近年来,随着野生虫草资源日益匮乏和市场需求量的逐年增大,国内外研究者都加强了对虫草的人工栽培、活性代谢产物的研究及新型虫草资源的开发。其中,虫草的子实体栽培技术和活性代谢产物的研究是虫草资源开发利用的必然环节。多糖和小分子代谢产物(如腺苷)是表征虫草有效成分的重要指标,也是冬虫夏草质量标准和蛹虫草作为新资源食品的管理办法中规定的基本指标,是新型虫草资源开发的依据。日本冬虫夏草是日本和韩国研究较早的一种虫草属真菌,目前已将其作为冬虫夏草的替代物进行了开发利用,并实现了相关发酵产品的工业化生产。而我国对其研究较少,尤其在人工栽培和活性产物方面几乎为空白。随着食药用真菌的开发利用日益受到人们的重视,进一步加大对日本虫草人工栽培和活性产物的研究无疑具有重要价值。本文从长白山采集的野生日本虫草中分离纯化出10株菌种,从中筛选出一株作为实验菌株,运用PCR、GPC、GC、GC-MS、IR等技术手段,对该菌株的生物学特性、人工栽培和活性代谢产物进行了系统研究,主要包括以下几项内容:1.无性型鉴定及生活史验证:采用形态学鉴定和分子生物学鉴定相结合的方法,确定了该菌株为日本冬虫夏草的无性型——日本棒束孢,并在此基础上实现了生活史循环,证明了日本虫草和日本棒束孢是同一物种的不同生长阶段。2.人工栽培条件优化:以子实体质量和产量为指标,通过单因素实验和正交实验,确定了人工栽培的最佳培养基和培养条件,即以小麦为原料,原料25g,原料含水量为70%,蔗糖添加量0.4%,最适pH为7.0,子实体最适生长温度为19-25℃,高温时可适当通气,培养周期40d,单瓶产量可达4.576g(干重),生物转化率最高可达18.3%。培养条件简单,周期短,产量高,具有较大的工业化开发潜力。3.多糖的制备与分析:对日本棒束孢的胞外多糖(EPS)、菌丝体多糖(IPS1)和子实体多糖(IPS2)进行了理化性质、单糖组成和结构的比较分析。EPS含糖量87.4%,分子量74kDa,甘露糖、半乳糖和葡萄糖摩尔比为12.9:2.4:1.0;IPS1含糖量89.2%,主要组分的分子量为233kDa,三种单糖摩尔比为11.7:5.8:1.0,β-型吡喃糖;IPS2-1含糖量91.3%,分子量265kDa,单糖摩尔比为1.3:1.0:2.9,α-型吡喃糖;IPS2-2含糖量为93.2%,分子量25kDa,单糖摩尔比为1.5:1.1:1.0,β-型吡喃糖。将日本棒束孢多糖(包括EPS和IPS)与蛹拟青霉、球孢白僵菌、虫花棒束孢和中国被毛孢多糖的性质进行了横向比较,得出虫草属真菌多糖性质上的规律:虫草多糖(EPS和IPS)的单糖组成基本相同,均由甘露糖、半乳糖和葡萄糖组成,其中甘露糖普遍占有较大的比例,葡萄糖含量最少;多糖分子量多数在20-100kDa之间;主链构型多为β-型,尤其是IPS。本文为研究虫草多糖的构效关系、开发日本虫草等新型虫草资源奠定了理论基础。4.小分子产物分析及活性测定:运用乙酸乙酯和正丁醇分别对发酵液、菌丝体和子实体的醇提物进行萃取,得到六种小分子萃取物。抑菌试验表明,6种萃取物均具有抑制细菌生长的作用,不能抑制真菌的生长,乙酸乙酯萃取物的抑菌活性略高于正丁醇萃取物。抗肿瘤实验表明,子实体的乙酸乙酯和正丁醇萃取物可有效抑制P388细胞和Hela细胞的生长,具有成为新型抗肿瘤药物资源的潜力和进一步分离纯化的价值。各种萃取物的抗病毒活性均较低或无抗病毒活性。通过GC-MS方法研究了活性较高的乙酸乙酯萃取物的主要挥发性组分,结果表明,这些组分大部分都是酮类、酰胺和酯类等含苯基及含氧基的化合物,这些基团活性较高,易氧化,是日本棒束孢乙酸乙酯萃取物发挥生物活性的重要物质基础。本文填补了国内外对日本虫草研究的空白,为深入开发日本棒束孢资源、实现工业化生产以及开发相关产品铺平了道路,具有重要的经济价值和学术意义。