鎘脅迫對(duì)姬松茸生長(zhǎng)和鎘吸收累積的影響

劉朋虎,陳 華,李 波,王義祥2,,翁伯琦2,

1 福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)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 福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350013

姬松茸由于良好的品質(zhì)與特殊的風(fēng)味深受城鄉(xiāng)消費(fèi)者的喜愛(ài)[1]。Cd是土壤污染的主要因素之一,微量的Cd2+累積不僅對(duì)植物生長(zhǎng)有毒害作用,同時(shí)食品鎘超標(biāo)對(duì)人體健康產(chǎn)生較大的危害[2—3]。姬松茸對(duì)鎘等重金屬比較敏感,在生產(chǎn)栽培過(guò)程容易發(fā)生鎘等重金屬累積與超標(biāo)現(xiàn)象,進(jìn)而影響綠色生產(chǎn)與食品安全,引發(fā)人們高度重視[4—5]。有研究表明,要避免與防控姬松茸鎘污染或鎘累積超標(biāo),除了要著力選育低鎘姬松茸品種之外,很重要的一個(gè)實(shí)踐命題就是要深入探討姬松茸吸收與富集鎘的規(guī)律與主要影響因素,尤其是深入了解姬松茸在不同生長(zhǎng)階段對(duì)鎘吸收與累積過(guò)程及其內(nèi)在動(dòng)態(tài)變化的關(guān)系[6—7],著力探索姬松茸綠色高優(yōu)栽培與有效降低鎘吸收累積的技術(shù)途徑。本研究以項(xiàng)目組通過(guò)輻射而成功選育的低鎘姬松茸品種J37與常規(guī)生產(chǎn)品種姬松茸J1為供試品種[8],以外源添加不同濃度的鎘為試驗(yàn)處理,系統(tǒng)探索在不同鎘濃度脅迫條件之下,對(duì)姬松茸子實(shí)體生長(zhǎng)及其鎘含量變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng),力求總結(jié)其內(nèi)在變化規(guī)律,為耐受栽培環(huán)節(jié)鎘脅迫的姬松茸品種選育及選用主要農(nóng)藝性狀作為鎘毒害表征指標(biāo)提供參考與借鑒,也為進(jìn)一步開(kāi)展耐鎘脅迫的姬松茸品種分子生物學(xué)機(jī)制研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

姬松茸(AgaricusblazeiMurill.) 供試菌種2個(gè),包括姬松茸 J1(常規(guī)生產(chǎn)品種)與J37均由福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心提供(以下簡(jiǎn)稱J1與J37)。姬松茸栽培的基本培養(yǎng)料配方為:棉籽殼20%,玉米芯12.5%,牛糞(干)35%,麩皮10%,稻草(干)20%,CaCO31.0%,石灰1.5%。麥粒種:小麥20 kg,CaSO4·2H2O 0.4 kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)0、5、15、25、35、45、55、65 mg/kg共8個(gè)外源添加不同鎘濃度處理,將培養(yǎng)料按料水比1∶1.25的比例進(jìn)行混合,并將事先配制好的氯化鎘母液按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)適量加入培養(yǎng)料中。將攪拌均勻的培養(yǎng)料分裝入聚丙烯袋中,每袋裝料1.8 kg,兩個(gè)菌株的每個(gè)處理設(shè)20個(gè)重復(fù),進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組排列。

1.3 栽培管理

姬松茸的出菇栽培,按照常規(guī)袋栽管理。先將分裝好的栽培袋封口,放入高壓滅菌鍋中,121 ℃滅菌2 h；隨后在無(wú)菌接種箱中按照無(wú)菌操作接種,再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,分別將栽培袋移到栽培室并按照隨機(jī)區(qū)組排列,開(kāi)袋覆土。待出菇后分別采收,稱重,烘干,樣品冷藏備用。

1.4 子實(shí)體農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測(cè)定

將采收后的新鮮子實(shí)體用小刀與小刷子輕輕去掉菌柄帶出的土,然后用天平和數(shù)顯卡尺對(duì)子實(shí)體進(jìn)行稱重和測(cè)量,對(duì)每個(gè)菌株每個(gè)梯度的出菇數(shù)量、農(nóng)藝性狀、菇鮮重分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。農(nóng)藝性狀測(cè)量指標(biāo)包括:單個(gè)子實(shí)體平均重量和高度、菌蓋直徑和厚度、菌柄直徑。子實(shí)體農(nóng)藝性狀為第一潮菇5個(gè)重復(fù)數(shù)的測(cè)定平均值,子實(shí)體產(chǎn)量分為四潮收獲,每一潮產(chǎn)量測(cè)定分別為3個(gè)重復(fù)數(shù)的平均值。

