0 引言
【研究意义】双孢蘑菇（Agaricus bisporus）别名蘑菇、洋蘑菇、白蘑菇,在分类上隶属担子菌门,伞菌目,蘑菇科,蘑菇属,属于草腐型食用菌,其味道鲜美,营养丰富,有“植物肉”的美称[1],是目前世界上人工栽培最广泛、产量最高、消费量最大的食用菌之一,主要在欧洲、北美、中国和澳大利亚等地区栽培[2]。双孢蘑菇的栽培原料来源广泛且价格低廉,培养料发酵处理及其理化性状直接关系到双孢蘑菇的品质和产量[3]。因此,深入研究和分析双孢蘑菇培养料的理化性质与农艺性状及产量的关系,对发酵处理工艺、原材料选择、配方调整等培养料制备过程具有重要的指导意义。【前人研究进展】双孢蘑菇产量的提高与栽培技术的革新密切相关[4]。1979年张树庭教授向大陆推荐二次发酵技术,促进了全国双孢蘑菇栽培技术的发展,大大提高了国内双孢蘑菇的产量[5-6]。随着工厂化栽培的普及,培养料理化性质评价研究报道很多[7-13],为了使不同阶段的培养料达到较为适宜的理化指标,相关研究人员在原料选择、备料配制、过程控制等方面做了许多探索性的工作。顾俊标等[14]提出在不同季节、不同地区为了达到双孢蘑菇高产的目的,应根据不同的技术指标来进行调整。邓德江等[15]研究表明培养料发酵结束后含水量在70%左右,pH在7.2—7.7,容易获得高产。王鸿磊等[16]在研究双孢蘑菇培养料工厂化发酵过程微生物及物质变化中,发现当pH在7.2—7.6时,培养料微生物总量较高。蒋毅敏等[17]为探索适合桂林市的双孢蘑菇培养料配方,采用不同碳氮比的培养料配方进行应用效果试验,结果表明,培养基料中碳氮比为25.4:1时,双孢蘑菇的产量最高,效益最好。田成津[18]研究表明培养料的碳氮比堆制前以30—35:1为宜,堆制后降至21:1,而子实体生长发育的适宜碳氮比为17—18:1。孙雷等[19]研究表明,适宜的含氮量等对双孢蘑菇的高产、高生物学效率有影响。陈茜等[20]在隧道培养料传统麦草配方的基础上,分别添加菇渣和玉米秸秆,发现培养料建堆至二次发酵结束均以添加玉米秸秆的配方含水量最高,以传统麦草配方含氮量最高。传统麦草配方产量最高,其次为添加玉米秸秆的配方。国外在堆肥的理化性状研究方面也有很多报道。OWAID等[21]选用芦苇秆作为栽培双孢蘑菇的原料,并在培养料中添加链霉菌,能够提高双孢蘑菇的产量和农艺性状。COLMENARES-CRUZ等[22]采用自体发热技术对培养料进行巴氏灭菌,使用不经过堆肥腐熟的培养料用于双孢蘑菇栽培,结果表明该栽培模式可以用于栽培双孢蘑菇,其产量与传统的二次发酵料的产量相当。KARIAGA等[23]的研究表明,堆肥过程中的生物、理化因素影响蘑菇菌丝对培养料的选择。采用草、马粪和玉米秸秆制作的培养料其产量差异显著,其中3个主要的影响因素是发菌期的含氮量,利于透气的疏松结构和堆肥期的高温控制。WAKCHAURE等[24]使用不同的多孔高密度聚乙烯管道堆肥,在比较通风对基质质量、堆肥周期和双孢蘑菇产量的影响时发现,通风也是控制堆肥过程的关键参数之一。SONNENBER和BLOK[25]对双孢蘑菇整个生产体系的碳、水和能量进行了解析,发现在两潮菇后,40%的纤维素降解,83%的半纤维素和27%的木质素降解。通过对灰分的计算,23%的有机质降解。荷兰目前的生产体系中接近25%的有机质是没有被利用的,两潮菇后半纤维素缺乏被认为是目前生产中的一个瓶颈。SHEKHAR等[26]以双孢蘑菇堆肥的质量因素为自变量,采用偏最小二乘回归方法获得了一个可以预测其子实体潜在产量的PLS模型,结果表明,没有单独的决定堆肥质量的因素,但是有多个因素的组合,研究数据包括含水量、氮、氨、碳、一些金属元素等。【本研究切入点】双孢蘑菇的产量受多因素控制,在现有工厂化生产模式的基础上确定培养料的理化性状与产量及农艺性状的关系十分必要,通过回归分析可以确定相关参数与产量的关系及对产量形成的贡献大小[27-28]。【拟解决的关键问题】本研究运用多元回归分析技术,探明双孢蘑菇培养料理化性质对其产量的影响,并结合双孢蘑菇的农艺学性状,为双孢蘑菇培养料配方与工艺的优化提供理论依据。1 材料与方法
