2021-设施栽培六妹羊肚菌最适光环境筛选_舒黎黎.pdf

第19卷第4期 2021年12月 Vol 19No 4 Dec 2021 菌 物 研 究 Journal of Fungal Research 设施栽培六妹羊肚菌最适光环境筛选 舒黎黎 仇志恒 须 晖 沈阳农业大学园艺学院 设施园艺教育部重点实验室 沈阳110866 摘 要 羊肚菌对光环境条件较为敏感 其子实体的形态和品质会受到影响 为了确定羊肚菌设施栽培过 程的最适光环境 以六妹羊肚菌为材料 LED为光源 研究了不同光质和光照强度对六妹羊肚菌子实体生长 发育的影响 结果显示所选不同光质均能诱导原基形成 而蓝光 绿光和紫光不能促使原基长成成熟子实 体 混合光B 紫光1 蓝17 绿光9 黄光20 橙光32 红光21 是羊肚菌子实体生长的最佳光源 能极大缩短原基形成时间 增加原基数目 促进子实体的生长 并诱导菌盖黑色素的合成 混合光B光强 为9 mol m 2 s 时 子实体最长 菌柄壁最厚 菌盖颜色深棕色 关键词 羊肚菌 设施栽培 光质 光照强度 子实体 中图分类号 Q949 325 S646 文献标志码 A 文章编号 1672 3538 2021 04 0285 06 DOI 10 13341 j jfr 2021 1470 引文格式 舒黎黎 仇志恒 须晖 设施栽培六妹羊肚菌最适光环境筛选 J 菌物研究 2021 19 4 285 290 Screening Optimal Light Environment Screening for Facility Cultivation of Morchella sextelata SHU Lili QIU Zhiheng XU Hui Key Laboratory of Protected Horticulture of Ministry of Education College of Horticulture Shenyang Agricultural University Shenyang110866 China Abstract Morchella issensitivetolightenvironmentalconditionswhichaffectitsshapeandquality Inordertodeterminetheoptimallightenvironmentforthefacilitycultivationprocessof Morchella the effects of different light qualities and light intensity on the growth and development of M sextelata was studied with LED as the light source The results showed that the selected light qualitiescouldinducetheformationofprimordia whilebluelight greenlightandpurplelightcould not promote the formation of mature fruiting bodies Mixed light B is the best light source for the growth of Morchella fruiting body which can greatly decrease the time of primordium formation increasethenumberofprimordium promotethegrowthoffruitingbody andinducethesynthesisof pileusmelanin WhenthelightintensityofmixedlightBwas9 mol m 2 s thelengthofthezygote wasthelongest thewallofthestalkwasthethickest andthecapcolorwasdarkbrown Key words Morchella facilitycultivation lightquality lightintensity fruitingbody 基金项目 财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系资助项目 CARS 23 作者简介 舒黎黎 女 讲师 研究方向 食用菌设施栽培学 收稿日期 2021 10 26 通信作者 须晖 E mail xuhuiaa 菌 物 研 究 2021年 羊肚菌隶属于子囊菌门Ascomycota盘菌纲 