劉 芹,崔 筱,孔維麗,胡素娟,宋志波,袁瑞奇,康源春,張玉亭
(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002)
平菇(Pleurotusostreatus)又名側(cè)耳、糙皮側(cè)耳、蠔菇、黑牡丹菇,是我國栽培區(qū)域最為廣泛的食用菌之一,也是河南省最主要的食用菌栽培品種[1-2]。目前我國平菇栽培品種近200個,對平菇種質(zhì)資源的評價以分類鑒定為主,而對于不同栽培模式下菌絲體的特性、子實(shí)體的產(chǎn)量、外在品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)、耐儲性等仍沒有建立綜合評價體系[3]。食用菌種質(zhì)資源的綜合評價是食用菌遺傳育種的研究基礎(chǔ),創(chuàng)制新資源、新種質(zhì),獲得產(chǎn)量高、品質(zhì)好、耐高溫等性狀多樣的系列種質(zhì)資源,是食用菌育種的目標(biāo)[4]。建立量化的平菇農(nóng)藝性狀評價指標(biāo)并探討行之有效的綜合評價方法,對我國食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
模糊數(shù)學(xué)將矩陣評判和模糊理論綜合應(yīng)用,是對許多綜合問題進(jìn)行評價的一種有效方法,目前主要應(yīng)用于工程科學(xué)、生命科學(xué)與經(jīng)濟(jì)管理領(lǐng)域,而在農(nóng)作物種質(zhì)資源評價方面的應(yīng)用較少[5-7]。張曉光等[8]運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)和灰色關(guān)聯(lián)度分析的方法,對4個山藥品種的6個代表性性狀參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價,結(jié)果表明鐵棍山藥綜合表現(xiàn)最好。金雪花等[9]基于模糊數(shù)學(xué)方法評價了不同大豆品種對豆?jié){感官品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,中龍606制備的豆?jié){綜合評價得分最高,感官品質(zhì)最佳。聚類分析廣泛應(yīng)用于燕麥[10]、葡萄[11]、辣椒[12]、木耳[13]、小麥[14]等農(nóng)作物種質(zhì)資源分類,可以真實(shí)反映品種的綜合性狀,從而為育種取材提供客觀依據(jù)。本研究擬運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評定方法和聚類分析方法對23個平菇品種進(jìn)行綜合評判優(yōu)選,篩選出綜合品質(zhì)較好的平菇品種,可為平菇品質(zhì)評價方法的選擇提供參考依據(jù),也可為平菇育種、生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)概況 該試驗(yàn)于2019年2—11月進(jìn)行,地點(diǎn)位于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地。
1.1.2 供試品種 供試平菇品種共23個,編號、名稱及來源見表1。
表1 平菇品種及編號
1.1.3 培養(yǎng)基 葡萄糖瓊脂(PDA)培養(yǎng)基:土豆200 g、葡萄糖20 g、水1 000 mL,pH值自然。高氮培養(yǎng)基:葡萄糖20 g、蛋白胨10 g、無氮瓊脂20 g、水1 000 mL。栽培培養(yǎng)基:玉米芯84%、麩皮10%、尿素1.0%、石灰5%,料水比1∶2.5。
1.2.1 菌絲生長溫度耐受性測定 將活化后的菌株分別轉(zhuǎn)接至PDA培養(yǎng)基,25 ℃培養(yǎng)3 d后分別放置于3、5、35、40 ℃繼續(xù)培養(yǎng)5 d,測量菌絲生長速度,記錄菌絲長勢[15]。
