温度对蛹虫草生长的影响

第 35 卷 　第 5 期 西北农林科技大学学报 (自然科学版) Vol. 35 No. 5 2007 年 5 月 Journal of Northwest A & F University (Nat . Sci. Ed. ) May 2007 温度对蛹虫草生长的影响 3 杜双田a ,周锋利a ,陈德育b (西北农林科技大学 a 林学院 ,b 生命科学学院 ,陕西 杨凌 712100) 　　[摘 　要 ] 　蛹虫草是一种珍贵的药、食同源大型真菌 ,其市场需求量日益增加。为了实现蛹虫草的工厂化生产 , 采用正交多项式回归分析法构建数学模型 ,揭示了温度对蛹虫草菌丝生长速率、菌丝长势、菌丝转色、子座分化、子座 生长及产量的影响规律。结果明 ,蛹虫草菌丝生长速率最大时的环境温度为 22. 7 ℃,转色的最佳温度为 20. 2 ℃, 子座分化的最佳温度为 18. 1 ℃;在人工栽培时 ,适宜的发菌温度为 15～18 ℃,子座生长的适宜温度为 14～17 ℃。该 研究结果为蛹虫草规模化生产的环境控制提供了依据。 [关键词 ] 　蛹虫草 ;生长规律 ;数学模型 ;培养温度 [中图分类号 ] 　S567. 3 + 9 　[文献标识码 ] 　A [文章编号 ] 　167129387 (2007) 0520159204 Studies of temperature influences on Cordycep s militars growth DU Shuang2tiana ,ZHOU Feng2lia ,C H EN De2yub ( a College of Forest ry ; b College of L i f e Science , N orthwest A & F Universit y , Yangling , S haanx i 712100 , China) 　　Abstract : The market requirement of Cord yce ps mi l i t aris , a valuable edible and medicinal f ungus ,is increasingly growing. A mat hematic model is established by adopting orthogonal polynomial regression met hod to st udy t he effect s of temperat ure on hyp ha growt h rate ,develop ment ,and st roma differentiation , growt h ,and yield of Cord yceps mil i t aris . The result s show t hat t he optimal temperature for t he hyp ha growt h ,hypa color t urned ,and st roma differentiation is 22. 7 ℃,20. 2 ℃and 18. 1 ℃,respectively ,and t he appropriate temperat ure for the hyp ha and st roma growth under artificial cult ure is 15 - 18 ℃and 14 - 17 ℃,respectively. The research provides scientific basis for the p roduction of cordycep s militars on a large scale. Key words : Cord yceps mi l i taris ;growth regulation ;mat hematics model ;cult ure temperature 　　虫草药用源于中国 ,其中以中华冬虫夏草 [ Cord yce ps si nensis (Berk. ) Sace. ]最为著名。中华 冬虫夏草以其独特的补益强壮、抗衰老作用在国内 外享有盛誉 ,从古至今激起人们极大的研究兴趣。 但冬虫夏草的规模化生产技术仍未取得重大突破 , 目前难以实现规模化生产。随着人们对冬虫夏草神 奇功能的不断认识及生活水平的提高 ,冬虫夏草的 用途日益广泛 ,用量越来越大 ,从而导致对冬虫夏草 野生资源的过度采集。