適合以水稻秸稈為栽培基質(zhì)主要成分的平菇菌株篩選及配方優(yōu)化

劉天海，苗人云，彭衛(wèi)紅，黃忠乾，甘炳成，譚 昊,3*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究中心，四川 成都 610066；2.農(nóng)業(yè)部西南區(qū)域農(nóng)業(yè)微生物資源利用科學(xué)觀測實驗站，四川 成都 610066；3.江南大學(xué)生物工程學(xué)院，江蘇 無錫 214062)

【研究意義】水稻是四川主要栽培作物之一，常年栽培面積基本保持在20 000 km2，折合秸稈產(chǎn)量約12 636 kt，秸稈產(chǎn)量巨大。由于就地焚燒不僅污染環(huán)境，還造成農(nóng)業(yè)資源浪費，農(nóng)戶普遍采用直接還田的方式處理秸稈。近年來，有研究表明長期將秸稈直接全量還田會導(dǎo)致大量未腐解的有機物質(zhì)在土壤中積聚，給農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)造成負擔(dān)，甚至可能對農(nóng)田生態(tài)平衡造成嚴重破壞[1]。因此，尋找高效利用秸稈基質(zhì)的方式迫在眉睫。有研究顯示，平菇對秸稈等有機質(zhì)具有很強的分解和轉(zhuǎn)化能力[2]，是我國栽培數(shù)量較大和食用人群廣泛的食用菌之一，屬于真菌門、擔(dān)子菌亞門、層菌綱、傘菌目、側(cè)耳科、側(cè)耳屬[3-4]，又稱側(cè)耳、糙皮側(cè)耳。近年來，平菇主要栽培原料棉籽殼價格上漲幅度較大，最高可達2600元/t[5]，僅福建古田進口棉籽殼可達17.7 kt，境外備案加工企業(yè)有5家之多[6]，隨著貿(mào)易戰(zhàn)的打響，原材料進口壓力增大，可能進一步加大栽培成本，影響平菇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究使用產(chǎn)量巨大的水稻秸稈部分或全部替代棉籽殼栽培平菇相關(guān)技術(shù)，減少棉籽殼依賴，增加原料多樣性和可行性，是提升水稻秸稈多途徑利用方式和技術(shù)，實現(xiàn)作物秸稈基質(zhì)化利用具有重要意義。【前人研究進展】有研究表明，相對常規(guī)棉籽殼基質(zhì)，水稻秸稈基質(zhì)熟料栽培平菇的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益栽培有顯著優(yōu)勢[7]；羊晨等(2019)研究表明，70 %的水稻秸稈可代替木屑基質(zhì)生產(chǎn)平菇[8]；陳亮等(2019)也表明在木屑基質(zhì)中適當(dāng)提高添加水稻秸稈的比例，可增加平菇生物學(xué)效率，并縮短轉(zhuǎn)潮時間[9]?！颈狙芯壳腥朦c】在前人基礎(chǔ)上，課題組以含有高比例水稻秸稈的栽培基質(zhì)栽培平菇，綜合菌絲長速、子實體產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀以及經(jīng)濟效益等指標(biāo)，篩選適合低棉籽殼、高秸稈用量的栽培基質(zhì)配方的平菇菌株，并進一步優(yōu)化秸稈顆粒度及碳、氮源配方。【擬解決的關(guān)鍵問題】探究不同平菇菌株、顆粒度以及碳氮源配方對水稻秸稈栽培平菇生長發(fā)育的影響，為實現(xiàn)高效利用水稻秸稈奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試平菇菌株為不同來源、性狀優(yōu)良的10株常規(guī)生產(chǎn)用糙皮側(cè)耳，詳細情況如表1。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 栽培原料營養(yǎng)成分檢測 采用NREL(美國國家可再生能源實驗室)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，對秸稈主料及氮源輔料的全碳、全氮、磷、鉀、糖分等物質(zhì)含量進行檢測，并根據(jù)需要按配方干物質(zhì)比例計算出碳氮比值等[10]。

