2014-04-28 安惠生物科技
编者按：2013年8月26-29日，由中国工程院和中国食品土畜进出口商会联合主办，中国工程院农业学部、江苏安惠生物科技有限公司和食药用菌教育部工程研究中心承办的第七届国际药用菌大会（The 7th InternationalMedicinal Mushroom Conference）在北京九华山庄举办。本文是张树庭教授在2013年8月26日上午做第七届国际药用菌大会主旨演讲。
蕈菌生物技术的现代观及其对全球福利事业的影响
——特别关注中国
张树庭
（国际蕈菌生物技术服务中心香港中文大学生物系，中国香港特别行政区）
摘 要：当今人类的福祉面临着无数的挑战：地区性食物短缺，人类健康质量下降，以及生态环境日趋恶化。
这些问题会随着世界人口的持续增长而愈加严重。我们迫切需要掌握公平有效的全球性的知识和技术。
这三大挑战，特别是人类健康损害的发生不仅仅局限于贫困国家或社会的贫困阶层。
事实上，那些在发展中国家和发达国家生活的高学历富裕家庭也有很多健康问题，如：高血压、心脏疾病、糖尿病和癌症等所谓的“富裕病”。
这些健康问题的发生也导致了不良的经济后果。它们提高了消费者和纳税人的生活成本，同时使得劳动力成为生产力下降的主要因素。随着生活和金钱的密不可分，不管是人类还是国家都不能忽视这个问题。
蕈菌是一种很好的保健食品，其衍生产品是很好的膳食补充剂（滋补药），对各种人类疾病有疗效。蕈菌产业和其他产业一样，在全球范围内面临着不断变化和创新的压力。
随着世界人口的不断增加，食用蕈菌消费能力日益提高，给世界蕈菌产业带来了极大的挑战，但同时也为药用蕈菌进入全球医疗保健体系创造了新的机遇。
因此，需要通过探索野生蕈菌的生物多样性来不断发现新的品种资源，通过遗传操作和医药制造技术，开发新的生物功能材料。
从事蕈菌行业的农民、生产商、出口商和科研人员等，都要灵活适应不断变化的全球性环境，通力合作，以推动世界蕈菌产业的发展。
总的来说，世界蕈菌生产的稳步增长主要得益于如中国、印度、波兰和匈牙利等发展中国家的贡献。尤其是中国，近年来食用蕈菌和药用蕈菌的产量都大幅增加，如2011年的蕈菌产量为2570万吨，其中包括了药用蕈菌，如灵芝属的110027吨，占到世界生产总量的85%，做出了很大的贡献。此外，一些新的蕈菌品种在中国也有栽培和销售。近35年来，我看到中国的蕈菌产业发生了巨大变化，它确实是惊人的。
我从事蕈菌工作已经有50多年，我真诚地相信，蕈菌及其衍生产品对人类健康是大有裨益的。
1、引言
最近的估计表明，地球上有1500多万种真核生物，其中真菌的数量有的说是500万种，但也有争议称为500±300万种，然而已被广泛接受的数据是300多万。
到现在为止，已被分类学家有效命名的真菌只有15万种左右，根据张树庭和Miles对蕈菌所作的定义，我们目前已知的蕈菌种类约为14000种，仅占所估算蕈菌种类的10%。其中大约有2000种是安全可食的，这也包括了700种具有药用价值的蕈菌。
据估算，在中国已有300多种药用蕈菌在民间偏方中被采用。
在过去的30年，生物技术作为一项解决饥饿和疾病问题的新的工具，已引起全世界的广泛关注。
“生物技术”这一术语具有广泛性和多元化特征。
这就类似于“蘑菇”这个词，在不同的国家不同的人眼中，代表了不一样的事物。
生物技术可以定义为一个生物学过程，即利用微生物、植物和动物的细胞或是其化学成分，为人类提供商品或服务。
事实上，生物技术绝不是一个新的课题，这个词的使用历史已经超过45年，但是直到最近，该词才被大量宣传，其被认为是现在及未来的纯科学和应用科学中最具挑战性的领域之一。
现代生物技术已被应用于一些强大的新技术领域，主要包括以下几个方面：
（1）微生物、植物、动物的细胞、组织和器官的培养；
（2）原生质体融合和细胞杂交；
（3）生物工程过程，如固定化生物催化系统；
（4）基因工程，如DNA重组、基因操作技术和基因克隆，这一领域的发展备受瞩目。
