微生物對食用菌生長的影響及其相互作用研究進展

崔 嫚 邵改革 張瑞穎 楊諾林 田 雨 王春霞 張慶橋 鄭素月*

（1河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北邯鄲 056038；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室，北京 100081；3陜西省西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西西安 710007）

近年來食用菌越來越受消費者喜愛，在全世界范圍內(nèi)被廣泛食用。我國作為最大的食用菌生產(chǎn)國，已有約50種商業(yè)化栽培的食用菌品種[1]。據(jù)中國食用菌協(xié)會統(tǒng)計，2021年我國食用菌鮮品總產(chǎn)量達4 133.94萬t，產(chǎn)值3 475.63億元[2]。

從食用菌進化的最早階段開始，食用菌與環(huán)境中的微生物并存且相互作用[3]。在食用菌生產(chǎn)過程中，有害微生物不僅污染食用菌培養(yǎng)料，而且可以感染其菌絲及子實體，常造成巨大的經(jīng)濟損失[4]。因此，人們認為食用菌栽培中除食用菌外的微生物均為雜菌或病原菌，忽略了有益微生物。有益微生物與食用菌相互作用，對食用菌生長發(fā)育發(fā)揮著重要作用。研究表明熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）[5-6]、惡臭假單胞菌（P.putida）[7-8]、嗜熱色串孢（Scytalidium thermophilum）[9]、大豆根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）[10]、氣味沙雷菌（Serratia odorifera）[11]、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）[12]等微生物對食用菌的生長發(fā)育有促進作用。覆土栽培的食用菌菌絲受其周圍環(huán)境微生物群落強烈影響，如雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）[13-14]、大球蓋菇（Stropharia rugosoannulata）[15-16]、羊肚菌（Morchella）[17]、白肉靈芝（G.leucocontextum）[18]等的生長發(fā)育離不開特定的土壤微生物。除此之外，有益微生物在防治食用菌病蟲害、拓寬食用菌栽培基質(zhì)選材范圍、馴化野生食用菌方面也發(fā)揮著重要作用。

食用菌作為微生物生態(tài)系統(tǒng)的一員，與環(huán)境中其他微生物群體發(fā)生著各種類型的相互作用。闡明微生物在食用菌生長發(fā)育中的作用，探索他們之間的關(guān)系，無論理論還是實踐上都具有十分重要的意義。筆者對微生物產(chǎn)生的有害、有益影響，以及微生物與食用菌相互作用的研究進展進行綜述，以期為制備微生物菌劑、拓寬食用菌栽培基質(zhì)、馴化野生食用菌提供新思路。

1 微生物對食用菌生長發(fā)育的影響

1.1 有害作用

在食用菌栽培過程中，有害微生物的存在會導(dǎo)致食用菌產(chǎn)量和品質(zhì)下降，進而造成極大的經(jīng)濟損失[19]。微生物對食用菌生長的有害作用主要表現(xiàn)在三個方面：一是競爭作用，有害微生物的大量繁殖，爭奪了食用菌的營養(yǎng)物質(zhì)和生存空間；二是侵染作用，微生物通過一定途徑侵染食用菌，引起食用菌菌絲體枯萎、退菌、凋亡，子實體變色、畸形、腐爛等[20]；三是拮抗作用，微生物通過代謝活動產(chǎn)生并釋放對食用菌生長的有害物質(zhì)。

食用菌在生長過程中會受到病原真菌、細菌、病毒等微生物的侵染而發(fā)生病害。木霉屬（Trichodermaspp.）真菌是食用菌綠霉病的主要侵染源，它們是一類致病性極強的競爭性雜菌。木霉菌能產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、β-葡聚糖苷酶、蛋白酶等水解酶，可降解食用菌菌絲細胞壁，對食用菌生長造成不利影響[21]。常見的真菌病害有枝葡霉（Cladobotryumspp.）侵染香菇、雙孢蘑菇、毛木耳（Auricularia polytricha）等子實體引起的蛛網(wǎng)病，有害疣孢霉（Mycogone perniciosa）侵染雙孢蘑菇引起的褐斑病，變紅鐮刀菌（Fusarium incarnatum）引起的羊肚菌菌柄腐爛病等[22-23]。托拉氏假單胞菌（P.tolaasii）引起的細菌性病害比較嚴重，其附著在菌絲表面，產(chǎn)生毒力因子破壞寄主細胞，可危害雙孢蘑菇、平菇、秀珍菇（Pleurotus geesteranus）等食用菌[24]；北京泛菌（Pantoea beijingensis）引起杏鮑菇軟腐病[23]。危害食用菌的病毒種類很多，且常導(dǎo)致食用菌子實體畸形、菌絲生長緩慢、褐化、腐爛等。常見的有Le PV1病毒引起的香菇病毒病，LIV病毒引起的雙孢蘑菇病毒病等[25]。

