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黑木耳袋栽技术研究进展*

2010-02-10张介驰张丕奇韩增华孔祥辉马庆芳戴肖东刘佳宁

中国食用菌 2010年6期
关键词:木屑黑木耳菌丝

张介驰,张丕奇,韩增华,孔祥辉,马庆芳,戴肖东,刘佳宁

(黑龙江省科学院微生物研究所,黑龙江 哈尔滨 150010)

黑木耳 Auricularia auricula(L.ex Hook)Underw., 是我国传统食用菌品种,人工栽培经历了孢子自然接种、孢子液人工喷洒接种、纯菌接种段木栽培和纯菌接种代料栽培等4个发展阶段[1]。经过几十年来瓶栽、块栽、床栽和袋栽等不同模式的研究探索和实践,目前代料栽培已发展成以木屑、棉籽壳和玉米芯为主要原料,以聚乙 (丙)烯塑料袋为容器的袋栽生产模式,已在栽培生产中广泛应用。据初步统计,目前我国袋栽黑木耳产量占总产量的80%以上。

根据近年来发表的科技文献和生产实践,对黑木耳袋栽技术进行初步的归纳,供业内人员参考,共同探索创新技术,推动黑木耳袋栽技术水平的提高。

1 栽培原料

1.1 原料种类

原料是黑木耳栽培生产的基础,代料栽培技术发展促进了新原料的开发应用。邓庄[2]研究认为木耳对营养要求不严,可在阔叶木屑中添加等量树叶、稻草或农作物茎杆出耳,但不能在针叶木屑和纯稻草培养基中出耳。目前除阔叶木屑、棉籽壳、玉米芯广泛应用于生产外,菠萝皮[3]、五节芒[4]、麦草[5]、毛竹屑[6]和加工副产物木薯渣[7]、刺五加渣[8]、沙棘渣以及平菇菌糠[9],包括堆肥处理的猪粪[10]都有出耳成功的报道。经自然堆积处理或碱处理的松木屑和水浸处理的稻草也可作为主要原料栽培黑木耳[11-13]。 可见经适当处理后可利用的黑木耳代用原料资源是十分丰富的。

姚勇研究了刺槐、速生杨等10种树木枝条浸提液对木耳菌丝体生长的影响[14],不同的枝条浸提液对菌丝生长速度、长势、稠密度和色泽影响显著,同一枝条浸提液培养基中不同木耳品种菌丝体生长发育表现不同,部分试验品种在杨树枝条浸提液培养基上不能萌发,可见菌种的适应性、原料的营养成分和抑菌物质含量都影响栽培效果。因此在新原料开发中既要丰富培养基的营养、去除抑菌物质,同时也要重视生产菌株的驯化选育,提高对原料的适应性。

1.2 原料配方

黑木耳袋栽生产属于微生物分批发酵培养模式,培养基质的利用受到原料理化结构、菌丝胞外酶分泌规律、不同营养需求和栽培环境条件等多种因素的影响。目前还未发现有对黑木耳营养生长和生殖生长阶段营养变化及菌丝生长特性的动态测定分析方面的研究报道,关于原料配方的研究大多只注重于新原料应用的可行性,对原料营养作用和不同原料之间协同关系的研究还缺乏重视。很多关于栽培技术的文献均给出多种黑木耳栽培生产配方,有的甚至达到10余种。不同配方之间原料种类选择和使用比例波动性较大,如木屑最高含量达到90%[15],棉籽壳和玉米芯分别达到99%[16]和73%[17],但大多文献均未说明确定培养基配方的根据,也未给出不同配方在栽培效果上的差异。

