食用菌對(duì)鎘、鉛生物富集因素研究

◎李鵬程，肖俊江 ,彭亞平

（1.中央儲(chǔ)備糧青島直屬庫有限公司，山東 青島 266111；2.新鄉(xiāng)白鷺投資集團(tuán)有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453011）

食用菌味道鮮美、營養(yǎng)豐富，不僅包含人體需要的礦物質(zhì)元素，而且囊括大量蛋白分子及活性物質(zhì)成分，富含蛋白、氨基酸、礦物質(zhì)、多酚、多糖等有益成分[1-2]，使得菌體具備抗氧化、降低膽固醇、抗腫瘤等多種生物活性功能[3-4]，是自然界珍貴的綠色食材，深受廣大美食愛好者的青睞。然而，食用菌體內(nèi)的重金屬對(duì)人類有一定危害，如鎘、鉛元素。食用菌對(duì)重金屬具有潛在的生物富集作用，可通過食用途徑危害人體健康，進(jìn)而毒害機(jī)體器官[5]。伴隨著城市工業(yè)化發(fā)展，環(huán)境中鎘、鉛等污染日益嚴(yán)重，而環(huán)境污染物可進(jìn)一步被植物、食用菌生物富集，大型真菌對(duì)土壤環(huán)境中的重金屬具有較強(qiáng)的生物富集、吸附遷移等作用。鎘、鉛重金屬元素長期蓄積身體內(nèi)，可造成器官組織或機(jī)體嚴(yán)重?fù)p傷。

云南省位于我國西南地帶，最高海拔可達(dá)6 740 m，全境雨水充沛，陽光充足，適合野生食用菌的分化與生長。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前，云南野生食用菌種類為880 余種，其中可食用牛肝菌高達(dá)140 多種類，被譽(yù)為“野生食用菌王國”。

1 鎘、鉛物化特性探討分析

鎘在元素周期表位于第五周期IIB 族，主要儲(chǔ)藏于鉛鋅礦石中，其氧化態(tài)為+2 價(jià)及少量的+1 價(jià)，對(duì)人體呼吸道、腸道及器官造成毒害作用并易于累積體內(nèi)。在工業(yè)化進(jìn)程中，冶金、工廠及交通等向地球環(huán)境排放鎘元素3 萬余噸，約4/5 鎘元素經(jīng)氣體下沉、降雨等方式進(jìn)入環(huán)境土壤中，通過食物鏈飲食途徑蓄積人體內(nèi)部；鎘不僅對(duì)人體心腦血管、生殖系統(tǒng)造成毒害，還危害神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及影響骨質(zhì)疏松，聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織已將鎘元素列為毒性元素之一，僅次于砷元素。

鉛元素位于周期表第六周期IVA 族，主要為+2、+4 價(jià)態(tài)，可以從鉛酸電池、含鉛廢物堆放等原因遷移至環(huán)境中，造成土壤、植物、河流和地下水鉛污染。鉛中毒不但影響人們的智商水平、骨骼生長，而且降低血紅素的產(chǎn)量、抑制血紅蛋白的生成，被世界貿(mào)易組織列為有毒性元素之一。鉛主要來源鉛礦石和金屬冶煉、鉛蓄電池工業(yè)等，已經(jīng)超過周圍生態(tài)環(huán)境自凈能力，通過大氣循環(huán)、生物網(wǎng)和食物鏈匯集于營養(yǎng)消費(fèi)頂端。經(jīng)調(diào)研我國27 省份土壤表面鉛含量得知，云南省土壤鉛元素含量高達(dá)381.57 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤環(huán)境背景值（26.0 mg/kg）。

2 食用菌鎘、鉛生物富集特性分析

食用菌對(duì)重金屬鎘、鉛生物富集的原因主要?dú)w結(jié)為菌體自身因素和生長環(huán)境2 個(gè)方面影響。自身因素主要為不同品種、發(fā)育時(shí)期、不同生長部位及不同成熟度等；環(huán)境因素可分為礦山開采、工廠三廢及交通道路污染等方面。下面主要從食用菌菌體、生存環(huán)境對(duì)鎘、鉛生物富集進(jìn)行分析。

