序言Ⅱ 冬虫夏草:从科学到产业

作为名贵传统药材,冬虫夏草的研究方兴未艾。无性型的确定、学名的变更和"一种真菌一个名称"确定了冬虫夏草菌为Ophiocordyceps sinensis;独特的分布、悠久的历史、公众的认可及地方经济的重要作用等被推荐为"国菌";"虫草产业发展金湖宣言"从产、学、研倡议"尊重科学、利好产业"的发展思路。随着科学研究深入和产业技术发展,冬虫夏草培植获得成功。本专刊对冬虫夏草培植相关基础研究和关键技术进行了总结,对寄主昆虫选育及规模化饲养关键技术到冬虫夏草菌菌种筛选、侵染途径和培植以及培植产品与野生冬虫夏草化学成分和蛋白质谱比较等进行了论述。冬虫夏草培植的成功,不论从科学还是产业的角度,都具有里程碑式的意义。     

冬虫夏草人工培养研究进展

冬虫夏草具有珍贵的药用价值,是我国传统的稀有名贵中药材。由于生长环境受到限制,其数量较为稀少且因人为过度开采,冬虫夏草野生资源受到威胁,冬虫夏草资源的可持续性受到越来越多的关注。本文对近年冬虫夏草的人工培植技术、人工固体发酵培植培养技术、人工液态发酵培植培养技术及冬虫夏草发酵调控进行了综述。培养基成分、培养条件的优化及针对性地添加特定的外源物质均可提高冬虫夏草的产量及质量,这为冬虫夏草的人工培养提供了理论基础。     

现代工业化培植的冬虫夏草物种鉴定与成分检测

本文就广东东阳光药业有限公司工厂化培植的冬虫夏草有性型通过分子系统学分析进行物种鉴定以及对杭州中美华东制药有限公司工厂化培养的冬虫夏草无性型菌丝粉通过HPLC法和¹H NMR 指纹图谱法进行的检测予以报道。最后,对于现代工业化培植的冬虫夏草在人类健康与生物经济时代的意义予以展望。     

中国冬虫夏草研发70年

冬虫夏草是具有食药用价值的传统名贵生物资源,其研发历史贯穿从实验室到产业的全过程。低海拔人工培植成功开创了传统资源现代化的壮举,对科学和产业都具有里程碑式的意义。本文从冬虫夏草菌、蝙蝠蛾寄主昆虫、冬虫夏草活性成分和药理药效作用、安全性等方面综述我国冬虫夏草70年研发进展、现存问题和未来展望。     

冬虫夏草蛋白图谱及干燥条件对超氧化物歧化酶活性影响

本文采用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和双向电泳（2-DE）技术对3个野生冬虫夏草样本和3个培植冬虫夏草样本进行了比较分析。SDS-PAGE结果显示6个样品的蛋白质分子量主要分布在3-66.4kDa之间,Quantity one软件处理凝胶图谱显示蛋白条带在20-23条之间;采用PDQuest软件对双向电泳图谱处理,共检测到670-936个蛋白点,蛋白质主要分布在等电点为pI 4.5-6、分子量为29.0-66.7kDa和14.3-20.1kDa两个区域。尽管在不同样品之间存在一定程度的蛋白质差异,但是并没有发现野生冬虫夏草和培植冬虫夏草之间有显著差异。以超氧化物歧化酶（SOD）活力为评价指标对新鲜冬虫夏草以及冷冻干燥、20℃阴干和60℃烘干冬虫夏草样品进行比较,发现新鲜冬虫夏草SOD活力最高,冷冻干燥对冬虫夏草SOD活力的影响小于20℃阴干干燥,60℃烘干干燥对冬虫夏草SOD活力破坏最大,结果表明干燥条件对冬虫夏草SOD活性极其重要。     

中国冬虫夏草研发70年

冬虫夏草是具有食药用价值的传统名贵生物资源,其研发历史贯穿从实验室到产业的全过程。低海拔人工培植成功开创了传统资源现代化的壮举,对科学和产业都具有里程碑式的意义。本文从冬虫夏草菌、蝙蝠蛾寄主昆虫、冬虫夏草活性成分和药理药效作用、安全性等方面综述我国冬虫夏草70年研发进展、现存问题和未来展望。     

