羊肚菌生物学特性及生物活性研究进展

张建军，贾乐，李广贤，周学标，朱其松，李景岭

（1.山东农业大学生命科学学院，山东 泰安 271018；2.山东省农业科学院湿地农业与生态研究所，山东 济南 250100）

生产中的羊肚菌（Morchellaspp.）是指目前能够进行人工栽培的一类蕈菌，分类学上隶属于子囊菌亚门（Asomycota）盘菌纲（Pezizomycetes）盘菌目（Pezizales）羊肚菌科（Morchellaceae）羊肚菌属（Morchella），最初由Dillenius建立，由Persoon和Fries等人修改验证后沿用至今，是子囊菌中著名美味的食用蕈菌。该菌外观特殊，形似蜂巢，又状似羊肚，故而得名羊肚菌［1］。野生羊肚菌极为珍贵，市场上价格高昂，但因其药食两用的保健特性，被人们争相购买。我国从21世纪初开始探索羊肚菌栽培技术，发现添加外援营养袋可提高并能稳定羊肚菌产量，由此逐渐形成了一定规模化的栽培模式［2］。羊肚菌的食用历史由来已久，《本草纲目》等著作均有记载。本文依据查阅的相关文献资料，综述羊肚菌的生物学特性、营养成分、生物功能，分析亟待解决的问题，以期为羊肚菌的人工栽培、生物活性成分的挖掘与开发等提供参考。

1 生物学特性

羊肚菌的生物学阶段包括菌丝体、子实体和孢子三个阶段。其菌丝单细胞多核，有分隔，无锁状联合现象，初期白色、中期黄褐色、后期黑褐色，可产生“假菌核”保护菌丝免受不良条件的影响。菌丝体可分为基内菌丝和气生菌丝。气生菌丝的顶端开始分枝并逐渐变细，表明羊肚菌的菌丝易老化，生产中要特别注意［3，4］。子实体富有弹性，菌盖蜂窝状，圆锥或卵圆形，无菌褶，也无明显伞状结构。有报道称其蜂巢外形结构实则是菌褶特异化的表现形式。菌盖颜色为黑色、褐色或黄色。菌柄柱形，与菌盖紧密连接，内部空心［5］。

图1为重庆（左）和山东（右）地区拍摄的羊肚菌照片。子实体按照发育程度，由外及内可分为表面稍膨大细胞层、中央菌髓层和内部变形细胞层，这些分层的认识对进行组织分离育种特别重要［6］。

图1 采自不同地区的羊肚菌子实体（左：重庆；右：山东）

羊肚菌的孢子比一般蕈菌要大，属于单核细胞，容易发生核的分裂，因此孢子萌发形成的菌丝一般为多核体。并且羊肚菌在生长过程中，易形成无性繁殖体（分生孢子）。与单孢子培养相比，杂交培养的分生孢子梗发育更早，产生的分生孢子数量更多，其机制可能取决于遗传背景、发育阶段和环境条件。这对了解羊肚菌的生态学和生物学具有重要意义，为羊肚菌的生命周期和人工栽培提供新的有用线索［7］。

1.1 羊肚菌与栽培环境

目前可栽培的羊肚菌品种均属于低温腐生型蕈菌，在我国自然分布较广，颜色多属于黑色羊肚菌类群。羊肚菌生长状况及产量与所处的栽培环境密切相关。

1.1.1 温度 羊肚菌菌丝在2～30℃均可正常生长，最适温度为17～22℃，过高过低均不利于菌丝生长，温度过高时菌丝生长虽快，但菌丝稀疏且易老化，且不利于后期子实体的生长。一般生产中，环境温度15～18℃、土壤温度6～9℃即可促使菌丝组织分化形成原基。另外也有文献报道，菌丝生长初期，如果给予少量的低温刺激，对后期子实体的产生是有利的［8］。

1.1.2 湿度 羊肚菌在不同生长阶段对湿度的要求不同，菌丝发育期间要求培养料湿度保持在60%～65%，即生产上常以指缝刚有水滴流出但不滴下为宜。湿度过低会减缓菌丝的生长，不易形成原基；湿度过高会抑制菌丝呼吸，易被杂菌污染。子实体生长阶段要求空气湿度达到80%～90%，低于70%会使子实体表面变硬，菌盖容易发生龟裂；高于95%时子囊果表面滞留水滴滋生细菌，发生细菌性病斑［9］。

