食用菌对镉、铅、汞、砷生物富集状况研究进展

庄永亮， 肖俊江， 孙丽平， 李鹏程

(昆明理工大学 农业与食品学院， 云南 昆明 650500)

镉、铅、汞、砷被联合国粮农组织、国际原子能机构和世界卫生组织联合专家委员会(Joint FAO/IAEA/WHO Expert Committee)界定为对人体存有潜在毒性的元素。现阶段，矿藏采冶、工业三废、汽车尾气、污水灌溉、污泥重用、农药和化肥的使用等人类活动极度繁杂，导致环境中镉、铅、汞、砷的污染日益严重。通过食物链并经口摄食是人体对环境中有害污染物最主要的暴露途径，所以食品中污染的镉、铅、汞、砷被认为是典型有毒元素[1]。

与维管植物相比，大型真菌对生长环境中的金属和类金属等矿质元素具有更强的吸收和富集性能。自20世纪70年代，研究者开始关注大型真菌对矿质元素的富集现象，研究表明食用菌在富含人体必需矿质元素的同时也对一些有毒元素表现出富集甚至超富集的作用，如镉、铅、汞、银、砷等。相比较于人工栽培食用菌，野生食用菌生长环境不可控，对生长基质中的矿质元素表现出更复杂的吸收和富集行为[2]。

云南省地处我国西南边陲，海拔76～6 740 m，属于低纬高原。全省地形地貌复杂，气候多样，植被丰富，适宜野生菌的分化生长。据悉，全球已知的食用菌有2 000多种，我国已鉴定的共有966个分类单元，据不完全统计，云南的野生食用菌有882种，年均采获量约10万t，是当之无愧的“野生食用菌王国”。本团队立足云南的食用菌产业，对云南野生食用菌有害矿质元素安全性问题进行了广泛调研和深入研究[3-6]。本文主要就近几年食用菌中有毒元素镉、铅、汞、砷的研究进展进行了概括，特别关注了野生食用菌中镉、铅、汞、砷的研究现状，以期对食用菌的综合利用和安全控制提供理论参考。

1 食用菌中镉、铅、汞、砷含量水平

不同种类的食用菌中镉、铅、汞、砷的含量水平差异很大，野生菌则受产地环境等因素的影响，表现出更为复杂的生物富集行为，需要综合性的分析各类野生菌中4种元素含量水平以及地区间的差异。鉴于很多文献资料中研究的某个食用菌品种可能在不同时间从不同位点采集了多个样本，同时针对某个全球性分布的食用菌存在多篇文献的研究报道，如双孢蘑菇(Agaricusbisporus)、美味牛肝菌(Boletusedulis)、美味红菇(Russuladelica)等，所以本文以食用菌品种进行分类汇总时，基于每个品种至少含有1个以上的样本数据，文中描述时以“食用菌分类”来涵盖每个品种(species)食用菌的多样本(samples)数据。

1.1 镉和铅含量

根据近几年的文献报道，整理了67个食用菌分类的子实体中镉含量水平，见表1。

表1 食用菌子实体干重中镉含量

续表1 mg/kg

由表1可知29个食用菌分类的子实体干重中镉含量低于0.5 mg/kg，镉含量在0.5～1 mg/kg的食用菌分类是15个，1～5 mg/kg的食用菌分类有26个，高于10 mg/kg的有7个。灰褐牛肝菌(B.griseus)子实体表现出很高的镉含量水平，黄晨阳等[20]早在2010年就已发现和报道灰褐牛肝菌(B.griseus)具有非常高含量的镉，鲜重达到0.890 mg/kg(约为干重8.90 mg/kg)。本研究团队连续多年对云南各地出产的野生食用菌进行资源调查和矿质元素含量水平的采样分析。统计发现，采集自不同时间、不同产地的51个灰褐牛肝菌(B.griseus)样本均表现很高的镉含量水平，其质量浓度范围为1.61～41.36 mg/(kg·干重)，平均值为16.28 mg/(kg·干重)[3-6]。

