羊肚菌菌核及营养型研究现状.pdf

E D I B L EF U N G I食用菌2 0 0 8(2) 羊肚菌菌核及营养型研究现状 * 丁翠崔晋龙刘磊范黎 * * ( 首都师范大学生命科学学院, 北京1 0 0 0 3 7) 摘要珍稀食药用菌羊肚菌的营养生理、 人工栽培一直受到 菌物学学术界、 食用菌工作者和栽培者的关注, 积累了大量的 研究资料。其中引起争议的焦点是羊肚菌的营养方式以及菌核 的形成及其作用。有学者认为羊肚菌菌核的发生是子实体形成 的必要前提, 但在野外采集时很少见到菌核, 实验室研究的菌 株也并非全部产生菌核, 羊肚菌是否形成菌核可能与羊肚菌种 类、 菌株有关。此外, 不同的羊肚菌菌株形成菌核的条件也不尽 相同; 羊肚菌的营养方式一直被认为是腐生型, 但近年来一些 实验结果表明羊肚菌能够形成前菌根或菌根结构, 越来越多的 试验证明羊肚菌可能兼有腐生型和菌根型两种营养方式。 关键词羊肚菌菌核营养方式 文章编号1 0 0 0 - 8 3 5 7(2 0 0 8)0 2 - 0 0 0 1 - 0 3 羊肚菌营养丰富, 风味独特鲜美, 有“ 陆地鱼” 的美称, 欧 美一些发达国家认为它是人体营养的高级补品。羊肚菌还具 有较高的药用价值, 其菌体内含有大量的多糖等成分, 具有较 强的抗肿瘤, 调节免疫功能, 抗疲劳, 抗辐射等作用 1 。目前羊 肚菌还不能像其他食用菌一样进行规模化人工栽培,在国际 市场上一直非常抢手, 价格居高不下。 目前国内外已对羊肚菌 的分类、 分布、 生态和栽培等做了大量的研究, 但对羊肚菌的 菌核在其生活史中的作用及羊肚菌营养型的研究一直没有明 确的答案。 现就这两个方面的研究现状作一综述, 为今后深入 研究提供借鉴。 1羊肚菌菌核的研究概况 形成菌核是羊肚菌的一个重要特征。V o l k a n d L e o n a n d认 为菌核可能是羊肚菌子实体形成必经的重要阶段 2 , 但迄今尚 无定论, 野外观察时很多羊肚菌子实体周围并未见菌核, 目前 也缺乏证明菌核是羊肚菌形成子实体的必要条件的试验证 据。 1 . 1羊肚菌菌核的发生及其特点菌核的出现, 是由于真菌 在发育过程中所产生的一种细胞分化现象, 或称为形态发生, 是菌丝从一种功能转化为另一种功能的表现 3 。 在羊肚菌的生 活史中, 菌核的来源有两个: 一是由初生菌丝发育而成; 二是 由次生菌丝发育而成。这两种来源的菌核的发育也是不一样 的, 虽然都可以继续萌发形成新的次生菌丝, 但只有通过菌丝 融合形成的次生菌丝形成的菌核才有可能发育形成羊肚菌子 实体, 但仍缺乏证据。V o l k 2 认为羊肚菌的菌核虽然像核盘菌 一样, 可以向两个方向发育: 一是形成在形态学上、 细胞学上 与形成菌核前菌丝相似的新的营养菌丝; 二是形成子实体, 但 是羊肚菌的子实体不是来自菌核, 而是来自菌核萌发的菌丝, 且菌核组织没有分化, 因此羊肚菌菌核是假菌核。 目前的研究发现羊肚菌的菌核有以下几种类型。B u s c o t 4 在培养M . e s c u l e n t a同一个子实体的组织分离物时, 发现在培 养基上形成两种类型的菌核,一种形成时间早且簇集分布在 培养皿边缘, 另一种形成晚且分散分布, 称其为E E S( 簇集菌 核) 和L I S( 分散菌核) 。进一步研究发现经1 左右的低温条 件处理后, 只有L I S型菌核能够继续形成菌丝, 这些菌丝可继 续形成E E S。因此作者认为L I S主要起贮存营养和抵御霜寒 的作用, 而E E S可能与形成子实体有关。2 0 0 4年,S t o t t等在研 究羊肚菌与几种细菌的关系时, 也观察到了两种类型的菌核, 分别称为S T 1和S T 2。S T 1在培养基表面形成且聚集在接种 块周围,S T 2在培养基内形成, 分散分布。笔者在培养羊肚菌 的菌丝体时,观察到培养基表面形成的菌核可分散或聚集分 布, 且分散分布的菌核体积明显大于聚集的菌核, 在培养基内 部形成的菌核多分散分布且个体较小。