冬虫夏草菌和蛹虫草菌的研究现状、问题及展望
传统上，虫草菌是麦角菌科Clavicipitaceae中虫草属Cordyceps&sensu&lato的所有真菌的统称，是形成“虫草”的真菌（Zhang&et&al.&2012b）。目前，全世界报道记载和虫草菌有关的名称已有500多个（www.indexfungorum.org），中国已报道约120种（梁宗琦&2007）。虫草菌的寄主范围十分广泛，可以寄生动物（包括昆虫、蜘蛛、螨类和线虫等）或者其他真菌（如大团囊菌属Elaphomyces&Nees和麦角菌属Claviceps&Tul.的真菌）（Sung&et&al.&2007；Kepler&et&al.&2012b）。虫草菌在地球上分布也十分广泛，可见于除南极洲的所有陆生环境，尤以热带和亚热带地区（特别是东亚、东南亚地区）的物种多样性最高（Sung&et&al.&2007）。虫草菌的重要性体现在其不仅在调节热带雨林中节肢动物的数量、维持森林生态平衡中起明显的作用，而且在害虫生物防治中可作为真菌杀虫剂使用，例如，虫草菌无性型白僵菌Beauveria&spp.和绿僵菌Metarhizium&spp.等已被用于防治多种农林业或草原害虫。部分虫草菌与寄主的复合物在传统中药中可直接入药（梁宗琦&2007），如冬虫夏草、蝉花、大团囊虫草、蛹虫草等。不同虫草菌还能产生多种生物活性物质，例如，在多种虫草菌中检测到的虫草素（cordycepin）具有抑菌、抗肿瘤、抗病毒、免疫调节、清除自由基等多种生物学活性（杨涛和董彩虹&2011）；由Elaphocordyceps&subsessilis&(Petch)&G.H.&Sung,&J.M.&Sung&&&Spatafora（膨大弯颈霉Tolypocladium&inflatum&W.&Gams的有性型）产生的环孢菌素（ciclosporin）作为一种免疫抑制剂广泛用于人体器官移植，并可用于治疗一些自身免疫疾病（Hodge&et&al.&1996）。在众多虫草菌中，冬虫夏草菌Ophiocordyceps&sinensis&(Berk.)&G.H.&Sung,&J.M.&Sung,&Hywel-Jones&&&Spatafora和蛹虫草菌C.&militaris&(L.:&Fr.)&Link无论是基础研究还是开发利用都在虫草菌中处于突出的地位，已成为虫草菌研究中的“模式物种”。
冬虫夏草是我国传统的名贵中药材，与人参、鹿茸并称“中药三大宝”。它是由冬虫夏草菌侵染青藏高原高山草甸土中的蝙蝠蛾（主要为钩蝠蛾属Thitarodes&Viette）幼虫而形成的幼虫尸体与真菌子座的复合体。许多人根据生活史的相似性，常用“冬虫夏草”指代其他虫草菌形成的菌虫结合体，这是不合理的。为纠正虫草菌，以及虫草菌与寄主形成的复合物在名称使用上的混乱状况，Zhang&et&al.（2012b）提出了新的术语规则，即涉及到真菌时使用诸如虫草菌、冬虫夏草菌、蛹虫草菌等名称，而涉及到虫草菌与寄主形成的复合物时使用诸如虫草、冬虫夏草、蛹虫草等名称。由于具有独特的药用价值，加上野生资源不断减少、市场价格飙升，冬虫夏草受到国内外各界人士的关注，也成为近年科学研究的热点（张永杰&2012）。冬虫夏草菌的规模化人工栽培迄今仍未实现；我国有关部门已将冬虫夏草菌列为“国家二级保护物种”。最近，冬虫夏草菌还被推荐为中国的“国菌”（the&national&fungus&of&China，Zhang&et&al.&2012b）。
蛹虫草菌主要寄生鳞翅目昆虫的蛹，与冬虫夏草菌相比，生长较快，容易人工培养产生子实体，因此，人们常把蛹虫草作为冬虫夏草的替代品进行开发利用。蛹虫草在我国又被称作“北虫草”或“北冬虫夏草”，据说是因为蛹虫草菌最初发现于我国的长白山以北地区。现在，在我国南方诸多地区也相继发现了蛹虫草，所以“北虫草”或“北冬虫夏草”的叫法是不合理的。为了避免不必要的混乱和误导，我们建议今后使用中国食药用真菌的规范名称（戴玉成和杨祝良2008；戴玉成等2010；戴玉成和李玉2011）。
