蘑菇生长繁殖离不开菌种。在英语中,蘑菇菌种译为“Spawn”,此词来源于拉丁文,为扩大的意思,因此蘑菇接种的本意是“移植”。
第一节 有关菌种的概念
蘑菇的“种籽”是孢子,通常所用的菌种是菌丝体,相当于高等植物的秧苗。种籽一般处于休眠状态,而秧苗常处于生长状态。蘑菇栽培用的菌种是菌丝体,就如水稻不用种籽,而用秧苗一样。
蘑菇菌种由三部分组成,即蘑菇菌株的纯菌丝体、菌丝体着生的基质和包装容器。蘑菇菌种因培养基质结构不同,有固体菌种与液体菌种之分。在固体菌种中,按基质成分的不同,又分为粪草菌种、谷粒菌种等。若按菌种生产繁殖过程的先后,又有母种、原种、栽培种之分,或称其为一级种;二级种、三级种。
蘑菇菌种的生产与作物种子的扩繁有本质的差别,其原因是菌种生产为无性繁殖过程,不发生遗传重组,母种、原种和栽培种之间的基因型是不变的,所以蘑菇菌种的分级尤其是原种与栽培种的划分是人为的。在生产实践中,原种与栽培种可能有一定的差别,这种差别不是由于菌种本身种性的差别,而是在菌种生产过程中由于隐性污染,栽培种的纯度可能比原种低。
做为食用菌生产者,弄清有关蘑菇菌种的概念是很有益的,本节介绍有关知识。
一、种、品种、菌株及菌号的区别
(一)种 “种”(species)是生物分类的基本单位,在“属”(Genus)之下,特指具有一定形态特性和生理特性以及一定自然分布区的生物类群。同一种的个体之间遗传特性相似,彼此间交配可育。不同种间的个体则不能相互交配或交配后不能产生有生育能力的后代。生物的每个种都有学名,学名按双名法,用两个拉丁词组成。前一个为属名,用拉丁文名词表示,如Agaricus 意为“蘑菇属”;后一个为种名,常用拉丁文形容词表示,以描述该种的主要特征,如bisporus意为“双孢的” 。
(二)品种 每一个品种均有共同祖先,有一定的经济价值,是遗传性状比较一致的人工栽培的食用菌群体,蘑菇品种参照农作物对品种的定义(variety指植物;breed指动物)。品种是人工选择的结果,是人们利用同一物种不同个体间的差异,按照人炎的经济目的不断选择培培育而成,能适应环境条件和栽培条件,在产量和品质上比较符合人类的要求。农作物品种一般指具有高产、优质、农艺性状好,可人工大量栽培的品系,所以品种的定义为“具有生产应用价值的菌株”。我国农作物品种的应用需要经过品比试验,区域性栽培试验,最后须经过作物品种审定委员会评审,批准后取得品种资格方可应用于生产。因而选育一个优良的品种往往需要几年甚至十几年。
(三)菌株 在微生物学中,菌株(strain或line)又称为“品系”、 “菌系” 或“小系”,含义是起源于共同祖先的相似的个体,如同一种、同一品种、同一子实体分离出来的纯的培养物。在遗传学中一般是指自交或近亲繁殖若干代后,所获得的遗传性状比较稳定的后代。
菌株与品种是两个不同的概念,所有的分离培养物只要具有差异性,都可认为是不同的菌株。而品种强调的是生产性状要有代表性,品种可以是某一菌株,但不是所有的菌株都是品种,因为品种必须经过权威部门审定。优良菌株经过鉴定、品比、繁育后,即可成为品种。菌株可作为育种材料,但不是所有的菌株都具有生产应用价值。
不同菌株之间的差异可以是形态差异,也可以是农艺性状或是生理生化方面的差异。区别不同菌株传统的做法是进行拮抗实验或极性测定,现在还可应用同工酶图谱、DNA指纹图谱等鉴别技术。
(四)菌号 按国际细菌命名法规(1976),菌株(Strain number)的命名可用任何形式,可用个人的姓名、地点或数字表示。但为方便起见,一般均用数字表示,附在种名后面而成为菌号,例如法国的蘑菇品种F56、F60;美国Sylvan公司的S130、S608;荷兰的U1、U2;我国的蘑菇品种As2796、闽1号等。
我国的菌号比较混乱,有些单位或个人引进一个菌株后由于商业目的就重新编一个菌号,同一菌株在不同地方有不同的菌号,出现同种异名现象。同种异名给科研工作带来许多无意义的重复,在生产上也给菌种应用带来障碍。还有一种情况,从某栽培品种的子实体通过组织分离,冠以一个新的菌号,这也是普遍现象。一般地说,组织分离不会改变其基因型,分离物与原栽培品种种性相同,不是新菌株。如果进行组织分离的菇体是一个变异体(概率极小),可以作为新菌株,例如白色木耳、白色金针菇都是从自然突变的个体上组织分离的著名新品种。总之,组织分离是否能编为新菌号,需要有可遗传的新性状,或通过必要的实验证明它与原菌株是不同的。
二、蘑菇品种与菌株类型
(一)蘑菇品种介绍 蘑菇菌株有哪些品种?各品系的生产性状如何?具体指标有哪些?介绍如下:
从菇体色泽上区分,双孢蘑菇有白色、棕色和奶油色三个品系:
棕色品种棕色品种菌盖表面平滑,巧克力色,菌柄白色,肉质致密,有份量,抗病。因色泽差,不适合罐藏加工,仅在少数国家局部种植。
奶色品种菌盖表面平滑或鳞片状,菌柄白色,菌盖白色或奶油色,子实体较大。栽培量较小。
白色品种菌盖表面平滑,是世界上栽培最多的品种。菇体为纯白色,颇受市场欢迎,世界各国栽培的主要是这个品种。
生产上常用的白色蘑菇品种,各主产国均有自己选育出来的代表品种。不同菌株在生产性状、加工性能等方面存在着差异。从生产性状上分,有适于工厂化生产的品种F56与Ul系列和适于季节性栽培的品种AsS2796系列;从加工特点上分,有适于鲜销的品种S130。表4-1例举了国内外生产上常用的有代表性的杂交品种。
表4-1 蘑菇杂交菌株生产性状简介
国别 选育单位 菌株名称 同工酶谱 主 要 特 点
中国 福建省蘑菇菌种研究推广站 As2796As3003As4607 HG4HG4HG4 中国广泛使用,抗逆性强,鲜菇适用于罐藏或鲜销。
荷兰 Horst蘑菇试验站 U1U3 HG4 欧洲、北美广泛使用,适于工厂化栽培,罐藏或鲜销
美国 Sylvan公司 S130S608S512 HG4HG4HG4 适于工厂化栽培,鲜销适于工厂化栽培,鲜销适于工厂化栽培,罐藏
法国 Somycel公司 F56F60 HG4 在欧洲广泛使用,罐藏与鲜销
近10余年来,我国推广栽培过多个蘑菇品种,积累了许多值得总结和借鉴的生产经验,介绍主要品种如下:
1.AS2796 是我国具有知识产权的杂交品种,由福建省轻工业研究所王泽生等育成,是自上世纪90年代以来在我国栽培最广的高产稳产优良菌株。据王泽生(2000)报道,在美国试种AS2796,产量也能达到3Okg/㎡,但采菇期要比美国Sylvan公司的菌株长。在国内简陋的栽培条件下比较栽培,表明AS2796比美国菌株更具抗逆性。近几年该品种在福建省的栽培面积占90%以上,在全国已推广2亿多平方米,产菇近200万吨。该菌株的主要生产性状如下:
(1)形态特征 ①菌丝在PDA培养基上,菌丝呈银白色,基内菌丝和气生菌丝均很发达;在常规基质中,长速中等偏快,一般不结菌被。②菇体圆正、无鳞片,有半膜状菌环,菌盖厚,组织结实,菌裙紧密、色淡,柄中粗较直短,无脱柄现象,每千克鲜菇为90~100只。菇体基本单生,1~4潮菇产量结构均匀,通常是边长菇边扭结,因此采收要及时。③鲜菇含水较高,加工预煮出率65%,制罐质量符合部颁标准。
(2)栽培要点 ①较耐高温,栽培时间比一般菌株可提前7~10天。20℃通常不死菇。该菌株出菇较一般菌株晚3~5天。②耐肥,要求投料量为29~30千克/平方米,含氮量1.4%~1.6%。薄料或含氮量低,易产薄皮菇、空心菇。③耐水,结菇水要求菌丝爬上至离土层表面0.5~1厘米时重喷。结菇力强,成菇率高,且后劲大。
2.Sylvan-176 简称S-176。1979年于美国Sylvan公司引进,中科院微生物研究所编号为S-176。是国内最早大面积栽培的贴生型菌株。
(1)形态特征 ①菌丝在PDA培养基上呈贴生型,
菌丝索状、分枝多、分隔短,平贴基质呈放射状扇形蔓延。菌丝先端部分稍有气生,基内菌丝较深,长速较慢。②菇体纯白,盖顶扁平,略有下凹,鲜菇80~114只/千克。肥水不足时,菌盖凹陷较明显,有鳞片。风味淡,商品质量欠佳,适于盐渍加工与鲜食。
(2)栽培要点 ①耐水、肥,铺料厚度不少于20厘米。吃料能力强,长速快,菌床封面较气生型菌株快3~5天。②结菇率高,出菇齐,转潮快,后期产量高,抗病力较强。产菇一般在10千克/平方米以上。③发菌适温25℃左右,出菇适温10℃~20℃。
3.Somycel-111 译名索密尔-111。法国Somycel公司育成。由上海市农科院食用菌研究所自波兰引进。高产型菌株。
(1)形态特征 ①菌丝在PDA培养基上,菌丝呈贴
生型,菌丝线索状,分枝多,分隔短,顶端稍有气生菌丝,稀疏、呈扇状生长。②菇体盖顶略平,呈浅棕色,柄粗短,菇体组织较疏松。适于盐渍加工与鲜食。单产与176菌株相近。
(2)栽培要点 ①较耐肥、耐湿,铺料厚度要达到17厘米。喷出菇水要早,原基普遍发生,呈米粒大小时,喷用出菇重水。②结菇率高,出菇集中,转潮快。产菇一般在10千克/平方米以上。③较耐高温,可适当提前播种。
4.浙农1号 浙江农业大学园艺系经紫外线诱变,从S-176菌株中选育出来,1985年通过轻工部鉴定。是大面积使用的高产稳产菌株。
(1)形态特征 ①菌丝 在PDA培养基上呈半贴生半气生型,线状菌丝较少,基内菌丝较176菌株粗壮,生活力强,吃料爬土快。②菇体 圆正结实,胖顶或平凹,无鳞片,菌柄粗而短,色泽洁白、菇形中等偏大,每千克鲜菇60个左右。品质较176菌株有很大改善,可作为罐藏菌株使用。③罐头加工 吨耗954~986千克,预煮率63.7%,整菇率62%~77%。
(2)栽培要点 ①耐肥、水,抗逆性强,土层厚度应控制在3厘米内。②结菇率高,出菇早,转潮快,产菇9千克/平方米以上,高产可达18千克/平方米。③菌丝培养适温20~25℃,出菇温适10~2O℃。
5. 上海101-1 上海市农科院食用菌研究所自国内传统栽培的气生型102-1菌株中选育而成。1987年前后在各地推广应用。
(1)形态特征 ①菌丝在PDA培养基上,菌丝呈半气生型,线状菌丝束明显,斜面菌丝整体外观绒毛状。菌丝分隔短、分枝多,与气生型菌株长速相近。②菇体中等大小,菌盖直径大多为1.8~4.8厘米。色泽白,组织紧密,菇顶饱满,菇肉较厚。薄皮开伞菇相对较少。质量能达到罐装原料菇的要求。③加工预煮率为68%。
(2)栽培要点 ①较耐肥、耐湿,原基呈米粒、绿豆大小,表面光滑,无菌丝毛头时,就要喷重水。用水不足,严重影响产量,易出白心菇。菌床以湿管过冬为好。②产菇适温广,在20~23℃持续2~3天不影响出菇。冬季菇房保温措施好,仍能出菇。③结菇率高。据江苏省江阴市长泾镇2.8万平方米栽培,平均单产在8.19千克/平方米。
6.闽1号 福建省轻工业研究所从罐藏优质气生型8211菌株中,分离单孢选育。经福建省蘑菇菌种审定委员会批准,自1990年起正式作为优质罐藏菌株推广使用。
(1)形态特征 ①菌丝在PDA培养基上呈气生型。
菌丝浓白、短而密、整齐、粗壮。②菇体圆正,洁白,菌盖厚实,无鳞片,菌裙小、色浅,菌柄粗短,不易开伞,菇形中等偏大,每千克鲜菇80~100只。③罐头加工,吨耗859千克,罐藏标准一级菇约占60%~70%。
(2)栽培要点 ①对营养要求中等,覆土要比同类型菌株提早3天。②提前2~3天喷水,以防止菌丝上冒板结。一旦发生土层菌丝板结,可采用低温刺激或重水冲击处理,或将石灰粉直接撒于冒菌丝部位,以抑制菌丝继续板结,但切勿大动土层或更换新土,否则将造成减产。③子实体对温度反应敏感,21℃以上会出现死菇。温差大且变化剧烈,易出现硬开伞,特别是第3潮菇更为明显。产菇量7.2千克/平方米。