因此，这些可以提高生产效率，降低生产成本的生物技术，正在被考虑用于制药、化工、动植物育种，以及食品加工和环境保护等行业。
根据上述生物技术的定义，利用木质纤维素废料种植和生产食药用蕈菌的生物转化过程也是一种生物技术，然而，这里所说的蕈菌生物技术，将意味着基于蕈菌基础所生产的衍生产品（蕈菌产品）具有增强人体健康的潜在功效。
在药用方面，关于蕈菌产品对多种人类疾病具有疗效的实践经验观察，已经有一段相当长的历史。
近年来，掀起了一场蕈菌药用价值研究的热潮，蕈菌可作为一种改善生物功能的化合物的新来源，也可用作膳食补充剂和蕈菌营养药，或满足其他药用目的。
此外，分子生物学和现代分析技术的应用，为多个世纪以来的经验观察建立了科学的基础。
作为增加人类福利的途径之一，现在以及未来的药用蕈菌产品的发展主要围绕两个基本方面。
首先，利用野生蕈菌的生物多样性，研究和开发新的食、药用蕈菌资源，通过遗传操作和医药制造技术，增加和完善蕈菌产品（膳食补充剂）的生物功能特性。
其次，蕈菌产品和蕈菌衍生产品是利用生物技术，以具有特定药用功能的蕈菌的子实体、菌丝体、培养基、孢子和菌核等为原料加工而成的。
中国有句古话叫“药食同源”，这一说法特别适用于蕈菌，其营养价值和药用滋补属性早已为公众所认可。
2、野生蕈菌的生物多样性
蕈菌的生物多样性是一门综合性的生物科学，它对未来蕈菌生物技术的发展十分重要。
生物多样性所面临的许多问题是高度复杂的。
例如，遗传学和分类学相互作用形成保护政策，并从多个层面探索和开发新的食、药用蕈菌资源。正如引言中所提到的，在约2000种安全无毒的蕈菌中，有700种左右具有药用活性。
通过鉴定和驯化未知的野生蕈菌，食用和药用蕈菌种类的数量不断增加，如：在中国，1950年已知的食用蕈菌种类大约为50种，至2002年增加到了981种。
因此，对纯正的野生物种采取种质资源保护和进行遗传改良，至关重要。
3、遗传学和生长周期
在过去的二十年中，分子遗传学从根本上推动了胚胎发育和种群生物学的演变和发展。
利用SCAR（特定序列扩增）标记、ITS 序列分析、RAPD（随机扩增多态性DNA）指纹图谱技术对食用和药用蕈菌的生物学多样性进行比较研究，极大地提高了蕈菌菌种鉴定和菌株分离的准确性。然而，蕈菌繁殖方式和生长周期的基础性知识，对于任何一个蕈菌育种环节来说都是非常重要的。
在自然界，蕈菌往往会突然地生长出来，这一属性使其产生了许多与之相关的神秘现象。
实际上，它们的生长周期的主导阶段是发生在地下或其生长的基质内，肉眼无法看见，或者只在一年中的合适季节破土而出，产生子实体。
科学研究已经使得蕈菌能在人工控制或半人工控制条件下生长。
了解蕈菌生长周期非常重要。
对菌株所需特性的自然选择是在没有明确掌握生长周期规律的情况下发生的，如双孢蘑菇，而现在则需建立实用的育种协议，其中须涉及遗传操作技术和生长周期等知识。
一个最基本的前提是，必须知道该物种是同宗配合还是异宗配合。
同宗配合，是指由单一的孢子产生菌丝，直至完成子实体生长发育的整个生命周期的过程；而异宗配合是指单个孢子不能完成有性生殖，需要两个具有亲和性的菌株共同生活在一起，才能完成有性生殖的生长周期，并产生子实体。
生长周期、繁殖方式、繁殖机理是繁殖的三个参数。生长周期决定了连续发展过程的先后顺序和相对持续时间，因为其包含了菌核及形态学的发展过程。
根据不同生长周期，可将蕈菌的繁殖系统分为三类：强制近亲繁殖型、远交繁殖型和自交繁殖型。一般情况下，蕈菌的生长周期具有三个阶段。
第一阶段为孢子传播阶段；
第二阶段是双核体/多核体的营养生长阶段，此阶段持续时间较长；
第三阶段包括子实体发育，有性繁殖和孢子形成，如香菇为典型的四极性异宗配合类型。
近年来，对一些蕈菌种类的交配位点的结构和功能的试验研究，为蕈菌育种的基本原理和实际操作提供了大量有用的理论依据和技术支持。
4、蕈菌产品/蕈菌营养药/膳食补充剂