试验于2015年在北京市密云太师庄种植专业合作社双孢蘑菇种植基地进行。1.1 试验材料
用于理化参数测定的样品来自4个培养料配方,分别为全麦草（T1）、麦草混合稻草（T2）、麦草混合玉米秸秆（T3）和麦草混合菇渣（T4）,根据原材料的各理化参数,将每个配方的C/N都调整为30:1。培养料的制作在工厂化发酵隧道内进行,播种和出菇管理在温湿度和通气条件完全可控的工厂化菇房进行,双孢蘑菇菌种采用Sylven公司的A15。每批配方培养料二次发酵后为155—160 m3,铺满600 m2生产车间床面,每个菇房生产期栽培管理一致。采样时间为建堆后、一次发酵结束、二次发酵结束、一潮菇结束、二潮菇结束和三潮菇结束。采样时多个点（隧道前、中、后断面各8个点、菇床架不同位置9个点）取样,混合后约取1.5 kg存于-20℃保存备用。同时采集一潮菇至三潮菇的双孢蘑菇子实体各150个进行农艺性状测定,统计每潮菇产量。1.2 试验方法
pH、电导率值采用雷磁pH计和电导率仪测定。含水量用干燥称重法测定。含氮量用半自动凯氏定氮法[29]测定。灰分及含碳量的测定利用灼烧重量法。双孢蘑菇子实体农艺性状参照UPOV测定[30],利用游标卡尺测量菌盖直径（mm）、菌盖厚度（mm）,天平称量单菇重量（g）,硬度计测硬度（105 pa）。1.3 数据处理
采用Excel 2007进行数据处理,计算平均值、标准差,再利用SPSS19.0对不同配方培养料各时期的理化性质与产量进行多元回归分析[31]。2 结果
2.1 培养料理化性状差异性分析
2.1.1 培养料含水量的变化 由图1可以看出,从发酵期至菇房生产期,4个培养料的含水量均呈下降趋势,且二次发酵结束后,培养料含水量均达到70%,符合生产水平要求。4个处理建堆期含水量都高于80%,随着发酵的不断进行,含水量逐渐下降,直至二次发酵结束后,T2、T3和T4处理的含水量达到70%左右,T1处理的含水量则高达80%,明显高于其他3个配方,这可能与培养料本身的物理性状有关。在菇房生产期,4个配方培养料含水量存在差异,T1全麦草配方含水量明显高于其他3个配方,而含有玉米秸秆的T3处理则含水量最低。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1不同配方培养料各时期含水量T1：全麦草;T2：麦草混合稻草;T3：麦草混合玉米秸秆;T4：麦草混合菇渣。不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同
-->Fig. 1The water content of substrates during different periods T1: Wheat straw formula; T2: Wheat straw mix rice straw formula; T3: Wheat straw mix corn stalk formula; T4: Wheat straw mix spent compost formula. Different lowercase letters mean significant difference (P<0.05). The same as below
-->
2.1.2 培养料pH的变化 pH是发酵过程中的重要影响因素,通过调节微生物的活性影响发酵进程。微生物在中性偏碱的环境下,活性良好,代谢旺盛,pH过高或过低都不利于微生物的生长代谢。从图2可以看出,出菇期培养料的pH显著低于发酵期。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2不同配方培养料各时期pH
-->Fig. 2The pH value of substrates during different periods
