以平菇菌渣為主復合基質栽培鐵皮石斛的試驗研究
2022-07-06 13:53:01譚善財譚長金鄔小蘭
安徽農業科學 2022年12期
譚善財 譚長金 鄔小蘭
摘要 [目的]研究平菇菌渣復合基質對鐵皮石斛生長特性和多糖含量的影響。[方法]高效液相色譜法檢測以棉籽殼為主原料平菇菌渣中棉酚，測定菌渣復合基質孔隙度和蒸發速率，比較不同基質對鐵皮石斛株高、鮮重、干重、干鮮比和多糖含量的影響。[結果]菌渣復合基質未檢測出棉酚有毒成分，基質大小孔隙比從大到小依次為JZ（菌渣）
關鍵詞 平菇菌渣;復合基質;大小孔隙比;鐵皮石斛;多糖
中圖分類號 S 567.23+9? 文獻標識碼 A
文章編號 0517-6611（2022）12-0149-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.038
開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：
Experimental Study on Cultivation of Dendrobium officinale with P.ostreatus Residue as Main Composite Substrate
TAN Shan-cai1，2，TAN Chang-jin3，WU Xiao-lan1
（1.Tongren Polytechnic College，Tongren，Guizhou 554300;2.Key Open Laboratory of Traditional Chinese Veterinnary Medicine，Tongren，Guizhou 554300;3.Xinjiang Medical University，Urumqi，Xinjiang 830000）
Abstract [Objective]To study the effects of compound substrate mainly made up by P.ostreatus residue on growth characteristics and polysaccharide content of Dendrobium officinale.[Method] The content of the gossypol of P.ostreatus residue mainly made up by cottonseed hull was determinated by HPLC.The porosity and evaporation rate of the bacterial residue composite matrix were determined，and the effects of different matrices on the plant height，fresh weight，dry weight，dry-fresh ratio and polysaccharide content of Dendrobium officinale were compared.[Result]No toxic components of gossypol in P.ostreatus residue were detected.The matrix size void ratio from large to small was JZ（P.ostreatus residue）< 1（P.ostreatus residue∶pine bark∶gravel = 8∶1∶1，V/V/V）
Key words P.ostreatus residues;Compound substrate;Void ratio;Dendrobium officinale;Polysaccharide
鐵皮石斛（Dendrobium officinale）為蘭科石斛蘭屬多年生草本植物，適宜在涼爽、濕潤、通氣、利水、半陰半陽的環境生長，通常生長于海拔達1 000 m以上的山地巖石、樹皮粗糙長有苔蘚樹木及林下腐殖土中[1]。林下中藥材種植是充分利用土地資源發展仿野生種植、生態種植的有效策略[2]。貴州省大力發展林下經濟，實施鐵皮石斛、黃精、天麻等中藥材林下規模化種植，規劃2025年種植規模達16.67萬hm2[3]。
