蛹虫草菌丝球形态调控发酵增效机制研究

蛹虫草富含虫草多糖、虫草素等活性物质，具备抗氧化、免疫调节等药理价值，液态深层发酵是规模化生产多糖的主流工艺。丝状真菌发酵存在菌丝散乱缠绕、发酵液黏度高、传质溶氧受阻等痛点，大幅限制多糖产量。调控真菌菌丝形态是提升发酵效率的经典思路，吐温 80（P80）表面活性剂可调控蛹虫草菌丝球形成的形态，但蛹虫草种子阶段 P80 形态调控的长效作用、分子调控机制尚不清晰。本研究以种子液添加 P80 构建稳定均一菌丝球体系，通过清洗去除表面活性剂排除直接刺激，结合发酵表型、转录组与生化检测，解析菌丝球、细胞壁重塑、氧化应激防御三者关联机制，为食药用菌多糖工业化高产提供低成本非基因改造工艺。

盐城工学院海洋与生物工程学院徐伟团队，在国际期刊《Journal of Fungi》（Q1，4.3）发表题为Pelletized Growth in Cordyceps militaris Is Associated with Coordinated Cell Wall Remodeling and Stress Defense相关研究。

研究成果

1. 表面活性剂筛选与最优诱导条件 对比 6 种表面活性剂，仅 1.5%（v/v）吐温 80 可稳定诱导紧实均匀蛹虫草菌丝球；该浓度下菌丝球平均直径 3.15 mm，种子生物量达 20.11 g/L，浓度过高 / 过低均会造成菌丝团大小不均、生物量下降。电镜观察证实菌丝球内部菌丝排布致密，细胞壁超微结构发生重塑。

图 1 种子培养基中添加不同表面活性剂（体积分数 1.5%）培养蛹虫草后的典型形态照片

2. 菌丝球长效提升发酵产能 种子液经 3 次水洗去除残留 P80 后转接无活性剂发酵培养基，形态优势持续保留：葡萄糖消耗速率显著加快，发酵周期缩短 24 h；最大菌丝干重 24.45 g/L，较对照组提升 42.7%；胞外多糖最高产量 10.23 g/L，相比对照组提升 71.1%，多糖峰值由第 7 天提前至第 6 天。

图 2 蛹虫草种子培养基中吐温 80（P80）添加浓度优化结果。(a) 不同吐温 80 浓度下蛹虫草菌丝形态；(b) 未添加吐温 80 与添加 1.5% 吐温 80 培养的菌丝对比图；(c) 未添加吐温 80 与添加 1.5% 吐温 80 组蛹虫草的扫描电镜图；(d) 菌丝球粒径随吐温 80 浓度变化的分布情况；(e) 不同吐温 80 浓度对菌丝干重的影响。数据为 3 组独立平行试验的平均值 ± 标准差。采用单因素方差分析结合图基事后检验进行统计学显著性分析（样本数 n=3）。

3. 转录组解析双核心调控通路 共筛选 1813 个差异表达基因，上调 992 个、下调 821 个：分析表明氧化应激防御通路：过氧化氢酶 KatA、谷胱甘肽 S 转移酶 GST、谷胱甘肽过氧化物酶 GPX 显著上调，海藻糖合成基因 TreA 同步激活；细胞壁重塑通路：β- 葡聚糖酶 Crf1、几丁质酶 Chit3、葡聚糖内切酶 EglC 大幅上调，MAPK 细胞壁完整性信号通路相关基因呈现上调趋势。

4. 生化指标验证生理优势 菌丝球组乳酸脱氢酶（LDH）释放量更低，细胞膜完整性更好；胞内 ROS、过氧化氢积累显著下降，总抗氧化能力 T-AOC 提升 2.5 倍；CAT、GST、GPX、海藻糖合成酶、几丁质酶活性分别提升 174.83%、54.7%、191.8%、91.9%、240%。qRT-PCR 验证转录组数据，基因表达趋势高度吻合（R²=0.9793）。

图 3 吐温 80 诱导蛹虫草形成菌丝球过程中细胞壁重塑信号调控机制示意图

结论

发酵阶段添加 1.5% 吐温 80 可稳定诱导蛹虫草形成致密均匀菌丝球，该形态优势可脱离活性剂长效维持，大幅缩短发酵周期、显著提升胞外多糖产量；菌丝球生长伴随协同细胞壁重塑与内源抗氧化防御激活：细胞壁水解酶高表达重构菌丝结构促进聚集，抗氧化系统降低胞内氧化损伤，共同维持细胞高代谢活力；该种子阶段形态调控工艺操作简便、成本低廉，无需基因编辑，具备工业化放大潜力，为食药用真菌发酵高产提供全新工程化策略。

文章链接：https://doi.org/10.3390/jof12050362