1.5 子實(shí)體中鎘含量測(cè)定

將新鮮子實(shí)體去土后,放入60℃條件下烘干至恒重,用高速粉碎機(jī)將烘干好的樣品粉碎磨成粉。子實(shí)體樣品消解采用硝酸-過(guò)氧化氫混合微波消解。稱取0.2 g左右研磨過(guò)的子實(shí)體樣品,放入預(yù)先清洗干凈的微波消煮管中,加入5.0 mL硝酸密封過(guò)夜；第二天消煮前,每個(gè)消煮管加入2.0 mL 過(guò)氧化氫,在100 ℃預(yù)熱25 min；之后將消煮管放置至常溫后擰緊蓋子,放入微波消煮儀中進(jìn)行消煮。將消煮好的液體淋洗到50 mL容量瓶中,并進(jìn)行適當(dāng)稀釋,之后用火焰原子吸收光譜儀進(jìn)行鎘含量的測(cè)定[9]。同時(shí)做空白試驗(yàn),每個(gè)樣品均設(shè)3個(gè)重復(fù),分析所用的試劑均為優(yōu)級(jí)純。在樣品的測(cè)定過(guò)程中以木耳無(wú)機(jī)成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10089)進(jìn)行分析質(zhì)量控制,結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)較集中,并且平均值接近標(biāo)準(zhǔn)值,說(shuō)明精密度高,準(zhǔn)確度也高,符合質(zhì)控要求。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體農(nóng)藝性狀的影響

圖1 鎘脅迫濃度對(duì)姬松茸子實(shí)體重量的影響Fig.1 Effect of cadmium stress on the fruitbody weight of Agaricus blazei

很顯然,農(nóng)藝性狀是農(nóng)作物表現(xiàn)出的表征性狀,其可以代表作物本身品種特性[10—11]。通過(guò)比較分析外源鎘脅迫下J37、J1兩種姬松茸品種第一潮子實(shí)體的農(nóng)藝性狀,可以直觀的反映添加不同濃度外源鎘對(duì)姬松茸子實(shí)體生長(zhǎng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響。不同鎘濃度脅迫處理對(duì)姬松茸子實(shí)體農(nóng)藝性狀的影響結(jié)果見(jiàn)圖1—圖5。就單個(gè)子實(shí)體重量而言(圖1),兩個(gè)姬松茸菌株單個(gè)子實(shí)體重量隨著外源鎘濃度的增加呈下降的變化趨勢(shì)。與鎘水平為0 mg/kg處理相比,鎘脅迫處理J1和J37菌株單個(gè)子實(shí)體重量分別降低了5.4%—80.8%和4.9%—77.1%,其中鎘水平≥15mg/kg處理與0 mg/kg處理間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。不同處理J37菌株單個(gè)子實(shí)體重量比J1菌株提高了10.9%—36.6%,其中15mg/kg鎘處理兩菌株間的差異達(dá)顯著性水平(P<0.05),其他處理兩菌株間無(wú)顯著性差異。就子實(shí)體高度而言(圖2),兩個(gè)姬松茸菌株隨著外源鎘濃度的增加呈降低的變化趨勢(shì)。與鎘水平為0 mg/kg處理相比,鎘脅迫處理J1和J37菌株子實(shí)體高度分別降低了3.8%—75.1%和3.9%—67.5%,其中鎘水平≥15mg/kg處理與0 mg/kg處理間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。鎘水平≥35mg/kg處理J37菌株子實(shí)體高度比J1菌株提高了1.1%—43.1%,兩菌株間的差異達(dá)顯著性水平(P<0.05)。

兩個(gè)姬松茸菌株菌蓋直徑、菌蓋厚度和菌柄直徑亦均隨著外源鎘脅迫水平的提高呈減少的變化趨勢(shì)(圖3、4和5)。就菌株而言,不同鎘脅迫處理J37菌株的菌蓋直徑、菌蓋厚度和菌柄直徑均大于J1菌株,但兩菌株間無(wú)顯著性差異。鎘水平≥35mg/kg處理J1、J37菌株的菌蓋直徑、菌蓋厚度和菌柄直徑分別比鎘水平為0 mg/kg處理高出18.0%—80.9%、25.2%—71.4%、24.3%—79.6%和17.7%—79.1%、23.0%—68.7%、17.9%—78.2%,且鎘水平≥35mg/kg處理與鎘水平為0 mg/kg處理間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。相關(guān)分析表明(表1),兩菌株子實(shí)體重量、子實(shí)體高度、菌蓋直徑、菌蓋厚度和菌柄直徑與外源鎘水平間均存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖2 鎘脅迫濃度對(duì)姬松茸子實(shí)體高度的影響Fig.2 Effect of cadmium stress on the fruitbody height of Agaricus blazei

