食用菌对镉、铅生物富集因素研究

◎李鹏程，肖俊江 ,彭亚平

（1.中央储备粮青岛直属库有限公司，山东 青岛 266111；2.新乡白鹭投资集团有限公司，河南 新乡 453011）

食用菌味道鲜美、营养丰富，不仅包含人体需要的矿物质元素，而且囊括大量蛋白分子及活性物质成分，富含蛋白、氨基酸、矿物质、多酚、多糖等有益成分[1-2]，使得菌体具备抗氧化、降低胆固醇、抗肿瘤等多种生物活性功能[3-4]，是自然界珍贵的绿色食材，深受广大美食爱好者的青睐。然而，食用菌体内的重金属对人类有一定危害，如镉、铅元素。食用菌对重金属具有潜在的生物富集作用，可通过食用途径危害人体健康，进而毒害机体器官[5]。伴随着城市工业化发展，环境中镉、铅等污染日益严重，而环境污染物可进一步被植物、食用菌生物富集，大型真菌对土壤环境中的重金属具有较强的生物富集、吸附迁移等作用。镉、铅重金属元素长期蓄积身体内，可造成器官组织或机体严重损伤。

云南省位于我国西南地带，最高海拔可达6 740 m，全境雨水充沛，阳光充足，适合野生食用菌的分化与生长。据资料统计，目前，云南野生食用菌种类为880 余种，其中可食用牛肝菌高达140 多种类，被誉为“野生食用菌王国”。

1 镉、铅物化特性探讨分析

镉在元素周期表位于第五周期IIB 族，主要储藏于铅锌矿石中，其氧化态为+2 价及少量的+1 价，对人体呼吸道、肠道及器官造成毒害作用并易于累积体内。在工业化进程中，冶金、工厂及交通等向地球环境排放镉元素3 万余吨，约4/5 镉元素经气体下沉、降雨等方式进入环境土壤中，通过食物链饮食途径蓄积人体内部；镉不仅对人体心脑血管、生殖系统造成毒害，还危害神经系统、免疫系统及影响骨质疏松，联合国粮食与农业组织已将镉元素列为毒性元素之一，仅次于砷元素。

铅元素位于周期表第六周期IVA 族，主要为+2、+4 价态，可以从铅酸电池、含铅废物堆放等原因迁移至环境中，造成土壤、植物、河流和地下水铅污染。铅中毒不但影响人们的智商水平、骨骼生长，而且降低血红素的产量、抑制血红蛋白的生成，被世界贸易组织列为有毒性元素之一。铅主要来源铅矿石和金属冶炼、铅蓄电池工业等，已经超过周围生态环境自净能力，通过大气循环、生物网和食物链汇集于营养消费顶端。经调研我国27 省份土壤表面铅含量得知，云南省土壤铅元素含量高达381.57 mg/kg，远远高于土壤环境背景值（26.0 mg/kg）。

2 食用菌镉、铅生物富集特性分析

食用菌对重金属镉、铅生物富集的原因主要归结为菌体自身因素和生长环境2 个方面影响。自身因素主要为不同品种、发育时期、不同生长部位及不同成熟度等；环境因素可分为矿山开采、工厂三废及交通道路污染等方面。下面主要从食用菌菌体、生存环境对镉、铅生物富集进行分析。

2.1 食用菌菌体对镉、铅生物富集影响

食用菌不同生长部位对重金属镉、铅具有生物吸附差异性。经统计云南9 种共计290 份牛肝菌的重金属镉、铅含量，牛肝菌菌盖镉含量为0.36～20.89 mg/kg，铅为0.21～4.42 mg/kg，菌柄镉含量为0.07～19.91 mg/kg，铅为0.59～18.48 mg/kg，表明牛肝菌不同部位对重金属具有差异性，进一步分析后，同种牛肝菌不同地区的重金属水平也有区别。在菌体镉、铅的数据调研分析中，91%牛肝菌菌盖镉含量大于菌柄，60%的牛肝菌菌盖铅含量低于菌柄，灰褐牛肝菌菌盖明显富集重金属镉元素，美味牛肝菌次之；铅主要表现在灰疣柄牛肝菌和红疣柄牛肝菌菌柄中，菌体镉、铅含量远超过GB 2762-2017 所限定食用菌铅含量（1.0 mg/kg）、香菇及食用菌镉含量（0.5 mg/kg）。