(二)蘑菇菌株类型 第三章曾介绍,根据不同菌株的栽培特性、鲜菇质量和罐藏加工表现等差异,蘑菇菌株大致分为高产类型、易褐变类型、中产类型、优质类型和不育类型。此外,在菌种生产实践中还常根据蘑菇菌丝在斜面培养基上的外观特征,划分为3种类型:
1.气生型 例如上海101-1菌株。这类菌株的菌丝主要生长在培养基表面,延伸后高出基质表面并暴露在空气中(俗称“气生型”菌丝),其色洁白,绒毛状,又浓又厚;而伸入基质内部的菌丝(俗称“基内型”菌丝)较少,较浅。
2.贴生型 例如法国Somycel-111菌株。这类菌株的菌丝灰白色,稀疏或致密,紧贴培养基表面匍匍生长,气生菌丝极少或无,但基内菌丝较多较深。贴生型菌株又名匍匍型菌株。
3.半气生型 例如浙农1号。这类菌株的菌丝外观特征介于气生型和贴生型之间,白至灰白色,呈线索状在基质表面分布,气生菌丝不旺,菌丝培养初期较少,培养后期才逐渐增多,且多出现在菌丝生长先端部位;其基内菌丝比气生型菌株多,但不及贴生型菌株。半气生型菌株又名半贴生型或半匍匍型菌株。
必须指出,同一类型的蘑菇菌株,其菌丝外观特征只是相对一致,并非完全相同;例如常规气生型菌株与杂交气生型菌株之间,其菌丝外观的差异就较明显;而贴生型菌株中,菌丝形态也有云彩状、年轮状或线索状等多种区分。因此在选用蘑菇菌株时,必须对所用菌株的外观特征尽量了解,并对所用的培养基及培养条件加以分析和比较,以免判断失误。
气生型菌株与贴生型菌株不仅在菌丝细胞的形态结构上和子实体的内外质地上有所区别,而且在生物学特性上也存在一定的差异,即它们的菌丝培养和子实体发育对营养、温度、水分、空气等方面的要求不完全相同。尽管气生型菌株不一定低产,贴生型菌株不一定质次,但就大多数而言,气生型菌株与贴生型菌株相比,其耐肥、耐温、耐水性能较差,抗病力也弱,且结菇较迟,出菇较稀,转潮较慢,单产较低。
杂交型蘑菇菌株AS2796,其菌丝外观倾向于气生型,但与传统气生型菌丝形态有别,在菇质上接近气生型菌株,在产量上则接近贴生型菌株。
生产实践表明,气生型菌株与贴生型菌株在制种和栽培技术上有所不同,需要采取以下相应的技术措施:
1.菌种生产不同 培养气生型母种时,要求基质略硬略干一点,如1000毫升斜面基质内,琼脂用量要比贴生型母种增加l克。同时,母种培养的前期温度宜控制在20~22℃,当菌丝布满斜面基质一半以上后,逐渐降至18℃以下,即要求培养温度偏低一些。而贴生型母种则宜控制在22~25℃范围内培养。
培养气生型原种和栽培种时,容易发生菌丝徒长、早衰和吐黄水现象,特别是基质养分过富、发酵过热、含水量过高、装料紧度不够、培养温度偏高、空气湿度大、菌龄偏长时,上述现象较为严重。因此,配制气生型原种和栽培种基质时,要控制好基质的营养配比和腐熟度。采取粪草基质时,粪草比例一般为1:1。粪肥必须粉碎,草料要求偏生一些。采用麦粒、棉籽壳等基质时,适当加些河泥、谷壳,尽量少加或不加粪肥。与贴生型菌株相比,基质含水量要减少2%以上,一般控制在50%-55%。此外,装料要适当紧一些,尤其是瓶内上部基质不能过松。气生型菌株的菌龄宜控制在40-50天,贴生型菌株的菌龄可达100天,因而气生型菌株的制种时间要推迟进行。气生型菌株的菌丝香味较浓,菌种培养时除要避免出现温高湿大的郁闷环境外,要加强病虫害管理措施。
2.堆肥含水量不同 气生型菌株的基质内菌丝较少,菌丝细胞的酶活性相对较弱,堆肥中要多使用有机肥,少用化肥,建堆时碳氮比宜控制在30~33,采用二次发酵的堆肥,气生型菌株要求前发酵堆期为14天,贴生型菌株为12天。进房前堆肥含水量前者控制在58%~60%;后者要求在65%左右。若采用常规一次发酵,气生型菌株的堆肥堆期要比贴生型菌株长2~3天,进房时堆肥的含水量控制在55%左右,而贴生型菌株在堆肥进房时要达到60%左右。
气生型菌株与贴生型菌株相比,耐湿性较差,土层菌丝生长时间长2天,出菇晚3天左右。因此,气生型菌株的菌床覆土前料面含水量要降低,以提高抗湿性,覆土层调水量1平方米减少1~2千克,结菇水和出菇水均要推迟2天左有使用。整个栽培期间,气生型菌株的菌床宜采用轻喷勤喷的方法进行水分管理,一般不要采用间隙重喷的方法。
3.播种发菌不同 气生型菌株抗热性不及贴生型菌株,播种时堆肥温度不宜超过28℃,最好控制在25℃左右。播种期一般比贴生型菌株推迟5天,而贴生型菌株播种后则能承受2~3天的28~33℃高温。
气生型菌株比贴生型菌株好气性强,覆土材料的毛细孔要多,透气性要好,一般以采用下粗上细的土粒分层覆盖为好。采用河泥砻糠作覆土材料时,泥糠比例要由贴生型菌株使用的10:1改为8:1,并由一次性覆盖改为2~3次性覆盖,以提高覆土层的透气性,防止菌丝窒息萎缩或产生菌被,同时也能增加土层菌丝的储量、增加出菇后劲。整个栽培期间,气生型菌株的菌床打扦撬料次数要适当增加,菇房的通风换气必须满足。
4.抗逆能力不同 气生型菌株对病虫害的抗性较弱,所以菇房的消毒工作要加强,卫生清理要日常化,特别是出菇阶段要防止菇房经常处在高温高湿的环境中。室温一般控制在17℃以下为宜,空气湿度掌握在85%~90%。贴生型菌株由于出菇密度大,菇体含水量高,菇质紧实度不够,因而空气湿度要比气生型菌株提高5%,否则质次菇的现象就会明显。
气生型菌株的春菇产量往往高于贴生型菌株,所以越冬的气生型菌床易采用湿过冬或半干半湿过冬,避免土层中绒毛菌丝枯黄老化,生活力衰退。保持土层湿润而不发白,含水量在15%左右,这是争取气生型菌株高产的关键措施之一。
总之,气生型菌株比贴生型菌株对外界环境条件敏感,堆肥养分含氮量要少一点、含水量要降一点,生长温度要偏低一些,水分管理要轻一些,通风换气要足一些。
第二节 菌种制备与保藏
蘑菇菌种来源有两种途径:一是引进菌种;二是分离菌种(组织分离或孢子分离)。蘑菇菌种的分离有2种方法:组织分离和孢子分离。这些方法一般由科研单位采用,所分离的菌种须经出菇品比试验,成功后才能推广应用。
一、菌种分离技术
(一)组织分离 属于无性繁殖或克隆技术,从理论上讲,所获菌种不发生遗传重组等变异,因此常被生产上采用。选择无污染并菇形健壮的蘑菇幼菇(6分成熟),采摘后及时放入灭过菌的纸袋中带回接种室,连同母种用试管培养基等用品一起放入接种箱内消毒。在接种箱内无菌操作,先用75%的酒精消毒双手和工具,然后用0.1%升汞液消毒种菇表面,用消过毒的解剖刀从菌盖与菌柄联结处的中部纵切开,在菌盖与菌柄交界处切成长条形小块(图4-1),用接种钩钩取小块菌肉,迅速接入培养基斜面的中部,塞好棉塞,在25℃下培养3~5天后即可看到组织块周围长出白色稀疏纤细的菌丝,15~18天菌丝即可长满试管,挑选菌丝健旺无污染的菌管再进行转接扩繁,须经出菇试验合格后用于生产。
图4-1 组织分离法
(二)孢子分离 孢子分离为有性繁殖,所获菌种已经发生遗传重组等变异,生产性状有可能优于母体,也有可能劣于母体。孢子分离有单孢分离和多孢分离两种方法,单孢分离主要用于遗传育种研究,多孢分离多用于生产繁种。孢子分离技术如下:
1.悬菇弹孢法 采取刚弹射孢子的子实体菌盖,在无菌室经消毒处理后,将菌褶朝下悬吊于无菌容器内收集孢子(图4-2),在22~26℃下让其自然弹射孢子5~10小时,容器底部出现白色孢子印。取无菌水,粘取少量孢子制成孢子悬浮液,用灭过菌的注射器或滴管吸取孢子悬浮液,滴1~2滴于试管斜面上,经25℃培养至孢子萌发,挑选无污染的斜面进行扩繁,经严格的出菇试验,择优用于生产。
图4-2 蘑菇孢子弹射分离装置
2. 褶片粘贴法 在无菌条件下取一小块子实体组
织,蘸少量无菌琼脂或浆糊,粘附于试管培养基斜面的对面玻壁上(图4-3),加棉塞后在20℃左右静置,菌孔组织中的孢子会弹射到斜面培养基上,再去掉试管壁上的菌块,经进一步培养获得多孢子萌发的菌丝体。
图4-3 褶片粘贴分离法
3. 分离菌株的鉴定 蘑菇孢子分离后得到新的菌丝体,不仅存在较大变异性,而且其单个孢子中还有20%~30%是不能结菇的,即使是组织分离得到的无性繁殖的菌丝体,也不一定能完全保持原菌株的优良性状。所以经分离、提纯后得到的纯菌丝体培养物,在末作出栽培鉴定之前,不能盲目用于生产,以防栽培后出菇不正常或不出菇。
蘑菇的菌种鉴定方法有多种,最可靠的方法是通过实际栽培,从形态特征、生理特性这两方面对菌丝体和子实体进行评价,也就是说首先要确定所分离的菌种是不是蘑菇所需的菌种,即种性要纯,再就是所得的蘑菇菌株好不好,即品质要优良。一般来说,凡是长期从事蘑菇制种生产、实践经验丰富的专业工作者用肉眼就能鉴定所分离的菌株是不是所需的蘑菇菌株。但是蘑菇菌株质量的优劣和生产性状、经济性状的好坏则绝对不能单凭菌丝形态、生长快慢来判定,还必须通过菌种的逐级培养观察,特别是对栽培出菇情况做最后的考核。即便是最好的菌种,经长期保藏后使用,仍需重新进行一次栽培试验,以保证大面积生产万无一失。
二、母种制备技术
在蘑菇菌种生产中,菌种制作通常分为三级,即母种、原种和栽培种。母种也叫一级种,由于菌丝生长在试管的斜面上,所以又称为试管种或斜面种。为了保证质量,防止退化,母种的转接扩管不超过3次,转扩次数增多,产量有下降的趋势。对长期保藏的菌株,复壮后须经出菇试验,方可用于大规模生产或销售。一般生产者都是引进母种,经扩繁后用于制备原种。
(一)培养基配方 母种培养基常用琼脂做凝固剂,其又名洋菜或冻粉,从海藻石花菜或其他红藻中提取加工而成,为透明、无味、粉条或粉末状。琼脂的主要化学成分是多聚半乳糖的硫酸脂,包括D-葡萄糖醛酸、L-半乳糖、D-半乳糖、3,6-脱水-L-半乳糖和丙酮酸等。干琼脂一般含水16%,灰分4.4%,氧化钙1.15%,氧化镁0.77%,氮0.4%。琼脂化学结构稳定,不易被菌丝分解利用,在培养基中仅起凝固剂的作用,其在96℃时融化成液体,冷却到45℃以下即重新凝固。由于用琼脂配制的固体培养基清晰透明,便于观察菌丝的形态,故成为常规斜面域平板培养基不可缺少的材料。其用量因使用季节、目的和琼脂本身质量的不同而异。一般在冬天加1.5%~1.8%,夏天为2%,分离菌种时加2.5%,生产时加1.5%~2%。用量过多,培养基较硬,保水性好,不易干燥,但成本高。须指出,即使是最纯品的琼脂,也仍然会含有微量的含氮化合物及残存无机盐,因此在进行营养要求精确的实验中不用琼脂。对于生产而言,要求培养基营养丰富,菌丝健旺,因此采用各种加富培养基。常用的母种培养基如下:
1.马铃薯-葡萄糖-琼脂培养基(PDA):去皮马铃薯200克,葡萄糖20克,琼脂20克,水1000毫升。这种培养基养分较少,菌丝不会徒长,常用于菌种分离、提纯及转管保存菌种。
2.马铃薯200克,葡萄糖20克,磷酸二氢钾2.5克,硫酸镁0.5克,蛋白胨3克,维生素B120毫克,琼脂20克,水1000毫升。
3.麸皮200克,葡萄糖20克,磷酸二氢钾2克,硫酸镁0.5克,琼脂20克,水1000毫升。
4.酵母膏20克,葡萄糖20克,磷酸二氢钾2克,硫酸镁0.5克,琼脂20克,水1000毫升。
5.平菇200克,葡萄糖20克,磷酸二氢钾2.5克,硫酸镁0.5克,蛋白胨3克,琼脂20克,水1000毫升。
(二)制作试管斜面
1.配制培养基 选择优质马铃薯,去皮(挖去芽眼),切成薄片,称取200克,加水1000毫升放入小铝锅内煮沸20~30分钟,趁热用3层纱布过滤后取滤液,并用热水补充到1000毫升,倒回小铝锅内。加琼脂继续加热,并用玻璃棒搅拌至琼脂全部溶化后,加葡萄糖,再补水至1000毫升。
2.分装试管 母种培养基一般用试管为容器,常用的规格为2种:18毫米×18毫米及20毫米×20毫米,培养基装量为10~15毫升,为试管长度的1/4~1/5,培养基不可沾附试管内壁,如有沾附物必须擦试干净。
