皱木耳(Auricularia delicata)属于木耳科的胶质菌[1],含有丰富的蛋白质、多糖、维生素、氨基酸及矿物质等[2-3],长期食用能够抗氧化、抗病毒和解毒等[4],此外对肝脏和胃肠道等疾病作用显著[5],兼具食用和药用价值[6-9],具有一定的开发潜力。皱木耳最早记载于非洲,广泛分布于非洲、亚洲及南美洲等大洲,包含热带和亚热带区[10-15],地区适应性强,特别是在发展林下食用菌产业时可以弥补木耳属种类单一的现状,促进木耳产业多元化发展。野生资源无法满足市场的需求,大部分需靠人工栽培出菇,但人工栽培需要掌握种质自主来满足稳定的产业发展,其中野生种质具天然优势,而优质母种作为食用菌产业的基础,其品质优劣直接决定产业的兴衰,阻碍种质改良和育种等工作,因此对野生资源鉴定和菌丝相关生物学特性研究对驯化栽培和深度开发优质母种及其相关产品的生产具有重要意义。
钱可晴等[16]和王敬等[6]分别对国外菌株(新品种“鹿肚耳”)和国内(西双版纳)菌株的鉴定及其基础生物学特性进行研究,两者研究发现最适温度均为24~30 ℃,能适应36 ℃的高温,最适pH 值均为6,最适碳源方面前者发现葡萄糖最适宜,后者则发现蔗糖最适宜,氮源方面双方均发现牛肉膏效果明显;许娟等[2]研究发现“黔皱耳1 号”的最宜温度为22~25 ℃,碳源为果糖,氮源为酵母粉。
基于现有研究发现不同区域菌株的分支及菌丝生物学特性存在差异,皱木耳优质种质匮乏,生物学特性数据不完善,优质母种配方少;需完善基于区域差异的种质资源及菌丝生物学特性数据,促进种质多样性及优质母种稳定性,助推产业发展。本研究以采自贵州的一株野生皱木耳为对象,基于真菌种属(internal transcribed spacer,ITS)测序和构建系统发育树开展真实性的鉴定,并探究其菌丝培养的最宜温度、pH 值、KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比及培养基配方,以期为野生皱木耳驯化栽培和促进优质母种稳定生产提供支撑,对人工栽培产品的深度开发和利用有重要意义。
供试皱木耳菌株采集于贵州省习水县仙源镇,为其编号为XY ZMR-1,现保存于贵州省生物研究所微生物室。
马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)培养基:上海博微生物科技有限公司生产。规格为250 g,配方为马铃薯浸粉5 g/L、葡萄糖20 g/L、琼脂14 g/L。
活化培养基:琼脂20 g、葡萄糖20 g、硫酸铵2 g、硫酸镁1 g、磷酸二氢钾1 g、维生素B1 0.1 g、去离子水1 L,pH 自然。
LPH-250 恒温培养箱:上海一恒科学仪器有限公司;Ezup 柱式真菌基因组DNA 抽提试剂盒:生工生物工程(上海)股份有限公司。
1.3.1 菌种活化
于超净工作台将分离纯化的菌丝从纯化平板中转接至基础培养基,接种5 个平板,于恒温培养箱25 ℃暗培养8 d。
1.3.2 ITS 序列分析
基因组DNA 提取利用Ezup 柱式真菌基因组DNA 抽提试剂盒,选用通用引物ITS 1 和ITS 4 进行聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增并送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。测序结果在BLAST 平台比对,下载相近菌株ITS-rDNA序列,采用最大似然分析法构建系统发育树[7,17]。
1.3.3 不同温度试验
为探究菌丝适宜温度,本试验设立8 个温度梯度(4、10、15、20、25、30、33、34、35 ℃),选用PDA 培养基,每梯度设立5 个平行。选取覆盖平板70% 左右的菌丝活力强、长势均匀且无角变的活化平板,利用打孔方式选取边缘菌丝进行转接,放置于各梯度培养箱内培养1 周,之后通过十字交叉划线法测量菌落半径,拍照观察并记录菌落的菌丝色泽、形状和长势等。菌丝长势的强弱用*表示,菌丝不生长则直接标明不萌发。菌丝日均生长速度(V,mm/d)的计算公式如下。
式中:r 为菌落半径,mm;T 为培养时间,d。
1.3.4 不同pH 值试验
