縱條紋炭角菌的研究進展

賀新生 譚仁豪 袁小紅 馬 林 黃 毅 陳 波

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽621010）

縱條紋炭角菌是一種近年發(fā)現(xiàn)的藥用菌物，研究顯示其菌絲體和子實體都具有鎮(zhèn)靜、催眠的作用，對失眠、焦慮、驚厥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有很好的療效。該菌已實現(xiàn)工廠化、規(guī)模化栽培子實體，值得深入研究和大規(guī)模開發(fā)。

1 分類學地位及形態(tài)特征

縱條紋炭角菌，拉丁學名Xylaria striataPat.,J.Bot.,Paris 1:247(1887)，隸屬于子囊菌門（Ascomycota），盤菌亞門（Pezizomvcotina），糞殼菌綱（Sordariomycetes），炭角菌亞綱（Xylariomycetidae），炭角菌目（Xylariales），炭角菌科（Xylariaceae），炭角菌屬（XylariaHill ex Schrank）[1]，主要生長在闊葉樹的腐朽樹皮或活樹根上。其子實體群生或叢生，子座幼嫩時黃白色，隨后慢慢變成黃色，老熟后呈黑色，頂端黃白色，棒狀，密集成叢，地上部分整體高3～15 cm，單個子座呈扁圓形、圓形，呈總狀分枝；表面光滑，有明顯的灰白相間的條紋，尖端尖細。菌肉白色，緊實，傷變淡灰黑色，木質(zhì)。地下部分假根狀，表面黑色，不規(guī)則柱形，長1～9 cm，分枝狀相互連接，扁平，直徑1～4×1～3（cm）。在樹根表面形成白色菌絲墊層。子囊殼圓球形，先黃色、黃棕色，后黑色，直徑400～600 μm。子囊棒狀，大小140～180×4～6.5（μm），有一明顯的細柄，有孢子部分80～110 μm，每個子囊有重疊1/3 排列的8 個孢子；側(cè)絲線狀，大小120～160×3～5（μm）。子囊孢子長橢圓形或半月形、長梭狀，大小15～20×4.0～5.5（μm），淡黑色或棕褐色，光滑，薄壁，中有2 個球狀物?？v條紋炭角菌不產(chǎn)生菌核，直接從樹樁上形成子實體。

子實體能夠直接形成無性繁殖體，在子座分枝的中上部和頂端，由表面的菌絲直接形成大量淡黃色的分生孢子，長柱狀或長梭狀，淡黃色，薄壁，光滑，長軸方向中央有一5.0～7.8×1～1.5（μm）凹陷。

菌絲體先白色，貼生，氣生菌絲較短，略具爬壁性，邊緣菌絲輻射狀生長。培養(yǎng)一段時間后從接種塊附近開始變黑，最后培養(yǎng)基表面的菌絲體都呈黑色，有少量子實體形成。

Pat.（1887）原始文獻描述：黑色，直立，不分枝，罕分叉狀。子座高8～15 cm，從一個共同基部上長出，群生，柄群生，伸長的，光禿的，具有縱行條紋，里面白色，部分子座壁稍增厚，具縱行條紋，頂端尖突，稍收縮，微凸，頂端不育；子囊殼球形，黑色；子囊棍棒狀，具長柄，頂端平截，有8個孢子，碘反應顯藍色；側(cè)絲絲狀；孢子棕色，紡錘形，不等長，內(nèi)有2 個球狀物，大小15～20×5～8（μm）。該種的原始標本采自中國江蘇省南京市的棕櫚樹Trachycarpus 老樹干上，原始描述不具有分枝或罕分枝，與本標本有差異，其他特征相同。該種與常見的X.hypoxylon(L.)Grev.,Fl.Edin.:355(1824)在外觀形態(tài)上很相似，但是后者的孢子大小12～14×5～6（μm），標本的孢子長超過15 μm；外觀形態(tài)相似種X.hippotrichoides(Sowerby)Sacc.,Syll.fung.(Abellini)1:344(1882)的孢子為16×10（μm）。

