不同LED光质对银耳生长发育的影响

陈 岗,詹 永，*,罗 杨,杨 勇,谢会川,柴佳炎,龚胡荣

(1.重庆市中药研究院,重庆 400065; 2.重庆市银耳营养食品企业工程技术研究中心,重庆 409003)



不同LED光质对银耳生长发育的影响

陈 岗1,詹 永1，*,罗 杨1,杨 勇1,谢会川2,柴佳炎2,龚胡荣2

(1.重庆市中药研究院,重庆 400065; 2.重庆市银耳营养食品企业工程技术研究中心,重庆 409003)

采用新型LED光源设置不同光质条件,动态观测银耳原基(Tremellafuciformisprimordium,TFP)形成及子实体(TremellafuciformisBerkeley,TFB)生长发育情况,研究光质对TFP形成时间、出耳率、总生物效益及TFB品质的影响,揭示光质作用于银耳的效应,为银耳工厂化栽培生产科学补光,提供可靠的理论依据。研究发现,在光源功率8 W、光照时间8 h/d的条件下,LED白光处理TFP形成早且出耳率较高(可达94.67%);TFB生长速度在白光光照条件下优于自然光、红、绿、黄等光质光照,且形成的子实体最大,在培养21 d后其子实体直径可达13.24 cm。不同光质对银耳产品品质的影响不同,白光处理后的银耳单耳质量最高;在自然光和白光处理条件下,银耳产品中多糖含量最高;黄光处理后的银耳蛋白质含量最高;黄光组的银耳灰分含量最高,但与自然光组、白光组和绿光组差异不显著(p>0.05);在自然光和白光处理条件下,产品的总生物效益最大。TFB生长发育最优光照条件为8W LED白光,每天光照4 h,光照强度713 lux,在此条件下,TFB的总生物效益为37.7%±1.04%,多糖含量为24.5%±1.75%。

银耳,LED,光照条件,生长发育

银耳(Tremellafuciformis),又称白木耳、雪耳、银耳子等,为担子菌门真菌银耳的子实体,是我国传统名贵食用菌,享有“菌中之冠”的美称。我国是银耳主产国,产地主要分布在福建古田、四川通江、重庆黔江等地。至上世纪80年代福建古田成功研究出银耳袋料栽培技术,银耳栽培逐渐实现工厂化人工生产。目前关于银耳栽培技术的研究主要集中在高产菌种的选育[1-4]、袋料基质的优化筛选[5-7]、栽培工艺等方面[8-11],而对于人工栽培环境条件的系统研究未见报道。

食用菌生长发育所需的条件主要包括营养条件和环境条件[12],环境条件主要包括温度、湿度、空气条件、酸碱度、光照、风速等。其中,光照是一个影响食用菌生长发育过程的不可忽视的因素[13-14],光照的作用机制是复杂的,既能刺激食用菌的生长发育,也能抑制食用菌的生长发育[15-16]。光照不仅影响食用菌的菌丝体的生长速率、菌丝体密度和颜色等生物学特征,而且影响子实体的菌柄长度、菌盖大小及其颜色变化等生物学形态,还具有调控食用菌生理生化过程和营养物质代谢的作用[17-18]。

LED是一种半导体的固态冷光源,具有光质纯、光效高、体积小、光电转换率高、寿命长、波长固定、发热低、冷却负荷小等优点,便于集中所需波长进行均衡的近距离照射,具有的光环境调控设施充分满足食用菌工厂化栽培对光环境的需求。佟希丹[19]以金针菇为实验材料,研究了红光、黄光、绿光、蓝光、白光五种LED光质,对金针菇原基的形成、子实体生长发育及产量的影响,发现金针菇在原基形成期间用红光较好,实体生长阶段用蓝光的补光效果最好,不但子实体生长整齐,产量也高;刘文科等[20]研究发现LED光质对蟹味菇生长发育具有显著影响,白光和蓝光在促进蟹味菇子实体生长发育上表现较好,蓝光效果最佳,而其它可见光较差;Miyazaki等[21]发现LED蓝光对滑子菇子实体生长发育有促进作用,光质间差异明显。

