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灰树花人工培养研究和应用进展
作者:马传贵 张志秀 吴尚军 佟富军    来源:中国食用菌协会微信公众号    点击数:   文章发布时间:2021年06月29日 【字体:

灰树花人工培养研究和应用进展

马传贵1  张志秀1  吴尚军2  佟富军3
(1. 北京京诚生物科技有限公司,北京 102600;2. 北京市农业技术推广站,北京 100029;3. 北京君蓝农业专业合作社,北京 102200)
《食药用菌》2021年02期

  摘  要  介绍灰树花具有益气健脾、润肺保肝、抗肿瘤、降血糖、增强免疫力等医疗保健作用,可辅助治疗糖尿病和各种癌症。综述灰树花的生物学特征,季节性设施栽培、工厂化栽培、液体培养等人工培养技术,育种技术,以及保鲜、开发利用等研究进展。
  关键词  灰树花;药用价值;人工培养;保鲜;开发利用

  灰树花(Grifola frondosa)是食药两用珍稀菌,隶属担子菌亚门、层菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、多孔菌科、灰树花属,又名贝叶多孔菌、栗蘑、莲花菌、叶状奇果菌、千佛菌、云蕈、舞茸等。目前,浙江、河北、四川、云南、福建等地都有了规模化的生产。在日本,灰树花被称为舞茸(Maitake),栽培历史长达50多年,是当前日本食用的主要菌菇种类之一,日本的《大和本草》中记有灰树花及其药用价值[1]。我国对于灰树花的驯化栽培起步较早,近几年随着人们对其药用价值的认知不断提高,产业逐步发展壮大,产量已经跃居全球第二。灰树花因其独特的口感、口味及药用价值,成为当今热门的健康食材之一。
  1  医疗保健作用
  古籍记载灰树花益气健脾、润肺保肝,在传统的中草药中备受推崇[2]。其中《神农本草经》指出,灰树花可用于改善脾胃病,安神补脑[3]。灰树花在日本传统医学中也占有重要地位,草药书籍记载其为药食两用菌,味甘,中性,无毒,润肺保肝,健脾益气等[4]。现代研究发现灰树花富含维生素、矿物质、蛋白质、碳水化合物及酚类化合物,而脂肪含量和热量低[5]。灰树花子实体和菌丝体富含人体必需的氨基酸,且是海藻糖的丰富来源[6]。海藻糖被广泛用作食品防腐剂、甜味剂和疫苗稳定剂。
  在现代医学中,灰树花主要用作辅助治疗糖尿病和各种癌症,灰树花多糖是其最具有药用价值的活性成分。药理实验及临床应用结果表明其具有较强的生物和药理活性,如抗肿瘤[7]、降血糖[8]、增强免疫力[9]、抗艾滋病毒感染[10]、抗氧化和清除超氧阴离子[11]等,且有良好的延缓衰老作用。灰树花还含有大量的有机硒,有预防高血压及肥胖症的功效[12]。其富含的有机铬能协助胰岛素维持正常的糖耐量,对于肝硬化及糖尿病有明显的治疗效果[13]。灰树花在促进儿童身体成长、智力开发,以及预防贫血、坏血病和软骨病等方面也有重要作用。
  2  生物学特性
  野生灰树花分布在亚热带至温带森林中,多生于夏秋季节栗树及其他阔叶树阴面,有卵圆形或不规则长块状棕褐色至黑褐色菌核,外表坚硬木质化,深埋于地下,通常生长在潮湿和含腐殖质较多的沙质土壤中[14]。灰树花菌丝在3~32 ℃温度范围均可以生长,最适温度为20~25 ℃。
  灰树花人工栽培培养料的水分含量宜为60%~65%。空气相对湿度在菌丝生长过程中宜70%左右,能有效减缓培养基水分的散失,也能防止杂菌滋生;在子实体生长发育过程宜在85%~95%,过低会造成子实体畸形甚至枯死,过高则会导致幼菇水肿甚至腐烂。灰树花子实体的分化和生长需要光照刺激,否则很难正常进行。由于灰树花属于好氧型真菌,在子实体发育阶段需经常通风,若氧气不足、二氧化碳浓度过高,子实体叶片将难以展开,出现畸形,影响品质。
