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美味牛肝菌(Boletus edulis)对镉(Ⅱ)的
生物富集特性研究
李金城，鲍长俊，孙 云，庄永亮* ，孙丽平
(昆明理工大学云南省食品安全研究院，云南昆明 650500)
收稿日期:2015－03－16
作者简介:李金城(1989－) ，男，硕士研究生，研究方向:食品营养与安全，E－mail:340198516@ qq.com。
* 通讯作者:庄永亮(1981－) ，男，博士，教授，主要从事食品高值化利用及质量控制研究，E－mail:kmylzhuang@ 163.com。
基金项目:国家自然科学基金项目(21267013)。
摘 要:本文研究了美味牛肝菌液体发酵对不同浓度镉(Ⅱ)(Cd2 +，0、16、32、48、64、80 mg /L)的生物富集特性。结果
表明，Cd2 +处理显著抑制了美味牛肝菌菌丝体的生长(p ＜ 0.05) ，生长抑制率为 50%的 Cd2 +浓度为 56 mg /L。菌丝体
对 Cd2 +的生物富集量可高达 3335.7 mg /kg DW，富集系数为 52.1(p ＜ 0.05)。菌丝体中可溶性总糖和多糖含量随 Cd2 +
浓度的升高呈现先上升后下降的趋势，Cd2 +处理菌丝体中的多糖含量均高于无 Cd2 +组(p ＜ 0.05);菌丝体中可溶性蛋
白含量随 Cd2 +浓度的升高先降低后上升，80 mg /L Cd2 +处理组显著高于无 Cd2 +组(p ＜ 0.05)。Cd2 +处理对菌体过氧化
氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现显著的“低促高抑”的影响趋势(p ＜ 0.05) ，而过氧化物酶(POD)活性被
显著抑制(p ＜ 0.05)。表明美味牛肝菌对 Cd2 +具有很强的生物富集能力，可能是菌体的特定成分如多糖、蛋白等协同
抗氧化酶系增强了菌体对 Cd2 +的耐受性和富集性能。
关键词:美味牛肝菌，镉，生物富集，食品安全性
Bioconcentration characteristics of Cadmium(Ⅱ)by Boletus edulis
LI Jin－cheng，BAO Chang－jun，SUN Yun，ZHUANG Yong－ liang* ，SUN Li－ping
(Yunnan Institute of Food Safety，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China)
Abstract:The bioconcentration characteristics of cadmium(Ⅱ)with different concentrations(Cd2 +，0，16，32，48，64
and 80 mg /L)by Boletus edulis under liquid fermentation were investigated.The results showed that the treatment
with increasing Cd2 + concentrations significantly inhibited mycelia growth (p ＜ 0.05)，and 50% inhibitory
concentration was 56 mg /L.Mycelia showed significant accumulation capacity for Cd2 +，with the highest content of
3335.7 mg Cd per kg mycelia(DW) ，and the bioconcentration factor was 52.1(p ＜ 0.05).The contents of total
soluble sugars and polysaccharides in mycelia were increased firstly and then decreased with increasing Cd 2 +
concentrations.The content of polysaccharides in mycelia treated with Cd2 + significantly higher than that of control
(p ＜ 0.05). Soluble protein contents were decreased firstly and then increased with increasing Cd2 +
concentrations，with the peak at 80 mg /L Cd2 + (p ＜ 0.05). The activities of CAT and SOD were significantly
increased by lower Cd2 + concentrations but inhibited by high Cd2 + concentrations(p ＜ 0.05).The activities of POD
were significantly inhibited by Cd2 + treatment(p ＜ 0.05).