1.1.3 光照 一定量的散射光对羊肚菌菌丝生长以及子囊果发育均有益，但较强的光照会给菌丝生长及子实体的发育造成不良影响。王永元等［10］研究表明，一定条件下随着光照强度的增加，菌丝颜色逐渐加深，菌核数量也有所增加。因此可以得出，微光条件适合羊肚菌菌丝生长，光暗交替对羊肚菌丝的生长也有一定益处。

1.1.4 pH值 酸碱度对羊肚菌菌丝形态、菌核形成及子实体发育都有重要影响。车进等［11］研究了羊肚菌在不同pH条件下长满培养皿所需要的天数，表明有3株待测菌株在pH值7.0时菌丝生长最快，5天即可长满整个培养皿。张松等［12］研究表明，pH值为6.0时菌丝生物量最大，但随着pH值上升或下降，菌丝生物量都会逐渐减小。

综上所述，羊肚菌的生长需要合适的温度、湿度、光照和pH条件，种植户在栽培羊肚菌时需要充分考虑当地的气候条件，因地施种。

1.2 羊肚菌与栽培营养

作为一种土壤腐生性真菌，羊肚菌需要外界提供可以利用的有机碳源和有机氮源，但羊肚菌对其不能直接利用，必须生理上分泌一些胞外酶，将其降解成小分子营养物质后才能被利用。

1.2.1 有机碳源 羊肚菌所需的碳源主要来自于土壤有机质和各种有机化合物，培养料中人工添加的木屑、草粉、有机肥等对羊肚菌有一定的增产作用，但添加过量有可能导致减产。很多学者就羊肚菌在不同碳源上的生长情况进行过大量研究，结果显示，不同的羊肚菌品种在不同地域条件下栽培时，其所需的最适碳源也不尽相同。李青等［13］研究了不同碳源对羊肚菌菌丝生长的影响，表明碳源为可溶性淀粉、甘露醇和果糖条件下，菌丝萌发速度较快。车进等［11］研究了羊肚菌菌丝在不同碳源下长满培养皿所需要的天数，表明它在葡萄糖和蔗糖为碳源的培养料上生长最快。Cai等［14］研究了不同羊肚菌在葡萄糖、稻草、锯末、麦粒和等比例混合栽培的后三种植物基质上的生长特性和胞外酶活性，表明M.importuna（梯棱羊肚菌）可以在所有配方培养基上生长，但菌丝生长速率、生物量和菌核产量有显著差异，最适宜的培养基是小麦和含小麦的培养基，其次是葡萄糖，最不适宜的是稻草和木屑。对CMCase、木质素酶、淀粉酶、pNPCase和pNPGase等分泌蛋白进行功能分类和无标记比较分析发现，其主要成分是碳水化合物活性酶（CAZYme）蛋白，其次是蛋白酶、肽酶和其它蛋白，推断M.importuna木质纤维素降解能力较弱，但具有良好的淀粉分解能力。

1.2.2 有机氮源 氮源维持着羊肚菌生长发育过程中核酸和蛋白质的生物合成，非靶向代谢组学证明，M.sextelata生长过程中，其氨基酸含量和种类是不断变化的；对差异代谢物及代谢途径进行分析，主要涉及嘧啶代谢、维生素B6代谢、精氨酸生物合成、赖氨酸生物合成和赖氨酸降解等途径［15］。并且，由于栽培品种及培养条件的不同，与碳源研究类似，不同学者的研究结果差异较大。李青等［13］报道，硝酸盐类氮源易被羊肚菌利用，且菌丝长势好、密度大、均匀度好。张松等［12］发现，以蛋白胨为氮源的培养料最适合羊肚菌菌丝干物质量的积累。Taskin等［16］比较了鸡毛水解物（CFP）和两种商品蛋白胨对食用菌生物量和胞外多糖生产的支持能力。CFP作为氮源时可获得较高的生物量（15.9 g/L）和EPS（4.6 g/L）浓度，在统计学上与蛋白胨培养基接近，表明CFP作为一种新型有效氮源可以用于羊肚菌栽培。

