金耳袋料栽培基质配方优化
2021-08-10高昱昕杜双田
高昱昕，栗 硕，舒 斌，张 姣，杜双田
(西北农林科技大学 生命科学学院，陕西杨凌 712100)
金耳(TremellaaurantialbaBandoli et Zang),又名黄金木耳，隶属担子菌亚门(Basidiomycota)，担子菌纲(Basidiomycetes)，银耳目(Tremellales)，银耳科(Tremellaceae)，银耳属(Tremella)[1]。其主要分布于中国云南、四川、西藏等地，野生情况下多生于高山栎、刺叶高山栎等死亡的树干上[2-5]。
金耳作为一种珍贵的食、药用菌，富含蛋白质、维生素及多种矿物元素，还含有多种生物活性物质，是一种理想的营养滋补品[6-7]。据《中国药用真菌》介绍，金耳具有化痰止咳、清心补脑、滋阴补肺、益气补血的功效[8-10]。近年来医学研究表明，金耳多糖在调节血糖、降低血脂、抗氧化、增强人体免疫力等方面具有一定作用[11-14]。
金耳菌丝分解木质、纤维素的能力较弱，在生长过程中需要由粗毛韧革菌提供营养[15]。虽然金耳在中国分布较广，但在野生情况下产量相对很低，发展人工栽培势在必行[16]。关于金耳人工栽培的报道主要以段木栽培研究为主。近年来，袋料栽培发展迅速，但产量较低、品质较差[17-19]。目前，以棉籽壳和阔叶树木屑作为金耳袋栽主要原料已取得一些研究进展，田果廷等[20]研究表明以栎木木屑、玉米粉、麸皮、黄豆粉为配方栽培金耳获得的子实体产量和品质较高。二次通用旋转组合设计是在正交回归设计的基础上进一步发展，能确保与试验中心点距离相等的试验点上的预测值方差相等，克服了其他统计方法上的不足，目前已广泛应用于农业作物生产各领域。为此，本研究采用二次通用旋转组合设计，通过建立主要栽培原料用量与金耳子实体鲜质量的数学模型，优化最佳栽培基质配方，为其高产优质栽培提供参考。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1 菌种 供试金耳菌种来源于云南姚安县林瑞菌业种植发展基地，编号Tr-01。
1.1.2 培养基 母种：马铃薯200 g，苹果木屑75 g，酵母浸粉2 g，蛋白胨2 g，蔗糖10 g，葡萄糖10 g，磷酸二氢钾1 g，硫酸镁0.5 g，琼脂粉13 g，水1 000 mL。
原种：苹果木屑50% ，棉籽壳25%，麸皮13%，玉米粉10%，蔗糖 1%，石膏1%。
栽培原料：苹果木屑，棉籽壳，麸皮，玉米粉，豆粕，蔗糖，石膏。试验栽培原料都是在各自原料市场供应商处购得。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计 采用混料比率和二次通用旋转组合设计[21-22]，对金耳栽培原料中的麸皮(Z1)、豆粕(Z2)、玉米粉(Z3)、木屑(Z4)、棉籽壳(Z5)五因素进行研究，各因素比率为：xj=Zj/(Z4+Z5)(j=1,2,3,4)，且ΣZ1+Z2+Z3+Z4+Z5=0.98。转化因素xj(j=1,2,3,4)水平编码见表1。实施方案见表2。
表1 因素水平编码Table 1 Coding table of factor levels
以金耳的鲜质量(Y)为建模指标，拟合二次多项式：
(1)
1.2.2 栽培方法 原料预湿：按照试验设计计算主要原料用量，提前预湿至含水率50%左右。
栽培：按照常规熟料袋栽法栽培[23]，采用规格170 mm×330 mm×0.05 mm聚丙烯栽培袋，每袋装湿料1 100 g，每个处理重复40袋，121 ℃灭菌180 min，冷却后接种。
菌丝体培养：温度(22±2)℃，空气相对湿度50%～70%，黑暗条件培养，CO2浓度≤0.2%。
子实体培养：温度(18±2)℃，空气相对湿度85%～95%，光照度600 lx，光照时间12 h/d，CO2浓度≤0.15%[24]。
测量指标：金耳子实体鲜质量。
1.2.3 数据处理 采用DPS(Version 7.05)和Excel 2007软件对数据进行分析及作图。
2 结果与分析
2.1 数学模型的建立
试验方案及结果见表2。
表2 试验方案及其结果Table 2 Experiment scheme and results
经计算得回归方程：
(2)
对方程(2)进行方差分析，结果见表3。
表3 回归方程各项的方差分析Table 3 Analysis of variance of regression equation
对方程(2)进行失拟检验可得：F失拟= 1.040 98
2.2 单因素对金耳子实体鲜质量的影响
对方程(2)降维后可得：
(3)
(4)
(5)
(6)
由方程(3)、(4)、(5)、(6)得图1。
由图1可见，在供试范围内，随着麸皮编码值的增大，金耳子实体鲜质量也随之增大，之后随着比率的增加，金耳子实体鲜质量开始下降；在供试范围内，随着豆粕编码值的增大，金耳子实体鲜质量也随之增大，到达峰值之后随着比率的增加，金耳子实体鲜质量开始下降；在试验范围内，随着玉米粉比率的增大，金耳子实体鲜质量逐渐增加；在试验范围内,随着木屑比率的增加，金耳子实体鲜质量呈现逐渐减小的趋势。图中X1和X2曲线很相近，表明这两者对金耳鲜质量的影响规律很相似，且在供试范围内有极值点。在供试范围内，当X3=1.681 8，X4=-1.681 8时，各自的单因素方程取得最大值。