2.1 食用菌菌體對(duì)鎘、鉛生物富集影響

食用菌不同生長部位對(duì)重金屬鎘、鉛具有生物吸附差異性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)云南9 種共計(jì)290 份牛肝菌的重金屬鎘、鉛含量，牛肝菌菌蓋鎘含量為0.36～20.89 mg/kg，鉛為0.21～4.42 mg/kg，菌柄鎘含量為0.07～19.91 mg/kg，鉛為0.59～18.48 mg/kg，表明牛肝菌不同部位對(duì)重金屬具有差異性，進(jìn)一步分析后，同種牛肝菌不同地區(qū)的重金屬水平也有區(qū)別。在菌體鎘、鉛的數(shù)據(jù)調(diào)研分析中，91%牛肝菌菌蓋鎘含量大于菌柄，60%的牛肝菌菌蓋鉛含量低于菌柄，灰褐牛肝菌菌蓋明顯富集重金屬鎘元素，美味牛肝菌次之；鉛主要表現(xiàn)在灰疣柄牛肝菌和紅疣柄牛肝菌菌柄中，菌體鎘、鉛含量遠(yuǎn)超過GB 2762-2017 所限定食用菌鉛含量（1.0 mg/kg）、香菇及食用菌鎘含量（0.5 mg/kg）。

2.2 環(huán)境對(duì)食用菌鎘、鉛生物富集影響

環(huán)境因素對(duì)食用菌吸附重金屬鎘、鉛具有重要影響，包含土壤環(huán)境、大氣沉降、工業(yè)采礦和交通尾氣等因素。在云南省22 株灰褐牛肝菌對(duì)重金屬鎘生物富集實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，菌體鎘與土壤總鎘含量、總碳、總氮、pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙庑杂袡C(jī)碳和土壤機(jī)械組成影響程度高，并進(jìn)一步量化環(huán)境因素對(duì)菌體鎘的影響。在波蘭西里西亞研究野生食用菌實(shí)驗(yàn)中，測得食用菌菌體鎘含量最高可達(dá)84.3 mg/kg，鉛最高含量為102.0 mg/kg，表現(xiàn)菌體重金屬高生物富集效應(yīng)，并表明菌體鎘主要與基因和環(huán)境因素相關(guān)，例如土壤pH、有機(jī)碳含量、酶活性。實(shí)驗(yàn)證明，土壤總有機(jī)碳、總氮、總硫和總鎂含量與菌體鎘含量具有重要相關(guān)性。研究食用菌菌體重金屬含量及其金屬有效態(tài)與根際效應(yīng)相關(guān)性，根系分泌物、細(xì)胞新陳代謝物質(zhì)豐富菌體根際微環(huán)境營養(yǎng)成分。根系微生物分泌有機(jī)物質(zhì)或生理代謝等活動(dòng)促使重金屬富集與食用菌根際環(huán)境，促進(jìn)食用菌對(duì)重金屬的吸附。另外，根系分泌的粘膠物質(zhì)對(duì)重金屬鎘、鉛具有絡(luò)合作用，進(jìn)一步將重金屬鎘、鉛穩(wěn)定在根際環(huán)境中，促進(jìn)菌體對(duì)重金屬的吸收。

3 食用菌鎘、鉛生物富集因素分析

食用菌對(duì)鎘、鉛生物富集因素分別為被動(dòng)吸附（即胞外物質(zhì)與重金屬相結(jié)合吸附在菌體表面）和主動(dòng)吸附（即重金屬與菌體活性基團(tuán)相結(jié)合遷移至細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與蛋白、多肽等物質(zhì)相結(jié)合）。

