蛹蟲草人工栽培技術(shù)研究進展

劉佳慧，劉毓婷，崔明輝，楊炎梅，胡曉簽，陳欣鈺

（沈陽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽 110034）

蛹蟲草［Cordyceps militaris（L.ex Fr.）Link］，別名北冬蟲夏草，具有豐富的生物活性成分和功效。1987年，首次人工培育出蛹蟲草子實體［1］，目前蛹蟲草人工栽培技術(shù)已日趨成熟，以天然動物培養(yǎng)基栽培、人工固體培養(yǎng)基栽培、人工液體發(fā)酵栽培為主。隨著大眾對蛹蟲草藥用價值的深入了解，蛹蟲草的市場需求量逐漸增大，蛹蟲草的人工栽培面積也逐年增加。其中，蛹蟲草栽培中出現(xiàn)的低產(chǎn)、減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)等問題困擾著蛹蟲草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化人工栽培技術(shù)成為蛹蟲草行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵和重點。

1 蛹蟲草的人工栽培技術(shù)

1.1 天然動物培養(yǎng)基栽培技術(shù)

天然動物培養(yǎng)基栽培主要采用蠶蛹作為培養(yǎng)基質(zhì)。經(jīng)過嚴(yán)格的菌種選育和蠶蛹選取，將蟲草菌種注入寄主蠶蛹體內(nèi)，為蛹蟲草子實體提供適宜的生長條件，最終得到成熟蛹蟲草。此方法培育出來的蟲草可連同蠶蛹一起采收，有較高的營養(yǎng)價值。但該方法成本較高且原材料有限，效率低，所得產(chǎn)物量不易控制。且用蠶蛹作為栽培基質(zhì)，若蛹體消毒不充分極易在栽培期間造成污染，增大了栽培的難度。因此，此方式不適合大規(guī)模培育蛹蟲草。

1.2 人工固體培養(yǎng)基栽培技術(shù)

蛹蟲草的人工固體栽培技術(shù)大多選用大米、小麥作為培養(yǎng)基質(zhì)。選取野生或人工培育的蟲草菌種，通過分離、選育、復(fù)壯等流程培育出母種，擴繁后轉(zhuǎn)接到制備好的滅活固體培養(yǎng)基上，并添加各種必需的營養(yǎng)成分，最后培育出成熟的蛹蟲草。李春斌等研究發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)的固體培養(yǎng)基是將高粱和小米混合，添加的最佳碳源和氮源為蛋白胨和可溶性淀粉，最適pH 值范圍為5～6［2］。還有一些物質(zhì)對子實體生長也有著正向促進作用，如植物生長素類似物、維生素B1及無機元素K+、Mg2+、Ca2+等。人工固體培養(yǎng)基栽培材料簡便易得、成本低廉，且培養(yǎng)出的蛹蟲草品質(zhì)好、蟲草素含量高，受到種植戶和市場的追捧。

1.3 人工液體發(fā)酵栽培技術(shù)

液體發(fā)酵栽培現(xiàn)多采用液體發(fā)酵罐進行培養(yǎng)。將培養(yǎng)基裝入試管內(nèi)，高溫滅菌后擺成斜坡式，把斜面試管菌種接種到培養(yǎng)液中，置于搖床上振蕩培養(yǎng)，然后進行種子罐擴大培養(yǎng)，再將高濃度的菌液進行液體發(fā)酵罐深層發(fā)酵，最后離心分離獲得成熟蛹蟲草。可按照不同的生產(chǎn)指標(biāo)要求，選擇適合蛹蟲草生長的液體培養(yǎng)基組分。以蟲草素含量為研究指標(biāo)，已篩選出以下3 種液體培養(yǎng)基配方：1）23g·L-1葡萄糖、0.4g·L-1的MgSO4·7H2O、0.6g·L-1的KH2PO4和0.01g·L-1的維生素B1［3］；2）50g·L-1的蔗糖、30g·L-1的玉米漿、0.5g·L-1的MgSO4·7H2O和0.5g·L-1的KH2PO4［4］；3）53.36g·L-1葡萄糖、2.19g·L-1的MgSO4·7H2O、26.72g·L-1蛋白胨和0.50g·L-1的KH2PO4［5］。液體發(fā)酵培養(yǎng)菌絲生長速度快、產(chǎn)量高，生產(chǎn)條件安全、容易控制，更適合實現(xiàn)工業(yè)化和機械化生產(chǎn)，是蛹蟲草人工培養(yǎng)領(lǐng)域內(nèi)擁有廣闊前景的培養(yǎng)方式。