我们已经清楚地意识到，人类当前生活在一个健康危机的时代，尤其是考虑到生命的头号杀手疾病，如艾滋病、癌症、糖尿病，其可能还会导致其他严重的并发症，包括心力衰竭、中风、肾病、失明和截肢等。
食用和药用蕈菌及其产品成为减轻这些疾病患者痛苦的重要选择。它们正逐渐成为人们饮食的重要组成部分和膳食补充剂。
事实上，在许多不同的传统文明中，许多蕈菌已经被广泛用于维持人体健康，以及预防和治疗各种疾病。
如图1所示，蕈菌本身（鲜品或干品）可为健康状态的人群提供食物；当人体处于疾病状态时，蕈菌的精深加工产品可以用作治疗的药物；而蕈菌的粗提物产品可作为亚健康人群的膳食补充剂，近来的报道称，膳食补充剂也可用于健康和患病的人群。
5、蕈菌产品质量
现代分析技术的应用，大量地揭示了蕈菌的各种重要的药用成分和作用机理。
研究得最为广泛的成分有多糖、多糖-蛋白质复合物、三萜类、外源凝集素、核糖体失活蛋白（RIPs）和真菌免疫调节蛋白（Fips）。
目前已有关于这些成分的一些普通功能，以及药用蕈菌可作为21世纪营养药的重要来源的相关报道。
但是基于蕈菌开发的膳食补充剂和营养药，存在着一个重大的问题，那就是这些产品具有很大的可变性，目前尚缺乏保证产品质量所必需的生产和测试标准。
虽然已经证实了蕈菌的主要活性成分是多糖，尤其是非纤维质的β-葡聚糖具有有效的免疫活性，而且在中国和日本，有些产品已在临床上得到应用，但是现在的大多数商业产品，其有效的活性成分还未明确。
相关数据表明，不同真菌的β-葡聚糖具有不同的效用，这可能是由于其与不同受体的结合力不同而造成的。
为了增加和维持消费者对产品的信任度，保护公众健康，以及满足当前和未来监管部门所设置的产品质量和安全标准的要求，建立和完善蕈菌产品标准和化合物的精确识别体系相当重要。
尤其是回顾过去的30年在蕈菌科研和生产上取得的进展表明，药用蕈菌为人类医疗保健系统方面提供了重要的福利。
现代医药可能并不能满足所有的救治需求，而蕈菌产品（营养药）可能对缓解和预防人类疾病均具有很好的作用。
现在的科学研究需要探明各已知结构的β-葡聚糖与其受体结合的表征机制。
最后，需要对组成成分进行科学验证和对蕈菌产品进行质量控制，以提高蕈菌产品的宣传可信度。
6、中国的蕈菌产业
中国因具有广阔的地域，复杂的地形地貌和多样的气候条件，而十分利于蕈菌生长，因此蕈菌种类繁多。
中国是世界最大的农业国之一，产生了大量不可食用的作物，作物秸秆，以及森林和工农业固体废弃物资源，这些都可作为蕈菌栽培的原料。
虽然中国的蕈菌产业具有悠久的历史，但是最近的35年才是其快速蓬勃发展的时期。
1978年，中国的蕈菌产量只有60000吨，不到世界总产量的6%。
1978年也是中国经济改革开放的第一年。改革开放的35年，使中国的农业特别是蕈菌产业，从一个相对封闭的计划体系，逐渐发展成以市场为主要导向的开放的体系。
蕈菌产业这些年来的进步，为中国的农村经济发展做出了巨大的贡献。
目前直接从事蕈菌产业的人数已经超过3000万，其中许多人已经实现了脱贫致富。同时，通过推出新的食物以及营养与药用资源，蕈菌产业也提高了国人的整体幸福感。
表1中的数据显示了1978—2011年中国人工栽培蕈菌的情况。
1990年可以说是中国蕈菌产业的转折点。这一年，中国食用蕈菌栽培产量首次突破一百万吨，占世界总产量的比例超过28%。
自那以后，中国的蕈菌产量以每年超过10%的幅度增加。
在1994年，食用蕈菌的栽培产量为260万吨，达到世界总产量的54%。
至2002年，食用蕈菌产量超过860万吨，占世界总产量的70%左右。
2011年，产量为2570万吨，占世界产量的比例超过85%，世界蕈菌的生产价值估计在2400亿美元左右（表2）。
在过去的10年中，5个最常见的栽培蕈菌种类为双孢蘑菇、木耳属、金针菇、香菇和侧耳属，占全国生产总量的80%左右（表3）。
十年的平均产量以侧耳属最高，其次是香菇、木耳属、双孢蘑菇和金针菇。