Discomycetes盘菌目Pezizales羊肚菌科Morchella ceae羊肚菌属Morchella 素有 素中之荤 的美 称 1 羊肚菌子实体顶端钝圆 表面有似羊肚状 的凹坑 颜色呈棕 黄 黑或淡色 形似羊肚 因此 被称为 羊肚菌 羊肚菌富含人体必需的氨基 酸 维生素 矿物质和蛋白质 具有很高的食用 价值 2 3 美国科学家Ower1982年开始对羊肚菌进行 室内驯化栽培 但最终因为技术问题导致其工厂 化栽培模式失败 4 自2000年羊肚菌外源营养袋 栽培技术在我国开始应用以来 我国西南地区羊 肚菌的大田栽培得到了极大推广 5 然而 近年 来全球气候多变 由于大田栽培环境条件难以控 制 经常会导致羊肚菌子实体大面积减产 造成巨 大的经济损失 6 与南方大田栽培模式相比 近 年北方逐渐兴起的羊肚菌设施栽培 7 抵御外界不 良环境的能力大大提高 温湿调控能力增强 从而 保证了羊肚菌的高产 稳产 8 羊肚菌在原基形成和子实体的发育阶段都需 要光 9 大田栽培种羊肚菌光照主要来自自然环 境条件 而在设施栽培中保温被和棚膜会影响光 谱组成 光量等光照条件 所以在子实体形成和生 长过程中需要人工补光 因此 明确羊肚菌子实 体形成和发育所需的最适光条件有利于精准控制 羊肚菌所需光环境 从而促进子实体的高效生长 发育 截至目前 羊肚菌设施栽培所需最适光环 境的研究报道较少 本试验以六妹羊肚菌M sex telata为材料 通过研究六妹羊肚菌子实体的吸收 光谱 确定其有效光质波长 以LED灯带为光源 研究不同光质和光照强度对六妹羊肚菌成菇期的 影响 确定成菇期生长所需适宜光质和光照强度 条件 试验结果为六妹羊肚菌的设施化 工厂化 和现代化生产提供技术参考和理论依据 1 材料与方法 1 1 材料 菌株为六妹羊肚菌SY01 来自沈阳农业大 学 试验地点在沈阳农业大学北山食用菌基地 原种配方 小麦75 5 稻壳20 腐殖土3 过磷酸钙1 石灰0 5 栽培种配方 小麦60 玉 米芯18 稻壳10 腐殖土10 过磷酸钙1 石 灰1 营养袋配方 小麦40 玉米芯28 稻壳 20 腐殖土10 过磷酸钙1 石灰1 1 2 方法 1 2 1 光质影响试验设计 在箱子 长 宽 高 30cm 30 cm 20cm 的顶部盘挂各种光质的灯 带 五面用遮光布进行遮光 以下称为灯箱 将 菌种均匀撒播于土壤表面 播种量0 5kg m 2 后进 行覆土浇水 菌丝爬满菌床面即完成营养生长 将不同光质处理灯箱放置于床面 每个处理3次 重复 不同的光质试验处理包括6种单色光 紫 光 蓝光 红光 黄光 绿光 橙光 还有3种包含多 种光的混合光 混合光A 紫光1 蓝27 绿光 18 黄光25 橙光17 红光12 混合光B 紫光1 蓝17 绿光9 黄光20 橙光32 红光21 混合光C 紫光1 蓝23 绿光 22 黄光22 橙光15 红光17 黑暗作为 对照ck 光照条件为12 h光照 然后12 h黑 暗 光照强度9 mol m 2 s 在温度 13 1 湿度为85 90 条件下进行出菇管理 1 2 2 光照强度影响试验设计 对混合光B灯 带设置不同光强L1 L8 分别为3 6 9 12 15 18 21 24 mol m 2 s 黑暗为对照ck 羊肚菌出菇 管理同 1 2 1 1 2 3 指标测定 对原基形成后第10d的羊肚 菌子实体进行采收和相应指标测定 羊肚菌子实体光吸收量 通过GER 1500地 物光谱仪 GER1500 美国SVC 测定各光质波长 范围内的总吸收量 反射光量和透射光量 按以 下公式计算羊肚菌光吸收量 光吸收量 总吸收 量 反射光量 透光量 光照强度 将日辐射传感器 YZY AIOT EM 1 园之翼农业科技有限公司 探头水平放在灯带下 打开仪器开关1min后读取数据 重复3次 取平 均值 菌盖颜色 GER 1500地物光谱仪测定产生 R G B 3个值 通过对红 R 绿 G 蓝 B 颜色通 道的变化及其相互之间的叠加得到各颜色 子实体长度 菌柄壁厚度 使用游标卡尺测 定 重复3次 取平均值 2 结果与分析 2 1 羊肚菌子实体不同部位吸收光谱 羊肚菌子实体的菌盖和菌柄部位都可以吸收 可见光 并且对可见光的吸收量不同 羊肚菌的 286 第19卷 第4期 舒黎黎等 设施栽培六妹羊肚菌最适光环境筛选 菌盖部位对可见光的吸收量最大 高于菌柄部位 图1 羊肚菌子实体菌盖和菌柄对单色光的吸 收量不同 且均表现为红光吸收量最多 且随波长 的增加而增加 表1 由此可知各种单色光均是 羊肚菌子实体的有效光质 羊肚菌子实体对各种 单色光的吸收量不同 可能是由于各种单色光质 对羊肚菌子实体生长发育的作用不同导致的 此 外 还可能与羊肚菌菌丝表面存在的感光受体种 类和分布有关 2 2 不同光质对羊肚菌原基和子实体的影响 2 2 1 原基形成 六妹羊肚菌的原基形成需要 