張樹庭

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蕈菌生物技術的現(xiàn)代觀及其對全球福祉事業(yè)的影響（一）*

張樹庭

（國際蕈菌生物技術服務中心，香港中文大學生物系，香港）

當今人類的福祉面臨著無數(shù)的挑戰(zhàn)：地區(qū)性食物短缺，人類健康質(zhì)量下降，以及生態(tài)環(huán)境日趨惡化。這些問題會隨著世界人口的持續(xù)增長而愈加嚴重。我們迫切需要掌握公平有效的全球性的知識和技術。這三大挑戰(zhàn)，特別是人類健康損害的發(fā)生不僅僅局限于貧困國家或社會的貧困階層。事實上，那些在發(fā)展中國家和發(fā)達國家生活的高學歷富裕家庭也有很多健康問題，如：高血壓、心臟疾病、糖尿病和癌癥等所謂的“富裕病”。這些健康問題的發(fā)生導致了不良的經(jīng)濟后果，提高了消費者和納稅人的生活成本，并使勞動力成為生產(chǎn)力下降的主要因素，不管是人類還是國家都不能忽視這個問題。蕈菌是一種很好的保健食品，其衍生產(chǎn)品是很好的膳食補充劑（滋補藥），對多種疾病有一定療效。蕈菌產(chǎn)業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)一樣，在全球范圍內(nèi)面臨著不斷變化和創(chuàng)新的壓力。隨著世界人口的不斷增加，食用蕈菌消費能力日益提高，給世界蕈菌產(chǎn)業(yè)帶來了極大的挑戰(zhàn)，但同時也為藥用蕈菌進入全球醫(yī)療保健體系創(chuàng)造了新的機遇。因此，需要通過探索野生蕈菌的生物多樣性來不斷發(fā)現(xiàn)新的品種資源，通過遺傳操作和醫(yī)藥制造技術，開發(fā)新的生物功能材料。從事蕈菌行業(yè)的農(nóng)民、生產(chǎn)商、出口商和科研人員等，都要靈活適應不斷變化的全球性環(huán)境，通力合作，以推動世界蕈菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？偟膩碚f，世界蕈菌生產(chǎn)的穩(wěn)步增長主要得益于如中國、印度、波蘭和匈牙利等發(fā)展中國家的貢獻。尤其是中國，近年來食用蕈菌和藥用蕈菌的產(chǎn)量都大幅增加，如2011年的蕈菌產(chǎn)量為2 570萬噸，其中包括了藥用蕈菌，如靈芝屬的110 027噸，占到世界生產(chǎn)總量的85%，做出了很大的貢獻。此外，一些新的蕈菌品種在中國也有栽培和銷售。近35年來，我看到中國的蕈菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展變化，確實是驚人的。我從事蕈菌工作已有50多年，我堅信，蕈菌及其衍生產(chǎn)品對人類健康是大有裨益的。

蕈菌；生物多樣性；生物周期；營養(yǎng)藥；膳食補充劑；生物技術；中國

1 引言

據(jù)最近的估計，地球上有1 500多萬種真核生物，其中真菌的數(shù)量有的說是500萬種[1]，也有認為是500±300萬種[2]，而被廣泛接受的是300多萬[3]。迄今，已被分類學家有效命名的真菌有15萬種左右。根據(jù)筆者和Miles[4]對蕈菌所作的定義，目前已知的蕈菌種類約為15 000種，僅占所估算蕈菌種類的10%。其中大約有2 000種是安全可食的，內(nèi)包括700種具有藥用價值的蕈菌[5]。據(jù)估算，在中國已有300多種藥用蕈菌在民間偏方中被采用。