以菌丝生物量和胞外酶活性为指标,通过液体培养试验探索黑木耳菌丝培养的优化配方和培养条件,对确定袋栽培养基配方具有一定的指导意义[18-20]。张丕奇等采用东北地区常见作物秸秆与阔叶木屑,按照不同碳氮比对黑木耳二级菌种培养配方进行了研究[21]。试验表明,低碳氮比(20∶1)试验组菌丝生长速度和长势优于其他碳氮比实验组 (25∶1、 30∶1、 40∶1), 原料种类比较显示麦麸、 豆粉和豆秸粉应用效果好于米糠和玉米粉,试验表明氮源含量和原料的物理结构均可影响菌丝生长。

程金良、刘瑰琦等对不同原料袋栽出耳效果进行了比较,前者试验表明以稻草和玉米芯为主要原料的无木屑配方产量显著优于含木屑配方[22];后者试验得到以木屑、豆秸为主要原料的含木屑配方产量要高于无木屑配方[23]。彭强[24]的玉米芯代用料试验显示,袋栽产量随着木屑培养基中玉米芯添加量增加而增加,至40%添加量时产量达到最高。综合比较显示作物秸秆有助于促进菌丝生长和提高产量,可部分替代阔叶木屑应用于黑木耳栽培生产。从试验的差异可以看出栽培管理方法的不同影响栽培料的转化率,必然影响到对试验效果的判定。

不同原料的使用影响袋栽生产进程和产品质量。玉米芯原料添加量超过60%时,菌丝生长速度相对较慢、污染率增加;同时造成耳片厚度、口感和鲜品含水量的差异。不同配方造成子实体水分、脂肪、粗纤维及总糖含量差异不明显,但蛋白含量差异较大。玉米芯添加量为40%的配方中子实体蛋白质含量达12.86%,比对照高出26.9%。随着配方中玉米芯含量的增加,子实体中所含的灰份也相应增加[24]。其它配方试验也有相似结果[23]。

实现栽培原料的充分利用和转化是一项十分复杂的任务,需要结合原料合理配伍、菌种定向选育和栽培管理技术改进等多方面的协同才能有所突破。

2 栽培方式

黑木耳袋栽方式可分为室外栽培、室 (棚)内栽培和间作栽培。

室外栽培不需要搭建棚室,节省前期投资,应用范围广、生产规模大,管理相对粗放,主要根据自然气候条件通过水分调控和遮阴进行管理。室外栽培主要有东北地区的短袋露地栽培和南方长袋架式栽培,也有地沟吊袋栽培和层架栽培的研究报道和应用实践。地沟吊袋栽培是悬挂于地沟中进行出耳管理,易于调控出耳环境的温度和湿度,较适合于气候干燥多风的地区[25]。河北平泉地区有黑木耳长袋层架栽培的应用实践,室外搭建五层木架,长袋横卧摆放出耳,可提高出耳场地利用率。

室 (棚)内栽培需要搭建棚室,设置喷水、通风和控温设施,前期投入大。室 (棚)内栽培可提高空间利用率,增加生产能力。室 (棚)内栽培环境可控性强,受灾害性天气的影响程度低,但也会由于通风差和光照弱而增加污染率和降低产品质量。室 (棚)内袋栽方法较多,包括卧式出耳、立式出耳、层架式出耳、吊袋式出耳[26]、环割倒栽法出耳[17]、层梯式两端出耳[27]、立体墙式出耳[28]等。

袋栽黑木耳可与多种作物、果木间作,如麦田[29]、葡萄园[30]和板栗园[31]等。作物和果木的枝 (茎)叶为黑木耳出耳提供了良好的遮荫及保湿环境,可节约搭设荫棚的成本。黑木耳呼吸排出的二氧化碳可促进作物果木的光合作用。有试验测定表明林下可降低光照强度60%~70%[32],从树木表面及地表蒸发的水分保持了环境湿度。

浙江景宁的黑木耳水稻轮作模式[33]和河南泌阳的黑木耳香菇集约化生产模式[34],可提高土地和设施的利用率,实现了原料基质的高效利用,产生了良好的生态效益和经济效益。