对59个食用菌分类的子实体铅含量水平进行了汇总整理，见表2。相比较于镉元素，食用菌子实体中铅含量水平分布更为分散，采集自不同生长地域或不同生长时间的同一个食用菌品种可表现出显著差异的铅含量水平，如削脚牛肝菌(B.queletiiSchulzer)、灵芝(G.lucidum)、血红乳菇(L.sanguifluus)、刺芹侧耳(P.eryngii)、糙皮侧耳(P.ostreatus)等。总体上，市售人工栽培食用菌中的铅含量水平普遍较低，一般都在国家或国际相关法规允许的卫生限量标准范围内[10，21，24-26]，如GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》对食用菌及其制品的规定铅限量为1.0 mg/kg。而野生食用菌则表现较高的铅含量水平，如Alaimo等[15]采集了意大利南部西西里岛(Sicily)生长的7种牛肝菌科(Boletaceae)野生菌，经测定7个品种的9个样本均表现出很高铅含量水平(9个样本的均值分布为11.60～50.70 mg/kg)；rvay等[27]采集了斯洛伐克天堂国家公园的12种野生食用菌，共计92个样本，经测定有83%的样本干重的菌盖中铅含量高于1.0 mg/kg。尽管Zhu等[9]早在2008年采集并测定了云南省的14种野生食用菌中8种矿质元素的含量，发现铅含量较高，干重中含量为0.67～12.9 mg/kg，有11种的含量高于1.0 mg/kg。但是很多研究者如杨美智子[3]、刑博等[28]、林佶等[29]、Sun等[6]在后期的多样本采集和测定中并没有发现普遍的铅含量高的问题。

表2 食用菌子实体干重中铅含量

续表2 mg/kg

1.2 汞和砷含量

对近几年文献报道的食用菌子实体中汞含量的汇总见表3。食用菌中汞含量普遍较低，汇总的14个食用菌分类中，食用菌干重中的汞含量低于0.5 mg/kg有10种。根据王纪娟等[30]的研究报道，市售常见的人工栽培食用菌平菇、香菇、双孢菇、秀珍菇、杏鲍菇的干重中汞含量均值为0.012～0.017 mg/kg，质量基本安全。徐映如等[31]对上海市虹口区随机抽取的16个品种151份市售食用菌中总汞含量进行测定，平均含量为0.0131 mg/kg，单项污染指数评价表明抽取的食用菌中汞的含量都属于1级产品，安全性很高。采获量较大的一些野生食用牛肝菌也表现出较低的汞含量，如杨美智子[3]对云南省21个地区的野生商品牛肝菌7种矿质元素含量进行研究，采集了28个品种的192个样本，经测定，干重中汞含量高于1 mg/kg只有2个样本。林佶等[29]也抽检了云南省市售8种常见牛肝菌的240个样本，虽然其认为参考GB 2762—2012中规定的0.1 mg/kg抽检样本的汞含量超标率较高，但是8种牛肝菌(30个样本/种)总汞含量平均值为0.14～0.33 mg/kg。

表3 食用菌子实体干重中汞含量

砷是一种类金属元素(metalloid)，广泛存在于自然界，可通过饮食、呼吸和接触进入人体，引发人体的急、慢性中毒症状，对人体健康造成损伤。砷被世界卫生组织和联合国粮农组织列为第二位优先研究的食品污染物。砷和无机砷化合物也是世界卫生组织国际癌症研究机构界定的一类致癌物。从近几年的调研情况可知，市售人工栽培食用菌中砷含量普遍较低，按照相关标准合格率较高，基本能够保证质量安全[24-26，30-31]，见表4。但是从表4可以看出，一些采获量较大的野生食用菌具有很高的砷含量，如美味牛肝菌(B.edulis)、红葱牛肝菌(B.queletiischulz)、印度块菌(T.indicumcookeet)、松口蘑(T.matsutake)、大红菇(R.albida)等。需要进一步研究其食用安全性。

2 食用菌对镉、铅、汞、砷的吸附性能及影响因素

食用菌中重金属元素的含量存在显著差异。研究已明确了食用菌对重金属的生物富集能力与食用菌品种、菌体结构部位相关。同时，食用菌生长状态可作为活的生物体，其对重金属的生物响应和子实体中的一些化合物是食用菌吸附和耐受有毒重金属的影响因素。研究还发现土壤中重金属的迁移能力是影响生物体对土壤中重金属生物吸附的重要影响因素。在有些情况下，环境大气输送和沉积也是食用菌富集某种重金属元素的决定性因素[33]。