光照条件 在黑暗条件下不能形成原基 表2 各种单色光均可以诱导原基形成 但是在低波长 的光照 紫光 绿光和蓝光 条件下 原基不能正常 生长为成熟子实体 其他高波长单光质和混合光 均能诱导羊肚菌子实体的成熟 与单色光相比 混合光处理条件下羊肚菌形成原基的时间会大大 缩短 并且在单位面积内形成原基的数目也会增 加 其中混合光A和混合光B均比较适合刺激羊 肚菌原基的形成和子实体分化 2 2 2 子实体长度 在单色光处理中 红光条件 下羊肚菌的子实体最长 可达96 63mm 显著高 于黄光和橙光处理 P 0 05 与单色光相比 3种混合光条件下形成的羊肚菌子实体长度均显 著高于其他单色光 表2 在混合光处理中 混 合光B条件下的子实体最长 达到117 80mm 说 明混合光B的光质最利于羊肚菌子实体生长 2 2 3 子实体菌盖颜色 光质影响羊肚菌菌盖 颜色的形成 从表3可知 3种单色光 黄光 橙光 和红光 处理的菌盖颜色之间没有显著性差异 均 为浅棕色 而3种混合光 混合光A 混合光B和 混合光C 处理条件下生长的羊肚菌菌盖颜色均 为棕色 明显深于单色光处理 这说明多种光质 图1 成熟六妹羊肚菌子实体菌盖和菌柄可见光吸收量 Fig 1 Visible light absorption of pileus and stipe in mature fruiting body of M sextelata 表2 不同光质下六妹羊肚菌形成的原基和成熟子实体 Table 2 The number of primordia and mature fruiting bodies of M sextelata under different light qualities 光质 Lightqualities 紫光Purplelight 蓝光Bluelight 绿光Greenlight 黄光Yellowlight 橙光Orangelight 红光Redlight 混合光AMixedlightA 混合光BMixedlightB 混合光CMixedlightC 黑暗Dark ck 原基形成时间 d Occurrencetimeofprimordium 9 9 9 9 9 9 7 5 3 原基数 Numberofprimordium 1 3 3 2 1 1 3 16 12 子实体数 Numberoffruitingbodies 2 1 1 3 16 12 子实体长 mm Lengthoffruitingbodies 86 43 f 92 43 e 96 63 d 106 00 c 117 80 a 111 07 b 注 表示不能形成原基和子实体 Note indicatesthattheprimordiumandfrutingbodycannotbeformed 表1 六妹羊肚菌子实体的不同部位的光吸收量 Table 1 Light absorption of different parts of Morchella sextelata fruiting body 10 10 W cm 2 nm s 单色光 Monochromatic light 紫光Purplelight 蓝光Bluelight 绿光Greenlight 黄光Yellowlight 橙光Oranglight 红光Redlight 菌盖尖部 Tipofpileus 3046 04 285 02 f 7629 01 528 46 e 18835 88 232 25 d 24117 44 462 80 c 27886 08 389 40 b 36875 25 1002 35 a 菌柄 Stipe 127 028 90 20 d 463 893 43 01 d 1131 34 109 05 c 1461 711 232 92 bc 1779 16 196 31 b 2773 15 156 86 a 注 不同小写字母表示在0 05水平上差异显著 下同 Note Differentsmalllettersindicatesignificanceat0 05level Thesamebelow 287 菌 物 研 究 2021年 的组合有助于羊肚菌菌盖黑色素的合成和累积 从而加深菌盖的颜色 2 3 光照强度对羊肚菌子实体的影响 2 3 1 子实体长度 在混合光B不同光照强度 下 子实体长度差异显著 P 0 05 高光强促进 子实体生长的作用弱于低光强 图2 在低光照 强度 L1 L2和L3 条件下子实体的长度显著高于 其他光强 其中L3光强为9 mol m 2 s 时子实体 最长 达到117mm 在L8光强为24 mol m 2 s 时 子实体最短 仅为54 57mm 2 3 2 子实体菌柄壁厚度 不同光强的混合光B 影响羊肚菌子实体菌柄壁的厚度 存在显著性差 异 图3 