  3  人工培养
  3.1  季节性设施栽培
  2018年我国灰树花年产量2.87万吨,产地集中在河北、浙江、湖南和北京。目前主要有冷棚及铁架小拱棚栽培、温室反季节栽培、大棚不覆土栽培、闲置房屋栽培、地栽草莓套种灰树花等栽培模式。
  灰树花的栽培有覆土栽培和无覆土栽培两种。覆土栽培属传统栽培方式,也是当前主要栽培方式。该模式利用阔叶树木屑、农副产品的下脚料及农作物秸秆等含有大量木质素的培养料栽培。卜庆梅2003年报道,等比例混合木屑和棉籽壳等原料,灰树花生物学效率最高;而麦麸与玉米粉搭配,可提高其产量;平菇菌渣也是较好的栽培原料[15]。李红梅2017年筛选出4个灰树花高产优质配方:一是木屑48%,棉籽壳30%,麸皮15%,玉米粉5%,1%石膏和1%红糖;二是木屑、棉籽壳和玉米芯各25%,麸皮15%,玉米粉8%,1%石膏和1%红糖;三是木屑55%,玉米芯20%,麸皮13%,玉米粉5%,豆粕5%,1%石膏和1%红糖;四是木屑60%,麸皮13%,玉米粉5%,花生壳20%,1%石膏和1%红糖[16]。
  栽培季节多安排在春秋季,以袋栽为主。发菌期温度控制在25℃,前期光照强度保持在10~50 lx,后期控制在50~100 lx,空气相对湿度控制在60%~70%,每天通风2次,每次约30 min。在出菇管理过程中,环境控制非常重要,其中,地温须通过调节遮阳、覆盖物保持在18~20 ℃之间;菇蕾发生到珊瑚期、未成熟前,空气相对湿度应保持在85%~95%,以促进菌芽表面细胞分化;土壤要保持湿润状态,晴天多喷水,阴天少喷,雨天不喷;每天通风1~2次,促进菌盖正常形成。灰树花子实体生长对光照较敏感,搭建荫棚时,郁闭度应低些,子实体形成初期,需要提高光照强度。子实体达到八成熟时及时采收,采收时削去根部培养基,清除附着泥土。
  由于传统覆土栽培模式占地面积大,栽培周期长,产量、品质易受到外界因素影响,因此应用液体菌种进行工厂化栽培的免覆土模式在庆元开始出现,并得到一定范围的推广与应用。
  3.2  工厂化生产
  灰树花的工厂化生产,可以达到精准的人为控制,全面提升产量和品质,同时还能实现每年生产4~5批次。生产的主要流程为:木屑+添加物→加水混合→装袋→灭菌→冷却→接种→发菌培养→原基形成→子实体生长→采收。针对灰树花工厂化生产条件优化的研究较多,许占伍发现灰树花菌丝恢复期和现蕾期分别控制温度为20~22 ℃、16~18 ℃,光照为0 h/24h,空气相对湿度为97%~99%、89%~91%,通风量为4min/10min、10min/10min,有利于原基的形成[17]。潘辉通过优化灰树花工厂化生产高产配方研究,得出最佳配方为:木屑34.5%,棉籽壳34.5%,麸皮7.5%,玉米粉22.5%,石膏1%,含水量64%~65%,在此配方下,生物学效率为43.1%[18]。胡汝晓研究适用于灰树花工厂化生产的最佳出菇方式,指出割口覆瓦出菇方式显著优于其他方式,其菌丝恢复时间为2天,原基形成时间为5天,原基直径9.5 cm,出菇率为100% [19]。精细的管理是灰树花工厂化生产优质、高产的关键,须根据不同菌株生理特性,进行科学管理。
  3.3  液体培养
  不同于固体菌种接种培养方式,应用液体菌种进行工厂化培养能大大缩短灰树花的培养周期,并大幅提升产量和品质。灰树花液体菌种培养技术最早是日本在20世纪80年代所研发的,在学术界Ohno N1986年首次报道了关于灰树花液体菌种培养的情况,并取得了较好的效果[20]。