在PDA 培养基中添加一定量的0.1 mol/L HCL 溶液和0.1 mol/L NaOH 溶液,调整pH 值为3、4、5、6、7、8、9、10,25 ℃恒温培养,每梯度设立5 个平行,接种、培养等操作同1.3.3,每天观察生长情况,当长速最快的菌落长至平板80%~90%时,对所有梯度以1.3.3 中方法对菌丝日均生长速度及生长情况等进行观察、测量和分析。
1.3.5 不同碳源、氮源试验
试验设置6 个碳源(糊精粉、果糖、乳糖、葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉)、6 个氮源(牛肉膏、谷氨酸、硝酸钾、酵母浸粉、蛋白胨和硫酸铵),以活化培养基为基础,采用等量替换方式替换葡萄糖(碳源)和硫酸铵(氮源)配制不同碳源和氮源培养基,后续操作同1.3.4。
1.3.6 KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比试验
调整基础培养基中KH2PO4 和MgSO4·7H2O 的浓度比(0.5%∶1%、1.0%∶1%、1.5%∶1%),每梯度设立5 个平行,后续操作同1.3.4。
1.3.7 菌丝最佳培养条件的正交试验
选定碳源(糊精粉、乳糖)添加量和氮源(牛肉膏、酵母浸粉)添加量为试验因素,通过L9(34)正交表设立四因素三水平的正交试验,按表1 中不同试验号组合结果替换基础培养基中的葡萄糖和硫酸铵,并调整pH值为6,形成正交培养基,每个试验设置5 个平行,后续接种培养及观察测量方法同1.3.4。
表1 正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of the orthogonal test
试验号Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 A 糊精粉添加量/g 1(10.0)1(10.0)1(10.0)2(20.0)2(20.0)2(20.0)3(30.0)3(30.0)3(30.0)B 乳糖添加量/g 1(5.0)2(10.0)3(15.0)1(5.0)2(10.0)3(15.0)1(5.0)2(10.0)3(15.0)C 牛肉膏添加量/g 1(1.5)2(2.0)3(2.5)2(2.0)3(2.5)1(1.5)3(2.5)1(1.5)2(2.0)D 酵母浸粉添加量/g 1(1.5)2(2.0)3(2.5)3(2.5)1(1.5)2(2.0)2(2.0)3(2.5)1(1.5)
基础生物学数据分析采用SPSS 17.0 软件,作图采用Origin 2018 软件;ITS 序列分析采用MEGA 6.1 软件中的邻接法(Neighbor-Joining)进行聚类分析和作图。
测序结果得出试验菌株XY ZMR-1 的rDNA ITS区段长度为557 bp,所得序列进行Blast 搜索,在Blast结果中按相似度高低下载23 个数据构建系统发育树,见图1。
图1 基于ITS 序列构建的皱木耳系统发育树
Fig.1 Phylogenetic tree of Auricularia delicata constructed based on ITS sequence
由图1 可知,23 个数据库物种包含Auricularia australiana、Auricularia delicata 和Auricularia sinodelicata 3 种,本试验供试菌株测序结果与Auricularia delicata voucher HMJAU 48251 相似性高达99%,表明试验菌株为皱木耳[18-19]。
温度对菌丝生长的影响见表2 和图2。
图2 不同温度对皱木耳菌丝日均生长速度的影响
Fig.2 Effect of temperature on the daily average mycelial growth rate of Auricularia delicata
表2 不同温度条件对皱木耳菌丝生长的影响
Table 2 Effect of temperature on the mycelial growth of Auricularia delicata
注:*由多到少表示菌丝长势由强到弱。
