)向培養(yǎng)料中添加的 Cu2+、Fe2+、Ca2+等金屬元素濃度比例為3∶3∶3時(shí)，對(duì)降低姬松茸產(chǎn)品中鎘的效果比較好，其子實(shí)體的鎘含量比對(duì)照低35.21%。

2.2.3 優(yōu)化栽培方式

對(duì)同一個(gè)食用菌品種采取不同栽培方式，子實(shí)體對(duì)鎘的吸收與富集量各異。有研究表明，當(dāng)栽培料中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3 mg·kg-1時(shí)，以工廠化高棚層架方式栽培香菇，香菇對(duì)鎘的富集能力比露地畦床式栽培方式提高16.21%，而采取露地畦床式栽培方式的培養(yǎng)基鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3 mg·kg-1時(shí)，子實(shí)體對(duì)鎘的富集能力較強(qiáng)，比高棚層架方式收獲的子實(shí)體鎘含量高3.58%（徐麗紅等，2011）。本項(xiàng)目組研究表明，采取山地茶園套種大球蓋菇（Stropharia rugosoannulata），其子實(shí)體鎘含量比畦栽的降低32.8%；在山地果園套種靈芝（Ganoderma lucidum），菇體的鎘含量也比傳統(tǒng)栽培方式降低12.6%。

2.2.4 優(yōu)選生產(chǎn)原料

本項(xiàng)目組研究表明，以木屑作為主栽培原料比以秸稈和農(nóng)作物副產(chǎn)品作為原料處理子實(shí)體對(duì)鎘吸收與富集量高3.8%－5.3%，這是由于木本植物對(duì)重金屬有一定的吸收積累作用，以加工木屑作為食用菌的栽培基質(zhì)，被食用菌吸收之后而進(jìn)一步富集到食用菌子實(shí)體內(nèi)。Bressa et al.（1998）研究發(fā)現(xiàn)，在含有鎘的人工堆料上栽培的糙皮側(cè)耳（Pleurotus ostreatus）對(duì)鎘的富集系數(shù)可達(dá)65－140。而當(dāng)栽培基質(zhì)中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.2 mg·kg-1時(shí)，糙皮側(cè)耳的生長(zhǎng)發(fā)育將受到一定的影響，會(huì)形成一定比例的畸形菇；而在無鎘污染的培養(yǎng)基質(zhì)中栽培糙皮側(cè)耳，則不存在鎘富集現(xiàn)象。翁伯琦等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，利用紅壤山地生長(zhǎng)的圓葉決明（Chamaecrista rotundifolia）干草作為金頂側(cè)耳（Pleurotus citrinopileatus）栽培原料，其子實(shí)體中鎘吸收與富集量比以棉子殼為原料栽培的金頂側(cè)耳處理降低了83%。

2.2.5 合理選擇土壤

土壤作為覆土材料是許多食用菌生產(chǎn)所需要的。研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤類型能夠影響作物中鎘積累與分配以及鎘的富集特性（李富榮等，2016；王岑涅等，2017）。土壤中含有的重金屬離子部分進(jìn)入栽培體系中，大部分鎘離子與栽培原料的有機(jī)和無機(jī)組分發(fā)生吸附、絡(luò)合、沉淀等作用，形成各種氧化物結(jié)合體和硫化物有機(jī)質(zhì)，只有少部分以水溶態(tài)和離子變換態(tài)存在。徐麗紅等（2011）提出，土壤對(duì)食用菌中鎘元素吸收或者累積的影響不可忽視。

3 展望

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)的同時(shí)，農(nóng)業(yè)廢棄物也不斷增加，每年生產(chǎn)7億噸種植業(yè)秸稈，還有大約38億噸的養(yǎng)殖業(yè)廢棄物（宮志遠(yuǎn)等，2016；印遇龍，2017）。事實(shí)上，發(fā)展現(xiàn)代食用菌產(chǎn)業(yè)正是資源化循環(huán)利用農(nóng)牧廢棄物的重要途徑，其不僅具有高效生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且更具有農(nóng)村環(huán)保與節(jié)約資源的環(huán)保意義。根據(jù)目前的食用菌生產(chǎn)水平與能力估算，每年循環(huán)利用20%－30%的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品（廢棄物），就可以生產(chǎn)出3000－3500萬噸的干食用菌，相當(dāng)于獲得300－450萬噸蛋白質(zhì)、450－850萬噸肉品，也相當(dāng)于2280－4200萬噸牛奶和570－1050萬噸雞蛋，這些蛋白質(zhì)的產(chǎn)品是通過廢棄物資源化利用得到的，其重大的現(xiàn)實(shí)意義是不言而喻。實(shí)踐表明，充分循環(huán)利用農(nóng)牧廢棄物的食用菌產(chǎn)業(yè)，在其生產(chǎn)過程將不可避免地會(huì)遇到防控重金屬污染的重要實(shí)踐命題。

4 結(jié)論

重金屬污染與超標(biāo)是新時(shí)期食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的突出問題之一，尤其是鎘污染對(duì)食用菌的綠色生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量影響明顯，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文主要分析了鎘對(duì)不同品種食用菌生長(zhǎng)的影響，綜述了食用菌中鎘的污染途徑及其富集機(jī)制，包括品種差異、生產(chǎn)環(huán)境影響、閾值效應(yīng)、要素交互作用、梯度激發(fā)響應(yīng)等，并闡述了部分食用菌品種具有富集甚至超富集重金屬鎘的生理特性。此外，在分析鎘污染途徑、品種效應(yīng)、響應(yīng)機(jī)制與內(nèi)在關(guān)系的同時(shí)，著重闡述了食用菌生產(chǎn)過程防控鎘富集的技術(shù)，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出了具體的技術(shù)對(duì)策，力求為食用菌產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展與質(zhì)量興菇提供參考依據(jù)。