1.2.2 菌絲生長氮量耐受性測定 將平菇菌株分別轉(zhuǎn)接至高氮培養(yǎng)基,每個菌株轉(zhuǎn)接10皿,25 ℃培養(yǎng)7 d,測量菌絲生長速度,記錄菌絲長勢[15]。
1.2.3 產(chǎn)量測定 按照DB41/T 1211—2016《平菇發(fā)酵料栽培技術(shù)規(guī)程》制備發(fā)酵培養(yǎng)料,發(fā)酵完成后采用26 cm×51 cm×0.001 5 cm聚乙烯袋,每袋裝培養(yǎng)料3.5 kg,開放式接種,25 ℃避光培養(yǎng)至菌絲滿袋后移入出菇室,一端開口出菇,保持室內(nèi)溫度15~18 ℃,相對濕度80%~90%,光照強(qiáng)度150~200 lx,子實(shí)體長至7成熟采收,測定兩茬鮮菇總產(chǎn)量。記載子實(shí)體生物學(xué)性狀,子實(shí)體烘干后用于品質(zhì)檢測。
1.2.4 子實(shí)體生物學(xué)特性描述和測定 按照平菇DUS測試指南描述子實(shí)體顏色、菌蓋厚度、菌蓋大小、菌肉質(zhì)地及菌柄長短[16]。
1.2.5 子實(shí)體內(nèi)在品質(zhì)分析 分析100 g干子實(shí)體內(nèi)蛋白質(zhì)、粗纖維及脂肪含量。蛋白質(zhì)含量依據(jù)GB/T 15673—2009《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食用菌中粗蛋白含量的測定》方法進(jìn)行測定;脂肪含量依據(jù)GB/T 15674—2009《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食用菌中粗脂肪含量的測定》方法進(jìn)行測定;粗纖維含量依據(jù)GB/T 5009.10—2003《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物類食品中粗纖維含量測定》方法進(jìn)行測定。
1.2.6 平菇品種模糊綜合評價模型的建立
1.2.6.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù) (1)構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)評價因子的層次類別關(guān)系,將層析結(jié)構(gòu)分為4層(圖1):第1層為目標(biāo)層(A),為綜合品質(zhì)評價;第2層為準(zhǔn)則層(B),記為B={B1,B2,B3,B4},B1為平菇外在品質(zhì),B2為平菇產(chǎn)量性狀,B3為平菇內(nèi)在品質(zhì),B4為平菇菌絲抗逆性;第3層為指標(biāo)層(X),為影響平菇品質(zhì)的因素,記為X={X1,X2,X3,X4,…,X12};第4層為方案層(Y),為不同的供試平菇品種,記為Y={Y1,Y2,Y3,Y4,…,Y23},式中Y1—Y23分別為黑抗650、新831、灰平1號、農(nóng)平1號、Y9H15、5506、黑平17-1、天達(dá)300、Y6P3、中蔬10號、小白平、耐熱王、農(nóng)友3號、黑平16-1、蘇引6號、變異夏福、早秋4508、江都71、黑豐、平雜A、灰美2號、農(nóng)平4號、雪美。
圖1 平菇品質(zhì)指標(biāo)的綜合評價樹
(2)根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和專家意見,采用Saaty引入的九標(biāo)度法建立兩兩比較矩陣[17]。判斷X層中各元素對B層的重要性,分別構(gòu)造X1—X5對B1、X7—X9對B3、X10—X12對B4的比較矩陣。B2只含有一個指標(biāo)X6,不用構(gòu)造矩陣。同理,構(gòu)造準(zhǔn)則層B1—B4對A層的比較矩陣。
(1)