-->
T3处理,在建堆期pH达到了9.37,显著高于与其他3个处理组。T1处理,在二次发酵结束时pH为9.02,显著高于其他3个处理组。T2、T3、T4处理组,在二次发酵结束时,pH在8.0—8.5时,无显著差异。T1处理的三潮菇结束时pH为6.16,降到最低值。
2.1.3 培养料电导率的变化 由图3可以看出,从建堆期到三潮菇结束,4组处理的电导率均为上升趋势,在三潮菇结束时达到最大值。T4处理的电导率值在建堆期显著高于其他3个处理,而一次发酵结束时,T4的电导率显著低于其他3个处理,可能是由于菇渣的可溶性盐（有机酸盐和无机盐）含量较高而且较易被微生物转化利用。除了三潮菇结束,T2和T3处理的电导率值在其他时期无显著差异。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3不同配方培养料各时期电导率
-->Fig. 3The conductivity of substrates during different periods
-->
2.1.4 培养料灰分、含碳量、全氮含量及碳氮比变化 灰分含量是影响发酵的重要因素之一,各个时期的不同配方处理,灰分含量各不相同。由表1可以看出,灰分含量呈现上升趋势。在二次发酵结束时,T2、T3、T4处理间灰分含量差异不显著,但显著高于T1处理灰分含量。在一潮菇和二潮菇结束时,T2处理灰分含量显著高于其他3组的灰分含量,这可能与稻草秸秆的性质有关。
Table 1
表1
表1不同配方培养料各时期灰分、含碳量、全氮含量及碳氮比变化
Table 1Variation of substrates of ash content and TOC, TN, C/N during different periods
| 处理 Category | 灰分含量 Ash content (%) | 含碳量 Carbon content (%) | 含氮量 Nitrogen content (%) | 碳氮比 C/N rate | |
|---|---|---|---|---|---|
| 二次发酵结束 PⅡ-end | T1 | 24.01±0.43b | 42.28±0.27a | 1.97±0.02b | 21.40±0.29a |
| T2 | 31.33±0.29a | 38.15±0.16b | 2.18±0.12a | 17.50±0.95c | |
| T3 | 31.93±1.20a | 37.82±0.66b | 1.98±0.10b | 19.11±0.94b | |
| T4 | 31.78±0.19a | 37.90±0.11b | 2.25±0.07a | 16.84±0.51c | |
| 一潮菇结束 1st flush-end | T1 | 37.70±0.69b | 34.61±0.38b | 1.90±0.02d | 18.18±0.26a |
| T2 | 42.30±0.73a | 32.06±0.41c | 2.13±0.02b | 15.02±0.04d | |
| T3 | 35.61±0.79c | 35.77±0.44a | 2.02±0.04c | 17.69±0.23b | |
| T4 | 38.19±0.26b | 34.34±0.14b | 2.21±0.03a | 15.54±0.24c | |
| 二潮菇结束 2nd flush-end | T1 | 39.99±0.68b | 33.34±0.38c | 1.87±0.03d | 17.77±0.31b |
| T2 | 43.40±0.05a | 31.44±0.03d | 2.04±0.03b | 15.43±0.24c | |
| T3 | 33.86±0.61d | 36.75±0.34a | 1.95±0.03c | 18.81±0.42a | |
