鎘對姬松茸農(nóng)藝性狀及礦物質(zhì)元素吸收的影響

劉朋虎，李 波，江枝和，雷錦桂，翁伯琦*，黃在興

（1.福建農(nóng)林大學(xué)國家菌草工程技術(shù)研究中心，福州 350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福州 350013；3.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福州 350013；4.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，福州 350003）

姬松茸（Agaricus brasiliensis）又名巴西蘑菇、柏氏蘑菇、小松菇等，原產(chǎn)于巴西、秘魯和美國等地，是一種珍貴的食藥用菌[1]。姬松茸營養(yǎng)豐富，還具有抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗突變、抗炎和抗氧化等多種藥用功能[2-4]。1992年，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從日本引進姬松茸并栽培成功，目前已經(jīng)推廣至全國近10個省[5]。

鎘污染是最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一，鎘是生物毒性最強的重金屬之一，通過食物鏈嚴(yán)重危害人類健康[6]。姬松茸對鎘具有很強的富集作用，引起越來越多學(xué)者的關(guān)注。研究表明，低濃度的鎘對姬松茸菌絲生長和產(chǎn)量有促進作用，而高濃度鎘抑制姬松茸菌絲生長、降低產(chǎn)量[7]。但是鎘對姬松茸農(nóng)藝性狀及顯微結(jié)構(gòu)的影響研究較少。而且自然界中存在多種微量元素，不同微量元素存在相互制約的現(xiàn)象，影響生物對它們的吸收利用[8]。姬松茸吸收鎘從而影響其對其他礦物元素吸收的研究較少。本研究采用添加外源鎘的方法，研究了鎘對姬松茸子實體農(nóng)藝性狀及顯微結(jié)構(gòu)的影響，及對其他礦物質(zhì)元素吸收的影響，為姬松茸鎘污染防控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 菌株

本研究所用菌株為姬松茸菌株J77，為福建省認(rèn)定姬松茸新品種（閩認(rèn)菌2013003），保藏于福建農(nóng)林大學(xué)國家菌草工程技術(shù)研究中心。

1.2 出菇方法

培養(yǎng)料配方：棉籽殼20%，玉米芯12.5%，牛糞（干）35%，麩皮 10%，稻草（干）20%，CaCO31%，石灰1.5%。

實 驗 設(shè) 0（CK）、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5、10、15、20、25和50 mg·kg-1共12個鎘梯度處理，事先配制好的鎘母液按照實驗設(shè)計適量加入水中，將培養(yǎng)料混合均勻后按料水比1∶1.25的比例進行混合。將攪拌均勻的培養(yǎng)料分裝入聚丙烯袋中，每袋裝料0.8 kg，每個菌株每個處理設(shè)20個重復(fù)。

此次姬松茸出菇栽培，按照常規(guī)袋栽管理。首先，將分裝好的栽培袋封口，放入高壓滅菌鍋中，121℃滅菌2 h，然后在無菌接種箱中按照無菌操作接種，將接種好的菌袋放置在28℃恒溫的培養(yǎng)室中，待菌絲走滿袋后，移到栽培室，開袋覆土。待出菇后采收，稱重，烘干（冷藏）備用。

1.3 子實體農(nóng)藝性狀測定

將采收后的新鮮子實體用小刀輕輕刮掉菌柄帶出的土，對每個菌株每個梯度的出菇數(shù)量和菇重進行統(tǒng)計。然后用天平和數(shù)顯卡尺對子實體進行稱重和測量。測量指標(biāo)包括：單菇重量、菌蓋直徑、菌柄直徑、菌柄長度、菌蓋厚度、菌蓋重量、菌柄重量。

1.4 子實體顯微結(jié)構(gòu)觀察

子實體孢子及囊狀體顯微結(jié)構(gòu)電子顯微鏡觀察方法參照翁伯琦等[9]進行。

1.5 子實體中鎘及礦物質(zhì)元素含量的測定

將新鮮子實體去土后，放入烘干箱中60℃烘至恒重，用高速粉碎機將烘干好的樣品磨成粉末備用；稱取0.2 g樣品，用HNO3-H2O2體系結(jié)合微波消解技術(shù)處理后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定鐵、銅、鋅、鈣、鎂五種礦物質(zhì)元素含量[10]，用火焰原子吸收光譜儀進行鎘測定[7]。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS19.0數(shù)據(jù)處理軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和處理，用Duncan法進行多組樣本間差異顯著性分析，數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值。用Photoshop7.0測量掃描電鏡圖片中孢子長度、寬度及囊狀體直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘對姬松茸農(nóng)藝性狀的影響

