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灵芝(G. lucidum)作为一种广为人知的药食两用真菌，具有丰富的活性成分。近年来随着灵芝全基因组测序的完成、转基因体系的建立、反向遗传操作体系的完善以及自身特有的次生代谢方式，使灵芝日渐成为潜在的模式担子菌。灵芝的液体发酵技术具有周期短、成本低、产量高、有利于工业化等优点，从而受到广泛关注，但是发酵菌丝体中重要的活性成分—三萜类化合物的含量与种类均低于子实体。
本文拟在灵芝发酵过程中进行超声处理，旨在通过低能耗的物理场方法提高其发酵效率。本研究利用发散式超声设备辅助灵芝液体发酵，并比较超声处理前后灵芝菌丝体细胞水平与理化差异，分析超声处理对灵芝发酵效率的影响机制；通过代谢组学分析，以阐明超声处理对菌丝体最终代谢产物的影响；通过转录组学以分析超声对灵芝整体基因表达的影响；首次使用转录组和代谢组联合分析研究超声促进灵芝生长与代谢的分子机制。本文的主要研究内容及结果如下：
(1)超声处理促进灵芝液体发酵的研究。以菌丝体生物量与三萜产量为指标，研究了不同超声参数对灵芝液体发酵的影响。并以拉曼光谱、扫描电镜与胞内Fluo-4/AM探针法研究超声处理对灵芝细胞结构的影响。研究结果表明，最佳超声处理条件为：在对数生长期(接种后96h和120h)分别处理15min，超声频率28±2kHz，功率密度15W/L。与对照组相比，超声处理后菌丝体生物量和三萜产量分别提高了26.99%、33.62%(p＜0.05)，胞内外多糖含量分别提高了18.48%、35.90%(p＜0.05)，胞内外黄酮含量分别提高了30.27%、12.00%(p＜0.05)，超声处理促进了灵芝的生长与代谢。灵芝细胞宏观结构结果表明，超声处理可以改变菌丝体中多糖、脂肪酸和氨基酸的含量或结构。微观结果表明，超声处理后恢复0.5h菌丝部分断裂、内容物外泄，恢复3h后菌丝断裂部分恢复，菌丝体分枝增多，缠绕更为紧密。Fluo-4/AM探针法观察得到，处理后菌丝体胞内钙离子浓度增大，说明超声处理改变了灵芝菌的细胞膜通透性。
(2)通过代谢组学研究超声处理对灵芝发酵代谢物的影响。通过LC-MS非靶向代谢组学共鉴定得到857种差异代谢物(578个上调，279个下调)，上调的代谢物多于下调，表明超声处理诱导了大量代谢物的合成。这些差异代谢物分别富集到氨基酸代谢、糖代谢、萜类生物合成、磷脂和鞘脂代谢以及转运蛋白途径等多条KEGG代谢途径，表明超声处理后细胞为响应外界胁迫，相关代谢途径会发生复杂的变化。综上所述，超声处理可以使灵芝菌在代谢水平上发生显著变化。
(3)通过转录组学分析超声处理对灵芝菌基因表达谱的影响。与对照组相比，超声处理后恢复0.5h与3h分别鉴定得到569个、932个差异表达基因，在3h的恢复时间内有334个差异表达基因持续改变。结果表明超声处理可以使灵芝菌在转录水平上发生显著变化，并具有一定的持久作用。将鉴定得到的差异表达基因富集到相应的GO功能分析与KEGG代谢通路，结果表明，超声处理组与对照组在生物过程、细胞组成和分子功能三个类别中均有显著性差异，细胞色素P450、硫、碳、氨基酸、脂肪酸代谢，萜类骨架的生物合成以及鞘脂信号途径等均参与了灵芝对超声的响应。
