钙对金针菇生长发育的影响

钙对金针菇生长发育的影响 氩基酸和生物资源2005,27(4):4l一44 Amin0At?ids&BioticResouF(„~ 钙对金针菇生长发育的影响 廖星昊,梁宇斌,黄力勤,雷霁,汤子建 ,430072) (武汉大学生命科学学院科学研究训练实验室,武汉 摘要:研究了CaCO粉末对金针菇(bTammulinavelutipes)生长发育的影响及子实体的富钙作用.结果表明,钙能显着刺 激金针菇茼丝体和子实体的生长,缩短出菇时间,提高产量和子实体含钙量.这些生理生化变化与钙浓度密切相关,低质量 分数(o,5%)和高质量分数(5.5,lO%)的CaCO粉末造成了相似的变化.初步分析认为,这可能与金针菇细胞内存在两种 不同的钙信号转导途径有关. 关键词:金针菇;CaCO粉末;子实体;富钙;信号转导途径 中图分类号:Q418文献标识码:A文章编号:1006—8376(2005)04—0041—04 金针菇(Flammulinavelutipes)又名朴菇,冬菇, 隶属真菌门,担子菌纲,伞菌目,口蘑科,金针菇属. 金针菇菌盖滑溜,柄脆嫩,味鲜美,每100g干菇含氨 基酸总量达20.9g,其中人体必需的8种氨基酸总量 占44.5%,高于一般菇类,而且精氨酸和赖氨酸的含 量特别丰富,能有效促进儿童长高和智力发育,所以 又有”增智菇”之称.近些年来,金针菇正逐步成为食 用菌中的新秀,越来越受到人们的青睐.金针菇有吸 收,富集金属元素的作用,适当增加金针菇组织中的 ca含量,可明显抑制金针菇采后呼吸和cH释 放J,延长贮藏期和货运期.所以,研究钙元素和 金针菇生长之问的关系具有巨大的经济效益和远大 的发展前景.本文初步讨论了钙对金针菇生长发育 几个重要指标的影响及其产生的可能. 1材料与方法 1.1材料 1.1.1菌株:金针菇菌株F.,引自华中农业大学菌 种实验中心. 1.1.2棉籽壳培养基各成分质量分数:棉籽壳 84%,麸皮14%,KIt2PO40.05%,(NH4)2SO40.05%, 葡萄糖1%,料水比1:1.5,培养基总重150g,plt7 , 8. 1.1.3添加钙源:粉末状CaCO,分析纯. 1.2方法 1.2.1拌料加钙:先按配方配制好棉籽壳培养基 收稿日期:2005—09—0l 作者简介:廖星吴,男,(1984一)本科生 武汉大学大学生业余科研基金资助项目 指导教师:陈向东. (不加水),用拌料加钙法往培养基中依次添加占培 养基干重0%,0.3%,0.9%,1.4%,3%,4.5%, 5%,5.5%,6%,6.5%,7%,8%,9%,10%的CaCO 粉末,加入水90g后搅拌均匀,用浓NaOH水溶液 调pH至中性. 1.2.2袋栽法:将配制好的培养基装袋密封,各添 加量装袋3份. 1.2.3流动蒸汽灭菌:将装袋密封好的培养基至 0.1MPa,121.5~C条件下灭菌45min. 1.2.4接种:每袋培养基接种等量菌种. 1.2.5培养发菌:将接种后的培养基置于22~C恒 温培养,每9d观察称重一次,记录实验数据. 1.2.6出菇:培养发菌36d后,将温度调至10~C 出菇.每天观察出菇情况,每5d称重一次,记录实 验数据.为避免外界干扰和减小培养基中水分散失 造成的结果偏差,采用闭袋厌氧栽培的方法. 1.2.720d后,采摘,自然干燥,称重. 1.2.8将干燥后的金针菇子实体粉碎,混匀,灼烧, 供分析用. 1.2.9钙含量的测定:采用EDTA法. 2结果与分析 2.1培养发菌期 往培养基中添加不同量的CaCO粉末都能形 成正常的菌丝体,但其生长情况各不相同,差异显着 (图1).培养基(包括金针菇菌丝体在内)重量减 少越多,表明在生长过程中利用掉培养基中的物质 越多,菌丝体代谢越快(下同).空白对照组代谢速 率最慢,添加0.3%的CaCO粉末就能明显提高菌 丝体的代谢速率.添加量在0,5%和5.5,10%两 个浓度范围内,金针菇菌丝体代谢速度分别随着 ? 42?廖星等:钨对金针菇牛长发育的影响 CaCO粉末添加量的增加而上升.