野生虫草生物学特性及应用研究

0野生虫草生物学特性及应用研究冬虫夏草是我国传统的名贵中药材，市场需求量极大，价格昂贵且逐年上升，但无法进行商业化人工栽培，导致野生资源过度采挖，已面临濒危。为寻找合适的冬虫草夏草替代品，必须开发其他虫草资源。本项目以具有高活性成分的野生虫草菌株为研究对象，运用现代生物技术筛选优良菌株，对其进行生物学特性研究，通过优化培养，提高生物转化率，开发具有自主知识产权的食用菌新品种，制定产品质量标准，确立最佳培养技术及安全生产工艺。冬虫夏草（C.sinensis(Berk.)Sacc.）是我国著名的中药材，现代科学研究表明，冬虫夏草具有抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗辐射和提高免疫力等多种功效，并含有多类对人体有益的营养成分，如各种氨基酸、糖醇和多糖等，目前其市场价格已达10万元/公斤，均价也有4万元/公斤，且日益受到人们的喜爱。但至今为止，冬虫夏草还未能规模化人工栽培，日益的市场需求和人们的过度采集，使冬虫夏草的野生资源日益稀缺，几近濒危，价格逐年上升，形成恶性循环。因而寻找新虫草资源，开展人工栽培以替代天然冬虫夏草，减少市场对野生资源的需求，对保护生态与天然冬虫夏草资源有着重要的意义和具有潜在的市场价值。冬虫夏草是隶属于子囊菌门（Ascomycota）、肉座菌目(Hypocreales)、麦角菌科(Clavicipitaceae)、虫草属的成员，至今为止这类虫生真菌已报道的种类达400余种，是一类极具应用价值的药食同源的大型真菌。实验研究表明，这类真菌中，包括北虫草（C.militaris(L.:Fr.)Link.）、古尼虫草（C.gunnii(Berk.)Berk.）等都有类似于冬虫夏草的作用。因此，加强这类真菌的开发研究，或寻找出更具药用价值的种类，更好地满足人们的健康需求，提高生活质量；同时还对虫草资源的可持续开发利用和保护具有重要的意义。我国虫草资源非常丰富，但研发力度仍有待加强。目前已知的400多种虫草，我国已知的种类达140余种中只有北虫草可以进行商业化生产栽培。因此，如何开发利用1野生虫草资源，既是挑战又是机遇。根据我国自然资源开发利用的政策和资源状况，开发新的虫草资源，首要任务必然是人工培养，不仅能使自然资源免遭破坏，还能开发出具自主知识产权的虫草新品种。随着经济的全球化，知识产权受到全所未有的重视，菌种是否具有知识产权将成分制约食用菌产业的关键因素。加快虫草菌种分离和人工驯化，获取具有创新自主知识产权的新品种，才能确保我国在虫草资源开发利用处于领先地位，才能发展和壮大我国的虫草产业。因此，成功分离野生虫草资源和对其生物学特性的研究是重要乃至关键环节，其迫切性已不容忽视。也只有这样，才能丰富虫草食（药）用菌产业的品种，为继续深入开发其应用价值提供足够的生物材料。2、国内外概况：虫草属是一类极具生物活性的大型真菌，无论是药理作用、有效成分还是人工培植等方面均得到了广泛的研究。人工培植的种类也开始趋向多样化，随着市场对冬虫夏草的强烈需求，但其还未能进行大规模的人工培养，自然资源遭到了严重的破坏。因而，为寻找合适的冬虫草夏草替代品，其他虫草的人工培养得到了大力发展。虫草类的人工培植历史相当悠久，但不同种类的栽培技术水平参差不齐。早在1867，DeBary为了证明Tulasne提出的虫花（Isariafarinosa(Dicks.)Fr.）是北虫草无性型的假设，首次进行了北虫草的人工培养试验。1932年，日本的小林和久山首次利用米饭为主的培养基培养出北虫草子座。1986年我国吉林省蚕科研究所以家蚕和柞蚕为寄主培养北虫草，获得与天然北虫草相一致的子座，并开始进行批量生产，开启了我国北虫草人工栽培的新纪元。