在過去的30年，生物技術作為一項解決饑餓和疾病問題的新工具，已引起全世界的廣泛關注?！吧锛夹g”這一術語具有廣泛性和多元化特征。它類似于“蘑菇”這個詞，在不同的國家不同人的眼中，代表了不一樣的事物。生物技術可以定義為一個生物學過程，即利用微生物、植物和動物的細胞或是其化學成分，為人類提供商品或服務。事實上，生物技術絕不是一個新的課題，這個詞的使用歷史已經(jīng)超過45年，但是直到最近，該詞才被大量宣傳，其被認為是現(xiàn)在及未來的純科學和應用科學中最具挑戰(zhàn)性的領域之一。現(xiàn)代生物技術已被應用于一些強大的新技術領域，主要包括以下幾個方面：（1）微生物、植物、動物的細胞、組織和器官的培養(yǎng)；（2）原生質(zhì)體融合和細胞雜交；（3）生物工程過程，如固定化生物催化系統(tǒng)；（4）基因工程，如DNA重組、基因操作技術和基因克隆，在這一領域的發(fā)展備受矚目。這些可以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的生物技術，正在被考慮用于制藥、化工、動植物育種，以及食品加工和環(huán)境保護等行業(yè)。根據(jù)上述生物技術的定義，利用木質(zhì)纖維素廢料種植和生產(chǎn)食藥用蕈菌的生物轉(zhuǎn)化過程也是一種生物技術。這里所說的蕈菌生物技術，將意味著基于蕈菌基礎所生產(chǎn)的衍生產(chǎn)品（蕈菌產(chǎn)品）具有增強人體健康的潛在功效。關于蕈菌產(chǎn)品對人類多種疾病具有療效的實踐經(jīng)驗，也有一段相當長的歷史。近年來，掀起了一場蕈菌藥用價值研究的熱潮，蕈菌可作為一種改善生物功能的化合物的新來源，也可用作膳食補充劑和蕈菌營養(yǎng)藥[6]，或滿足其他藥用目的。此外，分子生物學和現(xiàn)代分析技術的應用，為多個世紀以來的經(jīng)驗觀察建立了科學的基礎。

作為增加人類福祉的途徑之一，現(xiàn)在以及未來的藥用蕈菌產(chǎn)品的發(fā)展主要圍繞兩個基本方面。首先，利用野生蕈菌的生物多樣性，研究和開發(fā)新的食、藥用蕈菌資源，通過遺傳操作和醫(yī)藥制造技術，增加和完善蕈菌產(chǎn)品（膳食補充劑）的生物功能特性。其次，蕈菌產(chǎn)品和蕈菌衍生產(chǎn)品是利用生物技術，以具有特定藥用功能的蕈菌的子實體、菌絲體、培養(yǎng)基、孢子和菌核等為原料加工而成的。中國有句古話叫“藥食同源”，這一說法特別適用于蕈菌，其營養(yǎng)價值和藥用滋補屬性早已為公眾所認可。

2 野生蕈菌的生物多樣性

蕈菌的生物多樣性是一門綜合性的生物科學，它對未來蕈菌生物技術的發(fā)展十分重要。生物多樣性所面臨的許多問題是高度復雜的。例如，遺傳學和分類學相互作用形成保護政策，并從多個層面探索和開發(fā)新的食、藥用蕈菌資源。正如引言中所提到的，在約2 000種安全無毒的蕈菌中，有700種左右具有藥用活性。通過鑒定和馴化未知的野生蕈菌，食用和藥用蕈菌種類的數(shù)量不斷增加，如：在中國，1950年已知的食用蕈菌種類大約為50種，至2002年增加到了981種[7]。因此，對純正的野生物種采取種質(zhì)資源保護和進行遺傳改良，至關重要。

3 遺傳學和生長周期

在過去的20年中，分子遺傳學從根本上推動了胚胎發(fā)育和種群生物學的演變和發(fā)展。利用SCAR（特定序列擴增）標記、ITS 序列分析、RAPD（隨機擴增多態(tài)性DNA）指紋圖譜技術對食用和藥用蕈菌的生物學多樣性進行比較研究，極大地提高了蕈菌菌種鑒定和菌株分離的準確性。而蕈菌繁殖方式和生長周期的基礎性知識，對于任何一個蕈菌育種環(huán)節(jié)來說都是非常重要的。

在自然界，蕈菌往往會突然地生長出來，這一屬性使其產(chǎn)生了許多與之相關的神秘現(xiàn)象。實際上，它們的生長周期的主導階段是發(fā)生在地下或其生長的基質(zhì)內(nèi)，肉眼無法看見，或者只在一年中的合適季節(jié)破土而出，產(chǎn)生子實體?？茖W研究已經(jīng)使得蕈菌能在人工控制或半人工控制條件下生長。