  灰树花液体培养的流程为斜面菌种→摇瓶种子→一级种子罐→二级种子罐→三级种子罐→培养罐。当前大多数研究都在于对灰树花液体培养基质及培养条件的确定及优化,同时探究不同培养条件对于产品品质的影响。吴林秀以葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4、果蔬汁用量为影响因素,通过响应面法,探究得到100mL液体培养基,接种量10%时,葡萄糖2.5%(w/v),蛋白胨0.5%(w/v),KH2PO40.1%(w/v),果蔬汁15%(w/v)为最优培养基配方[21]。李炳功以菌丝体生物量和多糖含量为评价指标,通过单因素实验确定灰树花液体培养的最适条件为在7L搅拌式培养罐中,培养温度23℃,搅拌速度120r/min,通气量3L/min,此时,菌丝体生物量和培养液中多糖含量分别为11.659g/L和3.658g/L[22]。一些研究也发现,采用深层次液体培养所生产的灰树花菌丝体,在保障产量、品质的基础上,还能够得到胞外多糖等子实体所不具备的营养成分[23]。因此,在未来开发过程中,深层次培养菌丝体可以在一定程度上替代子实体作为新一代产品开发的主要原料。
  4  育种研究
  我国当前进行工厂化生产的灰树花菌种大多引自日本,也有一部分为野生驯化。我国在20世纪80年代初开始对灰树花进行人工驯化栽培。据报道,1985年在浙江庆元大规模成功栽培,随后在周边地区扩展开来。目前,我国南方的灰树花规模化栽培主要集中在浙江庆元县、福建、湖北等地,一般采2~3潮菇,生物转化率为60%~80%。与此同时,河北省迁西县也利用当地野生资源,考察当地野生灰树花的生育条件,进行驯化栽培并取得成功,于1992年创造了“灰树花仿野生栽培法”。但野生驯化的灰树花菌种存在适应性较差且生物转化率低等问题,因此菌种品质成为了灰树花进一步开发利用的重要限制因素。基于这些问题进行灰树花的育种研究非常关键。就目前情况看,通过菌丝体片段或者原生质体片段进行诱变育种较为普遍。其中,徐志祥对灰树花菌株Gr1进行了紫外诱变处理,最终筛选出两株多糖含量和产量明显优于原始菌株的突变株Gr1a和Gr1g,产量和多糖含量均得到大幅度提升[24]。也有学者通过多孢子杂交技术成功培育出产量及转化率都较高的新品种[25]。由此可以看出,诱变育种,尤其是原生质体诱变育种技术已经在当前灰树花育种中得到了较为成功且较为广泛的应用。
  5  保鲜、开发和利用
  5.1  保鲜
  灰树花栽培周期较短、成本低、无污染,是理想的绿色产品和药用材料,具有较高的经济效益。灰树花不仅有很高的药用价值,而且鲜品味道鲜美,是人们餐桌上的美味食材。而储藏保鲜对于延长鲜品货架期,提升利用价值有重要作用。灰树花的储藏保鲜主要有低温保鲜、自发性气调(MAP)保鲜、电子束辐照保鲜和化学保鲜。就目前看,以灰树花为主的菌菇类产品在贮藏期间物理化学和微生物改性的知识仍然有限。研究人员曾利用1.5kGy的辐照维持灰树花的部分生化特性,以及减少微生物[26];或采用低温(4 ℃)保存方法 [27];也有将不同的保鲜方法联合使用,如将MAP和控温保鲜的方法相结合,以在保障品质的基础上保鲜增效,节省保鲜成本[28]。
  5.2  开发和利用
  不管是食品开发还是药品研制,灰树花都有广阔的应用前景。由于灰树花多糖具有高药用价值,国内外已有较多公司开发其产品,如青岛三生生物有限公司开发出的“三生灰树花多糖胶囊”,浙江方格药业的“保力生胶囊”和新一代抗癌药物“麦特消灰树花胶囊”,日本的MAIEXT,以及美国的Grifron 系列产品等,都是作为保健品或抗癌产品。灰树花多糖在食品、化妆品及饮料等领域,也有相应产品开发。
  灰树花以其独特的品质和营养特性得到越来越多人的重视,在当前菌菇类产品中极具开发潜力和价值。在加快灰树花高产高效栽培技术研究、产品开发和商品化发展进程的同时,还应加强对其功效作用的深层次研究,不断提升其利用价值和经济效益。

  参考文献

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