圖3 鎘脅迫濃度對(duì)姬松茸菌蓋直徑的影響Fig.3 Effect of cadmium stress on cap diameter of Agaricus blazei

圖4 鎘脅迫對(duì)姬松茸菌蓋厚度的影響Fig.4 Effect of cadmium stress on the cap thickness of Agaricus blazei

圖5 鎘脅迫對(duì)姬松茸菌柄直徑的影響Fig.5 Effect of cadmium stress on the handle diameter of Agaricus blazei

表1 姬松茸農(nóng)藝性狀與外源鎘水平間的相關(guān)系數(shù)表

2.2 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體產(chǎn)量的影響

就J1與J37菌株相比,在不添加外源鎘的條件下,J37菌株四潮菇子實(shí)體總產(chǎn)量比J1菌株增加了13.78%,且兩菌株間的差異達(dá)顯著性水平(P<0.05)。鎘水平為15 mg/kg和35 mg/kg條件下,J37四潮菇子實(shí)體總產(chǎn)量分別比J1菌株高出28.2%和40.9%,說(shuō)明J37菌株比J1菌株對(duì)鎘具有更高的耐受性。圖6還顯示,隨著潮次的增加,姬松茸兩菌株子實(shí)體產(chǎn)量均呈逐漸降低的趨勢(shì)。不同鎘脅迫處理J1菌株第一、二、三、四潮子實(shí)體產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的39.8%—42.3%、23.9%—26.7%、20.0%—22.2%、11.0%—12.9%；J37菌株第一、二、三、四潮子實(shí)體產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的36.7%—43.9%、23.4%—30.6%、19.8%—22.1%、11.6%—12.9%。就鎘脅迫影響而言,15 mg/kg和35mg/kg 鎘脅迫處理J1菌株子實(shí)體產(chǎn)量分別比未添加鎘處理降低了23.4%和45.4%,J37菌株分別降低了13.4%和32.1%,15 mg/kg和35mg/kg與未添加鎘處理間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。

圖6 鎘脅迫理對(duì)姬松茸子實(shí)體產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of cadmium stress on fruitbody yield of Agaricus blazei

2.3 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體鎘含量的影響

0、15、35mg/kg鎘水平下,J37菌株四潮子實(shí)體鎘含量平均比J1菌株降低了39.2%、56.0%和31.3%,且兩菌株間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05),說(shuō)明J37比J1菌株具有較低的鎘富集特性。隨著潮次的增加,J1和J37菌株子實(shí)體鎘含量均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)(圖7)。不同鎘處理J1菌株第二、三、四潮菇子實(shí)體鎘含量分別比第一潮降低了6.2%—14.0%、18.8%—26.5%、26.0%—32.1%；J37菌株分別降低了8.1%—21.9%、10.5%—32.7%、28.1%—40.4%。就鎘脅迫影響而言,15 mg/kg和35 mg/kg鎘脅迫處理J1菌株四潮菇子實(shí)體平均鎘含量分別比0 mg/kg鎘脅迫處理增加了51.5%和75.1%；J37菌株平均增加了13.7%和68.7%,15 mg/kg和35mg/kg與0 mg/kg鎘處理間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。當(dāng)鎘水平為15 mg/kg時(shí),J1菌株子實(shí)體鎘含量已接近姬松茸鎘衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)臨界值(10 mg/kg干品)。

圖7 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體鎘含量的影響Fig.7 Effect of cadmium stress on Cd concentration in the fruitbodies of Agaricus blazei

2.4 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體氨基酸含量的影響

圖8顯示,0、15和35mg/kg鎘水平下,J37菌株四潮子實(shí)體氨基酸含量平均比J1菌株提高了20.1%、16.6%和16.1%,且兩菌株間的差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。隨著潮次的增加,J1和J37菌株子實(shí)體氨基酸含量總體呈逐漸降低的趨勢(shì),但潮次間的差異不顯著。不同鎘處理J1菌株第二、三、四潮菇子實(shí)體氨基酸含量分別比第一潮降低了8.9%—9.9%、10.4%—15.6%、10.3—19.3%,J37菌株分別降低了4.0%—5.4%、8.7%—9.8%、13.2%—14.8%。就鎘脅迫影響而言,15 mg/kg和35 mg/kg鎘脅迫處理J1菌株四潮菇子實(shí)體平均氨基酸含量分別比0 mg/kg鎘脅迫處理降低了5.6%和13.5%,J37菌株平均增加了7.9%和16.4%,其中35mg/kg與0 mg/kg鎘處理間的差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。