温度/℃4 10 15 20 25 30 33 34 35菌丝长势*******************萌发时间/h 72 48 48 24 24 24 24菌落形态特征不萌发规则圆形,纯白,稀疏、纤弱规则圆形,纯白,中等稀疏、纤弱规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,极浓密、健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,中等稀疏、纤弱不萌发
由表2 和图2 可知,不同温度对菌丝日均生长速度、长势、萌发时间及菌落形态特征上有明显影响,具体表现为4 ℃和35 ℃不萌发,温度为10~25 ℃时,随温度升高,日均生长速度逐渐加快,长势逐渐增强,萌发时间整体缩短,菌丝健壮程度不断提升,25~34 ℃范围内日均生长速度和长势逐渐下降;10 ℃下日均生长速度最慢(0.75 mm/d)、菌丝长势最差,25 ℃下日均生长速度最快(4.09 mm/d),25 ℃和30 ℃下菌落生长形态和菌丝健壮程度最好,显著差异分析发现25 ℃条件下的日均生长速度显著高于其他处理(P<0.05)。综上,皱木耳菌丝最宜生长温度为25 ℃。
pH 值对菌丝生长的影响见表3 和图3。
图3 不同pH 值对皱木耳菌丝日均生长速度的影响
Fig.3 Effect of pH on the daily average mycelial growth rate of Auricularia delicata
表3 不同pH 值对皱木耳菌丝生长的影响
Table 3 Effect of pH on the mycelial growth of Auricularia delicata
注:*由多到少表示菌丝长势由强到弱。
pH 值3 4 5 6 7 8 9 10菌丝长势****************萌发时间/h 72 24 24 24 24 72 96菌落形态特征规则圆形,纯白,稀疏、纤弱规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮不规则圆形,纯白,稀疏、纤弱不萌发
由表3 和图3 可知,pH 值为10 时不萌发,其他pH 值条件下均能萌发,pH4~7 的萌发时间较短,均为24 h,其次为pH3 和pH8(萌发时间72 h),最长的为pH9(萌发时间96 h);在日均生长速度方面pH6 最快(3.71 mm/d),且与其他pH 值梯度达到显著差异(P<0.05),其次为pH4(3.46 mm/d)、pH5(3.34 mm/d)、pH7(3.32 mm/d)、pH3(2.96 mm/d)、pH8(2.58 mm/d)和pH9(0.32 mm/d);菌丝长势方面,pH5、pH6 和pH7 都表现较好,其中pH6 菌落整齐浓密、菌丝健壮;pH3 和pH9菌丝长势较差,菌丝稀疏纤弱;综合日均生长速度、长势、萌发情况及菌落菌丝生长情况,pH6 最适合皱木耳菌丝的生长。
碳源、氮源对菌丝生长的影响见表4 和图4、图5。
图4 6 种碳源培养对皱木耳菌丝日均生长速度的影响
Fig.4 Effects of six carbon sources on the daily average mycelial growth rate of Auricularia delicata
图5 6 种氮源培养对皱木耳菌丝日均生长速度的影响
Fig.5 Effects of six nitrogen sources on the daily average mycelial growth rate of Auricularia delicata
表4 不同碳源、氮源培养基对皱木耳菌丝生长的影响
Table 4 Effects of carbon and nitrogen sources on the mycelial growth of Auricularia delicata
注:*由多到少表示菌丝长势由强到弱。
