蛹虫草人工栽培研究进展

杨杰，程红艳，韩晓芳，孟俊龙，常明昌

（1.山西农业大学园艺学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801；3.广灵县食用菌办公室，山西 广灵 037500；4.山西农业大学食品科学与工程学院，山西 太谷 030801；5.山西省食用菌工程技术研究中心，山西 太谷 030801）

蛹虫草（Cordyceps militaris（L.ex Fr.）Link），又名北冬虫夏草、北虫草，是一种珍贵的药食同源大型真菌，其药用功效与冬虫夏草相似，具有滋肺益气、增精益肾、止血化痰、抑制肿瘤、延缓衰老、提高机体免疫力等作用[1-2]。

随着蛹虫草和冬虫夏草用途的日益广泛，其市场需求旺盛，用量越来越大。因为冬虫夏草和野生蛹虫草资源极为有限，人工栽培的蛹虫草产量不高，远不能满足日益增加的市场需求[3-4]，关于蛹虫草人工栽培技术的研究和完善是食用菌界的热点课题之一[5-6]。蛹虫草的人工栽培研究最早源于国外，到20世纪80年代我国才出现研究蛹虫草人工栽培的报道。经过几代虫草工作者们的不懈努力，蛹虫草人工栽培已形成较为成熟的栽培模式。目前，人工栽培蛹虫草的方法主要有蚕蛹培养基栽培和米饭培养基栽培[3，7]。液体培养技术在蛹虫草栽培生产上的应用加速了蛹虫草栽培的产业化进程。

1 蚕蛹培养基栽培蛹虫草的研究

1936年，Shanor报道，用蛹虫草无性阶段的分生孢子成功感染普罗米锡天蛾（Callosamiapromethea Drury）的活蛹，并用潮湿的苔藓（泥炭藓）将其包裹后，获得了具有成熟子囊壳的子座，标志着蚕蛹栽培蛹虫草的成功[8]。古恒生等[9]首次以家蚕和柞蚕为寄主成功获得蛹虫草子实体。蒋本律等[10-11]以桑蚕、蓖麻蚕蛹为寄主栽培蛹虫草成功。苑贵华[12]在柞蚕、桑蚕上培育出了与自然菌形态特征一致的子座。陈顺志等[13]研究表明，子座的色泽与光线强弱有关，并瓶栽蛹虫草获得成功，以此开始了以活蛹为培养基的蛹虫草规模化生产。杨发国等[14-15]系统总结了蚕蛹栽培蛹虫草的季节选择、栽培设施等工艺流程，但栽培周期长、产业化水平低等问题依然严重。

2 米饭培养基栽培蛹虫草的研究

由于寄主培养费时费力，且受季节限制，导致蛹虫草规模化生产难以突飞猛进，所以科研工作者又在探寻更为合理的培养基来栽培蛹虫草。1932年，小林义雄等[16]首次在米饭培养基上成功获得蛹虫草子座，拉开了米饭培养基栽培蛹虫草的序幕。陈国卿[17]在米饭、玉米料、玉米面固体培养基上接种蛹虫草菌，均获得完整的子座。姜明兰等[18]将野生蛹虫草进行组织分离，接种到大米培养基上，获得先端膨大呈棒状的子实体。张显科等[19]用高粱米、小米、玉米渣等代替大米栽培蛹虫草。王栩等得出大米加猪血培养基更适宜虫草菌丝的生长，使产量提高。刘荻等[20]证明了蛹虫草能利用植物蛋白，但仍以动物蛋白为佳。钱康楠等用鸡蛋作培养基成功栽培蛹虫草[21-22]。程红艳等[23]对栽培蛹虫草的母种培养基进行了优化，得出最佳碳源为葡萄糖或蔗糖，最佳氮源为牛肉膏。

薛建娥研究了蛹虫草人工栽培种的分离和复壮。郑贵朝等[24]研究表明，在PDA培养基中添加蛋白胨等附加成分有利于蛹虫草菌丝的生长，其中添加配比为蛋白胨3.00g/L，鸡蛋15.00g/L，KH2PO41.00g/L，MgSO41.00g/L和复合维生素0.04 g/L的培养效果最好。在栽培蛹虫草原料筛选中，仍然以高成本的原料为主，价格适宜、接近产地的原料筛选需要进一步研究。林群英等[25-26]优化了人工栽培蛹虫草的料水比、菌种浓度、接种量以及pH值等栽培因子。冉翠香等[27]认为，温差刺激对子实体原基形成的效果较好，发现蛹虫草人工栽培成功的关键在于诱发子实体原基的形成。刘贵巧等[28]研究了不同培养基对蛹虫草酯酶同工酶的影响。文庭池等[29]研究发现，营养液pH值为5.5～6.0时，子实体的产量最大；营养液pH值为6.5时，虫草素的产量最大。较大的米粒有利于蛹虫草子实体的生长，较小的米粒则利于虫草素的积累。陈艳秋等[30-32]详细报道了人工栽培蛹虫草的高产技术，张飞翔等[33]报道了瓶栽蛹虫草的技术要点，罗向群[34]研究报道了蛹虫草生产过程中的病虫害防治方法。蛹虫草瓶栽技术的运用，提高了人工栽培效率，但随着生产力水平的不断发展，瓶栽技术的弊端，如培养容器小、产量有限、生物学效率不高等逐渐暴露出来。

