蛹蟲草人工栽培及開發(fā)研究進展

吳鴻雪 王忠 王錦峰

摘 要：蛹蟲草Cordyceps militaris具有多種藥用功效以及重要的經濟價值，其人工培養(yǎng)已實現(xiàn)產業(yè)化，蛹蟲草作為一種藥食通用的蟲生真菌被深入研究。從菌種選育、人工栽培技術、菌種的退化與復壯、化學成分及其藥理作用、加工技術等方面概述蛹蟲草的研究進展，為蛹蟲草的深入研究和產業(yè)化提供思路。

關鍵詞：蛹蟲草；人工栽培；開發(fā)

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.01.017

Abstract： Cordyceps militaris has a variety of medicinal properties， as well as important economic value， and its artificial culture has been industrialized. It has been intensively studied as a general entomopathogenic fungus with medical and edible value. This article summarized the research progress of cordyceps militaris from the selection of strains， artificial cultivation techniques， degradation and rejuvenation of strains， chemical composition and their pharmacological effects， and processing techniques， providing ideas for the indepth research and industrialization of cordyceps militaris.

Key words： Cordyceps militaris； artificial cultivation； development

蛹蟲草Cordyceps militaris L.Link又稱為北冬蟲夏草、蛹草、北蟲草等，屬于真菌界的蟲草屬，與冬蟲夏草屬同屬真菌，是蟲草屬的模式種[1]。研究表明，蛹蟲草中含有的活性物質及其藥理作用接近甚至超過冬蟲夏草。因此，蛹蟲草被認為是冬蟲夏草的理想替代品，有關蛹蟲草的應用研究也成為在蟲草研究方向上的熱點。蛹蟲草在中國已經形成了一個較大的產業(yè)，但是菌種退化、產品質量標準缺失、精品缺乏等問題困擾著產業(yè)的發(fā)展。本文概述了蛹蟲草人工栽培及開發(fā)的研究進展，為蛹蟲草工廠化、產品開發(fā)提供參考。

1 菌種選育

菌種是生產的前提，優(yōu)良的菌種才能保證蛹蟲草的產量及質量。因此，選育優(yōu)良的蛹蟲草菌種是十分重要。近年來，研究人員對蛹蟲草優(yōu)良菌種的選育進行了研究，目前，菌種選育主要采用的方法有：（1）利用野生菌馴化、組織分離法、單孢分離等方法進行人工選擇育種[2-3]；（2）利用單孢雜交方式進行雜交育種[4]；（3）利用紫外線、離子束及多種因素復合誘變進行誘變育種[5-7]；（4）原生質體融合育種[8]；（5）基因工程育種[9]等。在眾多育種方法中，誘變育種是蛹蟲草育種的主要手段，通過誘發(fā)基因突變和基因重組，改變蛹蟲草遺傳基因，研究新的蛹蟲草菌種。隨著蛹蟲草研究的深入和市場需求的不斷擴大，將會有更多更先進的方法用于蛹蟲草的菌種選育。

2 人工栽培技術

2.1 工廠化栽培技術流程

蛹蟲草的栽培技術已趨于成熟，基本可以實現(xiàn)規(guī)?；⒐S化栽培，主要有3種培養(yǎng)方式：（1）以大米、小麥等代料培養(yǎng)基為主的人工固體培養(yǎng)技術[10]；（2）以大型鱗翅目昆蟲幼蟲或蛹為基礎的昆蟲活體人工培養(yǎng)技術[11]；（3）以來源廣泛的玉米粉、蔗糖等為基礎的人工液體培養(yǎng)技術[12]。由于飼養(yǎng)昆蟲的周期及成本遠遠高于人工培養(yǎng)基，因此人工固體培養(yǎng)技術的成本低于昆蟲活體人工培養(yǎng)技術，其風險更小，可行性更高。而采用液體培養(yǎng)法具有生產周期短、過程容易控制等特性，是未來栽培技術發(fā)展的方向，具有產業(yè)化潛力和發(fā)展空間。

