低溫脅迫對食用菌生長發育影響的研究進展

許子潔 王 晶 劉海娟 胡寶 鄭素月 王春霞

（河北工程大學園林與生態工程學院，河北 邯鄲 056038）

目前，世界范圍內已發現食藥用菌2 300余種，我國境內約1 000種[1]，可人工栽培的有100種左右，其中約60種實現了商業化栽培[2]。我國是最早利用和栽培食用菌的國家之一，其歷史可追溯到仰韶文化時期。近年來，全球食用菌產量快速增長，我國是主要增長國，產量占全球總產量七成以上，居世界首位[3]。食用菌含有豐富的營養成分，味道鮮美，是餐桌上常見的健康食品。食用菌栽培投資小，生產周期短，經濟效益顯著，能夠滿足農業可持續發展的需要，被譽為助農明星產業。

溫度是影響食用菌生長發育的重要因素之一，不同品種甚至同一品種在不同的生長發育階段對溫度的要求不盡相同。糙皮側耳（Pleurotus ostreatus）、雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）、金針菇（Flammulina velutipes）等變溫結實性食用菌，需利用低溫刺激誘導子實體形成，完成從營養生長到生殖生長的轉化，達到整齊出菇、提高產量的目的。但低溫也會對一些食用菌生長不利，例如，當草菇菌絲體的生長溫度處于15 ℃以下時，菌絲活力會下降，生長減緩甚至死亡[4]。研究低溫脅迫對食用菌生長發育的影響及食用菌在低溫脅迫下的應答機制，可為食用菌耐低溫育種和遺傳性狀改良研究提供有效信息資源。以下系統闡述食用菌在低溫脅迫下的菌絲、原基和子實體生長發育規律及響應機制。

1 低溫脅迫對食用菌菌絲生長的影響

食用菌菌絲通過尖端生長點分泌胞外酶降解基質中的營養物質，從而吸收利用供生長和發育所需。在適宜溫度下生命活動正常進行，溫度過高或過低均會對生長造成影響。龐杰等[5]根據菌絲生長溫度和子實體分化所需溫度對35種食用菌進行綜合研究，其中29種食用菌可分為中溫型、高溫型、低溫結實型和高溫結實型4大溫度類型。郭勇等[6]發現，鳳尾菇、靈芝、姬菇菌絲在最適溫度時菌絲生長迅速且顏色濃白、邊緣整齊；溫度降低10 ℃，菌絲長速變慢，顏色變淺，邊緣不整齊，菌絲間橫隔較短，鎖狀聯合密集，發育不健全。真姬菇發菌期溫度過高會造成菌絲萎縮、死亡[7]。陸榮生等[8]對杏鮑菇菌絲進行4～8 ℃低溫刺激，從而解決了轉化率低，出菇不整齊，產量低等問題。對糙皮側耳采取10 ℃以上溫差冷刺激，可使菌絲營養成分快速積累，菌絲分化形成原基[9]。對平菇菌絲進行連續6天低溫處理，出菇時間縮短，污染率降低，產量提高[10]。低溫會減弱紅菇、大球蓋菇菌絲生長力，甚至導致生長停滯、死亡等情況[11-12]，草菇菌絲在低溫下易發生自溶，4 ℃處理1 h內，菌絲體不會受到損傷，但隨時間增加，菌絲損傷加重[13]。

1.1 對菌絲生理狀態的影響

食用菌生長發育過程中，適宜的低溫刺激能提高菌絲細胞中漆酶、蛋白酶等生物酶的活力[14]。受到低溫脅迫的食用菌會啟動抗氧化防御系統機制，清除體內多余自由基，維持細胞內活性氧代謝平衡，緩解低溫逆境脅迫[15]。郭敬等[16]研究表明，低溫脅迫下，真姬菇、杏鮑菇菌絲超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性顯著升高，發揮防御作用；白玉菇SOD活性平緩下降，而菌絲POD活性穩定升高。證明低溫脅迫下不同食用菌通過開啟抗氧化機制，利用抗氧化系統清除多余自由基，緩和環境脅迫，保護機體正常生長。胡開輝等[17]發現，對斑玉蕈進行14 ℃低溫處理后，與25 ℃對照相比，其丙二醛含量持續上升，低溫刺激12 h時達到峰值，之后開始下降；斑玉蕈對低溫刺激具有強適應性，短時間內即表現出恢復趨勢。5 ℃低溫處理阿魏側耳，多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）活力迅速降低，僅為25 ℃時最高活力的5.83%；10 ℃低溫處理9～12 h，阿魏側耳菌絲漆酶活力顯著提高；低溫刺激12～48 h，酪氨酸酶活力顯著提高[15]。