3 栽培管理方法

3.1 栽培季节选择

黑木耳袋栽季节可选择春季和秋季。栽培季节的选择要考虑区域的温湿度条件,也要考虑自然气候的变化趋势和人工调控环境的能力。北方地区以春季栽培为主,南方地区以秋栽为主,有报道表明南方平原地区不适合于春季栽培,秋季栽培的产品质量要明显优于春季栽培[35,36],产生这一差别的主要原因是由于北方地区秋季异常降温和南方春季异常升温会影响出耳,如转化率降低、污染率提高等。

徐立等参考段木栽培实践进行了反季节代料栽培黑木耳技术研究[37],在小兴安岭地区8月制菌,耳芽形成后自然过冬,翌年春季抢早进行出耳管理,避开高温期,表现为污染率低、产量稳定。

3.2 菌丝培养方法

获得最大量的活力强、营养积累丰富的菌丝是袋栽黑木耳稳产、高产的基础,科研人员和生产者在菌丝培养方法上做了大量的尝试和创新,对黑木耳袋栽技术的发展、提高起了重要作用。

目前黑木耳袋栽生产上倾向于使用厚度小、收缩性好的聚乙烯塑料袋,料袋接触紧密可明显降低出耳阶段的霉菌污染。塑料袋的规格有多种,长袋可提高生产效率,但由于接种点多、培养时间长等原因造成长袋的制袋成功率低于短袋[36]。

菌袋封口方法有多种,如棉花、无棉盖体、透气膜、石膏等,也有直接用二级种和丝线系口的封口方法。目前在东北地区广泛使用的打孔插棒、棉花 (海绵)封口方法是对杨亚普提出袋料黑木耳快速发菌技术[38]的改进,应用效果较好。封口通气效果对菌丝培养影响较大,研究表明一端用扎口绳,另一端用无棉盖体封口的菌袋比两头系口的菌袋透气性好,表现出菌丝浓白、发菌速度快、成功率高。但如果两端都改用无棉盖体,易造成菌袋大量失水,培养料过干而影响菌丝的正常发育[39]。

李楠试验研究表明采用17 cm×33 cm聚丙烯塑料袋栽培黑木耳,装料量以800 g较为适宜,装料过多或过少均会引起生物学效率的下降[40]。目前很多栽培户从投入成本、生产效率和出耳周期等方面综合考虑,仍倾向加大装料量,17 cm×35 cm的菌袋湿料装量达到1.3 kg。有研究者认为培养料中木屑宜粗不宜细,最好是颗粒型,选用栽培香菇常用的颗粒型木屑[35],但从培养料持水性、透气性、菌袋强度和开口操作等方面考虑,生产实践中更多应用的是粗细搭配或粗细适中的木屑。

灭菌是培养料制备的重要环节,采用蒸汽湿热高压灭菌和常压灭菌2种方法。常压灭菌方法设施简单、操作方便安全、生产能力大,在生产实践中被广泛采用。一般根据培养料种类、状态和装量控制灭菌时间,8 h~16 h不等。研究表明灭菌温度过高、时间过长影响培养基中营养物质和酸碱度产生,进而影响到菌丝萌发生长的速度和质量[41-43]。

菌丝培养阶段环境条件控制主要参考了邓庄的早期研究结果[2],为降低杂菌感染几率和提高菌丝活力,实际生产中多低于最适温度养菌。在这一原则指导下菌丝培养阶段菌袋的摆放方式也变得多样化,由单一的层架立式摆放发展成堆放和层架卧式摆放,降低了设施投入、提高了空间的利用率。

刘振钦等根据产量的比较提出了 “后熟作用”的重要性[44],指出菌丝长满袋后还要经过30 d~40 d后熟作用,从营养生长到生殖生长要通过一段时间的生理转化过程才能出耳。菌丝长满菌袋后经过一段时间的后续培养,有助于菌丝量及其中营养物质的积累,同时也是菌丝逐渐适应出耳环境的过程。栽培实践表明, “后熟作用”对出耳阶段的催芽效率、产品质量和产量都有影响,应进一步开展后熟阶段培养条件、培养时间对黑木耳菌丝生理特性影响的研究。