蛹虫草对寄主要求不严 ,易 在人工培养基上形成子座 ,栽培原料来源充足 ,不受 季节限制 ,生产成本相对较低 ,同样具有抗疲劳、抗 衰老、抗缺氧的作用 ,可增强非特异性免疫及巨噬细 胞的吞噬功能 ,同时具有明显抑制 S180 艾氏腹水瘤 的效果[124 ] ,是冬虫夏草的良好替代产品[527 ] ,也是近 年来新开发的一种重要的真菌营养源及药源。 关于蛹虫草 [ Cord yceps mi l i taris (L . ex Fr . ) Link ]的人工栽培研究始于 1986 年 ,二十多年来 ,虽 然方法不断改进 ,但由于影响蛹虫草人工栽培的因3 [收稿日期 ] 　2006204204 [基金项目 ] 　陕西省农业科技攻关项目 (2002 K042G0524) [作者简介 ] 　杜双田 (1961 - ) ,男 ,陕西扶风人 ,副教授 ,主要从事食用与药用真菌研究 [通讯作者 ] 　周锋利 (1976 - ) ,陕西扶风人 ,助理研究员 ,主要从事林业资源研究。 素很多 ,其人工栽培技术在我国仍未得到普及推广。 有关蛹虫草的子座分化、发育机理和遗传学基础尚 不清楚 ;菌种保藏困难 ,子座生产的产量低而不稳 等 ,仍是规模化生产面临的关键问。为了提高蛹 虫草的子座产量、便于规模化生产 ,本试验就温度对 蛹虫草生长的影响规律进行了系统研究 ,以期为蛹 虫草子座工厂化生产的环境控制提供依据。 1 　材料与方法 1. 1 　材 　料 1. 1. 1 　菌 　种 　供试菌种由西北农林科技大学林 学院资源利用研究所提供 ,菌种编号为 CDM2003。 1. 1. 2 　栽培原料 　本研究的主要栽培原料有大米、 蚕蛹粉、蛋白胨、富硒添加剂 Ⅰ号等。 1. 1. 3 　栽培容器 　试验栽培容器为 400 mL 的玻 璃罐头瓶。 1. 1. 4 　基础培养基 　含马铃薯 200 g ,葡萄糖 20 g , 蛋白胨 10 g ,蛹虫草富硒添加剂 Ⅰ号 5 g ,水 1 000 mL , p H 6. 5～7. 0。 1. 2 　方 　法 1. 2. 1 　菌种的活化 　将保存的斜面菌种在基础培 养基上转接 2 次 ,再转接到平板培养基上 ,待菌丝体 长满平板后备用。 1. 2. 2 　温度对蛹虫草菌丝生长速率与长势的影响 　采用基础培养基加琼脂 20 g 制成平板培养基 ,将 活化的菌种定量接种于平板培养基上 ,分别于 5 , 10 ,15 ,20 ,25 和 30 ℃的温度条件下培养 ,每处理重 复 3 次 ,每重复 50 瓶 ,每瓶接种量为 5 mL ;为了计 算方便 ,以培养第 5 天的菌落直径衡量菌丝的生长 速率 ,并对菌落气生菌丝的长势进行评分 ,建立温度 对蛹虫草菌丝生长速率及菌丝长势的数学模型。 1. 2. 3 　温度对蛹虫草菌丝转色、子座分化的影响 　 采用大米培养基按常规方法栽培[ 8 ] 。将发满菌丝的 栽培瓶分别置于 (15 ±1) ℃, (18 ±1) ℃, (21 ±1) ℃及光照强度 800～1 000 lx 的条件下进行转色管 理 ,每处理重复 50 瓶 ,定期调换栽培瓶的位置 ,以便 光照均匀。在试验的第 10 天 ,对栽培瓶内菌丝的转 色情况与菌丝转色的实验室标准进行对照 ,以划分 转色与非转色 ,以转色瓶数与试验瓶总数的比率作 为蛹虫草的转色率 ;在试验的第 25 天记载每个处理 中形成子座的瓶数 ,以形成子座的瓶数占试验瓶总 数的比率作为子座的分化率。 1. 2. 4 　温度对子座生长的影响 　选择子座分化均 匀、生长健壮、长度在 1～2 cm 的蛹虫草 150 瓶 ,随机 分为 5 组 ,分别置于 (14 ±1) ℃, (17 ±1) ℃, (20 ±1) ℃和 (25 ±1) ℃的条件下培养 ,记录从试验开始到采 收的时间 ,以瓶内 50 %子座顶端膨大为采收标准。 1. 2. 5 　数据处理 　对试验原始数据 ( Šx′) 剔除 ( Šx′) ±2σ以后 ,再求其平均数即为试验结果。采用正交 多项式回归计算回归方程[9 ] 。 2 　结果与分析 2. 1 　温度对蛹虫草菌丝生长速率的影响 试验结果见表 1。 表 1 　温度对蛹虫草菌丝生长速率的影响 Table 1 　Effect s of temperature on Cord yceps mili taris growth rate mm 试验编号 Number 温度/ ℃ Temperature 实际值 ( y1) Actual 预测值 ( y ∧ 1) Theory 试验编号 Number 温度/ ℃ Temperature 实际值 ( y1) Actual 预测值 ( y ∧ 1) Theory 1 5 1. 0 1. 09 4 20 21. 5 21. 