表4 食用菌子实体干重中砷含量

续表4 mg/kg

2.1 食用菌品种的影响

评价食用菌对某种元素的富集能力主要参考其生物富集系数(bioconcentration factor，BCF或bioaccumulation factor，BAF)，即某种元素在子实体中的浓度比土壤基质中的浓度。马培等[34]发现灰褐牛肝菌(B.griseus)菌盖和菌柄的干重中镉含量分别为19.00 mg/kg和12.01 mg/kg，生物富集系数为79.17和50.04，而其他4种牛肝菌对镉几乎没有富集能力。Melgar等[8]采集了28种人工栽培和野生食用菌，共计238个样本，其中13个大孢蘑菇(A.macrosporus)样本的干重中菌盖和菌柄中镉含量平均值为52.9 mg/kg和28.3 mg/kg，其BCF值为1 399和741，白林地蘑菇(A.sylvicola)的菌盖和菌柄也表现出很高的镉含量水平，其BCF值分别是701和266，而其他食用菌种类菌盖与菌柄对镉的BCF值为5.24～53.0。Sun等[6]调研了云南省8种227个牛肝菌科野生食用菌样本中的矿质元素，发现34个灰褐牛肝菌(B.griseus)干重样本中镉含量均值为15.14 mg/kg，其BCF值为6.40，而其他7种牛肝菌对镉的BCF为0.18～0.75。段志敏等[32]收集了云南省市售30种野生食用菌，共计171个样本，经测定，松茸菌表现出普遍较高的砷含量，7个样本中砷含量为1.79～4.91 mg/kg，均值为3.15 mg/kg，而其他29种野生菌砷含量均值为0.05～1.19 mg/kg。

2.2 食用菌子实体结构部位的影响

可食蘑菇子实体一般分为菌盖(cap)和菌柄(stipe)两个部分。研究已证实子实体吸收的重金属在菌盖和菌柄中的分布是不同的，表5整理了镉、铅、汞、砷在菌盖和菌柄的分布情况，以同一元素在菌盖中含量与菌柄中含量的比值即Q值，来表征子实体不同部位对4种元素的富集能力。

由表5可以看出，食用菌子实体吸附的镉元素在菌盖和菌柄中的分布规律比较明显，汇总的35个食用菌分类中只有虎皮粘盖牛肝菌(S.pictus)Q值小于1。铅和汞元素在菌盖和菌柄中的分布也呈现一定的规律性，大多数的样本Q值大于1。但是砷元素在菌盖和菌柄中的分布则呈现分散性，表5汇总的9个食用菌分类中Q值大于1的有6个，小于1的也是6个，即同一品种的不同样本其菌盖和菌柄对砷元素可表现出完全不同的吸附能力。如有研究发现美味牛肝菌菌盖中砷含量低于菌柄，也有研究结果表明菌盖中砷含量高于菌柄。

表5 食用菌子实体结构部位对镉、铅、汞、砷富集能力的影响

续表5 mg/kg

2.3 生长环境和土壤基质特性的影响

环境中重金属污染物自身具有较强的扩散能力，可以通过大气输送和沉积、河流和地下水、交通运输等方式迁移，进而扩大其对生物圈的作用范围。杨天伟等[36]研究云南山区野生菌，发现多数牛肝菌菌体中汞含量高于土壤基质中的含量，鉴于此提出山区“汞诱捕效应”，即未污染的山区空气湿润度高、雨水充沛等特点，使得工厂或污染区域空气中的汞可以随着大气循环聚集至山区，进而通过沉积作用吸附至野生菌菌盖。Vinichuk等[40]研究发现采集自挪威森林中的样品，其土壤基质中重金属水平低但真菌菌丝体重金属含量较高，认为气体沉积可以解释此现象。

食用菌子实体对土壤基质中某种元素的生物吸附作用与该元素的迁移能力密切相关。而土壤基质的特性，如土壤pH值、有机质含量、阳离子交换量、黏土粒度、铁、铝、锰的氧化物、碳酸钙及磷含量都决定着土壤重金属的迁移能力。甚至土壤基质中其他元素的种类和形态也会影响重金属从土壤至菌体的迁移性，比如元素间的拮抗效应或协同效应[41]。

