雙孢蘑菇栽培覆土機制研究進展

王琳等

摘要：栽培雙孢蘑菇必須通過覆土才能形成子實體，但是目前關于覆土刺激雙孢蘑菇原基形成的機制還不是非常清楚。從覆土的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、微生物的作用3個方面闡述了覆土對雙孢蘑菇子實體形成的作用，著重介紹了覆土層中微生物與雙孢蘑菇子實體形成的關系、不同覆土材料的特性及其對雙孢蘑菇產(chǎn)量的影響，以期對雙孢蘑菇覆土機制的進一步研究提供參考。

關鍵詞：雙孢蘑菇；原基形成；覆土；機制

中圖分類號： S359；S646.1+10.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0179-04

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）別稱白蘑菇、蘑菇、洋蘑菇、西洋松茸，由于其栽培起源于300多年前的法國，因此又有“法國蘑菇”之稱。雙孢蘑菇是一種目前世界上栽培最廣、規(guī)模最大、產(chǎn)量最多的全球性食用菌[1]，我國是雙孢蘑菇的生產(chǎn)大國，出口量位居世界第一。覆土層是一種用來覆蓋在培養(yǎng)料上的物質(zhì)[2]，當雙孢蘑菇的菌絲在培養(yǎng)料中生長并吃透料后，此時在料面上覆蓋1層覆土，等菌絲長到覆土層后，降低溫度、增加空氣和覆土層的濕度，菌絲就開始扭結(jié)，形成子實體原基，原基不斷生長就發(fā)育成可采收的蘑菇。雙孢蘑菇子實體原基的形成過程有以下幾個步驟：首先是許多菌絲相連并扭結(jié)在一起形成一條條菌索；然后在菌索特定部位的菌絲出現(xiàn)大量分支組成的菌絲團，這就是子實體原基；再由原基進一步分化發(fā)育成成熟的子實體[3]。如果不覆土，一般的雙孢蘑菇就不能形成子實體原基。雙孢蘑菇子實體的形成是非常復雜的生物學現(xiàn)象，至今還存在許多不清楚的地方，但是已經(jīng)知道覆土在雙孢蘑菇的栽培過程中起重要的作用，因為覆土提供的雙孢蘑菇生長環(huán)境的變化使得雙孢蘑菇由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長[4]，同時覆土也是雙孢蘑菇產(chǎn)量、質(zhì)量和商業(yè)蘑菇均一性的主要影響因子[5]。盡管覆土的確切作用機理還不是很清楚，但人們普遍認為是覆土層特定的物理特性、化學性質(zhì)和微生物的活動對雙孢蘑菇子實體的形成起作用[6]。

1 覆土層的理化特性對子實體形成的影響

覆土層最重要的物理性質(zhì)是能夠提供雙孢蘑菇菌絲生長和發(fā)育所需的水分，從而使其繼續(xù)發(fā)展為子實體。其主要功能是防止料面干燥，為子實體提供支撐作用，也可以防止多次澆水對雙孢蘑菇的結(jié)構(gòu)造成破壞[7-8]。一般來說，雙孢蘑菇子實體的含水量約為90%，因此盡量多提供可供利用的水分是增加產(chǎn)量的關鍵，而子實體中的水分主要來源于覆土材料和培養(yǎng)料，可見覆土是蘑菇生長發(fā)育所需水分的重要來源之一，此外高持水率也是優(yōu)良覆土材料的重要特性之一。雙孢蘑菇菌絲的延伸速度與覆土層的濕度是緊密相關的[9]，雙孢蘑菇產(chǎn)量在第二潮時最大，而這時覆土層的基質(zhì)勢迅速下降。

