運(yùn)用ArcGIS軟件分析杏鮑菇搔菌面菌絲恢復(fù)狀況

劉乃旭　顏正飛　何 欣　李長田*（.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，吉林　長春　30000；.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食藥用菌教育部工程研究中心，吉林　長春　30000）

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運(yùn)用ArcGIS軟件分析杏鮑菇搔菌面菌絲恢復(fù)狀況

劉乃旭1顏正飛1何 欣2李長田2*
（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，吉林長春130000；
2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食藥用菌教育部工程研究中心，吉林長春130000）

摘 要通過運(yùn)用ArcGIS 軟件分析菌絲生長形態(tài)和菌絲恢復(fù)生長速度，了解工廠化瓶栽杏鮑菇搔菌后的菌絲恢復(fù)情況：菌絲第2天開始大量恢復(fù)，第5天基本完全覆蓋料面；搔菌后第一天菌絲恢復(fù)緩慢，適應(yīng)環(huán)境后開始快速生長，菌絲覆蓋料面后第6天開始形成大量原基。

關(guān)鍵詞杏鮑菇；搔菌；ArcGIS軟件；菌絲恢復(fù)；觀測

ArcGIS是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（簡稱ESRI）研制的集成地理信息系統(tǒng)和桌面制圖系統(tǒng)軟件。它集空間分析、統(tǒng)計圖形、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、空間圖形、網(wǎng)絡(luò)通訊于一體，易于操作，簡單實(shí)用［1］。此軟件可進(jìn)行多種數(shù)據(jù)格式間的轉(zhuǎn)換，被應(yīng)用于城市規(guī)劃、國土管理、災(zāi)害預(yù)測、環(huán)境評估、資源調(diào)查、農(nóng)林牧業(yè)、水利電力、交通運(yùn)輸、軍事公安、統(tǒng)計、商業(yè)、金融等諸多領(lǐng)域［2］，是一系列地理數(shù)據(jù)集和應(yīng)用于這些數(shù)據(jù)集的操作工具［3］。將其運(yùn)用到食用菌生產(chǎn)上，能為食用菌科研工作和生產(chǎn)提供便利。

杏鮑菇經(jīng)過搔菌處理后，老菌皮被刮去，料面受到破壞，栽培料裸露，其中還夾雜著少許菌絲。受到刺激的菌絲從栽培料內(nèi)重新長出，而新生的氣生菌絲覆蓋料面的速度快慢將直接影響原基的形成，進(jìn)而影響整個生產(chǎn)流程的進(jìn)度。新生的氣生菌絲與匍匐菌絲受人為調(diào)控影響，其覆蓋料面的恢復(fù)速度可以表示菌絲的生長速度，所占料面的比例越大說明其恢復(fù)速度、生長速度越快。

菌絲生長階段，積累大量的營養(yǎng)，為子實(shí)體形成與生長做準(zhǔn)備，因此，監(jiān)測菌絲的生長對食用菌生產(chǎn)具有重要的意義［4］。在實(shí)際生產(chǎn)中，料面并不光滑平整，菌絲的生長速度、恢復(fù)速度都很難觀測，而應(yīng)用ArcGIS 軟件，可有效破解這個難題。

1　材料與方法

1.1供試菌株

L2702，菌株由長春市吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食藥用菌工程研究中心提供。

1.2培養(yǎng)料

PDA培養(yǎng)基：馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂粉10 g，蒸餾水1 000 mL。

栽培料培養(yǎng)基：木屑35％，玉米芯25％，麩皮25％，玉米粉9％，豆粕4.5％，輕質(zhì)碳酸鈣1％，石灰0.5％。

1.3試驗(yàn)方法

接種后的栽培瓶通過傳送帶轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)室，菌絲在此期間蔓延、降解、代謝，釋放出大量CO2和生物熱，維持CO2濃度在1 000 mg/L以下，室溫調(diào)控在20～23℃，略低于菌絲最適培養(yǎng)溫度。

發(fā)滿菌后的栽培瓶轉(zhuǎn)移到搔菌室搔菌，搔菌后將栽培瓶倒扣。搔菌處理后5天內(nèi)，生育室調(diào)控溫度在14～16℃，相對空氣濕度在90％以上，CO2濃度在800～2 000 mg/L。

搔菌后，每天取栽培瓶采集料面照片，肉眼觀測、人為評價菌絲恢復(fù)狀態(tài)。運(yùn)用ArcGIS軟件處理，測得菌絲恢復(fù)率。

1.4數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用ArcGIS 軟件對1.3方法采集到的照片進(jìn)行分析，對菌絲在料面的分布情況作數(shù)據(jù)化處理，獲得搔菌后創(chuàng)面的菌絲恢復(fù)至形成原基前的整個變化過程。

2　結(jié)果與分析

2.1軟件使用

（1）瓶口料面提取。在 ArcGIS 軟件中打開該圖像；然后利用該軟件中的提取分析工具，將培養(yǎng)料料面部分提取出來（圖1）。

（2）掩膜提取獲得二值圖。以繪制的功能將選定圖形轉(zhuǎn)換成要素，將彩色圖像轉(zhuǎn)換成二圖像。由于圖像內(nèi)菌絲、玉米芯、木屑等物質(zhì)所顯示的色差各不相同，而同種物質(zhì)則大體相同（圖2），菌絲覆蓋部分的臨界像素值為138。

圖1　料面處理圖像

圖2　料面處理后二值圖

（3）二值圖山柵計算。根據(jù)臨界像素值利用柵格運(yùn)算器工具生成新的圖層（圖3），其中有菌絲覆蓋的部分屬性值為 1，沒有菌絲覆蓋的部分屬性值為0。打開新圖層的屬性表（圖4），可以查出1的柵格數(shù)為662424，0的柵格數(shù)為873576，從而計算出菌絲覆蓋的面積比為0.431。