3.3 出耳管理方法

菌袋开口催芽是出耳管理的起点,直接影响黑木耳袋栽生产的成功率、产品的质量和产量。菌袋开口方式和应用器具十分多样,目前随着对黑木耳产品质量要求的改变,小口密布的菌袋开口方法广泛应用,相应管理方法不断地改进完善。万佳宁等[45]研究了不同开口方法对培养料理化性质、产品产量及商品性状的影响,表明不同的处理方法会影响培养料的含水量、pH值及通气量,影响胞外酶分泌规律、木质素利用和产品的商品性状。穆丹[46]研究了不同通风和温湿度组合对催芽阶段出芽率、污染率和耳芽生长速度的影响,表明除必要的温度、湿度和通风条件外,散射光刺激和10℃以上的温差刺激有助于耳芽的形成和生长。

袋栽耳管理调控主要运用遮阴、苫盖、通风、晾晒和给水等方法,结合气候条件创造适合黑木耳菌丝和子实体生长并抑制杂菌侵染滋生的环境。王俊国等[47]对辽西半干旱地区黑木耳袋栽人工调控方法的小气候环境效应进行了研究,表明人工调控可改善黑木耳生长的小气候环境,如盖草帘能降低极端最高温度25℃~30℃、盖塑料薄膜极端最高温度能增加10℃~12℃、喷水可增湿60%、通风可降湿12%~20%等。虽然试验结果与自然气候有很大相关性,但为人工调控方法的使用提供了参考依据。侯军等[48]对出耳管理的温度、湿度和光照条件进行正交试验分析,表明催耳阶段影响条件大小依次为温度>相对湿度>光照,出耳阶段影响条件大小依次温度>相对湿度=光照,并得到了优化控制条件。

邓庄研究认为木耳在无光条件下能分化产生原基[2],有的学者则认为在黑暗无光条件下不能形成子实体[49],但都认同光线对子实体发育生长的促进作用。试验表明在一定的范围内随着光照强度的增加,子实体颜色由淡黄转为黑亮[39]。在全日光条件下,黑木耳子实体的黑色素含量、耳片厚度、蛋白含量均有不同程度增加,可能光照通过一定的机制参与调节了与黑色素和蛋白合成有关酶的活性[50]。

水分是黑木耳生长发育的基本条件,给水管理不仅可以补充子实体生长需要的水分,还影响栽培环境的温湿度和通风条件,影响菌丝和子实体生长发育。崔学坤[51]研究表明不同喷水时间和喷水量,对培养料的含水量和化学组成、产品质量和产量均有影响,但是不同的喷水方法其胞外酶活性的变化规律基本一致,说明对品种生长特性无影响。给水管理也是菌丝体和子实体生长的调节手段。目前生产实践中参考子实体生长速度、菌袋含水量、杂菌感染程度等指标,结合气候条件按照 “干湿交替”的原则进行管理,促进菌丝和子实体的协调生长。目前未见 “干湿交替”管理对培养料营养成分、胞外酶活性、菌丝量和菌丝营养积累动态变化的研究报道,还无法制定 “干湿交替”的精确控制指标。

出耳管理后期,培养基的营养成分构成比例已发生变化,影响多潮次出耳和生物转化率。有研究者提出浸水和注入营养液可提高二潮出耳产量[36,52],但在生产实践中未见应用,可能是由于操作困难、杂菌污染率提高和产期延长等方面的实际问题还未解决。