2011年，金针菇超过双孢蘑菇，产量居第四位。在西方国家，双孢蘑菇一直是最主要的食用蕈菌，它在中国的产量也从1978年的33000吨增加到了2011年的2462112吨（表4）。
应该指出的是，中国的蕈菌生产是非常分散的。然而，近几年有逐渐向城市转移和向工厂化发展的趋势。
例如，已有29家生产食用蕈菌的企业，日产量超过20吨（表5）。其中，江苏省有9家，上海市7家，北京、广东、湖北、山东省各2家，甘肃、辽宁、福建、四川和江西省分别有1家。
2011年，这些公司的蕈菌产量合计约为347 845吨，占全国总产量的14%左右。
2012年，有2家公司日产鲜菇超过100吨，分别为上海雪榕生物科技股份有限公司260吨和天水众兴菌业有限责任公司118吨。由于他们拥有更好的设备和更规范的企业管理制度，因此可以更好地对产品质量进行控制。此外，也有几家大公司拥有控制生产流程和检测可能受污染的干或鲜菇中的重金属及其他杂质的尖端设备和技术。
自2001年中国加入世贸组织以来，国家正在逐步建立工业生产和监管的规范体系，以便与国际接轨，中国的蕈菌产业当然也将朝着这个方向发展。
凭借巨大的国内市场的比较优势，中国的蕈菌产业可以在长远的未来保持一片光明。
过去30年，中国的GDP增长率稳定在9%，这就意味着国内的蕈菌产业市场具有巨大的潜力。
重点是要加大宣传，让人们多多消费蕈菌产品。企业营销策略的制定，应该基于展示蕈菌有益特性的科学数据及其产品所具有的低脂肪和碳水化合物，无胆固醇，高维生素和微量元素，以及调节免疫，抗肿瘤和抗癌等与人体健康相关的特性。
此外，中国食用蕈菌主栽品种在逐年增加，表6列出了一些目前栽培规模尚小但发展潜力巨大的新品种，如姬松茸、紫丁香蘑、杏鲍菇、茶树菇、大白口蘑、褐黄木耳、银耳、白黄侧耳、阿魏菇、阿魏菇变种白灵菇、长根菇、茶薪菇、鸡腿菇、竹荪属、灵芝等。
据估计，在中国超过3 000万人的蕈菌种植和贸易从业人员队伍中，有3 000多位科学家和500名左右研究生正在积极参与蕈菌科研工作。
研究项目涉及各方面，包括勘探食用和药用蕈菌新物种的生物多样性，通过遗传育种技术改良栽培菌株特性，通过改进栽培技术和采后生理措施提高不同品种的分子特性等。
科学家们应用他们的专业知识和技术，将蕈菌产业与工业团体建立起了良好的合作，以共同打造美好的明天，坚定地迎接未来的挑战。未来将更强调对蕈菌产业的效益和机会的把握，体现在蕈菌为人类提供福利和改善生活质量，提供有营养的食物源泉和防治疾病的产品来源，以及作为改善生态环境的生物材料等方面。
与此同时，中国目前大约有150多家科研机构/单位从事药用蕈菌的研究开发工作，逾300家企业规模化生产药用蕈菌产品。
通过固体或液体发酵技术商业化栽培的蕈菌已有30多种。虽然已知有700多种蕈菌具有药用价值，但是用于子实体栽培的只有常见的45种左右。因此，在表面和深层控制条件下进行纯培养是生产多种蕈菌多糖的一条很好的途径。
但是需要注意的是，有些蕈菌多糖只能从子实体中获取。据我们所知，灵芝是唯一一种可以从子实体、菌丝体、培养液和菌核等4种途径中获得多糖的蕈菌。
有些蕈菌多糖既可以从子实体也可以从培养的菌丝体中获得，有些则只能从菌核中获取（表7）。从子实体、菌丝体、培养液中获得的多糖都为β-葡聚糖。
例如，从栓菌属（云芝）多色菌丝体中提取的云芝胞内多糖包含 (1→4)，(1→3) or (1→4)，(1→6)–ß–葡聚糖；从香菇子实体中获取的香菇多糖为高分子量的（1 →3) –β–D–葡聚糖；分离自裂褶菌培养液的裂褶菌多糖为高分子量的(1→3)，(1→6)–ß–D–葡聚糖。因此，进一步探索药用蕈菌的药用价值具有很大的发展潜力。
7、结语
回顾和展望21世纪，过去25年药用蕈菌的研究成果给我们的启示是，药用蕈菌为人类医疗保健体系提供了很多裨益。
在现代医学不能企及的某些领域，通过将药用蕈菌用作膳食补充剂，可以实现减轻病痛的目的。
需要指出的是，在很多情况下，预防疾病比治疗疾病更为重要。这不仅具有积极的经济和社会效应，而且可以维持甚至提高个人的生活质量以及人的尊严。
