玉米芯栽培香菇的配方优化及胞外酶活性研究*

杨建杰，张桂香，杨 琴，刘明军，王英利

（甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070）

香菇 [Lentinula edodes（Berk） Pegler]，被誉为“中国国菇”，是我国生产区域最广、总产量最高、影响最大的食用菌种类[1]。近年来，随着“南菇北移，东菇西扩”的变化[2]，西北地区香菇产业呈现出快速发展的势头。甘肃省立足冷凉、温差大的气候条件，丰富多样的农林废弃物资源，鲜明的区域特色和良好的市场前景等优势，助力精准扶贫，大力发展香菇产业。2017年香菇栽培规模达到3 000万袋，产量4.2万吨，产值3.36亿元，占全省食用菌总产量的36.34%，产值39.16%[3]，香菇栽培规模较2015年增加了50%[4]。但是由于“天保工程”的实施，香菇栽培木屑原料不能自给的劣势凸显。几年来，甘肃省香菇栽培的木屑大多从陕西的汉中、宁强、礼泉等地购买，供应时断时续且成本较高，产业的发展受到一定的限制。玉米芯是栽培食用菌较好的原料[5－6]，含干物质 93.3%、粗蛋白 2.4%、粗脂肪 0.36%、粗纤维 35.4%、粗灰分 2.77%[7]。玉米是甘肃省的第一大粮食作物，2017年种植面积达9.667×105hm2，玉米秸秆产量935万吨[8]，其中玉米芯产量309万吨，而丰富的玉米芯资源利用率较低，开发利用不够[9]，大多弃置于自然环境或露天焚烧，造成生态环境的污染和资源浪费[10]。因此，开展玉米芯栽培香菇的试验研究，切合生产实际，能够达到就地取材，变废为宝的目的，研究意义重大。

为了更好的保护林业资源，降低香菇生产成本，促进香菇产业的健康稳定发展，现阶段新型基质的研发[11－14]是学者们研究的热点。本研究从玉米芯入手，开展青冈木屑培养基中添加不同比例玉米芯栽培香菇的试验，筛选出玉米芯栽培香菇的最佳配方并进行最佳配方的生产验证及培养基胞外酶活性的研究。旨在解决香菇产业发展中资源短缺问题，为香菇草腐化栽培提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试菌株为申香215，引自上海市农业科学院食用菌研究所。

青冈木屑来源于陕西省宁强县，粉碎为6 mm～8 mm的粒片状。玉米芯来源于甘肃省景泰县，粉碎为5 mm左右的颗粒状。

母种培养基：青冈木屑100 g、马铃薯200 g、麸皮50 g、葡萄糖20 g、碳酸钙2 g、琼脂20 g，水1 000 mL。

原种培养基：麦粒99%、石膏粉1%。

栽培种培养基：青冈木屑78%、麸皮20%、石膏1%、蔗糖1%。

1.2 试验设计

1.2.1 培养基配方

试验根据培养基中青冈木屑和玉米芯的比例，共设计培养基配方6个，见表1。

表1 香菇培养基配方设计表Tab.1 Culture material formula design table of Lentinus edodes

1.2.2 试验方法

试验用母种、原种和栽培种按常规方法制作。栽培袋制作按每配方150 kg的总量称取原料，加水使含水量达60%，预湿24 h后，加入石膏粉并调节含水量使其稳定在62%，搅拌均匀，按体积相同的原则装入15 cm×60 cm×0.005 cm的栽培袋并做好标记。高压灭菌（121℃，2 h），降温至30℃以下接种，接种完成后移入培养室培养，菌丝萌发吃料后，采用划线法测定菌丝生长速度。菌丝培养、转色和出菇等均采用常规管理。

配方筛选试验完成后，以青冈木屑配方为对照，进行最佳配方的验证试验。试验菌袋1 800袋，常规管理。同时对最佳配方和对照配方采用5点法在发菌期、菌丝满袋、转色期、一潮菇、二潮菇、三潮菇结束取样并用锡箔纸包裹后，液氮速冻置于－80℃条件下保存，取样完成后测定羟甲基纤维素酶（carboxymethyl cellulase）、漆酶 （laccase） 和木聚糖酶（xylanase）的浓度。采用双抗体夹心法酶联免疫吸附试验试剂盒法，用Rayto RT－6100型酶标分析仪（深圳雷杜生命科学股份有限公司）测定酶浓度。