當(dāng)CR≤0.1時,比較矩陣的一致性是可以接受的,當(dāng)CR>0.1時,比較矩陣應(yīng)做適當(dāng)修正。
(4)層次總排序及組合權(quán)重的一致性檢驗(yàn)。層次總排序是計算同一層次所有因素對高層目標(biāo)層相對重要性的權(quán)重[17-18]。B層上第k個準(zhǔn)則相對于目標(biāo)層A的權(quán)重向量用P=(p1,p2,…,pk)表示,X層上第j元素對所屬準(zhǔn)則層Bk的權(quán)重向量用W=(w1,w2,…,wj)表示,則X層上第j元素對A層的組合權(quán)重向量表示為Sj=(p1,p2,…,pk)×wj。根據(jù)公式(2)計算CR組合。當(dāng)CR組合≤0.1時,認(rèn)為層次總排序一致性較好。否則需要對本層次的各判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整,直至使層次總排序具有令人滿意的一致性。
(2)
1.2.6.2 品質(zhì)綜合評定 用極差標(biāo)準(zhǔn)化法,對各測定指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,將其化為0~1的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)[19]。各指標(biāo)評定計算公式為:
(3)
式中,Yij為第i組樣品的第j個內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)的評定指數(shù);Y為第i組樣品的第j個內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測值;R=Ymax-Ymin稱為極差,Ymax和Ymin分別為平菇樣品的第j個品質(zhì)指標(biāo)實(shí)測值中的最大值和最小值。然后將各供試品種各指標(biāo)得分的規(guī)一化結(jié)果與組合權(quán)重作內(nèi)積,得到各品種的綜合評價得分,即:
Ri=Yij×Sj
(4)
式中:Ri為第i組的供試品種品質(zhì)指標(biāo)的綜合評定指數(shù);Yij為第i組供試樣品的第j個評價因子的無量綱化結(jié)果;Sj為第j個因素的組合權(quán)重。
1.2.7 聚類分析 運(yùn)用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件,以篩選的12個經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀指標(biāo)為依據(jù),采用離差平方和(Ward)法對23個平菇常規(guī)栽培品種進(jìn)行Q型系統(tǒng)聚類分析[11],度量標(biāo)準(zhǔn)采用歐式距離(Euclidean distance)。
使用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,運(yùn)用Matlab R2017b計算權(quán)重,并用SPSS 20.0進(jìn)行聚類分析。
2.1.1 菌絲抗逆性 食用菌菌絲具有較高的抗逆性有利于維持產(chǎn)量和商品性狀的穩(wěn)定。本研究將平菇菌絲耐高溫、耐低溫和耐高氮3個指標(biāo)作為菌絲抗逆性的評價因子(表2)。在23個供試平菇品種中,菌絲抗逆性按菌絲長勢和生長速度分為好(1級)、較好(2級)、中(3級)、較差(4級)和差(5級)5個等級,其中耐低溫好的品種(1級)包括Y9H15、5506、耐熱王、灰美2號、雪美;耐低溫差的品種(5級)包括黑抗650和黑豐。耐高溫好的品種(1級)包括抗黑抗650、新831、農(nóng)平1號、黑平17-1、天達(dá)300、黑平16-1、蘇引6號、變異夏福、早秋4508、灰美2號、雪美;耐高溫差的品種(5級)包括灰平1號、江都71。耐高氮好的品種(1級)包括農(nóng)平1號、灰平1號、黑平17-1、黑平16-1、農(nóng)平4號;耐高氮差(5級)的品種包括中蔬10號、耐熱王、蘇引6號、變異夏福、平雜A。