我國食用菌產業快速發展，成為世界上食用菌第一生產大國，每年至少產生1 000萬t菌渣[4]。食用菌產業為貴州省一項支柱產業和農業特色優勢產業，2021年食用菌規模突破5億棒，產量突破160萬t，產生上百萬噸菌渣[5]。菌渣是由棉籽殼、麥麩、玉米芯、稻草秸、木屑等原料栽培食用菌后廢棄的固體物質，含豐富的粗蛋白、粗纖維、氨基酸以及氮、磷、鉀等元素，廣泛應用于有機肥料、菌糠飼料、二次種菌栽培料、生態修復材料、燃料、養殖墊料等[6]。
食用菌菌渣疏松，總孔隙和持水孔隙大，蒸發慢，相對松樹皮、碎石，保水性較強[7-10]。栽培鐵皮石斛基質的主要原料為松鱗、木屑和碎石，通氣及利水較好，但保水性差。規模化的栽培需要大量的松鱗，必然造成人為地破壞植被，浪費植物資源，影響生態環境。該研究以栽培平菇的菌渣為原料，添加一定量松鱗和碎石栽培鐵皮石斛，旨在大規模的林下栽培鐵皮石斛中高效利用菌渣資源，尋找一種高效保濕利水透氣的種植基質，提高菌渣利用度、拓展其綜合利用途徑。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
1.1.1 試材。
鐵皮石斛幼苗（1年生）和松鱗（3～4 cm）購買于貴州健神農業科技發展有限公司;平菇菌渣和碎石（2～3 cm）由銅仁市梵凈山食用菌菌種繁育工程技術研究中心提供，菌渣由棉籽殼、麥麩、木屑（7∶2∶1）的原料栽培平菇后廢棄固體物質。
1.1.2 試劑。棉酚對照品（上海源葉生物科技有限公司，批號B20869，純度≥97% ）;D-葡萄糖對照品（上海源葉生物科技有限公司，批號Y19F11J108781，純度 ≥ 98% ）;乙腈（色譜純，Tedia Company，Inc.）;苯酚、硫酸、甲醇、乙醇，化學純，貴州銅仁市科儀化玻站;超純水自制。
1.1.3 儀器。
Agilent1260高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）;色譜柱Eclipse Plus C18 （4.6 mm×150 mm，5 μm）;LDZF-75L-I立體式高壓蒸汽滅菌器（上海申安醫療器械廠）;T-10紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）;CPA225D電子天平（賽多利斯斯泰迪有限公司）;TDZ5-WS低速離心機（東旺化玻儀器有限公司）;超純水儀New Human Power Ⅰ （Human Corporation）。
1.2 試驗方法
1.2.1 菌渣中棉酚的提取與測定。
平菇菌渣中主要成分是棉籽殼，棉籽中含有游離棉酚，對生物心臟、肝臟、生殖系統和免疫等具有一定的危害[11-12]。棉籽殼或棉籽粕中可能具有一定的棉酚，因此利用菌渣復合基質栽培鐵皮石斛前，利用高效液相色譜檢測確定其是否含有棉酚。
1.2.1.1 棉酚對照品溶液的配制。精密稱取棉酚對照品5.104 mg于25 mL容量瓶，甲醇溶解，定容至刻度，得0.204 mg/mL 棉酚對照品溶液。
1.2.1.2 樣品溶液的制備。精密稱取5.001 g菌渣3份，分別置于250 mL具塞錐形瓶中，按料液比1∶15加入70%丙酮，在40 ℃下超聲提取2次，每次50 min（功率250 W，頻率50 Hz）[13]，合并濾液，50 ℃下旋干，甲醇溶解，轉入10 mL容量瓶，定容至刻度，冷藏，待測。
1.2.1.3 色譜條件。色譜柱Eclipse Plus C18 （4.6 mm×150 mm，5 μm），流動相為甲醇-0.2%磷酸溶液（85∶15），流速1.0 mL/min，檢測波長235 nm，柱溫25 ℃，進樣量10 μL[14]。
1.2.2 以菌渣為主復合基質孔隙度的測定。試驗設計5組：菌渣組（JZ）;松鱗組（SL）;試驗組中各組分按體積配比，菌渣∶松鱗∶碎石（8∶1∶1，E1）、菌渣∶松鱗∶碎石（6∶2∶2，E2）、菌渣∶松鱗∶碎石（4∶3∶3，E3）。
