金耳袋料栽培基質配方優化

高昱昕，栗 碩，舒 斌，張 姣，杜雙田

(西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100)

金耳(TremellaaurantialbaBandoli et Zang),又名黃金木耳，隸屬擔子菌亞門(Basidiomycota)，擔子菌綱(Basidiomycetes)，銀耳目(Tremellales)，銀耳科(Tremellaceae)，銀耳屬(Tremella)[1]。其主要分布于中國云南、四川、西藏等地，野生情況下多生于高山櫟、刺葉高山櫟等死亡的樹干上[2-5]。

金耳作為一種珍貴的食、藥用菌，富含蛋白質、維生素及多種礦物元素，還含有多種生物活性物質，是一種理想的營養滋補品[6-7]。據《中國藥用真菌》介紹，金耳具有化痰止咳、清心補腦、滋陰補肺、益氣補血的功效[8-10]。近年來醫學研究表明，金耳多糖在調節血糖、降低血脂、抗氧化、增強人體免疫力等方面具有一定作用[11-14]。

金耳菌絲分解木質、纖維素的能力較弱，在生長過程中需要由粗毛韌革菌提供營養[15]。雖然金耳在中國分布較廣，但在野生情況下產量相對很低，發展人工栽培勢在必行[16]。關于金耳人工栽培的報道主要以段木栽培研究為主。近年來，袋料栽培發展迅速，但產量較低、品質較差[17-19]。目前，以棉籽殼和闊葉樹木屑作為金耳袋栽主要原料已取得一些研究進展，田果廷等[20]研究表明以櫟木木屑、玉米粉、麩皮、黃豆粉為配方栽培金耳獲得的子實體產量和品質較高。二次通用旋轉組合設計是在正交回歸設計的基礎上進一步發展，能確保與試驗中心點距離相等的試驗點上的預測值方差相等，克服了其他統計方法上的不足，目前已廣泛應用于農業作物生產各領域。為此，本研究采用二次通用旋轉組合設計，通過建立主要栽培原料用量與金耳子實體鮮質量的數學模型，優化最佳栽培基質配方，為其高產優質栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 菌種 供試金耳菌種來源于云南姚安縣林瑞菌業種植發展基地，編號Tr-01。

1.1.2 培養基 母種：馬鈴薯200 g，蘋果木屑75 g，酵母浸粉2 g，蛋白胨2 g，蔗糖10 g，葡萄糖10 g，磷酸二氫鉀1 g，硫酸鎂0.5 g，瓊脂粉13 g，水1 000 mL。

原種：蘋果木屑50% ，棉籽殼25%，麩皮13%，玉米粉10%，蔗糖 1%，石膏1%。

栽培原料：蘋果木屑，棉籽殼，麩皮，玉米粉，豆粕，蔗糖，石膏。試驗栽培原料都是在各自原料市場供應商處購得。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計 采用混料比率和二次通用旋轉組合設計[21-22]，對金耳栽培原料中的麩皮(Z1)、豆粕(Z2)、玉米粉(Z3)、木屑(Z4)、棉籽殼(Z5)五因素進行研究，各因素比率為：xj=Zj/(Z4+Z5)(j=1,2,3,4)，且ΣZ1+Z2+Z3+Z4+Z5=0.98。轉化因素xj(j=1,2,3,4)水平編碼見表1。實施方案見表2。

表1 因素水平編碼Table 1 Coding table of factor levels

以金耳的鮮質量(Y)為建模指標，擬合二次多項式：

(1)

1.2.2 栽培方法 原料預濕：按照試驗設計計算主要原料用量，提前預濕至含水率50%左右。

栽培：按照常規熟料袋栽法栽培[23]，采用規格170 mm×330 mm×0.05 mm聚丙烯栽培袋，每袋裝濕料1 100 g，每個處理重復40袋，121 ℃滅菌180 min，冷卻后接種。

菌絲體培養：溫度(22±2)℃，空氣相對濕度50%～70%，黑暗條件培養，CO2濃度≤0.2%。

子實體培養：溫度(18±2)℃，空氣相對濕度85%～95%，光照度600 lx，光照時間12 h/d，CO2濃度≤0.15%[24]。

測量指標：金耳子實體鮮質量。

1.2.3 數據處理 采用DPS(Version 7.05)和Excel 2007軟件對數據進行分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 數學模型的建立

試驗方案及結果見表2。

表2 試驗方案及其結果Table 2 Experiment scheme and results

經計算得回歸方程：

(2)

對方程(2)進行方差分析，結果見表3。

表3 回歸方程各項的方差分析Table 3 Analysis of variance of regression equation

對方程(2)進行失擬檢驗可得：F失擬= 1.040 98F0.05(11,8)=3.312 951，差異顯著，表明該模型可以反映麩皮、豆粕、玉米粉、木屑、棉籽殼與金耳產量的函數關系。

2.2 單因素對金耳子實體鮮質量的影響

對方程(2)降維后可得：

(3)

(4)

(5)

(6)

由方程(3)、(4)、(5)、(6)得圖1。

由圖1可見，在供試范圍內，隨著麩皮編碼值的增大，金耳子實體鮮質量也隨之增大，之后隨著比率的增加，金耳子實體鮮質量開始下降；在供試范圍內，隨著豆粕編碼值的增大，金耳子實體鮮質量也隨之增大，到達峰值之后隨著比率的增加，金耳子實體鮮質量開始下降；在試驗范圍內，隨著玉米粉比率的增大，金耳子實體鮮質量逐漸增加；在試驗范圍內,隨著木屑比率的增加，金耳子實體鮮質量呈現逐漸減小的趨勢。圖中X1和X2曲線很相近，表明這兩者對金耳鮮質量的影響規律很相似，且在供試范圍內有極值點。在供試范圍內，當X3=1.681 8，X4=-1.681 8時，各自的單因素方程取得最大值。

