培养基成分对药用真菌多糖的影响

邹芒阁，付 尧，任 昂

(1.南京农业大学生命科学学院，江苏 南京 210095；2.江苏省农业科学院蔬菜研究所，江苏 南京 210014)

引言

药用真菌，是指能治疗疾病、具有药用价值的一类真菌。我国的真菌资源非常丰富，传统药用及试验证明具有药效的真菌已超过400种，主要集中在担子菌亚门和子囊菌亚门[1]。药用真菌具有丰富的次级代谢产物，包括多糖（胞内多糖ESP、胞外多糖ISP）、萜类、虫草菌素等多种活性物质，是人们寻找新型药物的重要资源。多糖是一类重要的药用真菌次级代谢产物，具有降血糖、增强系统免疫等方面的作用，在医学应用上具有重要价值。

药用真菌生长繁殖以及代谢均需要环境提供营养因子，一旦某种营养因子缺失或不足，真菌的生命活动就将受到影响。本文从培养基成分角度综述了碳源、氮源、碳氮比、无机盐、生长促进物质、植物油、真菌激发子对药用真菌多糖产生的影响。

1 药用真菌多糖研究概况

药用真菌多糖是一类从药用真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离提取出来的代谢产物多糖。现代药理学研究表明，药用真菌多糖具有广泛的生物学活性，包括抗病毒、抗凝血、降血脂、抗肿瘤、免疫调节、延缓衰老等，且具有安全无毒副作用的优越性[2]。

目前药用真菌多糖的生产工艺主要包括子实体直接提取法以及液体深层发酵技术[3]。子实体直接提取法的人工栽培周期长，且容易受杂菌污染、病虫害侵蚀，多糖得率低[4]，远不能满足临床和保健需求；液体深层发酵技术的生产周期短，染菌少，但对菌种本身的多糖产量有一定的要求。目前，大多数药用真菌菌种多糖产量低，难以满足液体发酵工业化生产的需要，如何提高菌种的多糖产量是药用真菌多糖大规模生产的一个瓶颈。

近年来，大量的国内外研究表明培养基成分与菌种的多糖生物合成量有直接的关系。如Malinowska等人[5]研究表明培养基成分对多糖的合成有显著影响，Guo等人[6]研究表明培养基成分的优化选择能显著提高多糖的产量。因此，从培养基成分角度来提高菌种多糖生物合成量对药用真菌液体深层发酵生产多糖具有重大意义。

2 培养基成分对药用真菌多糖的影响

培养基是药用真菌直接生活的外界环境，为真菌生长繁殖和生物合成各种代谢产物提供原料。培养基的成分，如碳源、氮源、碳氮比、无机盐、生长促进物质、植物油、真菌激发子等，对药用真菌菌丝体的生长繁殖、次级代谢产物多糖的生物合成量及其质量都有重要影响[7]。

2.1 碳源

碳源是维持药用真菌生长的重要能量来源，也是药用真菌合成多糖等次级代谢产物的重要原料。药用真菌能利用的碳源非常广泛，单糖、双糖、多糖以及天然农副产品都能利用[8,9]，陈才法等[10]报道有机碳源对药用真菌ESP的累积作用远大于无机碳。对于大多数药用真菌而言，以葡萄糖为碳源时产多糖能力最强[8,9,11]。原因可能在于葡萄糖是单糖，能被菌体直接吸收，菌体生长代谢速度快，而其它的二糖或多糖必须先变成单糖才能被菌体利用，生长代谢速度慢[12]。少数药用真菌合成多糖的优势碳源不是葡萄糖，如桦褐孔菌 (Inonotus obliquus)以麦芽糖为碳源时，ESP产量达2.75 g/L，远远高于其它碳源[10]。而香菇 (Lentinus edodes)的菌丝在富营养化条件下可以积累香菇多糖[13]，大豆粉是灵芝 (Ganoderma lucidum)发酵生产最经济的碳源[14]。此外，包埋于藻酸钙玻璃粉末中的真菌细胞，以葡萄糖或蔗糖为碳源发酵时，可以有两个多糖合成周期[15]。

