不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長速度、菌絲分支與生物量的影響

侯立娟，李正鵬，林金盛，馬 林，李輝平，曲紹軒，姜建新，鄒秀龍，楊華平，李長田，蔣 寧，*

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇 南京 210014； 2.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食用菌研究所，上海 264025； 3.江蘇江南生物科技有限公司，江蘇 丹陽 212300； 4.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院，吉林 長春 130018)

營養(yǎng)因素和環(huán)境條件是食用菌生長發(fā)育所必需的，其中營養(yǎng)條件主要包括碳源、氮源、碳氮比、礦質(zhì)元素等；而環(huán)境條件主要包括溫度、濕度、光照、pH、CO2和O2濃度等[1]。目前對食用菌生長發(fā)育所需的環(huán)境條件中如溫濕度及CO2濃度等方面的文獻報道比較多，而對于光照對食用菌生長發(fā)育影響的研究較少也比較緩慢，已經(jīng)滯后于快速發(fā)展的食用菌種類和工廠化生產(chǎn)的技術(shù)要求[2-4]。近年研究表明，發(fā)光二極管LED為半導(dǎo)體固態(tài)冷光源，可發(fā)出單色可見光，具有光質(zhì)純、光效高、波長類型豐富、光照度與光譜能量調(diào)制便捷等優(yōu)點，呈現(xiàn)出傳統(tǒng)光源無法比擬的光電優(yōu)勢[5]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于蒜苗、茄子、番茄、黃瓜等作物栽培上，而在食用菌尤其是如何科學(xué)地應(yīng)用LED光照在草菇的栽培中鮮見報道。本研究通過采用LED燈調(diào)制不同紅藍光比例的光質(zhì)，以白光為對照，研究不同光質(zhì)條件對草菇菌絲的生長速度的差異，以期為工廠化栽培草菇科學(xué)應(yīng)用LED光源對草菇的生長和品質(zhì)等方面的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

草菇菌株為V23，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所食用菌研究室保存。草菇的母種培養(yǎng)基為PDA培養(yǎng)基:馬鈴薯200 g，葡萄糖 20 g，瓊脂 20 g，水1 000 mL，pH 值自然。

1.2 LED光源設(shè)計

本實驗采用的LED光源為南京植生照明有限公司提供，以鏑燈為對照，設(shè)置是紅光、藍光，以及不同紅、藍光的比例，使用OHSP-350P光譜照度計手持調(diào)整光通亮子密度，各處理的光譜處理見表1所示。

表1 不同LED光源設(shè)計及指標

1.3 試驗方法

1.3.1 菌絲生長速度的測定

首先將供試菌株V23接種在PDA平板培養(yǎng)基上，于32 ℃培養(yǎng)活化 5 d。在活化已長滿V23菌絲生長邊緣均勻打孔，取直徑約為5 mm長滿菌絲的培養(yǎng)基接入PDA培養(yǎng)基中，放入32 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，最后在新配置的PDA 培養(yǎng)基上接種菌種塊，用封口膜封口，待菌絲已經(jīng)萌發(fā)，均培養(yǎng)2 d 的平板放入不同光質(zhì)LED光源的光下照射，一共設(shè)計5個處理，分別為白光、紅光、藍光、紅光∶藍光為1∶1、紅光∶藍光為1∶2、紅光∶藍光為2∶1，以上處理每天定時測定并記錄菌絲的生長速度及長勢。接種后每隔24 h測定其菌絲生長速度，以其中一個處理長滿平皿結(jié)束測量，用游標卡尺定時測量菌落直徑[6]。

1.3.2 菌絲分支的測定

菌絲分支之間的距離的測定方法參考文獻[7]稍有修改，首先將草菇的菌種接種在插有載玻片PDB 培養(yǎng)基上，于32 ℃培育到第2天，將爬到載玻片的菌絲懸浮在含有2.5μg·mL-1熒光增白劑28(Sigma)，然后將載玻片的菌絲在顯微鏡下使用紫外線燈觀察菌絲分支的距離，圖片保存后并記錄菌絲分支的距離。分別測得6個光源處理下的菌絲分支距離，每個處理重復(fù)5次。