3 液体培养在蛹虫草人工栽培中的应用

液体培养是指用液体培养基生产菌种或获得菌丝体及其代谢产物的培养方法。根据其所用的培养容器及供氧方式，可分为摇瓶振荡培养、浅盘静止培养、发酵罐深层培养和发酵罐密闭厌气培养等[35]。发酵罐深层培养，亦称发酵罐培养或深层培养，主要设备包括发酵罐和无菌空气供给系统，具有生长周期短、产量高、成本低等优点，是食用菌工厂化生产的必然选择[36]。

据现有文献证实，美国的Humfeld等[37-38]最早对双孢菇进行了深层发酵培养。1953年，美国的Block博士用废柑汁深层培养了野生蘑菇[39]。1958年，Szuecs首次用发酵罐培养出了羊肚菌菌丝，这标志着食用菌产业化发展进入了一个崭新的时期。1975年，山森恒武等用液体培养基培养出了大量的香菇菌丝体，随后，杨庆尧也用液体培养基培养出了香菇菌丝，同时还研究了液体培养基的黏度和菌球的关系[40]。

1950年，Cunningham等最先分离出虫草素，成为世界上将蛹虫草用于深层培养的第一人。Kim等[41]通过摇瓶试验比较了蛹虫草和冬虫夏草的最佳液体发酵条件，认为蛹虫草在40g/L蔗糖、5 g/L玉米浸出粉、起始pH值8.0、温度为30℃时培养，能够得到最大产量。Kim[42]从发酵流体学方向探讨了蛹虫草的液体发酵，并将优化了的条件应用到发酵罐培养上。Mao等[43-44]研究报道，适合的碳源、碳氮比和添加嘌呤类物质有利于液体发酵条件下虫草素产量的提高。

我国在20世纪80年代开始将液体发酵技术应用到虫草上，蛹虫草液体发酵的报道始于20世纪90年代初。李维光等[45]采用液体深层发酵培养出蛹虫草菌丝体。刘少霞等[46]研究发现深层发酵条件下蛹虫草菌丝体的化学组成与自然界中蛹虫草的化学组成接近，并大大缩短了生产周期。邵爱娟等[47]研究得出，蛹虫草在进行菌丝发酵时碳源以蛋白胨为最佳，采用1∶2或1∶3的碳氮比较为合适。李宗军等[48]研究表明，蛹虫草菌丝发酵最佳培养基组成为：5%大米粉、1.5%豆饼粉，1.5%麦芽粉，0.1%KH2PO4，0.05%MgSO4·7H2O。陈晋安等[49]研究得出，蛹虫草发酵的适宜培养基组成为：5.0%蔗糖，3.0%玉米浆，0.5%酵母膏，0.05%MgSO4·7H2O，0.05%KH2PO4。柴建萍等[50]得出玉米粉为最优碳源，蚕蛹粉为最优氮源，MgSO4为最优无机盐。赵明文等[51]研究发现，碳源是影响蛹虫草胞外多糖含量的显著因子。Liu等[52]研究了培养基成分对虫草酸含量的影响。

汪宇等[53]以发酵得率为指标优化培养基成分，初步得到蛹虫草液体培养条件和生长动力学，为蛹虫草液体培养的工业化生产提供了一定的理论依据。刘苗苗等[54]采用响应面分析法，进一步系统地优化了蛹虫草液体培养条件。宋越冬[55]对野生分离的鲁山C0511菌株的液体培养条件进行了摸索研究，并得出其液体培养的最佳条件为：培养时间为96 h、接种量为10%、适宜温度为22～26℃和pH值为5.8。通过正交试验表明，影响蛹虫草菌丝液体培养的主次因素依次为培养温度、培养时间、接种量和pH值。周洪波等[56-57]等采用二次饱和法和D-最优试验设计法，对蛹虫草的摇瓶发酵和小型发酵罐深层培养的培养条件进行了研究。2011年，杨杰等[58]对蛹虫草的中型发酵罐培养条件进行了优化，为发酵罐培养蛹虫草提供了重要参考。

近年来，对蛹虫草液体发酵培养的研究逐步增多，研究结果表明，不同的蛹虫草菌种菌丝培养要求的最佳碳源和氮源不同，对培养基、温度、pH值以及铵离子等因素的要求也有明显差异[59-60]。

4 人工栽培蛹虫草的研究展望

目前，作为冬虫夏草代替品的蛹虫草已被越来越多的人接受，其巨大的市场潜力正在迅速转变为市场需求，并成为蛹虫草产业化发展的主要动力。蛹虫草产业化发展的主要问题是产量低、成本高、工厂化模式生产不成熟等，如何解决这些问题，推动蛹虫草产业化发展，是今后蛹虫草人工栽培研究的主要方向。

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