综上可见，不同羊肚菌菌株生长所需的营养差别较大，栽培时应根据所选菌株的不同来选择最适的碳源和氮源进行培养基制作。

1.3 羊肚菌与外援营养袋

除在培养基中添加合适的碳源和氮源外，大田栽培还需要补充大量的营养物质，即在合适的时机摆放外援营养袋。营养袋的使用是羊肚菌种植获得高产和稳产的基础。外援营养袋摆放时要充分考虑养分供给的均匀性和产投效益比。摆放密度过低会引起养分的供给不均匀，造成部分地面不出菇或少出菇；摆放过密则会增加投入成本，降低产投比效益。需注意，摆放最低量应保证每个营养袋可供应周围25 cm的养分需要。营养袋摆放过早或过迟都不利于菌核和子实体的形成，时间上一般以土壤缝隙中的菌丝生长完全并开始向上延伸到地表时摆放较为适宜。营养袋摆放后需要破口，将破口处紧密接触地面，以便与菌丝接触。最后，摆放的营养袋需要适时撤走，其目的是为了切断养分供给，刺激菌核发育成子实体原基。撤除时间也同样影响着羊肚菌的产量，一般在菌核形成后期或少部分子实体形成初期撤走营养袋较为合理。但也有报道称，整个出菌期可以不撤走营养袋［17］。

2 羊肚菌的营养及生物活性

作为食药行业中的新兴明星物种，羊肚菌以其味道鲜美、功效独特且具有较高的食用和药用价值而受到消费者的青睐。《本草纲目》对羊肚菌有这样的描述，称其“无毒、益肠胃、化痰利气、补脑提神”。中医研究证实，羊肚菌归脾、胃经，可用于和胃消食、补肾益气、理气化痰、增强免疫等。现代药理学研究表明，羊肚菌含有蛋白质32.7%、脂肪2.0%、纤维17.6%、灰分9.7%和多糖38.0%，在营养保健等方面有着突出优势［18-20］。因此，羊肚菌在功能性食品研制和医药保健品研发上具有广泛的应用前景。

2.1 营养成分

2.1.1 多糖 天然多糖通常是由十个以上的单糖通过一定类型的糖苷键连接而成的高分子聚合物，具有抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、抗病毒、保肝护肝、增强免疫力等多种药理活性，是食用菌生物活性成分研究的重点。羊肚菌多糖是从羊肚菌子实体、菌丝体或发酵液中提取出的一种复合杂多糖，被证实与羊肚菌独特风味和生物活性密切相关。另外，构成羊肚菌多糖的单糖种类、比例与羊肚菌品种、来源、分离和纯化方法有关。徐娜［21］采用超声、微波和超声-微波协同等不同方法从尖顶羊肚菌粗多糖中分离获得两种中性多糖（NMCP-1和NMCP-2），并证明NMCP-2由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和木糖组成。范三红等［22］同样从羊肚菌中分离获得两个多糖组分，证实两个组分的单糖构成不一样，第一个组分MEP-2是由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖组成，第二个组分由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖组成。张楠等［23］对梯棱4号羊肚菌不同组织部位的多糖进行分析表明，与菌盖中的多糖含量（37.9±1.2 mg/kg）相比，其菌柄中的多糖含量稍低（19.0±0.3 mg/kg），并得出菌柄可以作为经济适用的多糖提取原料。Dong等［24］利用酶解法从羊肚菌子实体中提取纯化获得酶解羊肚菌子实体多糖（Enzyme-assisted MPS，EnMPS），结构表征显示EnMPS是由木糖（xyl）和葡聚糖（gal）为主要单糖组分构成的一种α-和β-构型的杂多糖，分子量为2.41×104Da。He等［25］从M.crassipes深层发酵液中提取获得胞外多糖（EPS），证明它均一摩尔质量为1.961×104g/mol，多分散度为1.838，并证实其抗氧化活性与其分子性质有关。Su等［26］从M.conica中获得一种胞外多糖（MCP），结构显示MCP是一种均一的甘露聚糖，其糖苷键为→6）-α-D-Manp-（1→，可显著调控巨噬细胞一氧化氮的生成，促进脾细胞增殖，可能是一种有效的免疫调节剂。