1.2 有益作用

1.2.1 拓寬食用菌栽培基質(zhì)選材范圍

利用里氏木霉（T.reesei）和枯草芽孢桿菌的混合發(fā)酵液對預(yù)處理后的秸稈進行酶解得到酶解渣，其營養(yǎng)豐富，可作為低成本的食用菌原料[26]。有些木屑由于含有精油、樹脂和單寧等抑菌成分，一般不能直接用于食用菌的栽培。雖然可以通過堆積發(fā)酵的方法去除木屑中的抑制性成分，但是處理時間較長。有研究表明栽培基質(zhì)添加有益微生物，可以有效去除有害物質(zhì)，促進食用菌菌絲的生長。在油茶果殼中添加包含解淀粉芽孢桿菌、泡盛曲霉（Aspergillus awamori）的單寧皂素降解菌劑后，有助于改善栽培基質(zhì)，促進食用菌快速生長[27]。

1.2.2 縮短培養(yǎng)料發(fā)酵過程，創(chuàng)造有利環(huán)境

培養(yǎng)料的發(fā)酵是由嗜熱真菌、嗜熱變形菌和放線菌組成的微生物聯(lián)合體完成。培養(yǎng)料在高溫下發(fā)酵腐熟，同時也殺滅了雜菌、害蟲的幼蟲及卵塊[28]。在發(fā)酵過程中嗜熱微生物通過分泌纖維素酶系、半纖維素酶系、木質(zhì)素酶系降解栽培基質(zhì)并迅速生長，這一過程去除了基質(zhì)中游離的營養(yǎng)物質(zhì)，有效抑制霉菌的生長，縮短了發(fā)酵過程，為食用菌創(chuàng)造了有利的生長環(huán)境[29-31]。

1.2.3 促進食用菌生長

有益微生物可促進食用菌菌絲生長、增加菌絲生物量、誘導(dǎo)原基形成、提高子實體產(chǎn)量。微生物可作為食用菌的促生菌劑，在提高食用菌的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上發(fā)揮重要作用[32]。在食用菌栽培基質(zhì)中添加促生菌可以刺激食用菌菌絲的延伸和原基的形成[33-34]。SUN等[11]在食用菌栽培料中分離促生菌氣味沙雷菌HZSO-1，其可促進真姬菇（Hypsizygus marmoreus）的生長發(fā)育，縮短出菇周期3～4 d，子實體產(chǎn)量提高12%。CHEN等[12]從栽培袋料中分離出的蠟樣芽孢桿菌[B.cereus（Bac1）]是杏鮑菇（P.eryngii）促生菌，其無細胞發(fā)酵液不但提高杏鮑菇菌絲體的生長速度，而且提高其漆酶、淀粉酶的活性。KUMARI等[35]從覆土層中分離出的谷氨酸棒狀桿菌[Glutamicibacter arilaitensis（MRC119）]，與平菇共培養(yǎng)可顯著促進平菇菌絲的生長，并提高平菇產(chǎn)量25%，生物學(xué)效率58%。在覆土層中添加放線菌屬（Actinomycetales）真菌、齋戒小陌生菌（Advenella incenata）、檸檬色短小桿菌（Curtobacterium citreum）、疏水戈登氏菌（Gordonia hydrophobica）等可以顯著提高姬松茸（Agaricus blazei）的產(chǎn)量[36]。此外，假諾卡氏菌（Pseudonocardia mangrovi）[34]、根瘤菌（Rhizobium）[37]分別為角質(zhì)木耳（A.cornea）、豬苓（Polyporus umbellatus）的促生菌。