研究結(jié)果表明，鎘對姬松茸農(nóng)藝性狀有顯著的影響（表1），隨外源鎘濃度的增加，J77的農(nóng)藝性狀（如柄量、柄直徑、蓋重、蓋直徑、朵重等）均表現(xiàn)為相似的變化規(guī)律，即低濃度下（<2.5 mg·kg-1）增加，而高濃度（>2.5 mg·kg-1）減小。但是，不同農(nóng)藝性狀最高值時其對應(yīng)的添加外源鎘濃度有差異，存在不一致性。當(dāng)外界添加鎘濃度為1.5 mg·kg-1時，J77子實體朵重和蓋重均達到最大值，增長率分別為30.6%和47.9%；當(dāng)外界添加鎘濃度為0.5 mg·kg-1時，J77子實體菌柄重量最高，增長率為17.3%；當(dāng)外界添加鎘濃度為1 mg·kg-1時，朵數(shù)和產(chǎn)量均達到最大值，且菌柄直徑最大，增長率為34.7%；添加鎘濃度為0.5 mg·kg-1時菌蓋直徑最大，增長率為17.2%；隨著鎘濃度增加，菌柄長度、菌蓋厚度呈現(xiàn)為先增加后降低，再次增加-降低的趨勢，添加鎘濃度為1.5 mg·kg-1時菌柄最長、菌蓋厚度最大，增長率分別為25.7%和33.7%。本研究結(jié)果表明，鎘能夠通過增加或者降低農(nóng)藝性狀的數(shù)值，從而增加或者降低產(chǎn)量。

2.2 鎘對子實體顯微結(jié)構(gòu)的影響

在不添加外源鎘處理下，姬松茸J77孢子大小均勻，表面光滑無修飾呈卵狀形態(tài)，孢子大小為4.6 μm×3.7 μm（圖 1a）；在 0.5、1 mg·kg-1鎘濃度處理下，孢子形態(tài)變大，大小為 5.1 μm×4.1 μm 和 5.0 μm×3.9 μm，其他無明顯變化（圖1b、圖1c），說明此濃度下鎘能夠刺激孢子的生長；在2 mg·kg-1鎘濃度處理下，孢子大小沒有變化（4.6 μm×3.9 μm），但是表面有一層覆蓋物，鎘對孢子顯示出一定毒害作用（圖1d）；接下來，隨著鎘濃度繼續(xù)增加，孢子出現(xiàn)凹陷、皺縮、破裂，毒害作用越來越大（圖1e~圖1h）。

表1 不同濃度的鎘對J77子實體農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of cadmium in different concentrations on the agronomic characteristics of fruit bodies of J77

在不添加外源鎘處理下，姬松茸J77囊狀體表面紋理清晰，大小均勻，直徑約 3.9 μm；在 0.5、1 mg·kg-1鎘濃度處理下，囊狀體變大，大小為4.2 μm和4.1 μm，其他無明顯變化（圖2b、圖2c），說明此濃度下鎘能夠刺激囊狀體的生長；在2 mg·kg-1鎘濃度處理下，囊狀體大小沒有變化，但是表面紋理有些模糊，部分囊狀體被薄膜覆蓋表面有一層覆蓋物，鎘對囊狀體開始顯示出一定毒害作用（圖2d）；隨著鎘濃度的繼續(xù)增加，鎘對囊狀體毒害作用進一步加大。鎘濃度為5 mg·kg-1時，囊狀體表面紋理因皺縮加深、生長不均勻（圖2e），鎘濃度20 mg·kg-1以上時，囊狀體表面紋理模糊，表面開始出現(xiàn)明顯的皺縮紋理，大部分囊狀體因褶皺變得畸形，小部分囊狀體出現(xiàn)皺縮消融現(xiàn)象（圖 2g、圖 2h）。

圖1 不同濃度的鎘對J77子實體孢子形態(tài)的影響Figure 1 Effects of cadmium in different concentrations on morphologic characters of spores from strain J77

圖2 不同濃度的鎘對J77子實體囊狀體形態(tài)的影響Figure 2 Effects of cadmium in different concentrations on morphologic characters of cystidium of strain J77

2.3 鎘對礦物質(zhì)元素含量的影響

研究結(jié)果表明，鎘對其他二價礦物質(zhì)元素的吸收有顯著影響，對不同的元素影響也不同（圖3）。隨著鎘濃度的增加，子實體中鋅含量逐漸降低，說明鎘對鋅的吸收具有抑制作用（圖3a）；隨著鎘濃度的增加，子實體中銅和鐵的含量均先增加后降低，但是含量均高于對照，表明鎘能促進銅和鐵的吸收（圖3b）；隨著鎘濃度的增加，子實體中鈣的含量表現(xiàn)出先降低后增加再降低的規(guī)律，表明低濃度鎘（0~2 mg·kg-1）抑制鈣的吸收，中等濃度鎘（2.5~20 mg·kg-1）能夠促進鈣吸收，高濃度鎘（>25 mg·kg-1）抑制鈣的吸收（圖 3c）；隨著鎘濃度的增加，子實體中鎂含量先降低后增加，表明低濃度鎘（0~5 mg·kg-1）抑制鎂的吸收，高濃度鎘（>5 mg·kg-1）促進鎂的吸收。