| T4 | 38.09±0.43c | 34.39±0.24b | 2.18±0.03a | 15.75±0.11c | |
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有机碳是微生物代谢的能量来源,一部分被微生物分解为CO2和H2O;另一部分则以稳定的有机质的形式存在。由表1可以看出,4个处理的总有机碳含量呈下降趋势。二次发酵结束时期,T1处理含碳量明显高于其他3个处理。出菇期,T1处理含碳量的下降趋势最为明显,而T3处理的含碳量变化不显著。
含氮量的变化主要是由于微生物对有机氮的矿化分解以及氨气的挥发所造成的。从表1可以看出,在二次发酵结束时,4个处理的含氮量为最大值。处理1与处理3含氮量相似,无显著差异,处理2与处理4含氮量相似,无显著差异。T2、T4处理含氮量显著高于T1、T3处理。进入出菇期后,随着菌丝体对培养料营养的消耗与利用,各处理的含氮量逐渐降低,T4处理的含氮量显著高于其他3个处理。
微生物生命代谢中,碳源是微生物的能量来源,氮源是微生物构建生命体和蛋白质的营养来源,因此,培养料中碳氮比的变化可以反映出微生物活性的强弱,从而判断培养料的稳定性,是评价和判断培养料腐熟程度的一项重要指标。从表1可以看出,4个处理的培养料碳氮比由二次发酵至出菇期均呈下降趋势。
2.2 双孢蘑菇子实体农艺性状与产量关系
由表2可见,随着潮次的增加,T1、T2、T3处理均在第二潮菇时达到产量最高值,分别占其总产量的43.81%、39.89%、49.71%。T4处理在一潮菇时产量高于其他3个处理,达到3 064.19 kg,占其总产量的47.39%,但其二、三潮菇产量明显降低,三潮的总产没有T1处理好,这可能与菇渣配方的性质有关。而T3处理,产量较低,与其他3个配方的产量形成鲜明对比,这可能与玉米秸秆配方培养料性质密切相关。各处理双孢蘑菇子实体的含水量变化不显著。在单菇重上,T3处理各潮次的单菇重都表现出明显优势,单菇重较其他3个处理好,这可能与出菇密度有关。T1、T2、T3处理在菌盖直径和菌盖厚度上,差异不显著,T3处理组的菌盖直径和菌盖厚度与其他处理组相比,呈现优势,三潮菇时菌盖直径超过50 mm,菌盖厚度达到30 mm,与其他处理差异显著。随着潮次的增加,T1和T2处理的子实体硬度呈现降低趋势,而T3和T4处理的子实体硬度在第三潮菇时达到最大。T3处理子实体硬度与其他3个处理相比,表现最好。由此可见,不同培养料的理化性质对双孢蘑菇子实体农艺性状表现有影响,而培养料的含水量影响尤其重要,其中麦草配方含水量较高（65.57%—72.42%）,使双孢蘑菇农艺性状表现稳定,玉米秸秆配方菇质虽较好但产量很低,菇渣的透气性较差,导致后期出菇较差。Table 2
表2
表2不同配方培养料的潮菇农艺性状及产量关系
Table 2Relationship between agronomic trait and yield in different flushes
| 处理 Category | 产量 Yield (kg) | 含水量 Water content (%) | 单菇重 Mushroom weight (g) | 菌盖直径 Pileus diameter (mm) | 菌盖厚度 Pileus thickness (mm) | 子实体硬度 Fruit body hardness (105 pa) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 一潮菇 1st flush | T1 | 1588.98±20.60c | 92.08±0.61b | 24.77±3.21c | 42.96±1.93c | 26.02±1.74b | 8.03±0.91a |
| T2 | 2012.25±7.21b | 92.58±0.87a | 31.75±6.17b | 47.07±3.92b | 25.30±2.34b | 7.57±0.87b | |