(4)转录组和代谢组的联合分析表明，鉴定得到的差异基因和代谢产物主要涉及以下途径：碳水化合物代谢、能量代谢，氨基酸、萜类化合物的生物合成与代谢，膜转运、膜的组成成分，细胞壁，信号传递，ROS清除以及热休克蛋白的表达等。结果表明，超声处理能够促进灵芝诱导初级代谢、次级代谢、膜结构与膜性质、细胞壁、抗氧化机制的调控以及热效应的差异表达，从而从多个方面协同影响灵芝的生长与代谢。综上所述，超声处理可以作为一种促进灵芝液体发酵的有效方法。
本文拟在灵芝发酵过程中进行超声处理，旨在通过低能耗的物理场方法提高其发酵效率。本研究利用发散式超声设备辅助灵芝液体发酵，并比较超声处理前后灵芝菌丝体细胞水平与理化差异，分析超声处理对灵芝发酵效率的影响机制；通过代谢组学分析，以阐明超声处理对菌丝体最终代谢产物的影响；通过转录组学以分析超声对灵芝整体基因表达的影响；首次使用转录组和代谢组联合分析研究超声促进灵芝生长与代谢的分子机制。本文的主要研究内容及结果如下：
(1)超声处理促进灵芝液体发酵的研究。以菌丝体生物量与三萜产量为指标，研究了不同超声参数对灵芝液体发酵的影响。并以拉曼光谱、扫描电镜与胞内Fluo-4/AM探针法研究超声处理对灵芝细胞结构的影响。研究结果表明，最佳超声处理条件为：在对数生长期(接种后96h和120h)分别处理15min，超声频率28±2kHz，功率密度15W/L。与对照组相比，超声处理后菌丝体生物量和三萜产量分别提高了26.99%、33.62%(p＜0.05)，胞内外多糖含量分别提高了18.48%、35.90%(p＜0.05)，胞内外黄酮含量分别提高了30.27%、12.00%(p＜0.05)，超声处理促进了灵芝的生长与代谢。灵芝细胞宏观结构结果表明，超声处理可以改变菌丝体中多糖、脂肪酸和氨基酸的含量或结构。微观结果表明，超声处理后恢复0.5h菌丝部分断裂、内容物外泄，恢复3h后菌丝断裂部分恢复，菌丝体分枝增多，缠绕更为紧密。Fluo-4/AM探针法观察得到，处理后菌丝体胞内钙离子浓度增大，说明超声处理改变了灵芝菌的细胞膜通透性。
(2)通过代谢组学研究超声处理对灵芝发酵代谢物的影响。通过LC-MS非靶向代谢组学共鉴定得到857种差异代谢物(578个上调，279个下调)，上调的代谢物多于下调，表明超声处理诱导了大量代谢物的合成。这些差异代谢物分别富集到氨基酸代谢、糖代谢、萜类生物合成、磷脂和鞘脂代谢以及转运蛋白途径等多条KEGG代谢途径，表明超声处理后细胞为响应外界胁迫，相关代谢途径会发生复杂的变化。综上所述，超声处理可以使灵芝菌在代谢水平上发生显著变化。
(3)通过转录组学分析超声处理对灵芝菌基因表达谱的影响。与对照组相比，超声处理后恢复0.5h与3h分别鉴定得到569个、932个差异表达基因，在3h的恢复时间内有334个差异表达基因持续改变。结果表明超声处理可以使灵芝菌在转录水平上发生显著变化，并具有一定的持久作用。将鉴定得到的差异表达基因富集到相应的GO功能分析与KEGG代谢通路，结果表明，超声处理组与对照组在生物过程、细胞组成和分子功能三个类别中均有显著性差异，细胞色素P450、硫、碳、氨基酸、脂肪酸代谢，萜类骨架的生物合成以及鞘脂信号途径等均参与了灵芝对超声的响应。
(4)转录组和代谢组的联合分析表明，鉴定得到的差异基因和代谢产物主要涉及以下途径：碳水化合物代谢、能量代谢，氨基酸、萜类化合物的生物合成与代谢，膜转运、膜的组成成分，细胞壁，信号传递，ROS清除以及热休克蛋白的表达等。结果表明，超声处理能够促进灵芝诱导初级代谢、次级代谢、膜结构与膜性质、细胞壁、抗氧化机制的调控以及热效应的差异表达，从而从多个方面协同影响灵芝的生长与代谢。综上所述，超声处理可以作为一种促进灵芝液体发酵的有效方法。