1.3.3 菌絲生物量的測定

培養(yǎng)基采用市售CPDB培養(yǎng)基：24 g定容至l L。將CPDB培養(yǎng)基分裝于250 mL錐形瓶內(nèi)，每瓶裝100 mL，每個處理4個重復(fù)。然后取活化后的V23草菇菌種置9 cm的平板，挖去接種點為中心向外輻射1 cm區(qū)域于均質(zhì)儀中，加入100 mL無菌水，打碎10 s，取1mL菌種接入含100 mL PDB的250 mL三角瓶中，120 r·min-1，32 ℃培養(yǎng)，將各個處理的4瓶菌絲收獲后分別放在-50 ℃凍干燥機中充分干燥，稱其菌絲干重[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用DPS統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行顯著分析處理，大寫字母代表顯著水平P<0.01，小寫字母代表顯著水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長的影響

由表2、圖1可以看出，草菇在紅光、藍光和不同比例紅藍光處理下，菌落的顏色、邊緣整齊程度和菌落形態(tài)均沒有顯著差異，在菌絲長勢上，白光、紅光和藍光的菌絲長勢表現(xiàn)一致，紅光與藍光比為2∶1的菌絲較弱，紅光與藍光比為1∶2的菌絲較強，而紅光與藍光的比為1∶1菌絲長勢表現(xiàn)為強，說明不同光質(zhì)LED光源對菌絲的長勢影響較大，而對菌絲形態(tài)的影響不明顯。

表2 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長的影響

圖1 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長的影響Fig.1 Effect of different light quality LED light sources on mycelium growth of straw mushroom

2.2 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長速度的影響

由圖 2可以看出，紅光、藍光和不同比例的紅藍光對菌絲的生長速度的影響表現(xiàn)出明顯的差異。由于草菇的菌絲生長速度非常快，不同光質(zhì)對菌絲每天生長的影響不同。菌絲生長的第1天，紅藍光1∶2還有CK的菌絲生長速度與紅光和藍光的生長速度呈顯著差異(P<0.05)，但與紅藍光比例分別為1∶1和2∶1菌絲生長速度無顯著差異(P>0.05)；菌絲生長的第2天，發(fā)現(xiàn)紅藍光1∶2的菌絲生長速度最快，而藍光和紅藍光比例為2∶1菌絲生長速度最慢，并且紅藍光1∶2的菌絲生長分別與CK、紅光、藍光、紅藍光比例為1∶1的菌絲生長速度呈顯著差異(P<0.05)；菌絲長到第3天，紅藍光1∶2的菌絲生長速度最快，紅藍光比例為2∶1菌絲生長速度最慢，紅藍光比例為1∶1的菌絲生長速度與紅光、藍光、紅藍光比例為1∶1的菌絲生長速度呈顯著差異(P<0.05)；菌絲生長到第4天，紅藍光比例為1∶2和1∶1的菌絲的生長速度為最快，并與其他處理呈顯著差異(P<0.05)；而觀察到菌絲第5天時，各個處理的菌絲生長速度并沒有顯著差異。從以上的結(jié)果分析，不同LED光源的光質(zhì)對菌絲生長速度影響很大。監(jiān)測草菇整個菌絲生長情況，發(fā)現(xiàn)紅藍光比例為1∶2對菌絲的生長有顯著的作用，并且持續(xù)保持領(lǐng)先有促進作用，其次是紅藍光比例為1∶1，并且LED光源的光質(zhì)對菌絲的影響主要集中在前期，到菌絲后期作用不大。

同一處理時間下，不同處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Bars in the same treatment time without the same lowercase letters indicated the significant (P<0.05) difference.圖2 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生長速度的影響Fig.2 Effect of different LED light quality on hyphae growth rate of straw mushroom

2.3 不同光質(zhì)LED 光照對菌絲分支的影響

不同光質(zhì)LED光源對草菇菌絲分支的影響見圖3。對照、藍光和紅光的菌絲分支距離比較大，并且單獨紅光和藍光與CK的菌絲分支的距離沒有顯著差異；藍光∶紅光的比例為2∶1比CK的菌絲分支距離減少了11.56%，藍光∶紅光的比例為2∶1與CK的菌絲分支距離呈極顯著差異(P<0.01)；藍光∶紅光的比例為1∶1與CK相比，菌絲分支減少了16.03%，藍光∶紅光的比例為1∶2 的菌絲分支距離比CK的菌絲分支距離減少了15.13%，并且藍光∶紅光的比例為1∶1與1∶2 的菌絲分支距離分別與CK呈極顯著差異(P<0.01)。從數(shù)據(jù)分析上看，CK的菌絲分支距離比較大，菌絲長勢相對較弱；而藍光∶紅光的比例為1∶1的菌絲分支距離比CK 的菌絲分支距離減少了16.03%，從表型上看，藍光∶紅光的比例為1∶1的菌絲長勢最強； 而藍光∶紅光的比例為2∶1的菌絲分支距離比CK 的菌絲分支距離減少了7.81%。