3.4 病虫害防控

黑木耳袋栽生产过程中,由于灭菌操作失误和生产管理不当引起的杂菌侵染病害比较常见,导致培养料竞争消耗,菌丝体和子实体生长发育异常,产量和质量的降低。比较常见的污染真菌有木霉属 (Trichoderma spp.)、脉孢霉属 (Neurospora spp.)、 青霉属 (Penicillium spp.)、 曲霉属 (Aspergillus spp.)、 链格孢霉属 (Alternaria spp.)、 毛霉属 (Mucor spp.)等6个属的真菌[40]。多种真菌可能造成培养料异常消耗和子实体异常,如黑木耳白粉病的致病菌株初步鉴定为白粉菌目的真菌[53]。

对细菌或病毒引发的侵染性病害、营养环境条件异常引发的非侵染性病害的表现及致病机理还缺乏系统的研究,对比较常见的子实体色变、畸形、流耳、烂耳等病变的研究报道主要集中在致病营养和环境条件的探索,如孙永琴[54]对菌袋褐变的研究认为,菌丝培养温度过高和强光刺激是诱发菌袋褐变的主要原因。

黑木耳袋栽虫害有多种,虫害的防控主要借鉴了其他食用菌品种虫害的防治方法,如防螨技术[55]、木耳线虫防治对策[56]等。

病虫害的防控应坚持 “预防为主、综合防治”,加强生产管理,优化营养和环境条件,同时配合原料检测、季节选择和环境治理,综合防控,减少化学药品的使用。

4 栽培生理研究

黑木耳栽培生理研究相对薄弱,缺乏系统的栽培条件研究和生理特性研究基础,很多调控方法研究还只能依据子实体的生长性状进行单因子的试验,而子实体的生长又与多种栽培控制因素密切关联,因此增加了数据分析处理的复杂性和结论的不确定性,这一现象影响和限制了黑木耳栽培技术的突破和发展。

牛福文[57]、李楠[40]等测定了黑木耳栽培生长进程中营养物质的含量变化,揭示了木质纤维素的利用规律,对正确认识不同原料的营养作用提供了指导。

黑木耳的生长发育是依靠其自身分泌的胞外酶来分解培养基质中的营养物质的,目前对栽培生理的研究主要集中在胞外酶分泌规律的研究。陈锡时[58]通过刺激、抑制和采摘等改变子实体形成过程,考查酶活性变化规律;韩增华等[59]研究10个黑木耳菌株胞外酶活性及与栽培性状和产量的关系;严培兰[60]抗霉能力与胞外酶活性的研究表明,胞外酶活性可以反映栽培过程中菌丝的生理特性变化。不同基质的多种胞外酶 (纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶等)活性和分泌规律具有一致性[24,40,57],因此研究胞外酶分泌规律是探索黑木耳栽培生理的重要途径。

对黑木耳栽培生理的研究既要关注在整个生育期内胞外酶活性变化规律,同时也要考查栽培过程中不同营养条件和栽培条件,对胞外酶活性和其他生理指标造成的影响,如不同的碳氮源比例、不同的催芽温度、不同的光照强度等,为建立栽培调控技术奠定理论基础。

对黑木耳栽培环境条件的研究多关注于菌丝培养阶段,对出耳阶段研究报道不多。研究认为高温可致低产,子实体色淡及片薄;水分过多可致缺氧而抑制生长等[61,49]。邓庄早期研究认为木耳属恒温型品种,变温对子实体分化无促进作用[2],但目前黑木耳的栽培生产均是在变温的环境下进行,因此应开展研究确定黑木耳栽培生长的最佳环境条件,如最适温度、变温范围频度等,实现栽培环境调控与自然气候变化的最佳结合,降低管理成本、提高管理水平。

5 栽培设施

随着黑木耳袋栽技术的发展,出现了多种新型的实用器械和设施,明显提高了劳动效率,如装袋机、开口机、喷灌系统[62]、烘干设备[63]等。但由于黑木耳特定的生产方式和明显的地域特色,还没有大型的通用设施在国内推广使用。随着黑木耳栽培生理研究的深入和栽培技术的发展,黑木耳袋栽生产的精准化和标准化技术的应用范围会不断扩大,必将带动栽培设施的改进和发展。

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