由于都具有重要的药用价值，冬虫夏草菌和蛹虫草菌已经成为近年来研究的热点。人们从多个角度开展了研究工作。本文从分类学地位、分布、生活史及有性生殖类型、寄主范围、遗传多样性、分子遗传学和基因组学、生态学、人工栽培及产品开发等方面对两种虫草菌的研究现状进行总结，并提出作者的见解。冬虫夏草和蛹虫草在药理学和化学成分方面也有大量的文献报道，但我们很难辨别正确与否（参考本文最后一部分的叙述），而这也超出了作者的研究范围，因此，本文没有涉及。感兴趣的读者可以参考相关综述文献，如冬虫夏草可参阅文献Zhu&et&al.（1998a，1998b）和Buenz&et&al.（2005）；蛹虫草可参阅文献Das&et&al.（2010）。
1&分类学地位
长期以来，人们将所有虫草菌全都归到麦角菌科虫草属中（Kirk&et&al.&2001）。虫草属在更高级的分类地位上，以及属内成员的分类地位都发生过多次变动（梁宗琦&2007）。特别是近年来，科学家们发现传统的麦角菌科和虫草属都不是单系类群（Sung&et&al.&2007；Kepler&et&al.&2012b）。广义的麦角菌科现被划分成3个科，即Clavicipitaceae、Cordycipitaceae和Ophiocordycipitaceae。广义虫草属的大部分成员现已被划分到5个属中，即Cordyceps&Fr.、Elaphocordyceps&G.H.&Sung&&&Spatafora、Metacordyceps&G.H.&Sung,&J.M.&Sung,&Hywel-Jones&&&Spatafora、Ophiocordyceps&Petch和Tyrannicordyceps&Kepler&&&Spatafora（表1）。这5个属的系统发育关系见图1。在新的分类体系中，冬虫夏草菌属于Ophiocordycipitaceae科的Ophiocordyceps属，种名为Ophiocordyceps&sinensis；蛹虫草菌属于Cordycipitaceae科的Cordyceps属，种名仍为Cordyceps&militaris，但其所隶属的虫草属已经只是狭义的概念了。
根据“一种真菌一个名称”（One&Fungus=&One&Name）的发展趋势，今后一种真菌将不再同时拥有有性型和无性型两个合法名称（Taylor&2011），但在此我们仍有必要提一下冬虫夏草菌和蛹虫草菌的无性型问题，因为在人工培养、液体发酵等实际生产中使用的菌种均为无性阶段。为了明确冬虫夏草菌的无性型，科研人员从20世纪80年代开始从天然冬虫夏草上分离报道了多达22个真菌名称（Jiang&&&Yao&2002）；在这些真菌中，只有中国被毛孢Hirsutella&sinensis&X.J.&Liu,&Y.L.&Guo,&Y.X.&Yu&&&W.&Zeng才是冬虫夏草菌真正的无性型（刘锡琎等&1989；魏鑫丽等&2006）。之所以会出现这么多混乱的名称，主要与分离菌种时使用的材料和培养温度有关（沈南英&2010）。与冬虫夏草菌类似，蛹虫草菌的无性型名称也比较混乱，自蛹虫草菌研究的早期阶段开始就一直争论不休（Shrestha&et&al.&2012b）。与冬虫夏草菌无性型问题不同的是，蛹虫草菌在分类时出现的分歧，主要与研究者采用的特征类型不同有关，不是菌种本身“对”与“错”的问题。蛹虫草菌无性型的复杂性主要体现在其具有二型的产孢结构，即拟青霉型和轮枝孢型。根据不同的产孢结构，人们给蛹虫草菌无性型命名了不同的名称，如蛹草拟青霉Paecilomyces&militaris&Z.Q.&Liang（梁宗琦&2001）和蛹草蚧霉Lecanicillium&militaris&(Liang)&C.R.&Li&et&al.（李春如等&2006）。培养基成分以及菌落发生角变都会导致主要产孢结构类型的不同（梁宗琦&2007）。不过，由于蛹虫草菌有性子实体容易培养，菌种不容易出错，无性型问题并没有影响人们对蛹虫草菌的研究和开发利用。从真菌命名法规的发展趋势来看（Hawksworth&et&al.&2011），似乎已没有必要命名或使用蛹虫草菌的无性型名称。我们最近建议可以将蛹虫草菌的不同无性型名称处理成不同的形态学阶段，如拟青霉阶段、轮枝孢阶段等（Shrestha&et&al.&2012b）。