1.3 数据统计分析

观察记录菌丝生长势、转色特性和出菇特点，测定菌丝生长速度，统计生物学效率和优质菇比例。以生物学效率、菌丝生长速度和平均单菇重为依据进行配方筛选，对最佳配方的农艺性状进行统计，分析香菇不同发育阶段的羟甲基纤维素酶、漆酶和木聚糖酶的浓度变化规律。采用软件DPSv 7.05对试验数据进行计算和分析。生物学效率（E，%）的计算公式为：

式中：M1为鲜菇重量（g）；M2为原料干重（g）。

产出投入比（R）的计算公式为：

式中：G为产值（元）；C为总成本（元）。

总成本（C）的计算公式为

式中：C1为主料成本（元）；C2为辅料成本（元）；C3为人工成本（元）。

根据作者调研2017年甘肃省原料和人工市场平均价格，通过数据统计分析，辅助生产成本按0.60元/袋计算，人工成本按1.90元/袋计算，主料成本按玉米芯800元/t，青冈木屑700元/t，香菇优质菇10元/kg，次菇5元/kg计算。主料成本是配方中玉米芯和青冈木屑的成本总和。优质菇是指菇形圆整，无畸形开伞，菌盖直径大于3 cm的香菇子实体。

2 结果与分析

2.1 玉米芯与木屑不同配比对香菇菌丝生长的影响

香菇菌丝在各处理培养料上24 h内萌发，不同配方对香菇菌丝生长的影响见图1。

图1 玉米芯与木屑不同配比栽培香菇的菌丝生长Fig.1 Mycelial growth of Lentinus edodes cultivated with different ratio of corn cob and wood chips

由图1所示，T1配方的菌丝生长速度最快，平均菌丝生长速度为 3.73 mm·d－1，菌丝浓密、洁白、粗壮，生长整齐，生长势强。随着培养料中玉米芯添加量的增加，菌丝生长速度减慢，生长势减弱。T6配方的菌丝生长速度最慢，平均生长速度为3.40 mm·d－1，菌丝浓密、洁白，生长整齐，生长势弱。但经方差分析菌丝生长速度差异不显著。菌袋转色速度随着培养料中玉米芯添加量的增加而加快，T1配方的菌丝生长旺盛，但转色速度相对较慢；虽然T6配方的菌丝生长速度最慢，但转色相对较快，转色整齐，颜色较淡，为浅红褐色。

2.2 玉米芯与木屑不同配比对香菇原基形成及商品性的影响

原基形成期，T1配方的原基形成慢且稀少，随着培养料中玉米芯添加量的增加，原基的发生量及整齐程度增加，T6配方的原基发生最多、生长整齐。不同处理栽培香菇的平均单菇重见图2。

图2 玉米芯与木屑不同配比栽培香菇的平均单菇重Fig.2 Average weight of the single fruiting body of Lentinus edodes cultivated with different ratio of corn cob and wood chips

由图2可知，随着培养料中玉米芯添加量的增加，平均单菇重呈现出先增加后降低的趋势。当玉米芯添加量小于31.6%时，平均单菇重随着玉米芯添加量的增加而增加，当玉米芯添加量为31.6%时，T3配方的平均单菇重最大，为44.80 g；当玉米芯添加量大于31.6%时，平均单菇重随着玉米芯添加量的增加而降低。T6配方平均单菇重最小，为21.16 g；经方差分析，T1配方～T5配方之间无显著差异，T1配方～T4配方与T6配方之间差异达显著水平。不同处理栽培香菇的优质菇比例统计见图3。

由图3可知，随着培养料中玉米芯添加量的增加，优质菇比例逐渐降低。T1配方优质菇比例最高为85.67%，T6配方优质菇比例最低为63.00%。经方差分析，T1配方～T4配方之间无显著差异。总之，随着培养料中玉米芯添加量的增加，子实体的紧实程度、肉质和优质菇比例等商品性逐渐降低。具体表现在肉质变薄，颜色逐渐由深红褐色变为浅红褐色。

图3 玉米芯与木屑不同配比栽培香菇的优质菇比例Fig.3 Proportion of good quality fruiting body of Lentinus edodes cultivated with different ratio of corn cob and wood chips

2.3 玉米芯与木屑不同配比对香菇栽培的生物学效率和产出投入比的影响

不同处理栽培香菇的生物学效率及产出投入比统计见图4、图5。

图4 玉米芯与木屑不同配比栽培香菇的生物学效率Fig.4 Biological efficiency of Lentinus edodes cultivated with different ratio of corn cob and wood chips

图5 玉米芯与木屑不同配比栽培香菇的产出投入比Fig.5 Output-input ratio of Lentinus edodes cultivated with different ratio of corn cob and wood chips