79 2 10 1. 8 1. 39 5 25 27. 0 22. 39 3 15 13. 0 11. 56 6 30 8. 5 3. 59 　　根据表 1 数据 ,经计算得到发菌温度 ( x1 ) 与蛹 虫草菌丝生长速率 ( y1 ) 的数学模型 : y ∧ 1 = - 0 . 013 x1 3 + 0 . 587 x1 2 - 6 . 47 x1 + 20 . 39 (1) 由方程 (1)可得图 1 及 y1 的预测值 y ∧ 1 (见表 1) 。 根据函数极值判别原则[ 10 ] ,方程 (1) 在 (15 ,30) 范围内有极大值 : x1max = 22 . 7 ℃, y1max = 23 . 94 mm。 即培养环境温度为 22. 7 ℃时 ,菌丝的生长速率 最大 ,为 23. 94 mm。 根据以上计算及图 1 可见 : (1)蛹虫草在温度为 5～10 ℃时 ,菌丝生长缓慢 ,此温度范围有利于菌种 保藏 ;当温度 ≥10 ℃时 ,随着温度的升高 ,菌丝生长 速率迅速增大 ,在 22. 7 ℃时达到最大值 ,在温度为 22. 7～25 ℃时 ,生长速率缓慢下降 ;当温度 > 25 ℃ 时 ,菌丝生长速率迅速下降。(2)由方程 (1) 可见 ,菌 丝生长速率与温度呈三次函数关系 ,表明蛹虫草菌 丝生长速率对温度非常敏感 ,这就要求在实际栽培 蛹虫草时要严格控制温度 ,特别是立体栽培时 ,要加 强循环风 ,使培养架上下温差减小 ,以便达到生长整 齐、子座分化一致 ,利于生产管理。 061 西北农林科技大学学报 (自然科学版) 第 35 卷 图 1 　蛹虫草培养温度与菌丝生长速率的关系 Fig. 1 　Relationship between Cord yceps mili taris growth rate and culture temperature 2. 2 　温度对蛹虫草菌丝长势的影响 菌丝长势是反映气生菌丝的生长密度、长度、洁 白度等性状的一个综合指标。 试验结果表明 ,在 15 ℃以下时 ,菌丝生长较慢 ; 在 15～18 ℃时 ,菌丝长势最好 ;在 20～25 ℃时 ,长 势较好。因此 ,在栽培蛹虫草时 ,最好将发菌温度控 制在 15～18 ℃,在此温度范围内 ,蛹虫草菌丝生长 较快、长势好 ,有利于控制杂菌生长 ,也有利于提高 接种与发菌的成功率。 2. 3 　温度对蛹虫草菌丝转色和子座分化的影响 试验结果见表 2。 表 2 　温度对蛹虫草转色及子座分化率的影响 Table 2 　Effect of culture temperature on hypha color turned and it s differentiation rate 试验编号 Number 温度 ( x2) / ℃ Temperature 转色率/ % Hypha color turned 子座分化率/ % Differentiation rate of st roma 实际值 ( y2) Actual 预测值 ( y ∧ 2) Theory 实际值 ( y3) Actual 预测值 ( y ∧ 3) Theory 1 15 10. 1 11. 63 16. 3 16. 55 2 18 55. 4 56. 92 48. 9 47. 69 3 21 63. 7 65. 21 24. 4 22. 59 2. 3. 1 　温度对菌丝转色的影响 　为了模拟温度 ( x2 ) 与菌丝转色率 ( y2 ) 之间的函数关系 ,借助 N = 3 的正交多项式回归计算结果得 : y ∧ 2 = - 769 . 86 + 82 . 933 x2 - 2 . 055 6 x2 2 (2) S回 = 1 664 . 65 = S总 ,表明三点均在曲线上。 对方程 (2) 求导得 : d y2 d x2 = 82 . 933 - 4 . 111 x2 = 0 , x2max = 20 . 17 ℃, 将此值代入方程 (2) 得 : y2max = 66 . 62 %。 计算结果表明 ,当温度在 20. 17 ℃时 ,最有利于 蛹虫草菌丝转色 ,第 10 天的转色率为 66. 7 %。 根据方程 (2)绘制出图 2。由图 2 可见 ,随着温 度升高 ,人工光照后第 10 天蛹虫草菌丝的转色率也 随着升高 ;当温度为 20. 17 ℃时 ,转色率最高 ;当温 度 > 20. 17 ℃时 ,转色率逐渐降低 ,不利于转色。 2. 3. 2 　温度对子座分化率的影响 　按 2. 3. 1 方法 计算得温度 ( x2 ) 与子座分化率 ( y3 ) 的回归方程 : y ∧ 3 = - 1 000 . 