2&分布
冬虫夏草菌分布于青藏高原海拔3,000–5,000m的高寒草甸中（图2A）。从全世界范围来看，冬虫夏草菌只在中国、尼泊尔、不丹和印度4个国家有分布（Winkler&2008）。一些文献中提到的冬虫夏草菌分布于其他的国家或地区都是错误的，可能指的是其他种类的虫草（宋斌等&2006；Shrestha&et&al.&2010；杨大荣等&2010）。在有冬虫夏草菌分布的4个国家中，中国是最主要的分布地，占冬虫夏草菌总分布面积的90%以上。冬虫夏草菌在我国的分布北起祁连山、南至滇西北高山、东自川西高原山地、西达喜马拉雅山的大部分地区，约占我国国土面积的10%左右，涉及青海、西藏、四川、云南、甘肃五省（区）（杨大荣&1999）。其中，青海和西藏是冬虫夏草菌最主要的分布地，占到全国冬虫夏草产量的80%以上（章力建等2010）。有报道显示，近年来冬虫夏草菌的分布格局发生了明显的变化。与30年前相比，冬虫夏草核心分布区的海拔不断上升而边缘分布区的海拔明显下移，部分种群已经分布到暗针叶林和高山灌丛带中（杨大荣等&2010）。是什么原因导致了这种分布格局的改变尚不清楚。这些高山林地中的种群和正常的高寒草甸中的种群之间有多大程度的遗传差异有待研究。
蛹虫草菌多发现于温带、低海拔的生境（林地），在世界范围内广泛分布，包括北美、南美、欧洲和亚洲等都有报道。在亚洲，报道有蛹虫草菌的国家包括中国、韩国、日本、印度和尼泊尔等（Shrestha&&&Sung&2005；梁宗琦&2007；Singh&et&al.&2009）。蛹虫草菌在我国的分布包括辽宁、吉林、黑龙江、陕西、河北、安徽、浙江、山东、福建、广东、广西、贵州、湖北、四川、甘肃、西藏、云南、内蒙古和台湾等省（区）（宋斌等&2006）。
3&生活史及有性生殖类型
冬虫夏草菌在自然条件下完成生活史需要大约一年的时间。在每年夏秋季节，冬虫夏草菌开始侵染营地下生活的蝙蝠蛾幼虫。冬虫夏草菌进入虫体后在幼虫体腔内生长，逐渐使虫体内充满真菌菌丝体。被感染的幼虫初期行动迟缓，最后虫体内的菌丝体变为坚硬的“菌核”，进入冬季时成为僵虫（即所谓的“冬虫”），并在当年土壤冻结前从虫体头部长出短小的子座芽。到第二年春夏时分、土壤解冻后，冬虫夏草菌的子座继续生长并伸出地面，状似嫩草，故称“夏草”。到六月中下旬，子座头部渐渐膨大，子囊壳和子囊孢子逐渐成熟。成熟的子囊孢子从子囊壳口弹射出来，散落到土壤中，在适宜的条件下又去侵染其他的蝙蝠蛾幼虫（Buenz&et&al.&2005）。
蛹虫草菌在自然条件下的生活史还不是很清楚，如是子囊孢子或分生孢子侵染虫体尚无所知，真菌孢子是侵染鳞翅目幼虫再发育成僵化的蛹或是直接侵染蛹也不清楚。一般到了夏季，僵虫尸体上生成子实体，夏至前后进行蛹虫草采集。冬虫夏草菌一般只从昆虫头部长出一个子座（图2B，C），鲜见有生长2个及以上子座的冬虫夏草菌，而蛹虫草菌的子座可从僵虫多处长出（图2D，E）。
冬虫夏草菌和蛹虫草菌在自然条件下通过有性生殖产生子实体。二者形成的子实体是其主要的药用部分，因此，研究有性生殖类型对于培养子实体非常重要。对于冬虫夏草菌，目前已经克隆到MAT1-2位点的MAT1-2-1基因。虽然还没报道MAT1-1位点的基因，但通过对大量单孢菌株的检测发现，这些菌株全部含有MAT1-2-1基因，因此冬虫夏草菌很可能为同宗配合（homothallic）真菌（Zhang&et&al.&2011）。对于蛹虫草菌，两种交配型基因都已被成功克隆到（Yokoyama&et&al.&2006）。检测发现，蛹虫草菌单孢菌株中只含有一种交配型基因，而且MAT1-1交配型菌株出现的频率远高于MAT1-2交配型菌株出现的频率（Zheng&et&al.&2011a）。不同交配型的单孢菌株混合培养可以产生含子囊壳和子囊孢子的成熟子座，而单独培养单孢菌株或者相同交配型的单孢菌株混合培养不产生子座或者只产生无子囊壳的子座（Shrestha&et&al.&2004；Shrestha&et&al.&2005a；Zheng&et&al.&2011a）。这些结果支持蛹虫草菌为异宗配合（heterothallic）真菌。在实际生产和科学研究中，人们已经在使用多孢菌株或者组合不同交配型的单孢菌株来获得蛹虫草菌的子实体（Shrestha&et&al.&2012a）。