冬虫夏草寄主昆虫选育及生殖退化研究

选育发育速度快、繁殖能力强、中国被毛孢侵染率和冬虫夏草产出率高的寄主昆虫品系是冬虫夏草培植的基础,同时明确冬虫夏草的寄主昆虫蝙蝠蛾退化机制是保证冬虫夏草培植的条件。本文从冬虫夏草产区采集蝙蝠蛾种群种质资源,分别针对蝙蝠蛾发育速度、繁殖能力、中国被毛孢侵染率、冬虫夏草产出率4个方面通过杂交及四代选育,获得新种群（A1）,该种群对冬虫夏草繁育环境的适应力强,发育整齐度高,繁育一代的种群扩繁倍数从8.2倍提高至26.3倍;对中国被毛孢的敏感性较好,侵染率高,冬虫夏草产出率从原始种群的11.2%提高至18.5%。同时,仿照高原生态环境长期饲养冬虫夏草的寄主昆虫蝙蝠蛾,其子代出现雌雄比失调、发育历期分化、生殖力降低等退化现象。经过研究分析得知卵孵化率下降的主要原因是雄性的生殖力下降。组织切片观察蝙蝠蛾雄性生殖系统,在幼虫后期、蛹、成虫期会出现生精囊减少及畸形等异常情况,推测此为雄性生殖力降低、卵孵化率下降的生理原因。研究结果为高效、稳定地饲养蝙蝠蛾保证冬虫夏草培植具有重要意义。     

北冬虫夏草菌丝体片段诱变育种

目的：通过诱变育种提高北冬虫夏草菌种虫草多糖的含量。方法：对北冬虫夏草子实体进行组织分离,制备菌种,以此作为出发菌株,利用紫外线、微波及其二者结合分别对出发菌株进行诱变,并以其多糖含量为试验指标,探究北冬虫夏草菌丝体片段的诱变育种。结果：通过复合诱变（紫外40s、微波5s,生长正常）的菌株,经测定其多糖含量比对照菌株高17%。结论：通过对北冬虫夏草菌丝体片段进行诱变,找到多糖含量显著提高的菌株是可行的。     

冬虫夏草无性型研究概况*

文献调查结果表明与冬虫夏草有关的无性型菌种已报道有22个学名,涉及13个属。针对这些名称上存在的命名问题本文展开了讨论,并评述了不同名称与冬虫夏草的关系及其有关菌种的研究进展。在已报道的分离菌种中,作为新种正式描述的名称有8个,其中6个为合格发表,其余2个未能满足名称合格发表的条件;还有4个名称在文献中作为新种提到,但没有合格发表的出处,也有一例只提到名称而无其他要素;另有5个名称则只有属名,尚未鉴定到种的水平。中国被毛孢为多个独立的研究证明为冬虫夏草的无性型,还有3个无性型名称已被证明不可能是冬虫夏草的无性型。其他无性型名称与冬虫夏草的关系有待进一步验证。文中对与冬虫夏草有关的菌种定名、无性型分离和验证方法、复无性型现象,以及有关学名问题作了讨论。     

冬虫夏草菌丝状菌源增殖培养的研究

冬虫夏草菌是珍稀濒危名贵中药材冬虫夏草的无性型菌种,是侵染蝠蛾幼虫的唯一菌种,其侵染后形成名贵中药材冬虫夏草。冬虫夏草菌在不同营养及条件下生长形态不同,主要有丝状体和菌球体两种生长形态。冬虫夏草菌丝状菌体能够侵染蝠蛾幼虫,有可能作为一种新的接种体被广泛应用;但丝状菌体对营养要求苛刻、生长缓慢、菌丝体得率低的特点,阻碍了冬虫夏草菌丝状菌体作为侵染蝠蛾幼虫的接种体的开发及应用,从而阻碍了冬虫夏草人工培殖产业化的进程。为了提高冬虫夏草菌丝状菌体的生物表达量,本文对营养及培养条件进行了优化研究,得出了最佳条件为:葡萄糖质量浓度40 g/L、酵母粉质量浓度65 g/L、培养温度17℃、MgSO_4质量浓度3 g/L、KH_2PO_4质量浓度1.5 g/L、培养时间12 d,按最优培养条件,冬虫夏草菌丝状菌体干重得率15.67 g/L,为下一步新的接种体的制备提供菌源保障。     

Phylogeography and evolution of a fungal–insect association on the Tibetan Plateau

