LED光源对金针菇工厂化生产影响研究*

谢正林，杨生琴，谢春芹，李 迪，许俊齐，凡军民，刘 念

（1.江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400；2.延安市延长县黑家堡镇初级中学，陕西 延长 717100）

金针菇 （Flammulina velutipes） 隶属伞菌目（Agaricales） 白蘑科（Tricholomataceae） 小火焰菌属（Flammulina）[1]，因其具有很高的食（药） 用价值，尤其赖氨酸含量特别高[2]，故而深受当今社会广大消费者的喜爱。

光照是食用菌生长发育中一个重要的环境因素，不仅在食用菌菌丝体由营养生长转入生殖生长的阶段起重要作用，而且对子实体的生长也有明显的作用[3]。金针菇属厌光性真菌[4]，菌丝体在黑暗条件下即可生长，但子实体分化阶段必须有光照刺激，且有研究表明，光照能较强地抑制白色金针菇菌盖大小，可以有效提高白色金针菇的商品价值[5]。

LED光源为新型的半导体光源，因其具有光效高、发热低、寿命长等优点，故已被广泛地运用于农业照明系统中[5]，因此需要探究LED光源对白色金针菇工厂化生产的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验菌种

白色金针菇菌种由江苏农林职业技术学院食用菌教学工场提供。

1.1.2 电子材料

红、黄、蓝、绿、白5种颜色LED 5050灯带各若干；双联开关、电线若干。

1.1.3 仪器

装瓶机H-6000，北京煜晟曦包装器材有限公司；光照度计TES-1330A，TES/泰仕电子工业股份有限公司；接种机CM-152，北京煜晟曦包装器材有限公司；接触调压器TDGC2-5KVA，浙江德力西电器有限公司；高压灭菌锅GXMQ-B-4.8JS，连云港国鑫成套设备食用菌有限公司；电子称ACS-D11，深圳市三峰电子科技有限公司；搔菌机EMC-16，日本田中技研工业株式会社。

1.2 方法

1.2.1 搔菌瓶制备

将拌好的栽培料装入栽培瓶，每瓶料重约690 g～730 g。122℃灭菌1 h后，出炉入冷却室，次日接种，接种量为22 g～28 g。接种后移入培养室培养24 d，然后经搔菌机搔菌。

1.2.2 子实体分化的调控

将搔菌后的栽培瓶移入培养库，每库8 352瓶，每库为一个处理；试验组除光因素以外，其他条件按日常调控参数进行控制，直至出菇。

1.2.3 子实体分化的LED光因素优化

1） 确定各因素最佳值

光质选择：将搔菌入库的栽培瓶置于5个库房，每个库房分别用红、黄、蓝、绿、白5种颜色的灯带，培养至第4天开始光照，每天8 h，连续3 d。测量出菇后每瓶单产和A级菇率（A级菇标准为菇帽5 mm～7 mm，菌柄长度为15 cm～16 cm，菇体白色，菌盖圆整，菇根整齐不松散，无畸形菇，无腐烂变质，无病虫害，无黄斑），确定最适光照颜色[6]。

光照时间的选择：将搔菌入库的栽培瓶置于4个库房的白色LED灯带下，培养至第4天开始光照，每天分别照射4 h、6 h、8 h、10 h，连续3 d。测量出菇后的每瓶单产、A级菇率，确定最适光照时间。

光照强度的选择：将搔菌入库的栽培瓶置于4个库房的白色LED灯带下，培养至第4天开始光照，每天照射8 h，用变频器调节灯带的光照强度，连续3 d。测量出菇后的每瓶单产、A级菇率，确定最适光照强度[7]。

电光源照射到作业台面上的光通量为一个固定值。作业台面照度值，与电光源距作业台面垂直高度，遵循平方反比定律和余弦定律[8]。作业台面照度值（Eh） 公式为：

式中：Lφ为电光源照射到作业台面上的光通量；H为电光源距作业台面垂直高度；cosθ为照度测试点与电光源照射角的余弦值。

当照度测试点选定在电光源垂直正下方时。照度测试点与电光源之间的照射角θ=1，照度测试点与电光源照射角的余弦值cosθ=1。下同。

2）子实体分化光因素的正交试验

通过单因素所选择的中心点，各在其前后取一值，采用L9（34）正交表对光质、光照时间、光照强度进行正交试验[9]，确定的因素水平表如表1。

表1 LED光因素正交试验因素水平表Tab.1 Level table of LED light factors orthogonal test

1.2.4 金针菇子实体生长的调控

将搔菌后的栽培瓶，入培养库，每库8 352瓶，每库为一个处理，栽培瓶套筒前按日常调控参数控制，培养菇蕾高出瓶口1.5 cm，即可进行套筒；套筒后试验组除光因素以外，其他条件按日常调控参数进行控制[10]。