然而有趣的是，部分蛹虫草菌单孢菌株（单子囊孢子菌株或单分生孢子菌株）单独培养偶尔也可产生子实体。单孢菌株所产生的子实体虽然通常不能发育产生出子囊壳和子囊孢子（Shrestha&et&al.&2004；Zheng&et&al.&2011a），但也有研究发现部分单孢菌株可以发育出成熟的具有子囊壳和子囊孢子的子实体（Shrestha&et&al.&2004；Wen&et&al.&2012）。一些研究还检测到同时拥有两种交配型的单孢菌株（谭琦等&2011；Wen&et&al.&2012）。这些结果又暗示蛹虫草菌偶尔也可发生同宗配合。这种情况可能是由于“污染”造成的，因为蛹虫草菌的子囊孢子萌发较快、容易断裂成次生子囊孢子并扎堆生长，因而研究中分离到的部分“单孢菌株”有可能实际上是“多孢菌株”（Shrestha&et&al.&b，2012b）。不同于酵母菌[如酿酒酵母Saccharomyces&cerevisiae&Meyen&ex&E.C.&Hansen或白假丝酵母Candida&albicans&(C.P.&Robin)&Berkhout]能够发生“同性交配”（same&sex&mating）（Alby&et&al.&2009），丝状真菌中尚没有发现交配型互换（mating-type&switch）的现象。
4&寄主范围
不同虫草菌侵染的昆虫种类及范围不同，多数虫草菌寄主范围较狭窄，只限于一种或亲缘关系较近的数种昆虫。在自然条件下，冬虫夏草菌需要侵染蝙蝠蛾科Hepialidae昆虫的幼虫才能形成冬虫夏草，但冬虫夏草菌的寄主昆虫种类具体存在多少种尚不清楚。许多文献都对冬虫夏草菌的寄主昆虫种类进行了统计，但得到的结果差别较大，从30多种到60多种不等（王伟等&1996；杨大荣等&1996；刘飞等&2006）。其中很关键的一个问题是，随着调查的进行，不断有新的寄主昆虫种类被发现（涂永勤等&2009；Maczey&et&al.&2010；Zou&et&al.&2011）。最近，Wang&&&Yao（2011）对文献中涉及的与冬虫夏草菌相关的13个属的91个昆虫名称进行了总结和分析，认为这91个名称中有57个可能是冬虫夏草菌的寄主昆虫，26个被排除掉，还有8个无法确定。
除种类数不确定外，冬虫夏草菌寄主昆虫的分类体系也不稳定。长期以来，蝠蛾属Hepialus&Fabricius被认为是冬虫夏草菌寄主昆虫最主要的属（杨大荣等&1996）。但是，Nielsen&et&al.（2000）建议将中国科学家1984年以后报道的蝠蛾属几乎所有的昆虫物种都组合到钩蝠蛾属Thitarodes中。最近，邹志文等（2010）以蝠蛾雄性生殖器抱器瓣结构特征为依据，对中国蝠蛾属昆虫的分类系统重新进行了修订。他们在建立拟蝠蛾属Parahepialus&Z.W.&Zou&&&G.R.&Zhang和无钩蝠蛾属Ahamus&Z.W.&Zou&&&G.R.&Zhang，并在引入钩蝠蛾属的基础上，将中国蝠蛾属的60个种分别归入拟蝠蛾属（1种）、无钩蝠蛾属（18种）、蝠蛾属（1种）和钩蝠蛾属（40种）。在这4个属中，除蝠蛾属外的其他3个属都有冬虫夏草菌的寄主昆虫。然而，令人遗憾的是，目前冬虫夏草菌寄主昆虫分子系统学的研究还非常薄弱。截止目前，GenBank（公共的DNA序列数据库）中冬虫夏草菌寄主昆虫的DNA序列非常少（包括69条线粒体细胞色素b基因序列和139条细胞色素氧化酶Ⅰ基因序列），而且仅来自两个不同的实验室。冬虫夏草菌寄主昆虫更广泛范围的标本采集，以及蝙蝠蛾昆虫分子系统学的研究显得十分必要。