主要的栽培流程：

原料準備→培養(yǎng)基配制分裝→滅菌→冷卻→接種→菌絲培養(yǎng)→轉色→子實體培養(yǎng)→采收（成熟子實體）

2.2 影響人工栽培的因素研究

蛹蟲草在栽培過程中，培養(yǎng)基組成及外界條件對蛹蟲草的產量及質量都有極大的影響。李菲等[13]研究5種氮源（蛋白胨、蠶蛹粉、牛肉膏、黃豆粉、酵母粉）對蛹蟲草生長及其質量的影響，結果表明：添加氮源能顯著促進蛹蟲草的生長，并促進蟲草素的累積；湯佳鵬等[14]研究表明，不同植物生長調節(jié)劑在不同程度上能夠促進蛹蟲草的生長及蟲草素的累積；文庭池等[15]研究發(fā)現(xiàn)，前提物質（腺苷）的添加是提高蛹蟲草蟲草素累積的有效措施；方華舟等[16-18]探索了不同碳源、不同光照強度及不同的栽培溫度對蛹蟲草的化學成分及其生長的影響，發(fā)現(xiàn)利用不同的氮源，在不同的生長階段，采取不同的光照強度及變溫管理可提高蛹蟲草化學成分的含量及其產品質量；廉添添等[19]發(fā)現(xiàn)藍光光照能夠影響蛹蟲草生產產量及其活性成分的累積；李濟之[20]研究了CO2濃度對蛹蟲草的影響，發(fā)現(xiàn)CO2不僅影響蛹蟲草的生長，而且是決定其產量及質量的重要環(huán)境因素。目前，影響蛹蟲草因素的相關機理未明，應進行機理方面的探索，為進一步調控蛹蟲草生長及活性物質的累積提供新的方向。

3 菌種的退化與復壯

3.1 退化機理研究

蛹蟲草開發(fā)有著廣闊的市場前景，工廠化栽培技術已相對成熟，但菌種退化問題嚴重制約蛹蟲草產業(yè)化發(fā)展。菌種退化的具體表現(xiàn)為不轉色，氣生菌絲旺盛，不產生子實體或子實體畸形等。目前，已有研究人員對菌種退化的機理進行研究，譚琦等[21]認為蛹蟲草菌種退化與其核相由異核體交配型基因轉為同核體交配型基因有關。李美娜等[22]通過PCRRFLP和RAPD方法對蛹蟲草進行基因水平的分析，認為蛹蟲草菌種退化是由基因突變引起的。Li等[23]以模式真菌——構巢曲霉為對象，開展正常菌株與退化菌株的線粒體蛋白質組比較分析，結合不同生化試驗研究表明真菌退化與培養(yǎng)基營養(yǎng)水平相關，退化菌種細胞富含高水平活性氧、mtDNA發(fā)生糖基化修飾等，發(fā)現(xiàn)真菌退化表現(xiàn)為細胞凋亡的特征，包括線粒體呼吸能力提高、細胞色素c釋放、鈣離子濃度升高及凋亡誘導因子的高表達等，因此認為菌種退化為物質老化現(xiàn)象。Yin等[24]研究表明，蛹蟲草菌株退化的機制與生物合成毒素的相關基因、能量代謝、DNA甲基化及染色質重塑相關。Sun等[25]分析了蛹蟲草退化菌株的生物學特性和DNA變化，認為蛹蟲草的降解可能是由代謝調節(jié)中涉及的代謝物合成的抑制或協(xié)調引起。菌種退化雖然已研究到分子層面，但需要繼續(xù)探索相關的退化機制。

3.2 早期檢測方法

菌種退化問題對生產影響重大，在栽培前確定菌種退化與否能夠有效避免損失。林清泉等[26]發(fā)現(xiàn)退化菌株較正常菌株在添加溴百里酚藍指示劑（BTB）的脫色培養(yǎng)基上的脫色能力較弱，脫氫酶活性較正常菌株弱。李光榮等[27]發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)過程中菌落表型為背面呈橙色的菌株更易形成子實體。熊承慧等[28]發(fā)現(xiàn)退化菌種中活性氧及過氧化物酶活性顯著提高，對外源氧化脅迫的抵抗能力增強。因此，針對退化菌種可使用脫色能力進行測定，菌落表型觀察、脫氫酶活性測定及氧化應激反應測定等方法作為早期檢測方法，防止因菌種退化引起不必要的損失。