該菌為植物內(nèi)生菌，子實體一年生，宿主有中國槐、柳樹、構(gòu)樹等。發(fā)生季節(jié)為春季，子實體成熟時間為夏、秋季。多年多次采集，數(shù)量稀少。

2 生物學特性

縱條紋炭角菌為木腐生、中溫型真菌，每年4～11月均有子實體形成，子實體形成和生長適宜溫度為15～25 ℃，且具有向光生長的特性。該菌屬好氧型，高濃度CO2能促進菌柄的伸長，生產(chǎn)上常利用這一特點提高產(chǎn)品的品質(zhì)。其在液體和固體培養(yǎng)條件下均可出菇，適宜的栽培原料有雜木屑、棉籽殼、玉米芯、麩皮、米糠、玉米粉等，可通過瓶栽、袋栽、箱栽、地栽、段木栽培的方式進行生產(chǎn)。培養(yǎng)料適宜含水量為60%～65%，空氣相對濕度85%～95%。

3 人工培養(yǎng)情況

3.1 子實體的人工培養(yǎng)

在野生環(huán)境下，縱條紋炭角菌的子實體短小，生物量很少，很難進行開發(fā)利用。研究者開始對其進行人工栽培技術(shù)研究，試圖提高產(chǎn)量。馬貝貝等用含有10%、20%、30%麩皮的棉籽殼培養(yǎng)基探究麩皮含量對子實體生長及產(chǎn)量影響的結(jié)果，麩皮添加量為20%時，子實體生長速度快，產(chǎn)量高，鮮菇生物學效率為18.7%[2]。馮望等細化麩皮添加量對子實體產(chǎn)量的影響，在木屑和棉籽殼培養(yǎng)基中分別添加0%、20%、25%、35%、40%的麩皮進行人工栽培，結(jié)果顯示棉籽殼培養(yǎng)基優(yōu)于木屑培養(yǎng)基，麩皮添加量為20%時，子實體品質(zhì)更好，產(chǎn)量更高，但培養(yǎng)50 天后，干子實體的生物學效率僅有6.66%[3]。

3.2 菌絲體的人工培養(yǎng)

研究者雖然成功地培養(yǎng)出了縱條紋炭角菌的子實體，但存在培養(yǎng)周期長，產(chǎn)量和生物學效率低等問題，不能滿足提取活性物質(zhì)的需求。馮望等以平板培養(yǎng)的方法對其進行最適碳源、氮源、溫度、pH 條件的篩選試驗，發(fā)現(xiàn)最適碳源為葡萄糖，最適氮源為酵母粉，最適溫度為30 ℃，最適pH 為7[3]。劉霞等以液體培養(yǎng)的方法試圖確立最佳培養(yǎng)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳碳氮比為5∶1，最佳液體培養(yǎng)條件為：麥芽糖4%，黃豆餅粉0.8%，pH 7，25 ℃，振蕩培養(yǎng)13 天，菌絲體干重可達8.65 g/L[4]。

4 化學成分研究

4.1 化學成分

縱條紋炭角菌的人工培養(yǎng)技術(shù)日漸成熟，但缺乏人工栽培所得子實體與野生縱條紋炭角菌的活性成分差異比較的相關(guān)報道。2016年，黃毅等利用高效液相色譜法建立其指紋圖譜分析方法，比較在火山石固體培養(yǎng)、棉籽殼固體培養(yǎng)、棉籽殼和麩皮固體共培養(yǎng)、瓊脂固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)上的培養(yǎng)物化學成分差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，棉籽殼和麩皮共培養(yǎng)獲得的子實體的化學成分與野生的最為相似[5]。