低光强时菌柄壁相对较厚 在L3处理 即光强为9 mol m 2 s 时 菌柄壁厚度与L2处理 相差不大 但显著大于其他光照强度 P 0 05 可 达2 65mm 随着光强增大 菌柄壁厚度下降 2 3 3 子实体菌盖颜色 混合光B的不同光强 下 子实体菌盖的颜色发生改变 表4 在低光 强L1和L2处理下 子实体的颜色为棕色 随着 光强逐渐升高 在L3和L4时 子实体的颜色会加 深至深棕色 在L5光强 即15 mol m 2 s 时子实 体菌盖颜色最深 为黑色 此时 随着光强继续升 高 子实体菌盖的颜色又降至棕色 说明以混合光 B作为光源时 光强在L3 L5时比较适合栽培出 颜色品质较好的羊肚菌子实体 表3 不同光质处理下六妹羊肚菌子实体菌盖颜色 Table 3 Pileus color of fruiting body of M sextelata under different light qualities treatments 光质 Lightqualities 黄光Yellowlight 橙光Orangelight 红光Redlight 混合光AMixedlightA 混合光BMixedlightB 混合光CMixedlightC 黑暗Dark ck 菌盖颜色 Pileuscolor 浅棕色 浅棕色 浅棕色 棕色 棕色 棕色 菌盖颜色赋值 RGB Assignmentofpileuscolor R 253 254 255 250 250 250 G 245 245 245 235 235 235 B 245 230 230 215 215 215 注 符号代表没有子实体形成 无代表颜色 Note representsthatnofruitingbodyformationandnocolor 表4 混合光B不同光强时子实体的菌盖颜色 Table 4 The pileus color of fruiting body under the different light intensities of mixed light B 光强 Lightinten sities L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 菌盖颜色 Pileuscolor 棕色 棕色 深棕色 深棕色 黑色 棕色 棕色 棕色 菌盖颜色赋值 Assignmentofpileuscolor R 240 181 124 122 24 146 146 148 G 210 139 68 66 20 81 80 85 B 200 114 42 39 19 51 52 54 图2 不同光照强度下六妹羊肚菌子实体长度 Fig 2 Length of stipe wall of M sextelata under different light intensity 图3 不同光照强度下六妹羊肚菌菌柄壁的厚度 Fig 3 Thickness of stipe wall of M sextelata under the different light intensity 288 第19卷 第4期 舒黎黎等 设施栽培六妹羊肚菌最适光环境筛选 3 讨论与结论 光照条件是羊肚菌从营养生长转向生殖生长 过程中必不可少的条件 随着羊肚菌在北方地区 的栽培推广 出现了大面积的羊肚菌设施栽培 目前 羊肚菌设施栽培所用光源为自然的散射光 主要来自太阳光透过黑色遮阳网和棚膜后进入到 棚内的光 容易受到气候条件影响 从而影响羊肚 菌生长 为进一步加快推进羊肚菌设施栽培的规 范化 标准化和设施化 了解羊肚菌最适光环境 对羊肚菌生长光环境条件的精准控制具有重要的 意义 3 1 光质对六妹羊肚菌子实体生长的影响 光控制着真菌重要的生理和形态反应 真菌 可以利用多达11个光感受器和信号级联来感知 近紫外光 蓝光 绿光 红光和远红光 从而控制大 部分基因组 来适应环境条件 10 通过对六妹羊 肚菌子实体的可见光吸收量检测发现 菌盖和菌 柄部位对不同波长的可见光具有吸收作用 且随 着波长的升高 对光的吸收量也会增大 和植物 一样 真菌拥有的多种感光蛋白 使其能够感知不 同波长的光 并适应环境中不断变化的光条件 11 这说明在羊肚菌的子实体菌盖和菌柄部位都分布 着吸收光的受体蛋白 黑暗条件下 羊肚菌不能 正常形成原基 说明羊肚菌子实体形成阶段不能 没有光照 单色光中的紫光 蓝光和绿光条件下 虽然有羊肚菌原基的形成 但是原基不能发育为 成熟的子实体 在红光 橙光 黄光 混合光条件下 羊肚菌能够完成正常的生命周期 前人研究发现 真菌的光受体受到光刺激后会将外源的光信号转 化成细胞内的化学信号 例如 蓝光可改变真菌的 细胞膜电位 胞内ATP的水平 瞬间改变胞内 cAMP水平 还能诱导子实体菌盖中大部分糖酵 解和戊糖磷酸途径基因表达上调 