不同處理間沒有相同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。Bars without the same lowercase letters indicated the significant (P<0.01) difference. The same as below.圖3 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲分支的影響Fig.3 Effect of differernt light quality LED illumination on mycelium branch of V.volvacae

2.4 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生物量的影響

不同LED光源的光質(zhì)對草菇菌絲生物量的影響見圖4。紅光∶藍光的比例分別為1∶1和1∶2與CK的菌絲生物量呈極顯著(P<0.01)差異；紅光∶藍光為1∶2的菌絲生物量比CK的菌絲生物量提高28.29%；紅光∶藍光為1∶1的菌絲生物量比CK的菌絲生物量提高19.97%；單紅光、單藍光和紅光∶藍光分別為1∶2與CK的菌絲生物量差異不顯著。

圖4 不同光質(zhì)LED光照對草菇菌絲生物量的影響Fig.4 Effect of differernt light quality LED illumination on mycelium biomass of straw mushroom

3 討論

光照是食用菌生長發(fā)育過程中一個重要因素，不同品種食用菌對不同波長可見光的反應(yīng)不同以及同一種食用菌的不同生長發(fā)育階段對光照、光質(zhì)的要求均有差異。光照既可刺激真菌發(fā)育，也可抑制真菌發(fā)育[9-11]，光照的作用機制是復(fù)雜的，并受其他環(huán)境因子或營養(yǎng)因子的影響[12]。目前普遍認為食用菌營養(yǎng)生長階段不需要光線誘導(dǎo)，但強光對菌絲生長具有抑制作用[13]。

光照不僅能影響食用菌菌絲體的生長速度、菌絲體密度和顏色等生物學(xué)形態(tài)，還對食用菌生理生化過程、營養(yǎng)物質(zhì)代謝具有調(diào)控作用[1，12]。光線波長是光線影響食用菌菌絲和子實體生長發(fā)育非常關(guān)鍵的因素，不同波長的光線對食用菌菌絲及子實體生長的作用不同，波長相同的光線對不同食用菌品種的菌絲生長發(fā)育的影響與對原基形成的影響也不盡相同[12]。據(jù)報道，光可以誘導(dǎo)一些食用菌原基的形成，同時對另一些食用菌品種的菌絲具有阻礙甚至有害的作用。如光譜中適量紫外光、藍色光對香菇[14]、平菇、金針菇[15]等食用菌的原基形成有促進作用，其他波段的光線基本是無效的；而同樣是藍色區(qū)域反而對靈芝、平菇、鳳尾菇[16]、猴頭菌菌絲生長均有害，香菇、木耳、銀耳等反應(yīng)不靈敏；紅色波段的光線相對于其他波段光線對食用菌菌絲生長阻礙作用較弱[17]。Davinia等[18]試驗證明，白色、紅色及藍色光譜區(qū)域?qū)坞p核菌絲均有阻礙作用，認為435.8 nm可誘導(dǎo)平菇出菇，從我們的試驗結(jié)果可以看出，單獨的紅光和藍光對草菇的菌絲生長速度具有抑制作用，這結(jié)果與上述報道相吻合，以上試驗說明食用菌菌絲可能在藍色光譜區(qū)域有一個光線受體，在菌絲生長階段接受光照會不利于菌絲生長，而在一個特定的階段，接受光照會促進原基的形成[10]。最新研究發(fā)現(xiàn)，LED光源的不同光質(zhì)對金針菇、滑菇、黑木耳的菌絲的影響顯著。紅光、黃光、黃藍光、藍光適合金針菇菌絲的生長；黑暗、紅綠光、紫光則不利于其生長；紅光和黑暗條件適合滑菇菌絲的生長，藍光、白光、黃藍光則不利于其生長；紅光、綠光、藍光適合黑木耳菌絲的生長，紅綠光和紫光則不利于其生長[19]。

適當(dāng)?shù)墓獯碳び欣诰z的生長和生理成熟的菌絲扭結(jié)成原基[20]。一般認為，散射光能促進平菇、香菇、金針菇等大多數(shù)食用菌子實體原基形成和分化。后經(jīng)試驗證明，散射光并非所有食用菌有性發(fā)育的最適光質(zhì)。在工廠化栽培中采用藍光誘導(dǎo)對金針菇子實體原基形成[21]；Leathem等[22]報道藍光刺激香菇原基形成和分化，而在草菇的栽培中對草菇的原基形成的時間、數(shù)量的影響還未見報道，這也是我們下一步要研究的內(nèi)容。