食用和药用蕈菌因具有潜在的营养和药用价值而可能成为一种重要的待开发资源。但是基于蕈菌开发的膳食补充剂和营养药，存在着一个重大的问题，那就是这些产品具有很大的可变性，当前尚缺乏保证产品质量所必需的生产和测试标准。
为了增加和维持消费者对产品的信任度，保护公众健康，以及满足当前和未来监管部门所设置的产品质量要求和安全标准，建立和完善蕈菌产品标准和化合物的精确识别体系相当重要。
总体而言，所有的动物试验和临床研究结果表明，药用蕈菌中的非纤维质ß–葡聚糖具有多种药理功效。
然而，影响药效发挥轻度、中度和无效的因素有很多，如给药方案不适当，寻找合适的生物标记和结束点非常困难，治疗个体之间存在大的差异，以及一些未知的行为模式。Chen and Seviour建议好的临床试验设计需要探索行为模式、疗效和对病患的安全性。
需要指出的是，任何研究和产业，就像是盖房子，都不是从屋顶开始盖的，否则将注定是一场灾难。
我们需要一个根基。蕈菌生物学原理可视为蕈菌生物技术和蕈菌产业的根基。蕈菌生物学不仅仅是指栽培，更涉及蕈菌的方方面面，如分类、发育、营养、生理、遗传、病理、药用和滋补的属性、可食性、毒性等。
药用蕈菌产业需要考虑以下四个特殊方面：
一是通过生物多样性、遗传和育种程序寻找新能源材料的研究。
二是研究蕈菌多糖的作用机制，特别是ß–葡聚糖，因为相关数据表明，不同真菌的β-葡聚糖具有不同的效用，这可能是由于其与不同受体的结合力不同而造成的。
三是评估蕈菌产品对人体的有效剂量。任何治疗的核心问题都是需要有一个适当的剂量，而不会产生有害的副作用。
鉴于过去30年蕈菌产品的成功量产及其存在的药理作用，建立人体上使用剂量的参考标准非常重要。四是提倡和支持官方认证“mushceuticals”（这个词是引自本文“蕈菌药物”的概念）制度。
大多数的蕈菌提取物中包含多种甚至上百种活性物质。正如上述提到的，同一提取物中的多种成分协同作用，以发挥蕈菌的治疗和预防功效，这有别于现代药物的以单一化学成分来发挥作用。
因此，可将蕈菌产品比喻成一场交响乐或音乐会，而不是独奏表演。可以说，每一种主要活性物质，对某一已经明确了成分的或是准备在数量和质量上通过验证、鉴定和维护的蕈菌提取物来说，都是必不可少的，这就好比是一场音乐会上的每一种知名乐器，或是一杯鸡尾酒中的主要成分，例如鸡尾酒“血腥玛丽（Blood Marry）”，由伏特加、番茄汁、塔巴斯科辣酱等混合而成。
1978年是双孢蘑菇堆料二次发酵技术开始的第一年，也是中国经济改革开放的第一年。
改革开放以来的35年，使中国的农业特别是蕈菌产业，从一个相对封闭的计划体系，逐渐发展成以市场为主要导向的开放的体系。
现在，中国已经是世界蕈菌生产大国和消费大国。2011年，中国有超过3000万人从事蕈菌的农业和工业生产，逾3000位科学家从事蕈菌科研，500多名研究生攻读蕈菌生物技术专业，中国的蕈菌产量占世界总产量的85%。
因此，中国可以说是世界蕈菌产业的新的动力室。
此外，中国蕈菌产业的另一项重要挑战是：进入管理时代，应该如何进一步促进市场营销和质量控制。
通讯技术的发展对现代的学术交流和商业贸易发挥了尤为重要的作用。
应加强国际交流，如鼓励参加在海外举办的国际蕈菌会议。
同时应鼓励通过主办国际会议来提升中国蕈菌产业的国际地位，如2013年8月在北京举办的第七届国际药用菌大会，期间在国际期刊上发表了很多高质量的科技论文，甚至建立了自己的基于蕈菌生物学和蕈菌生产的国际性期刊。
过去35年中国蕈菌产业发展的成功经验，可以成为其他国家的典范。当前我们应齐心协力地致力于蕈菌栽培技术的研究和开发。
同时，我们应给各国政府和国际组织，以及各产业界一个提醒：在蕈菌产业基础之上开展的研究和开发不是一项奢侈的投资，而是一个国家的必备产业。
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