生物體在環境溫度發生改變時，細胞膜作為首要應答部位，通過低溫信號應答而改變細胞膜的組成，從而保持膜的流動性來適應脅迫環境[18]。細胞膜完整不僅能保護細胞規避外界環境的不利影響，還能為生物體的正常生理代謝活動提供穩定場所[19]。姜威[20]和萬鵬[21]的研究結果，低溫刺激下，草菇低溫敏感菌株V23菌絲的電導率值大于耐低溫草菇菌株VH3，推測耐低溫品種因更能保持細胞膜完整性而得以在逆境脅迫下生存；低溫誘導后VH3菌株由于膜上磷脂合成代謝旺盛，提升了細胞膜流動性，保證菌株正常生長，而V23菌株沒有相應應答，從而影響生長發育。

1.2 對菌絲生長分子調控機制的影響

食用菌的許多基因參與了低溫脅迫，通過調節細胞生理和生化過程來應對低溫刺激。近年來高通量分子信息技術的不斷發展，為理解其分子機制提供了有力幫助。劉曉婷等[22]研究發現，適度低溫脅迫可影響蒙古口蘑菌絲體漆酶活性及其基因表達，菌絲內漆酶基因轉錄水平在5 ℃、10 ℃和15 ℃處理下，整體呈先提升后下降趨勢，初期lacc1、lacc8基因表達較積極，lacc4表達相對不積極；10 ℃低溫刺激菌絲10天，漆酶基因表達水平和漆酶活性均顯著提高。元玲剛[23]運用iTRAQ定量蛋白質組學篩選出金針菇低溫脅迫下63個差異蛋白質，其分別與菌絲細胞增殖分化、營養物質生物合成、生理代謝等密切關聯。

周爍紅等[24]克隆了代表CSL家族中的轉錄因子Ppcsl-1基因，發現該基因在菌絲5 ℃冷刺激12 h之后的表達量最高，而原基期時顯著下調，其可能在冷刺激下被誘導表達并參與了肺形側耳變溫結實信號的傳遞。Zhang等[25]利用RNA-Seq比較分析白靈菇轉錄組數據，發現冷刺激過程中編碼PoH2型疏水蛋白（TR9892|c2_g1）的單基因表達上調，通過疏水蛋白這一真菌特有的細胞壁蛋白，影響冷脅迫應答；同時脂肪酸去飽和酶（TR7433|c4_g1）和磷脂酶D（TR7300|c4_g1）的單基因表達上調，白靈菇通過改變磷脂和脂質的組成改變膜系統，從而增加植物抵御低溫的能力。

2 低溫脅迫對食用菌原基形成的影響

對成熟后的食用菌菌絲進行冷刺激，能夠影響原基出現時間和完成速度。低溫刺激香菇菌絲可誘發子實體形成，同時增加產量[26]。短時間冷刺激或持續溫差刺激可使肺形側耳（Pleurotus pulmonarius）從營養生長期轉化進入生殖生長期[27]。金針菇菌絲在常溫黑暗條件下無法出菇，經過13～16 ℃低溫刺激后可形成子實體。因此低溫脅迫對誘導食用菌原基生長發育具有重要作用[28]。

2.1 對原基生理狀態的影響

食用菌正常生理條件下，各防御機制間相互協調，細胞內自由基處于動態平衡。當受到低溫逆境脅迫時，為避免細胞內自由基過量產生，膜防護系統被破壞，引起脂質過氧化、膜脂過氧化和蛋白質過氧化[29]，逐漸形成復雜、高效的應答機制。分析發現，低溫脅迫改變金針菇原基營養積累方式，使金針菇原基獲取糖分的能力降低，對碳水化合物的代謝能力變差，細胞正常生長所需的能量改從其他途徑獲取[30]。4 ℃、8 ℃和12 ℃低溫處理秀珍菇后發現，淀粉酶、濾紙纖維素酶、半纖維素酶和胞外羧甲基纖維素酶4種胞外酶活性增強，而胞外漆酶活性降低，且處理溫度越低，漆酶活性越低，表明低溫脅迫下，秀珍菇通過胞外酶活性變化來調節基質降解和營養吸收，進而調節出菇[31]。