同時，光的劑量和處理方式也會影響食用菌的發(fā)育，據(jù)報道香菇在出菇前20 d進行光照處理，灰蓋鬼傘進行12 h光暗處理等均可以誘導(dǎo)原基形成和分化[23]。本實驗指出，LED光源對草菇菌絲分支即生物量的影響比較顯著。菌絲生長形成分支，進而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱為菌絲體。菌絲分支的距離大，菌絲稀疏，菌絲長勢相對較弱，菌絲分支距離小，菌絲濃密，菌絲的長勢相對較強，從圖3可以看出，紅光與藍光的比例為1∶2和1∶1時菌絲的分支距離有顯著變小，菌絲濃度、菌絲的長勢也相對較強，同時測定菌絲的生物量，也表現(xiàn)出菌絲生物量顯著高于對照處理。

通過以上的文獻報道和試驗數(shù)據(jù)，LED光源對食用菌的營養(yǎng)生長和生殖生長的影響顯著，目前LED光源對食用菌生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)的影響的系統(tǒng)研究進展還比較緩慢，尤其在草菇的栽培上，應(yīng)進一步確定最佳的光照強度、光周期參數(shù)，明確不同光質(zhì)對子實體的發(fā)育及產(chǎn)量的影響，為工廠化利用LED光源提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(References)：

[1] 于海龍，郭倩，楊娟，等. 環(huán)境因子對食用菌生長發(fā)育影響的研究進展[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，25(3): 100-104.

YU H L，GUO Q，YANG J，et al. Advance in researching the effects of environmental factors on growth and development of edible fungi[J].ActaAgriculturaeShanghai，2009，25(3): 100-104.(in Chinese with English abstract)

[2] 羅茂春，林標聲，林躍鑫. 光質(zhì)對紅平菇菌絲體和子實體生長發(fā)育的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2012，33(8): 188-190.

LUO M C，LIN B S，LIN Y X. Effect of light quality on the growth and development of the mycelium and fruit body ofPleurotusdjamor[J].ScienceandTechnologyofFoodIndustry，2012，33(8): 188-190.(in Chinese with English abstract)

[3] 劉明月，何長征，譚金蓮，等. 光質(zhì)對金針菇子實體生長發(fā)育的影響[J]. 中國食用菌，1997，16(6): 11-13.

LIU M Y，HE C Z，TAN J L，et al. Effects of light quality on the growth and development of the fruitbody of flammulian velutipes (fr.) sing[J].EdibleFungiofChina，1997，16(6): 11-13.(in Chinese with English abstract)

[4] 王立華，陳向東，王秋穎，等. LED光源的不同光質(zhì)對靈芝菌絲體生長及抗氧化酶活性的影響[J]. 中國中藥雜志，2011，36(18): 2471-2474.

WANG L H，CHEN X D，WANG Q Y，et al. Effect of different light of LED light quality on growth and antioxidant enzyme activities ofGanodermalucidum[J].ChinaJournalofChineseMateriaMedica，2011，36(18): 2471-2474.(in Chinese with English abstract)

[5] 劉文科，楊其長. 食用菌光生物學(xué)及LED應(yīng)用進展[J]. 科技導(dǎo)報，2013，31(18): 73-79.

LIU W K，YANG Q C. Prospects in edible fungi photobiology and LED applications[J].Science&TechnologyReview，2013，31(18): 73-79.(in Chinese with English abstract)

[6] 林金盛，馬林，蔣寧，等. 檸檬酸鈉對草菇菌絲生長特性的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，41(5): 526-531.

LIN J S，MA L，JIANG N，et al. Effects of sodium citrate on growth characteristics of straw mushroom mycelia[J].JournalofJilinAgriculturalUniversity，2019，41(5): 526-531.(in Chinese with English abstract)

[7] MU D S，LI C Y，ZHANG X C，et al. Functions of the nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase family inGanodermalucidum: an essential role in ganoderic acid biosynthesis regulation，hyphal branching，fruiting body development，and oxidative-stress resistance[J].EnvironmentalMicrobiology，2014，16(6): 1709-1728.

[8] 侯立娟，林金盛，劉少華，等. 醋酸鈉及復(fù)配4種礦物質(zhì)對草菇菌絲生物量的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2018，30(2): 228-235.

HOU L J，LIN J S，LIU S H，et al. Sodium acetate and compound with four kinds of minerals on the mycelium biomass ofVolvariellavolvacea[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis，2018，30(2): 228-235.(in Chinese with English abstract)

[9] SATOI S，MURAO S. Studies on pepsin inhibitor (S-PI) from streptomyces naniwaensis[J].AgriculturalandBiologicalChemistry，1971，35(10): 1482-1487.