縱條紋炭角菌具有巨大食藥用開發(fā)潛在價值，眾多研究表明，其同屬的多種炭角菌具有多種藥理活性，主要的有效化學成分為萜類、甾醇、聚酮及生物堿[6～8]。黑柄炭角菌，又名“烏靈參”，是該屬開發(fā)利用最好的食藥用菌，具有改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)、造血及提高機體免疫力的功效[9]。隨著縱條紋炭角菌研究的深入，有關(guān)化學成分組成的研究也有大量報道。羅靜等通過石油醚萃取其子實體化學成分，發(fā)現(xiàn)含有脂肪酸及其酯類（77.58%）和甾體類化合物（19.44%），其中反式-亞油酸甲酯（38.23%）含量最高，其次為棕櫚酸甲酯（19.12%）、麥角甾醇（17.06%）、9 順,12 反-亞油酸甲酯（5.15%）、油酸甲酯（4.43%）及硬脂酸甲酯（3.3%）等[9]。并利用正反相硅膠柱層析、Sephadex LH-20、制備薄層色譜等方法對子實體進行化合物分離，又通過核磁共振波譜對分離出的化合物進行結(jié)構(gòu)鑒定，首次分離并鑒定出18 種化合物，包括棕櫚酸、亞油酸甘油三酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸-α-單甘油酯、麥角甾醇、麥角甾-4,6,8,22-四烯-3-酮、大戟二烯醇、β-谷甾醇、3,9-二羥基-3-甲基-6,8-二甲氧基-二氫蒽酮、1-羥基-6,8-二甲氧基-3-甲基蒽醌、5,7-二羥基-2-甲基-4-二氫色原酮、5-羥基-2-甲基-4-二氫色原酮、7-氨基-4-甲基香豆素、過氧麥角甾醇、9,11-去氫過氧麥角甾醇、腦苷酯B 和腦苷酯D[10]。雷傳文等采用硅膠柱層析、Sephadex LH-20柱色譜及半制備型HPLC 等色譜方法對子實體的化合物進行分離純化，首次從該菌中分離出10 種化合物，包括：細胞松弛素D、19,20-環(huán)氧細胞松弛素Q、細胞松弛素Q、19,20-環(huán)氧細胞松弛素D、19,20-環(huán)氧細胞松弛素C、反式對羥基肉桂酸乙酯、吲哚-3-甲醛、次黃嘌呤核苷、尿嘧啶、尿嘧啶核苷[11]。

4.2 多糖提取

提取縱條紋炭角菌的菌絲和子實體多糖的最優(yōu)方案的試探結(jié)果為：溫度70 ℃，提取時間分別3 h 和4 h，料液比分別1∶15 和1∶25，測得其菌絲和子實體的多糖含量分別為1.57%和2.35%[12]，但尚未進行多糖成分的深入研究。

4.3 甾醇類化合物

縱條紋炭角菌中含有較多的甾醇類化合物，羅靜等首次分離得到麥角甾醇、過氧麥角甾醇、9,11-去氫過氧麥角甾醇和β-谷甾醇[10]。雷傳文等在該菌子實體的乙醇提取物中分離得到麥角甾醇[13]。麥角甾醇和過氧麥角甾醇廣泛存在于大型真菌中，有抑菌、抗氧化、抗炎、抗腫瘤等多種生物活性，具備較大的開發(fā)利用價值[14～16]。黃毅等利用高速逆流色譜建立了從該菌中快速分離制備過氧麥角甾醇的方法[17]。

4.4 細胞松弛素類化合物

細胞松弛素類化合物結(jié)構(gòu)特征在于母核具有三環(huán)體系，通常一個大環(huán)與全氫異吲哚酮環(huán)連接，其具有抗菌、殺線蟲和抑制根伸長等非常廣泛的生物活性[18]。雷傳文等首次從該菌的子實體中分離出了細胞松弛素D、19,20-環(huán)氧細胞松弛素Q、細胞松弛素Q、19,20-環(huán)氧細胞松弛素D、19,20-環(huán)氧細胞松弛素C[11]，之后又從其子實體的乙醇提取物中分離得到一種新的5/6/6/5/6 五環(huán)骨架的細胞松弛素類化合物[13]。