| T3 | 1316.42±8.16d | 92.04±0.66b | 36.35±5.64a | 49.67±3.36a | 27.67±2.42a | 8.20±2.38a | |
| T4 | 3064.19±8.16a | 92.55±0.65a | 29.39±4.32b | 46.67±2.99b | 25.16±1.95b | 7.80±6.54b | |
| 二潮菇 2nd flush | T1 | 3061.41±10.27a | 92.02±0.67b | 28.48±3.33a | 46.84±3.75ab | 24.33±2.62bc | 7.08±0.71b |
| T2 | 2534.47±12.49b | 92.66±0.72a | 28.36±5.32a | 47.47±3.29a | 24.85±2.06b | 6.64±0.79b | |
| T3 | 1839.35±9.67d | 92.60±0.45a | 30.40±4.59a | 48.01±2.67a | 25.56±2.10a | 7.76±1.29a | |
| T4 | 2478.28±18.69c | 92.05±0.86b | 23.42±3.81b | 45.25±2.25b | 23.24±2.10c | 6.54±1.08b | |
| 三潮菇 3rd flush | T1 | 2337.42±14.89a | 92.06±0.82c | 32.15±6.54b | 48.92±3.43b | 26.20±2.44b | 5.96±1.11c |
| T2 | 1806.47±6.76b | 93.91±0.32a | 31.33±5.24b | 49.99±3.31b | 24.02±2.89c | 5.77±1.18c | |
| T3 | 544.39±5.95d | 92.55±0.59b | 42.59±7.23a | 54.59±3.30a | 28.64±1.89a | 9.70±1.55a | |
| T4 | 924.06±5.77c | 92.03±0.68c | 32.04±5.17b | 49.73±3.63b | 25.99±2.57b | 8.47±1.46b | |
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2.3 不同潮次培养料配方理化指标与产量的多元回归分析
分别以4个处理二次发酵结束时期的培养料各理化参数为自变量对应一潮菇产量,以一潮菇结束时期的培养料各理化参数为自变量对应二潮菇产量,以二潮菇结束时期的培养料理化参数为自变量对应三潮菇产量,各潮菇的产量为因变量进行逐步回归分析,建立回归模型（X1：含水量,X2：pH,X3：电导率,X4：灰分含量,X5：含碳量,X6：含氮量,Y：产量）。对于一潮菇,在检验模型整体回归中,F统计量和对应的P值分别为18.04和0.02,说明模型整体上显著。通过逐步回归分析,发现变量X6对因变量存在显著性影响,具体回归方程如下：Y1=-5926.766+ 3770.091X6,在回归模型中可以看到,含氮量与一潮菇产量之间具有正向关系,即随着变量X6值的增大,变量Y1也随之增加。试验4个配方二次发酵结束时期的培养料含氮量在1.97%—2.25%。
对于二潮菇,在检验模型整体回归中,F统计量和对应的P值为132.881和0.000,说明模型整体上显著。通过逐步回归分析,发现变量X1、X2、X3、X5、X6对因变量存在显著影响,具体回归方程如下：Y2=6285.502+4920.672X1-1061.418X2-245.782X3+949.998X5+26081.326X6,在回归模型中可以看到,含水量与含碳量、含氮量是影响二潮菇潮产量的主要因素,随着这3个自变量的增加,二潮菇产量也随之增加。