3.做棉塞 取适量棉花制作棉塞,棉塞要做的圆滑硬实,棉塞总长3~4厘米。标准的棉塞应是塞头较大,不易变形,入管的部分占塞总长的2/3,露在管外的部分则为1/3(不少于l厘米) 。棉塞的大小、松紧要与试管口配套,塞入试管的棉塞要紧贴管壁,不留缝隙。过紧妨碍空气流通,也不便操作;过松则达不到滤菌目的,且棉塞易脱离试管。松紧度以提起棉塞试管不脱落适为宜。
4.灭菌 将6~8支试管捆成1把,上面用牛皮纸包住,用皮筋或线绳扎紧,以防棉塞受潮。直立放在高压锅内灭菌。加热灭菌时,排尽锅内冷气,当温度升到121℃(压力1.0千克/平方厘米)时,维持30~40分钟后停止加热,待指针回到零点,先打开锅盖的1/5,利用余热烘干棉塞,等到无直冲蒸汽时,再打开锅盖,取出试管。
5.摆斜面 趁热将试管一端垫放到木条上,使其成一定角度的斜面,一般斜面长度达试管全长的1/2为宜。气温低时,覆盖保温,以防冷凝水过多,待完全凝固后,收取备用。
6.灭菌效果检查 随机抽取5支试管,在25℃下进行空白培养3~5天后,检查斜面上有无杂菌,如果发现有杂菌,说明灭菌不彻底,要废弃或重新灭菌,无杂菌出现即可供接种用。
(三)母种的转接 蘑菇菌株类型不同,应采取不同的移接技巧,这对保持菌株特征和生产上的正常使用都是必要的。操作技术如下:
1.消毒 接种前先将接种用具、培养基以及菌种等放到接种箱(或接种室)内,然后按每立方米用高锰酸钾5克,40%甲醛溶液10毫升的量进行熏蒸消毒30分钟,如有紫外线灭菌灯,同时开启照射30分钟后进行接种。
2.接种 接种时试管口不要离开酒精灯火焰的无菌区(图4-4),灼烧接种钩并待其冷却,将斜面上的菌苔纵横划切成米粒大的小块(图4-5),深度以稍带培养基为适,然后再取种块迅速放到待接试管斜面的中心位置,抽出接种钩后,再把试管口烘烧一下,棉塞过火后迅速塞好。如此反复接种,一般每支母种可转接30~50支试管。
图4-4 母种转管无菌操作方法
图4-5 母种转管分割方法(仿陈士瑜)
在实际操作时,气生型菌株、贴生型菌株、半气生型菌株的转接技术有下述不同:
(1)气生型菌株 这类菌株挑取的标准是菌落形态饱满,浓白,菌丝尖端生长挺直,生长势强,分枝清晰,菌丝尖端平齐,基内菌丝扎得较深,从基质反面可见到轮状的生长斑纹。转管移植时,种块附着的基质不要太厚;要稍带基内菌丝,注意不要桃选菌丝过于浓白、生长势过旺的菌丝。沿试管上卷爬壁的菌丝一般不要使用,以避免造成菌种培养基内或栽培菌床上过多出现菌丝徒长或结菌被的现象,以及倒毛及黄化现象。
(2)贴生型菌株 分离这类菌株时,在多孢子单菌落挑选过程中要舍弃原始菌落中的气生菌丝、尽量挑选基内菌丝生长势强、扎根深、菌丝粗壮的菌落。在显微镜下观察,菌丝具有节间短、分枝多;节间处膨大等特点。据栽培实践表明,这类菌株中以外观呈云彩状和年轮状菌丝类型为好,其结菇性能好,产量高。转管移植时,种块长有贴生菌丝的一面朝向基质或采用两点接种法,可使菌丝较快长满斜面。
(3)半气生型菌株 分离这类菌株时,要挑选气生菌丝和基内菌丝生长相对均衡的单菌落,移植部位的贴生菌丝要求排列稀而清晰,呈线束状;尖端挺直,健壮有力;气生菌丝不浓,所占比例适中;基内菌丝深,长势旺盛。
(四)母种的培养 将接种后的试管放入25℃的培养箱或培养室进行恒温培养,一般需要15~20天的培养,菌丝才能长满试管斜面。在培养过程中要随时检查,挑除有杂菌感染或有异常现象的试管,以保证母种的质量。
蘑菇母种经一段时间培养后,其气生菌丝常会出现倒伏,俗称“倒毛”,或发黄褐变现象(图版21),其主要原因是培养基不适。此外,接种时种块培养基挑得太厚、培养环境通气不良供氧不足、培养温度偏高或温差过大、菌种本身活力差耐热耐湿性弱、菌龄过长、基质养分消耗竭尽等。因此,制做母种筛选合适的培养基配方非常重要。还应注意被移接母种活力旺盛,接种时种块所带基质宜薄不宜厚,原始种块周围的菌落最好舍弃不用。母种培养时应选用大规格试管,基质盛装量要满足母种生长需要,培养环境供氧良好,培养温度要严格控制,母种数量较大时,应放在通气较好的恒温室内培养。不能及时使用的母种,最好在菌丝尚未长满斜面时就移入4~5℃的环境中存放。
三、原种及栽培种的生产
原种是将母种转接于装有堆肥的菌种瓶或袋中进行扩大培养的菌种(二级种)。蘑菇原种的制备程序如下:
(一)麦粒培养基的配制
1.配方与处理 麦粒100千克,发酵后干贮粪草或糠壳10~20千克,碳酸钙或石膏粉各1~2千克。
麦粒营养丰富,菌丝生长旺盛,为防止菌丝活力造衰,每100千克麦粒中加放硫酸镁50克,磷酸二氢钾100克,效果较好。麦粒颗粒饱满表皮厚,无虫蛀破粒。一般以经过休眠阶段的隔年陈麦浸泡效果好,吸水软化快。
将麦粒浸入1%~2%的石灰水中浸泡,水面要高出麦粒10~15厘米,并经常搅拌,捞去浮粒。浸泡时间随水温高低灵活掌握,以麦粒内部浸至无白心时为准,一般水温在26℃左右时,大约需浸12~14小时。浸好的麦粒捞出沥水,再倒在干净的水泥地面上吹晾,待麦粒表面水分适度收干后,便可拌入预湿的粪草填充料、石膏粉等,接着装入菌种瓶内。麦粒吸水量控制的标准是,每100千克麦粒吸水吹晾后,湿重达136~140千克为度。
也可将麦粒用清水浸泡8小时左右,再转入沸水中煮或放在笼屉中用汽蒸,煮沸15~20分钟或汽蒸1小时,当麦粒熟透(无白、心)不破不烂时,捞出沥水进行摊晾,待麦粒表面水分收干适度时,再按上述方法配料。此法麦粒持水均匀,对发菌有利。
麦粒吸水调湿后,含水量必须适度。含水过低,质地硬,菌丝穿透难,繁殖数量少,播种后易染菌。含水过高,质地软泡,灭菌时易破裂,淀粉渗出呈糊状,易使麦粒粘结成团,菌丝蔓延后会产生菌被现象。此外,填充料预湿后的含水量应与麦粒含水量接近。
填充料或叫封口料、导引料、过桥料等,能固定谷粒培养基,缩小谷粒之间空隙,从而有利于种块定值吃料封面,有利于菌丝均匀蔓延生长,避免了谷粒松动后造成的菌丝断裂或产生菌被等现象,同时可提高谷粒菌种的成品率,生产管理也较方便。常用的填充料有粪草、泥土、谷糠、谷壳等。填充料用量约占谷粒培养基的10%-20%,一般要求较碎较短,最好是经过堆制发酵。配制混合时,其预湿后的含水量要与谷粒含水量相对一致。发酵干贮的填充料不霉变,过长过粗的材料需粉碎。粪草要在麦粒吹晾前4小时左右,用石灰清水预湿,pH值8左右,含水量为55%左右。预湿好的粪草用其一半作填充料,与麦粒、石膏粉等混合拌匀后装瓶,再将另一半粪草作基质表面封口料使用。
麦粒培养基分装时要上下震动,以利基质结合相对紧实,分装结束后不必打洞便可按常规灭菌、冷却后接入种源。此法省工方便,是麦粒培养基大生产时最常用的方法。
2.灭菌时间 麦粒结构紧实,热穿透作用慢,灭菌时间要长,灭菌方式以高压灭菌效果较理想。通常1.5千克蒸汽压力保持3小时以上,2千克蒸汽压保持2小时以上或者常压蒸汽灭菌100℃时保持10~12小时以上。
(二)棉籽壳培养基的配制 棉籽壳系颗粒型结构原料,其营养成分合理,菌丝不易徒长。是食用菌菌种广泛采用的培养材料。用棉籽壳作培养基生产蘑菇菌种,具有发菌快,菌丝粗壮,生命力强,吃料封面迅速等优点,一般1瓶棉籽壳菌种可代替2~2.5瓶粪草菌种使用。蘑菇制种采用发酵棉籽壳作培养基时,可采用以下方法:
1.棉籽壳100千克,干猪、牛粪粉10~15千克,石膏粉3~4千克,过磷酸钙0.5~1千克,石灰4~5千克。先将棉籽壳、干粪粉和一半石膏粉用石灰水或河泥浆水预湿,使其含水量为60%~65%,经混拌均匀后建堆。堆高1米,宽1.3~1.5米,建堆后覆盖薄膜,堆期15~20天,堆温控制在55~60℃。其间翻堆3次,第1次翻堆时加入另一半石膏粉,第2次翻堆时加入过磷酸钙,第3次翻堆时用石灰水调整pH值。堆制过程中,要每日揭动薄膜,并在料堆上每隔25-30厘米间距打洞,以利透气发酵。待棉籽壳发酵均匀,外观呈红棕色时拆堆,打散晒干备用。使用时,提前4小时左右用石灰清水调温,使其含水量达55%~60%、pH值8.5~9。经分装后灭菌,一般2千克蒸汽压力保持2~2.5小时。
2.棉籽壳100千克,河泥粉30~40千克。尿素1~1.5千克,石膏粉1千克,过磷酸钙0.5千克,石灰4~5千克。先将棉籽壳用pH值l0左右的石灰水预湿,使其含水量达6O%-65%,再均匀加入1~1.5千克尿素后进行建堆。其堆制过程与制法(1)相似,堆制结束后晒干备用。使用时,在100千克发酵棉籽壳中加入30~40千克预先晒干打碎的河泥粉,经混拌均匀后,再用石灰水逐渐调湿,使其含水量在55%左右,pH值为8~8.5,经分装并灭菌后使用。该基质适宜菌丝容易徒长的气生型菌株使用。
棉籽壳团粒性好,但间隙较大,分装时要适当注意紧实,可防止“塌肩”而抑制菌丝徒长。高温干燥天气生产时,瓶口料可适当补点封口水,且灭菌后,要及时冷却接种,以避免瓶口失水偏干,不利菌丝定植。发酵料棉籽壳制种,一般40~45天菌丝即可发至瓶底,因此要掌握好制种时间。
(三)粪草料培养基的制作 发酵粪草料是制作蘑菇原种、栽培种的传统优化型培养基。该基质尽管制做用工较多,但因其具有选择性,适宜蘑菇菌丝生长,至今仍为众多生产者所采用。其制作要点如下:
1.粪草堆制 发酵粪草料培养基堆制方法与蘑菇栽培堆肥堆制方法基本相同,一般粪草比例为5:5或4:6。要求草料新鲜、干燥、不霉变;最好使用大麦秸秆或稻草。堆时草秆对切两段即可,以便发酵后抖去粪肥。粪肥用猪、牛粪等均可,要求先晒干、粉碎后使用。堆制时要求堆温在70℃左右,期间翻堆2~3次。低温季节堆料要增加翻堆l次,堆期也要适当延长。由于高温灭菌时会使培养基成分进一步分解熟化,所以粪草发酵腐熟度要比栽培蘑菇的堆肥略生些。尤其是气生型菌株,如粪草料偏熟,会造成菌丝徒长,形成菌被。此外,过熟的草料经高温发菌后容易糊化,通气性较差,菌种会发生“吐黄水”等早衰现象。通常当草料变为咖啡色,手感柔软时,即可拆堆,抖去粪肥(仍可用作制种或栽培),拣出草料,经薄摊勤翻晒干后贮藏备用。
2.培养基配制 培养基配制时先将草料进行粉碎或人工铡切成3厘米短段,然后加入1%石膏粉、1%过磷酸钙。如果草料在摊晒时被雨淋过或质地欠佳,还可以加入1%左右的发酵粪肥,或添加1%的硫酸铵等。由于草料吸水速度较慢,一般需在基质分装前3~4小时左右先加水拌料,以使草料吸水均匀。通常100千克草料需吸水11O~120千克,检验方法是用手握紧一把料,指缝间有水渗出而不下滴为宜。气生型菌株含水量控制在55%左右,贴生型菌株控制在60%左右,原种和前期栽培种偏干一些。以防"吐黄水";后期栽培种稍湿些,以利加快发菌。拌料加水时要用适量石灰,将料内pH值调整到7.5。
3.分装方法 培养基含水量、酸碱度调好后即可分装。由于草料蓬松,不易入瓶,所以要手抓料置于瓶口,用另一手紧握木捧将草料压入瓶内并塞紧。一般750毫升菌种瓶每瓶装料量为湿重0.4千克左右,也就是装至瓶肩部位。料要装得松紧适度,上层稍紧些,下层稍松些。装料过松发菌虽快,但瓶内上部菌丝易衰老退菌;装料过紧,瓶内透气性差,发菌困难,料装好后,用锥形木棒朝料中部打下洞穴,深达瓶底,以提高瓶内透气性和固定接种块。打洞后,擦干净瓶壁,塞入棉塞。棉塞宜紧不宜松,要求距料面1.5厘米以上,这样既利于通气发菌,又可避免棉塞与湿料接触,以减少杂菌污染。
堆肥配制分装要求当日完成,当日灭菌,特别是高温天气,要特别注意,以防基料酵解变质。灭菌要求在2.5千克蒸汽压力下,保压2小时,或在2千克蒸汽压力下,保压2.5~3小时。