圖8 鎘脅迫對(duì)姬松茸子實(shí)體氨基酸含量的影響Fig.8 Effect of cadmium stress on amino acid concentration in the fruitbodies of Agaricus blazei

3 討論

從本試驗(yàn)結(jié)果顯示,單個(gè)子實(shí)體重量與子實(shí)體高度、菌蓋直徑、菌蓋厚度、菌柄直徑為從屬關(guān)系,因此它們間的趨勢(shì)變化相似。將外源鎘水平與兩菌株子實(shí)體農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明,J1與J37子實(shí)體各農(nóng)藝性狀與外源鎘水平之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)。隨著外源鎘水平的增加,兩個(gè)菌株子實(shí)體生長(zhǎng)明顯受到鎘的抑制作用,各生長(zhǎng)指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)；且J1子實(shí)體各農(nóng)藝性狀降低程度均大于J37子實(shí)體,說(shuō)明J1子實(shí)體生長(zhǎng)受到鎘的抑制程度大于J37子實(shí)體。作為直觀的判斷指標(biāo)應(yīng)該為單個(gè)子實(shí)體重量,其是生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)鍵要素,可以供生產(chǎn)管理者參考借鑒。

姬松茸生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)鎘較為敏感已為生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)[12—14],要避免姬松茸鎘污染或者鎘超標(biāo)所造成危害與損失,除了著力選育低鎘姬松茸新品種之外[15],還需要深入探討姬松茸生長(zhǎng)過(guò)程鎘吸收與富集機(jī)理,尤其是闡明影響姬松茸生長(zhǎng)勢(shì)——鎘危害之間的內(nèi)在關(guān)系及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有重要參考價(jià)值[16—18]。本試驗(yàn)研究表明,外源鎘水平<15 mg/kg對(duì)姬松茸農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量的影響不顯著,但當(dāng)鎘水平≥15 mg/kg時(shí),兩菌株農(nóng)藝性狀發(fā)生顯著變化,產(chǎn)量下降了13.4%以上,鎘含量顯著增加且已臨界食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),這或許是鎘元素對(duì)姬松茸菌絲、子實(shí)體細(xì)胞的早期刺激效應(yīng)所引發(fā)的短期行為,待鎘元素吸收并逐步累積,其對(duì)農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量與鎘含量的影響就很快顯現(xiàn)出來(lái)[19],進(jìn)而需要進(jìn)一步探討鎘脅迫對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響[20—21],同時(shí)需要研究鎘脅迫對(duì)姬松茸生長(zhǎng)過(guò)程酶系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的影響[22—24],力求進(jìn)行多因素相關(guān)分析,進(jìn)而有目的或者有針對(duì)性地開(kāi)展分子生物學(xué)研究,力求從基因組水平闡明內(nèi)在關(guān)系[25],并確定診斷指標(biāo),為姬松茸高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

不同鎘脅迫濃度處理對(duì)姬松茸J37和J1子實(shí)體的農(nóng)藝性狀的影響各異?？傮w趨勢(shì)是隨著外源鎘添加濃度的增加,其單個(gè)子實(shí)體重量、子實(shí)體高度、菌蓋直徑、菌蓋厚度、菌柄直徑等5項(xiàng)指標(biāo)呈降低的趨勢(shì)；單個(gè)子實(shí)體重量與外源鎘水平間相關(guān)性最高。J37與J1菌株農(nóng)藝性狀變化的鎘脅迫臨界點(diǎn)均為15 mg/kg；J37菌株耐受鎘脅迫能力優(yōu)于J1菌株。

姬松茸J37與J1菌株產(chǎn)量、子實(shí)體中氨基酸和鎘含量均隨著潮次的增加而降低,子實(shí)體產(chǎn)量和氨基酸含量隨著外源鎘水平增加而降低,子實(shí)體鎘含量隨鎘水平增加而增加。當(dāng)外源鎘水平高于15 mg/kg時(shí),J1和J37子實(shí)體產(chǎn)量分別下降23.4%和13.4%以上,鎘含量分別提高51.5%和13.7%%以上,且臨界食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。由此認(rèn)為姬松茸栽培基質(zhì)鎘濃度要控制在15 mg/kg以內(nèi),是防控姬松茸生產(chǎn)過(guò)程鎘污染或者鎘超標(biāo)關(guān)鍵點(diǎn)。除了選擇耐鎘危害及其能阻控鎘吸收累積的品種之外,還在于低鎘栽培原料與覆蓋土壤選擇,力求從源頭上實(shí)施姬松茸的質(zhì)量安全防控與綠色產(chǎn)品生產(chǎn)。