Parasitoidism refers to a major form of interspecies interactions where parasitoids sterilize and/or kill their hosts typically before hosts reach reproductive age. However, relatively little is known about the evolutionary dynamics of parasitoidism. Here, we investigate the spatial patterns of genetic variation of Chinese cordyceps, including both the parasitoidal fungus Ophiocordyceps sinensis and its host insects. We sampled broadly from alpine regions on the Tibetan Plateau and obtained sequences on seven fungal and three insect DNA fragments from each of the 125 samples. Seven and five divergent lineages/cryptic species were identified within the fungus and host insects, respectively. Our analyses suggested that O. sinensis and host insects originated at similar geographic regions in southern Tibet/Yunnan, followed by range expansion to their current distributions. Cophylogenetic analyses revealed a complex evolutionary relationship between O. sinensis and its host insects. Significant congruence was found between host and parasite phylogenies and the time estimates of divergence were similar, raising the possibility of the occurrence of cospeciation events, but the incongruences suggested that host shifts were also prevalent. Interestingly, one fungal genotype was broadly distributed, consistent with recent gene flow. In contrast, the high‐frequency insect genotypes showed limited geographic distributions. The dominant genotypes from both the fungus and the insect hosts may represent ideal materials from which to develop artificial cultivation of this important Chinese traditional medicine. Our results demonstrate that both historical and contemporary events have played important roles in the phylogeography and evolution of the O. sinensis–ghost moth parasitoidism on the Tibetan Plateau.     

布莱克韦尔虫草的生物活性评价及其子实体的人工培育

虫草在世界范围内广泛分布,具有多种生物活性及较高的食药用价值。为进一步丰富虫草真菌资源,本研究对从广东韶关丹霞山采集到的一份野生虫草样品进行了菌株的分离鉴定、生物活性评价和子实体的诱导培养。通过形态学和系统发育分析,将菌株ZYJ0835鉴定为布莱克韦尔虫草Cordyceps blackwelliae。利用5种不同的培养基进行液体发酵培养,发现该菌株的发酵上清液和菌丝体均具有抗氧化和纤溶活性。此外,该菌株还具有一定的抑菌活性。利用大米、小麦、柞蚕蛹3种培养基质,均成功诱导出子实体,并且人工培养的子实体也具有抗氧化和纤溶活性。本研究首次在中国境内报道布莱克韦尔虫草的分布,为进一步开发利用该虫草资源提供了理论依据。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

Preservation affects the vegetative growth and fruiting body production of <Emphasis Type="Italic">Cordyceps militaris</Emphasis>

Cordyceps militaris is a model species of Cordyceps fungi, and has been traditionally used as an edible and medicinal fungus due to its richness of bioactive and pharmacological metabolites. The fruiting bodies of this fungus are widely used as healthy food and nutrition supply. In industrial production, fruiting bodies are cultivated on artificial media, but their yield and quality are usually affected by the quality of fungal strains. In this study, the effect of colony growth rate of the fungal strains, fungal age and repeated subculturing on the fungal biomass accumulation was investigated. The results indicated that the fungal biomass was positively correlated with the colony growth rate and not affected by fungal age and the repeated subculturing. The preservation conditions for stock cultures, including choice of cultures, lyophilization, temperature and protective agents were optimized based on the mycelial formation and conidia production in artificial inoculum. The development of fruiting bodies from the fungal strains stored under the optimized preservation conditions were further analyzed to determine the ideal time period of preservation. Results indicated that storing the fungus at 4 °C could maintain the fungal vitality and fruiting body producing capacity for at least 12 months. This study established practical criteria of fungal inoculum for artificial cultivation of fruiting body and provided a simple and efficient preservation method for C. militaris. The results may shed light on preservation for other Cordyceps species and other edible fungi.     

冬虫夏草不同发育时期蛋白质组iTRAQ质谱分析

本文选定冬虫夏草寄主昆虫幼虫（S1）、僵虫（S2）、子座初期（子座<1cm,S3）、子座早期（1cm<子座<3cm,S4）、成熟冬虫夏草（子座>7cm,S5）、商品冬虫夏草菌核（S6）、商品冬虫夏草子座（S7）及商品冬虫夏草（中期子座≈5cm,S8）8个样品,用定量蛋白质组学方法iTRAQ分析技术对冬虫夏草不同生长发育阶段的差异蛋白质组进行比较。共计获得9 924个不同肽段,鉴定到1 809个蛋白质,其中差异比值1.5倍以上,P<0.05蛋白个数506个,以商品冬虫夏草样本（S8）为参照,比较差异蛋白数量,寄主幼虫（S1）、僵虫（S2）、子座初期（S3）、子座早期（S4）、成熟冬虫夏草（S5）、商品冬虫夏草菌核（S6）及商品冬虫夏草子座（S7）阶段差异蛋白数分别为104、102、34、35、49、46和136个,说明昆虫幼虫、僵虫及子座与商品冬虫夏草样品差异显著。对鉴定蛋白质数据进行了主成分分析（principal component analysis,PCA）,在第三主成分（component 3）上的显著差异,表明成熟冬虫夏草（S5）的蛋白组成不同于商品虫草,说明成熟虫草品质下降。层次聚类（hierarchy clustering）分析结果表明所有样品分为两支,僵虫（S2）和商品冬虫夏草菌核（S6）与寄主幼虫（S1）聚在了一个分支上,而不同发育阶段样品（S3、S4和S5）与商品虫草子座（S7）聚在一个分支上,说明商品冬虫夏草菌核中还残留有寄主昆虫蛋白。冬虫夏草菌核部位的蛋白到子座部位的蛋白呈现由寄主幼虫蛋白向真菌蛋白发育过渡的聚类关系。子集嵌套关系同步子实体生长发育阶段蛋白组成变化随时间的程序性变化的规律。K-均值（K-means）聚类和Gene Ontology（GO）注释分析,提供了冬虫夏草成熟过程中能量代谢通路的变化趋势以及与真菌侵染昆虫和有性生殖相关蛋白质信息。研究结果为理解寄主昆虫对冬虫夏草功能的潜在贡献、子实体形成和发育的分子机制提供借鉴,并为蛋白质组作为冬虫夏草质量标准提供了科学参考。     