基質總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度采用環刀法測定[15]。將環刀底部用不帶孔的底蓋扣緊，裝滿基質，然后扣上帶孔的頂蓋，稱重（m1），填裝基質緊實度接近栽培鐵皮石斛基質緊實度;帶孔的頂蓋居上，將環刀浸泡在水中24 h后，取出環刀，用吸水紙吸干其表面的水，稱重（m2），將環刀帶孔的頂蓋朝下，倒置在鋪有濾紙的漏斗上，靜置至沒有水滲出為止，稱環刀、基質及其中持有水的重（m3）。重復3次。基質總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度分別按以下公式計算：
TP=m2-m1V×100%（1）
AP=m2-m3V×100%（2）
WP=（TP-AP）×100%（3）
式中，TP為基質總孔隙度（%）;m1為環刀和基質質量（g）;m2為充分吸水后，環刀、基質和水的質量（g）;V為環刀的容積（cm3）;AP為基質通氣孔隙度（%）;m3為環刀倒置排水后，環刀、基質及其中持有水的質量（g）;WP為基質持水孔隙度（%）。
1.2.3 以菌渣為主復合基質蒸發速率的測定。
基質最大持水量的測定方法參考李志剛等[15]報道的環刀法，略有改動。將高11 cm、外口徑16.5 cm 花盆底部內表面（有3個大小相等的圓形小孔）蓋上3層醫用紗布，分別裝入等體積高度為10 cm的基質（JZ、SL、E1、E2、E3），緊實度與栽培鐵皮石斛的基質接近，稱重m1;用托盤蓋住花盆上端，在托盤上表面加石頭，托盤與基質上表面相距1 cm，將花盆2/3體積浸在水中24 h后，取出靜置，花盆底部沒有水流出時，去掉石頭和托盤，稱重（m2）;放入人工大棚中，使其自然蒸發，每隔1 d稱重1次，連續測5次。分別計算各基質的含水率，用每天基質失水率代表蒸發速率，重復3次。2019年8月測各基質蒸發速率，每隔1 d測1次，每次13：00測，溫度平均（37.8±0.56）℃。基質蒸發速率（v）按以下公式計算：FE6BD4D9-2104-4C2D-8DAD-1025C6B00BC8
v=m3m2-m1×100%（4）
式中，v為基質蒸發速率（%）;m1為浸水之前花盆和基質質量（g）;m2為浸水之后花盆和基質質量（g）;m3為每隔1 d基質水蒸發量（g）。
1.2.4 不同栽培基質的鐵皮石斛高度和質量的測定。將5種基質分別裝入花盆中，基質高度為9 cm，將重量和高度無顯著差異的一年生鐵皮石斛苗種入花盆中，深度約為3 cm，每盆一叢3株，保留5根須根，置于人工大棚，每組試驗各3盆。當年10月—次年4月，每隔4 d灑水一次;5—9月，每隔3 d灑水一次。幼苗于2020年4月17日在銅仁職業技術學院大棚種植，2022年2月17日測定每株鐵皮石斛的地上部分高度，剪下地上部分植株，稱重。
1.2.5 不同栽培基質的鐵皮石斛樣品多糖的測定[16]。
每組每叢剪下地上部分植株，在50 ℃下干燥，粉碎，粉末過40目藥篩，精密稱取粉末0.3 g，置于500 mL圓底燒瓶，加入水200 mL，熱回流提取2 h，放冷至常溫，轉移至250 mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻，濾過，精密量取續濾液2 mL于離心管中，按1∶5（V/V）加入無水乙醇，搖勻，4 ℃下冷藏1 h后，離心20 min（4 000 r/min），除去無水乙醇，在鼓風干燥箱揮干沉淀，加50 ℃熱水溶解，冷卻后定容至25 mL，冷藏備用。
分別精密量取95 μg/mL葡萄糖對照品溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于10 mL具塞試管，加水補足1 mL， 以苯酚-硫酸法測定不同濃度對照品溶液的吸光度，建立標準曲線，測定不同基質栽培鐵皮石斛植株多糖含量。
1.3 數據處理
每組試驗重復3次，利用軟件 SPSS 23.0對不同基質栽培的鐵皮石斛高度、重量、多糖含量的數據進行組間差異性分析。
2 結果與分析
2.1 菌渣中棉酚的含量 基于“1.2.1.3” HPLC色譜條件，對比棉酚對照品和菌渣樣品溶液色譜峰的保留時間，在該試驗條件及儀器的檢測范圍下，未檢測出菌渣樣品溶液含棉酚化學成分（圖1）。可見，以棉籽殼為主要原料的平菇菌渣應用于鐵皮石斛栽培，基質中未含棉酚有毒物質。