对于三潮菇,在检验模型整体回归中,F统计量和对应的P值分别为868.296和0.000,说明模型整体上显著,通过逐步回归分析,发现变量X1、X5、X6对因变量Y3存在显著影响,具体回归方程如下：Y3=3073.013+7030.476X1-114.728X5- 910.576X6,结果表明,含水量对三潮菇产量产生了显著的正向影响,含碳量和含氮量对三潮菇产生了显著的负向影响。
从回归分析的结果可以看出,直至三潮菇时,充足的含水量对双孢蘑菇的产量很重要,而含碳量与含氮量对各潮菇产量的影响也十分重要。在适宜范围内,较高的含碳量和含氮量有助于提高一、二潮菇的产量,而三潮菇时含碳量和含氮量提高对产量没有作用,表明二潮菇之后影响产量的因子可能发生了变化。
3 讨论
二次发酵结束后,4个配方培养料的含水量均达到70%,与邓德江等[15]的研究结果一致,表明4个配方的发酵过程控制得较好,培养料符合生产要求。含水量对双孢蘑菇子实体的农艺性状影响较大,全麦草配方的含水量明显高于其他3个配方,其双孢蘑菇的农艺性状表现最为稳定。从发酵期至出菇期,4个配方培养料的pH均呈下降趋势,发酵初期pH在8—8.5为宜,有利于游离氨被微生物利用合成蛋白质及产生胞外多糖;而电导率在二次发酵结束后均为上升趋势,可能是由于蘑菇菌丝分解利用有机质后,产生较多的小分子化合物。二次发酵结束后,培养料的含氮量是一个重要的指标,本试验4个配方的含氮量在1.97%—2.25%。多元回归分析结果表明,较高的含氮量是提高一潮菇产量的重要因素,含氮量与一潮菇产量之间具有正向关系,这与SHEKHAR等[26]的研究结果一致。同时多元回归分析还表明含水量与产量呈正相关。本研究中,二潮菇后培养料的含碳量和含氮量对三潮菇产生了显著的负向影响,可能是由于蘑菇生长后期对碳源和氮源的降解利用受到了抑制。JURAK等[32]研究结果表明,在蘑菇子实体生长后期,培养料木聚糖链上的葡萄糖醛酸、阿拉伯糖取代基不断积累,导致蘑菇菌丝缺乏降解木聚糖的能力,从而使后期蘑菇产量下降。
目前,国内外的双孢蘑菇培养料多以麦草为原料,为了充分利用中国的玉米秸秆、稻草以及木腐型食用菌工厂化生产的废弃菇渣,本试验在麦草为主料的基础上添加了上述材料,所制成的培养料理化性状也发生了变化,对产量的影响很明显。纯麦草配方在二次发酵结束时,含水量最高,pH也最高,EC值较低,碳氮比值为最优比值,产量也是4个配方中最高的,是适宜双孢蘑菇生产的最优配方。其他3个配方在二次发酵结束时,含水量、pH、EC值的数值相当,有机碳含量都相对较低,而稻草配方与菇渣配方在氮含量上相似,玉米秸秆则与麦草配方相似。在产量上,稻草与菇渣产量较高,而玉米秸秆配方产量最低,但其菇质最好。培养料的各理化性质对产量均有正或负的相关性,本研究所得到的回归模型可评估基质的潜在蘑菇产量,在不同阶段,蘑菇的生产效率和潜在产量可以通过关键目标参数的特定范围进行预测,因此,该模型对于蘑菇工厂化栽培有重要意义。
本试验4个配方的原材料理化性状存在较大差异,经过一、二次发酵后都变成了适宜蘑菇生长的培养料,但其理化性状存在的差异导致了产量与农艺性状的不同。今后有必要对一些物理结构上的指标加以研究,如培养料颗粒大小、孔隙度等。
4 结论
随着培养料的发酵、双孢蘑菇菌丝体和子实体的生长,4个不同配方（基质）培养料的含水量、pH、电导率的变化趋势表现出一致性,即含水量和pH逐渐降低,电导率在二次发酵结束后逐渐升高。二次发酵结束后,培养料的含水量都达到70%,含氮量达到1.97%—2.25%。出菇阶段全麦草配方 培养料的含水量最高（65.57%—72.42%）,产量最高,双孢蘑菇的农艺性状最稳定。在一、二次发酵时应保持堆肥适宜的含水量,在菇房管理过程中应注重覆土水分的管理,使培养料的碳、氮在出菇前期能够被充分利用,从而有利于一、二潮菇的产量形成。（责任编辑 赵伶俐）
The authors have declared that no competing interests exist.