2 蛹蟲草人工栽培的影響因素

2.1 營養(yǎng)條件

人工固體培養(yǎng)中以大米為主要栽培基質(zhì)，蠶蛹粉為唯一氮源的蟲草活性成分含量最高，以蛋白胨為唯一氮源的蟲草多糖含量最高［6］；氮源為蠶蛹粉與檸檬酸銨組合，可顯著提高蛹蟲草主要成分含量［7］。方華舟等以葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖及淀粉等常見碳源為實驗組，比較觀察后發(fā)現(xiàn)，這幾種常見碳源對菌絲體生長均有促進作用，固體培養(yǎng)基中添加適量蔗糖或葡萄糖為佳，液體培養(yǎng)基中添加適量葡萄糖為佳［8］。蛹蟲草以蔗糖為碳源時，生長最好，最佳濃度為7.2 g·L-1，此時的蛹菌絲生長速度快，菌絲量中等，狀態(tài)最好；以可溶性淀粉為碳源時，可獲得最大菌絲量［9］。無機鹽對蟲草生長的影響較小，其中簡利茹等對無機鹽的影響效果作了較為全面的實驗，以小麥為主要栽培基質(zhì)，測定了FeSO4等5 種無機鹽對蛹蟲草生長的影響，結(jié)果表明，1.0 mg·L-1的FeSO4培養(yǎng)基中蛹蟲草干重、蟲草素和腺苷的生成量最高，同時KH2PO4和MgSO4添加量對蛹蟲草品質(zhì)影響最不明顯［10］。

2.2 溫度

菌類的生長過程中，溫度是極其重要的一個影響因素。菌絲生長速率與生長環(huán)境溫度有關(guān)，且對溫度變化較為敏感，最適溫度在15～18 ℃，這個溫度范圍的蟲草長勢最好，最有利于發(fā)菌［11］。事實上，在適宜的光照和適度條件下，不同的生長階段所需要的最適溫度不同：當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到22.7 ℃時菌絲體生長速率達(dá)到最高值，18.1 ℃為子座分化的最佳溫度，14～17 ℃更適合子座的生長。因此，對于蛹蟲草的栽培，采用變溫管理極其重要。

2.3 光照

光照是蛹蟲草重要的生長條件之一。普遍認(rèn)為，蛹蟲草在發(fā)菌初期需要無光或弱光條件，在隨后的各階段生長過程中均需要一定的散射光，且所需光照強度不同。1995年，姜明蘭等發(fā)現(xiàn)，蛹蟲草暗培養(yǎng)后轉(zhuǎn)散射光繼續(xù)培養(yǎng)，可獲得品質(zhì)優(yōu)良、膨大的棒狀子實體［12］。隨著蛹蟲草生長的持續(xù)，其所需的光照強度呈上升趨勢，只有達(dá)到了各階段的最適光照強度，蛹蟲草的活性成分含量才能達(dá)到最高值［7］。光照強度205 lx，光照時間9.2 h·d-1的培養(yǎng)條件更有利于提高蛹蟲草子座生長期的生物學(xué)效率［13］。此外，光質(zhì)對蛹蟲草菌絲體形態(tài)也會產(chǎn)生明顯的影響：藍(lán)光更有利于蛹蟲草的轉(zhuǎn)色，綠光可以促進子座的延伸和增產(chǎn)，增加紅光和黃光會使子座長得更為粗壯。

光質(zhì)也是影響蟲草生長的又一重要因素。藍(lán)光不會降低子實體產(chǎn)量，且與自然光照的結(jié)果無差別；光質(zhì)對過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性影響不大，而超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性在藍(lán)光光照下會降低；光質(zhì)不是影響子實體腺苷含量的主要因素［14］。雖然藍(lán)光對蟲草素的產(chǎn)生及胞內(nèi)多糖的積累有一定抑制作用，但是可提高類胡蘿卜素含量，達(dá)到改善子實體顏色的目的。因此，根據(jù)蛹蟲草的生長階段選擇最適的光照強度、光照時間和光質(zhì)組合，是確保和提升蛹蟲草品質(zhì)的重要措施之一。

2.4 CO2 濃度

近年來，為探究蛹蟲草的最適栽培環(huán)境，優(yōu)化人工栽培過程，科研人員對CO2這一因素展開了深入的探究，發(fā)現(xiàn)密閉條件不利于蟲草的生長，空氣中的CO2濃度是影響蛹蟲草生長的重要因素之一。在菌絲生長階段和子座生長階段，CO2最適濃度分別為3.85%和2.03%，超過這個濃度抑制其生長；在子座生長階段，CO2濃度為1.08%和2.03%時子座中多糖含量較高；CO2濃度為2.03%時，子座中蟲草酸、游離氨基酸含量最高；有利于子座中蟲草素合成的CO2濃度為2.03%和3.34%［15］。因此，控制不同生長階段的CO2濃度，是優(yōu)化蛹蟲草人工栽培技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

作為重要的食藥兼用真菌資源，蛹蟲草的生物學(xué)功能已經(jīng)得到了較為廣泛的開發(fā)和利用，中國是蛹蟲草商業(yè)化生產(chǎn)的主要國家，蛹蟲草工廠化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)備受矚目。目前，液體發(fā)酵栽培公認(rèn)為是蛹蟲草工廠化栽培的最佳方法，最佳的碳源和氮源分別為葡萄糖、蔗糖和蛋白胨、蠶蛹粉。但是，蛹蟲草的大規(guī)模栽培工藝仍需要進一步優(yōu)化和改進，以應(yīng)對不同市場對蟲草干重、蟲草色澤、蟲草素等生物活性成分的個性化需求。