1.2.4 防治食用菌病蟲害

有益微生物在防治食用菌病害、蟲害方面發(fā)揮重要作用。研究表明，枯草芽孢桿菌（B.subtilis）[38-39]、貝萊斯芽孢桿菌（B.velezensis）[40-41]、解淀粉芽孢桿菌（B.amyloliquefaciens）[42]、出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）[43]均可對木霉產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，對食用菌綠霉病有防控效果。目前，枯草芽孢桿菌菌株QST713及解淀粉芽孢桿菌菌株MBI600已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，用于治療食用菌生產(chǎn)中的綠霉病[3，40，44]。GHASEMI等[45]發(fā)現(xiàn)假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、泛菌屬（Pantoea）細菌產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物質(zhì)對食用菌的褐斑病有顯著防治效果。多型炭角菌（Xylaria polymorpha）可以防治因脈孢霉（Neurospora）引起的食用菌病害[46]。韋春月[47]從小桿線蟲屬（Rhabditssp.）生長不良的土壤樣品及死亡的食用菌線蟲上分離出具有優(yōu)良殺線蟲效果的細菌。馬林等[48]分離的蘇云金芽孢桿菌（B.thuringiensis）有殺滅食用菌遲眼蕈蚊（Bradysiaimpatiens）效果。

1.2.5 馴化野生食用菌

研究表明，野生菌根真菌由于根系微生物的存在，使得其人工栽培和馴化困難而進展緩慢[49]。OH等[50-51]在松茸子實體與赤松根系共生部位分離到促生細菌，發(fā)現(xiàn)該物種可能是成功培育松茸的重要因素。王文兵等[52]研究暗褐網(wǎng)柄牛肝菌覆土層中的放線菌，發(fā)現(xiàn)鏈霉菌屬、游動放線菌屬可以促進菌絲生長、原基發(fā)生及子實體生長。

2 有益微生物與食用菌的相互作用

2.1 覆土微生物與食用菌的相互作用

土壤作為生物因素的媒介，存在大量真菌、細菌、放線菌等微生物，這些微生物與覆土栽培食用菌建立了密切的關(guān)系。微生物可以為食用菌提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)，菌絲分泌物（葡萄糖、氨基酸類、有機酸類）也會招募細菌在菌絲表面定殖[53]。目前對雙孢蘑菇的覆土栽培機理研究較為深入，關(guān)于覆土微生物的研究主要以細菌為主[54]。覆土層中的惡臭假單胞菌可附著在雙孢蘑菇菌絲上并產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物（VOCs），從而刺激和促進菌絲生長和產(chǎn)生原基[8-55]。因此，許多學(xué)者認為VOCs質(zhì)量濃度的降低是誘導(dǎo)雙孢蘑菇出菇的環(huán)境信號之一[56]。VOCs也被認為是影響土壤生物之間交流和相互作用的關(guān)鍵因子。許多微生物產(chǎn)生的多種VOCs具有抑菌活性，能顯著抑制多種病原菌的生長[57]。微生物產(chǎn)生的VOCs也會促進食用菌菌絲的生長。ORBAN等[33]發(fā)現(xiàn)細菌產(chǎn)生的2，5-二異丙基吡嗪可以促進平菇菌絲生長。HUMPHRIS等[58]在木霉中發(fā)現(xiàn)的丙酮能夠刺激云芝的生長。

此外，雙孢蘑菇栽培期間會影響細菌生物量。VOS等[59]發(fā)現(xiàn)堆肥中未接種雙孢蘑菇與接種的相比細菌生物量增加了約4倍，因此雙孢蘑菇被認為是以堆肥細菌為食。同樣，據(jù)FERMOR等[60]報道，雙孢蘑菇可以降解枯草芽孢桿菌，并且能夠利用其作為唯一的碳氮源。