3.3 退化菌種的復壯

至今，針對蛹蟲草菌種退化問題，主要有3種解決方法：一是優(yōu)化培養(yǎng)基，改進栽培條件；二是盡量減少轉代次數；三是菌種復壯，其方法主要有組織分離法、孢子分離法、蟲體回接法。但這些方法并不能徹底解決菌種退化問題，有關菌種退化的研究仍需繼續(xù)深入。

4 化學成分及其藥理作用

蛹蟲草被視為冬蟲夏草菌的最佳替代品，其藥理作用已經被人們廣泛接受認可。目前，研究人員對蛹蟲草活性成分研究主要有蟲草素、蟲草多糖、蟲草酸等。研究蛹蟲草活性成分有助于更好地開發(fā)其藥理功效，為其生物合成提供科學依據。

4.1 蟲草素

蟲草素，即3’脫氧腺苷，1950年德國科學家Cunningham首次在蛹蟲草中分離得到[29]。蟲草素作為一種有效的生物活性成分，具有抗癌、抗氧化、消炎、抗抑郁、治療白血病等藥理作用[30]。提取方法主要有水提法、微波提取法、復合酶法、連續(xù)逆流提取法[31]及超聲波提取法等。

4.2 蟲草多糖

蟲草多糖，蛹蟲草中重要的生物活性大分子之一，蛹蟲草中多糖的含量豐富，可達4%～10%[32]。蟲草多糖作為一種有效的生物活性成分，其提取方法很多，主要有水提法、微波提取法、復合酶法，超高壓輔助提取及超聲波提取法等。多糖化學結構的研究包括有多糖分子量、單糖組成、多糖組成等。宗雯雯等[33]利用1苯基3甲基5吡唑啉酮（PMP）柱前衍生HPLC法測定蟲草多糖中單糖組分，在蛹蟲草多糖中穩(wěn)定檢測到甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，摩爾比為3.8∶1.6∶5.4∶5.8∶1.0。蟲草多糖的藥理研究發(fā)現(xiàn)蟲草多糖具有抗氧化、護肝、抗腫瘤等功效[34]。

4.3 蟲草酸

1957年Chatterijee等從蟲草中分離到甘露醇（Dmannito1），其分子式為 C6H14O6，蟲草酸易溶于水，微溶于醇，不溶于酯、醚。提取方法常用水提法、醇提法和超聲微波協(xié)同提取法[35-36]。蟲草酸是治療心腦血管疾病的基本藥物，具有清除自由基、擴張血管、降低血壓的作用[37]。

4.4 色素

蛹蟲草子實體具有鮮艷的橙紅色，蛹蟲草能呈現(xiàn)出橙黃色是因其自身含有豐富的色素。付鳴佳[38]發(fā)現(xiàn)蛹蟲草菌落呈橙黃色是由于富含類胡蘿卜素。蛹蟲草合成的類胡蘿卜素大部分是稀有的水溶性類胡蘿卜素和北蟲草黃素。北蟲草黃素作為一種天然色素，具有抗炎、抗癌、抗氧化等多種功效，可溶于水，著色效果好，在食品上有廣泛的應用空間，是亟待開發(fā)的一類具有活性功能的新型色素[39]。提取方法常用酸熱法、研磨法、超聲波提取法、微波法等[40]。

4.5 酶類

超氧化物歧化酶（SOD）是廣泛存在于生物體內的金屬酶，不僅能清除生物體內超氧陰離子自由基 、降低機體內過氧化脂的生成速度，而且具有消炎及防輻射等功能[41]。提取方法常用鹽析提取法、基酒提取法等[42-43]。