上述多样化结果的出 现可能与不同羊肚菌菌株、 不同的研究手段等有关。显然, 对 菌核的形态发生应作系统的研究。 不同种的羊肚菌的菌核形成能力差别较大,有的种或菌 株甚至未发现有菌核形成。据V o l k等研究报道, 在人工合成 培养基上,M . e s c u l e n t a和M . c r a s s i p e s形成的菌核有胡桃大 小, 而M . a n g u t i p e s的菌核却小很多。赵永昌 5 等在实验室条件 下培养5个羊肚菌种即M . e s c u l e n t a,M . c r a s s i p e s,M . a n g u t i p e s, M . c o n i c a和M . d e l i c i o s a。采用的培养基是野外产羊肚菌区土 壤浸出液+ 5 %木薯粉+ 2 %琼脂。结果发现大多数测试菌株约 在1 0 d即可形成菌核, 而M . d e l i c i o s a在3 0 d时仍未见菌核形 成。在其他培养基( 小麦、 燕麦、 胡萝卜汁、 玉米粉等) 上培 养时,M . d e l i c i o s a也不形成菌核。通过对羊肚菌的自然生境 调查研 究 也 发 现 ,M. d e l i c i o s a在 所 有 调 查 地 点 均 未 见 菌 核 ,M . c r a s s i p e s,M . a n g u t i p e s和M . c o n i c a有无菌核的情况均 有, 而M . e s c u l e n t a在所有调查地点都有菌核。作者认为菌核 可能并不是所有羊肚菌种的生活史的必经阶段。笔者在山西 关帝山和云南等地采集羊肚菌时, 也未见菌核, 仅发现有致密 的菌丝组织, 初步推测未见菌核的原因有可能与季节有关, 因 为采集时间主要春夏之季, 气候条件比较适宜菌丝体的生长。 羊肚菌菌核是否是子实体形成的必经阶段还是仅仅作为 抵抗不良环境的结构还有待于进一步研究。 1 . 2影响菌核形成的因素A m i r等对M . e s c u l e n t a的菌核形 成过程进行了研究, 发现在羊肚菌的菌核形成过程中, 菌丝细 胞中的细胞质减少而菌核细胞中的细胞质增加,说明胞质流 动对菌核的形成起着关键作用,进一步研究发现这种胞质流 动是由膨胀压引起的 6 。在分割培养的平板中, 分别为营养丰 富和贫瘠的培养基,发现培养基中的营养成分可改变培养基 的水势能, 从而影响菌核的形成。培养基中加入己糖, 会产生 较高的膨胀压, 从而产生大量的菌核 7 。 刘兴蓉等对羊肚菌的产菌核条件也进行了研究 8 。 通过对 两个菌株在不同温度、 不同大小的培养皿、 不同氮源、 碳源、 微 量元素以及不同浓度的K H2P O4和M g S O4、 不同酸碱度等实验 收稿日期:2 0 0 7 - 0 8 - 3 1 *北京市自然科学基金(5 0 7 2 0 0 6) , 北京市教育委员会(0 0 K J - 0 9 6) 。 * *通讯作者。 1- E D I B L EF U N G I食用菌2 0 0 8(2) 条件下进行室内培养,发现供试菌株A在1 5 2 0 、菌株B 在2 0 2 5 产核最好,9 c m平皿培养时两菌株产核最优; 营 养方面两菌株能利用多种碳、 氮源, 其中以葡萄糖或蔗糖作为 碳源, 以酵母粉或蛋白胨作为氮源最佳; 两菌株对微量元素的 需求不明显;K H2P O4和M g S O4与两菌株的产核密切相关, 尤 其是K H2P O4对菌株产核有较大的促进作用, 且K H2P O4的最 佳浓度为0 . 0 5 %或0 . 1 %,M g S O4则为0 . 0 5 %; 两菌株都在弱酸 性至中性的p H 5 7内产核最多。赵永昌等通过改变光照周期 控制培养箱内的光照条件,发现光照对羊肚菌菌核的形成影 响较大, 避光培养是羊肚菌形成菌核的较理想条件。 通常情况下,真菌的菌核是度过不良环境的一种特殊形 态,但羊肚菌形成菌核的条件却不尽相同。