对方程(3)、(4)求一阶偏导可得：
δY1/δX1=6.91-12.5X1=0
(7)
δY2/δX2=4.01-6.1X2=0
(8)
解方程(7)、(8)得：
X1max=0.552 8，X2max=0.657 4
经因子转化得:
x1=0.162 9，x2=0.041 7，x3=0.200 1，x4=0.323 2。
即Z1=11.37%，Z2=2.91%，Z3= 13.96%，Z4=22.55%，Z5=47.22%。
因此，在不考虑交互作用的影响下，最适栽培配方为：麸皮11.37%，豆粕2.91%，玉米粉 13.96%，木屑22.55%，棉籽壳47.22%。
2.3 交互作用对金耳子实体鲜质量的影响
由表3方差分析可知，X1X2交互作用显著(P<0.05)，表明麸皮(Z1)、豆粕(Z2)之间交互作用显著。对方程(2)降维得:
(9)
依据方程(9)可得图2。
由图2可知，在试验范围内，当X1编码值范围在-1.681 8～-1时，随着X2的增大，金耳产量逐渐增高；而X1编码值范围在-1～1.681 8时，随着X2的增大，金耳产量先增大后减小。在试验范围内，当X2一定时，随着X1逐渐增大，金耳产量先增高后降低。
对方程(9)求一阶偏导可得：
解方程组得：
X1=0.460 1，X2=0.184 5。
即当x1=0.158 2，x2=0.033 2时，金耳产量取得最大值为252.21 g。
2.4 栽培基质配方优化
依据薛尔维斯德极值判别式对方程(2)进行极值判断，经计算得：
D1=-12.5<0
可见,方程(2)没有极值，为选取适宜的栽培配方，采用频率分析法分析模型优化最佳栽培基质配方。提供模拟计算金耳子实体产量大于每袋241.2 g共有315个方案，各变量的频率分析结果见表4。
表4 各变量取值的频率分布Table 4 Frequency distribution of each variable value
对95%置信空间的Xj的取值范围经因子转化后得：x1=[0.151 9～0.163 3]，x2=[0.027 6～ 0.032 4]，x3=[0.142 9～0.154 4]，x4= [0.502 5～0.553 6]。结合单因素及X1X2交互作用分析结果，根据实际生产情况，取定x1为0.1519，x2为0.0276，x3为0.2001，x4为0.5025。
经计算得，Z1=10.79%，Z2=1.96%，Z3=14.22%，Z4=35.70%，Z5=35.34%。
即金耳栽培基质最佳配方为麸皮10.79%，豆粕1.96%，玉米粉14.22%，木屑35.70%，棉籽壳35.34%，生石膏1%，蔗糖1%。
3 结论与讨论
3.1 氮素对金耳子实体产量提高的影响
研究结果表明，添加麸皮、玉米粉及豆粕均能提高金耳子实体的产量，其影响规律符合二次曲线函数，这与田果廷等[20]的研究结果相似。随着这3种物质添加量的增加，其产量逐渐提高。其中，豆粕的增产潜力大于麸皮及玉米粉，因为豆粕的含氮量远高于麸皮及玉米粉。在试验范围内，豆粕和麸皮对金耳的影响曲线出现极值，而玉米粉的表征曲线并未出现拐点，表明随着玉米粉用量的增加仍有较大的提高潜力，有待于进一步研究。在豆粕及麸皮添加量达到一定的范围时，金耳产量达到极大值，随后开始逐渐下降，其主要原因在于随着豆粕及麸皮的增多，栽培基质的粘度、pH及通气性等理化性状出现明显的改变而不利于金耳的生长代谢，影响金耳的产量。
3.2 在栽培基质中添加木屑对金耳产量的影响
从图1可见，随着木屑添加量的增加，金耳的产量逐渐下降，这与刘欣等[25]的研究结果相悖，这种现象有待于进一步研究。依据一般生产经验，大多数食用菌的栽培基质中添加木屑能起到增产的效果，因为木屑可以增加基质的纤维素等营养成分的含量，起到提高子实体鲜质量的效果，但本试验结果表明，随着木屑添加量的增加金耳产量有所下降，需要从金耳及其伴生菌的生物学特性、木屑的质量及试验管理等多方面进一步研究。
3.3 优良配方是金耳高产优质的关键
金耳袋料栽培中，菌丝体处于一个封闭系统，栽培基质的各种成分含量及比例决定着金耳的营养供给，影响金耳的产量、生产周期的长短、原料的利用率及损失率等多种指标。由于多种因素，方程(2)没有极大值，在试验范围内采用计算机确定最佳配方，即麸皮10.79%，豆粕1.96%，玉米粉14.22%，木屑35.70%，棉籽壳35.34%，生石膏1%，蔗糖1%。该配方的理论预期值为每袋268.74 g，结合本试验结果，17号配方的实际产量为每袋264.62 g，3号配方的实际产量为每袋267.59 g，以当地目前的生产原料价格(麸皮2.4元/kg，豆粕3.8元/kg，玉米粉2.2元/kg，木屑0.55元/kg，棉籽壳2.2元/kg)计算，17号配方的原料成本最低，因此本试验确定17号配方为适宜配方。即麸皮10.30%，豆粕2.29%，玉米粉9.15%，木屑49.57%，棉籽壳26.69%，生石膏1%，蔗糖1%。目前,金耳袋栽常用配方是棉籽壳78%，麸皮20%，蔗糖1%，生石膏1%[3]，优化后配方与之相比，产量更高，并且棉籽壳用量更少，减少了成本，因此,更适宜生产栽培中使用。
在相同条件下进行验证试验，共栽培350袋，平均每袋产量256.27 g，结果与模型预测接近，可以在生产中应用。关于金耳袋料栽培的配方优化设计受多方面因素影响，还有待进一步研究。