相对冬虫夏草菌而言，蛹虫草菌的寄主范围要广很多。蛹虫草菌属于虫草菌中专化性不强的一种，在自然条件下主要生长在阔叶林或混交林地表土层中鳞翅目昆虫的蛹上，可以寄生鳞翅目12个科的昆虫（Shrestha&et&al.&2012b）。除鳞翅目外，蛹虫草菌在自然条件下还可寄生鞘翅目（3个科）、膜翅目（1个科）和双翅目（1个科）的昆虫（Shrestha&et&al.&2012b）。就昆虫虫态而言，蛹虫草菌可以寄生幼虫、蛹和成虫，但以蛹上寄生最为常见（陈士瑜&1986）。与冬虫夏草菌类似，蛹虫草菌的寄主昆虫种数也没有一个比较确切的数字，估计至少有70种（Kryukov&et&al.&2011；Shrestha&et&al.&2012b）。蛹虫草菌的多寄主寄生特性很可能是决定其在世界上广泛分布的原因之一。
5&遗传多样性
冬虫夏草菌的遗传多样性已有大量的研究工作（表2），使用的分子标记涉及随机扩增多态性DNA（random&amplified&polymorphic&DNA，RAPD）、简单序列重复间区扩增多态性（inter-simple&sequence&repeat，ISSR）、核糖体DNA内转录间隔区（nuclear&ribosomal&DNA&internal&transcribed&spacer，nrDNA&ITS）的序列、交配型基因MAT1-2-1的序列等。虽然有些研究使用的样品数和取样范围比较有限，但这些研究大都表明冬虫夏草菌种群存在明显的遗传分化。同一地域菌株间分化程度较低，不同地域菌株间分化程度较高（张云武等&1999；朱子雄等&2011）。而且多数研究发现，冬虫夏草菌的遗传分化主要发生在不同纬度之间，与经度和海拔的相关性不显著（Liang&et&al.&2008；郝剑瑾等&2009）。
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蛹虫草菌虽然具有广泛的分布范围、多样的寄主范围，但从已有的报道看，其遗传分化程度尚不及冬虫夏草菌高（Sung&et&al.&1999；Wang&et&al.&2008）。例如，英国、中国、日本、韩国和挪威来源的蛹虫草菌在nrDNA&ITS序列间的遗传距离小于0.01（Wang&et&al.&2008），而从中国西藏、青海、四川、云南来源的冬虫夏草菌在nrDNA&ITS序列间的最大遗传距离就可能达到0.04（Zhang&et&al.&2009）。另外，蛹虫草菌遗传分化与地理的相关性也不像冬虫夏草菌有规律可循（Sung&et&al.&1999；Wang&et&al.&2008）。然而，蛹虫草菌不同地理种群间遗传分化程度低，并不意味着没有遗传变异。实际上，RAPD分析结果发现，即使相同菌株来源的不同单分生孢子菌株之间在RAPD图谱上也会有明显的差异（李闽锋等&2007；Wen&et&al.&2012）。这意味着蛹虫草菌能够发生频繁的遗传重组，与异宗配合的生活史相一致。另外，有研究发现蛹虫草菌的正常菌株与退化菌株之间在遗传上表现出明显的差异（李美娜等&2003；李闽锋等&2007），但这不符合物种遗传变异的规律，因菌种退化可以高频率地发生。
6&分子遗传学和基因组学
在分子遗传研究方面，冬虫夏草菌要落后于蛹虫草菌，可能是由于冬虫夏草菌生长非常缓慢，给开展遗传学的研究工作增加了难度。目前，蛹虫草菌的基因组已经发表，冬虫夏草菌的基因组也将很快公布。蛹虫草菌基因组大小为32.2Mb（Zheng&et&al.&2011a），含有约7条染色体，大小在2–5.7Mb之间（汪小艳等&2010）。蛹虫草菌基因组中含有大约9,600个蛋白编码基因，约16%的蛋白编码基因参与真菌-昆虫的相互作用，不存在编码对人类有害的已知真菌毒素的基因（Zheng&et&al.&2011a）。高通量转录组分析表明，与其他真菌不同，蛹虫草菌单交配型菌株的子实体发育主要受丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated&protein&kinase，MAPK）信号途径调控，而非MAPK和蛋白激酶A（protein&kinase&A，PKA）共同调控（Zheng&et&al.