其中,在0,5% 的添加范围内,单位重量的CaCO粉末更能加速金 针菇菌丝体的代谢,且在5%处达到极大值,随后急 剧下降,在5.5%处达极小值,但仍高于空白对照 组.随着CaCO粉末添加量的增加,金针菇菌丝体 代谢速率再次上升,在10%处达到最大值. 图1培养发菌期CaCO粉末对金针菇菌丝体的影响 2.2出菇后 2.2.1出菇时问的比较 从调温到IO~C开始算起,出菇需的天数,即各 CaCO粉末添加量的3袋培养基中有1袋开始出菇 的天数,示于图2.5%的添加组出菇时问最短,只 用了5d时问;0%的空白对照组出菇时问最长,用了 图2各CaCO粉末添加组出菇时间情况 13d.钙元素对金针菇出菇时问的影响与菌丝体类 似,唯一不同的是10%的添加组出菇时问比最小值 略长,为6d.钙元素能显着影响金针菇从营养生长 到生殖生长的转变. 2.2.2出菇后生长情况 金针菇子实体代谢情况与菌丝体类似(图3),钙 元素也显着地影响了子实体的生理生化活动.与菌丝 体代谢状况不同之处在于,此时的培养基重量减少的 总量低于菌丝体时期,大小相差2.5,3.0倍.在5.5 , 10%的添加范围内,单位重量的CaCO粉末也更能 加速金针菇子实体的代谢,且在10%处达到最大值. 辞 滴 嘲 蝴} 瑚 撩 蜜 图3出菇后添加CaCO粉末对金针菇子实体代谢的影响 2.2.3金针菇子实体 所有添加CaCO粉末的试验组和无添加CaCO 粉末的空白对照组同样能形成正常的子实体.观察 发现,在缺氧条件下培养,金针菇菌柄较粗,长度13 , 15{2131,菌盖直径小于2{2131,且无一开伞,为优质 菇.添加CaCO粉末的培养基金针菇子实体的产 量提高,1.4%添加组的金针菇产量明显增加.金针 菇子实体产量与添加的CaCO粉末量密切相关(具 体数据参见表1).在0%,5%添加范围内,添加 CaCO粉末量越多,产量越高.添加开始依次为 0%,0.3%,0.9%,1.4%,3%,4.5%,5%CaCO粉 末后,金针菇子实体产量分别为无添加CaCO粉末 培养基金针菇产量的1.35倍,1.55倍,2.24倍,3. 04倍,4.71倍和6.27倍.而CaCO粉末添加量超 过5%时,金针菇子实体产量又出现明显回落,而后随 着添加量的增加,产量又迅速提高.添加5.5%,6%, 6.5%,7%,8%,9%,10%的CaCO粉末后,产量分 氨基酸和生物资源?43? 别为无添加CaCO粉末培养基金针菇产量的2.O0 倍,2.40倍,2.95倍,5.33倍,7.78倍,9.82倍和 l5.0o倍.可见,钙元素能极大地刺激金针菇=F实 体的生长,对提高产量具有明显的帮助J.当然, 由于从出菇至第一潮菇采摘仅用时20d,以上产量 的提高与钙元素能缩短金针菇生活周期的作用不无 关系. 子实体全体的含钙量于图4所示,添加CaCO 粉末金针菇子实体含钙量增加,并呈现正相关,添加 量越多,子实体含钙量越高.添加CaCO粉末0.3% 的培养基金针菇子实体全体含钙量即比空白对照组 有明显提高,每g干子实体的含钙量达到了0.47mg, 为空白对照组的3.22倍.而在子实体产量最高的 10%添加组中,每g干子实体的含钙量达到了2.82 mg,为空白对照组的l9.24倍.但是,当CaCO粉 末的添加量超过6%后,每g干子实体的钙含量已 无明显提高,都在2.5,2.8mg之间.可见,CaCO 粉末添加量不宜超过6%l7J,否则不仅子实体含钙 量无明显提高,增加生产成本,而且易造成金针菇口 感下降,人体也不宜吸收等后果. 图4各CaCO粉末添加组子实体的产量,含钙量 2.2.4金针菇子实体对钙的富集率 通过拌料方式培养富钙金针菇子实体,结果见 表1.通过添加不同量的CaCO粉末后均能提高金 针菇子实体的钙含量,但其富钙效应是不同的.拌 料时添加0.3,10%的CaCO粉末,通过菌丝体的 吸收,钙转移到子实体中富集起来,子实体含钙质量 分数为0.47,2.82mg?g,,比对照增加2.22, l8.24倍,富集率为0.50,3.07%.在添加5%CAC03 粉末处出现极大值,对钙的富集率达到了1.78%,添 加10%CaCO粉末的培养基金针菇子实体对钙的 富集率最高,达3.07%.