821 + 115 . 35 x2 - 3 . 172 2 x2 2 (3) 对方程 (3) 求导得 : x2max = 18. 1 ℃。表明 ,蛹虫 草 CMD2003 菌株在培养温度为 18. 1 ℃时 ,最有利 于子座分化。 根据方程 (3)可绘制出图 3。 图 2 　温度与蛹虫草菌丝转色率的关系 Fig. 2 　Relationship between temperature and hyphens color turned rate 图 3 　温度与蛹虫草子座分化率的关系 Fig. 3 　Relationship between temperature and st roma differentiation rate 161第 5 期 杜双田等 :温度对蛹虫草生长的影响 　　由图 3 可知 ,蛹虫草菌株子座形成的适宜温度 为 16. 5～19. 5 ℃,最适温度为 18. 1 ℃。因此在蛹 虫草生产中 ,出草期尽量将环境温度控制在 16. 5～ 19. 5 ℃,以便出草整齐 ,提高产量 ,便于管理。 2. 4 　温度对蛹虫草子座生长的影响 蛹虫草子座形成之后生长很快 ,在温度为 (25 ± 1) ℃时 ,8～11 d 顶端膨大 ,便可以采收 ,其子座的 长度一般为 5～8 cm ;在生长温度为 (20 ±1) ℃时 , 子座生长较慢 ,15～20 d 顶端膨大 ,成熟期推迟 ,但 子座的长度可达到 8～10 cm ;在生长温度为 (17 ± 1) ℃时 ,子座的生长期为 30 d 左右 ,长度可达到 10～12 cm ;在生长温度为 (14 ±1) ℃时 ,蛹虫草子 座生长 50 d 顶端仍未膨大 ,此时子座的顶端与下部 等粗 ,子座长度一般大于 12 cm ,少数达到 16 cm 以 上 ,子座直径达到 5～12 mm。因此 ,在蛹虫草生长 期 ,为了提高产量 ,增加子座的长度及直径 ,在子座 长度达到 1～2 cm 时 ,降低环境温度至 14～16 ℃, 这对增加子座的个体体积、提高子座商品价值十分 有利。 3 　结论与讨论 蛹虫草属于中低温菌类 ,高温不利于蛹虫草的 生长繁殖。因此 ,在人工培养蛹虫草子座时 ,选择在 深秋至次年的 3 月栽培比较节能 ,在进行周年生产 时必须有良好的设施及温度控制系统。 本研究结果表明 ,蛹虫草的菌丝生长速率与生 长环境温度呈三次函数关系 ,表明蛹虫草菌丝生长 对温度十分敏感 ,即微小的温度变化就会引起较大 的生理效应。从回归方程可知 ,蛹虫草菌丝生长的 最佳温度为 22. 7 ℃。但从蛹虫草菌丝长势来看 , 15～18 ℃培养的菌丝长势最好 ,气生菌丝旺盛、浓 密、洁白、不易转色 ,表明 15～18 ℃最有利于发菌。 因为在生长温度较低时 ,菌丝的生长速率虽有所降 低 ,但分枝较多 ,单位栽培料中的菌丝量增加 ,生长 旺盛 ,对提高后期子座产量十分有利。但低温条件 下 ,发菌期较长 ,对设备的利用率有一定影响。因此 在进行蛹虫草工厂化栽培时 ,要合理调节菌丝体培 养温度 ,在不影响产量的前提下 ,尽量缩短生产周 期 ,提高经济效益。 蛹虫草菌丝转色的最适温度为 20. 17 ℃,高温 和低温都不利于转色 ,转色的温度范围 (18～21 ℃) 比较窄。因此在进行规模化生产时 ,一定要控制好 菌丝转色温度。在生产中 ,菌种的质量也是影响转 色的重要因素 ,优良的菌种只要温度适宜都能转色 , 但转色时间和转色效果是影响蛹虫草子座产量的关 键 ,与子座分化的数量和时间有很大关系。适时转 色的蛹虫草 ,子座形成早、数量多、产量高 ,反之子座 形成时间推迟、数量少、产量低。转色困难的菌种一 般难以形成子座 ,即使能形成子座产量也很低。 蛹虫草子座分化最适温度为 18. 1 ℃,稍低于转 色温度 ,表明在温度管理上适当的变温是提高产量 的重要措施之一。蛹虫草子座生长温度为 23～25 ℃时 ,子座生长很快 ,一般 10～15 d 就可采收 ,但子 座短小 ,产量较低 ,商品性差 ;生长温度为 14～17 ℃ 时 ,子座生长缓慢 ,可维持生长期 30～50 d ,形成的 子座粗而长 ,产量高 ,商品性好。因为在低温条件 下 ,子座不易形成子囊孢子 ,推迟了成熟时间 ,延长 了子囊座的生长期 ,因此形成了较大的子囊果。 综上所述 ,蛹虫草对温度比较敏感 ,不同的生长 阶段对温度要求不同 ,在生产中适宜于分阶段变温 管理。 致谢 :陕西省经济植物资源开发利用重点实验室对本研 究给予了大力支持 ,在此谨表谢意 ! 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