&2011a）。两项独立的研究都证明，蛹虫草菌菌丝体生长阶段和子实体形成阶段基因转录谱存在差异，具体表现为：菌丝体阶段有约2,000–2,100个基因转录上调，子实体阶段有约600–900个基因转录上调（Zheng&et&al.&2011a；Yin&et&al.&2012）。Xiong&et&al.（2010）还发现用不同培养基培养蛹虫草菌菌丝体时，以及用不同基质培养子实体时，其转录表达谱都存在差异（Xiong&et&al.&2010）。Yin&et&al.（2012）比较了菌丝体阶段和子实体阶段的蛋白质组，分别检测到359和214个蛋白，但只有98个蛋白在两个阶段都有表达。这些结果表明，人工培养基培养的菌丝体或子实体与天然或用鳞翅目蛹（如蚕蛹）培养的子实体具有类似活性成分的说法不具可靠性。此外，Zheng&et&al.（2011b）建立和优化了蛹虫草菌农杆菌介导的转化（Agrobacterium&tumefaciens-mediated&transformation，ATMT）体系，将有助于今后鉴定未知基因的功能，寻找表型相关的基因等。
相对于蛹虫草菌，冬虫夏草菌分子生物学的研究较少，其遗传转化体系尚未建立。在GenBank中，冬虫夏草菌的蛋白编码基因除常见的基因（如rpb1、rpb2、tub、tef1）外，就只有交配型MAT1-2位点的基因（Zhang&et&al.&2011）及丝氨酸蛋白酶基因（csp1和csp2）（Zhang&et&al.&2008）。
菌种退化是蛹虫草批量生产中最为严重的一个问题，主要表现为菌种使用一段时间后不长子实体或只有极少量子实体产生。研究菌种退化的机制对于解决菌种退化问题和进行退化菌株的早期检测具有重要的意义。如前所述，有研究认为退化菌株与正常菌株之间发生明显的遗传改变（李美娜等&2003；李闽锋等&2007）。汪虹等（2010）推测菌种退化是由于核相发生了改变，即异核体变成了同核体。然而，也有研究报道，退化菌株与正常菌株在交配型方面没有表现出差异，有的退化菌株也可检测到两种交配型（林清泉等2010）。以绿僵菌为对象的研究表明，退化菌株菌丝内富含高水平的活性氧（reactive&oxygen&species），呈现明显的氧化胁迫（oxidative&stress）特征，线粒体DNA发生糖基化修饰，表现出类似高等真核生物的老化现象（aging）（Wang&et&al.&2005；Li&et&al.&2008）。最新的一项研究通过基因工程方法，在蛹虫草菌中过表达谷胱甘肽过氧化物酶基因，发现能够改善蛹虫草菌对氧化胁迫的抵抗能力，退化菌株能够恢复产子实体的能力，正常菌株能够提高继代培养的稳定性（Xiong&et&al.&2012）。该研究进一步证明了菌种退化与菌丝氧化胁迫的关联性，不过其中的因果关系仍有待深入研究。优化生产菌株适宜的保藏条件，使优良菌株能够持续地产生子实体，可适当缓解菌种退化的问题（Sung&et&al.&2006）。
冬虫夏草菌和蛹虫草菌发挥药理作用的物质基础是产生多种生物活性物质。其中，最著名的就是蛹虫草菌产生的虫草素。解析这些物质生物合成的分子机制，有助于通过基因操作提高目标物种的产量。莫红丽等（2010）采用抑制差减杂交（suppression&subtractive&hybridization，SSH）分离到6个可能与蛹虫草菌虫草素合成相关的基因，但其功能尚未验证。通过基因组序列分析，Zheng&et&al.（2011a）发现蛹虫草菌含有大多数与腺嘌呤和腺苷代谢相关的基因，但是缺乏将ATP转化为dATP的核苷三磷酸还原酶和将脱氧腺苷转化为dAMP的脱氧腺苷激酶，因此，核苷三磷酸还原酶不可能参与虫草素的生物合成。Yin&et&al.（2012）推测了蛹虫草菌虫草素的代谢通路，并发现该通路中一些基因的表达在菌丝体和子实体阶段有差异，多数基因在菌丝体阶段表达上调。因此，我们可以考虑通过大规模的菌丝体发酵，同时在培养基中添加一些其他物质（如腺嘌呤和腺苷）来提高虫草素的产量（Masuda&et&al.&）。