1.2.5 套筒后子实体生长不同光质LED光源条件优化

光质选择：将套筒后的金针菇栽培瓶，分别置于红、黄、蓝、绿、白5种不同颜色光照的库房中[11]，每个库房为1个处理；培养至第2天开始光照，每次照射6 h，第1次照射完间隔24 h后第2次照射，第2次照射完间隔24 h后第3次照射，共照射3次。计算出菇后的每瓶单产、A级菇率，确定最适光照颜色。

光照时间的选择：将套筒后的栽培瓶置于4个白色LED灯带下的库房中，每个库房为1个处理；培养至第2天开始光照[12]，每次照射依次为2 h、4 h、6 h、8 h，第1次照射完间隔24 h后第2次照射，第2次照射完间隔48 h后第3次照射，共照射3次，观察出菇后的每瓶单产、A级菇率，确定最适光照时间。

光照强度的选择：将套筒后的栽培瓶置于4个不同光照强度的白色LED灯带下的库房中，每个库房为1个处理；培养至第2天开始光照，每天照射6 h[13]，第1次照射完间隔24 h后第2次照射，第2次照射完间隔48 h后第3次照射[14]，共照射3次。观察出菇后每瓶单产、A级菇率，确定最适光照强度。

1.2.6 套筒后光因素的正交试验

通过单因素所选择的中心点，各在其前后选取一值[15]，采用L9（34）正交表对光照颜色、光照时间、光照强度进行正交试验。确定的因素水平表见表2。

表2 套筒后LED光因素正交试验因素水平表Tab.2 Level table of LED optical factors orthogonal test after rolling paper

2 结果与分析

2.1 不同光质因素对子实体产量及A级菇率影响

2.1.1 不同光质对白色金针菇产量及A级菇率的影响不同光质对白色金针菇产量及A级菇率的影响见图1。

图1 不同光质对白色金针菇产量及A级菇率的影响Fig.1 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different light quality

通过图1分析得出，搔菌后蓝光照射产量最高，可达395 g/瓶，但A级菇率为87%，次于黄光的A级菇率89%，但黄光组产量低于蓝光照射组。综合产品效益及对金针菇商品价值的要求，故选择蓝色光照为较佳的光质。

2.1.2 最适光照时间筛选结果

不同光照时间对白色金针菇产量及A级菇率的影响，见图2。

图2 不同光照时间下白色金针菇的产量及A级菇率Fig.2 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different lighting time

图2分析得出，当光照时间10 h，金针菇产量最高可达401 g/瓶，但A级菇率仅有63%，商品价值过低。而光照时间6 h时的产量仅次于10 h，A级菇率最高为67%。所以选择光照时间6 h为最佳光照时间。

2.1.3 最适光照强度筛选结果

不同光照强度下白色金针菇的产量及A级菇率情况见图3。

图3 不同光照强度下白色金针菇的产量及A级菇率Fig.3 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different light intensities

从图3分析得出，当LED光照强度为439 lx时产量最高，A级菇率相比其他试验组保持在最高水平，其次为290 lx试验组，而124 lx试验组A级菇率及单瓶产量最低。综合商品价值与产量，选择439 lx为最佳金针菇光照强度。

2.1.4 子实体生长阶段光因素的优化

通过L9（34）正交表得出试验结果见表3。

表3 搔菌后LED光因素正交试验结果表Tab.3 Results of LED light factor orthogonal experiment after scratching treatment

由表3可知，在9个处理的直观分析中，第6个组合条件下产量最高，为395 g/瓶，其次是第5组，而且第5组菇型最好，即A级菇率最高，第9组次之。所以第6个组合未必就是最优组合。通过直观分析，可知对于产量来说，3个因素的R1值大小依次为A＞C＞B，说明在光质、光照时间、光照强度3个因素中，对金针菇产量的影响大小依次是光质＞光照时间＞光照强度；对于菇型来说3个因素的R2值大小依次为C＞B＞A。再从各个因子不同水平对产量效应分析来看，各个因子影响产量的顺序依次是A2＞A3＞A1、B3＞B1＞B2、C3＞C2＞C1；各个因子影响菇型的顺序依次是A2＞A3=A1、B1＞B2＞B3、C1＞C2＞C3。因此根据工厂化生产对产量及品质的要求，确定最佳条件组合为A2B1C2，即白光，光照时间6 h，光照强度为290 lx。

2.1.5 正交试验结果验证

通过对组合A2B1C2进行验证，得出优化后的金针菇产量为399 g/瓶，A级菇率高达（93±1）%，皆高于其他试验组。

2.2 套筒后光因素对子实体生长的影响

2.2.1 最适光质颜色的筛选结果

不同光质对白色金针菇产量及A级菇率的影响见图4。

图4 不同光质下白色金针菇的产量及A级菇率Fig.4 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different light quality