Key words:Boletus edulis;cadmium;bioconcentration;food safety
中图分类号:TS201.2 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2015)23－0068－04
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2015． 23． 005
美味牛肝菌(Boletus edulis) ，俗称白牛肝、大脚
菇，属于担子菌亚门、层菌纲、伞菌目、牛肝菌科，是
一种世界范围内分布的食药兼用的真菌。美味牛肝
菌在云南的产量很高，具有很高的经济价值。据报
道，美味牛肝菌营养价值很高［1］，富含多糖等功能性
物质［2］，能增强机体免疫力，具抗肿瘤、抗突变、降血
脂、抗病毒等功效。然而，近年来环境重金属污染日
益严重，美味牛肝菌对镉具有很强的生物富集能力
和耐受性［3］。本项目组对云南省野生食用菌重金属
含量的初步调研，也发现了很多镉含量超过国家限
量标准的美味牛肝菌样本，个别菌株镉含量达到
7.35 mg /kg DW，虽然远远低于 Collin－Hansen 等［4］报
道的 由挪威锌矿区采集的美味牛肝菌中的
126 mg·kg －1 DM，但是具有潜在的食品安全隐患。
美味牛肝菌对镉的富集，一方面影响了其食品
安全性，需要对其进行有效的质量和安全控制;另一
方面，提示可探索对重金属具有高富集能力和耐受
性的蕈菌，在环境的生物治污方面具有重要意义。
69
因此，需要研究美味牛肝菌对镉的生物富集特性，为
上述两点的研究提供理论基础。研究表明，重金属
胁迫下，植物和真菌的首要防御系统是胞壁多糖、一
些金属结合蛋白、及其抗氧化酶系等［5］。美味牛肝菌
对镉的生物富集机制可能也与菌体内的特定成分及
其抗氧化酶系有关。目前尚未见此类的研究报道。
本项目在实验室可控培养条件下，针对镉(Ⅱ)
(Cd2 +)对美味牛肝菌菌丝体液体发酵性能及其主要
成分含量的影响，以及菌丝体对 Cd2 +的生物富集性
能进行了研究。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
美味牛肝菌(Boletus edulis) 购于中科院微生
物菌种保藏中心，PDA 培养基(马铃薯 20%，葡萄糖
2%，琼脂 2%，pH 自然)活化。实验用水为超纯水;
镉元素标准溶液(1000 μg /mL) 购于国家有色金属
及电子材料分析测试中心;过氧化氢酶(CAT)测定
试剂盒(可见光法)、总超氧化物歧化酶(T－SOD)测
试盒(羟胺法)、过氧化物酶(POD)测定试剂盒(紫外
法) 购于南京建成生物工程研究所;琼脂和葡萄
糖，生物培养用试剂 购于 sigma;其它为分析纯
试剂。
YXQ－LS－30SH 型立式压力蒸汽灭菌器 上海
博讯实业有限公司;SW－CJ－2FD 型双人单面净化工
作台 江苏净化设备有限公司;QYC－2012C 震荡培
养箱 宁波江南仪器厂;TU－1901 双光束紫外可见
光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;
AAS400G型原子吸收光谱仪 德国耶拿;3k15 型冷
冻离心机 德国 sigma。
1.2 实验方法
1.2.1 美味牛肝菌实验室的可控培养 制备 PDA液
体培养基，灭菌，接活化菌种，27 ℃、180 r /min 条件
下振荡培养 3 d，得种子液。
根据本研究预实验得到的菌丝生长半数抑制率
的 Cd2 +浓度，设置培养基中 Cd2 +浓度为 0、16、32、48、
64、80 mg /L。将制备好的种子液打碎，按 3%接种量
接种于 Cd2 +浓度为0、16、32、48、64、80 mg /L的250 mL