如果排除生长环境和土壤基质的作用，我们需要思考的一个问题是：对某种元素表达出很高BCF值的子实体，它是如何从土壤基质中提取并富集这种元素？研究者以“大气沉降”和“诱捕效应”来推测，但是大气沉降同样也会造成土壤中元素的沉积。Zocher等[42]在对褐环乳牛肝菌(S.luteus)研究中，提出就像很多的菌根真菌一样，褐环乳牛肝菌也向环境中分泌3组氧肟酸盐型铁载体(siderophores)用以铁元素的活化和吸收，但是这些铁载体不仅对铁元素具有高亲和性，对于其他的重金属元素也具有很高的亲和性，可能是褐环乳牛肝菌富集土壤基质中一些稀有金属元素的原因。这个问题的提出具有很好的启发性，可能在大型真菌富集重金属元素机制研究上形成新的研究思路。

2.4 食用菌子实体对重金属的生物响应与结合蛋白

无论是人工栽培的食用菌还是野生菌，其在生长过程中，作为活的生物体是如何耐受基质中以及富集到菌体中的有毒重金属的？在这个问题上，研究者提出生物体的生物响应和结合蛋白的论点。

重金属胁迫下生物体抗氧化体系的响应可在一定程度上应对有毒元素造成的体内氧压损伤，王松华等[43]发现在低浓度范围内随着镉处理浓度的增加，柱状田头菇菌丝抗氧化酶系的活力上升，而在高镉浓度处理时，抗氧化酶系受到显著抑制。李金城等[44]研究了不同浓度Cd2+处理对美味牛肝菌菌丝体中过氧化氢酶(catalase，CAT)、 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和过氧化物酶(peroxidase，POD)活性的影响，CAT和SOD活性随Cd2+处理浓度的增加呈现显著的“低促高抑”变化，POD活性被Cd2+显著抑制。

大型真菌对重金属的耐受一方面是真菌细胞壁的胞外结合和沉淀以及细胞生物膜系统的屏障作用。被吸附的有害金属可通过物理阻隔和结合作用沉积在细胞壁外。另一方面许多真菌胞外的黑色素也是一种有效的生物吸附剂[45]，可提高真菌对重金属胁迫的耐受性。研究较多的是菌体的结合蛋白，包括广泛存在于生物体中的金属硫蛋白(metallothioneins，MTs)。植物及微生物中还有一些金属结合小肽，虽也具有MTs的部分特性，但由于与典型的MTs差异较大，则被定义为类金属硫蛋白(MT-like，MTL)。Morselt等[46]在美味牛肝菌中发现MTL增加了菌体对镉、铜和锌等金属元素的耐受性。Collin-Hansen等[47-48]重点研究了几种蕈菌的镉结合蛋白，发现菌体镉结合蛋白在凝胶层析、氨基柱分离及镉螯合树脂方面与MTs有一致的特性，但是半胱氨酸含量较低，并含有芳香族氨基酸。他们进一步对结合蛋白进行研究，并分析了N端氨基酸序列，初步认为是含镉磷蛋白(cadmium-mycophosphatin)。Melgar等[8]针对大孢蘑菇和白林地蘑菇的高镉含量分析指出，其子实体中具有重金属结合作用的蛋白质，如含镉磷蛋白和镉结合蛋白，使得菌体可耐受高镉状态；菌盖中含有植物螯合素(也称为植物螯合肽)，使得菌盖中镉含量高于菌柄。

3 展 望

环境重金属污染因其残毒性时间长、难降解和蓄积性而引起世界各国的广泛关注。大型真菌对环境重金属可表现较强的生物富集作用。

在可食性大型真菌重金属安全问题上，欧盟委员会基于研究讯息，认为即使是良好农业和规范渔业操作也不能使某些水生物种和食用菌中铅、镉和汞的含量继续维持在法规(EC)No 1881/2006附件所规定的水平，因此颁布了新标准(EC)No 629/2008号法规修改甚至取消了其在一些品类的食品中的最大限量标准。但是明确指出生产者应该尽可能降低产品中重金属的含量，保障消费者的健康。

近年来通过选择优良品种、改善生产环境、改革栽培技术等，市售人工栽培食用菌在镉、铅、汞、砷等典型有毒重金属污染上有所控制。但是野生食用菌种类多、生长环境复杂，可控性差。近年来，随着野生食用菌资源的开发、冷链运输的建设和完善，越来越多的人群可以消费到新鲜的或冻藏的野生食用菌及其加工制品，野生食用菌消费量逐年增长。云南省是中国和世界的野生食用菌主产区，政府相关部门和研究者已经就重金属问题给予重点关注，但是相比较于产业的发展还不够完全，需要进一步加强调研和安全性分析。