1.2.2 適合水稻秸稈基質(zhì)栽培的平菇菌株篩選 于2016年9-12月在簡陽市石盤鎮(zhèn)試驗基地開展試驗。將新鮮干燥的水稻秸稈用錘片式粉碎機粉碎并過20 mm網(wǎng)孔篩成絲絨狀。按高秸稈含量配方：80 %水稻秸稈、10 %棉籽殼、8 %麥麩、2 %石灰分別栽培10個供試菌株，每個菌株35袋，重復(fù)3次。

1.2.3 水稻秸稈基質(zhì)栽培平菇的配方優(yōu)化 (1)水稻秸稈基質(zhì)顆粒度優(yōu)化。2017年9-12月，在上述試驗基地開展試驗。通過鍘草機及錘片式粉碎機分別對水稻秸稈進行鍘段和粉碎過篩處理，鍘30 mm段后粉碎過篩，分別過8、12、16、20 mm網(wǎng)孔篩和不粉碎過篩共計5個處理，分別編號F1、F2、F3、F4、F5，每個處理35袋，重復(fù)3次。并根據(jù)上述菌株篩選試驗結(jié)果選取S1作為栽培菌株，栽培配方同1.2.1。

表1 供試菌株名稱及來源

(2)氮源輔料篩選。2017年9-12月，在上述試驗基地開展試驗。試驗以全水稻秸稈作為主料配方，在此基礎(chǔ)上保持2 %石灰和1 %石膏，同時以無添加氮源輔料(編號N1)為對照，分別添加5 %、10 %、15 %、20 %的麥麩和玉米粉，以及3 %、6 %、9 %、12 %的菜籽餅和0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %的尿素(編號N2～N17)作為氮源。試驗共計17個處理，每個處理35袋，3次重復(fù)。栽培菌株為S1。

(3)碳源主料配方優(yōu)化。在82 %全棉籽殼配方基礎(chǔ)上保持15 %的玉米粉輔料和3 %石灰量，分別以0 %、21 %、41 %、61 %、82 %的水稻秸稈按比例部分或全部替代全棉籽殼(配方編號C1～C5)，再以常規(guī)玉米芯配方(9 %棉籽殼、85 %玉米芯、3 %玉米粉、3 %石灰，配方編號CK)為對照栽培平菇，栽培菌株為S1。試驗共計6個處理，每個處理35袋，重復(fù)3次。

1.3 試驗方法

按比例稱取主料后，加水拌料至含水量50 %，1m高度建堆，每12 h翻堆1次，堆置24 h后攤料并按比例均勻拋灑氮源等輔料，加水?dāng)嚢柚梁?0 %～65 %后，用22 cm×45 cm×0.003 cm的聚乙烯袋裝袋，常壓滅菌，升溫至105 ℃，保持壓力0.01 MPa恒定16 h后轉(zhuǎn)移料袋至發(fā)菌棚，充分冷卻后按菌袋濕重2.5 %兩端接種，墻式堆碼發(fā)菌，菌絲滿袋后轉(zhuǎn)至出菇棚，常規(guī)管理出菇。

1.4 觀察指標(biāo)及數(shù)據(jù)分析

產(chǎn)量分析。觀察并記錄各處理栽培袋菌絲生長速度、菌絲污染比例和出菇產(chǎn)量等，根據(jù)鮮菇單袋產(chǎn)量除以單袋干料重計算生物學(xué)效率，并以當(dāng)季市場價計算栽培原料、人工費用和子實體銷售額，對單袋成本和效益進行計算分析。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016軟件進行統(tǒng)計處理，方差分析使用SPSS 17.0軟件進行，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種秸稈主料與3種常規(guī)輔料營養(yǎng)成分結(jié)果