本实验以LED灯为光源研究银耳的光生物学特性,旨在筛选出TFP分化、TFB生长的最佳光照条件,为银耳工厂化栽培生产科学补光,提供可靠的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

银耳菌株(DD 1号)和香灰菌株(XH 3号) 重庆市银耳营养食品企业工程技术研究中心从福建古田引进。

葡萄糖标准品、浓硫酸、盐酸、乙酸、苯酚、乙醇、37%甲醛、酒石酸钾钠、氢氧化钠、乙酸锌、乙酸钠、无水乙酸钠、亚铁氰化钾、磷酸二氢钾、硫酸铜、硫酸钾、硫酸镁、对硝基苯酚、乙酰丙酮,均为国产分析纯。

棉籽壳69%,麸皮19%,杂木屑10%,蔗糖1%,磷酸二氢钾0.3%,硫酸镁0.2%,石膏0.5%。

DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱、DK-8D三孔电热恒温水槽 上海齐欣科学仪器有限公司;UV-2450紫外-可见分光光度计 日本岛津公司;BS224S电子天平 德国赛多利斯公司;Z300K离心机 德国Hermle公司;HA-ST-102勒克斯计 北京润恒奥仪器仪表设备有限公司。

1.2 实验设计

1.2.1 接种及菌丝培养管理 实验栽培菌袋采用规格为55 cm×25 cm×0.05 cm的低压聚乙烯塑料袋,每袋装菌料 1100 g(干料∶水=4∶6),每袋打3个等距接种孔并用专用胶布封口,126 ℃条件下高压灭菌2 h,冷却后接种,每孔接种量为1.5 g,接种后于23 ℃黑暗条件下进行菌丝培养8 d,然后转入栽培室。

1.2.2 不同光质对TFP形成的影响 实验准备6个栽培架,其中5个栽培架用95%的遮阳网蒙住,分别装白、红、绿、黄4种颜色光源功率8 W的LED灯,一个作黑暗栽培,第6个栽培架作自然光栽培。将1.2.1中发满菌丝的菌袋移入各个实验用栽培架中,每组设置50袋,光照周期设置为8 h/d,以黑暗为对照;利用超声波加湿器、风机、空调机控制栽培室温度20～22 ℃、湿度90%左右(栽培室温、湿度控制参数参考GB/T 29369-2012[22],下同),分别记录原基形成时间、原基形成个数并计算出耳率,比较分析不同光质对TFP形成的影响。

出耳率(%)=已形成的原基数(个)/总接种数(个)×100

1.2.3 不同光质对TFB生长的影响 按1.2.2的方法准备6个实验栽培架,将1.2.1中发满菌丝的菌袋在温度20～22 ℃、湿度90%、自然光条件下进行出耳培养9 d;将形成原基的菌袋分别放入各培养架,每组设置50袋,连续培养24 d,每隔3 d观察不同实验组TFB生长情况,并用游标卡尺测量其最大直径,每组每次随机取样10个,对比观察不同光质对TFB生长的影响。此阶段控制栽培室温度20～23 ℃、湿度95%左右,光照周期设置为8 h/d。

1.2.4 不同光质处理对TFB品质的影响 将1.2.3中各实验组银耳连续培养24 d后进行采收,测量单个银耳子实体鲜量、多糖含量、蛋白质含量、灰分含量等品质指标,并计算总生物效益,每组随机取样10个。

总生物效益(%)=子实体干品产量(g)/培养料干重(g)×100

1.2.5 LED白光灯光源功率、光照时间及强度对TFB生长发育的影响 实验在各个遮光栽培架内进行。将在自然光条件下形成原基的菌袋分别放入各培养架,每组设置50袋,连续培养24 d,每组随机取样10个。

研究8、15、24 W三种光源功率的白色灯对银耳产品单耳质量、多糖含量的影响。以黑暗栽培作为对照,光照周期为8 h/d。

研究在最适光源功率条件下,不同光照时间(2、4、6、8、10、12 h/d)对银耳产品单耳质量、多糖含量的影响。

项目光质黑暗自然光白光红光绿光黄光原基出现时间(d)188±178d79±125b64±067a117±098c81±121b83±138b出耳率(%)454196559467876791338726