通过分析图4得出，金针菇套筒后蓝光照射最好，每瓶产量395 g/瓶，A级菇率92%，其次为黄色光质试验组，绿色光质组A级菇率及单瓶产量最低。因此蓝色光质组相比其他试验组存在相对较大优势，故在金针菇套筒后应选择蓝色光质。

2.2.2 最适光照时间筛选结果

不同光照时间下白色金针菇的产量及A级菇率情况见图5。

图5 不同光照时间下白色金针菇的产量及A级菇率Fig.5 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different lighting time

从图5可以看出，套筒后光照时间4 h与光照时间6 h产量相差不大，分别为389 g/瓶和383 g/瓶，而且A级菇率较为接近，但对于工厂化大规模生产金针菇来说，光照时间4 h不但利于降低能耗，而且可以增产，因此可选择4 h为最佳光照时间。

2.2.3 最适光照强度筛选结果

不同光照强度下白色金针菇的产量及A级菇率情况见图6。

由图6分析可知，不同光照强度对白色金针菇套筒后产量和A级菇率皆有一定影响。当光照强度为439 lx时产量最高，且A级菇率也最高，虽与290 lx试验组A级菇率相近，但产量明显偏高。由此分析认为439 lx为最佳光照强度。

图6 不同光照强度下白色金针菇的产量及A菇率Fig.6 Yield and A grade mushroom rate of Flammulina velutipes under different light intensities

2.2.4 套筒后光因素的优化

套筒后LED光因素正交试验结果见表4。

表4 套筒后LED光因素正交试验结果表Tab.4 Orthogonal test results of LED light factors after rolling paper

由表4可知，在9个处理的直观分析中，第9个组合条件下产量最高，为401 g/瓶，其次是第8组，但第7组菇型最好，即A级菇率最高，第9组次之。通过直观分析，可知对于产量来说，3个因素的R1值大小依次为A＞B＞C，说明对金针菇产量的影响大小依次是光质＞光照强度＞光照时间；对于菇型来说，3个因素的R2值大小依次为A＞C＞B。再从各个因子不同水平对产量效应分析来看，各个因子影响产量的顺序依次是A3＞A2＞A1、B2＞B1＞B3、C2＞C3＞C3；各个因子影响菇型的顺序依次是A3＞A2＞A1、B2＞B3＞B1、C2＞C3＞C1。因此可以确定最佳条件组合为A3B2C2，即蓝光，光照时间4 h，且光照强度439 lx为最佳组合。

2.2.5 正交试验结果验证

通过对组合A3B2C2进行验证，试验重复3次，得出优化后的金针菇产量为400 g/瓶，A级菇率达到(95±1)%，皆高于以上9个试验组。

3 讨论

本试验中通过对白色金针菇搔菌后子实体分化光因素条件的优化，得出白色光质，光照时间6 h，光照强度290 lx，为最优的光因素调控组合；再通过对套筒后白色金针菇的子实体生长光因素条件优化，得出蓝色光质，光照时间4 h，光照强度439 lx，为最优光因素调控组合。

综合搔菌后子实体分化与套筒后子实体生长的光因素优化试验结果及试验过程的观察，分析得出，搔菌后子实体分化光因素对产量的影响较突出，在套筒后子实体生长光因素对菇型的影响较大。首先，有研究表明，食用菌菌丝可能在蓝色光谱区域有一个光线受体，在菌丝生长阶段接受光照会不利于菌丝生长而在一个特定的阶段接受光照会促进原基的形成[3]，进而使子实体个数增加[4]，达到增加产量的效果。其次，在子实体生长阶段，随着光照强度的增强，子实体色泽加深且菌盖变大，褐斑变多，菌柄变粗、变短，故而使商品价值降低[8]。与本试验结论相近，套筒后光照对金针菇的商品价值影响较大，尤其在菌盖形状方面。

此试验中，仅对光因素进行了初步的探究，虽单瓶产量提高不大，但对于每天生产量为10万～12万瓶的工厂而言，却是很可观的效益提升。但是本试验还有一些欠缺，首先仅对单独的分段即搔菌后和套筒后光因素优化结果予以验证，没有从搔菌到套筒，再到出菇整体环节的光因素予以验证；套筒后，光照主要影响商品品质，在子实体调控中，需根据菇体的实际情况来确定光照条件，以达到最佳效果，对于最合适的光照条件和光照时期还有待进一步细化；其次对于固定式的生育架，如何实现LED灯带的最有效利用，另外库房是一个高湿的环境，在使用过程中，灯带表面会发霉生垢，影响亮度，同时灯带的寿命相对缩短，以上相关问题仍值得继续探究。