4. 接种方法 接种前必须使瓶温降至30℃左右,防止高温接种热死菌种。有冷却室的在冷却室冷却,没有冷却室的可直接在接种室冷却。每支母种可转接3~4瓶原种。接种前,首先把接种室(箱)打扫干净,喷2%来苏尔或新洁尔灭净化空气,再把已灭菌的菌种瓶及用具全部搬进去,然后按常规对接种室(箱)进行严格消毒。接种需严格按照无菌操作进行。
接种者手持母种试管,用酒精棉球将试管擦2次,然后拔开棉塞,试管口对准酒精灯火焰上方,用火焰烧一下管口,把烧过的接种耙迅速插入种管内贴玻壁冷却,将斜面前端1厘米长的菌丝块挖去,剩余的斜面分成3~4段,另一个人在酒精灯火焰上方,在接种者取好菌种块的同时拔开原种瓶棉塞,接种者将菌种块取出,快速接入原种瓶的接种穴内,棉塞过火焰后塞好。如此一支试管可接3-4瓶原种。每接完一支试管,接种耙要重新消毒,防止交叉感染。接完种后,立即将台面收拾干净,将各种残物如试管、洒落的培养基、消毒用过的棉球等均清出室外,照前述方法进行第二轮接种。
栽培种的接种和原种有一点不同,即原种接种用的是试管母种,而栽培种接种用的是原种。
四、蘑菇液体—麦粒菌种
“液体-麦粒菌种”是以液体菌种为种源制作的麦粒菌种。一般的谷粒菌种要用谷粒培养物作种源,制种所需时间就较长。采用现代发酵技术制备液体菌种,能使蘑菇菌丝体细胞迅速分裂,因而制种时间比谷粒菌种发菌快10倍。但是液体菌种不适合直接接种在大批量的堆肥培养料上,因为保存和运输均不方便。为扬其长而避其不足,可采用液体菌种作为种源生产谷粒菌种,兼具液体菌种和谷粒菌种两者的优点,能缩短制种时间和提高菌种质量。
用作种源的液体菌种一定要纯净,未受细菌和霉菌的污染,菌丝球要密实,每毫升液体菌种含菌丝球1000~3500个。有大量菌丝,在3000转/分速度下离心十分钟后,每100毫升发酵液中的菌丝重量达到20~25克;菌丝球小而均匀,80%菌丝球的直径小于2毫米。
笔者推荐使用“菌之家”牌机械(空气)搅拌液体制种设备(图版权49),其有如下技术特点:①规格100升,实装培养液70升,费用150元,可接栽培种5000瓶;②搅拌功率370W(380伏),0~200转/分钟,无级可调;③电脑自动控制制种过程;④全套系统包括100升不锈钢罐体1个、电脑控制箱1个、电机调速系统1套、两级空气过滤系统1套(含中、高效滤芯各1个)、无油润滑压缩机1台、不锈钢安装底盘及支架、仪表、空气管路等;⑤搅拌转速可调,适用于任何食用菌液体制种。⑥售价33000元/台。
决定液体菌种菌丝球数量的关键因子是碳源、氮源和pH值。适于蘑菇液体培养的碳源是浓度为1~3%的糖蜜、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉。适合的氮源为浓度0.2~1.0%的蛋自胨、酵母膏、玉米粉浸出液或糊化玉米粉等。选用这些碳源和氮源培养蘑菇液体菌种,菌丝生长量较大,100~200升发酵罐一般供氧培养4天左右即可。
用小麦粒作生产菌种的培养料,将煮制好的小麦粒装入750毫升的玻璃瓶里,每瓶装250克,8000麦粒,接种15毫升液体菌种,共含有3万个丝球,经震荡后,每个谷粒上平均有3.5个菌丝球。由于这么多分布均匀的菌丝球同时生长,菌种就自然而快速地生产出来了。一般来说,用液体菌种生产蘑菇谷粒菌种所需时间仅为3~7天,这比用琼脂培养物或谷粒菌种作为原种所需的时间(30天左右)要少得多,细胞的年龄一致,老化菌丝少,污染率低,用液体-谷粒菌种栽培双孢蘑菇可增产15~25%。
五、国外的菌种公司
国外的小型菇场都是购买大公司的菌种,他们认为这样不但菌种质量有保障,从经济上也更合算。这有道理,原因如下:
(一)育种研究高水平 欧美的蘑菇菌种生产已经工业化和集团化。例如全美最大的蘑菇菌种公司Sylvan,全称为Sylvan Foods Holdings.Inc.,在宾州(Pennsylvania)和内华达州(Nevada)设有科研机构。位于法国的Somycel实验室位于巴黎西部约250公里的兰吉斯(Langeais)的罗丽谷,其发明的一项菌种生产专利工艺已为世界采用40多年。瑞士Hauser实验室有2个基地:1个在的苏黎士附近;另1个是众所周知的白色皇后公司,位于英国伦敦北部约160公里处。其发明的1个新产品能使覆土后采菇时间缩短7天。
为保证菌种的安全,1个菌株同时存放于So米ycel,Hauser及Sylvan 3个试验室中,并应用了超低温液氮保藏系统。科技人员利用这些种质开发具有商业价值的蘑菇菌株。尤其是由Kerrigan博士领导的宾州实验室,有一个稀有的野生菇及商业菌株基因库。他们每年投入大量经费,在最好的品种之间进行杂交,不断改良现有品种,培育高产、优质、耐热又抗病的商业菌株。此外,该公司还致力于研发各类培养添加剂与各类杀虫灭菌剂。
(二)菌种生产规模化 Sylvan创建十多年来,兼并了有100多年历史的法国Somycel蘑菇菌种公司和瑞士Hauser蘑菇制种公司,组成强大的Sylvan集团公司。除亚洲以外,Sylvan在各大洲均设有分公司,共有300多名科技人员与熟练工人参与菌种研究、生产以及售后服务。年产约15000吨栽培种,可供生产鲜菇45万吨(鲜菇:菌种=30:1千克)。
Sylvan在北美和欧洲各有2家制种厂,采用现代化的菌种生产系统。对菌种的纯度、稳定性和活力的要求是一致的。对每个用作母种的菌株都做生长质量、栽培性状和遗传特征等分析。接种生产和菌种测试成了2道不可分割的工序。接种室的消毒甚至比医院的手术室更严格。制种用的谷物材料先经高温灭菌、而后接种装袋(或包),送进有空调设施的培养室。每一个菌种袋都由电脑打上日期及有关菌株的代号等。发菌完全的菌种袋都必须移入2℃左右的冷库中储存。为了确保质量,所有菌种都由带冷藏设备的卡车或集装箱运输,包括运输到世界各地;冷藏效果由夹在菌种箱中的温度自动记录器记录。
在母种使用前和栽培种生产后作试验性栽培,如果试种出现问题,那么这批菌种就要被销毁。试种合格的菌株,在出厂时每包菌种还得经过最后的质量检验才能装箱,检查人员发现有与质最标准不符的问题,整包菌种也要销毁。质量第一,信誉第一,在Sylvan公司的菌种生产过程中得到充分的体现。在美国宾州制种工厂,检测人员甚至比生产人员还多。其质量监控是全程的,目的是要把所有的问题消灭在产品出厂之前。
从菌种保藏的评价系统,母种的纯度,活力和遗传特征检测到制种全过程的质量监控是Sylvan公司,也是欧美各跨国公司几十年,甚至是二、三百年来积累下来的研究与技术革新的精华,他们称之为制种公司的商业秘密,公司的命根子。因此菌种在严格的质量管理之下进行生产,市售的蘑菇菌种有谷粒菌种和粪草菌种。
六、生产菌种注意事项
(一)卫生管理 提前几天打扫培养室,对水泥墙壁、地面要进行清洗,并严格消毒处理后方可使用。培养室要求保持空气干燥、清洁、避强光,留有能启闭的通风口,空气流通无死角。
(二)温湿度控制 将接种后的原种瓶搬入培养室,保持温度在25℃左右,保持空气湿度55~65%。一般3~5天菌丝即可吃料,7~10天菌丝即可封面。待菌丝封面后,加强通风换气,保持室内空气新鲜,一般培养25~85天菌丝即可长满瓶。
(三)检查污染 发现污染杂菌应及时采取措施。原种瓶内杂菌滋生部位不同,其污染原因亦不同:如棉塞受潮,空气湿度过大,瓶口部位易滋生红色链孢霉。如瓶内上下均发生绿霉及毛霉等杂菌,则可能是灭菌不彻底。如随机发现接种块四周发生杂菌,则可能是接种操作不熟练或棉塞过松所致。如紧邻几瓶的种块全部滋生杂菌,可能是母种带杂菌或接种工具灼烧灭菌不严。不管那种情况,一发现杂菌危害后,必须及早清除,以防蔓延导致大批菌瓶发生杂菌感染。初期污染的种瓶可重新彻底灭菌,重新接种,不可延误。
除染杂菌外,有时种块不萌发。其原因是:一是接种工具灼烧后未冷却就挖取菌种块,菌丝被烫死或菌丝过火焰时被火焰烧死。二是母种干缩老化,失去萌发力。三是培养温度不适宜,菌种瓶灭菌后未冷却,菌种受热而死。
有时菌种块虽能萌发,但不吃料,其原因主要是:菌种块与堆肥结合不紧密;堆肥偏干;堆肥的酸碱度不适宜;堆肥内加入了过量抗杂菌药物如多菌灵等。因此接种时要使菌种块与堆肥紧密结合;坚持随拌料随装瓶,及时灭菌防止堆肥变酸;选用木屑时要严防混入松柏木屑;配料时不要随意添加或过量添加多菌灵等抑菌药物,以防菌丝生长受到抑制;要保持室内空气湿度55~65%,要远离热源,使种瓶受热均匀。
(四)添加尿素的影响 菌种培养基种添加尿素,能够补充氮素的不足。但尿素中的氮是以尿胺态形式存在的,蘑菇菌丝不能直接吸收利用,只有经过带有尿素酶的微生物分解吸收后,才能被蘑菇菌丝间接利用,这个分解过程一般要4~6天时间。这就是说,菌种培养基添加尿素后,若按照发酵料培养基的制作方法进行,即菌种培养基在采用正规发酵技术,对原材料进行预处理时,是能够适量加入尿素的,其理由是培养基经12~20天堆积发酵后,尿素被相关的微生物分解,就可以很好地为蘑菇菌丝所用。如果菌种培养基在装瓶入袋前才添加尿素,则是不恰当的,其结果往往事与愿违,其原因是常规菌种培养基经过配制装瓶入袋后,都是尽早进行灭菌,添加的尿素未经微生物分解只能保持原状,蘑菇菌丝便无法利用;若尿素添加过量,还会不是影响菌丝生长,如果菌种培养基添加尿素配制后,只经过短时间(1~3天)堆积,就分装后灭菌,同样也是不适宜的,其原因是短期堆积过程中,基质内虽有一些微生物参与分解尿素,但尿素分解不充分,还会放出氨气,基质中含有较多的氨便能杀伤蘑菇菌丝,进而造成接种后种块不能萌发或萌发后菌丝逐渐萎缩。因此,菌种培养基在装瓶入袋前,若要补足氮素,最好加入腐熟的粪粉、肥泥粉,或麸皮、米糠、玉米粉等。
七、蘑菇菌种质量控制
(一)菌龄控制 蘑菇菌种生产中所说的菌龄,一般是指菌丝长满基质培养成熟所需要的时间。菌龄的长短与培养温度、培养基成分、接种量大小等因素有关。适龄的菌种菌丝量大,菌丝活性强,实用价值高;幼龄的菌种菌丝量少,实用价值低;超龄的菌种菌丝量虽大,但菌丝已呈衰老状态,活性下降,使用效果差。因此幼龄菌种需继续培养后再使用。适龄菌种若不立即使用,应置于低温环境下存放,以延缓菌丝衰老程度。在生产中应避免使用超龄菌种。
生长在培养基或堆肥中不同部位菌丝体的菌龄不同,一般生长在接种点附近的菌丝体成熟早、衰老快,菌龄也长,而离接种点运的菌丝体发育迟,菌龄也短。以瓶装菌种为例,靠近瓶底的菌丝菌龄短。蘑菇菌种的适龄标准是,在适温培养条件下,母种长满培养基表面后再延长3~5天使用较好;气生型母种菌龄20天左右,贴生型母种菌龄30天左右。原种、栽培种长满瓶后,再延长7~10天使用较好;气生型菌株的菌龄一般为40天左右,贴生型菌株可适当延长,延长时间的目的是促进菌丝体向培养基内部生长,增加菌丝量,提高菌种实用价值。这点在制作菌丝穿透较慢的谷粒菌种和生料菌种时尤要注意。
一般来说低温下培养的菌种,时间延长一些,对菌种的质量无明显影响。但在高温下培养时,则不能随意延长时间,因为高温下菌丝体的生理代谢旺盛,它不但要大量消耗堆肥中的养分,同时还会加快自身的衰老速度。
实际生产中菌龄长短掌握的原则是,只要菌丝生长健壮,培养基不收缩,没有出现黄化倒伏以及退菌、吐黄水现象,菌龄稍长稍短,对产量不会有明显影响。
(二)菌种质量标准 目前我国尚无制订蘑菇菌种的国家标准。福建省推荐的蘑菇菌种标准(FDBT/QW—33.90)如下:
1. 一级种(母种) 在同一种培养基斜面上具有原菌株的菌落形态特征,无病虫杂菌、菌丝洁白,生长健壮有力,边缘整齐,不发黄、不老化,菌龄掌握在刚长满斜面即用于扩接原种或继代培养。