5 生物活性

5.1 抗菌活性

縱條紋炭角菌的提取物對植物病原真菌包括油菜菌核病菌、小麥赤霉病菌、蘋果腐爛病菌、葡萄黑痘病菌、蘋果斑點落葉病菌、棉花枯萎病菌和番茄棉腐病菌具有較高的抑制活性[19]。其菌絲體提取物和發(fā)酵液提取物對禾谷鐮刀菌的抑菌效果較好，抑菌率分別達到89.88%和69.53%[20]。該菌對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、水稻白葉枯病菌、姜瘟病菌等多種植物病原菌也具有明顯的抑制作用，其主要抑菌活性成分有麥角甾醇和過氧麥角甾醇[21]。

5.2 抗腫瘤活性

縱條紋炭角菌對人肝癌細胞具有較高的抗性[22]，有開發(fā)利用的潛在價值。雷傳文等從縱條紋炭角菌的子實體中分離得到化合物吲哚-3-甲醛，通過體外腫瘤細胞活性實驗發(fā)現(xiàn)其對HCT116、B16、U937 腫瘤細胞具有較高的抑制活性[11]。

5.3 抗氧化活性

縱條紋炭角菌的提取物對DPPH·、·OH 和ABTS 自由基均具有較高的清除效果，有很強的還原能力和螯合能力[22]。但對DPPH·自由基的清除能力有限，遠低于抗壞血酸的抗氧化活性[18]。其抗氧化活性可能與含有的多糖成分有關(guān)，自其提取的多糖對DPPH·具有較高的清除效果，且菌絲中的多糖具有更高的抗氧化活性[13]。

5.4 改善睡眠作用

炭角菌屬內(nèi)大多數(shù)種的炭角菌都具有鎮(zhèn)靜安神的作用，其中黑柄炭角菌是開發(fā)最完善的一種[23,24]?？v條紋炭角菌對小鼠具有明顯的致眠作用，主要活性成分為化合物xylastriamide A 和麥角甾醇[25]。

5.5 子實體毒理試驗

縱條紋炭角菌低毒或者無毒。利用其子實體粉進行小鼠毒性試驗，發(fā)現(xiàn)以2 000 mg/kg 的投喂量連續(xù)14 天喂食，小鼠未出現(xiàn)明顯的毒副反應，也未見組織臟器出現(xiàn)體積、顏色、質(zhì)地的異常改變[25]。

6 展 望

近年來，菌物研究專家采集并分離到了很多縱條紋炭角菌菌株，但由于資源和樣品的局限性，未采用分子生物學的方法對其進行遺傳多樣性研究，對其物種多樣性的研究也不深入。今后應做廣泛的物種資源采集和調(diào)查工作，借助現(xiàn)代分子生物學的方法分析其差異性和遺傳特性，為天然縱條紋炭角菌的藥用資源開發(fā)利用和物種保護奠定理論基礎。

雖然目前已成功實現(xiàn)了對縱條紋炭角菌的固體栽培和液體發(fā)酵，并提出了較優(yōu)的栽培培養(yǎng)基配方和較好的發(fā)酵方案。但目前利用人工培養(yǎng)技術(shù)所得的縱條紋炭角菌子實體和菌絲體仍存在生物量過低，生產(chǎn)周期較長，生物學效率低等問題。今后需進一步優(yōu)化培養(yǎng)基配方，探索其最適發(fā)酵條件。

我國開發(fā)利用相當成熟的炭角菌——黑柄炭角菌，其發(fā)酵產(chǎn)品烏靈膠囊[26]已批準上市。而縱條紋炭角菌尚處于對其藥用價值和生物毒性的探究階段，相關(guān)研究仍然膚淺，對其藥用成分及藥理作用機制的研究還不夠深入。就目前的研究進展來看，縱條紋炭角菌具有抗氧化活性、安神致眠、抗腫瘤和抗菌等生物活性，并且其生物毒性較低或無毒性，能開發(fā)成食品、保健品、藥品、農(nóng)藥等，有廣闊的應用前景，但有待研究者探明其藥用成分和作用機理，為其安全、合理的開發(fā)利用奠定基礎。