表2 供試平菇品種主要生物經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)
2.1.2 子實(shí)體外觀品質(zhì)評價
2.1.2.1 子實(shí)體菌蓋顏色 23個供試平菇品種按照子實(shí)體菌蓋顏色深淺分為黑(藍(lán)黑)色(1級)、深灰(2級)、淺灰(3級)、灰白(4級)和乳白(5級)5個級別,其中菌蓋顏色黑色(藍(lán)黑):灰平1號、Y9H15、黑平17-1、黑平16-1;深灰色:黑抗650、農(nóng)平1號、5506、Y6P3、耐熱王、黑豐;淺灰色:早秋4508、江都71、灰美2號、農(nóng)平4號;灰白色:新831、天達(dá)300、中蔬10號、蘇引6號、變異夏福、平雜A、雪美;乳白色:小白平(表2)。
2.1.2.2 菌蓋厚度和大小 23個供試平菇品種按照子實(shí)體菌蓋薄厚分為3級,其中菌蓋厚(1級):黑抗650、小白平、變異夏福、早秋4508、黑豐、灰美2號、農(nóng)平4號;菌蓋中等厚度(2級):灰平1號、農(nóng)平1號、Y9H15、5506、黑平17-1、Y6P3、黑平16-1、江都71、平雜A、雪美;菌蓋薄(3級):新831、天達(dá)300、中蔬10號、耐熱王、農(nóng)友3號、蘇引6號。不同品種子實(shí)體菌蓋的厚薄程度不同,菌蓋大小也有著明顯的差異,23個供試品種的菌蓋平均大小為7.15 cm,其中農(nóng)平1號菌蓋最大,為8.5 cm,而蘇引6號菌蓋最小,為5.8 cm。
2.1.2.3 菌肉質(zhì)地和菌柄長短 23個供試平菇品種按照菌肉質(zhì)地的軟硬程度分為3級,其中質(zhì)地硬(1級):黑抗650、灰平1號、Y9H15、黑平17-1、小白平、黑平16-1、變異夏福、江都71、黑豐、灰美2號;質(zhì)地中等硬(2級):新831、農(nóng)平1號、5506、Y6P3、農(nóng)友3號、早秋4508、平雜A、農(nóng)平4號、雪美;其余品種菌肉質(zhì)地較軟(3級)。一般認(rèn)為子實(shí)體菌柄短的平菇品種感官品質(zhì)好,23個供試平菇品種菌柄平均長度為4.59 cm,其中耐熱王菌柄長度最長為6.8 cm,黑平16-1菌柄長度最短為1.7 cm。
2.1.3 子實(shí)體內(nèi)在品質(zhì) 平菇是一種高蛋白質(zhì)、高膳食纖維、低脂肪的食物,具有很高的醫(yī)療和保健價值[20]。23個供試平菇品種子實(shí)體蛋白質(zhì)、粗纖維及脂肪平均含量分別為22.6%、6.40%和1.34%。其中黑平17-1蛋白質(zhì)含量最高,為27.9%,5506具有最低的蛋白質(zhì)含量(16.6%)和最高的粗纖維含量(8.54%),農(nóng)平1號粗纖維含量最低為3.78%。新831、黑豐、平雜A和農(nóng)平4號脂肪含量最高,為1.6%,而中蔬10號脂肪含量最低,為0.9%。
2.1.4 產(chǎn)量 23個供試平菇品種鮮菇平均產(chǎn)量為0.98 kg/袋,其中黑平17-1產(chǎn)量最高,每袋可產(chǎn)鮮菇1.32 kg,而小白平產(chǎn)量最低,每袋僅產(chǎn)鮮菇0.65 kg。
變異系數(shù)表示不同個體間的各性狀受不同條件影響發(fā)生的變異程度,它能反映作物性狀變化的基本動態(tài)[21]。由表3可知,不同供試平菇品種菌絲耐高溫的變異系數(shù)最大(63.72%),說明不同品種間菌絲耐高溫性狀的差異較大。其次為菌絲耐高氮及耐低溫、菌蓋顏色、菌肉質(zhì)地性狀,其變異系數(shù)依次為50.46%、48.68%、43.54%和43.23%,表明平菇不同品種在菌絲抗逆性、菌蓋顏色和菌肉質(zhì)地等方面存在顯著的差異。其余指標(biāo)的變異系數(shù)均較小,尤其是不同品種子實(shí)體菌蓋大小的變異系數(shù)最小(10.48%),說明不同品種間菌蓋大小變化比較穩(wěn)定??傮w來說,12個評定因子在不同品種間的表現(xiàn)不同,很難根據(jù)單一指標(biāo)對不同品種的平菇品質(zhì)做出準(zhǔn)確的判斷。