培养条件碳源氮源葡萄糖蔗糖乳糖果糖可溶性淀粉糊精粉蛋白胨硫酸铵硝酸钾谷氨酸酵母浸粉牛肉膏菌丝长势************************萌发时间/h 48 48 48 48 48 48 48 48 48 72 48 48菌落形态特征规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮不规则圆形,纯白,稀疏、纤弱不规则圆形,纯白,稀疏、纤弱弱规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮不规则圆形,纯白,稀疏、纤弱不规则圆形,纯白,稀疏、纤弱规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮
通过表4 可知,皱木耳菌丝在不同碳源、氮源上均能正常生长;碳源处理萌发时间均为48 h,氮源处理萌发时间最长为谷氨酸需72 h,其他处理只需48 h。菌丝长势、浓密及健壮程度方面,碳源处理时最好的为糊精粉和乳糖,最差为果糖和可溶性淀粉;氮源处理时最好的为牛肉膏和酵母浸粉,最差的为谷氨酸和硝酸钾。从图4 可以看出,日均生长速度方面碳源处理时糊精粉(3.39 mm/d)显著快于其他处理(P<0.05),其次为乳糖(2.38 mm/d),葡萄糖最慢(1.25 mm/d)。由图5 可知,不同氮源处理时牛肉膏最快(3.10 mm/d),其次为酵母浸粉(3.04 mm/d),两者与其他处理存在显著差异(P<0.05),但两者间差异不显著,最慢为谷氨酸(0.59 mm/d)。综上,碳源糊精粉和乳糖、氮源牛肉膏和酵母浸粉可作为最佳碳源、氮源开展正交试验。
KH2PO4 和MgSO4·7H2O 浓度比对菌丝生长的影响见表5。
表5 KH2PO4 和MgSO4·7H2O 浓度比对皱木耳菌丝生长的影响
Table 5 Effect of KH2PO4∶MgSO4·7H2O concentration ratio on the mycelial growth of Auricularia delicata
注:*由多到少表示菌丝长势由强到弱。同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。
KH2PO4 与MgSO4·7H2O浓度比0.5%∶1%1.0%∶1%1.5%∶1%日均生长速度/(mm/d)1.25±0.01b 1.95±0.07a 2.10±0.07a菌丝长势*******萌发时间/h 48 24 24菌落形态特征规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮不规则圆形,纯白,浓密、健壮
从表5 可看出,3 种不同浓度比下菌丝生长存在差异;结合菌丝日均生长速度、长势、萌发时间和菌落情况可知,KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比为0.5%∶1%时的萌发时间为48 h,其他两者均为24 h 萌发;KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比为1.5%∶1% 时的日均生长速度最快,其次为1.0%∶1%,最慢为0.5%∶1% 且与前两者差异显著(P<0.05)。从菌丝长势可以看出KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比为1.0%∶1% 时的菌落整齐、菌丝浓密健壮,整体长势最好;0.5%∶1%虽然菌丝较健壮,但是日均生长速度很慢;1.5%∶1% 日均生长速度最快,但与1.0%∶1% 相比差异不显著,且菌丝稀疏纤弱;综合菌丝日均生长速度,萌发时间及菌落长势情况,KH2PO4 与MgSO4·7H2O 浓度比为1.0%∶1%更具优势。
不同正交处理对菌丝生长的影响见表6 和图6。
图6 不同正交处理对皱木耳菌丝日均生长速度的影响
Fig.6 Effects of different orthogonal treatments on the daily average mycelial growth rate of Auricularia delicata
表6 不同正交处理对皱木耳菌丝体生长的影响
Table 6 Effects of different orthogonal treatments on the mycelial growth of Auricularia delicata
注:*由多到少表示菌丝长势由强到弱。