在5.5,10%的添加范围 内,富集率随着CaCO粉末添加量的提高而提高, 变化范围为0.52,3.07%. 表1金针菇子实体的富钙作用 1.83 2.47 2.83 4.10 5.57 8.63 l1.50 3.37 4.40 5.60 9.80 14.27 18.0o 27.50 0.15 0.47 0.53 1.14 1.41 1.73 2.00 2.19 2.52 2.57 2.62 2.76 2.81 2.82 1.11 0.50 1.21 0.97 1.26 1.78 0.52 0.72 0.87 1.44 1.94 2.21 3.07 注:子实体对钙的富集率(%) 一堡王塞堡重(王塞堡盒重=窒自坚鱼鱼量一 每袋培养基中加入的Ca元素量×10一 3讨论 3.1高钙金针菇的栽培实验表明:添加CaCO粉 末能够加速金针菇菌丝体和子实体的生长,缩短出 菇时间,提高子实体的产量以及钙元素的含量. 3.2本实验中金针菇子实体代谢总量明显低于菌 丝体,这与培养时间的不同存在密切关系.培养发 菌期耗时36d,而从出菇开始至采摘仅用时20d,时 间偏短,二者相差1.8倍.但二者培养基减少总量 大小相差2.5,3.0倍,可见还有其余因素的影响. 分析认为,袋中CO浓度是影响金针菇生长发育的 重要因素.因采用闭袋栽培,在培养发菌期供0:相 对充分,菌丝生长代谢较快.随后由于CO:的积 累和0的消耗,到子实体生长时袋内CO:浓度明 显增高.高的CO:浓度可促使菌柄伸长,抑制菌盖 发育,是优质菇生产的必要条件?,但同时又会降 低子实体的呼吸速率,延长生产周期?.这一不利 影响可以用增加培养基中钙元素的方法解决. 3.3钙对金针菇子实体生长代谢的影响与产量基 本相同,菌丝体的生长代谢曲线与二者有一定偏差, 特别是在低浓度CaCO粉末添加范围内(0,5%). 说明钙对金针菇的呼吸作用产生一定影响?j,但在 营养生长和生殖生长阶段存在差异. 394555)0nn_二356789 ?.?g痞求嘲蜂髻辩 ? 44?廖星吴等:钙对金针菇生长发育的影响 3.4金针菇栽培的子实体具有较好的富钙性能,其 对钙的富集率随着CaCO粉末添加量的不同而呈 现剂量相关的变化,以10%的添加组最高.在0, 5%的添加范围内,富集率的变化较无规律,可能是 因为调节培养基pH值时引入了少量Na,导致金 针菇生理生化活动在低CaCO粉末添加量时受到 Na影响.Na能降低植物体K,ca的比吸收率 (SAR),植株K,ca?含量减少?,可能是Na影 响了细胞膜上离子通道所致?. 3.5钙对金针菇生长发育的各项指标(除子实体 含钙量外)的影响均分为低浓度(0,5%)和高浓度 (5.5,10%)两个变化范围,特别是5%添加量到 5.5%添加量的变化有待更深入的研究.由于所有 添加CaCO粉末的实验组和空白对照组都能形成 正常的子实体,初步分析认为,金针菇细胞内具有两 种不同的富钙机制,在低浓度钙添加量范围内,ca 首先与亲和力较高的某种信号元件A(可能为蛋白 质)结合并启动下游信号途径,促进金针菇生长发 育.胞内cah浓度越高,这种作用越强,并在5%的 CaCO粉末添加量时达到最大值.当胞内ca浓 度进一步上升时,这种信号传导途径被另一因子阻 断,但cah与A的结合并未受到影响,多余的cah 与另一亲和力较低的信号元件B(或A分子的不同 位点)结合并启动另一条信号途径促进金针菇的生 长发育,这种促进作用也与胞内ca浓度呈现正相 关.5.5%的CaCO粉末添加量或许是一个阈值. 这一理论也可很好的解释金针菇子实体的含钙量并 未出现阶梯状的变化而是一直上升的现象.过去的 实验在钙的添加浓度上设计得较为粗糙,忽略了5.5,8% 之I司的添加范围,故未得出类似的结论.植物细胞中相 似自制已经得到证明,ca作为植物细胞中的第二 信使而广泛存在,不同的外界压力通过胞内的ca 与各种信号元件的结合,包括CBF4,MYC/MYB,bZ. IP_l ,从而激活不同的下游信号途径(如SOS,CD. PK,MAPK等)?,使植物体适应不同的环境. ABI1/ABI2以及SCaBP5一PKS3复合体则能有效阻 断某些ca信号途径_l.