至今为止，有关虫草的开发利用研究文献极多，但主要是涉及冬虫夏草的研究，其次为北虫草（C.militaris(L.:Fr.)Link.），其它种类的研究文献较少。目前已报道的虫草子实体栽培成功的例子有古尼虫草（C.gunnii(Berk.)Berk.）(刘杰麟等，1990)，布氏虫草(Shimizuetal.，1988)，棒形虫草(CordycepsclavulataEll.etEw)(耶文拉霍娃，1982)，冬虫夏草(沈南英等，1981)以及北虫草，但上述利用分离的菌株栽培出子实体的例子中，多数均处于实验阶段，不能进行大批量的甚至小批量的生产。蛹虫草则不同，可以利用家蚕和柞蚕的活蛹培养出上百公斤大批量蛹虫草子实体，已具有商业应用价值。尽管如此，开发利用2这些虫草资源，进行人工栽培生产不仅是科学家们的梦想，而且也是许多企业家的追求，因为这样不仅能获得更具药用价值的种类，而且可能发现新的药理作用，并由此形成更大的虫草产业，而由此形成的科学理论不仅仅是对保健行业，而且对农业抗虫害的生物防治研究也是具有重要的意义。菌种是食（药）用菌产业的基础，是一种具有知识产权的产品，因此，世界各国的食用菌产业都十分注重菌种的收集和选育。日本作为世界上食用菌产业实力较强的国家，在国际市场上始终保持着较大的竞争力，与其对菌种收集和选育有着很大的关系。随着市场的日益国际化及国际上强化对菌种知识产权的保护，谁拥有具自主知识产权的菌种谁就会在食（药）用菌产业上占有主动的领先优势，谁就是这个产业的领导者。在我国已进入WTO的现在，世界各国特别是日本已经不断地强化了农作物新品种的保护，如不久前对我国香菇产品实行的制裁行动，就缘于此。因此，根据《中华人民共和国种子法》（2000年12月1日实施）等相关法规，我国有必要强化对农业新品种包括食药用菌新品种的研究，强化我国创新的、具有自主知识产权的研究，符合我省更快实现胡锦涛总书记在全国科学技术的发展的全面规划和部署。因此，我国必须把握机遇，加快开发野生虫草资源，形成具有创新自主知识产权的产品，扩大保健食品的市场占有率，巩固和加强我国在虫草产业的国际地位。33、预期应用前景虫草类食用菌是一种健康食品，富含蛋白质、各种氨基酸、维生素和多糖等营养物质而脂肪含量则大大低于肉类，深受消费者的喜爱。不仅具有以上优点，还具有明显的保健药用功能，如抗肿瘤、抗多种病源微生物、保护肝肾及呼吸系统、清除人体自由基、调节免疫系统作用和调节内分泌与抗疲劳作用。冬虫夏草以神奇的功效，使市场价格日益攀升，从1996年的0.5万元/公斤到现在的10万元/公斤；北虫草也达4-5千元/公斤。近年来国内外都开发出多种虫草类产品，投放市场后，同样深受追捧，可见虫草类的市场需求十分强劲。虫草类子实体口感怡人，气味清香，其他形式的产品更各具优点，作为一种功能食品，有广阔的市场前景。1997年，Kondoh等人推出了日本蚁虫草（C.japonensisHara）功能食品（专利号：6603937）、韩国的Imshil虫草研究所将高雄虫草(CordycepstakaomontanaYakushiji&Kumazawa)的无性型细脚拟青霉(Paecilomyces.tenuipes(Peck.)Samson))作为功能食品进行开发。这种趋势还在继续。另外，我国经济实力不断增强，部分地区的收入已达较发达国家水平，消费能力更是大为增加，人们对生活的质量要求也随之提高，注重保健已是必然的选择。因此，加强虫草类的开发将为我国食用菌产业和保健品行业带来无限生机，提高食用菌的市场价值，为开创高产值食用菌产业提供了可能。强劲的市场需求更可能把研究出来的新产品催化成一个新的、高附加值产业。利用野生虫草资源获得具自主知识产权的新菌种，增加产品的多样性和自主性，不仅能为消费者提供更广阔的选择，还可能寻找出更有价值的种类，甚至能发现新的药用功能，开发新药，对医药事业的发展也具有重要意义。虫草产业价值在不断增加，社会经济效益巨大。