7&生态学
天然冬虫夏草及其微环境中生活着多种微生物，包括真菌。从20世纪80年代到20世纪末，人们从冬虫夏草上相继分离报道了20多种真菌（Jiang&&&Yao&2002）。其中，包括一些真菌新种（张永杰&2012），如中国金孢霉Chrysosporium&sinense&Z.Q.&Liang、蝙蝠蛾被孢霉Mortierella&hepiali&Q.T.&Chen&&&B.&Liu、中国拟青霉Paecilomyces&sinensis&Q.T.&Chen,&S.R.&Xiao&&&Z.Y.&Shi（新近组合为Polycephalomyces&sinensis&(Q.T.&Chen,&S.R.&Xiao&&&Z.Y.&Shi)&W.J.&Wang,&X.L.&Wang,&Y.&Li,&S.R.&Xiao&&&Y.J.&Yao）（Wang&et&al.&2012）、蝙蝠蛾柱霉Scytalidium&hepiali&C.L.&Li、中国弯颈霉Tolypocladium&sinense&C.L.&Li和蝙蝠蛾拟青霉Paecilomyces&hepiali&Q.T.&Chen&&&R.Q.&Dai&ex&R.Q.&Dai,&X.M.&Li,&A.J.&Shao,&S.F.&Lin,&J.L.&Lan,&W.H.&Chen&&&C.Y.&Shen等。最近，通过传统的分离培养方法及非培养的分子生物学方法，我们从天然冬虫夏草中分别发现了92种和108种不同的真菌，其中包括很多潜在的新种（Zhang&et&al.&2010；张永杰等&2010）。目前，尚未见任何对天然蛹虫草群落结构的研究报道。
在同一环境中长期生活的生物会产生某些结构类似的代谢产物。存在于冬虫夏草上的某些真菌已经发现具有与冬虫夏草菌相同或相似的化学成分和药理作用（Zhang&et&al.&2012b）。近年来，科研人员通过对从冬虫夏草上分离的真菌资源进行大规模的次生代谢产物分析，发现了大量的新结构化合物；这些化合物具有抗微生物、抗HIV和抗肿瘤等生物活性（Zhang&et&al.&2012b）。因此，从天然冬虫夏草上分离的真菌资源是开发创新药物非常重要的生物来源。
为了更好地了解冬虫夏草菌在自然环境中的生存状况及其侵染寄主昆虫的过程，近年来已有研究者根据nrDNA&ITS序列的比较，开发了冬虫夏草菌特异的nrDNA&ITS扩增引物（Zhong&et&al.&2010；Jin&et&al.&2012），还根据nrLSU序列设计了冬虫夏草菌的特异性杂交探针（Zhong&et&al.&2010）。
8&人工栽培及产品开发
我国从20世纪70年代后期就开始冬虫夏草菌人工栽培技术的研究，虽然已经掌握了一些基本技术，但至今离产业化的实际要求尚有很多关键的问题有待突破解决。许多实验室已经掌握冬虫夏草菌的人工培养技术和寄主幼虫规模化饲养技术。但用冬虫夏草菌接种幼虫形成僵虫的成功率和从僵虫生长出子座的成功率都非常低，成为目前制约冬虫夏草菌人工栽培的主要因素。为了弥补天然资源的不足，国内已有至少3家企业在进行冬虫夏草菌的工业化发酵。由冬虫夏草菌的发酵菌丝体制成的“百令胶囊”，作为国家中药一类新药，已被用于治疗慢性肾衰、Ⅱ型糖尿病、尿路感染、肝脏疾病、哮喘、结核及辅助治疗肿瘤等（刘丽娟等&2004）。此外，国内外也有许多厂家在利用从冬虫夏草分离的其他真菌进行产品开发（Zhang&et&al.&2012b；张永杰&2012），如由蝙蝠蛾被孢霉发酵菌丝体制成的“至灵胶囊”，由蝙蝠蛾拟青霉菌丝体发酵物制成的国家中药一类新药“金水宝胶囊”，由虫草头孢Cephalosporium&sinensis&C.T.&Chen开发出的“宁心宝胶囊”，由粉红粘帚霉Gliocladium&roseum&Bainier开发出的“心肝宝胶囊”等。