的三角瓶中(每个三角瓶装液量 100 mL PDA液体培
养基) ，重复 6 次，27 ℃、180 r /min 振荡培养 5 d，抽
滤，大量超纯水冲洗后，每瓶菌丝体发酵生物量以冻
干后的重量计。得到的菌丝体分为 2 组，一组直接
用于胞内抗氧化酶系活性分析;另一组真空冷冻干
燥，称量菌丝干重，研碎，保存于干燥器备用。
1.2.2 菌丝体中镉元素含量测定 参考 GB /T
5009.15－2003《食品中镉的测定的方法》，测定冻干
后菌丝体中镉含量。
1.2.3 菌丝体中可溶性总糖含量测定及菌丝体多糖
含量分析 准确称取冻干的菌丝体 20 mg，加入 5 mL
水，90 ℃震荡提取 2 h，3500 r /min离心 10 min，取上
清;沉淀加 5 mL水重复提取一次，离心合并上清液，
定容，采用苯酚－硫酸法测定菌体可溶性总糖含量，
0～100 μg /mL的葡萄糖制作标准曲线［6］。
准确称取冻干的菌丝体 10 g，加入 100 mL 水，
90 ℃震荡提取 2 h，3500 r /min离心 10 min，取上清;
沉淀加 100 mL 水重复提取一次，离心合并上清液，
旋转蒸发浓缩至一定体积后加入 4 倍体积无水乙
醇，4 ℃醇沉过夜，5000 r /min离心 10 min，取沉淀复
溶至一定体积后 Savage法除蛋白，取水层冻干，得到
菌丝体多糖提取物，复溶至一定体积后采用苯酚－硫
酸法测定菌体多糖含量，0～100 μg /mL 的葡萄糖制
作标准曲线［6］。
1.2.4 菌丝体中 CAT、SOD、POD 活性及可溶性蛋白
含量测定 准确称取 3 g新鲜菌丝，按 1∶3 的比例加
入 0.1 mol /L磷酸缓冲液(pH7.0)，一小勺石英砂，冰
浴研磨匀浆，4 ℃冷冻离心(3500 r /min，10 min) ，取
上清液作为 CAT、SOD、POD 活性及可溶性蛋白质含
量的待测液。
1.2.5 数据统计方法 每个实验至少六次重复，测
定结果表达为平均值 ± 标准偏差。使用 Microsoft
Office Excel 2007 和 origin7.5 进行数据处理、作图及
回归分析。采用 SPSS11.5 软件对数据进行方差分
析，差异显著性水平为 α = 0.05。
2 结果与讨论
2.1 Cd2 +对美味牛肝菌菌丝生长的影响
镉(Ⅱ)对美味牛肝菌菌丝体生长发育的影响如
图 1 所示。在无 Cd2 +培养基中，美味牛肝菌长势很
好，滤出的菌丝体色白，呈明显且均匀的丝状。不同
浓度 Cd2 +处理显著抑制了美味牛肝菌菌丝体的生长
发育(p ＜ 0.05) ，且滤出的菌丝体随 Cd2 +浓度的增加
颜色呈淡黄至黄褐色。这可能是 Cd2 +胁迫下，美味
牛肝菌菌丝产生了黑色素，来螯合菌体中的 Cd2 +，提
高菌丝体对 Cd2 +的耐受性［7］。培养结束后，无 Cd2 +
培养基平均每瓶菌丝发酵产量为 0.65 g，随着 Cd2 +的
加入，菌丝发酵产量逐渐减少，如图 1 所示，本研究
与前期研究结果一致［8］。将 Cd2 +处理浓度(X)与美
味牛肝菌菌丝体发酵产量(Y)进行回归分析得到 Y
= －0.0048X + 0.592(Ｒ2 = 0.9283)，即 Cd2 +对菌丝体
生长发育的抑制作用与其浓度线性正相关，生长抑
制率为 50%的 Cd2 +浓度为 56 mg /L，表明美味牛肝
菌对 Cd2 +具有较高的耐受性。
图 1 Cd2 +对美味牛肝菌菌丝体生长发育的影响
Fig.1 Effect of Cd2 + on the growth of Boletus edulis
注:标注不同字母表示差异显著(p ＜ 0.05)，图 2～图 4 同。
2.2 菌丝体对 Cd2 +的生物富集作用
如图 2 所示，不同浓度 Cd2 +的液体培养基中，美
味牛肝菌菌丝体对 Cd2 +的生物富集量呈“S”形曲线