微生物的纖維蛋白溶解酶安全性好，生產成本較低，且可經過胃腸道吸收，有望開發(fā)成預防或治療心血管疾病的新一代口服溶栓藥物。崔莉等[44-45]先后從蛹蟲草中分離純化出了纖溶酶，并對其酶學性質作了深入研究。

4.6 其他物質

此外，蛹蟲草還含有豐富的硒（Se）。硒元素已被公認是人體必需的微量元素，是谷胱甘肽過氧化酶的活性中心，以硒半胱氨酸的形式連接在酶蛋白的肽鏈上，維持細胞膜的穩(wěn)定性和正常的通透性，并刺激免疫球蛋白和抗體的產生，增強機體免疫和抗氧化能力。同時，大量的科學研究證明硒可以明顯地抑制癌細胞的生長[46]。

5 加工技術

在中國食品藥品監(jiān)督局官網上對蛹蟲草進行查詢，現(xiàn)階段僅有2種藥品（國藥批號Z20030034和Z20030035）及55種保健食品，尚未有化妝品等出現(xiàn)。在SPOOPAT專利網對蛹蟲草進行查詢，發(fā)現(xiàn)在A23L分類項中僅1167項，授權僅167項。其中多為制備飲料、含片、酒類及保健茶等。且目前蛹蟲草加工產品的銷量及普及程度均遠不及蛹蟲草子實體鮮品及干品，其推廣力度有限，市場影響力不大。因此，蛹蟲草加工技術具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

6 展望

6.1 優(yōu)良菌種選育及規(guī)范化

目前，蛹蟲草已實現(xiàn)規(guī)?；?、工廠化生產，但目前市場上蛹蟲草優(yōu)良菌種依然存在空缺，菌種選育工作依然是重要的研究課題。而且，蛹蟲草菌種退化問題尚未解決，市面上菌種質量不一，價格混亂，種植者無法判斷菌種質量，且市面上未有規(guī)范的購買渠道，種植者一不小心就會損失慘重。因此，建立菌種保藏機構、規(guī)范菌種市場迫在眉睫。

6.2 蛹蟲草加工技術的開發(fā)

蛹蟲草的食用及藥用價值已得到消費者的認可，但目前市場上多以銷售蛹蟲草子實體干品為主，鮮有有關蛹蟲草的加工產品。蛹蟲草產品市場有著巨大的開發(fā)前景。

6.3 蛹蟲草市場開發(fā)

在當今這個亞健康普遍流行的社會，蛹蟲草不僅僅在中國存在巨大的市場發(fā)展?jié)摿?，在國外也有巨大的市場。目前蛹蟲草雖然已實現(xiàn)大規(guī)模生產，對蛹蟲草的藥理及保健作用有一定的研究基礎，但針對蛹蟲草的宣傳力度不夠，市場影響力較小。應加大宣傳力度，擴大蛹蟲草的普及范圍。

6.4 蛹蟲草市場的規(guī)范化及標準化

目前，市場上蛹蟲草多以子實體品相為標準衡量蛹蟲草品質，缺乏科學、有效的檢測標準，且在開發(fā)過程中存在一些食品安全問題（重金屬殘留、塑化劑、染色等）未得到相關部門重視。因此，需要建立起規(guī)范的蛹蟲草檢測標準，使得蛹蟲草市場趨向于規(guī)范化、標準化，讓消費者能夠安心消費。

參考文獻：

[1]邵力平.真菌分類學[M].北京：中國林業(yè)出版社，1984：109.

[2]張俊濤，李亞潔，溫志新，等.蛹蟲草常用菌種選育技術[J].食用菌，2010，32（3）：20-21.

[3]王艷華，徐國華，劍梅，等.蛹蟲草高產優(yōu)良菌株的選育[J].食用菌， 2017，39（2）：24-26.

[4]王寧， 張奇，許貴華，等.運用雜交育種手段培育北蟲草新品種的技術研究[J].北京農業(yè)，2015（17）：98.