2.2 不同栽培基質的孔隙度 從表1可以看出，不同栽培基質總孔隙度從大到小依次為JZ > E1 > SL> E2 > E3，通氣孔隙度從大到小依次為SL > E3 > E2 > E1 > JZ，持水孔隙度從大到小依次為JZ > E1 > E2 > E3 > SL。可見，平菇菌渣總孔隙度和持水孔隙度（小空隙）最多，通氣孔隙度（大孔隙）最少;松鱗通氣孔隙度最多，持水孔隙度最少，說明平菇菌渣小空隙多，持水量大;松鱗大孔隙多，通氣性能最好，滲透性強。在試驗組E1、E2、E3復合基質中，利用平菇菌渣持水量大、松鱗通氣性能好和滲透性強，將菌渣、松鱗和碎石按不同體積比混合，尋找適合鐵皮石斛栽培的保濕通氣利水的復合基質。
大孔隙是指基質中空氣占據的空間，即通氣孔隙;小孔隙是指基質中水分所能占據的空間，即持水孔隙，又稱為毛細孔隙度，這些孔隙會利用毛細管作用將水分吸持在基質中。通氣孔隙度與持水孔隙度的比值稱為大小孔隙比，它能夠反映出基質中水、氣之間的狀況[17]。從表1可以看出，不同栽培基質大小孔隙比從小到大依次為JZ 2.3 不同栽培基質的蒸發速率 從圖2可以看出，不同栽培基質蒸發速率從小到大依次為JZ < E1< E2 < E3 < SL，表現出與基質持水孔隙度（小空隙）呈負向的關系，即基質持水孔隙度越多，蒸發速率越慢。以JZ（菌渣）、SL（松鱗）、E1（V菌渣∶V松鱗∶V碎石 =8∶1∶1）、E2（V菌渣∶V松鱗∶V碎石=6∶2∶2）和E3（V菌渣∶V松鱗∶V碎石=4∶3∶3）為栽培基質，在第4～6天基質蒸發率分別為28.21% ～ 41.38%、44.11% ～ 62.33%、29.59% ～ 45.17%、30.59% ～ 47.74%和36.89% ～ 50.11%。孔德棟等[18]報道了光照較強和栽培基質含水量70%、光照較弱和栽培基質含水量40%時，植株生長較好，可溶性糖含量較高。可見，光照強度和基質含水量的交互作用對鐵皮石斛的生長和含糖量有顯著的影響，在光照較強、溫度較高時，要保持基質充足的含水量。根據不同的基質蒸發率不同，保濕時間不同，有效保濕時間JZ>E1>E2>E3>SL;在該試驗平均溫度較高的環境中，JZ、E1、E2可以3 ～ 4 d噴灌1次，E3可以2～3 d 噴灌1次，SL（松鱗）1 ～ 2 d噴灌1次，能夠滿足鐵皮石斛生長對水分的需求。 2.4 葡萄糖對照品標準曲線的繪制 根據苯酚-硫酸法測定多糖，以葡萄糖對照品質量濃度x（μg/mL）為橫坐標、不同濃度對應的紫外吸光度y為縱坐標繪制標準曲線（圖3），得出標準曲線方程為y=0.055 8x+0.139 7（R2 = 0.999 5），表明葡萄糖對照品濃度在2.71～13.57 μg/mL線性關系良好。 2.5 不同栽培基質對鐵皮石斛株生長特性和多糖含量的影響 從表2可以看出，不同栽培基質對鐵皮石斛株高、鮮重、干重、干鮮比和多糖含量有較大的影響。株高從高到低依次為E2 > E3 > JZ > E1 > SL，與E1、JZ組分別比較，E2、E3和SL組株高表現顯著差異（P<0.05），E1與JZ組差異不顯著（P>0.05）;干鮮比從小到大依次為E2 水分和空氣是影響鐵皮石斛生長和物質代謝的重要環境因子。不同的栽培基質大小孔隙比不同，直接影響鐵皮石斛對水分和空氣的吸收。由菌渣、松鱗和碎石組成的復合基質E2、E3，在株高、鮮重、干重、干鮮比和多糖含量方面較E1、SL和JZ基質有明顯的優勢，這與復合基質相應的大小孔隙比容納適宜的水分和空氣狀況相關。 3 結論 棉籽殼及棉粕經過物理或化學或生物的方法處理后，降解棉酚降低其毒性，才能再次利用。利用高效液相色譜法檢測以棉籽殼為主要原料平菇菌渣中棉酚，未檢測出菌渣樣品溶液含棉酚化學成分，因此，該平菇菌渣可應用于鐵皮石斛的栽培。 大小孔隙比（通氣孔隙度/持水孔隙度）反映了栽培基質的通氣狀況和持水量，影響植物的長勢和有效成分的含量。