70
变化。由图 2 可以看出，随着培养基中 Cd2 +浓度的
增加，菌丝体对 Cd2 +的富集量快速上升，其富集系数
在 Cd2 +添加较低浓度时(16 mg /L)达到第一个峰值，
为 48.8，菌丝对 Cd2 +的富集量为 780.2 mg /kg DW。
在培养基中 Cd2 +浓度为 64 mg /L 时，菌丝体对 Cd2 +
的富集量达到最大值，为 3335.7 mg /kg DW，其富集
系数也达到最大值，为 52.1，其后，随培养基中 Cd2 +
浓度的增加，菌丝体对 Cd2 +的吸附量不再显著增加，
即达到饱和吸附，吸附量为 3408.9 mg /kg DW。
根据目前的一些研究，大型真菌在活体生长过
程中，菌丝体对培养基质中重金属的生物吸附性能
显著高于子实体［3，7］，但是远远低于将采获后的子实
体作为生物吸附剂对基质中重金属的生物吸附能
力［9］。这可能是菌丝体作为子实体的营养体，其与重
金属结合的大分子物质，如多糖、蛋白等含量较高;
但是活体培养最终会受到重金属损伤而产生体内重
金属平衡机制，使其对重金属的生物吸附具有较低
的饱和度。但是以采获后子实体作为生物吸附剂，
处理基质中的重金属不再受活体的重金属生理平衡
机制的影响，从而具有较高的吸附饱和度。
图 2 美味牛肝菌菌丝发酵对
培养基中 Cd2 +的生物富集性能
Fig.2 Accumulation capacity and
bioconcentration factor(BCF)of Cd2 + in Boletus edulis
2.3 Cd2 +对菌丝体中可溶性总糖、可溶性蛋白含量
及菌体多糖含量的影响
不同浓度 Cd2 +处理显著影响了美味牛肝菌菌丝
体中可溶性总糖、可溶性蛋白和菌体多糖的含量
(p ＜ 0.05) ，如图 3 所示。美味牛肝菌菌体中可溶性
总糖含量较高，无 Cd2 +培养的菌丝体中达到 25.3%
DW;随着 Cd2 +的加入及其浓度的增加，菌体中可溶
性总糖含量呈现先增加后降低的趋势，在 Cd2 +浓度
为 16 mg /L 时，菌体中可溶性总糖含量最高(p ＜
0.05) ，为 33.9% DW，Cd2 +浓度为 80 mg /L 时菌体总
糖含量则显著降低为 18.4% DW(p ＜ 0.05)。
Cd2 +处理对菌体中可溶性蛋白含量的影响与总
糖完全相反，由图 3 可以看出，随 Cd2 +浓度的增加，
菌体中可溶性蛋白含量呈现先降低后增加的趋势，
即 Cd2 +浓度为 16 mg /L时菌体中可溶性蛋白含量最
低(p ＜ 0.05) ，为 0.9 mg /g FW;Cd2 +浓度为 80 mg /L
时菌体可溶性蛋白含量显著增加为 1.6 mg /g FW
(p ＜ 0.05) ，相比较于无 Cd2 +组的 1.0 mg /g FW，增加
了 1.6 倍。
Cd2 +处理对菌体中多糖含量的影响也呈现先增
加后降低的趋势，相对于可溶性总糖含量，菌体多糖
在 48 mg /L Cd2 +处理时含量最高，为 3.9% DW。无
Cd2 +添加时，菌丝体中多糖含量最低，为 2.4% DW，
所以培养基中 Cd2 +的存在刺激了美味牛肝菌菌体多
糖的合成。
菌体中可溶性糖类主要包括葡萄糖、果糖、麦芽
糖以及能够在测定条件下水解为单糖的可溶性低聚
糖，是菌体细胞中的主要能量物质和渗透调节物质，
可以直接参与菌丝体的新陈代谢，从营养学角度，也
是菌体供给人体的主要营养物质和功能性成分;而
多糖成分中一部分是菌体的初级代谢产物，一部分
是次级代谢产物。重金属对真菌可溶性总糖含量的
影响未见报道，程显好等［10］研究发现锌对蛹虫草菌
体中葡萄糖含量的影响呈先增后降的趋势，锌处理
量很高时菌体葡萄糖的含量要显著低于无锌组;王
松华等［11］发现高浓度镉处理显著降低了灵芝菌丝体