试验号Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9萌发时间/h 24 24 48 48 48 48 48 48 48菌丝长势****************** * **菌落形态特征规则圆形,纯白,中等浓密、中等健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,浓密、健壮规则圆形,纯白,极浓密、极健壮规则圆形,纯白,浓密、健壮规则圆形,纯白,浓密、健壮规则圆形,纯白,稀疏、纤弱规则圆形,纯白,稀疏、纤弱规则圆形,纯白,浓密、健壮
由表6 可得,在萌发时间上Y1 和Y2 处理较快,只需24 h,其余组合均需48 h,菌落长势及形态特征方面Y2 和Y4 表现较佳,Y7 和Y8 最差;通过图6 发现Y2 处理的日均生长速度(3.48 mm/d)显著快于其他处理(P<0.05),Y8 处理最慢(2.07 mm/d)。
菌丝最佳培养条件的正交试验结果及方差分析见表7 和表8。
表7 皱木耳菌丝体最佳培养条件的正交分析结果
Table 7 Orthogonal test results of culture conditions for the mycelial growth of Auricularia delicata
试验号1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R A 糊精粉添加量/g 1(10.0)1(10.0)1(10.0)2(20.0)2(20.0)2(20.0)3(30.0)3(30.0)3(30.0)45.56 38.91 33.65 3.80 3.24 2.80 0.99 B 乳糖添加量/g 1(5.0)2(10.0)3(15.0)1(5.0)2(10.0)3(15.0)1(5.0)2(10.0)3(15.0)39.57 39.04 39.50 3.30 3.25 3.29 0.04 C 牛肉膏添加量/g 1(1.5)2(2.0)3(2.5)2(2.0)3(2.5)1(1.5)3(2.5)1(1.5)2(2.0)38.43 43.45 36.24 3.20 3.62 3.02 0.60 D 酵母浸粉添加量/g 1(1.5)2(2.0)3(2.5)3(2.5)1(1.5)2(2.0)2(2.0)3(2.5)1(1.5)37.65 42.31 38.16 3.14 3.53 3.18 0.39日均生长速度Y/(mm/d)Y1 2.93 3.73 2.73 3.01 2.15 2.76 2.38 2.11 2.66 Y2 2.89 3.60 2.96 2.78 1.82 2.65 2.53 2.00 2.31 Y3 2.80 3.23 2.63 2.76 2.46 2.01 1.76 1.96 2.18 Y4 2.72 3.35 2.44 2.30 2.01 3.14 1.77 2.02 2.79 Y5 3.03 3.50 3.03 3.14 2.80 3.13 2.78 2.29 2.10
表8 皱木耳正交试验方差分析结果
Table 8 Analysis of variance of orthogonal test results
注:P<0.05 表示影响显著;P<0.01 表示影响极显著;a 表示R2=0.675(调整R2=0.603)。
变异来源校正模型截距A B C D误差总计校正的总计平方和7.463a 310.104 4.765 0.012 1.811 0.875 3.593 321.160 11.056自由度8 1 2 2 2 2 36 45 44均方0.933 310.104 2.383 0.006 0.905 0.437 0.100 F 值9.348 3107.397 23.874 0.061 9.073 4.384 P 值0.000 0.000 0.000 0.941 0.001 0.020