圖3　料面處理后柵格圖

圖4　料面柵格圖計算處理

2.2菌絲恢復(fù)期的變化過程

圖5所示的是搔菌后第1天到第7天料面情況，老菌皮刮去后，料面裸露出來，無大片連接菌絲，中間洞口是因搔菌刀規(guī)格限制，不能完全搔到，后期對料面二值圖處理時會去除孔洞，排除此干擾因素。菌絲逐漸恢復(fù)，第2天與第1天相差無幾，第3天菌絲明顯增多，但仍有栽培料裸露，第4天只有少量栽培料裸露，第5天菌絲幾乎覆蓋全部料面，而且部分料面出現(xiàn)少量原基，第6天菌絲完全覆蓋料面，菌絲扭結(jié)形成大量原基，第7天原基越來越多，部分原基開始分化菇蕾。

圖6是上述料面菌絲恢復(fù)過程圖像柵格圖，白色部分是刮去菌絲后料面的裸露情況。由于受肉眼識別色差能力所限，難以辨別所有的菌絲與料面情況，更不能用準(zhǔn)確數(shù)據(jù)表示菌絲的數(shù)量變化過程。從圖6可以看出，搔菌完畢后料面夾雜著部分菌絲，因栽培料縫隙不均勻，栽培料內(nèi)部空間不等，只要存在空隙菌絲就可生長發(fā)育，所以會有如圖的料面情況。第2天，部分菌絲恢復(fù)，但數(shù)量很少；第3天菌絲大量覆蓋料面；此后裸露料面逐漸減少，菌絲開始分化出原基，呈現(xiàn)營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變。

圖5　料面菌絲恢復(fù)過程圖像

圖6　料面菌絲恢復(fù)過程柵格圖

圖7　料面菌絲恢復(fù)率

由圖7可以看出，第1天至第2天菌絲生長速度緩慢，第2天至第3天生長速度加快，第3天后的生長趨勢趨于平緩。搔菌是對菌絲的一個破壞動作，菌絲在受到刺激后，經(jīng)過短暫的適應(yīng)，開始重新萌發(fā)，覆蓋裸露的料面。隨著菌絲的活性增強(qiáng)，生長速度也隨之加快。后期隨著裸露料面的減少和營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，菌絲生長速度逐漸降低。第5天菌絲覆蓋率沒有達(dá)到100％，原因在于軟件對像素分析時把原基遮擋閃光燈產(chǎn)生的陰影計算在內(nèi)，產(chǎn)生少許誤差。

3　討論

在菌絲恢復(fù)過程中，第1天是適應(yīng)期，第2天開始爆發(fā)式生長，待到第4天開始平穩(wěn)。此過程只是菌絲受損后恢復(fù)的過程，前期菌絲發(fā)育已經(jīng)積累了大量營養(yǎng)物質(zhì)，積累的營養(yǎng)物質(zhì)為其生殖生長過程提供了營養(yǎng)和能量；而受損后養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到受損部位，營養(yǎng)供給充分促使菌絲生長快速，而新生菌絲活力旺盛，在溫度、濕度、光照與CO2等的共同作用下，能更快地表現(xiàn)出應(yīng)激性反應(yīng)，促使其由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L。

食用菌菌絲體變化過程雖明顯，但肉眼觀測結(jié)果只能大概描繪其外在形態(tài)變化，而具體的數(shù)據(jù)化表達(dá)則不能完成；而定性定量地描繪其生長過程，對研究菌絲變化意義重大。ArcGIS軟件所具有的圖像分析處理能力與計算機(jī)快速計算功能相結(jié)合，對人們研究不規(guī)則的菌絲生長，有著重要的意義和作用。

參考文獻(xiàn)

［1］張曉東，褚小東，張剛剛.ArcView在地圖管理中的應(yīng)用［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，12（3）:177-179.

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［3］王曉明.基于 Geodatabase的戰(zhàn)場環(huán)境信息數(shù)據(jù)模型研究［D］.中國人民解放軍信息工程大學(xué)，2005.

［4］楊娟，郭倩，王瑞娟，等.ArcGIS空間分析技術(shù)在微生物菌絲生長觀測中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2008（9）:10-11.

Analysis of mycelium recovery of Pleurotus eryngii after surface scratching with ArcGIS

Liu Naixu1Yan Zhengfei1He Xin2Li Changtian2*
（1.College of Chinese Medicinal Materials，Jilin Agriculture University，Jilin，Changchun，130000；2.Engineering Research Center of Chinese Ministry of Education for Edible and Medicinal Fungi，Jilin Agricultural University，Jilin，Changchun，130000 ）

AbstractArcGIS software was used to observe microbial growth，in order to obtain accurate data on Pleurotus mycelium recovery growth morphology and growth rate after surface scratching to understand how the cultivation process changes the mycelium recovery process.The results showed that a large number of hyphae recover substantially from the2ndday after surface scratching，and completely cover the full surface in 5thday； Primordia were formed from 6thday after surface scratching.

KeywordsArcGIS；scratching；mycelium recovery；observations

中圖分類號：S646

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-0934（2016）03-180-04

基金項目：《食用菌精準(zhǔn)化生產(chǎn)與技術(shù)研究與示范》（2013BAD16B05）

作者簡介：劉乃旭（1988—），男，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，碩士，主要研究方向：菌物生態(tài)學(xué)。E-mail :345980923@qq.com

*通訊作者：李長田（1970—），男，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，教授，主要研究方向：菌類作物工廠化栽培。E-mail :changtianli@126.com