了解蕈菌生長周期非常重要。對菌株特性所需的自然選擇是在沒有明確掌握生長周期規(guī)律的情況下發(fā)生的。如雙孢蘑菇，現(xiàn)在則需建立實用的育種協(xié)議，其中須涉及遺傳操作技術和生長周期等知識[8]。一個最基本的前提是，必須知道該物種是同宗配合還是異宗配合。同宗配合，是指由單一的孢子產(chǎn)生菌絲，直至完成子實體生長發(fā)育的整個生命周期的過程；而異宗配合是指單個孢子不能完成有性生殖，需要兩個具有親和性的菌株共同生活在一起，才能完成有性生殖的生長周期，并產(chǎn)生子實體。生長周期、繁殖方式、繁殖機理是繁殖的三個參數(shù)[9]。生長周期決定了連續(xù)發(fā)展過程的先后順序和相對持續(xù)時間，其包含了菌核及形態(tài)學的發(fā)展過程。

根據(jù)不同生長周期，可將蕈菌的繁殖系統(tǒng)分為三類：強制近親繁殖型、遠交繁殖型和自交繁殖型。一般情況下，蕈菌的生長周期具有三個階段。第一階段為孢子傳播階段；第二階段是雙核體/多核體的營養(yǎng)生長階段，此階段持續(xù)時間較長；第三階段包括子實體發(fā)育，有性繁殖和孢子形成，例如香菇，為典型的四極性異宗配合類型[10]。近年來，對一些蕈菌種類的交配位點的結(jié)構和功能的試驗研究，為蕈菌育種的基本原理和實際操作提供了大量有用的理論依據(jù)和技術支持[11~14]。

4 蕈菌產(chǎn)品/蕈菌營養(yǎng)藥/膳食補充劑

我們已經(jīng)清楚地意識到，人類當前生活在一個健康危機的時代，尤其是考慮到生命的頭號殺手艾滋病、癌癥和糖尿??；其可能還會導致其他嚴重的并發(fā)癥，包括心力衰竭、中風、腎病、失明和截肢等。而食用蕈菌及其產(chǎn)品則成為減輕這些疾病患者痛苦的重要選擇。它們正逐漸成為人們飲食的重要組成部分和膳食補充劑[15]。事實上，在許多不同的傳統(tǒng)文明中，許多蕈菌已經(jīng)被廣泛用于維持人體健康，以及預防和治療各種疾病。如圖1所示，蕈菌本身（鮮品或干品）可為健康狀態(tài)的人群提供食物；當人體處于疾病狀態(tài)時，蕈菌的精深加工產(chǎn)品可以用作治療的藥物；而蕈菌的粗提物產(chǎn)品可作為亞健康人群的膳食補充劑；近來的報道稱，膳食補充劑也可用于健康和患病兩類人群[16]。