综观过去虫草类产品的发展历程就不难发现：虫草产品一旦研究成功，必能产生巨大的经济效益和社会效益。以虫草发酵产物为主的宁心宝胶囊已经被广泛用于临床，创下了巨大的经济效益，社会效益更是无法估量。1985年，广东省微生物研究所分离得古尼虫草“814虫草菌株”，其发酵菌丝制成的产品也取得了很大的经济效益。据统计，目前仅仅野生冬虫夏草的价值已超过100亿元，还没有包括相关产业的贡献在内。面对如此强大的市场需求，继续开发新的虫草产品，已是大势所趋。4二、研究内容、方法和技术路线1．具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题：㈠具体研究开发内容：⑴在已有的虫草菌种资源的基础上，筛选和改良菌株；利用天然培养料，对已收集到的虫草菌株的生物学特性和生长要求进行系统研究，为进一步建立人工栽培技术提供科学理论依据。⑵结合虫草的生物学特性，利用生物技术，对虫草子实体进行人工栽培，以达到驯化野生虫草资源的目标，获得具自主知识产权的菌种及其栽培技术。⑶扩大栽培规模至中试水平，实行产业化生产前期技术试验，校正技术参数，完善人工栽培技术。⑷研究稳定的生产技术，重复栽培3次均要达到一定的产量及质量指标。⑸继续对华南地区包括广东省及周边地区进行更广泛的种质资源收集和分离，获得更多野生虫草菌种，为今后开展驯化培育工作提供种质资源。㈡要重点解决的技术关键问题：⑴建立可靠的虫草野外分离技术体系，加强菌种收集。⑵弄清虫草的生物学特性及生长要求。2．项目的特色和创新之处：（特有、适合华南地区的）⑴人工驯化虫草新品种。利用华南地区的野生虫草资源驯化从未被栽培的适合华南地区栽培的新品种，获取具有创新自主知识产权的新品种。⑵针对从未被栽培的新品种，建立相应的具自主知识产权的商业化生产技术。5⑶产品（野生虫草）具有很高的质量指标，有1-2项活性成分较野生冬虫夏草或北虫草高。3．要达到的技术、经济指标及社会、经济效益：⑴以特有的和珍稀的虫草品种为研究对象，研发新产品，形成较稳定的生产技术体系，重复栽培3次均可达到一定的产量，如生物转化率可达50%以上，即每千克培养料至少能产出500克的新鲜子实体，而质量指标如有效成分（虫草酸、腺苷和虫草素等）与冬虫夏草相当或有1-2个有效成分比冬虫夏草或北虫草高。2申请发明专利2－3项，发表研究论文2－3篇。4．采用的方法、技术路线以及工艺流程：⑴采用的方法：首先在实验水平上，对已有菌种进行诱导和优化试验，获取相应的技术参数；利用单因素试验与正交试验相结合的方法驯化野生虫草，并人工模拟商品化生产过程及优化生产流程；再进行中试确定和优化大规模生产的各种参数。⑵技术路线：收集与分离纯化具有高活性成分的野生虫草菌株===(诱变和复壮)===优质虫草菌株筛选(菌丝生产率和出草试验为指标)===生物学特性研究（培养条件的控制）===在中试水平上进行出草试验研究（包括营养成份、安全性试验）===野生虫草培育技术及优化,生产工艺的确定（优化和控制）===野生虫草生产技术及产品质量标准的确定。⑶技术路线图见附件2：67附件2：野生虫草生物学特性及应用研究的技术路线图8实验水平单因素试验和正交试验联合应用已收集的野生虫草菌株生物学特性研究及培养条件优化营养要求、培养条件研究研究碳源、氮源、碳氮比、无机盐、维生素和pH等对野生虫草生长的作用。测定可生长的温度范围及最适生长温度、空气相对湿度及基质含水量、光照及光照时间对子实体生长的影响。中试水平根据实验结果，初步确定人工栽培技术各种参数，进行中试。测定生物转化率，计算生产成本。测定有效成分的含量。对产品及生产工艺进行安全性评价。校正人工栽培技术参数，确定最佳的商业化生产流程，制定产品质量标准。建立虫草野外分离技术体系，分离虫草菌株。利用生物技术选育性状优良的菌株对试验产品进行安全性评价测定有效成分的含量