如表2所示，水稻秸稈、棉籽殼和玉米芯3種秸稈主料，在大量元素含量與組成方面，水稻秸稈的全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和全磷含量最高，且與棉籽殼、玉米芯差異明顯；還原糖含量棉籽殼最高，水稻秸稈可溶性糖含量最高，纖維素含量相差不大但棉籽殼較高，水稻秸稈和玉米芯的半纖維素含量是棉籽殼的2倍，玉米芯木質(zhì)素含量最高，且是水稻秸稈和棉籽殼的2倍；棉籽殼和水稻秸稈總蛋白含量較高，游離氨基酸含量以水稻秸稈最高，且顯著高于棉籽殼與玉米芯。

麥麩、玉米粉和菜籽餅是當(dāng)?shù)爻Ｒ姷?種栽培輔料。菜籽餅全氮、硝態(tài)氮含量最高，且遠高于麥麩和玉米粉；麥麩的銨態(tài)氮和磷、鉀元素含量最高，其次為菜籽餅和玉米粉；菜籽餅還原糖含量最高，麥麩和玉米粉次之；麥麩的可溶性糖最高，菜籽餅、玉米粉依次降低；菜籽餅和麥麩的總蛋白質(zhì)含量較高且差異不大，玉米粉最少，而在游離氨基酸含量方面，麥麩含量最高且遠超過菜籽餅和玉米粉，玉米粉稍低于菜籽餅。

表2 秸稈原材料營養(yǎng)物質(zhì)含量檢測結(jié)果

2.2 不同平菇菌株在高水稻秸稈含量基質(zhì)上的生長結(jié)果

如圖1所示，10個菌株在栽培袋上菌絲日均生長速度在5.17～7.70 mm·d-1，S1菌株日均長速最快且顯著快于S9，極顯著快于S5、S7。

如表3所示，10個菌株產(chǎn)量和生物學(xué)效率差異顯著，單袋產(chǎn)量范圍為0.35～0.62 kg，生物學(xué)效率為51.58 %～88.35 %，S3、S5和S1菌株在生物學(xué)效率上無顯著性差異，3個菌株生物學(xué)效率較高，與其它菌株具有顯著或極顯著差異。從農(nóng)藝性狀上看，S1、S6、S7、S8、S9、S10菌株表現(xiàn)較好，菌蓋肥大或適中，且顏色主要灰色或灰黑色；S2、S3、S4、S5菌株子實體菌蓋厚度偏薄且質(zhì)地脆。

2.3 水稻秸稈基質(zhì)配方優(yōu)化試驗結(jié)果

2.3.1 不同顆粒度水稻秸稈基質(zhì)上平菇生長結(jié)果 如圖2所示，在不同顆粒度處理的水稻秸稈基質(zhì)上，平菇菌絲日均長速差異明顯，F(xiàn)5處理生長最快，與F1、F2處理差異極顯著；隨基質(zhì)水稻秸稈顆粒度增大，裝袋量不斷減少，單袋基質(zhì)干重最高可達0.76 kg，最低0.68 kg；生物學(xué)效率反而不斷增加，以F4、F5處理最高，且差異明顯；農(nóng)藝性狀上，處理F4菌蓋直徑最大，其次為F3、F5處理，F(xiàn)2、F1處理最小。

2.3.2 添加不同氮源輔料的水稻秸稈基質(zhì)上平菇生長結(jié)果 如表4所示，以不同種類及含量的氮源輔料基質(zhì)培養(yǎng)平菇，各處理碳氮比值差異明顯，空白對照N1碳氮比為55∶1，隨著輔料添加比例的增加，碳氮比值依次降低，添加麥麩配方N2～N5碳氮比在51∶1～41∶1；添加玉米粉配方N6～N9碳氮比在54∶1～51∶1；添加菜籽餅配方N10～N13碳氮比在48∶1～34∶1之間；添加尿素配方N14～N17碳氮比在46∶1～30∶1。各配方菌絲生長速度差異無顯著性，配方N2、N7、N8生長較快，超過0.60 mm·d-1，高于對照。菌絲滿袋時間為18～33 d，其中添加玉米粉配方N6～N9滿袋時間為18～19 d；添加麥麩配方N2～N5滿袋時間為19～22 d；添加菜籽餅配方N10～N13中以N10配方19 d滿袋，N13配方25 d滿袋；添加尿素配方N14～N17滿袋時間為22～33 d，其中配方N16、N17菌絲長勢最差且污染嚴重。