2.2 氮源

氮源是药用真菌合成蛋白质、核酸及其它代谢产物必不可少的原料。它不仅影响菌丝体的生物量，还影响着生物活性物质的形成。药用真菌能利用的氮源种类很多，有机氮源、无机氮源都能被利用。但单一的无机氮源对菌体生长和ESP的分泌不利[8]，有机氮源更有利于提高药用真菌多糖的生物产率[8-11,16]。这可能是因为有机氮源含有丰富的蛋白质、多肽、游离的氨基酸以及少量的脂肪、微量元素和生长素等，有利于菌体的生长和各种代谢产物的合成[10,17]。大部分药用真菌合成多糖所对应的最适氮源是蛋白胨，小部分药用真菌例外，如樟芝 (Antradia comphora)的最适氮源是酵母膏[16]。

2.3 碳氮比

碳氮比对药用真菌次级代谢产物多糖的合成也有一定的影响。碳氮比，主要影响营养成分进入菌体后的代谢流向，只有适宜的碳氮比才有利于药用真菌多糖的合成[11,18]。不同种类的药用真菌，其最适碳氮比不同。桑黄 (Phellinus baumii)在碳氮比为1:1的条件下，ISP有最大产量2.70 g·L-1[19]。 灵芝 (Ganoderma lucidum)产ISP的最适碳氮比在18左右，产ESP的最适碳氮比在25左右[20]。在低氮源情况下多糖产量随碳源含量的增加而提高，在高氮源含量情况下碳源含量的改变对多糖合成没有显著影响[21]。

2.4 无机盐

无机盐是药用真菌生长、发育必不可少的一类营养物质[22]，其在菌体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分以及维持生物大分子、细胞结构的稳定。无机盐的种类和添加量对药用真菌菌丝生物量和多糖产量有着显著的影响[19]。NH4Cl能提高冬虫夏草 (Cordyceps sinensis)发酵液中 ESP、虫草素的产量[23]。NaCl浓度能影响桑黄(Phellinus baumii)多糖的生物合成[24]，其ISP的产量随NaCl浓度在1 g·L-1~7 g·L-1范围内的升高而降低，但ESP随NaCl浓度在1 g·L-1~3 g·L-1范围内的升高而增加[25]。无机盐KH2PO4对黑木耳 (Auricularia auricula)菌体生长稍有抑制作用，但对ESP的分泌却有显著的促进作用[8]。Selol能增加猴头菇 (Hericium erinaceum)EPS、IPS中营养元素硒的含量[26]。金属离子及其浓度对中国块菌 (Chinese truffle Tuber sinense)多糖有显著的影响，50mM Mg2+被证明是其产多糖的最适浓度[27]。此外，灵芝 (G.lucidum)深层发酵中，添加Cu2+能使细胞的生长、生物活性代谢产物的总积累有明显的改善、增加[28]。

2.5 生长促进物质

能促进药用真菌菌丝生长、多糖合成的物质种类很多。硫胺素、生物素、维生素、嘌呤等物质作为细胞生命活动中辅酶成分，具有重要的催化功能，对药用真菌多糖的产生具有促进作用[18,29]。羧甲基纤维素钠，能增加培养液黏度，促进真菌多糖合成、菌丝生长[29]。天然物质如玉米浆、干燥的可溶性谷物水提取物，因为可能含有维生素、生物素、嘌呤等物质，也能促进药用真菌活性物质的产生[18,30]。