表3 供試平菇品種主要生物經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)
表4 Matlab分析比較矩陣B1-X及一致性檢驗(yàn)結(jié)果
表5 Matlab分析比較矩陣B3-X及一致性檢驗(yàn)結(jié)果
表6 Matlab分析比較矩陣B4-X及一致性檢驗(yàn)結(jié)果
表7 Matlab分析比較矩陣A-B及一致性檢驗(yàn)結(jié)果
X層上第j元素對A層的組合權(quán)重向量Sj=(0.115 3,0.068 1,0.041 0,0.024 5,0.014 1,0.501 1,0.100 8,0.041 4,0.016 9,0.032 9,0.032 9,0.011 0)。CR組合=0.064 5<0.1,這說明組合權(quán)向量符合一致性檢驗(yàn)要求,層次總權(quán)重排序具有滿意的一致性。
由表8可知,黑平17-1、灰美2號、新831、農(nóng)平4號、黑抗650、黑豐、天達(dá)300的綜合得分最高(Ⅰ級),這7個品種在外觀、產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)較為突出,表明這7個品種是優(yōu)良的平菇栽培品種。變異夏福、Y9H15、早秋4508、農(nóng)友3號、Y6P3、黑平16-1、平雜A、5506綜合得分也比較高(Ⅱ級),而灰平1號、農(nóng)平1號、江都71、雪美、小白平、耐熱王、蘇引6號、中蔬10號由于在產(chǎn)量、外觀方面的表現(xiàn)較差而得分較低(Ⅲ級),其中,中蔬10號的得分最低。
表8 供試平菇品種品質(zhì)綜合評定結(jié)果
續(xù)表8 供試平菇品種品質(zhì)綜合評定結(jié)果
由圖2可知,在歐氏距離=5時,23個平菇品種可分為三大類:其中第Ⅰ類群包括黑平17-1、灰美2號、新831、農(nóng)平4號、黑抗650、黑豐及天達(dá)300,這7個品種在產(chǎn)量、外觀、內(nèi)在品質(zhì)等方面近似,在模糊評價中得分較高,綜合品質(zhì)方面較為突出;第Ⅱ類群包括變異夏福、Y9H15、早秋4508、農(nóng)友3號、Y6P3、黑平16-1、平雜A、5506及灰平1號,這9個品種在菌蓋大小和脂肪含量等指標(biāo)上表現(xiàn)出相近的趨勢,因此聚類在一起;第Ⅲ類群所包含的品種有農(nóng)平1號、江都71、雪美、小白平、耐熱王、蘇引6號、中蔬10號,此類品種在產(chǎn)量和菌柄長短方面較為類似,故歸為一類。
圖2 供試平菇品種的Q型聚類樹形圖
本研究對河南省23個平菇常規(guī)栽培品種的12個主要生物經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀進(jìn)行了觀測與分析,主要目的是為進(jìn)一步篩選經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀優(yōu)良的品種奠定基礎(chǔ)。其中,菌絲抗逆性的3個指標(biāo)的變異系數(shù)最大,說明菌絲抗逆性的多樣性來源于平菇品種間的差異;其次菌蓋顏色、菌肉質(zhì)地、菌蓋厚度及菌柄長短的變異系數(shù)也較大,說明不同平菇品種間外在品質(zhì)差異較為顯著;再者產(chǎn)量的變異系數(shù)也較大,其中具有高產(chǎn)豐產(chǎn)特性的黑平17-1、灰美2號、新831及農(nóng)平4號是非常有潛力的栽培品種。