菌丝长速受各因素影响程度通过R 值反映,由表7 发现R 值由高到低为A、C、D、B,说明A 因素影响最大,B 因素影响最小,再结合表8 发现A 因素和C 因素对菌丝日均生长速度有极显著影响(P<0.01),D 因素影响显著(P<0.05),而B 因素影响不显著,进一步说明皱木耳菌丝培养过程中糊精粉添加量对菌丝生长作用极显著,其次为牛肉膏添加量、酵母浸粉添加量,乳糖添加量影响最小。基于各因素结果分析发现,最佳碳源氮源正交组合为A1B1C2D2,即糊精粉添加量10.0 g、乳糖添加量5.0 g、牛肉膏添加量2.0 g、酵母浸粉添加量2.0 g,由于该组合未在已开展的正交组合中,因此开展进一步验证试验,通过结果分析发现该组合比组合Y2(A1B2C2D2)的日均生长速度高0.25 mm/d,说明组合A1B1C2D2 为本试验皱木耳菌丝生长的最佳碳源、氮源组合。
我国木耳属资源状况及分类研究较晚,之后不断有学者进一步完善,目前全球记载的木耳属有27 个物种,其中国内有记录的为15 个物种[18-19]。ITS 测序属于第三代测序技术,其特点是能够产生很长且高精度的序列数据,同时具有高通量、高效率、低成本等优点[20],它通过对真菌、植物等生物的内转录间隔区域进行测序,可以用于物种鉴定、系统发育分析等研究。该研究中供试菌株与数据库皱木耳支持率达99%,可确定该菌株为皱木耳,说明此菌株来源可靠。
我国木耳栽培历史久远,但以黑木耳和毛木耳居多,对皱木耳资源的开发和利用相对较少,优良品种更是屈指可数,这可能与资源开发利用滞后及菌种生产稳定性不强等因素有关。目前,研究人员在强化现有品种的稳定生产外更应注重野生资源的开发利用,促进食用菌产业多样性发展。菌丝生物学特性的科学研究是食用菌产业发展的基础,是优质母种生产的基石,食用菌“大厦”的地基,具有重要意义。该研究发现皱木耳菌丝在10~34 ℃范围内均能生长,最宜范围为25~30 ℃,其中25 ℃最佳,适温区间较广;梳理文献发现有些皱木耳菌丝在15~36 ℃生长,最适范围综合在24~30 ℃[6,16],有些最适范围为22~25 ℃[2];但现有研究未对菌丝极限温度进行验证,该研究通过三轮重复试验发现在35 ℃时菌丝无法萌发,4 ℃培养的菌丝复温至10 ℃以上均能生长,而其他研究发现在35~36 ℃时均能生长[6,16],两者选用菌株均来自热带地区,该研究采集位置属于亚热带范围,说明同一分支的菌株适应区域不同,其耐高温能力存在一定差异,在引种时优先考虑气候及地域相近地区菌种可降低菌种不适应的风险。培养基酸碱度过高或过低均能使食用菌酶活性降低,进而影响其生长,该研究通过不同酸碱度梯度试验发现pH3~9 均能正常生长,但pH10 不萌发,其中pH6条件下的菌丝生长最好,这与钱可晴等[16]的研究结果相似。此外,通过6 种碳源、6 种氮源和3 种不同无机盐浓度比的梯度试验和最佳碳源、氮源正交试验发现菌丝最适生长条件为碳源为糊精粉和乳糖,氮源为牛肉膏和酵母浸粉,PO43-和Mg2+浓度比为1.0%∶1%;碳源方面,属多糖的糊精粉和双糖的乳糖等被分解和吸收好,而属单糖的葡萄糖和果糖等则较差;氮源方面牛肉膏和酵母浸粉效果最佳,对硫酸铵和硝酸钾等铵态氮吸收较差。对于皱木耳菌丝培养最佳碳氮源研究暂无统一结论,如最佳碳源有葡萄糖[16]、蔗糖[6]和果糖[2],最佳氮源有酵母浸粉[2,16]和牛肉膏[6],与该研究结果相比最佳氮源差异不大,多为牛肉膏和酵母浸粉;但最佳碳源则各不相同,表明不同菌株对碳源的选择有一定差异,后续需要继续探索适宜皱木耳生长的稳定碳源。关于皱木耳菌丝在无机盐浓度筛选方面报道鲜见,有学者研究发现矿质元素(K2HPO4+MgSO4·7H2O)2 g/L最适宜皱木耳生长[21],与本文研究结果基本一致。张晓宇等[22]对脆木耳生物学特性研究分析发现。最佳无机盐添加量为1.5% PO43-和1% Mg2+,与本文中皱木耳有所差异,说明不同种木耳在无机盐浓度适应性上存在一定差异。
该研究通过ITS 鉴定确定野生菌株为皱木耳Auricularia delicata;菌丝最适温度为25 ℃、pH 值为6,最佳碳源为糊精粉和乳糖,最佳氮源为牛肉膏和酵母浸粉,无机盐PO43-和Mg2+添加浓度比为1.0%∶1%;综合各要素得出菌丝平板培养最佳配方为糊精粉10.0 g、乳糖5.0 g、牛肉膏2.0 g、酵母浸粉2.0 g、KH2PO4 1g、MgSO4·7H2O 1 g、维生素B1 10 mg、琼脂20 g、去离子水1 000 mL。
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