综上所述，作为羊肚菌中含量最为丰富的活性物质，多糖在未来生物活性的应用方面可发挥重要作用。

2.1.2 蛋白质和氨基酸 蛋白质是构成生命体的主要成分之一，且有研究表明羊肚菌自然特有的特殊香气与多种氨基酸有关。据报道，羊肚菌子实体中蛋白含量约为7.87%～38.11%，受产区、品种、生育期、土壤条件等影响较大。羊肚菌含有人体必需的8种氨基酸，且氨基酸含量明显高于常见食用菌，呈味氨基酸和药用氨基酸含量较为丰富，且鲜味氨基酸（谷氨酸与天门冬氨酸）占比高，是十分好的氨基酸来源［27-30］。张航等［31］分析云南新鲜羊肚菌子实体氨基酸含量后得出，其必需氨基酸占总氨基酸的35.8%～38.0%，其中谷氨酸和天冬氨酸等呈味氨基酸含量最高。张楠等［23］证实，梯棱羊肚菌4号菌柄中所含氨基酸种类齐全，总氨基酸含量达到219.6 mg/kg，高于香菇、鸡腿菇、金针菇等常见的食用菌；另外药效氨基酸比例高于60.53%，必需氨基酸占氨基酸总量的40%以上，必需氨基酸/非必需氨基酸比值高于0.6，均符合理想蛋白质的条件，说明羊肚菌中的蛋白质属于优质蛋白，可作为补充蛋白质的良好材料。张强等［32］研究表明，液体发酵获得的羊肚菌菌丝体，其必需氨基酸占氨基酸总量的38.09%，且菌丝体蛋白具有较好的清除自由基能力，有较大的保健品开发潜力。除此之外，一些稀有氨基酸和酶类也不断从羊肚菌中分离获得，蛋白质种类在不断扩大［33］。另外，羊肚菌在生长过程中需要不断地分泌胞外酶，用于有机物质的降解。Kanwal等［34］发现，羊肚菌在其生活史中，能够产生多种木质素水解酶（漆酶、木质素过氧化物和锰依赖过氧化物酶等），并且证明漆酶在菌核形成和成熟过程中浓度较高，纤维素酶活性在菌核形成和成熟过程中较为恒定，这揭示漆酶可能在羊肚菌菌核形成过程中起重要作用。

2.1.3 脂肪和脂肪酸 脂肪酸是构成机体大分子物质的重要组成成分，又可分为饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸两大类。不饱和脂肪酸家族中，尤其是多不饱和脂肪酸是人体不能自我合成的必需脂肪酸，必须依赖食物供应。羊肚菌特殊鲜味的来源，除了上述呈味氨基酸之外，还包括多种脂肪酸类化合物。羊肚菌脂肪酸含量在不同品种和不同生长阶段有所差异，菌核组织中含量最高，约为19%，菌丝和子实体中多在2.18%～12.03%之间［35］。脂肪酸组成上，不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的70%左右，其中油酸含量占比为5.04%～28.3%，亚油酸含量占比为34.75%～72.8%，均属于优质脂肪酸［1］。张楠等［23］在梯棱羊肚菌4号菌柄中检测出17种脂肪酸，其中多不饱和脂肪酸占其总脂肪酸的比例为79.19%，亚油酸占总脂肪酸的78.64%，远高于鸡油菌和黑木耳等。另外，熊丙全等［27］同样证实羊肚菌含有9种脂肪酸组分，油酸和亚油酸比例高达83.5%，饱和脂肪酸总量仅为14.27%。因此，在膳食中选择脂肪酸，尤其是不饱和脂肪酸，羊肚菌是可以考虑的较好来源。