注:相同字母表示差异不显著(p>0.05),不同字母表示差异显著(p<0.05)(α=0.05)。表2、图2同。

在选定的最适光源功率、时间条件下,研究不同光照强度对银耳产品单耳质量、多糖含量的影响。在各培养架内分别安装1～3盏光源功率8W的白光灯,与栽培菌袋距离20 cm左右,通过勒克斯计测试其平均光照强度为447、713、1026 Lux,每天光照4 h。

1.3 测定方法

1.3.1 多糖含量的测定 采用苯酚-硫酸法[22]测定总糖含量;还原糖含量测定采用3,5-二硝基水杨酸法(DNS法)[23]。

多糖含量(%)=总糖含量-还原糖含量

1.3.2 蛋白质含量的测定 参考GB 5009.5-2010中分光光度法[24];水分含量测定,参考GB 5009.3-2010方法[25];灰分含量测定,参考GB 5009.4-2010方法[26]。

1.4 数据统计分析

实验所得数据,采用SPSS 13.0统计软件对数据进行统计分析,Duncan’s新复极差法比较各处理间差异。

2 结果与分析

2.1 不同光质对TFP形成的影响

原基出现时间和出耳率可判定光质对原基诱导能力的强弱。由表1可知,相对于黑暗条件,不同的光质光照均能促进TFP的提早出现,白光的诱导作用最强,在光照射处理6 d左右就开始形成原基;自然光、绿光和黄光3种光质对TFP形成时间无显著差异(p>0.05);在黑暗条件下,TFP形成缓慢且出耳率低下,这可能是因为在原基形成过程中,菌丝细胞利用光信号作为细胞分化的转换机制,当细胞分化时,分裂活性增高,提高菌丝体内相关酶的活性,从而使各种细胞分化,形成原基[27]。

从出耳率来看,自然光和白光处理的出耳率最高,分别为96.55%和94.67%,黑暗环境的出耳率最低,仅为45.41%。由此可知,在原基诱导阶段,适宜的光照条件有利于TFP的形成和分化。

2.2 不同光质对TFB生长的影响

不同光照条件下,TFB生长情况见图1。由图1可知,在TFB生长发育的前6 d,黑暗条件下TFB的生长速度高于其它光照培养的试样品,这可能是由于在子实体内某些酶需要在黑暗条件下进行营养的转化而促进子实体生长。但连续黑暗培养会导致原基生长迟缓、子实体不能成熟。从第9 d开始,自然光、白光、绿光及黄光照射培养的TFB生长速度明显高于黑暗培养的试样品,其中白光照射培养的TFB生长速度增长最快且形成的子实体最大,在培养21 d后其子实体直径可达13.24 cm;自然光照射的作用次之;绿光及黄光的促进作用相当。实验观察发现,与黑暗条件相比,红光照射对TFB生长的促进作用不明显。

图1 不同光质对TFB生长的影响Fig.1 Effect of different light conditions on the growth of Tremella fuciformis Berkeley

不同光质对食用菌子实体的刺激作用各有不同,这种作用可能是正向促进或负向抑制。相关研究表明食用菌中存在类似植物光和色素的物质,即感光系统,如蓝光感应系统、红光感应系统、绿光感应系统等[28]。Gary等[29]发现,香菇培养基中Ca2+浓度高于212.68 mg/m3时,蓝光刺激子实体形成,低于65.64 mg/m3时,红光和蓝光都抑制子实体形成;Hideyuki等[30]发现蓝光能使滑菇获得更大的生物潜能,因此更能刺激滑菇形态发育。LED白光不是单色光,是基于二波长(蓝色光+黄色光)的发光模式。实验中,白光对TFB生长促进作用最强,这可能是因为TFB中存在某种蓝光感应促进系统,这需后续实验进一步验证。