2. 二级种(原种) 无感染病虫杂菌、菌丝洁白,粗壮浓密,均匀布满瓶周或管周,外观颜色一致,无不均匀斑,培养基由棕黑色转为淡棕黄色,有蘑菇特有香味,菌丝不萎缩,不发黄,接种后应在40-60天长满瓶,菌龄掌握在菌丝长满瓶10天左右使用。
3. 三级种(栽培种) 无感染病虫杂菌、菌丝洁白至米黄,粗壮有力,均匀布满瓶周(谷粒种允许出现局部徒长),外观颜色大体一致,无明显不均匀斑,培养基淡棕黄色,有蘑菇特有香味,培养基不萎缩、不吐黄水。接种后菌丝应在30~45天长满瓶。菌龄掌握在菌丝长满瓶后15天内使用。
除上述菌种标准外,优质菌种(图版22)在种瓶中随机挖取一块菌种,成块而有韧性,不松散。劣质菌种的表现是菌丝表面出现杂菌斑纹(拮抗线),菌丝细弱,脱壁萎缩,发黄老化,这样的菌种不能用于生产。
八、菌种生产常见问题及原因
(一)“退菌”的原因 蘑菇菌种堆肥堆制发酵不良、养分差、基质分装过松、菌丝生长表现稀弱无力,若遇到高温,再加上培养室通风不良,容易造成菌丝萎缩消退,即"退菌"的现象。特别是瓶口菌丝"退菌"较为常见。控制的主要措施是,提高堆肥堆制发酵质量,改善培养基营养组分。分装基质时,要松紧适度,待别是瓶口草料必须捣紧;菌种培养期要尽量减少高温的影响。菌种发生“退菌”时,有时是由于螨类危害所引起,这点不应当忽视。
(二)“吐黄水”的原因 蘑菇菌种堆肥发酵过热,含水量过高,菌龄长或菌种培养时长时间处于高温环境,初期会造成菌种收缩变形,呈"塌肩"状,后期菌种软瘫呈水渍状,并有黄色水溶物出现,称“吐黄水”现象(图版23)。吐黄水是蘑菇菌丝衰老,菌丝细胞水解自溶,菌丝生长条件恶化的具体表现。"吐黄水"的菌种松软,水分大,不成块,菌丝少或不明显,无菌种香味。症状轻微的"吐黄水"菌种当气温下降后,其菌丝仍能生长,但栽培后发菌不理想,出菇晚,产量低。控制的主要措施:堆肥发酵切忌过腐,特别是采用稻草作基质时,料内含水量切忌偏高;用麦粒作基质时更要注意掌握好菌种生产季节,避免菌龄过长;菌种培养期间要防止长时间高温影响,越夏菌种要做好降温措施。
(三)污染的原因 污染蘑菇菌种的杂菌种类很多(详见第十一章),较常见及容易辨认的害菌(图版24)有黑霉(根霉)、绿霉(青霉)及黄霉(木霉)。
蘑菇菌种被污染的原因较多,有单一因素造成的,也有多种因素交叉影响引起的。检查和分析的时间应在接种后4~5天逐日进行,通常在菌种培养初期检查要勤、要细,菌种培养中后期可适当减少检查次数。若待蘑菇菌丝长满基质或基质被完全污染后再查找原因,往往主次原因混淆,真假难以断定,同时也不利于及时采取相对应的控制措施。菌种被污染的主要原因如下:
1.培养基灭菌不彻底 其具体特征是杂菌不仅在基质表面发生,更多的是在培养基内的不同位置出现,即蘑菇菌丝尚未延伸到达,杂菌就在培养基的上、中、下各部位捷足先登。培养基灭菌不彻底,一般接种后2~3天即可发现,它是造成菌种成批污染、大量报废的最重要原因。
2.种源本身带菌 其具体特征是污染发生时,最早发生的部位是在接种块上,而不是先在培养基上出现。种源本身带有杂菌,对菌种的危害极大。携带的数量愈多,污染的程度愈严重。种源本身若带有虫体(如螨、线虫等),则造成菌种病虫害同时发生且蔓延速度加快。
3.接种时污染 在种源纯正的条件下,若发现杂菌的始发部位都是在培养基表面的接种区内。那么这类污染多属于无菌操作不严,接种时将外界的杂菌带入而造成的。接种污染在菌种生产中最为常见,绝大多数是由于接种操作时马虎大意,或缺乏无菌操作基本知识所引起。
4.制作管理不当 在培养基制作过程中或在菌种培养管理期间,只要有一道环节控制不当,污染的现象就会增多。例如,培养基配制时粪块末打散,原料渗水不匀,内部吸水少,湿料中夹带干料;灭菌装置设计不合格,种瓶灭菌时排放不合理,均能造成灭菌时产生低温死角等,即使灭菌过程符合常规要求,还可能造成少数培养基出现灭菌不彻底的现象。此外,灭菌后棉塞等封口物受潮或封闭较差,冷却室、培养室灰尘多,不卫生,环境中杂菌孢子含量高,害虫出入频繁,菌种培养时温度高,空气湿度大,封口物松脱过或菌种容器有裂纹、孔隙等,均会导致害虫的入侵和污染率的上升。其具体特征是污染区的始发部位都是从培养基的外表,即瓶、袋等菌种容器的开口、裂纹、孔隙处开始。
(四)延误菌种生产的补偿 按时生产菌种,是保证菌种质量和适时播种的前提。实际生产中,由于缺乏制种经验或培养条件不善,或制种后污染率高等原因,会造成菌种生产时间来不及,即制种时间拖搁迟误的情况,此时可采用以下方法进行补救。
1.降级制种 即由原先安排的母种到原种→原种→栽培种的逐级制种,降级为购买原种→栽培种的生产。
2.越级制种 即由常规逐步繁殖制种改为母种多转扩l次后直接越级制作栽培种,省去原种繁殖这一级,也可以理解为原种当栽培种使用。此法是利用母种转扩培养速度快的特点来争取时间。
3.减量制种 原种和栽培种由常规的满瓶培养基制种,改为装半瓶培养基制种,以缩短逐级繁殖所需的时间。用此法制种的数量,即制种的瓶数提高或加倍,满足下一级繁殖栽培时的实际需要。
4. 换料制种 更换培养基成分,菌种培养时间也可以缩短。例如,用麦粒来代替粪草,不仅发菌时间能明显缩短,而且每瓶麦粒菌种可相当3~4瓶粪草菌种的使用效果。
5.多点接种 即由常规的一点接种方式,改为多点接种,以增加接种量,加快菌丝繁殖速度,缩短制种时间。此外也可采用菌种瓶内打洞穴深层接种,种袋上两头接种或一侧多头接种等方式。
上述方法可单独采用,也可综合使用,使用时应结合制种时间来考虑。若栽培季节己到或栽培后发生污染报废,唯一的补救方法是向菌种生产单位直接购买栽培种。
九、菌种的退化及减缓方法
(一)菌种的退化 退化(degeneration)指蘑菇菌种原有优良性状、典型性和一致性大部分丧失的现象,如产量下降、品质变劣、抗性降低、整齐度变差等。一般认为,蘑菇菌种的变异或退化主要表现为子实体形成受抑,并常常伴随着发菌出现“菌被”与出菇推迟、头潮就出现开伞菇等迹象。这里必须明确,退化是因遗传性变异引起的,而因环境改变使菌种生产性能下降的非遗传变异不能算退化。
什么是菌种的老化(ageing)?老化主要指生理性而非遗传性的衰退现象,例如长时间贮存的菌种萌发率或转管成活率下降等。
(二)退化的原因 菌种的退化可能源于一个细胞发生的有害变异(variety),或一个基因的瞬时突变(Mutation),菌种呈现群体退化现象需要较长的时间。也就是说,菌种的退化是一个渐变过程,在某菌种的群体中,该菌种原有的基因型频率在下降,只有发生有害变异的个体在群体中显著增多以至占据优势时才会显露出来。 Sinden(1953)指出,如果菌种长时间在同一种琼脂培养基中,其菌丝就会出现褐变,生长缓慢生命力不强,而且紧贴在培养基的表面。这种菌株以后在菌种和堆料中亦生长缓慢,最终导致低产。因而,退化指一群个体变劣,变异则指某一个体的突变,例如某菌种产生的子实体群体中有少数子实体与亲代不同,不能算做退化,而是自然变异,例如蘑菇的白色品种就是源于其褐色品种的白化变异。1926年,美国宾夕法尼亚的菇农Downing在奶油色蘑菇中也偶然发现了纯白色子实体。
一般认为引起蘑菇菌种退化和变异的原因如下:
1.突变的发生 一般说来,一个正常菌株仅是经过转管移植,因为是无性繁殖,不会导致遗传性状的改变。但是如果蘑菇菌丝细胞内的两个核或一个核发生变异,这种变异的核随着细胞分裂而增殖,并且通过隔膜孔迁移扩散,当菌丝内变异核的比例上升到一定程度时,菌种就表现出退化。此时转管扩繁的菌种,则全部是退化的菌种。
2.病毒的感染 感染病毒的蘑菇菌种,其退化现象是十分明显,病毒不仅会随着菌丝体的扩大繁殖而增殖,而且出菇后会通过带毒孢子传染下一代。
3.品种间杂交 在自然栽培条件下,不同蘑菇品种间的孢子随风散播,造成一定频率的天然杂交,也是引起品种混杂退化的原因之一。
(三)减缓菌种退化的方法 在农作物中,从退化的植株群体中筛选出优良个体为提纯(puriety),由此而使优良种性得到恢复为复壮(regeneration)。对于微生物中的细菌、酵母而言,其菌种是由大量单细胞个体组成,因而也可通过单细胞或单菌落分离而提纯复壮。蘑菇是丝状多细胞真菌,其菌种是许多菌丝的集合体,个体与群体很难区分,因而蘑菇的退化菌种不能通过个体选择来提纯。但是据许襄中(1994)初步研究,采用挑取尖端菌丝(取染毒菌落尖端3~4mm细嫩菌丝)及高温培养(32~34℃)相结合的方法,有一定脱病毒的效果。下面是生产实践中采用的可延缓蘑菇菌种退化的几项措施:
1.防止菌种混杂 在选留种菇及进行出菇试验工作中,应加强品种隔离措施,尽量避免品种间的天然杂交,以保证优良品种的遗传型在较长时期内能保持稳定。
2.控制转管次数 引进一个优良菌种后,不要立即将该菌种扩大繁殖的首批母种全部用完,而应将其妥善保藏。在批量生产菌种时,每一批均从首批母种开始,逐级扩大繁殖。这样每批栽培种制作时的转接次数不致太多,既可使菌种的生活力较强,又可降低因细胞分裂而产生有害突变的机率。
另外,对菌种可能遭受病毒的感染应保持足够的警惕,对有疑问的菌种要及时检验。确证已感染病毒,尤其是病毒粒子含量大、子实体性状已受到严重影响的菌种,应及时淘汰。
3.维生素E抗氧化 在高温季节培养蘑菇菌种时,灭菌前每支试管加1粒维生素E胶丸,有延缓细胞衰老的作用,蘑菇菌种在28℃下,经20天不出现黄化菌丝,且菌丝无倒伏、萎缩现象发生。
以上措施虽有助于延缓菌种退化的速率,但是由于造成退化的因素具有相当程度的普遍性和随机性,因此任何一个菌种都不可能永久保持其优良性状,需要适时对菌种进行更新换代。
十、蘑菇菌种的保藏
菌种保藏是蘑菇产业的一项基础工作,是确保种质资源基因留存和现有生产用种遗传性能相对稳定的必要手段。菌种保藏的方法多种多样,有的虽然保藏效果好,但投资高或操作繁杂。在生产实践中,更需要设备投入少,能保障菌种不死亡、不污染、最大限度地保持优良种性的简便方法。保持菌种活力最简单的方法是在适宜的培养基中经常进行继代培养,并把它们存放在3~5℃的冰箱中。Kligman(1943)和Lambert(1959)已证明,尽管反复地继代培养,菌株在相当长的一段时间内仍能保持稳定不变。Kneebne(1965)和Fritsche(1966)亦证实了上述结果。
对于蘑菇来说,控制培养条件、掌握好菌龄、适宜的菌种保藏条件可有效控制菌种老化,液氮超低温保藏是公
认的最有效的保持种性的措施。然而,目前国内绝大部分菌种生产单位或个人没有这种条件,常用的是斜面低温传代保藏(冰箱保种),这种保种方法常引起菌种老化或生理退化。对粪草生型的蘑菇菌种采用粪草培养基,结合低温(冰箱)进行保种,可获得较好的效果。
一般而言,对母种进行长期保存,对原种进行短期保存。须保证优良菌种的性状和活力不发生变异,不死亡,不被污染,确保其纯度。因此保存方法应具备取材容易,操作方便,菌种不易退化,长期保存不污染杂菌等优点。常用的菌种保存方法如下:
(一)斜面低温保藏 该法的优点是保藏方便且所占空间较小。具体做法是:菌丝长满斜面后,放在0~5℃保存。以后每隔一定时间(2~3个月)转管一次。转管保存不能长期用PDA培养基,否则种性易退化。因此隔一定时间(1年左右)须把菌种转接到粪草培养基上复壮,之后挑选健壮无污染的菌丝再转回PDA培养基保存。在长期保存过程中,要防棉塞受潮滋生杂菌。菌种试管口最好用蜡烫封,以防培养基内水分过快蒸发。增加琼脂用量(2.5~3%)可减缓水分蒸发,还要防止菌种管的标签脱落而造成种系混杂。