2.1.4 矿质元素和维生素 维生素和矿质元素是维持身体健康、参与生命代谢活动所必需的一类物质，羊肚菌中富含多种人体必需的矿质元素和维生素，其种类、含量与羊肚菌品种及栽培区域关系密切［1］。熊宏苑等［35］检测采自云南的羊肚菌子实体维生素含量，结果发现，每100 g羊肚菌子实体中维生素B1和B2含量分别为0.0481 mg和0.0557 mg。黄世群等［36］证明，梯棱羊肚菌和六妹羊肚菌富含铁、锰、锌、铜、硒等微量元素，说明羊肚菌在缺铁性贫血及高血压的预防和治疗上有较好效果。

2.2 生物功能

2.2.1 抗氧化和抗衰老 人体内存在着氧化和抗氧化平衡，自由基的含量也会维持在一定水平，但随着年龄增长或外界环境因素刺激，体内自由基水平会出现异常升高，过多的自由基可诱导机体内环境紊乱，加速机体衰老，诱发多种疾病（阿尔茨海默病、帕金森病等）。关于羊肚菌在抗衰老和抗氧化方面的研究，国内外学者做了大量工作。Zhang等［37］研究表明，羊肚菌蛋白水解物和糖基化衍生物在体外能增加细胞的抗氧化能力，并通过激活Nrf2介导的信号通路转化翻译下游的抗氧化产物，抑制过氧化氢诱导的细胞凋亡。Meng等［38］分离获得了羊肚菌液体发酵后的胞外多糖（EPS），表明EPS具有较强的自由基清除能力，能够减弱心、肝、脾、肾等组织的氧化应激水平，具有一定的生物活性。Tang等［39］对已经得到的羊肚菌多糖进行乙酰化修饰，结果发现修饰可提高多糖的抗氧化能力。Badshah等［40］对巴基斯坦北部的一种羊肚菌（M.esculenta）多糖进行抗氧化实验，表明羊肚菌多糖具有一定的清除自由基活性，以及良好的乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）抑制活性，推测其对阿尔茨海默病和帕金森病的治疗有价值。除多糖外，羊肚菌的其它营养成分也表现出较好的抗氧化能力。例如，范三红等［41］研究发现，提取获得的羊肚菌清蛋白具有清除1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH·）自由基和羟自由基（·OH）活性的能力，且与清蛋白浓度呈正相关。

综上得出，经常食用羊肚菌可以提供良好的营养，有助于提高老年人的认知能力和记忆力，降低自由基诱导的多种疾病风险。

2.2.2 抗癌症和抗肿瘤 羊肚菌多糖可通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞生长或直接杀死肿瘤细胞的方式发挥抗癌症和抗肿瘤的作用，但对正常细胞没有毒害，因此羊肚菌可被广泛应用于抗肿瘤药物的筛选。卢可可等［42］研究体外细胞培养模型下羊肚菌多酚对癌细胞的影响，表明褐赭色羊肚菌的多酚体外可较好地抑制人肝癌细胞（HepG2）的增殖。Hu等［43］从羊肚菌（M.esculenta）发酵液中分离得到一种新的多糖MEP-Ⅱ，其在150～600μg/mL浓度下可导致HepG2出现细胞表面磷脂酰丝氨酸残基外化、核碎裂、染色质凝结和细胞质收缩等典型凋亡特征，并发生活性氧爆发和线粒体膜电位崩溃，表明MEP-Ⅱ是一种潜在的抗肿瘤药物，可通过产生ROS诱导HepG2细胞凋亡。郑少杰等［44］通过体外模拟胃肠消化发现，经胃液处理1 h后，黑脉羊肚菌对人结肠癌细胞（Caco-2）的抑制率达到96%。Cai等［45］针对羊肚菌多糖能否抑制肿瘤细胞生长进行了研究，表明分离获得的FMP-1可以减少细胞中黑色素含量和降低酪氨酸酶活性，从机制上可以得出多糖能够抑制瘤细胞的生长。Lee等［46］证实羊肚菌子实体多糖对人肺癌细胞表现出较强的细胞毒性，其IC50值为156.9～278.0 mol/L。