[5]湯佳鵬，汪建雄.紫外硫酸二乙酯復合誘變高通量篩選蟲草素高產蛹蟲草突變株[J].食品工業(yè)科技，2018，39（3）：97-100.

[6]賈國軍，馬振貴，趙鳳舞，等.重離子束輻照誘變選育北冬蟲夏草高產菌株[J].輻射研究與輻射工藝學報，2017，35（6）：26-32.

[7]孫翠.蛹蟲草復合誘變及固態(tài)發(fā)酵條件優(yōu)化[D].合肥：安徽大學，2018.

[8]劉紅，馬輝，毛利容，等.利用原生質體誘變方法選育蛹蟲草高產突變菌株[J].蠶業(yè)科學，2018，44（3）：450-457.

[9]劉建兵，戚夢，杜苑如，等.拆分網絡分析22株蛹蟲草親緣關系及高產蟲草素菌株初篩[J].生物技術通報，2018，34（4）：133-138.

[10]王劍虹，賈國軍，趙鳳舞，等.北冬蟲夏草瓶栽栽培技術及品質標準[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2018（1）：82-83.

[11]施新琴，顧寅鈺，李化秀，等.不同蛹蟲草菌株栽培蠶蛹蟲草的形態(tài)性狀及活性成分含量比較[J].蠶業(yè)科學，2015，41（1）：134-139.

[12]孫佳巖.蛹蟲草液體深層發(fā)酵的研究[D].北京：中國農業(yè)科學院，2012.

[13]李菲，王忠，卞文印，等.5種氮源對蛹蟲草生長及其質量的影響[J].福建農業(yè)科技，2018（1）：4-6.

[14]湯佳鵬，汪建雄.植物生長調節(jié)劑促進蛹蟲草液體表面培養(yǎng)生產蟲草素[J].食品工業(yè)科技，2018，39（10）：122-127.

[15]文庭池，雷幫星，康冀川，等.添加前體促進蛹蟲草發(fā)酵生產菌絲體和蟲草菌素的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（8）：49 - 53.

[16]方華舟.不同碳源對蛹蟲草主要活性成分的影響規(guī)律研究[J].荊楚理工學院學報，2017，32（2）：5-11.

[17]方華舟，肖習明.不同光照強度對蛹蟲草主要活性成分的影響規(guī)律[J].北方園藝，2017（24）：170-177.

[18]李居寧，方華舟.不同栽培溫度對蛹蟲草主要活性成分的影響[J].北方園藝，2017（2）：157-161.

[19]廉添添，董彩虹，楊濤，等.藍光光照對蛹蟲草子實體生長和主要活性成分的影響[J].菌物學報，2014，33（4）：838-846.

[20]李濟之.CO2濃度對蛹蟲草生長發(fā)育及品質的影響[D].沈陽：沈陽農業(yè)大學，2018.

[21]譚琦，蔡濤，汪虹，等.蛹蟲草無性孢子的交配型基因類型的分子鑒定[J].上海農業(yè)學報 ，2011，27（3）： 5-8.

[22]李美娜，吳謝軍，李春燕.人工栽培蛹蟲草退化現(xiàn)象的分子分析[J].菌物系統(tǒng)，2003，22（2）：277-282.

[23]LI L，HU X，XIAO G，et al.Linkage of Oxidative Stress and Mitochondrial Dysfunctions to Spontaneous Culture Degeneration in Aspergillus nidulans [J].Molecular & Cellular Proteomics，2014，13（2）：449-461.

[24]YIN J，XIN X D，WENG Y J，et al.Transcriptomewide analysis reveals theprogress of Cordyceps militaris subculturedegeneration[J].PLOS ONE，2017，12（10）：e0186279.

[25]SUN S J，DENG C H，ZHANG L Y，et al. Molecular analysis and biochemical characteristics of degenerated strains of Cordyceps militaris[J].Archives of Microbiology，2017，199（6）：939-944.

[26]林清泉，丘雪紅，鄭壯麗，等.蛹蟲草退化菌株的特征研究[J].菌物學報，2010，29（5）：670 -677.