2.3 不同光质对银耳产品品质的影响

由表2可知,白光处理后的银耳单耳质量最高,达到(177.6±3.53) g;在自然光和白光处理条件下,银耳产品中多糖含量最高,分别达到(23.6±3.15) g/100 g和(24.4±4.74) g/100 g;黄光处理后的银耳蛋白质含量最高,黑暗组最低,分别为(11.3±1.56) g/100 g和(3.5±2.12) g/100 g;黄光组的银耳灰分含量最高,但与自然光组、白光组和绿光组差异不显著(p>0.05);在自然光和白光处理条件下,产品的总生物效益最大,分别达到34.1%±2.03%和36.6%±2.48%,与其他光处理组有显著差异性(p<0.05)。

项目光质黑暗自然光白光红光绿光黄光单耳质量(g)526±327d1541±463b1776±353a703±244d925±451c869±147c多糖含量(%)68±176e236±315a244±474a92±383d161±267c206±330b蛋白质含量(%)35±212e104±347bc98±163c78±371d85±440d113±156a灰分含量(%)57±173c74±158a72±095ab69±247b73±150a76±187a总生物效益(%)129±462d341±203a366±248a157±146c239±194b230±267b

相对于黑暗条件栽培得到的银耳产品,经光照处理的银耳在单耳质量、总糖含量、蛋白质含量、灰分含量及总生物效益等品质指标上均有所提高且具有显著差异性(p<0.05)。国内外大量研究表明,光照在食用菌的生长发育过程中是个不可忽略的因素。对于光线对子实体生长的影响机制,日本学者北本丰认为是利用光的信号作为细胞分化的转换机制,可利用光化学综合反应来促进子实体生长。Datta S[31]和D.K.Chakraborty[32]在2000和2002年曾报道草菇、紫孢平菇、Calocybe indica等在小于5 Lux的弱光下原基的形成以及子实体的发育状态处于最佳状态。高晓梅等[33]通过实验证实50～100 Lux的弱光对蛹虫草的原基分化有促进作用,光强在1000 Lux时子实体生长状况好、产量高,而且用橙黄色光进行补光会使产量与质量都有所提高。

2.4 LED白光灯光源功率、光照时间及强度对TFB生长发育的影响

通过上述研究发现,LED灯光照处理对TFP的形成、TFB的生长发育、产品的品质均有显著影响,其中白光处理的效果最佳。因此,在上述实验的基础上,进一步探讨白光的光源功率、光照时间及强度对TFB生长发育的影响。

总生物效益及多糖含量是评价TFB生长发育的两个重要指标。由图2A可知,相对于黑暗培养,3种光源功率的LED白光灯均能显著提高TFB生长发育的质量,其中在8 W和15 W白光灯处理条件下TFB的多糖含量及总生物效益分别为23.7%±2.04%、37.3%±3.75%和25.6%±2.71%、36.2%±2.03%,2种光照结果差异不显著(p>0.05)。但当光源功率增加到24 W时,TFB中多糖含量减少,总生物效益也下降。这可能是由于过强的光照刺激子实体生命活动,加速其营养物质的消耗,从而影响子实体生长发育。因此选用8W LED白光灯进行后续实验。

图2 不同光源功率、时间和强度对TFB生长发育的影响Fig.2 Effect of different power of light source,different light timeand light intens on the growth of Tremella fuciformis Berkeley

由图2B可知,在相同光源功率条件下,TFB中多糖含量随光照时间的延长而逐渐增加;总生物效益在光照4 h时达到最大值38.6%±5.04%,其后随光照时间的延长而逐渐降低。因适宜的连续光照能促进食用菌子实体原基的分化,但光照效果能在黑暗条件下保持一定的时间[21],所以太长时间的光照并不能增加效果。综合考虑每天光照4 h左右即能满足TFB生长发育所需的光照时间。

图2C表明,较强光照条件有利于TFB的生长发育,但过强光照会影响TFB总生物效益及降低多糖含量。当光强度为447 Lux和713 Lux时,TFB的总生物效益分别为38.6%±3.27%和37.7%±1.04%,差异不显著(p>0.05);但其子实体中多糖含量存在显著差异(p<0.05),多糖含量713 Lux(24.5%±1.75%)>多糖含量447 Lux(21.8%±4.62%)。可见,8 W、713 Lux光照条件下,TFB生长情况最好。