覆土材料的透氣性和吸附力對雙孢蘑菇原基的形成也非常重要，李榮春用泥炭、樹皮、椰子纖維、活性炭、無煙煤、褐煤、沸石和硅膠等8種材料進行覆土試驗，結(jié)果表明，活性炭、椰子纖維、泥炭土上的雙孢蘑菇子實體原基數(shù)量顯著高于其他材料，且原基既能在有機材料上發(fā)生又能在無機材料上發(fā)生，與覆土材料的化學性質(zhì)不相關，但在有機材料上比無機材料上能產(chǎn)生更多的原基[10]。無論使用無菌還是有菌的活性炭栽培雙孢蘑菇，都能產(chǎn)生大量的原基，Long等也發(fā)現(xiàn)，以無菌活性炭為覆土材料，由于活性炭具有較高的吸附性能，因而能吸附某些抑制雙孢蘑菇原基產(chǎn)生的物質(zhì)（即結(jié)實基因表達），從而使原基發(fā)生[11]。在培養(yǎng)料中的雙孢蘑菇菌絲生長時會產(chǎn)生一些揮發(fā)性的碳氫化合物，如氯甲烷、氧硫化碳、二硫化碳、乙烯等，其中乙烯被發(fā)現(xiàn)與子實體的形成有關，在原基向子實體發(fā)展的過程中，乙烯含量迅速增加[12]；此外一種揮發(fā)性的物質(zhì)1-辛烯-3-醇會抑制原基進一步形成[13]。還有一種理論是在對覆土進行熱處理時，活性炭會影響覆土層水分中CO2的反應[14]，由于活性炭能吸收CO2[15]，因此在覆土層和培養(yǎng)料層之間會產(chǎn)生CO2梯度，而CO2濃度降低會誘導雙孢蘑菇原基的形成。Tschierpe等觀察到線狀的蘑菇菌絲只要在低濃度的CO2中就可以產(chǎn)生子實體[16]。在沒有滅菌的覆土里，CO2參與蘑菇的代謝活動，并與覆土層中的水分反應而轉(zhuǎn)化成碳酸，接著與碳酸鈣反應并釋放出Ca2+和HCO3-，因此認為直接影響蘑菇菌絲生長方式的不是CO2，而是其水解產(chǎn)物——HCO3-。Masaphy等研究發(fā)現(xiàn)，蘑菇在營養(yǎng)生長時，其菌絲表面附有草酸鈣結(jié)晶，而在覆土層中原基形成前的菌絲表面沒有發(fā)現(xiàn)草酸鈣結(jié)晶[17]。在熱處理草炭和碳酸鈣時，碳酸氫鹽-二氧化碳緩沖發(fā)生還原反應可引起與草酸反應的鈣減少[14，18]，覆土層中以還原態(tài)存在的鐵會抑制蘑菇的生長，而草酸是鐵的絡合物，活性炭則能夠吸收Fe2+的螯合物[14，19]。

此外，保持覆土層中較低的營養(yǎng)水平和較低的鹽離子濃度有利于保持水分，從而促進雙孢蘑菇原基的形成；覆土層中鹽濃度過高則會抑制雙孢蘑菇原基的形成[7，18]。Gülser等使用4種不同的材料進行覆土，發(fā)現(xiàn)覆土中鹽濃度和雙孢蘑菇的產(chǎn)量呈負相關，覆土中較低的鹽濃度能夠顯著增加雙孢蘑菇的產(chǎn)量[4]；還有研究發(fā)現(xiàn)，覆土層中鐵的濃度與蘑菇產(chǎn)量呈正相關，而高濃度的鉀、鎂能抑制雙孢蘑菇子實體的形成[3]。此外，優(yōu)良覆土層的pH值應呈中性或微堿性，具有碳酸鈣緩沖、高陽離子交換能力，同時含有鎂含量低、毒性低的物質(zhì)，這些均有利于雙孢蘑菇原基的形成并轉(zhuǎn)化成子實體。覆土中總氮濃度應保持在0.7%～0.8%[3]。原基的形成還與雙孢蘑菇自身的遺傳特性有關，有研究表明，對6個品種的雙孢蘑菇分別使用滅菌和不滅菌的覆土材料，所有品種在不滅菌的覆土條件下都能產(chǎn)生數(shù)量不同的原基，只有B430品種能夠在無菌的覆土條件下長出少量原基，其他的品種都不能在無菌條件下產(chǎn)生原基[20]。

2 覆土層的微生物作用

土壤微生物能夠參與許多生態(tài)系統(tǒng)中的各種生化過程，其中包括能量和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)及各類有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化。關于覆土層中微生物對雙孢蘑菇子實體形成的作用存在爭議，最初對蘑菇覆土層中的微生物作用進行研究發(fā)現(xiàn)，微生物對蘑菇子實體的生長無關，因為在覆土滅菌進行出菇試驗中，有的也有子實體原基發(fā)生。說明滅菌覆土是由于經(jīng)高壓滅菌后產(chǎn)生了抑制出菇的物質(zhì)，并不是因為沒有微生物才導致長不出菇的[20]。在研究雙孢蘑菇原基發(fā)生時發(fā)現(xiàn)，在不同的蘑菇品種和不同的培養(yǎng)基條件下，原基的發(fā)生數(shù)量都不同。有研究認為，蘑菇原基的形成依賴于培養(yǎng)基的種類、碳源、CO2等環(huán)境條件，而不受臭味假單孢菌或其他細菌懸浮液或過濾液的影響[21]。與此同時，Eger提出不同的觀點，他最早提出蘑菇從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化的關鍵取決于覆土層微生物的活動[22]，而后有關這方面的文獻報告也日益增多。許多支持此觀點的學者認為，蘑菇子實體原基的形成除與覆土層的理化性質(zhì)有關外，還和微生物密切相關。覆土層中微生物數(shù)量和組成的變化與蘑菇生長特性，如原基發(fā)生早晚、發(fā)生量、子實體數(shù)量及產(chǎn)量等密切相關[23]。Hayes等在瓊脂培養(yǎng)基上用從商業(yè)栽培的覆土層中分離出的臭味假單孢菌（Pseudomonas putida）誘導出了蘑菇子實體原基，并在瓊脂培養(yǎng)基上研究臭味假單孢菌對絨狀和索狀蘑菇菌絲的影響時發(fā)現(xiàn)，假單孢桿菌是蘑菇子實體發(fā)生所必需的[24-25]。由此可以認為，臭味假單孢桿菌在蘑菇子實體發(fā)生中起重要作用[26]。