2.2 环境对食用菌镉、铅生物富集影响

环境因素对食用菌吸附重金属镉、铅具有重要影响，包含土壤环境、大气沉降、工业采矿和交通尾气等因素。在云南省22 株灰褐牛肝菌对重金属镉生物富集实验中发现，菌体镉与土壤总镉含量、总碳、总氮、pH、电导率、总溶解性有机碳和土壤机械组成影响程度高，并进一步量化环境因素对菌体镉的影响。在波兰西里西亚研究野生食用菌实验中，测得食用菌菌体镉含量最高可达84.3 mg/kg，铅最高含量为102.0 mg/kg，表现菌体重金属高生物富集效应，并表明菌体镉主要与基因和环境因素相关，例如土壤pH、有机碳含量、酶活性。实验证明，土壤总有机碳、总氮、总硫和总镁含量与菌体镉含量具有重要相关性。研究食用菌菌体重金属含量及其金属有效态与根际效应相关性，根系分泌物、细胞新陈代谢物质丰富菌体根际微环境营养成分。根系微生物分泌有机物质或生理代谢等活动促使重金属富集与食用菌根际环境，促进食用菌对重金属的吸附。另外，根系分泌的粘胶物质对重金属镉、铅具有络合作用，进一步将重金属镉、铅稳定在根际环境中，促进菌体对重金属的吸收。

3 食用菌镉、铅生物富集因素分析

食用菌对镉、铅生物富集因素分别为被动吸附（即胞外物质与重金属相结合吸附在菌体表面）和主动吸附（即重金属与菌体活性基团相结合迁移至细胞质内与蛋白、多肽等物质相结合）。

3.1 食用菌对重金属被动吸附因素研究

重金属镉、铅元素经外界环境附在菌体表面，菌体细胞壁组织器官将镉、铅阻隔于细胞外部，与细胞壁活性基团相互结合，形成坚韧屏障，是进一步阻止重金属输入细胞内部的重要途径，可有效减轻镉、铅等元素对细胞的毒害。当重金属与菌体细胞壁结合点达到饱和时，重金属离子将通过被动运输方式进入细胞内部，与细胞基质相结合，形成化学结合物，降低重金属活性，减轻重金属对菌体的毒害作用。在生物富集过程中，离子交换模式是被动吸附作用中的关键机制，细胞壁有效成分可截留大量镉元素（最高可达83.2%），仅有少量镉元素迁移至细胞质结构中。

3.2 食用菌对重金属主动吸附因素研究

真菌细胞壁中的黑色素大分子与几丁质、葡聚糖等小分子物质充实细胞壁结构并将重金属镉、铅元素吸附在菌体表面，提升了菌体耐镉、耐铅的能力，重金属进入细胞内部可与蛋白成分相结合。目前，已经发现存在生物体内部的金属与蛋白或肽链相结合的种类有镉磷蛋白、金属硫蛋白、类金属硫蛋白以及植物螯合肽。铜伴侣蛋白（ATX1）具有抗氧化功能，广泛存在微生物体内，并对重金属镉做出响应，增强菌体对重金属的抗性。另外，镉离子可以替代铜离子结合ATX1 蛋白分子，可借助mRNA 干扰技术与基因超表达功能表征MiATX1 与菌体镉抗性的重要相关性。

在菌体镉富集因素研究中，大型真菌的基因转录、基因序列和微生物作用及土壤载体蛋白（铁、锰和锌蛋白）方面值得深入研究。另外，菌体内液泡、细胞核也可作为镉富集分析的重点方向。在Cystoderma carcharias 对重金属镉吸附实验中，讨论金属硫蛋白半胱氨酰硫醇键与重金属镉相关性，采用菌体cDNA表达文库确定转录本，CcMT1（GenBank：MN729625）对镉耐受性极高。借助色谱分析发现，大量CcMT1 与镉的结合物存在菌体内部，判断CcMT1 可以作为菌体重金属镉的储藏配体。

4 结语

食用菌成长周期短，易于分化与生长，除自身富含大量营养成分外，还具备重金属生物吸附特性。关于菌体吸附重金属因素研究实验，除考虑菌体生长环境、部位结构和品种类型外，尤其要关注食用菌基因性状表达属性及土壤载体蛋白方向，为进一步分析食用菌菌体生物富集重金属机理提供参考，同时为环境土壤中重金属污染进行生物修复技术研究提供理论基础。此外，出于食品安全考虑，政府有关部门在重视野生食用菌重金属膳食安全问题的同时，要不断加强食用菌安全管理工作，健全食用菌消费安全长效机制。