2.2 對原基形成分子調控機制的影響

近年來，隨著生物分子技術、組學技術及生物信息學的發展應用，除從遺傳、生理狀態上對食用菌進行研究外，還可對其進行分子水平抗逆性機制研究，從分子水平來解釋食用菌的低溫應答機制。

王偉科等克隆了秀珍菇PpFBD1基因的cDNA全長，分析發現該基因參與秀珍菇細胞壁的合成，在低溫處理秀珍菇菌絲到恢復室溫促使原基初步形成的過程中，其表達量最高，可能參與秀珍菇原基形成、分化過程[32]。陳仁良等通過分析金針菇基因組數據，推測金針菇在受到外界低溫刺激時，通過激活相應通路激酶潛在轉錄因子Fv-Mbpl，啟動Fv-mJRL1內源凝集素基因進行轉錄翻譯，參與低溫刺激信號轉導，在金針菇原基形成過程中發揮重要作用[33]。戚元成等采用抑制性消減雜交法構建糙皮側耳雙核菌絲期和原基期的SSH cDNA 文庫，共檢測到206條差異表達基因，其中46個差異表達基因涉及細胞防御、轉錄、能量代謝等多個生理代謝過程[34]。

食用菌中含有豐富的麥角甾醇，為細胞的生理功能發揮重要作用[35]。解凡等以肺形側耳栽培菌株X57為研究對象，與野生無需打冷也可自行出原基的X1菌株比較發現，在低溫刺激0～6 h時，X57差異基因表達量持續上升，且顯著富集到麥角甾醇合成通路上；X1菌株相同通路的各基因對低溫刺激不敏感，隨脅迫時間延長表達量緩慢上升，脅迫結束基因表達量恢復正常，因此推測該通路在肺形側耳應對低溫刺激形成原基中發揮一定作用[36]。

3 低溫脅迫對食用菌子實體生長的影響

食用菌發育過程中，一般菌絲的適宜生長溫度高于發育溫度，發育溫度高于分化溫度，子實體需在較低溫度下形成。溫度對子實體形成和發育過程起重要的調控作用，如對糙皮側耳進行低溫催菇，是影響其子實體整齊度的重要因素[37]。

3.1 對子實體生理狀態的影響

在秀珍菇采后運輸的過程中，添加1︰1蓄冷劑可緩解其細胞膜損傷，保持外觀特性，減少損失[38]。草菇子實體最適貯藏溫度為15 ℃，溫度低于15 ℃時，子實體會變軟、液化出現自溶現象[39]。王麗芳等將雙孢蘑菇貯藏在1 ℃低溫條件下，能顯著降低CAT、SOD酶活性，有益于抗氧化物的積聚，保持雙孢蘑菇的口感、營養價值和保健功效[40]。

3.2 對子實體生長分子調控機制的影響

凝集素存在于大部分生物體中，有促使細胞凝聚和促進細胞有絲分裂的作用，食用菌凝集素通常在防御反應中起作用。蘇文英等利用PCR擴增技術克隆了平菇子實體凝集素polectin2基因的啟動子序列，該序列含有低溫、干旱等抗逆元件，低溫能夠誘導gfp基因的表達，利用子實體內該基因特性，可有效培育耐低溫食用菌[41]。

4 結 語

溫度是影響食用菌生長發育的關鍵因素，大部分食用菌營養生長階段的適宜溫度相近，而生殖生長階段的適宜溫度則相差較大。低溫能夠抑制食用菌的生長，而對于一些中低溫變溫結實性菌類來說，低溫是子實體形成的必要條件。本文系統闡述低溫脅迫對食用菌各個生長發育階段的影響，以及食用菌響應低溫脅迫的一系列生理變化及分子應答機制，為研究低溫脅迫與食用菌生長發育的關系提供理論依據。