从而促进子实 体的生长 12 13 但是不同的光受体在吸收光之后 所引起的代谢途径不同 会从多个方面共同影响 食用菌的子实体生长 14 所以在紫光 蓝光和绿 光条件下所引起的代谢变化不足以完成羊肚菌子 实体的生长所需 本研究发现混合光条件对羊肚 菌的生长发育的促进作用显著高于单色光 前人 研究发现多种波长组合而成的混合光源适合多数 食用菌的生长发育 例如 白光和自然光条件 15 这说明要满足羊肚菌的高产和品质 最合适的光 质是含有多种波长光的混合光 另外 相较于单色光 混合光条件下形成的羊 肚菌的菌盖颜色更深 说明在混合光条件下合成 的色素类物质明显增多 光照是蛹虫草Cordy ceps militaris色素形成和子体发育的重要因素 例 如 蓝光受体CmWC 1能够介导蛹虫草子实体发 育和次生代谢 16 不同的食用菌所需最适光质不 同 不同的光质所诱导的代谢途径也有很大差 异 17 因此 混合光条件下生长的羊肚菌颜色更 深的原因可能是光感受器可以感知更多的光 下 游有更多的基因和代谢通路受到响应 合成了更 多的黑色素类物质 根据本试验结果所示 所选 光质中的混合光B最适合六妹羊肚菌子实体生长 发育 3 2 光强对六妹羊肚菌子实体生长的影响 光是自然界中重要的信号源 调节着真菌的 生理周期 形态发生途径和次生代谢产物 18 不 同食用菌的子实体发育阶段所需要的光照强度不 同 19 本研究发现不同光照强度处理对六妹羊肚 菌子实体农艺学性状 生长状态的影响差异性显 著 P 0 05 黑暗条件不能够满足六妹羊肚菌完 成正常生活史的生理要求 在混合光B的光强为 9 mol m s 时 子实体的长度和菌柄壁的厚度均 显著高于其他处理 这一现象与在其他食用菌类 似 不同的光照强度对子实体的菌盖颜色 直径和 菌柄的长度 硬度等的影响不同 20 22 此外 光照 强度还会影响子实体的产量和一些生物活性物质 的含量 23 不同的光照强度下 六妹羊肚菌的子实 体颜色也会有差异 并且在光照为9 15 mol m s 时菌盖的颜色相对深于其他光照处理 罗茂春等 发现在低光强时 红平菇的子实体颜色较为鲜艳 随着光强升高 子实体的颜色会变浅 并且产量也 会下降 24 高晓梅等在蛹虫草中也发现了光强会 影响子实体颜色的现象 25 在黑曲霉Aspergillus niger中发现可以将外源的光信号通过丝裂原活 化蛋白激酶 MAPK 信号通路传递到细胞内 影响 下游众多的信号通路 包括黑色素的合成 26 这 些结果都说明光照强度会影响菌盖中色素的合成 和累积 还能影响子实体的产量 综合不同光强 影响子实体长度 菌柄壁厚度和菌盖颜色结果可 见 六妹羊肚菌子实体生长发育的适宜光照强度 289 菌 物 研 究 2021年 为9 mol m 2 s 不同光质条件下 均可诱导六妹羊肚菌菌丝 扭结并形成原基 但原基出现的时间和数量均有 明显差异 并且光质对原基继续生长成子实体和 菌盖颜色也有不同影响 而混合光B是诱导六妹 羊肚菌的最佳光质 同时 根据子实体大小和菌 盖颜色 确定混合光B且光强9 mol m 2 s 为六 妹羊肚菌子实体生长发育的最佳光环境 参考文献 1 DuXH WuDM HeGQ etal Sixnewspeciesandtwonew recordsof Morchella inChinausingphylogeneticandmorpho logicalanalyses J Mycologia 2019 111 5 857 870 2 熊川 罗强 李强 等 六妹羊肚菌多糖部分理化性质及抗 氧化活性研究 J 天然产物研究与开发 2017 29 7 1182 1187 3 赵苗 张能 谢敬宜 等 羊肚菌生长过程中土壤酶变化规 律研究 J 中国食用菌 2017 36 2 41 46 4 Ower R Notes on the development of the Morel Ascocarp Morchella esculenta J Mycologia 1982 74 1 142 144 5 谭方河 阐释我国羊肚菌外营养袋栽培技术的发展历程 J 食药用菌 2019 27 4 257 263 6 石德林 羊肚菌大田栽培失败原因剖析 J 食用菌 2020 42 6 39 40 7 乔俊 王焮兴 马琳静 等 中国北方地区羊肚菌暖棚人工 栽培实践 J 中国食用菌 2021 40 2 32 36 8 柴秋泉 北方羊肚菌人工栽培技术 J 特种经济动植物 2021 24 10 75 76 82 9 刘月苹 日光温室羊肚菌种植关键技术 J 蔬菜 2021 10 61 63 10 YuZZ FischerR Lightsensingandresponsesinfungi J NatureReviewsMicrobiology 2019 