由图4、图5可知，生物学效率和产出投入比随着培养料配方中玉米芯添加量的增加呈现出先增加后降低的趋势。当培养料配方中玉米芯添加量小于47.4%时，生物学效率和产出配方投入比随着玉米芯添加量的增加而增加；当培养料配方中玉米芯添加量等于47.4%时，T4配方生物学效率和产出投入比最高，生物学效率为97.4%，较T1配方（CK）增产38.71%，产出投入比1.33∶1；培养料配方中玉米芯添加量大于47.4%时，生物学效率和产出投入比随着玉米芯添加量的增加而降低。经方差分析，T4配方的生物学效率与T1配方、T2配方间差异达极显著水平，其产出投入比与T2配方和T6配方相比达极显著水平。

2.4 最佳配方的示范验证

综合上述试验结果，可知T4为最佳配方，其示范验证增产效果见表2。

表2 最佳配方示范验证增产效果Tab.2 The effect of increasing production with optimized formula for demonstration

由表2可知，T4配方获得显著的增产效果，平均生物学效率达到88.48%，较对照增产达24.78%，平均单菇重 27.86 g，菌丝生长速度 3.97 mm·d－1。生物学效率最高可达到94.57%，较对照增产达26.45%。

2.5 最佳配方栽培香菇过程中酶浓度的变化

最佳配方T4在栽培香菇过程中羧甲基纤维素酶、木聚糖酶及漆酶浓度的变化情况见图6～图8。

图6 香菇栽培过程中羧甲基纤维素酶浓度的变化Fig.6 Enzyme concentration change of carboxymethyl cellulase in Lentinus edodes cultivation

图7 香菇栽培过程中木聚糖酶浓度的变化Fig.7 Enzyme concentration change of xylanase in Lentinus edodes cultivation

图8 香菇栽培过程中漆酶浓度的变化Fig.8 Enzyme concentration change of laccase in Lentinus edodes cultivation

由图6～图8可知，栽培香菇过程中，培养基中羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的浓度较CK显著升高，羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的浓度表现为先升高后降低的趋势。最佳配方T4配方培养基中羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的浓度在菌丝满袋期达到峰值，平均酶浓度分别达到 1.83 U·g－1和 1.04 U·g－1，分别较CK提高35.24%和52.94%；漆酶浓度在香菇栽培过程中表现为先降低后升高的趋势。最佳配方T4漆酶浓度在发菌初期最高，浓度达到 1.10 U·g－1，随着香菇菌丝的生长漆酶浓度降低，菌丝满袋时降到最低，平均浓度降到0.61 U·g－1，随后升高，到第三潮菇结束时酶浓度回升，平均浓度达到0.98 U·g－1。因此，在香菇栽培过程中，发菌初期漆酶浓度较高，甲基纤维素酶和木聚糖酶的浓度相对较低，说明发菌初期香菇菌丝可能优先利用木质素，再利用纤维素和半纤维素，随着香菇的生长发育，木质素、纤维素及半纤维素的吸收利用有交替变化的规律。

3 结论

试验证明玉米芯栽培香菇可行。随着培养料中玉米芯添加量的增加，生物学效率和栽培效益呈现出先增加后降低的趋势。玉米芯47.4%、青冈木屑31.6%、麸皮20%、石膏粉1%时，生物学效率和栽培效益最高。培养基上菌丝浓密、洁白、粗壮，生长整齐，生长势旺，转色较快，平均单菇重29.04 g，生物学效率97.4%，产出投入比3.5∶1，较青冈木屑培养料增产38.71%。随着培养料配方中青冈木屑添加量的减少，玉米芯添加量的增加，菌丝长势减弱、长速减慢，商品性有所降低，但转色容易。玉米芯含量增高后，营养过于集中，导致前期出菇集中，造成菇多而小，质量下降。今后可通过栽培工艺及栽培管理的改进，加以完善。商品性变化本试验主要靠外观观测，培养料配方中添加玉米芯对产品品质的影响，有待进一步研究。

香菇栽培过程中，培养基中菌丝体产生多种胞外酶将培养基中的木质素、纤维素和半纤维素等大分子物质分解成小分子物质吸收利用。胞外酶参与了香菇生长发育的全过程[15]，胞外酶活性的大小在一定程度上可以反映栽培基质的降解特点[16]，直接影响生物降解的能力[17]，培养基成分的不同只影响酶活性的相对大小，而不影响酶活性变化的规律性[18]。本试验的最佳配方中栽培香菇的羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的活性较青冈木屑配方强，生物学效率高；但二者在香菇栽培过程中酶的浓度变化规律一致。因此，香菇菌丝在最佳配方培养基中活力增强，生物降解能力提升，提高了香菇的生物学效率。