2 0 0 4年,S t o t t和 M o h a m m e d 9 通过对比研究塔斯马尼亚地区、 澳大利亚和美 国、 加拿大及法国等地羊肚菌菌核的形成条件时, 发现: 法国 的羊肚菌M . h o r t e n s i s和M . r i g i d a只能在营养丰富的培养基 上形成菌核,且须预先在贫瘠培养基上培养。这与P h i l i p - p o u s s i s a n d B a l i s 1 0 研究采自希腊的羊肚M . e s c u l e n t a形成菌核 的条件一样。有3株来自塔斯马尼亚的羊肚菌菌株在营养贫 瘠和丰富的培养基上都形成菌核,但分割培养时接种块要置 于贫瘠培养基一侧,这与研究澳大利亚羊肚菌时观察到的现 象相似, 即在贫瘠培养基上预先培养的菌丝, 转接到营养丰富 的培养基上时, 菌核形成能力加强; 一株无论是否在贫瘠培养 基上生长过, 都能在贫瘠和营养丰富培养基上形成菌核; 一株 则无论在什么培养基上, 都不能形成菌核。 羊肚菌菌核形成能 力的差异究竟是因为菌株的差异、菌株本身存在的遗传多样 性还是地域等其他方面的原因, 尚不明确。 近年来, 在研究植物和羊肚菌的关系时, 很多科学家发现 与植物共培养的羊肚菌产生的菌核数量明显增多,菌核大小 明显增大( 见下文) 。笔者也观察到与植物组培苗共培养的羊 肚菌形成的菌核明显增大( 在培养基中纯培养时菌核直径1 2 m m, 共培养时菌核直径6 8 m m) 。对这一现象的解释是: 一 是有可能是植物能为羊肚菌形成菌核提供营养物质;二是有 可能后期培养基中的营养成分耗尽从而促进了菌核的形成。 2羊肚菌的营养型研究 一百多年来, 对羊肚菌的营养方式一直存在争议。起初, 由于野外观察发现羊肚菌的子实体基部与植物的根或根状茎 有密切关系,R o b e r t(1 8 7 8年) 等推测羊肚菌是寄生型真菌或 者是外生菌根菌。后来由于羊肚菌菌丝能在一系列合成培养 基上快速生长,K a u l等(1 9 7 7) 认为羊肚菌是腐生型真菌 1 1 。 此 外, 大量子实体出现在火烧迹地和一些采伐迹地, 更加显示了 羊肚菌是腐生营养类型。但近年来一些科学家相继发现羊肚 菌与植物具有共生关系, 可形成前菌根或菌根结构。 B u s c o t和R o u x(1 9 8 7) ,B e r n i l l o n(1 9 9 1) 等科学家都发现 野外的羊肚菌子实体以根状菌束与植物的栓化根密切相关, 且环绕根形成一个致密的菌丝套。 此结构在夏秋季形成, 并度 过整个冬天,因此推测这种结构可能为来年春天的结实提供 营养 1 2 。B u s c o t(1 9 9 0) 在实验室培养条件下研究发现挪威云杉 P i c e a a b i e s的根和羊肚菌M . r o t u n d a密切相关 1 3 , 羊肚菌菌丝 与整个根系都有联系,且主要的栓化根被羊肚菌菌丝所形成 的菌丝套包裹, 细根则被蓬松的菌丝包围, 且这些细根的根尖 呈外生菌根状。还发现羊肚菌菌丝能侵入到一些由其他担子 菌形成的外生菌根内。1 9 9 2年,B u s c o t又做了进一步研究 1 4 。 通过用培养皿这个培养系统来验证营养物质和生物因素对 M . e s c u l e n t a和挪威云杉P i c e a a b i e s相互关系的影响。结果发 现, 氮、 磷元素的减少, 活性炭,p H, 碳酸钙和温度对任何关系 的建成都没有影响,而预先在贫瘠培养基上生长的羊肚菌菌 丝能围绕云杉的成熟根形成大量菌核,而且当共培养的云杉 已经和紫晶蜡蘑L a c c a r i a a m t h y s t e a形成菌根时, 根周围形成 的菌核会增多, 体积也会增大, 有些菌核的体积可达1 2 c m 3 , 这与在自然界中观察到的菌核大小相当。切片观察发现菌丝 只能侵入到根的最外层,且只有短期生活的根表皮层和下皮 层被侵入, 临近的活细胞内和活组织内未见菌丝侵入。 由此不 难看出羊肚菌属于腐生型真菌。 