17 1 25 36 11 李玉 于海龙 周峰 等 光照对食用菌生长发育影响的研 究进展 J 食用菌 2011 33 2 3 4 12 YangS ConstantinOM SachidanandanD etal PACmnfor improvedoptogeneticcontrolofintracellularcAMP J BMC Biology 2021 19 1 1 17 13 WangH TongXD TianFH etal Transcriptomicprofiling shedslightontheblue lightandred lightresponseofoyster mushroom Pleurotus ostreatus J AMBExpress 2020 10 1 1 10 14 Du F Zou Y J Hu Q X et al Comparative transcriptomic analysisrevealsmolecularprocessesinvolvedinpileusmor phogenesis in Pleurotus eryngii under different light condi tions J Genomics 2020 112 2 1707 1715 15 林标声 胡晓冰 张苑 等 红平菇生产栽培中光质 光照 条件研究 J 东北农业大学学报 2013 44 5 42 46 16 YangT GuoMingmin YangHuaijun etal Theblue lightre ceptorcmwc 1mediatesfruitbodydevelopmentandsecond arymetabolismin Cordyceps militaris J ApplMicrobiolBio technol 2016 100 2 743 755 17 Terasgima Kazuhisa Yuki Katsuyuki Muraguchi Hajime et al The dst1geneinvolvedinmushroomphotomorphogenesis ofCoprinus cinereus encodesaputativephotoreceptorforblue light J Genetics 2005 171 1 101 108 18 于海业 李晓凯 于跃 等 光谱技术在农作物信息感知中 的应用研究进展 J 吉林农业大学学报 2021 43 2 153 162 19 Siwulski M Ziombra M Sobieralski K Impact of light on yielding of some Pleurotus sp strains J Acta Mycologica 2013 47 1 65 73 20 JangMJ LeeYH Thesuitablemixedledandlightintensity forcultivationofoystermushroom J JMushroom 2014 12 4 258 262 21 白雪萍 赵丽 周军 等 杏鲍菇子实体发育形态的光调控 机制研究 J 湖北农业科学 2016 55 9 2275 2278 22 胡惠萍 曹仁润 周振辉 等 食用菌工厂化栽培中采用 LED灯进行节能实验的研究 J 微生物学杂志 2014 34 5 106 108 23 WuCY LiangZC TsengCY etal Effectsofillumination patternduringcultivationoffruitingbodyandbioactivecom pound production by the caterpillar medicinal mushroom Cordyceps militaris ascomycetes J International Journal ofMedicinalMushrooms 2016 18 7 589 597 24 罗茂春 林标声 林跃鑫 光质对红平菇菌丝体和子实体 生长发育的影响 J 食品工业科技 2012 33 8 188 190 25 高晓梅 陈月仍 光照对人工培养蛹虫草子实体形成和生 长的影响 J 广东农业科学 2006 14 6 31 32 26 SunW YuY ChenJ etal Lightsignalingregulates Aspergil lus niger biofilmformationbyaffectingmelaninandextracel lularpolysaccharidebiosynthesis J BiotechnologyforBiofu els 2021 16 12 1 e03434 20 责任编辑 李艳双 290