3 讨论与结论

食用菌生长发育过程中,光照是一个不可忽略的因素。食用菌种类不同或同一种类不同生长发育时期对光照条件的需求不同[34]。目前普遍认为,食用菌菌丝体生长阶段不需要光照,光照过强反而抑制菌丝的生长[35]。而食用菌由营养生长向生殖生长转变阶段,则需要适量的光照作为诱导。

本文研究不同光质、光照条件下对TFP形成、TFB生长发育、产品品质的影响,得到以下结论:第一，在黑暗条件下,TFP形成缓慢且出耳率低下;不同的光质光照均能促进TFP的提早出现,在光源功率8W、光照时间8 h/d的条件下,LED白光处理组TFP形成早且出耳率较高。第二，TFB生长速度在白光光照条件下优于自然光、红、绿、黄等不同光质光照,且形成的TFB直径最大,在培养21 d后其子实体直径可达13.24 cm。第三，不同光质对银耳产品品质的影响不同。白光处理后的银耳单耳质量最高,达到(177.6±3.53) g;在自然光和白光处理条件下,银耳产品中多糖含量最高,分别达到(23.6±3.15) g/100 g和(24.4±4.74) g/100 g;黄光处理后的银耳蛋白质含量最高;黄光组的银耳灰分含量最高,但与自然光组、白光组和绿光组差异不显著(p>0.05);在自然光和白光处理条件下,产品的总生物效益最大,分别达到34.1%±2.03%和36.6%±2.48%。第四，TFB生长发育最优光照条件为8W LED白光,每天光照4 h,光照强度713 lux。在此条件下,TFB的总生物效益为37.7%±1.04%,多糖含量为24.5%±1.75%。

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Effect of different LED light qualities on growth and development of Tremella fuciformis

CHEN Gang1,ZHAN Yong1,*,LUO Yang1,YANG Yong1,XIE Hui-chuan2,CHAI Jia-yan2,GONG Hu-rong2

(1.Chongqing Academy of Chinese Materia Medica,Chongqing 400065,China; 2.Chongqing Engineering Research Center for Tremella Nutrition Food Enterprises,Chongqing 409003,China)

To study the effect and mechanism of the light quality acting onTremellafuciformis,and provide a theoretical basis ofTremellafuciformisprimordium(TFP)formation and for growth and development ofTremellafuciformisBerkeley(TFB),TFP formation time,the rate of turning into mushroom,total biological effect and product property ofTremellafuciformisunder different light-emitting diode(LED)condition were investigated in this research,in order to offer the reliable theoretical foundation to the industrialization ofTremellafuciformis. The results showed that under the white LED treatment,TFP formed the earliest,the rate of turning into mushroom were better(up to 94.67%),which was in the light source powers of 8W and light illumination time of 8 h/d;TFB growth rate in the white light illumination conditions was better than the natural view,red,green,yellow and other different light qualities,and the TFB diameter was the largest,which was up to 13.24 cm after cultured 21 d. There were different effects on TFB product quality for different light qualities. The weight of single sample was the highest in the white light illumination conditions. The content ofTremellafuciformispolysaccharide was the highest in natural light and white light processing conditions. The content ofTremellafuciformisprotein was the highest in yellow light. The content of ash was the highest in yellow light processing conditions but showed no significant difference with natural light,white light and green light(p>0.05). The total biological effects were the highest in natural light and white light processing conditions. The optimal light conditions for TFB growth and development were 8 W LED white light,while the time of shining was 4 h every day and the intensity of illumination was 713 Lux. Under these conditions,the total biological efficiencies of TFB were 37.7%+1.04%,and the contents of polysaccharide were 24.5%+1.75%.

Tremellafuciformis;LED;light condition;growth and development

2016-06-23

陈岗(1978-)，男，硕士，助理研究员，主要从事食用菌的开发利用，E-mail：zyychengang@163.com。

*通讯作者:詹永(1969-)，女，硕士，研究员，主要从事中药健康食品研发，E-mail：swk_74@163.com。

重庆市科技支撑示范工程项目(cstc2015jcsf-kjfp0118)；重庆市社会事业与民生保障科技创新专项(cstc2016shmszx80077)。

TS255.1

A

1002-0306(2016)23-0156-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.021