中还原性糖含量。可能在金属毒害作用下，菌体生
长发育受到抑制，从而抑制了菌体的新陈代谢进程。
对此作用机理还有待进一步研究。
菌体多糖如几丁质、纤维素、纤维素衍生物等细
胞成分能结合菌体吸附的重金属，对菌体抗金属胁
迫的耐受性具有显著积极作用［7］。另一方面，菌体多
糖一般具有显著的抗氧化活性，可有效清除自由基，
维持细胞氧化压力的平衡。重金属存在下，可以刺
激胞内产生过多的活性氧，增加细胞氧化压力，对细
胞产生毒害。推测，Cd2 +刺激美味牛肝菌菌体多糖
的合成有助于平衡胞内氧压。所以，金属离子的存
在一般可以刺激菌体多糖的合成。
重金属胁迫下，所有的生命体都存在生物转化
来降低重金属的毒性，如诱导产生金属硫蛋白、胁迫
蛋白来螯合、稳定进入体内的重金属。本研究中，
Cd2 +处理浓度较高，梯度跨度大，没有观察到低剂量
的 Cd2 +对可溶性蛋白的诱导效应，所以可溶性蛋白
呈现了先降后增的变化趋势。对于很高浓度 Cd2 +处
理刺激菌体中可溶性蛋白含量的增加，其机理还有
待于进一步研究。
图 3 Cd2 +对美味牛肝菌菌丝体中可溶性总糖、
可溶性蛋白及菌体多糖含量的影响
Fig.3 Effects of Cd2 + on the
total soluble saccharides，soluble protein and polysaccharides
2.4 Cd2 +对菌丝体中 CAT、SOD、POD活力的影响
不同浓度 Cd2 +处理显著影响了美味牛肝菌菌丝
71
体中 CAT、SOD 和 POD 的活性(p ＜ 0.05) ，如图 4 所
示。CAT和 SOD 活性随 Cd2 +处理浓度的增加呈现
显著的“低促高抑”变化(p ＜ 0.05) ，Cd2 + 浓度为
16 mg /L时 CAT 和 SOD 活性均达到最大值。对于
CAT活性，Cd2 +处理浓度高于 16 mg /L以后，其活性均
显著低于无 Cd2 +组(p ＜ 0.05);对于 SOD活性，Cd2 +处
理浓度高于 32 mg /L以后，其活性维持于无 Cd2 +处理
组相当;POD活性被 Cd2 +显著抑制(p ＜0.05)。
镉胁迫可使生物细胞活性氧水平升高，造成活
体细胞的氧压损伤。生物细胞内的 CAT、SOD、PPO
等抗氧化酶系可在一定程度上平衡各种环境因子造
成的氧化迸发，降低氧压损伤，提高生物体抗逆性。
重金属作为生物体不利的环境因子之一，其胁迫下
一般可刺激生物体抗氧化酶系活性升高，清除过量
的活性氧，先前研究［11－12］先后报道了镉胁迫下灵芝、
柱状田头菇等真菌菌丝体中抗氧化酶系的响应，均
可发现较低镉浓度处理时对菌体抗氧化酶系的激活
作用。推测，菌体抗氧化酶系活性升高，协同可溶性
蛋白、菌体多糖等可提高菌体对重金属胁迫的耐受
性能。本研究中 POD 活性随 Cd2 +处理的显著降低，
可能是本研究中 Cd2 + 处理浓度太大，没有观察到
Cd2 +处理对 POD活性的激活作用。
图 4 Cd2 +对美味牛肝菌菌丝体中
CAT、SOD和 POD活性的影响
Fig.4 Effects of Cd2 + on the
activities of CAT，SOD and POD
3 结论
目前对于生物的金属离子富集甚至超富集作用
机制还不完全了解。从本文和已有研究来看，大型
真菌对重金属具有一定的生物富集作用和耐受性。
菌体中特定的物质成分，如多糖、菌体蛋白等可参与
重金属的吸附，对重金属胁迫造成的氧化压力损伤
具有一定的修复作用。菌体中的抗氧化酶系可被重
金属胁迫激活，协同菌体多糖和蛋白等提升菌体对
重金属的耐受性能。重金属胁迫下大型真菌抗性机
理是十分复杂的，其耐受性能可能是由多个基因调
控，还需从细胞、分子水平上作进一步研究。
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