[10] 村尾澤夫. 促進誘導(dǎo)子實體形成的物質(zhì)[J]. 國外食用菌，1985(3): 33-36.

MURAO SAWA. Substrances that promote the formation of fruit bodies[J].EdibleFungiAbroad，1985(3): 33-36. (in Chinese with English abstract)

[11] ODANI S，TOMINAGA K，KONDOU S，et al. The inhibitory properties and primary structure of a novel serine proteinase inhibitor from the fruiting body of the basidiomycete，Lentinusedodes[J].EuropeanJournalofBiochemistry，1999，262(3): 915-923.

[12] 李玉，于海龍，周峰，等. 光照對食用菌生長發(fā)育影響的研究進展[J]. 食用菌，2011，33(2):3-4.

LI Y，YU H L，ZHOU F，et al. Advances in researching for the effect of illumination on the growth and development of edible fungi[J].EdibleFungi，2011，33(2):3-4.(in Chinese)

[13] 王賀祥. 食用菌學(xué)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[14] 曹哲民，譚琦，潘迎捷，等.代料花菇成因研究[J].食用菌學(xué)報，2003，10(4):38-42.

CAO Z M，TAN Q，PAN Y J，et al. A study on the formation of fissuredShiitakecultivated with artificial compost[J].ActaEdultsFungi，2003，10(4):38-42. (in Chinese with English abstract)

[15] 朱堅，黃聿善.不同顏色薄膜套袋對金針菇生長發(fā)育的影響[J].福建農(nóng)業(yè)科技，2000(5): 14-16.

ZHU J，HUANG Y S. The effect of different color film bagging on the growth and development ofFlammulinavelutipes[J].FujianAgricrlturalScienceandTechnology，2000(5): 14-16. (in Chinese)

[16] 楊珊珊. 光量和光質(zhì)對鳳尾菇菌絲生長的影響[J]. 微生物學(xué)通報，1984，11(4): 147-148.

YANG S S. The effect of light quantity and light quality in the growthP.edulishyphae[J].Microbiology，1984，11(4): 147-148.(in Chinese)

[17] 黃毅. 食用菌工廠化設(shè)施栽培的問題與對策[J]. 食用菌，2003，25(6): 2-4.

HUANG Y. Problems and countermeasures of facility cultivation of edible fungus[J].EdibleFungi，2003，25(6): 2-4.(in Chinese)

[18] DAVINIA A，CARLOS A，JOSE ANTONIO A，et al. Reproducible and controllable light induction of in vitro fruiting of the white-rot basidiomycetePleurotusostreatus[J].MycologicalResearch，2009，113(5): 552-558.

[19] 李紅，張敏，肖千明，等. LED光源不同光質(zhì)對金針菇、滑菇、黑木耳菌絲的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47(1): 139-141.

LI H，ZHANG M，XIAO Q M，et al. Effects of LED light source with different light qualities on growth ofFlammulinavelutipes，PholiotanamekoandAuriculariaauricular-judae mycelia[J].JiangsuAgriculturalSciences，2019，47(1): 139-141.(in Chinese)

[20] SONG C，CHO K，NAIR N，等. 低溫振蕩處理對香菇子實體的萌發(fā)，類脂化合物的構(gòu)型和營養(yǎng)成分轉(zhuǎn)移的影響[J]. 生物技術(shù)，1992，2(3): 46-40.

SONG C，CHO K，NAIR N，et al. The effect of low-temperature shaking treatment on the germination ofLentinusedodesfruit body，the configuration of lipid compounds and the transfer of nutrient components[J].Biotechnology，1992，2(3): 46-40.(in Chinese)

[21] MOHAMED A B B，MEGURO S，KAWACHI S. The Effects of Light on primordia and fruit body formation ofLentinusedodesin a liquid medium[J].MokuzaiGakkaishi，1992，38(6):600-604.

[22] LEATHAM G F，STAHMANN M A. Effect of light and aeration on fruiting ofLentinulaedodes[J].TransactionsoftheBritishMycologicalSociety，1987，88(1): 9-20.

[23] 趙春巧，謝放，吳萍民. 環(huán)境因素對食用菌有性發(fā)育影響的研究進展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30(13): 87-92.

ZHAO C Q，XIE F，WU P M. Advance in researching the effects of environmental factors on sexual development of edible fungus[J].ChineseAgriculturalScienceBulletin，2014，30(13): 87-92.(in Chinese with English abstract)