(二)贫、富培养基轮用 笔者在多年的菌种保藏实践中发现,保存菌种的培养基不能营养太丰富,否则菌丝生长过旺易老化,且产生较多的有害代谢物而导致菌种死亡。因此大都采用营养不怎么丰富的马铃薯-葡萄糖-琼脂斜面(PDA)。蘑菇在PDA培养基生长虽细弱,但不易老化、生命保持期长;而在加富(如蛋白胨、酵母膏、麸皮浸液等)的PDA培养基上菌丝生长虽旺盛,但易老化、生命保持期短。因此,蘑菇斜面菌种轮用贫、富培养基保藏,有利于其优良种性的保持和复壮。
同一菌株若长期使用某一培养基,菌丝的生长速度减慢,会出现菌丝细弱、断节、稀疏的现象,这是因为菌丝一直生长在半合成的同一基质上,与其自然生长环境不同,某些酶和活性物质长期得不到启用,会钝化或丧失活力。通过更换培养基,特别是天然营养物质的更换能改变碳、氮、矿质元素成分,恢复菌丝活力。
(三)有孔胶塞封藏 棉塞封口培养基易失水干缩;而用无孔胶塞封口造成缺氧,菌丝会因缺氧而死亡或发生生理反应(菌丝或基质产生色素)。如在胶塞上钻孔,孔径1.5毫米,再用棉花封孔口来协调保水与通气的矛盾,菌种贮藏9~12个月后仍能成活80%以上。
(四)自然基质保藏 Lambert(1959)发现,如果母种保存在燕麦或琼脂培养基上,而不是保存于堆料中,则容易出现绒毛状菌丝。Stoller(1962)观察到,如果在小米培养基中加入石膏,将其pH从7.5降到6.5,就可抑止绒毛状菌丝和扇变角菌落的出现;如果在培养基中含有大量的淀粉则可诱导绒毛状菌丝和扇变角菌落的出现。
Fritsche(1968)认为,多种琼脂培养基如燕麦粉琼脂能诱导绒毛状菌丝的形成,而堆料+琼脂培养基则不会诱导绒毛状菌丝的形成。在英国,谷粒菌种常常形成绒毛状菌丝和扇变角菌落;而粪肥菌种则不会形成绒毛状菌丝和扇状变异菌落。另外,多种化合物,主要是芳香族化合物也诱导绒毛状菌丝和扇状变异菌落的形成。
Fritsche(1968)指出,两个单孢子培养物由索状菌丝变为绒毛状菌丝,这些菌丝在菇床表面形成致密的白色斑点,因而产量下降。Fritsche(1981)报道了另一种蓬松的绒毛状菌丝,在琼脂培养基中呈现扇形浓密菌丝,这种菌丝的大量出现将会影响产量。
在培养皿中合适的营养培养基上观察菌丝的生长特性虽能够反映菌种的退化,但有些重要的退化特征用这种方法是难以识别的。营养生长正常并不意味着该菌种没有发生退化。
根据蘑菇的特性,利用自然基质保藏其菌种的方法。草腐菌采用以粪草为主料的培养基。自然基质营养全面,且大部为缓释养分,不易产生营养过剩或饥饿;其次,培养基理化性状好,可吸收或缓冲菌丝代谢出的有害物质,水分与通气协调平衡,部分菌丝扎入基质内生长,不裸露于空气中,菌丝呼吸强度低,生命力强。
(五)石蜡隔氧封藏 将液态石蜡分装入三角瓶内,装量达瓶空间的l/3,塞好棉塞,于121℃灭菌2小时,然后置40℃温箱中,使其水分蒸发,或置于干燥器内数日以除去水分,石蜡呈透明状为宜。在无菌条件下,用无菌吸管装入已长好菌丝的斜面试管,使液面高出斜面顶部1厘米左右。塞上无菌橡皮塞,竖直保存。此法可使菌种存活3年以上,但以1-2年移植一次为好。移植时不必倒出石蜡,用接种钩取一块菌丝即可。因转移时带有石蜡,菌丝生长弱,需要再转管1~2次,方能复壮。
第三节 制种设施及设备
菌种生产是蘑菇生产的重要环节,所需设施如下:
一、接种设施设备
(一)接种室 接种室为高度洁净的无菌区,一般长宽各2米左右,高约2.2米。墙顶装紫外线灯和日光灯各1盏。地面光洁有下水道,墙壁用防水涂料或油漆刷白,便于冲洗消毒。接种室外间为缓冲室,其长度与接种室相同,宽1米。缓冲室墙顶也装紫外线灯和日光灯各l盏,壁上有挂衣架。接种室和缓冲室的门均应为推拉门结构(图4-6)。
图4-6 接种室
1.紫外线灯;2.日光灯;3.工作台;4.凳子;
5.种瓶架;6.窗;7.推拉门;8.缓冲间
紫外线灯用于空气消毒,既干净又无污染,是一种很好的消毒方法,因而长期被广泛地采用。紫外线灯管以悬吊在顶棚下为宜,一般应按装在离操作台1.5米处。紫外线作用最适温度为26.7℃。在潮湿情况下,效果降低。紫外线灯一般在最初使用的100小时中很快降低功率,故需在使用100小时后测定其强度(用紫外线光度计测)。如功率下降为原有功率的70%时,就认为失效了,应当即时更换。若不即时更换,不但没有杀菌效力,这个能量还会有利于细菌生长。紫外线灯管的维护极为重要,至少2~4周,甚至每周清洁一次。可用干净软布或酒精润湿过的棉花轻轻擦,要避免在玻璃上产生痕迹,禁止用有油或有腊的布擦,装卸灯管要避兔用手直接接触灯管表面,以防灯管发生失透现象。在使用中,操作人员的眼睛和皮肤切不可直接暴露在紫外线灯光照射下,以防受伤害。
接种室单独使用紫外线照射,而不同时进行无菌通风,是不能达到无菌要求的,其原因是:
1.辐射面积有限 紫外线虽有很强的表面杀菌效果,但有效辐射面积有限,即使在应用合理的情况下,也不能杀死空气中全部细菌。因此还需要配合使用化学灭菌及空气过滤,来滤除未被杀死的细菌。
2.穿透力弱 细菌多数依附在灰尘上,而紫外线穿透力较弱,对灰尘上的(特别是较大颗粒)细菌,灭活效果并不彻底,而无菌通风是移除灰尘必不可少的措施。
3.通风不良 接种室为密闭房间,不能自然通风,如果不采用人工通风,则由于人汗及料瓶(袋)水份的蒸发增加了室内温度和湿度,致使细菌和霉菌繁殖,且不利于操作人员的身体健康。
条件允许时,应安装空气过滤装置,以滤除杂菌灰尘。无菌通风设备一般是由离心鼓风机、装有滤板的风箱和风道组成。理想的通风设备应有加热或和冷却空气的装置。无菌空气应自室顶棚中央进入,而由房间的下角风口排出,排风的方向应先经过缓冲间,再经过更衣室。标准接种室的气压应保持正压,大约高出室外0.3~0.5大气压,这样就防止了外界不洁空气的反流。
总之,接种室的空气处理,既不能单靠通风,也不能单靠紫外线照射,必须二者结合起来才能达到室内空气净化的目的。
接种室内也可设置超净工作台(图4-7),利用其过滤除菌的原理,先将空气过滤到无菌,然后将无菌空气从风洞处朝一个方向吹出,使工作台面成为局部无菌状态。
图4-7 超净工作台
生物粒子如细菌及真菌孢子的直径大部分在0.5微米左右,因它们不能独立存在,都寄附于尘埃上而成为一个群体,凝聚直径都大于0.5微米,故高效空气过滤器(High Efficiency Particulare Air))在除尘时除了菌。
接种室或超净工作台的洁净效果如何,可用简便方法检验:在接种工作台上,以平均间隔位置摆放平皿3个,每个皿内装营养丰富并经灭菌的牛肉膏蛋白胨固体培养基约20毫升。打开皿盖暴露培养基30分钟再盖上,于37℃培养48小时检查菌落数,平均每个皿中不超过4个为除菌合格。洁净度基本达到100级(国际标准:空气中≥0.5微米的尘埃的量≤3.5粒/升,即达到100级)。
(二)连续式空气消毒洁净器 MKJ空气消毒洁净器是一种新型的空气消毒洁净设备(图版50)。与传统的空气消毒设备比较,MKJ空气消毒洁净器能在有人现场操作的过程中除菌除尘,对人体无害,室内空气可达到10万级~100万级洁净度,因而特别适合接种室进行动态消毒除尘。
1.消毒除尘原理与特点 传统的紫外线、臭氧、化学药物等消毒方法都不能在有人状态下持续消毒。实验证明,经过以上方法消毒的接种室,在接种过程中由于人的活动,空气中的菌类总数会达到消毒刚结束时的9倍多。也有实验证明,上述消毒方法消毒过的接种室2小时后空气中菌类含量会回升到消毒处理以前的状态。此外,传统的空气消毒方法无法在有人活动的条件下持续消毒。
MKJ空气消毒洁净器的核心是一种特殊设计的正离子发生器,它能持续不断地产生高浓度的正离子。空气中的菌类处于正离子的包围之中,使细胞迅速获得饱和电量。带负电的菌类细胞在高浓度、高能量的正离子浸润作用下,会迅速发生电解过程,这是一个能量释放过程。由于快速的能量释放,菌类细胞壁遭受严重的破坏,正离子与菌细胞表面接触,放出电荷,吸收相反的电荷。足够的正离子会穿透多孔的细胞壁,渗透到细胞内部,破坏细胞电解质,损坏细胞膜,电刺激作用杀死生物的应用例子很多,但要截杀微米级及亚微米级的细菌或直径更小的病毒,则需要很好的专业设计。
工业静电除尘器具有100多年的应用历史,它对小至0.01微米的气溶胶具有很高的捕集效率。本世纪80年代,日本JEP公司曾经根据工业电除尘器的原理开发研制过电子灭菌器。其发表的报告表明,静电除尘器用以空气除菌可以达到100%的效率。上海交通大学与上海今是净化技术有限公司合作,采用特种电除尘器的电场结构型式研究静电除菌消毒技术,并与空气动力、化学吸附等多种技术结合,研制成可以移动的空气消毒器。
2.接种室空气洁净的必要性 尘粒不仅是菌类的依存条件,也是菌类的繁殖条件,并且尘粒还起传播、扩散菌类的作用。实践证明,接种室仅仅通过消毒方法来防止杂菌污染是消极的。只有有效地拉制空气中的可吸入颗粒物,才能达到消毒的较高要求。例如10万级的洁净室标准为:生物粒子≤88.4CFU/㎡,尘埃粒子≤3500个/L。3.层
3.传统洁净设备的局限性 高效空气过滤器(HEPA),虽然可以在有人操作的场合持续除菌除尘,但其结构复杂、体积大、费用高(双人工作台价格约7000元)。而且,被高效过滤器截获的菌类并没有被杀灭,在温、湿度适宜的环境中仍会繁衍。有人采用紫外线灯对过滤材料照射的方法来杀灭滤网上的菌类,这样设备就更显复杂,成本更高。建筑式层流洁净设备需要有较高的建筑要求,还需要有较高的专业施工与维护的要求,由于建筑、施工、维护达不到要求而造成层流设备失效的实例很多。
4.MKJ空气消毒洁净器的特点
(1)无毒副作用 能在有人的场所持续除菌除尘,对人体无毒、副作用。
(2)广谱截杀空气中菌类 该产品对空气中的气溶胶微生物都可以有同样的截杀功能。实验测试报告证明,该产品工作10分钟,对金黄色葡萄球菌的除菌效果为99.99%;工作15分钟,对枯草杆菌黑色变种芽孢的除菌效率为99.93%。对60立方米空间消毒30分钟,细菌总数可以从180OCFU/㎡下降1CFU/㎡以下。
(4)高效去除可吸入颗粒物 能高效去除空气中的可吸入颗粒物,达到l~10万级洁净度。
(5)移动方便 为非建筑型设计,因而价格便宜(3000-4000元/台),移动方便。
(6)能消除空气中有害气体与异味 由于组合式静电场装置的阻力小,因此在设备内可以设置较大吸附容量的活性炭过滤器。活性炭采用特殊的化学浸渍工艺,能有效去除空气中的一氧化碳、苯类、甲醛、氨、臭氧等有害气体,并能滤除各种异味,例如麻醉剂味、血腥味、药物味及用高频电刀手术时产生的异味。
(三)接种箱 在资金与场地条件都不充裕的情况下,可用接种箱因陋就简进行接种。接种箱(图4-8)的顶部两侧呈倾斜状,斜面为可开闭的窗门,窗门与箱框需密闭。箱底部两侧箱壁上各有两孔,孔上装袖套,接种时手由袖套伸入箱内操作。箱内有紫外线灯和日光灯。
图4-8 双人接种箱 (单位:厘米)
(四)培养室 接种后的种瓶需要在适温条件下培养。为提高建筑面积的利用率,室内可设置菌种架。架数、层次、层距等的设计除考虑培养空间的利用率外,还应顾及摆放种瓶及检查的方便性。床架可以是竹木结构,也可以用角钢制作。架上铺以木板或塑料板,以便摆放菌种瓶。架子的大小规格,依房间大小而定。中间摆放的床架,宽度为1.2~1.4米;依墙摆放的床架,宽度0.7~0.9米即可。床架的层数视菇房高度而定,一般5~6层,每层相距0.5米左右,底层距地面0.3米,顶层距屋顶至少1米。
这里特别强调,蘑菇菌种的培养温度不能超过25℃。否则菌丝容易老化变黄。因此,培养室必须安装空调设备,这也是蘑菇菌种生产成本较高的原因。蘑菇菌种最好避光培养,检查时采用手持式照明灯较为方便。
二、灭菌设备
年生产能力20~50万瓶菌种,加工300~500吨盐渍菇的蘑菇生产厂,必须安装1~2吨的高压蒸气锅炉。