但同时, 当将羊肚菌子实体组 织分离时分离到的一种细菌与羊肚菌菌丝体、挪威云杉共培 养时, 发现羊肚菌与挪威云杉形成了前菌根结构, 其特点是植 物根为球根状, 表面没有根毛, 易老化断成碎片; 菌丝侵入到 细胞间, 但没形成完整的哈蒂氏网, 这种结构易老化坏死, 为 根组织提供营养。 笔者将植物组培苗与羊肚菌共培养, 经石蜡 切片观察到菌丝侵入到皮层细胞, 没有形成菌套和哈蒂氏网, 仅处于一种前菌根的状态, 这与B u s c o t的实验结果相似。 为了验证羊肚菌和植物形成菌根结构的普遍性,美国科 学家D a h l s t r o m等(2 0 0 0年) 在实验室条件下, 通过共培养研 究羊肚菌M . e s c u l e n t a、 高羊肚菌M . e l a t a与松科的西方落叶松 L a r i x o c c i d e n t a l i s、 小杆松P i n u s c o n t o r t a、 美国黄松P i n u s p o n - d e r o s a、花旗松P s e u d o t s u g a m e n z i e s i i和浆果鹃A r b u t u s m e n - z i e s i i的相互关系 1 5 。在没有添加伴生细菌的情况下, 羊肚菌 能与前4种植物形成典型的外生菌根,具有完整的哈蒂氏网 和菌套,但与浆果鹃A r b u t u s m e n z i e s i i形成的外生菌根缺乏 完整的菌套和哈蒂氏网。切片观察到菌丝普遍能侵入到所有 供试植物的第1、 第2层皮层细胞的内部, 有的甚至能侵入到 第3层皮层细胞内。 2 0 0 1年,H o b b i e等用稳定同位素分析技术来研究羊肚菌 等大型真菌的营养型 1 6 。采用的同位素为 1 5 N和 1 3 C, 对真菌的 子实体和植物叶片、地表落叶层、土壤及朽木进行同位素比 较, 发现 1 3 C比 1 5 N更加可靠, 当 1 3 C - 2 4 , 真菌为菌根菌, 反之,则为腐生菌。以此标准发现羊肚菌中有的种属于菌根 菌, 有的种( 例M . e l a t a) 是腐生菌。 2 0 0 4年, 美国科学家M i l l e r等申请了羊肚菌人工种植的 专利, 其培养方法的一个显著特点就是植物的参与。 作者称在 羊肚菌菌丝生长阶段必须与植物相互作用,才能形成羊肚菌 子实体。羊肚菌生活史中有腐生和共生 ( 确切说是菌根营养 型) 两个阶段, 且在共生阶段, 羊肚菌菌丝能促进植物的生 长 1 7 。文章称与羊肚菌形成菌根的植物很多, 包括榆树、 桃树、 松树、 苹果树等, 但未一一证实。 我国云南省民间盛传仿野生栽 培羊肚菌成功,其栽培方法是在自然林地环境下,采用白杨树 椴木, 其上覆盖枯枝落叶作为培养基质, 在椴木上接种、 保湿即 可获得羊肚菌子实体, 这一栽培方法尚须研究和进一步证实。 有报道称美国D N P(D i v e r s i f i e d N a t u r a l P r o d u c t s I n c .) 公司 在室内条件下, 采用木屑和发酵的树叶为原料成功栽培出羊肚 菌子实体并申请了专利( 见h t t p : / / s p e c i a l . n e w s r o o m . m s u . e d u / d n p / m u s h r o o m s . h t m l) , 但未查到其申请的专利, 也未见规模化栽培。 2- E D I B L EF U N G I食用菌2 0 0 8(2) 收稿日期:2 0 0 8 - 0 1 - 0 8 虽然在人工实验条件下,发现羊肚菌与植物的菌根关系 比较普遍,但自然生存条件下的羊肚菌和植物存在什么样的 关系仍缺乏充分的证据。初步推断羊肚菌人工培养难的特点 与其营养型的多样化有关。加强这方面的研究能为羊肚菌的 人工栽培提供更多理论依据。 3展望 近年来, 国内对羊肚菌的研究有多篇报道, 主要集中于资源 的考察, 菌种分离, 菌丝培养特性研究等较基础的工作以及药 用价值方面的研究, 关于羊肚菌的生态、 营养生理、 生活史等方 面的研究还远远不够。