3.1 食用菌對(duì)重金屬被動(dòng)吸附因素研究

重金屬鎘、鉛元素經(jīng)外界環(huán)境附在菌體表面，菌體細(xì)胞壁組織器官將鎘、鉛阻隔于細(xì)胞外部，與細(xì)胞壁活性基團(tuán)相互結(jié)合，形成堅(jiān)韌屏障，是進(jìn)一步阻止重金屬輸入細(xì)胞內(nèi)部的重要途徑，可有效減輕鎘、鉛等元素對(duì)細(xì)胞的毒害。當(dāng)重金屬與菌體細(xì)胞壁結(jié)合點(diǎn)達(dá)到飽和時(shí)，重金屬離子將通過被動(dòng)運(yùn)輸方式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)胞基質(zhì)相結(jié)合，形成化學(xué)結(jié)合物，降低重金屬活性，減輕重金屬對(duì)菌體的毒害作用。在生物富集過程中，離子交換模式是被動(dòng)吸附作用中的關(guān)鍵機(jī)制，細(xì)胞壁有效成分可截留大量鎘元素（最高可達(dá)83.2%），僅有少量鎘元素遷移至細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)中。

3.2 食用菌對(duì)重金屬主動(dòng)吸附因素研究

真菌細(xì)胞壁中的黑色素大分子與幾丁質(zhì)、葡聚糖等小分子物質(zhì)充實(shí)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)并將重金屬鎘、鉛元素吸附在菌體表面，提升了菌體耐鎘、耐鉛的能力，重金屬進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部可與蛋白成分相結(jié)合。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在生物體內(nèi)部的金屬與蛋白或肽鏈相結(jié)合的種類有鎘磷蛋白、金屬硫蛋白、類金屬硫蛋白以及植物螯合肽。銅伴侶蛋白（ATX1）具有抗氧化功能，廣泛存在微生物體內(nèi)，并對(duì)重金屬鎘做出響應(yīng)，增強(qiáng)菌體對(duì)重金屬的抗性。另外，鎘離子可以替代銅離子結(jié)合ATX1 蛋白分子，可借助mRNA 干擾技術(shù)與基因超表達(dá)功能表征MiATX1 與菌體鎘抗性的重要相關(guān)性。

在菌體鎘富集因素研究中，大型真菌的基因轉(zhuǎn)錄、基因序列和微生物作用及土壤載體蛋白（鐵、錳和鋅蛋白）方面值得深入研究。另外，菌體內(nèi)液泡、細(xì)胞核也可作為鎘富集分析的重點(diǎn)方向。在Cystoderma carcharias 對(duì)重金屬鎘吸附實(shí)驗(yàn)中，討論金屬硫蛋白半胱氨酰硫醇鍵與重金屬鎘相關(guān)性，采用菌體cDNA表達(dá)文庫確定轉(zhuǎn)錄本，CcMT1（GenBank：MN729625）對(duì)鎘耐受性極高。借助色譜分析發(fā)現(xiàn)，大量CcMT1 與鎘的結(jié)合物存在菌體內(nèi)部，判斷CcMT1 可以作為菌體重金屬鎘的儲(chǔ)藏配體。

4 結(jié)語

食用菌成長周期短，易于分化與生長，除自身富含大量營養(yǎng)成分外，還具備重金屬生物吸附特性。關(guān)于菌體吸附重金屬因素研究實(shí)驗(yàn)，除考慮菌體生長環(huán)境、部位結(jié)構(gòu)和品種類型外，尤其要關(guān)注食用菌基因性狀表達(dá)屬性及土壤載體蛋白方向，為進(jìn)一步分析食用菌菌體生物富集重金屬機(jī)理提供參考，同時(shí)為環(huán)境土壤中重金屬污染進(jìn)行生物修復(fù)技術(shù)研究提供理論基礎(chǔ)。此外，出于食品安全考慮，政府有關(guān)部門在重視野生食用菌重金屬膳食安全問題的同時(shí)，要不斷加強(qiáng)食用菌安全管理工作，健全食用菌消費(fèi)安全長效機(jī)制。