需要指出,蘑菇菌种的生产时间一般处于7~8月份高温高湿季节,因而要求采用高压高温灭菌设备。如果采用常压常温的蒸锅灭菌,则因霉菌孢子或芽孢杆菌不易杀灭而导致麦粒染菌酸败,菌种成品率很低。
高压高温(1.5~2㎏/㎡,125℃以上)灭菌罐,其价格在2~10万元之间,价格高低取决于容积大小与建造水平。不同型号的高压灭菌设备及其适用范围参见表4-2。
表4-2 高压灭菌设备及其有关数据
设 备 参考价 消耗能源 用 途 生 产 效 率
手提高压灭菌器 800元 2千瓦/小时 母种制备 100支/2小时
卧式圆形灭菌罐 2万元 高压锅炉 制栽培种 1200瓶/4小时
卧式方形灭菌柜 6万元 高压锅炉 制栽培种 800瓶/4小时
利用高压蒸气设备灭菌时,应注意两点:一是灭菌罐内的菌种瓶排列密度须适当,使蒸汽畅通,无死角。二是灭菌罐内冷空气必须排尽,通蒸汽后;打开排气阀,随着罐内温度上升。锅内冷空气便逐渐排出。当有大量蒸汽从排气阀中排出时,再关闭排气阀。灭菌结束后,让其自然冷却。当压力指针回到0位时,打开罐盖1/4开度,利用余热烘烤棉塞,防止骤冷产生冷凝水。然后趁热取出,送入清洁的冷却室进行冷却。
第五章 蘑菇堆肥配方与发酵
第一节 原料与配方
一、堆肥主料
蘑菇堆肥所用的主料是农业生产中的副产物,如稻草、麦秸、玉米秸、高梁秸、甘薯藤,花生藤等秸秆都可以用来种蘑菇。人、马、牛、猪、羊、鸡、鸭、兔等粪便,都是蘑菇堆肥可选用的粪肥。此外,畜棚禽舍内的垫草(厩肥),沼气渣以及种过草菇、平菇等食用菌的下脚料也可以作为堆料时的主料。主料约占堆肥总量的90~95%。不论采用那一种原料作为基本材料,都必需充分考虑其保水性和通气性是否合适,仅以营养合适为指标是不行的。例如,玉米秸秆的含糖量虽然高于麦秸,但是用其为主料的堆肥粘重,透气性差,不利于发菌,产菇率亦低。
(一)草料 蘑菇菌丝不能固定空气中的二氧化(CO2),因而堆肥中的草料是蘑菇生长所需碳素的主要来源。除氮素外,草料中还含有氮、磷、钾等营养元素。以麦秸为例,1亩小麦约产麦秸400千克,含纯氮1.92千克(相当于碳铵12千克),纯磷0.9千克(相当于过磷酸钙5.62千克),纯钾2.52千克。
在我国,产稻区以稻草为堆肥主料,稻草茎秆软,叶片多,易吸水,腐熟快;产麦区以麦秸为堆肥主料,麦秸较硬且含有蜡质,不易吸水,发酵较慢;将麦秸与玉米秸搭配利用,可扬长避短,互补不足,从而提高堆肥的发酵质量。
干玉米秸应无霉变,将其铡成20~30厘米长的段并经碾压,便于吸水发酵。当年产的鲜玉米秸含水过大,须晾晒几天,含水量降到70%时再用于堆肥。软烂霉变的草料不能用。麦秸在收割之后,必须于烈日下曝晒数天,以速晒速干的麦秸质量最好。若在曝晒时遭雨淋,应及时翻晒,力求干透。优质的麦秸要呈金黄色,质地坚挺,无霉臭味。这种麦秸堆制发酵时,产热量大,养分损失小。麦秸雨淋发热后再摊开晒干,质量就差多了。晒干的麦秸最好贮放在能避雨的通风良好的场棚内。保管不当或水份过高的草料,在贮藏期容易发热霉变而草茎变软,以后堆肥时产热量小,易造成厌气发酵,不可能得到优质堆肥。
(二)畜禽粪 蘑菇堆料所用畜禽粪需周年收集,鲜牛粪含水75%左右,通常400~420千克湿牛粪,才能晒出100千克干粪。较大的粪块如不晒透,贮藏时会发热霉变,对以后的堆肥发酵有不利影响。也可采用湿粪贮藏法,事先选好高地挖出粪塘,将随时收集的湿粪倒入粪塘内,用薄膜覆盖好以防雨淋。畜禽粪的营养成分和理化特性介绍如下:
1.马粪 性热、质松,保水性强,发酵效果好,碳氮比为21:1,是最理想的粪肥。但马粪含氮量比牛、猪粪低,仅为0.58%,使用时增加些饼肥或含氮化肥以提高其营养成分。
2.牛粪 牛是反自动物,饲料消化彻底,特别是食用青草的耕牛及牧牛,其粪养分不高。1头成年牛的全年粪便,大约可栽培50平方米蘑菇。干牛粪含氮率为1.65%,比马粪含氮量高;奶牛粪含氮率次之为1.33%。牛粪性热、质粘。因此要根据牛粪的质量确定具体用量,适量添加含氮量高的辅料,最好与猪粪、禽粪混合搭配使用较为理想。
3.猪粪 含氮率为2%,磷、钾含量也较高,其中速效氮含量较高,为速效性粪肥。但猪粪性冷质粘,用猪粪种蘑菇,出菇快而密,但菇形小,菇质欠佳,易早衰,前期产量高,后期产量低。猪粪也应适量增加含氮辅料。生产上采用猪牛粪混合堆料,能使蘑菇前后期产菇量较为均衡。需指出,含土或草的猪厩肥含氮率为0.45%,比纯猪粪低得多。
4.人粪尿 代替部分猪、牛粪,栽培效果也很好。人粪尿含有机质5~10%,氮0.5~0.8%、磷0.2~0.4%、钾0.2~0.3%。在建堆前用人粪尿预湿草料,或在建堆时用人粪尿补充堆肥的水分和养分,可以提高堆肥的质量。
5.鸡粪 禽粪中的养分含量以鸡最高,鸭、鹅次之。新鲜鸡粪中含水分50%,有机质25.5%、氮1.65%、磷1.54%、钾0.85%。禽粪的营养成分较齐全,氮含量高,堆料发热快、温度高,但碱性强、粘度大。如果采用鲜鸡粪且未经后发酵,则蘑菇菌床和菇体易感病。
烘干鸡粪的含氮量为3%左右,此外还含有蘑菇高产所必需的脂肪,未消化完全的饲料颗粒,大都是碳水化合物(占有机物的45~50%)。生产实践证明,烘干鸡粪是堆肥的优良添加物。
蘑菇常用粪肥除单一使用外,也可混合使用,且混合粪肥常优于单一粪肥。据测定,马粪含磷较高,猪粪含钾较多,而牛粪则含钙丰富。粪肥混合使用时,可使堆肥营养成分更丰富,更有利于蘑菇的生长。
(三)粪草比 采用粪草料栽培蘑菇时,配方中粪肥与草料的重量之比叫作粪草比。粪草比虽不是碳氮比,但粪草比例的多少在营养成分上对碳氮比有一定影响,而且对堆肥的物理性状和发酵质量影响很大。
若粪少草多,尽管堆肥的通气性较好,但料内氮素营养相对偏低,俗称“料贫”,单产不会高,加之料的凝聚性能和保水保肥力差。有机碳物质过剩,被微生物分解后产生的有机酸会积累过多,当酸碱度(pH)降至5.5以下时,蘑菇菌丝就不能正常生长。
若粪多草少,则堆肥透气性差,缺少弹性,易造成厌气发酵,同时料内氨气浓烈,碱性过大,菌丝吃料缓慢或生长停滞,蘑菇也不能优质高产。
由于栽培蘑菇的粪草种类繁多,品质各异,在收藏和发酵过程中又会受到多种因素的影响,营养成分变化很大,特别是氮素较易损失,所以在确定粪草比例以后,还应结合粪草的质量和碳氮含量,调整好碳氮比,通常氮素实际用量应比理论数值稍高一点较好。 在我国,通常把秸秆与畜禽粪肥配制的蘑菇堆肥称为粪草料;合成料指不用畜禽粪肥的堆肥;半合成料配有少量畜禽粪肥的堆肥。
粪草料内有较多的有益微生物,堆肥发酵质量好,营养成分丰富,长出的蘑菇品质好。我国粪草料的比例早期为7:3,由于现代农业的机械化,畜粪资源紧缺已成为蘑菇栽培的限制因素,近年逐渐改为5:5或4:6,有的已采用半合成堆肥。
所谓半合成,即堆肥中仅添加少量畜禽粪或使用部分人粪尿,为补足氮素之不足,采用含氮化肥和饼肥加以补充。半合成堆肥一是解决了粪肥不足的矛盾,二是有助于堆肥的发酵腐熟,三是有利于提高蘑菇的产量和质量。半合成料在国外使用也很广泛,称作混合堆肥。
全合成堆肥则完全采用含氮化肥或饼肥代替畜禽粪,其优点是化学成分稳定,碳氮比例容易掌握,原材料无粪臭,操作较方便。但是全合成堆肥的产菇率较低。
陈上海等(2002)进行了配方比较试验,堆肥的前、后发酵及栽培管理都按常规,采菇期33天(5潮菇),结果列于表5-1。
表5-1 添加鸡粪对蘑菇产量的影响
配方原料 每种干原料的比率及含氮量(%)
配方1 N% 配方2 N% 配方3 N%
稻草 40 0.29 40 0.29 70 0.50
蔗渣 60 0.38 60 0.38 30 0.19
米糠 8 0.17 8 0.17 6.5 0.14
尿素 1.5 0.69 1.5 0.69 1.3 0.60
硫酸铵 2 0.42 2 0.42 2 0.42
碳酸钙 3 3 3
磷肥 1 0.5 0.5
石膏 1 1 1
鸡粪 无 10 10
含氮量% 1.95/116=1.67 1.95/126=1.55 1.85/124=1.49
单产㎏/㎡ 14.07 17.41 18.52
产率% 100 123.7 131.6
干料㎏/㎡ 40.0 40.0 40.0
转化率% 35.2 43.5 46.3
头潮菇量% 46.27 44.8 47.35
二潮菇量% 28.43 32.74 27.53
三潮菇量% 16.06 14.36 16.36
四潮菇量% 6.25 5.23 5.94
五潮菇量% 2.99 2.87 2.81
数据表明,全合成配方1的含氮量(1.67%)虽然高于半合成配方2(1.55%)和配方3(1.49%),但产菇量却分别低23.7%和31.6%。此研究证明,堆肥中适量添加鸡粪能显著提高蘑菇产量,而全合成的无粪堆肥可能营养不全,仅含氮量较高并不能高产。此外还表明,三种配方的头二潮菇占各自总产量的74%以上,其余各潮的产菇分布并无显著差异。
二、堆肥辅料
辅料是蘑菇堆肥堆制时不可缺少的营养物质。它能补充主料中营养成分的不足,调节堆肥的碳氮比,促进堆料中微生物的活动和繁殖,改善堆肥的理化状态,提高堆料的发酵质量。
(一)饼肥 常用的有豆饼、菜籽饼、花生饼、酱油渣、啤酒糟、棉籽饼和茶籽饼等,饼肥含氮量较高,一般为5~6%。饼肥的用量应根据粪草质量及其碳氮比来确定,通常粪肥少的堆料,饼肥用量要相应增加。
(二)化肥 常用的有尿素CO(NH2)2、碳酸氢铵NH4HCO3、石灰氮CaCN2、氨水NH4OH等。尿素含氮量高达46%,溶解度高,是一种较好的辅助氮源,堆料时可优先选用,具体用量应视堆肥的碳氮比严格掌握。化肥用量不能盲目加大,以防栽培前期堆肥碱性过强,游离氨积累过多,抑制蘑菇菌丝生长甚至造成中毒死亡。
(三)石膏 又叫硫酸钙(CaSO4),含钙23.3%,能溶于水,但溶解度不大。石膏宜用煅烧后的熟石膏,如建筑用的石膏粉等,它具有脱粘、吸湿和形成团粒的作用。石膏粉的用量一般为堆肥干重的2%左右,在建堆和第一次翻堆时分两次加入,或建堆时一次加入。加石膏可补充蘑菇生长对硫、钙营养元素的需要,还能加速堆肥中的有机质分解,促使堆肥中可溶性磷、钾迅速释放,供给蘑菇菌丝吸收利用,从而提高菇体重量。石膏为中性弱酸盐类,虽不能直接用来矫正堆肥的酸度,但具有缓冲作用,防止酸性发酵,保持酸碱度不发生大的变化。
石膏的另一重要作用,是能将堆肥中的腐殖质凝结成颗粒,使粘结的堆肥变得松散,有利于氨气挥发,进而改善堆肥的通气性状,促进微生物的繁殖活动,提高堆肥的持水力和保肥力。钙离子还有促进子实体形成的作用。
石膏不但可除去不良堆肥的粘性,改善堆肥的物理结构,还有使铵离子稳定的作用,减少堆肥中的氮素损失。例如石膏存在时铵离子增加,蘑菇产量也增加,其化学反应为:
NH4≒NH3十H+
pH值升高时上式反应向右进行,挥发性的氨增多;
加石膏后反应向左进行,固定性的铵增多。
当堆肥加过多的湿鸡粪而氨含量较高时,添加石膏的作用是较为重要的。有关数据列于表5-2。
表5-2 石膏对N和NH4含量及pH值的影响
鸡 粪㎏/吨 石 膏㎏/吨 后 发 酵 前 接 种 时
pH N% NH4% pH NH4%
0 0 8.86 1.58 0.15 8.20 0.02
100 0 9.02 1.67 0.36 8.49 0.06
200 0 9.18 1.76 0.57 8.77 0.10
0 25 8.41 1.49 0.19 7.56 0.01
100 25 8.54 1.61 0.38 7.65 0.06
200 25 8.67 1.73 0.56 7.75 0.12