与冬虫夏草菌不同，蛹虫草菌很容易在昆虫体上培养形成子实体。我国是世界上第一个用昆虫蛹（家蚕蛹或柞蚕蛹）人工大批量培养蛹虫草菌子实体的国家（梁宗琦&2007）。此外，蛹虫草菌也很容易在人工培养基上培养产生子实体（Shrestha&et&al.&2012b）。由于饲养昆虫成本较高，利用昆虫得到的子实体通常要比用人工培养基得到的子实体价格贵约一倍。本文前面已提到在不同基质上培养蛹虫草菌子实体时的基因表达谱存在差异，可以预见二者在活性化学成分种类、含量及药理作用上存在不同或差异。王雅玲等（2009）对我国蛹虫草菌人工栽培使用的培养基进行了总结。另外，许多人对蛹虫草菌的液体发酵条件进行了优化（Cui&&&Yuan&2011），但市场上尚未见到蛹虫草菌发酵菌丝体产品。
9&研究中存在的问题及展望
冬虫夏草和蛹虫草是最重要的两种虫草资源，都具有良好的药用价值，已经成为研究的热点。近年来，冬虫夏草菌和蛹虫草菌在很多方面都取得了重要的研究进展。本文综述了二者在分类学地位、分布、生活史及有性生殖类型、寄主范围、遗传多样性、分子遗传学和基因组学、生态学、人工栽培及产品开发等方面的研究现状。在有些方面，冬虫夏草菌研究比较深入，而在另一些方面蛹虫草菌研究比较深入。通过比较分析，能够促进我们更好地认识和利用虫草这类宝贵的资源，加快虫草菌的基础及应用研究的步伐。
然而，我们也注意到研究中存在的一些问题，尤其是冬虫夏草菌特别突出。例如，文献中关于冬虫夏草菌的地理分布、寄主范围的报道常有错误（Li&et&al.&2011；Wang&&&Yao&2011）。一些研究所使用的材料并非真正的冬虫夏草或冬虫夏草菌（Dong&&&Yao&2011）。GenBank中一些注释为冬虫夏草菌的DNA序列实际代表的是其他真菌（Stensrud&et&al.&2007；Zhang&et&al.&2013）。更具误导性的是，有些文献在“材料与方法”中标明是中国被毛孢（冬虫夏草菌的无性型），但从其培养条件和培养时间分析却不像是真正的冬虫夏草菌，很可能是从天然冬虫夏草分离的其他真菌。张永杰（2012）就如何辨别一个培养物是否为冬虫夏草菌提出了判断的标准。我们在今后的研究和文献分析中需高度重视这些问题，不要被用错误材料所得出的错误结果所误导，同时，也希望今后从事冬虫夏草/冬虫夏草菌研究的科研人员都能注意所用材料的可靠性。
蛹虫草菌虽不像冬虫夏草菌那样有许多使用错误菌株的研究报道，但是很多研究并没有交待使用菌株的来源，即组织分离菌株还是单孢菌株（包括单子囊孢子菌株和单分生孢子菌株）。最近的一篇文章已明确提出这个问题（Shrestha&et&al.&2012b）。有证据显示，蛹虫草菌多孢菌株（包括多子囊孢子菌株和多分生孢子菌株）或组织分离来源的菌株在相同条件下产子实体的能力经常发生变化；多孢菌株或组织分离菌株比单孢菌株更容易发生菌种退化。此外，在逐步理解虫草菌有性生殖规律和子实体发育调控机理的基础上，优良菌种选育也是冬虫夏草菌和蛹虫草菌研究中的重要课题，因为野生菌株产子实体、分泌一些活性物质的能力不足。对于蛹虫草菌，已有研究报道获得了一些高产子实体、多糖和/或虫草素的菌株（Shrestha&et&al.&2012b），但冬虫夏草菌菌株选育的研究还很少见。
我们研究冬虫夏草和蛹虫草的最终目标就是要利用它们为人类造福。其中，子实体的培养就是人们追求的目标之一。如今蛹虫草菌已实现规模化栽培子实体，从人们尝试在固体培养基上培育蛹虫草菌子实体到实现规模化栽培，经历了近一个世纪的时间（付彦凯等2012）。对冬虫夏草菌人工栽培的研究已经有近40年的时间了，到如今我们在实验室内仍很难培育出子实体（无论人工培养基上还是昆虫体上），看来冬虫夏草菌要实现规模化人工栽培还有很长的路要走。不过，随着基因组测序的完成、不同领域科学家的联合攻关及社会各界的重视，我们期待冬虫夏草菌规模化栽培能够早日实现。
（论文链接：http://journals./jwxtcn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=&flag=1）
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