該研究以JZ（平菇菌渣）、SL（松鱗）、E1（V菌渣∶V松鱗∶V碎石 = 8∶1∶1）、E2（V菌渣∶V松鱗∶V碎石 = 6∶2∶2）和E3（V菌渣∶V松鱗∶V碎石 = 4∶3∶3）為鐵皮石斛栽培基質，大小空隙比分別為1∶1.8、1∶0.6、1∶1.5、1∶1.1和1∶0.8，復合基質E2、E3在株高、鮮重、干重、干鮮比和多糖含量方面較E1、SL和JZ基質有明顯的優勢。可見，鐵皮石斛株生長特性和多糖含量與栽培基質大小孔隙比有一定的相關性，大小孔隙比在1∶0.8～1∶1.1，長勢好，多糖含量高;隨著持水量的增加，即大小孔隙比在1∶1.5～1∶1.8，鐵皮石斛干重、干鮮比和多糖含量不斷下降;松鱗大小孔隙比為1∶0.6，即持水孔隙度小，持水量低，也影響鐵皮石斛干重、干鮮比和多糖含量。 平菇菌渣、松鱗和復合基質的蒸發速率為灌溉的間隔時間提供了參考。在溫度較高時， JZ、E1、E2可以3 ～ 4 d噴灌1次， E3可以2～3 d噴灌1次，SL可以1 ～ 2 d噴灌1次，能夠滿足鐵皮石斛生長對水分的需求。該結果為大規模的林下或大棚人工栽培鐵皮石斛高效利用菌渣資源提供參考。 參考文獻 [1] 譚善財，梁玉勇，文曉棠，等.一種石斛仿野生保濕抗風的種植裝置：CN202020650174.3[P].2020-12-08. [2] 王紅陽，康傳志，張文晉，等.中藥生態農業發展的土地利用策略[J].中國中藥雜志，2020，45（9）：1990-1995. [3] 方碧陶.貴州省規劃2025年林下中藥材種植規模達450萬畝[J].中醫藥管理雜志，2021，29（22）：180. [4] 張淑琴.食用菌菌渣配制生物有機肥在園林綠化中的應用[J].中國食用菌，2020，39（11）：196-199. [5] 劉久鋒.黔菌出山 異軍突起[N].農民日報，2021-08-12（001）. [6] 鄭玉權，李尚民，范建華，等.食用菌菌渣資源化利用研究進展[J].安徽農學通報，2019，25（12）：39-40，146. [7] 韓建東，宮志遠，萬魯長，等.一種食用菌菌渣綜合利用的方法：CN201610111819.4[P].2019-03-08. [8] 時連輝，張志國，劉登民，等.菇渣和泥炭基質理化特性比較及其調節[J].農業工程學報，2008，24（4）：199-203. [9] 呂曉惠，楊寧，李海燕，等.菌渣部分替代草炭對櫻桃番茄生長及養分吸收的影響研究[J].中國農學通報，2016，32（4）：63-67. [10] 金靜，鄭奕，劉士輝，等.食用菌菌渣在黃瓜無土栽培中的應用研究[J].安徽農業科學，2014，42（24）：8121-8122. [11] MORGAN S，STAIR E L，MARTIN T，et al.Clinical，clinicopathologic，pathologic，and toxicologic alterations associated with gossypol toxicosis in feeder lambs[J].American journal of veterinary research，1988，49（4）：493-499. [12] 趙大偉，勞泰財，葉強，等.棉酚的特性與棉籽粕脫毒方法的研究進展[J].廣東飼料，2015，24（6）：37-40. [13] 柴秀航，付元元，畢艷蘭，等.棉仁中游離棉酚提取工藝的優化[J].中國油脂，2014，39（5）：61-65. [14] 袁潔，李洋，姚軍.高效液相色譜法測定新疆彩棉中游離棉酚含量[J].化學與生物工程，2020，37（9）：66-68. [15] 李志剛，劉曉剛，李健.硫酸銨與雞糞配比在含生物質炭育苗基質中的應用效果[J].中國土壤與肥料，2012（1）：83-88. [16]? 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2020年版 一部[S].北京： 中國醫藥科技出版社，2020：295-296. [17] 李斗爭.組成成分及顆粒粒徑對基質孔隙特性的影響研究[D].泰安：山東農業大學，2006. [18] 孔德棟，鐘遠香，沈宏亮.水分與光照互作對鐵皮石斛生長、光合特性及可溶性糖含量的影響[J].華中農業大學學報，2015，34（5）：19-24.FE6BD4D9-2104-4C2D-8DAD-1025C6B00BC8