優(yōu)質(zhì)平菇的綜合品質(zhì)一般包括菌蓋厚且小、菌柄短、蛋白含量高、豐產(chǎn)、菌絲抗逆性好。優(yōu)質(zhì)平菇的衡量是多項(xiàng)指標(biāo)的綜合評價,本研究通過比較影響平菇綜合品質(zhì)的12個評價因子,建立層次結(jié)構(gòu)模型,進(jìn)而利用模糊數(shù)學(xué)原理對平菇的綜合品質(zhì)進(jìn)行評價。進(jìn)行正確的品質(zhì)評價首先要確定評價因子[22-23]。平菇的品質(zhì)評價主要包括外觀品質(zhì)(顏色、菌肉質(zhì)地、菌柄長短、菌蓋大小及厚度等)、內(nèi)在品質(zhì)(蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪等成分含量)、菌絲抗逆性(耐高溫、耐低溫、耐高氮等)等方面。在平菇的品質(zhì)評價中,菌肉質(zhì)地是商場消費(fèi)的第一判斷標(biāo)準(zhǔn),是平菇商品貨架的主要外部指標(biāo),在一定程度上菌肉質(zhì)地的大小權(quán)重值要超過菌蓋厚度和菌蓋顏色。而菌柄長短和菌蓋大小也是平菇外觀品質(zhì)的重要指標(biāo),目前市場上要求優(yōu)質(zhì)平菇菌蓋小而肉厚、菌柄短。本研究根據(jù)上述要求對不同品種平菇非量化的外觀品質(zhì)指標(biāo)人為地賦予了量化值。產(chǎn)量因素是影響平菇栽培選種的重要因素,產(chǎn)量與品種好壞直接相關(guān),因此將產(chǎn)量作為評價因素之一[24]。此外,內(nèi)在品質(zhì)如蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪含量是影響平菇口感和營養(yǎng)程度的重要指標(biāo)。食用菌是一種高蛋白質(zhì)、高纖維素、低脂肪的健康食品,但纖維素含量過高則會影響口感,因此纖維素含量的大小權(quán)重值在一定程度上低于蛋白質(zhì)[25]。菌絲具有較好地溫度耐受性和耐高氮能力則能夠較好地適應(yīng)外界環(huán)境變化而維持較高的產(chǎn)量,因此本研究將菌絲耐低溫、耐高溫、耐高氮作為評價平菇抗逆性的指標(biāo)。綜合考慮影響平菇綜合品質(zhì)的外觀品質(zhì)、產(chǎn)量、內(nèi)在品質(zhì)和菌絲抗逆性等12個指標(biāo),通過層次分析法得到各個因素的權(quán)重向量,從而建立模糊綜合評判模型。利用模糊數(shù)學(xué)原理將23個平菇品種進(jìn)行綜合得分排序可以對平菇品種的多種指標(biāo)進(jìn)行全面綜合的科學(xué)評價,從而篩選出不同等級的品種。此外,本研究根據(jù)上述選定的評價因子對23個平菇品種進(jìn)行了聚類分析,聚類可以客觀地反映供試品種的品質(zhì)特征,也能一定程度上反映品種間的親緣關(guān)系,從而篩選出不同類別的品種。利用模糊綜合評價方法結(jié)合聚類分析,能夠給予不同品種品質(zhì)較為全面、客觀的評價和分析,為平菇品質(zhì)的綜合評價提供了新的思路和方法。
本研究對河南省23個平菇常規(guī)栽培品種的12個生物經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),不同品種間菌絲抗逆性和外在品質(zhì)差異較大,而不同品種間內(nèi)在品質(zhì)方面差異較小。聚類分析與模糊綜合評價判定結(jié)果較為一致,品質(zhì)優(yōu)良的黑平17-1、灰美2號、新831、農(nóng)平4號、黑抗650、黑豐、天達(dá)300聚為Ⅰ類,品質(zhì)中等的變異夏福、Y9H15、早秋4508、農(nóng)友3號、Y6P3、黑平16-1、平雜A、5506、灰平1號聚為Ⅱ類,品質(zhì)差的農(nóng)平1號、江都71、雪美、小白平、耐熱王、蘇引6號、中蔬10號聚為Ⅲ類。綜上可知,平菇品質(zhì)和品種間關(guān)聯(lián)關(guān)系較為顯著,模糊數(shù)學(xué)評價方法結(jié)合聚類分析可用來分析平菇品質(zhì)的優(yōu)劣。