圖1 蕈菌用途（產(chǎn)業(yè)）的金字塔模型

5 蕈菌產(chǎn)品質(zhì)量

現(xiàn)代分析技術的應用，大量地揭示了蕈菌的各種重要的藥用成分和作用機理。研究得最為廣泛的成分有多糖、多糖-蛋白質(zhì)復合物、三萜類、外源凝集素、核糖體失活蛋白（RIPs）和真菌免疫調(diào)節(jié)蛋白（Fips）。目前已有關于這些成分的一些普通功能，以及藥用蕈菌可作為21世紀營養(yǎng)藥的重要來源的相關報道[17]。但是基于蕈菌開發(fā)的膳食補充劑和營養(yǎng)藥，存在著一個重大的問題，那就是這些產(chǎn)品具有很大的可變性，目前尚缺乏保證產(chǎn)品質(zhì)量所必需的生產(chǎn)和測試標準。雖然已經(jīng)證實了蕈菌的主要活性成分是多糖，尤其是非纖維質(zhì)的β-葡聚糖具有有效的免疫活性，而且在中國和日本，有些產(chǎn)品已在臨床上得到應用[18，19]，但是現(xiàn)在的大多數(shù)商業(yè)產(chǎn)品，其有效的活性成分還未明確。相關數(shù)據(jù)表明，不同真菌的β-葡聚糖具有不同的效用，這可能是由于其與不同受體的結(jié)合力不同而造成的。為了增加和維持消費者對產(chǎn)品的信任度，保護公眾健康，以及滿足當前和未來監(jiān)管部門所設置的產(chǎn)品質(zhì)量和安全標準的要求，建立和完善蕈菌產(chǎn)品標準和化合物的精確識別體系相當重要。尤其是回顧過去的30年在蕈菌科研和生產(chǎn)上取得的進展表明，藥用蕈菌為人類醫(yī)療保健系統(tǒng)方面提供了重要的福祉?，F(xiàn)代醫(yī)藥也許并不能滿足所有的救治需求，而蕈菌產(chǎn)品（營養(yǎng)藥）則可能對緩解和預防人類疾病具有很好的作用?，F(xiàn)在的科學研究需要探明各已知結(jié)構的β-葡聚糖與其受體結(jié)合的表征機制。最后，需要對組成成分進行科學驗證和對蕈菌產(chǎn)品進行質(zhì)量控制，以提高蕈菌產(chǎn)品的宣傳可信度[16]。（待續(xù)）

Modern views on edible and medicinal mushroom biotechnology and impact on global human welfare with special reference to China

Shu Ting (S.T.) Chang

（Centre for International Services to Mushroom Biotechnology, Department of Biology, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, SAR, China）

Today we face myriad of challenges for global human welfare including inadequate regional food supplies, diminishing quality of health, and increasing environmental deterioration. The magnitude of these problems is set to increase as the world’s popula-tion continues to grow.We need urgently to acquire the knowledge and technology required for fair and effective global response. Three challenges, particularly, human health disadvantages are not limited to the poor nations or the poor segments of the society.Even, the high educated, wealthier families in both developing and developed countries live in deed with health problems e.g., high blood pressure, heart diseases, diabetes and cancer in deed the so called “wealthy diseases”. These health disadvantages also have economic consequences. They lead to higher costs for consumers and taxpayers as well as a workforce that is vulnerable to productivity losses. With lives and dollars at stake the people /nations cannot afford to ignore this problem. Mushrooms are a valuable health food and their derivatives are superior dietary supplements (nutriceuticals) which have beneficial effects on a wide range of human ailments. The mushroom industry, like other industries, faces constant change and innovation pressures on a global scale. The challenges are for the world mushroom industry to recognise the increasing edible mushroom consumption capabilities with the increase in world population, and new opportunities such as introducing medicinal mushroom products into the global healthcare system. The industry needs to also continually search for new species through exploring the wild mushroom biodiversity and for new biological functional materials through genetic manipulation and pharmacological manufacture. Mushroom farmers, producers, exporters, researchers etc will need to be flexible and responsive to the changing environment of globalisation, and also work together, so as to be effective participants in the development of world mushroom industry. Overall, world mushroom production has steadily increased due mainly to contributions from developing countries, including China, India, Poland and Hungary. China especially, has witnessed a huge increase in both edible and medicinal mushrooms production, and in 2011 produced 25.7 million tonnes including medicinal mushrooms, e.g.,spp., 110,027 tonnes, and made the largest contribution by accounting for over 85% of total worldwide output.Furthermore, several new species of mushrooms have been recently cultivated and marketed in China. I have seen China’s mushroom industry change from what it was nearly 35 years ago to the present time and it is truly amazing. I have worked with mushrooms for over 50 years, I sincerely believe that mushrooms (mushrooms themselves) and mushroom products (mushroom derivatives) are beneficial to the human health.

mushroom；biodiversity；biological cycle；nutriceuticals；dietary supplements；biotechnology；China

Q81，S646

A

2095-0934（2014）04-181-04

*原文為英文稿，系作者2013年8月在北京召開的第七屆國際藥用菌大會上的主題演講稿，為“中國工程院國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇——藥用蕈菌”收錄的論文之一，征得大會組委會和作者本人同意，由本刊編輯部翻譯并發(fā)表。

作者通訊地址：3 Britton Place, Mckellar, A.C.T, 2617, Australia. E-mail: professorstchang@hotmail.com。