2.6 植物油

植物油，是药用真菌发酵液中的消泡剂，对药用真菌细胞增长、生物活性物质的合成有一定的影响。作用机理可能与其作用于真菌细胞壁，使其通透性改变有关[29]。Chienyan等人[30]报道添加适当的橄榄油、红花籽油、大豆油和葵花油有利于灰树花 (Grifola frondosa)菌丝体的增加，但是添加红花籽油和葵花油却不利于ESP的增加。王艳萍等人[9]报道添加1%的大豆油和橄榄油能够促进灰树花(G.frondosa)ESP的合成，而添加其他植物油和表面活性剂吐温80不能促进灰树花ESP的产生。郝利民等人报道油酸对裂褶菌 (Schizophyllum commune)ESP的产生有显著促进作用[29]。

2.7 真菌激发子

真菌激发子是能刺激真菌细胞产生和积累生物活性成分的一类物质，包括多糖类、糖蛋白类、脂类等。在不同生长阶段用激发子处理，其细胞生长和次级代谢产物的积累程度不同[31]。激发子浓度与产物积累的关系可以概括为两种类型：一种为饱和曲线型，过量浓度的激发子对产物合成不会产生负作用；另一类型是激发子浓度与细胞反应及产物合成曲线存在着一个最适点[32]。高兴喜等人报道真菌激发子对灵芝多糖、三萜类物质积累的诱导作用基本属于第二种类型，激发子能提高灵芝多糖的含量[33]。李祝等人报道真菌多糖激发子能提高虫草素的含量[34]，Zhu等人报道从夏块菌 (Tuber aestivum vittad)中分离出的蛋白、多糖、脂类能刺激灵芝ESP的积累，整个激发子的加入能使ESP有最大产量0.92 g·L-1，其中多糖、蛋白的添加能使灵芝ISP达到最大产量1.94 g·L-1[35]。

3 结语与展望

真菌多糖是药用真菌中发现较早的关键成分之一，液体深层发酵生产真菌多糖工艺是近年来的研究热点。药用真菌多糖的合成代谢非常复杂，发酵过程中的细微差别都会引起多糖合成量的变化。因此，多糖的代谢调控是获得药用真菌多糖高产的主要策略。代谢调控，可以分为发酵过程参数的优化和控制、代谢工程或途径工程手段[36]。目前，由于药用真菌多糖的合成途径尚不明确，发酵过程参数的优化和控制是最主要的调控方式。培养基组分对药用真菌多糖的影响，就是一种典型的发酵过程调控方式。

目前，培养基成分对药用真菌多糖影响的相关研究很多，优化培养基成分能提高多糖生物合成量已被诸多研究结果所验证。但是，药用真菌多糖合成代谢的相关研究很少，培养基成分影响多糖生物合成量的内在机制尚未明确，培养基成分究竟影响多糖的合成还是分泌也无从得知。此外，国内外大量研究数据显示药用真菌菌丝体的生长与多糖的产量相关联，但究竟有何关联到目前为止还没有定论。因此，药用真菌多糖的生物合成代谢途径及其调控是今后科研工作者努力的主要方向。

从基因水平、蛋白质水平上阐明多糖的合成途径，克隆与多糖合成相关的酶基因，以真菌多糖合成途径的基因转移和表达为切入点，局部设计、改造以及更新固有的代谢途径，提高多糖产量，这将是今后研究的重要方向。此外，利用各种诱变手段对药用真菌菌株进行诱变，筛选生长速度较快且多糖产量高的菌株，克服菌株退化，将可能成为提高多糖生物合成量的另一个重要研究方向。

总之，药用真菌多糖的研究已得到国内外相关研究者的普遍关注。随着糖化学分离、纯化、合成和分子生物学、生物物理学、医学研究的不断深入以及多糖制药工业的进一步发展，药用真菌多糖将成为具有探索、发掘新药制剂和保健产品潜力的重要领域之一[2]，也将为开发绿色天然抗癌新药与新型免疫体提供新的选择。培养基组分对药用真菌多糖的影响，作为提高药用真菌多糖生物合成量的研究，无论在理论还是实践指导发酵生产方面都具有重要的研究意义。

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