在對覆土層可培養(yǎng)的細菌群落磷脂脂肪酸PLFA分析發(fā)現(xiàn)，土壤中的細菌總數(shù)在第一潮菇原基形成時相對較高，且在蘑菇的生長過程中細菌總數(shù)有明顯增加；雙孢蘑菇的生長會影響覆土層中的細菌群落，覆土會導致革蘭氏陰性細菌與革蘭氏陽性細菌之間的比例增加，說明革蘭氏陰性細菌對雙孢蘑菇原基的形成起重要作用[6]。通過變性梯度凝膠電泳（denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE）分析雙孢蘑菇的覆土時期、原基形成和收獲時的覆土層中微生物的多樣性時發(fā)現(xiàn)，覆土層中的細菌在原基形成時和收獲時的多樣性大于剛覆土時的，原基形成時細菌的種群主要為假單胞菌、黃桿菌屬，αβγδ-節(jié)桿菌和一些不可培養(yǎng)的種屬[27]。

3 微生物促進雙孢蘑菇子實體形成的機理

有學者認為，雙孢蘑菇在菌絲生長過程中會分泌一種自我抑制劑，這種抑制劑能夠被細菌分解利用從而使其降低到一定的水平，即解除抑制，從而允許雙孢蘑菇原基的形成[11，21]，Hayes等認為這與覆土層的鐵離子濃度有關，即微生物（主要是臭味假單孢桿菌）通過溶解覆土層中的鐵，把Fe3+還原成Fe2+，在提高鐵的有效性和利用率的同時刺激蘑菇原基的形成[24]。Eger在研究覆土層微生物對原基的發(fā)生和作用時發(fā)現(xiàn)，未滅菌的覆土材料放在培養(yǎng)料旁也產(chǎn)生了原基，他認為是覆土微生物的代謝產(chǎn)物誘導了蘑菇原基的發(fā)生[22]。Park等認為，細菌的代謝產(chǎn)物對蘑菇子實體的發(fā)生起重要作用[28]。日本的Urayama報道并分離出一種能誘導蘑菇原基發(fā)生的桿狀細菌代謝產(chǎn)物[29]。張大飛等認為，雙孢蘑菇子實體原基的形成及發(fā)育過程對乙烯敏感，高濃度的乙烯對其有抑制作用[30]。雙孢蘑菇能夠合成1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（1-aminoeyelopropane-1-carboxylic acid，ACC）并轉(zhuǎn)化ACC而生成乙烯。覆土的作用是使培養(yǎng)料中菌絲產(chǎn)生的ACC通過毛細管作用或擴散作用及時轉(zhuǎn)移到覆土中而被其中的細菌利用，從而降低菌絲產(chǎn)生乙烯的量，解除乙烯對子實體原基形成和發(fā)育的抑制作用。已有很多研究證實，惡臭假單胞菌是一種生防細菌，它不但能夠產(chǎn)生嗜鐵素，而且能夠產(chǎn)生吲哚乙酸、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（ACC）脫氨酶，同時具有一定的溶磷能力[31-32]。假單胞菌是活躍在植物根際的一大類根際促生微生物（plant growth promoting rhizobacteria，PGRA），能夠調(diào)節(jié)植物的微生態(tài)環(huán)境，從而對宿主植物起防病促生的作用。假單胞菌對于宿主食用菌也有類似的防病促生作用。細菌和真菌之間的相互作用是最近研究的熱點，如側(cè)耳屬（Pleurotus spp.）真菌和固氮細菌之間的聯(lián)合固氮[33-34]、橄欖綠鏈霉菌（Streptomyces olivaceoviridis）和多育曲霉（Aspergillus proliferans）協(xié)同利用大分子物質(zhì)幾丁質(zhì)[35]。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，覆土中20%可培養(yǎng)的細菌都能產(chǎn)生ACC脫氨酶，將篩選出來的能產(chǎn)生ACC脫氨酶的臭味假單孢菌UW4與雙孢蘑菇進行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)它們能夠附著在雙孢蘑菇的菌絲上并刺激雙孢蘑菇菌絲產(chǎn)生，抑制雙孢蘑菇產(chǎn)生乙烯，從而減輕乙烯對原基形成的抑制[36]。