3 討論

食用菌對重金屬的富集現(xiàn)象已經(jīng)引起越來越多的學(xué)者關(guān)注，重金屬鎘對食用菌菌絲生長和子實體產(chǎn)量的影響也有了很多報道。一般來說，較低濃度的鎘對食用菌菌絲生長和產(chǎn)量有一定的促進作用，而高濃度的鎘對菌絲生長和產(chǎn)量有嚴(yán)重的抑制作用，如平菇（Pleurotus ostreatus）、香菇（Lentinus edodes）、雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）、黑木耳（Auricularia auricula）、紅平菇（Pleurotus djamor）、杏鮑菇（Pleurotus eryngii）、真姬菇（Hypsizigus marmoreus）、白靈菇（Pleurotus nebrodensis）等[11-15]。

黃建成等[16]研究結(jié)果表明，培養(yǎng)料中鎘濃度超過5 mg·kg-1時，對姬松茸子實體生長產(chǎn)生毒害，子實體數(shù)量開始減少，當(dāng)鎘濃度超過10 mg·kg-1時，子實體發(fā)育嚴(yán)重受阻，子實體數(shù)量顯著降低。但是，其設(shè)置鎘起始濃度為5 mg·kg-1，缺乏低濃度鎘對姬松茸子實體影響數(shù)據(jù)。劉朋虎等[7]研究表明，低濃度鎘能夠促進姬松茸菌絲生長、提高產(chǎn)量。本研究在此基礎(chǔ)上進一步研究了不同濃度的鎘對姬松茸朵重、柄長、柄重等農(nóng)藝性狀的影響，表明鎘在影響姬松茸子實體數(shù)量的同時，還能影響姬松茸子實體菌蓋直徑、厚度及菌柄直徑、長度，從而影響單個子實體菌柄及菌蓋的重量，進一步影響子實體單重及產(chǎn)量。本研究從生理角度解釋了鎘對姬松茸產(chǎn)量影響的機理，對深入研究鎘對姬松茸影響的機理具有一定參考價值。

在栽培料中，微量元素并不是單獨存在的，而且不同微量元素之間存在交互作用，影響生物對它們的吸收利用。研究鎘與其他重金屬之間的交互作用，對于姬松茸鎘污染的控制具有很強的實用價值。賈彥等[8]研究了金針菇培養(yǎng)料中重金屬Cd、Zn的交互作用，發(fā)現(xiàn)Cd、Zn之間存在拮抗作用。何旭孔[17]研究表明，栽培基質(zhì)中鎘能促進香菇對銅的吸收，鎘、銅存在協(xié)同作用。江枝和等[18]研究表明，培養(yǎng)料中添加高濃度硒鑭復(fù)合作用能顯著降低子實體中鎘的含量。徐麗紅等[19]研究表明，姬松茸培養(yǎng)料中添加有益金屬元素Cu2+、Fe2+、Ca2+的配比為 3、3 mg·kg-1、3%時姬松茸產(chǎn)品中鎘降低35.21%[19]。但是本研究結(jié)果表明，鎘能促進Cu2+、Fe2+的吸收，與徐麗紅研究結(jié)果不一致，可能原因是培養(yǎng)料中各種金屬元素直接存在比較復(fù)雜的作用，還應(yīng)該設(shè)計更加準(zhǔn)確的單因子試驗進行確認(rèn)。

圖3 不同鎘濃度處理對J77子實體礦物質(zhì)金屬元素的影響Figure 3 Effects of different cadmium concentrations on the fruiting body mineral element content of J77

4 結(jié)論

（1）鎘對姬松茸農(nóng)藝性狀有顯著的影響，隨外源鎘濃度的增加，J77的農(nóng)藝性狀（如柄量、柄直徑、蓋重、蓋直徑、朵重等）均表現(xiàn)為相似的變化規(guī)律，即低濃度下（<2.5 mg·kg-1）增加，而高濃度（>2.5 mg·kg-1）減小。但是，不同農(nóng)藝性狀最高值時其對應(yīng)的添加外源鎘濃度有差異，存在不一致性。鎘通過影響農(nóng)藝性狀影響產(chǎn)量。

（2）低濃度鎘（<2 mg·kg-1）能促進子實體孢子和囊狀體的生長，高濃度鎘（>2 mg·kg-1）對孢子和囊狀體產(chǎn)生毒害作用，孢子最終出現(xiàn)凹陷、皺縮、破裂，囊狀體出現(xiàn)畸形、皺縮消融現(xiàn)象。

（3）鎘對鋅的吸收具有抑制作用，能促進銅和鐵的吸收，低濃度鎘（0~2 mg·kg-1）抑制鈣的吸收，高濃度鎘（2.5~20 mg·kg-1）能夠促進鈣吸收，低濃度鎘（0~5 mg·kg-1）抑制鎂的吸收，高濃度鎘（>5 mg·kg-1）促進鎂的吸收。

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