[27]李光榮，文庭池，康冀川，等.蛹蟲草表型多態(tài)性對子實體產生及蟲草菌素的影響[J].微生物學通報，2011，38（3）：370-382.

[28]熊承慧，夏永亮，李琳，等.基因工程方法改善蛹蟲草菌株繼代培養(yǎng)穩(wěn)定性[C]//中國菌物學會第五屆會員代表大會暨2011年學術年會論文摘要集，2011：1.

[29]CUNNINGHAM K G， MANSON W， SPRING F S，et al.Cordycepin， a metabolic product isolated from cultures of Cordyceps militaris （Linn.） Link[J].Nature，1950，166：949.

[30]LI B，HOU Y Y，ZHU M，et al.3’Deoxyadenosine （Cordycepin） Produces a Rapidand Robust Antidepressant Effect via EnhancingPrefrontal AMPA Receptor Signaling Pathway[J].International Journal of Neuropsychopharmacology，2016，19（4）：1-11.

[31]韋會平，葉小利，張華英.從廢棄蛹蟲草大米培養(yǎng)基中高效提取純化蟲草素工藝條件研究[J].菌物學報，2009，28（2）：220 -225.

[32]樊慧婷，林洪生.蛹蟲草化學成分及藥理作用研究進展[J].中國中藥雜志，2013，38（15）：2549-2552.

[33]宗雯雯，沈照鵬，卜義明，等.蛹蟲草多糖單糖組成的方法學研究[J].菌物學報，2018，37（3）：395-404.

[34]呂金朋，張曄，姚夢杰，等.蛹蟲草的化學成分及藥理作用[J].吉林中藥，2018，38（3）：310-312.

[35]鄧黎，韓濤，王曉虹，等.響應面法優(yōu)化人工蛹蟲草子實體中蟲草酸微波提取工藝[J].天然產物研究與開發(fā)，2013，25（9）：1249 -1254.

[36]蔡友華，范文霞，劉學銘，等.超聲微波協(xié)同萃取巴西蟲草菌絲體中甘露醇的研究[J].江西農業(yè)大學學報，2008，30（2）：348-353.

[37]廖春麗，方改霞，王蓮哲，等.蛹蟲草主要有效成分分析[J].安徽農業(yè)科學，2008，36（12）：5050-5052.

[38]付鳴佳.蛹蟲草產類胡蘿卜素的研究[J].食品與生物技術學報，2005（5）：107-110.

[39]簡錦輝，郭麗瓊，葉志偉，等.蛹蟲草新型色素的研究進展[J].中國食品添加劑，2015（11）：137-140.

[40]張志軍，江曉路，牟海津，等.蛹蟲草中類胡蘿卜素提取工藝的研究[J].食品科技，2007，31（4）：99 -103.

[41]陳方圓，焦子偉，努爾買買提，等.蛹蟲草活性物質提取技術研究進展[J].江蘇農業(yè)科學，2017，45（6）：7 -13.

[42]鐘艷梅，胡敏倫，蛹蟲草固體培養(yǎng)基中 SOD 的提取研究[J].食品研究與開發(fā)，2010，31（1）：142 -146.

[43]周榮芬，朱婧，黃磊，等.蛹蟲草中超氧化物歧化酶提取工藝的研究[J].現(xiàn)代預防醫(yī)學，2015，42（20）：3770 -3773.

[44]崔莉，董明盛，陳曉紅，等.一株纖溶酶產生菌——蛹蟲草的形態(tài)和分子鑒定[J].江蘇農業(yè)學報，2010，26（3）：667-669.

[45]劉曉蘭，張雯舒，鄭喜群，等.蛹蟲草發(fā)酵產物新纖溶酶的分離純化[J].華南理工大學學報（自然科學版），2012，40（5）：107-114.

[46]吳勇，陳衛(wèi)東.蛹蟲草藥理作用研究概述[J].中國藥師，2011，14 （5）：732-734.

（責任編輯：劉新永）