由以上研究可以看出，覆土微生物本身的代謝產(chǎn)物及其引起的覆土層化學環(huán)境的變化是誘導蘑菇子實體發(fā)生的重要原因之一。

4 覆土材料的選擇

國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，目前最理想的覆土材料是泥炭土，其最大持水量可達90%（普通泥土僅為20%～30%）；泥炭土的團粒結(jié)構(gòu)好，疏松透氣，不會板結(jié)；在幼菇生長發(fā)育過程中所需噴水次數(shù)少，菇質(zhì)好。因此，泥炭土目前在西方發(fā)達國家工廠化栽培中的應用極為普遍。盡管泥炭土已經(jīng)被廣泛應用于覆土，但是它也是一種不可再生資源，由于每年雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)都會消耗掉大量的泥炭土，因而選擇一種替代材料作為覆土對于減少自然資源消耗、保護環(huán)境具有重要意義。此外，還有一些材料如泥土、蛭石、發(fā)酵過的蘑菇菌糠等也可以作為覆土材料。Gülser等用泥炭和制茶廢料等比例混合后作為覆土材料發(fā)現(xiàn)，與單純泥炭相比，其雙孢蘑菇的產(chǎn)量沒有顯著差異[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，覆土層中高濃度的可溶性鹽、有機物、無機物都會導致雙孢蘑菇減產(chǎn)，而較高濃度的鐵會提高雙孢蘑菇的產(chǎn)量[3]。使用EDTA處理菌糠能夠螯合其中的金屬離子，從而降低菌糠中的金屬離子含量，將處理過的菌糠消毒后與泥炭土混合作為覆土，雙孢蘑菇的干物質(zhì)含量顯著高于以純泥炭土為覆土的對照組[37]。在我國，泥炭土主產(chǎn)于東北原始森林，從采購、運輸?shù)街谱?，價格昂貴，因此在我國目前條件下，如何利用當?shù)噩F(xiàn)有資源，用工農(nóng)業(yè)廢棄物仿制泥炭土以達到提高雙孢蘑菇產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，成為栽培手段改良的新趨勢，如果能夠找到價格低廉、制作方便的仿制泥炭土的方法，將具有很大的應用推廣價值。王志強等研究發(fā)現(xiàn)，在泥土中摻入80%無氧發(fā)酵的廢菌糠可以提高覆土的保水性，且產(chǎn)量僅次于使用泥炭土作為覆土的試驗組，大大降低了覆土的成本[38]。國內(nèi)在生產(chǎn)上為了降低成本主要還是使用礱糠河泥、河塘土、塘泥黃土作為覆土材料[30，39-40]。將泥炭和其他材料按一定比例進行混合，盡管在產(chǎn)量上與純泥炭沒有顯著差異，但是能夠顯著提高投入產(chǎn)出比。馬曉龍等研究發(fā)現(xiàn)，使用50%泥炭-谷殼塘泥復合土配方能獲得較好的經(jīng)濟效益，覆土經(jīng)濟投入為5.54元/m2，產(chǎn)出為17.85元/m2；而如果使用純泥炭土，覆土的經(jīng)濟投入則為8元/m2，產(chǎn)出為18.45元/m2[41]。將泥炭土和茶葉生產(chǎn)廢料按1 ∶ 1混合作為覆土材料，發(fā)現(xiàn)雙孢蘑菇的產(chǎn)量與用純泥炭土相比沒有顯著變化。

5 結(jié)論

覆土在雙孢蘑菇的栽培中起重要的作用，可以使雙孢蘑菇的生長環(huán)境發(fā)生變化從而使其從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化。覆土的物理化學性質(zhì)如透氣性、持水率、吸附性、鹽分、低滲透壓和pH值都會影響雙孢蘑菇菌絲的生長，覆土層的低營養(yǎng)水平及足夠的低鹽濃度能夠減少水分的缺失而保證原基形成需要的水分。覆土中微生物對雙孢蘑菇原基形成的作用也非常明顯，主要通過假單胞菌屬的細菌產(chǎn)生一些代謝物質(zhì)與雙孢蘑菇的之間相互作用而刺激雙孢蘑菇原基的形成。可以看出，大量研究工作表明覆土對蘑菇子實體形成的作用及作用機理較為復雜，包含覆土的物理化學特性及微生物的作用等多個方面。通過對覆土作用機理的探討，有利于建立一個標準的模式來預測雙孢蘑菇的生長行為，并且可以從改善覆土的理化特性、微生物區(qū)系來優(yōu)化雙孢蘑菇的生長條件，從而提高雙孢蘑菇的產(chǎn)量和質(zhì)量。

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