Entomopathogenic fungi and insect behaviour: from unsuspecting hosts to targeted vectors

The behavioural response of an insect to a fungal pathogen will have a direct effect on the efficacy of the fungus as a biological control agent. In this paper we describe two processes that have a significant effect on the interactions between insects and entomopathogenic fungi: (a) the ability of target insects to detect and avoid fungal pathogens and (b) the transmission of fungal pathogens between host insects. The behavioural interactions between insects and entomopathogenic fungi are described for a variety of fungal pathogens ranging from commercially available bio-pesticides to non-formulated naturally occurring pathogens. The artificial manipulation of insect behaviour using dissemination devices to contaminate insects with entomopathogenic fungi is then described. The implications of insect behaviour on the use of fungal pathogens as biological control agents are discussed.     

植菌昆虫与其共生真菌协同进化分子机制

昆虫菌业（fungiculture）是一种类似于人类种植业的昆虫种植体系,包括种植、耕作、收获和营养依赖4个过程,可分为高级的社会性昆虫如切叶蚂蚁、白蚁等和低级的非社会性昆虫如食菌小蠹虫、卷叶象甲、蜥蜴甲虫、树蜂等,它们均能种植并取食真菌。近年来随着组学及微生物组技术的发展,植菌昆虫与其共生真菌协同进化的分子机制研究方面取得了重要进展。系统发育分析阐明了植菌昆虫的起源与进化历程,并显示出与共生真菌系统发育的一致性;共生真菌细胞核数量也从双核增加到最多17个核,而染色体倍型也从单倍体增加为二倍体甚至多倍体;组学分析则揭示了植菌昆虫与其共生真菌在精氨酸、碳水化合物、木质素及几丁质合成或降解等方面显示出了高度的协同进化。本文系统综述了植菌昆虫及其共生真菌的系统进化、核进化及基因组进化进展,并探讨这种协同进化机制的生物学意义。     

直翅目虫草（肉座菌目）：物种多样性及其与寄主的关系

迄今为止,以直翅目昆虫为寄主的虫草共报道25种,本研究详细介绍了它们的种类、寄主与分布,并给出了相关的分类学注释。ITS和tef1-α基因联合数据的分子系统发育显示,直翅目虫草分别隶属于白僵菌属Beauveria、绿僵菌属Metarhizium和线虫草属Ophiocordyceps 3个属。基于直翅目昆虫六大类群的生态习性特点,分析并讨论了直翅目虫草物种多样性与寄主的关系。以两种白僵菌Beauveria及戴氏虫草Metacordyceps taii（贵州绿僵菌Metarhizium guizhouense的异名）为例,介绍了虫草的根状菌索,一种介于子实体和孢梗束形体之间的根须状结构。种类修订：蟋螽白僵菌新组合Beauveria grylli comb. nov. ≡ 蟋蟀虫草Cordyceps grylli = Beauveria loeiensis,Beauveria kirkii comb. nov. ≡ Cordyceps kirkii。寄主更正：蟋螽白僵菌的寄主由原来的蟋蟀成虫（蟋蟀科Gryllidae）更正为螽斯（蟋螽）若虫（蟋螽科Gryllacrididae）,蟋蟀线虫草Ophiocordyceps tettigonia 寄主由原来的螽斯成虫（螽斯科Tettigoniidae：螽斯属Tettigonia）更正为蟋蟀成虫（蟋蟀科）。