生理学中关于营养需求的矛盾是明显 的, 其结实过程和机制至今尚不明了。国外在这些方面的研究 比较多, 但也一直存在各种争议。虽然普遍认为菌核是羊肚菌 子实体产生的重要阶段, 但一直缺乏证据, 另外不同类型的菌 核对子实体产生是否有同样的作用以及它们的形成和发育对 人工驯化栽培有多大影响, 也有待于进一步实验研究。羊肚菌 的营养型到底是腐生、 共生还是二者兼有, 植物和细菌在羊肚 菌生活史中究竟扮演什么样的角色, 都有待于进一步的研究。 参考文献 1 孙晓明, 张卫明, 吴素玲, 等.羊肚菌抗疲劳作用研究 J .中国野 生植物资源,2 0(1) :1 7 - 1 8 . 2 T h o m a sJ . V o l k,T h o m a sJ . L e n a r d .C y t o l o g yo ft h eL i f e c y c l eo f M o r c h e l l a,M o r c h e l l a,M y c o l . R e s . , 1 9 9 0,9 4(3): 3 9 9 - 4 0 6 . 3 刘士旺, 梁宗琦, 刘爱英, 等.羊肚菌生活史中重要的组成部 分菌核 J .贵州农业科学,1 9 9 7,2 5(2)5 5 - 5 9 . 4 B u s c o t,F . . M y c o l o g i c a l d i f f e r e n t i a t i o no f“M o r c h e l l ae s c u l e n t a”i n p u r e c u l t u r e J . M y c o l . R e s,9 7(2) :1 3 6 - 1 4 0 .(1 9 9 3). 5 赵永昌, 王 芳, 吴毅歆, 等.羊肚菌菌核形成的研究 J .中国食用 菌,1 9 9 8(1) :5 - 7 . 6 A m i r R . D a n L e v a n o n,Y i t z h a k H a d a r . F a c t o r s a f f e c t i n g t r a n s l o c a t i o n a n ds e l e r o t i a l f o r m a t i o ni nM o r c h e l l a e s c u l e n t a E x p e r i m e n t a l m y - c o l o g y 1 9,6 1 - 7 0(1 9 9 5). 7 A m i r R,E r n s t S t e u d l e,D a nL e v a n o n . T u g o r c h a n g e s i nM o r c h e l l a e s c u l e n t ad u r i n gT r a n s l o c a t i o na n ds c l e r o t i a l f o r m a t i o n , E x p e r i - m e n t a l m y c o l o g y 1 9,1 2 9 - 1 3 6(1 9 9 5). 8 刘兴蓉, 陈芳草, 谭方河, 等.羊肚菌产核条件研究 J .四川林业 科技,2 0 0 4(3)4 3 - 4 7 . 9 S t o t t K . , M o h a m m e dC . S p e c i a l t yM u s h r o o mP r o d u c t i o nS y s t e m s : M a i t a k e a n dM o r e l s . 2 0 0 4R u r a l I n d u s t r i e s R e s e a r c ha n dD e v e l - o p m e n t C o r p o r a t i o n . 