不同小寫英文字母表示P<0.05水平的差異顯著性；不同大寫英文字母表示P<0.01水平的差異顯著性。下同 Different lowercase letters indicate the significance of P < 0.05; Different capital letters indicate the significance of P < 0.01.The same as below圖1 不同平菇菌株在高比例水稻秸稈基質(zhì)上菌絲生長情況Fig.1 Hyphal growth of different P.ostreatus strains on substrates with high proportion of rice straw

表3 不同平菇菌株在高比例水稻秸稈基質(zhì)上單袋產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀情況

圖2 不同顆粒度的水稻秸稈基質(zhì)裝袋干重及平菇生長情況Fig.2 Per-bag weight of rice-straw substrates with different particle size and growth of P. ostreatus hyphae on the substrates

表4 添加不同種類及含量的氮源輔料基質(zhì)平菇菌絲生長情況

如圖3所示，各處理平菇子實體產(chǎn)量以配方N8最高，N13最低，N16、N17不出菇；添加氮源輔料后平菇單朵重量明顯增加，最高0.3 kg，是對照(0.14 kg)的2倍；配方N2～N5子實體菌蓋相比對照均明顯增大。

2.3.3 不同比例水稻秸稈基質(zhì)上平菇生長結(jié)果 從表5可以看出，不同比例水稻秸稈基質(zhì)栽培平菇的菌絲生長速度差異顯著，全棉籽殼配方C1的初始碳氮比為61∶1，隨著水稻秸稈部分或全部替代棉籽殼，配方C2～C5的碳氮比不斷降低，全水稻秸稈配方C5最低，為52∶1，均低于常規(guī)玉米芯配方CK(113∶1)。菌絲日均長速配方C2最快，與配方C4、C5和CK有顯著差異，與配方C1、C3差異不明顯。單袋產(chǎn)量全棉籽殼基質(zhì)配方C1為0.72 kg，配方C2開始單袋產(chǎn)量開始增加，配方C3達到最高1.22 kg，C4～C5逐漸降低至0.99 kg，均高于CK對照配方0.43 kg。生物學(xué)效率隨著水稻秸稈添加比例增大也呈先增高后降低趨勢，棉籽殼配方C1為66.05 %，C4最高為142.69 %，且與其他差異極顯著，C5為126.82 %，均極顯著高于對照配方CK。

圖3 添加不同種類及含量的氮源輔料基質(zhì)上平菇單袋產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀情況Fig.3 Yield per bag and agronomic characteristics of P. ostreatus on substrates with different kinds and contents of nitrogen sources

如表6所示，隨著水稻秸稈添加比例增大，單袋總成本從配方C1的2.85元逐漸降低至1.84元，且均高于對照配方CK(1.75元)。子實體按市場價6元/kg計算，總收入、單袋效益以及產(chǎn)出/投入均高于配方C1以及對照配方CK，配方C3、C4的單袋總收入和單袋效益最高，分別為7.28、7.20元和4.91、5.17元，配方C3～C5的產(chǎn)出/投入均超過2.0，配方C4最大，為2.55。

3 討 論

平菇屬于擔(dān)子菌亞門，營木腐生，適應(yīng)能力以及生長能力均較強，可通過菌絲分泌各種酶，從而有效分解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及果膠，在不同碳源主料上的生長情況存在差異，是平菇生長發(fā)育的主要碳源來源[11-14]，而不同真菌對不同顆粒度的秸稈分解利用效率也不同[15]。試驗結(jié)果表明，在80 %高含量水稻秸稈基質(zhì)配方上，不同平菇菌株表現(xiàn)各有不同，‘雜優(yōu)一號’菌株綜合表現(xiàn)最好。因此，針對不同秸稈新材料利用食用菌進行基質(zhì)化利用時，因不同菌株在對秸稈的分解利用能力不同，選育高效利用相關(guān)秸稈的菌株應(yīng)居首位。