2.2 食用菌及其伴生菌的相互作用

銀耳屬真菌的營養(yǎng)體在人工培養(yǎng)基上能營腐生生活，但分解木質(zhì)纖維素的能力非常弱，普遍存在伴生現(xiàn)象。伴生是指伴生菌與食用菌生活在一起，伴生菌具有很強的木質(zhì)纖維素降解能力，通過降解木質(zhì)纖維素為食用菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，幫助食用菌完成有性生活史[61]。香灰菌（Annulohypoxylon stygium）與銀耳有伴生關(guān)系，具有分泌纖維素酶、半纖維素酶、多酚氧化酶的能力，且銀耳和香灰菌存在結(jié)合位點。香灰菌菌絲分解木材為銀耳提供營養(yǎng)物質(zhì)[62]。但是銀耳的伴生現(xiàn)象主要是對銀耳有利，對香灰菌無明顯的益處。金耳（Naematelia aurantialba）的生長發(fā)育循環(huán)系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要依賴伴生菌-毛韌革菌（Stereum hirsutum）分解木質(zhì)纖維素為其提供營養(yǎng)物質(zhì)，且在整個生育過程中均需要伴生菌給予幫助。毛韌革菌是木腐菌，可分泌纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、果膠酶、多酚氧化酶等，分解木材，為金耳提供營養(yǎng)[63]。

2.3 微生物與菌根食用菌的相互作用

食用菌中70%左右是菌根菌，如正紅菇（Russula griseocarnosa）、松露（Truffle）、牛肝菌（Boletus）、松茸（Tricholoma matsutake）等[64]。外生菌根菌生長發(fā)育過程中需要與特定植物的根系形成共生體，共生體在生長過程中會分泌代謝產(chǎn)物產(chǎn)生化感作用，促使菌根根系土壤中形成特殊的微生物群落，并形成特定的“菌圈”。這些微生物群落在協(xié)助共生體進行營養(yǎng)物質(zhì)交換、協(xié)助菌根真菌與植物建立聯(lián)系中發(fā)揮著重要作用。

菌根真菌在其生命周期中與細菌群落進行物理和代謝的相互作用，一些內(nèi)生菌的存在可促進外生菌根真菌菌絲生長、子實體形成及氮源的利用等[65]。內(nèi)生菌主要為定殖在菌絲或孢子細胞質(zhì)內(nèi)的菌類，在生活史的整個周期或特定時期與宿主共同生活[66]。幾乎在所有的雞油菌子實體中均存在根瘤菌和噬甲殼菌（Chitinophaga）[67]。慢生根瘤菌科（Bradyrhizobiaceae）是黑孢塊菌（Tuber melanosporum）、雙色蠟?zāi)ⅲ↙accaria bicolor）子實體中核心微生物[68]。內(nèi)生菌與宿主長期共存建立了和諧的共生關(guān)系，不僅解決了其自身生存的壓力，也促進了食用菌的生長、發(fā)育、進化及多樣性[65]。

3 展望

食用菌與微生物的相互作用具有普遍性，自然界微生物資源豐富、功能多樣，有益微生物開發(fā)的后備資源充足，具有較好的發(fā)展前景。人們越來越意識到，在栽培基質(zhì)中添加有益微生物來促進食用菌的生長是一種可行的做法，食用菌和微生物之間的有益相互作用有助于提高食用菌的生產(chǎn)力。

目前有益微生物的研究主要在其分離、鑒定和功能，缺乏多菌株聯(lián)合作用和實際生產(chǎn)應(yīng)用的效果研究。食用菌生長發(fā)育過程中選擇的微生物菌群通常存在于菌絲表面或靠近菌絲的地方，有益微生物菌株庫通常在土壤、菌絲體、子實體、植物根際、培養(yǎng)料等部位篩選。但傳統(tǒng)人工分離培養(yǎng)的微生物僅占0.1%～10%，這極大地限制了食用菌與微生物間相互作用的研究。

目前，對于食用菌與有益微生物相互作用機理的研究還不夠深入，由于兩者相互作用過程的復(fù)雜性，更多研究只停留在促進效果，如菌絲體生長速度、子實體產(chǎn)量等方面。但隨著科學(xué)技術(shù)的進步，它們的相互作用機理將在轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、功能基因探針、網(wǎng)絡(luò)模型等先進技術(shù)的加持下被深入研究，未來可應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。