李怀方等人?也已经发 现烟草中的病程相关蛋白(PRs)具有ca结合活 性,其在体外显示ca缓冲作用,即在微摩尔浓度 释放Ca,在毫摩尔浓度吸收Ca,表明PRs可能 拥有强,弱不同的两类钙结合位点,显示钙调蛋白和 贮钙蛋白的双重功能.另外的实验发现,ca在光 系统?(PS?)中有2种功能,低亲合位点ca与光 能传递有关,高亲和位点ca”与水裂解反应有 关. 3.6培养基中CaCO,粉末添加量超过10%的情况和 确定的信号元件A,B以及两条不同的信号途径对金针 菇其它生理生化指标的影响有待进一步研究. 参考文献: [1]李金雨,庄荣福,黄维南等.ca处理对金针菇采后生理 生化变化的影响[J].福建农业大学,2000,29 (2):176,180. [2]庄荣福,林光荣,胡维冀等.金针菇保鲜贮藏工艺技术 [J].中国食用菌,2000,19(2):35. [3]徐勉懿,方国春,潘祖亭.无机及分析化学[M].武汉: 武汉大学出版社,1994,347,358. [4]武汉大学化学与分子科学学院《无机及分析化学实 验》编写组.无机及分析化学实验第二版[M].武汉: 武汉大学出版社,2001.175,176. [5]查林.两种钙测定法(EDTA法,KMnO4法)的精密度 的比较[J].黔西南民族师专,2001,63,65. [6]DaleSanders,ColinBrownlee,JeffreyF.Ha~er.Com— municationwithcalciumlJ.PlantCell,1999,11:691 , 706. [7]高富辛司(着),黄年来(译).高钙金针菇的栽培[J]. 中国食用菌,2003,22(2):16,18. [8]罗明,李兢等.金针菇富碘栽培研究[J].中国食用菌, 1996,15(4):3,5. [9]郭家选,赵永厚,沈元月.几种食用菌菌丝呼吸生理的 研究[J].中国生态农业,2002,10(3):74,75. [10]黄晨阳,张金霞,左雪梅.金针菇栽培技术要点[J].土 壤肥料,2003,1:45,47. 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(CollegeofLifeSciences,WuhanUniversity,Wuhan430072,China) Abstract:TheeffectsofCaCO3powderonthegrowthanddevelopmentofFlammulinavelutipesandthecalcium accumulati0ninfruitbodvwerestudied.Theresultshowe(tthatcalciumsignificantlystimulatedthegrowthofFlare- m『上f凡?『上 ipesmvceliaandfruitbody,reducedthetimeofsporocarpappearance,andincreasedtheoutputand thec()ntent0fcaleiun1.Thesephysio—biochemicalchangeswerecloselyrel atedtothecalciumconeentrat(“1s?Low (0—5%)andhigh(5.5—10%)c0neentrationsofCaCO3powdercausedsimilaralteration,respectivelY?We thoughtthatthesephen0menawereinterrelatedtothetwodifferentintracellul arcalciumsignalingpathwaysexsted inFlammulinavelutepes. Kevw0rds:mmlin? lutipes;CaCO3powder;fruitbody;calciumaccumulation;signalingtransduct 0n pathway