表5 不同比例水稻秸稈基質(zhì)栽培平菇的生長發(fā)育情況

表6 不同比例水稻秸稈基質(zhì)栽培平菇的單袋經(jīng)濟效益情況

平菇栽培過程中適宜的秸稈顆粒度也是關(guān)鍵因素之一，顆粒度過小容易導(dǎo)致菌袋內(nèi)菌絲缺氧，最終影響平菇生長發(fā)育。王強(2005)在利用棉籽殼基質(zhì)研究容重與容積對平菇生長的影響時報道：容重不變的情況下，生物學(xué)效率隨容積增大而提高，隨栽培基質(zhì)容重增大而降低[16]。本試驗結(jié)果也顯示，水稻秸稈基質(zhì)栽培平菇時，裝袋容重隨著秸稈顆粒度增大而降低，菌絲長速、子實體生物學(xué)效率以及菌蓋直徑反而隨之升高，在將水稻秸稈鍘斷呈30 mm段狀和粉碎后過20 mm孔篩后的絲絨狀后栽培平菇生長最好。

氮素是平菇合成蛋白質(zhì)和核酸的重要物質(zhì)[17]，主要來源于輔料。試驗結(jié)果表明，全水稻秸稈基質(zhì)上添加麥麩和玉米粉后菌絲生長速度較快，滿袋時間短，添加15 %玉米粉產(chǎn)量最高；添加不同比例的氮源輔料對平菇產(chǎn)量提升有限，對菌絲長速、單朵重和菌蓋直徑反而提升明顯。推測可能因水稻秸稈主料本身營養(yǎng)豐富、容易完全分解利用，是否添加輔料氮源對平菇最終產(chǎn)量影響不大，但因輔料中含有豐富的容易利用的氮源、糖類物質(zhì)，因此反而對菌絲生長、子實體大小影響明顯。由此表明秸稈基質(zhì)中在補充氮源的基礎(chǔ)上，適度添加容易利用的糖對平菇在生長具有一定的積極作用。試驗也表明，添加尿素極易導(dǎo)致平菇菌絲生長緩慢、污染嚴重，甚至不出菇，與添加少量的尿素能增加平菇產(chǎn)量的報道不符[18]。

水稻秸稈主料配方試驗表明，利用水稻秸稈部分或全部替代棉籽殼作為栽培平菇，產(chǎn)量明顯增加，成本顯著降低，經(jīng)濟效益提升明顯，以61 %水稻秸稈與21 %棉籽殼復(fù)配時，平菇生物學(xué)效率最高可達142.69 %，且產(chǎn)投比值最大，最高單袋效益最高可達5.17元；主料檢測結(jié)果也表明，水稻秸稈營養(yǎng)均衡，氮、磷元素含量遠高于常規(guī)栽培使用的棉籽殼和玉米芯材料，含有豐富的可溶性糖、總蛋白質(zhì)以及游離氨基酸等，適合用于栽培平菇。因此使用水稻秸稈作為基質(zhì)主料栽培平菇，完全可行，且優(yōu)勢明顯，有利于實現(xiàn)水稻秸稈廢棄物的資源化利用，同時大幅度減少棉籽殼用量，維護農(nóng)業(yè)和生態(tài)安全具有重要意義。

4 結(jié) 論

水稻秸稈營養(yǎng)豐富，適宜栽培平菇，作為基質(zhì)栽培平菇最適菌株為‘雜優(yōu)一號’，顆粒度為鍘斷呈30 mm段狀和粉碎后過20 mm孔篩后的絲絨狀時最佳，最適氮源及添加量為15 %玉米粉，其次為麥麩，使用碳氮源復(fù)配配方：61.5 %水稻秸稈，21.5 %棉籽殼，15 %玉米粉，2 %石灰，栽培產(chǎn)量及效益最高。