對方程(3)、(4)求一階偏導可得：

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

經因子轉化得:

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，在不考慮交互作用的影響下，最適栽培配方為：麩皮11.37%，豆粕2.91%，玉米粉 13.96%，木屑22.55%，棉籽殼47.22%。

2.3 交互作用對金耳子實體鮮質量的影響

由表3方差分析可知，X1X2交互作用顯著(P<0.05)，表明麩皮(Z1)、豆粕(Z2)之間交互作用顯著。對方程(2)降維得:

(9)

依據方程(9)可得圖2。

由圖2可知，在試驗范圍內，當X1編碼值范圍在-1.681 8～-1時，隨著X2的增大，金耳產量逐漸增高；而X1編碼值范圍在-1～1.681 8時，隨著X2的增大，金耳產量先增大后減小。在試驗范圍內，當X2一定時，隨著X1逐漸增大，金耳產量先增高后降低。

對方程(9)求一階偏導可得：

解方程組得：

X1=0.460 1，X2=0.184 5。

即當x1=0.158 2，x2=0.033 2時，金耳產量取得最大值為252.21 g。

2.4 栽培基質配方優化

依據薛爾維斯德極值判別式對方程(2)進行極值判斷，經計算得：

D1=-12.5<0

可見,方程(2)沒有極值，為選取適宜的栽培配方，采用頻率分析法分析模型優化最佳栽培基質配方。提供模擬計算金耳子實體產量大于每袋241.2 g共有315個方案，各變量的頻率分析結果見表4。

表4 各變量取值的頻率分布Table 4 Frequency distribution of each variable value

對95%置信空間的Xj的取值范圍經因子轉化后得：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]。結合單因素及X1X2交互作用分析結果，根據實際生產情況，取定x1為0.1519，x2為0.0276，x3為0.2001，x4為0.5025。

經計算得，Z1=10.79%，Z2=1.96%，Z3=14.22%，Z4=35.70%，Z5=35.34%。

即金耳栽培基質最佳配方為麩皮10.79%，豆粕1.96%，玉米粉14.22%，木屑35.70%，棉籽殼35.34%，生石膏1%，蔗糖1%。

3 結論與討論

3.1 氮素對金耳子實體產量提高的影響

研究結果表明，添加麩皮、玉米粉及豆粕均能提高金耳子實體的產量，其影響規律符合二次曲線函數，這與田果廷等[20]的研究結果相似。隨著這3種物質添加量的增加，其產量逐漸提高。其中，豆粕的增產潛力大于麩皮及玉米粉，因為豆粕的含氮量遠高于麩皮及玉米粉。在試驗范圍內，豆粕和麩皮對金耳的影響曲線出現極值，而玉米粉的表征曲線并未出現拐點，表明隨著玉米粉用量的增加仍有較大的提高潛力，有待于進一步研究。在豆粕及麩皮添加量達到一定的范圍時，金耳產量達到極大值，隨后開始逐漸下降，其主要原因在于隨著豆粕及麩皮的增多，栽培基質的粘度、pH及通氣性等理化性狀出現明顯的改變而不利于金耳的生長代謝，影響金耳的產量。

3.2 在栽培基質中添加木屑對金耳產量的影響

從圖1可見，隨著木屑添加量的增加，金耳的產量逐漸下降，這與劉欣等[25]的研究結果相悖，這種現象有待于進一步研究。依據一般生產經驗，大多數食用菌的栽培基質中添加木屑能起到增產的效果，因為木屑可以增加基質的纖維素等營養成分的含量，起到提高子實體鮮質量的效果，但本試驗結果表明，隨著木屑添加量的增加金耳產量有所下降，需要從金耳及其伴生菌的生物學特性、木屑的質量及試驗管理等多方面進一步研究。

3.3 優良配方是金耳高產優質的關鍵

金耳袋料栽培中，菌絲體處于一個封閉系統，栽培基質的各種成分含量及比例決定著金耳的營養供給，影響金耳的產量、生產周期的長短、原料的利用率及損失率等多種指標。由于多種因素，方程(2)沒有極大值，在試驗范圍內采用計算機確定最佳配方，即麩皮10.79%，豆粕1.96%，玉米粉14.22%，木屑35.70%，棉籽殼35.34%，生石膏1%，蔗糖1%。該配方的理論預期值為每袋268.74 g，結合本試驗結果，17號配方的實際產量為每袋264.62 g，3號配方的實際產量為每袋267.59 g，以當地目前的生產原料價格(麩皮2.4元/kg，豆粕3.8元/kg，玉米粉2.2元/kg，木屑0.55元/kg，棉籽殼2.2元/kg)計算，17號配方的原料成本最低，因此本試驗確定17號配方為適宜配方。即麩皮10.30%，豆粕2.29%，玉米粉9.15%，木屑49.57%，棉籽殼26.69%，生石膏1%，蔗糖1%。目前,金耳袋栽常用配方是棉籽殼78%，麩皮20%，蔗糖1%，生石膏1%[3]，優化后配方與之相比，產量更高，并且棉籽殼用量更少，減少了成本，因此,更適宜生產栽培中使用。

在相同條件下進行驗證試驗，共栽培350袋，平均每袋產量256.27 g，結果與模型預測接近，可以在生產中應用。關于金耳袋料栽培的配方優化設計受多方面因素影響，還有待進一步研究。