1 0 P h i l i p p o u s s i s A . , B a l i s , C . . S t u d i e s o nt h e m o r p h o g e n e s i s o f s c l e - r o t i a a n d s u b t e r r a n e a n m y c e l i a ln e t w o r k o fa s c o c a r p s i n “M o r c h e l l a”s p e c i e s .S c i e n c ea n dC u l t i v a t i o no fE d i b l eF u n g i . 1 9 9 5 , V o l . 1 4 , 8 4 7 - 8 5 5 . 1 1 K a u l,T . N . P h y s i o l o g i c a l s t u d i e so nM o r c h e l l as p e c i e s ; 2 n i t r o g e n u t i l i z a i o n . M u s h r o o m s J o u r n a l 5 8,3 2 8 - 3 3 2 . 1 2 B u s c o t . F .,R o u x . J .A s s o c i a t i o nb e t w e e nl i v i n g r o o t s a n da s c o c a r p s o fM o r c h e l l a R o t u n d a(P e r s .)B o u d i e r . T r a n s a c t i o n s o f t h e B r i t i s h M y c o l o g i c a l S o c i e t y 8 9,2 4 9 - 2 5 2 . 1 3 B u s c o t F .,I . K o t t k e . T h ea s s o c i a t i o no f M o r c h e l l a . r o t u n d a(P e r s .) B o u d i e r w i t h r o o t s o f P i c e a a b i e s(L .)K a r s t . N e wP h y t o l .(1 9 9 0) , 1 1 6,4 2 5 - 4 3 0 . 1 4 F . B u s c o t S y t h e s i s o f t w o t y p e s o f a s s o c i a t i o n b e t w e e n M o r c h e l l a e s - c u l e n t a a n d P i c e a a b i e s u n d e r c o n t r o l l e d c u l t u r e c o n d i t i o n . J . P l a n t P b y s i o l . V o l . 1 4 1 . p p . 1 2 1 7(1 9 9 2). 1 5 D a h l s t r o mJ . L,J . E . S m i t h . We b e r . N . S . . M y c o r r h i z a - l i k ei n t e r a c t i o n b y M o r c h e l l a w i t h s p e c i e s o f t h e P i n a c e a e i n p u r e c u l t u r e s y n t h e - s i s . M y c o r r h i z a, (2 0 0 0)9:2 7 9 - 2 8 5 . 1 6 H o b b i e E . A . , N . S . We b e r , J . M . T r a p p e, “M y c o r r h i z a l v s s a p r o t r o p h i c s t a t u so ff u n g i:t h ei