以上文献证明，羊肚菌及其营养成分在抗癌和抗肿瘤上具有较好的活性，在临床抗癌和抗肿瘤药物的研发和推广上具有一定的应用价值。

2.2.3 器官保护作用 羊肚菌多糖及其它提取物具有降糖、降压、降脂等功效，因此对人体多个器官具有重要的保护意义。张靖［47］研究发现，牛肝菌和羊肚菌的复合提取物能够抑制酒精中毒小鼠肝脏的脂质过氧化，达到保护肝脏的效果。董雨菡［48］研究发现，酶提羊肚菌多糖能够显著抑制高血脂小鼠中甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDl-C）等指标变化，改善高血脂小鼠的氧化应激损伤，证明羊肚菌多糖具有一定的肾脏保护功能。Meng等［49］研究表明，羊肚菌提取物可以通过调节抗氧化和抗炎症相关信号通路来减轻小鼠急性酒精损伤。针对CCl4诱导慢性肝毒性的保护作用，Nitha等［50］从M.esculenta菌丝中提取多糖，通过测定肝功能指标酶的活性和肝脏的抗氧化状态以及肝组织的病理学观察来评价肝保护作用，表明多糖提取物能恢复因CCl4而耗尽的肝脏抗氧化水平，这一发现提示羊肚菌作为一种新的肝保护剂具有潜在的治疗作用。Wang等［51］研究了分子量为1.69×105Da的羊肚菌多糖（MCP）对动脉粥样硬化发展的影响，结果显示，MCP处理饲喂高脂饲料的LDLR-/-小鼠15周后，血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平均明显降低，能够激活AMPKα信号通路，抑制SREBP2的表达，降低胆固醇合成，从而抑制动脉粥样硬化和脂肪生成。

因此，在器官保护方面，羊肚菌及其提取物可发挥重要作用。

2.2.4 抗炎症和增强免疫力 生理条件下的免疫是指生物体识别和破坏有害外来物质的反应性，这些有害物质包括但不限于病原体、污染物和自由基等。有报道称，巨噬细胞是对有害物质进行免疫反应的重要效应细胞，或在免疫调节过程中作为对抗炎症的效应细胞，入侵物可以被巨噬细胞的吞噬功能杀死［52，53］。多项研究表明，羊肚菌多糖可以通过与巨噬细胞结合，激活不同的信号转导途径，从而诱导免疫应答。Wen等［54］从羊肚菌（Morchella importuna）子实体中分离获得两种多糖组分（MIPB50-W和MIPB50-S-1），证实这两种多糖在体外均可增强细胞吞噬功能，促进白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α和一氧化氮，诱导Toll样受体2（TLR2）、TLR4以及丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子-κB（NF-κB）通路的激活，表现出较好的抗炎活性。Ramya等［55］证明，在体内，当剂量为500 mg/kg时，羊肚菌生物活性提取物（EAE）抑制了福尔林诱导的足爪水肿，抑制率达53.2%；在体外LPS诱导的RAW 264.7细胞中，100μg/mL浓度下EAE就可以表现出51.8%的COX抑制活性。

因此，我们得出羊肚菌在一定条件下可发挥较好的抗炎作用，增强机体的免疫功能。

3 展望

当前，我国羊肚菌生产的主体依然是农民，栽培品种主要集中在一些腐生类型。如何提高种植户栽培技术和管理水平，使其朝着绿色栽培发展，采取增加羊肚菌栽培品种、驯化一些共生羊肚菌，是当代羊肚菌产业可持续发展的战略性举措。这就需要充分摸清羊肚菌的生物学特性，将下一步工作重点放到稳定当前主栽羊肚菌品种产量和质量的同时，加大对其它具有优秀栽培潜力品种的驯化。另外，当前羊肚菌的销售还是采用“鲜销+干销”模式，其附加值挖掘程度极低。羊肚菌营养丰富、药理活性多样，我们不能局限于羊肚菌的初级加工产品，研究重点应放在深度挖掘羊肚菌在食品、保健和药品等方面的应用潜力，开发具有广阔市场的深加工产品，延长羊肚菌的产业链，提高其附加产值。生理研究上，我们要重点阐明羊肚菌发挥生物活性的作用机制，深入到分子生物学水平进行研究，以期为临床药物研发提供理论依据。同时，因为羊肚菌活性物质结构的多样性，其活性成分及衍生物的研究同样要受到关注。