从表中的数据可以看出,增加鸡粪的用量,堆肥的含氮量稍有增加,但氨含量和pH值却明显增加。添加石膏后经过后发酵,pH值与氨含量都有所降低。pH值越高,气态氨越多;而高pH值和高氨量同时出现会出现危险,严重时就有可能失收。生产实践表明,后发酵前的堆肥,其氨含量在0.3~0.4%为适,超过0.4%时将严重影响蘑菇产量。这些结果表明,在含氨量高的堆肥中添加石膏可中和氨气。不用石膏则可能由于存在游离氨而导致栽培失败。荷兰蘑菇专家推荐的石膏用量为麦秸:鸡粪:石膏=1:0.8:0.08。
(四)石灰 石灰有生石灰和熟石灰之分。生石灰是以碳酸钙成分为主的石灰石或贝壳等天然原料经800~1000℃煅烧所得的产品,呈块状结构,又叫氧化钙(CaO)。生石灰吸水后则成为熟石灰,或叫消石灰,呈粉状结构,又叫氢氧化钙(Ca(OH)2)。熟石灰吸收二氧化碳后,其中一部分则转变成轻质碳酸钙(CaCO3)。
熟石灰、生石灰、碳酸钙均为碱性物质,中和堆肥酸度的能力若以碳酸钙为100计算,则熟石灰为135,生石灰为179。石灰不能与铵态氮化肥混合,也不应与水溶性磷肥混合,否则发生不良化学反应。一般在堆肥之前,用1~2%的石灰水预湿草料,可以软化原料组织,提高草料的持水力,改善堆肥的理化性状。石灰除用于调节酸碱度和补充钙元素外,还有降解堆肥中农药残留量的作用。此外,石灰还常用作消毒杀菌剂和防潮剂,被誉为蘑菇栽培的“万金油”。蘑菇栽培时,可用1%的生石灰水来净化处理池塘水和河沟水。阳畦及菇棚在铺料前撒上石灰粉或喷洒石灰水,不仅有消毒杀菌作用,还有杀死线虫的效果;梅雨季节或空气相对湿度大时,菌种培养场地或棉表撒上石灰粉,可以降低环境湿度,减少杂菌的发生;
(五)碳酸钙 碳酸钙(CaCO3),又叫白垩,或石灰石粉,是一种用石灰石加工磨碎的白色固体粉末,呈弱碱性,其性质稳定,但不具消毒能力。碳酸钙不溶于水,但如果水中有较多的二氧化碳,则能使其溶解,生成可溶性的碳酸氢钙。蘑菇菌丝体在含水的基质中生长,并不断排出二氧化碳,而二氧化碳又为碳酸钙所吸收生成碳酸氢钙,从而能不断地为蘑菇提供钙质营养。碳酸钙除补充钙素外还能中和菌丝生长时产生的有机酸,使堆肥的pH值不致下降过低,其用量一般为堆肥干重的1~2%。市售碳酸钙分重质碳酸钙(机械磨碎)和轻质碳酸钙(化学碎化)两种,均可使用。碳酸钙如果短缺,也可用石灰或石膏粉代替。
(六)过磷酸钙 过磷酸钙,也叫普钙或过磷酸石灰,是一种弱水溶性的磷素化学肥料。大多数为灰白色粉末,易吸湿结块,含磷16.5%,含钙17.5%,是一种迟效酸性磷肥。其主要成分为:水溶性磷酸钙约30~50%,硫酸钙(石膏)40%左右,游离酸4~5%。
蘑菇堆料中添加过磷酸钙,可补充磷、钙素的不足,同时磷能促进徽生物的分解活动,有利于堆料发酵腐熟,还能与堆料中过量游离氨结合形成氨化过磷酸钙,防止堆肥中按态氮的逸散。过磷酸钙是一种缓冲物质,具有改善堆肥理化性状的作用。过磷酸钙使用量一般为0.5~1%。
三、堆肥的碳氮比
(一)碳氮比的依据 堆肥的碳氮比(C/N)是否适宜,是衡量其质量好坏的重要指标,直接影响着蘑菇的发生时间和产量。化学分析证明,真菌细胞中的碳氮比约为10~12:1,即真菌细胞中碳素含量约是氮素含量的10~12倍。堆肥的碳氮比应高于细胞中的碳氮比,因蘑菇的碳氮转化率低于40%,即细胞除合成自身物质需要消耗基质中大量的碳氮营养外,还要消耗大量糖类,以获取合成代谢中所需要的能量。
用于栽培蘑菇的天然材料含碳较高。一般禾本科植物的碳氮比为30~80:1。利用秸秆栽培蘑菇时,需要进行堆制发酵。堆肥的碳氮比(C/N)要适当,营养要平衡。蘑菇堆肥的碳氮比,在发酵前为33:1,微生物生长最活跃,腐熟堆肥接种时的碳氮比为15~17:1;出完菇后的残料碳氮比为11~l5:1。可以看出,堆肥中氮素的相对含量在微生物的作用下越来越高。
在蘑菇的营养生长阶段,堆肥的碳氮比以20:1为好;进入生殖生长阶段后,碳氮比值以30~40:1为宜。碳氮比值过大即氮含量过高,菌丝的营养生长过于旺盛,会抑制原基分化而出菇困难。因此在添加氮源时,要适尚调整好碳源浓度。
堆肥中的微生物分解碳水化合物,所产生的能量一部分用于微生物自身的生长繁殖,一部分以热能的形式释放出来。在此过程中氮素转化为菌体蛋白而残留下来,这种菌体是蘑菇的重要营养源。由于碳素的减少和氮素的残留,堆制过程中碳氮比减小。堆肥发酵期间,各种微生物能够同化的碳素量,大体是堆肥总碳量的30%;而要同化这些碳素,还需要同化碳素量10%的氮素。如果堆肥中含有100千克碳素,微生物只能同化30千克,同时还需要搭配3千克氮素。否则微生物的同化作用不能顺利进行。初始堆肥中的碳素与氮素比例应为30~35:1,蘑菇堆肥粪草成分的配比及加尿素的数量应严格按照这个要求。如果氮肥不足,就会明显影响蘑菇的产量;若氮肥过多,不但会造成浪费,还因碳氮比失调而导致出菇困难。在适当的范围内,堆肥的含氮量与产量呈正相关性。农作物秸秆或农产品的加工下脚料很丰富,只要适当调整其碳氮含量都可用于蘑菇堆肥。有关材料的数据如表5-3。
表5-3 堆肥原材料的碳氮含量与碳氮比(C/N)
类別 材 料名 称 碳素C% 氮素N% C/N 类別 材 料名 称 碳素C% 氮素N% C/N
秸秆及籽壳 稻草 42.3 0.72 58.7 粪 肥 马粪 12.2 0.58 21.1
麦秸 46.5 0.48 96.9 马厩肥 47.6 1.10 43.3
大麦秸 47.0 0.65 72.3 黄牛粪 38.6 1.78 21.7
燕麦秸 47.1 0.54 87.2 水牛粪 39.8 1.27 31.3
玉米秸 46.7 0.48 97.3 奶牛粪 31.8 1.33 24.0
玉米芯 42.3 0.48 88.1 猪粪 25.0 2.00 12.5
黄豆秸 49.8 2.44 20.4 猪厩肥 25.0 0.45 56.6
木屑 49.2 0.10 492 羊粪 16.2 0.65 25.0
野草 46.7 1.55 30.1 干鸡粪 30.0 3.0 10.0
棉籽壳 56.0 2.03 27.6 鲜鸡粪 14.8 1.65 8.90
葵籽壳 49.8 0.82 60.7 鸭粪 15.2 1.10 13.8
加工下脚料 麦麸 44.7 2.20 20.3 化 肥 尿素CO(NH2)2 46.0
米糠 41.2 2.08 19.8 碳酸氢铵NH4HCO3 17.5
甘蔗渣 53.1 0.63 84.2 碳酸铵(NH4)2CO3 12.3
啤酒糟 47.7 6.00 8.0 石灰氮CaCN2 35.0
豆饼 45.4 6.71 6.76 氨水NH4OH.nH2O 23.0
花生饼 49.0 6.32 7.76 硫酸铵(NH4)2 SO4 21.2
菜籽饼 45.2 4.6 9.8 硝酸铵NH4NO3 35.0
棉籽饼 5.5 硝酸钾KNO3 13.7
(二)堆肥的碳氮比计算 堆肥发酵前的含氮量计算是将湿料全部折算成干重,再分别计算出各种含氮原料的总氮量,然后按“总氮量/总干重×100”的公式,即可求出堆肥发酵前的含氮量。举例:100平方米栽培面积的堆肥用麦秸2000千克,干牛粪1300千克,菜籽饼80千克,其碳氮比值及需要添加的氮素是多少?
首先,所用材料按90%折成干料,再从表6-1中查出各种材料的碳、氮含量,计算如下:
麦秸含碳量=2000×90%×0.46=828千克
黄牛粪含碳量=1300×90%×0.39=456千克
菜籽饼含碳量=80×90%×0.45=32.4千克
堆肥总含碳量=828十456十32.4=1316.4千克
麦秸含氮量=2000×90%×0.0048=8.64千克
黄牛粪含氮量=1300×90%×0.0178=20.82千克
菜籽饼含氮量=80×90%×0.046=3.31千克
堆肥总含氮量=8.64十20.82十3.31=32.77千克
碳氮比=1316.4/32.77=40.17
初始堆肥按碳:氮=30:1计算,总含氮量应为1316.4÷30=43.88千克,尚需添加纯氮量=43.88-40.17=3.78千克。
根据计算,该堆肥的含氮量不足,需添加纯氮量3.78千克。折合为含氮46%的尿素为:3.78/0.46=8.2千克
(三)堆肥的含氮量计算 堆肥碳氮比值仅能反映碳素与氮素的相对比例,而堆肥的含氮率则可表示营养水平。据统计,含氮量和产菇量之间有正相关关系,如在二次发酵过程中添加棉籽饼、大豆饼等含蛋白多的物质就能增产。
含氮量过低是蘑菇产量不高的重要原因,含氮量过高氨气过重对蘑菇生长也不利。从蘑菇堆肥高产配方实例来看,粪草堆肥在发酵前的含氮量最低要求达到1.5%,最高不超过1.7%;合成堆肥在发酵前的含氮量最低要求达到2%,最高不超过2.5%。
堆肥经过前、后两次发酵后,含氮量都要增加0.5%左右。在一般情况下,腐熟的粪草堆肥含氮率在2.0~2.2%时,就可以得到较高的产菇量;腐熟合成堆肥含氮率在3%时产菇率较高。
禾秆类原料的含氮量一般在0.3~0.7%范围内,而堆肥在播种时的含氮量应为1.8~2%。这就意味着1千克风干禾秆要添加约含10千克纯氮的氮肥或其它有机物。例如,干稻草含氮量平均值为0.7%,水分10%,含氮量如达到1.5%,1000千克稻草需添加8千克氮素,折合含氮46%的尿素17.4千克。但仅添加尿素的全合成堆肥,发酵速度比添加畜禽粪的半合成堆肥慢。
四、常用堆肥配方
根据原料的性质、含水量、含氮量等,可以有各种配方。荷兰蘑菇专家彼特2002年在山东莘县讲学时指出,各国的蘑菇栽培配方虽略有差异,但是根据荷兰多年的实践验证,最佳配方是麦秸:鸡粪:石膏=1:0.8:0.08。
通常堆肥配方的设计是根据原料中含氮量和含水量的大概情况确定的。原料的配合比例对堆制时间和堆肥的产量有影响。一般来说,如果增加堆肥的含氮量,必须适当延长堆制时间,以消除对蘑菇菌丝有害的氨气。
福建省标准计量局推荐的以牛粪草料堆肥配方及其含氮量计算如表5-4。山东莘县的薄料栽培堆肥配方及其含氮量计算如表5-5。河北省固安县“康益园”采用的鸡粪草料堆肥配方及其含氮量计算如表5-6。美国的常用堆肥配方列于表5-7。
表5-4 福建牛粪堆肥配方及其含氮量(100米2菇床)
材 料 用量 (千克) 含水(%) 干重 (千克) 含氮 (%) 总 氮(千克)
麦秸 2000 15 1700 0.48 8.16
奶牛粪 1300 15 1105 1.33 14.70
菜籽饼 80 10 72 4.60 3.31
尿素 30 30 46.00 13.80
碳酸氢铵 30 30 17.5 5.20
磷肥 30 30
石膏 50 50
碳酸钙 40 40
合 计 3560 3057 1.47 45.17
注:含氮量%=45.17÷3057×100=1.47%
表5-5 莘县薄料栽培堆肥配方及其含氮量(100米2菇床)
材 料 用 量 (千克) 含水(%) 干 重 (千克) 含氮(%) 总 氮(千克)
麦秸 1000 15 850 0.48 4.08
干鸡粪 700 15 595 3.00 17.85
棉籽饼 70 15 60 5.5 3.3
尿素 19 10 46.0 4.6
碳酸氢铵 5 5 17.5 0.88
磷肥 15 15
钙镁磷肥 10 10
石膏 25 25
合 计 1844 1579 1.75 34.85
表5-6 “康益园”厚料栽培堆肥配方及含氮量(100㎡菇床)
原料 质 量 标 准 数 量(㎏) 干 重(㎏) 氮素量(㎏)
麦 秸 水分≤15%,N=0.48% 3000 2550 12.24
玉米秸 水分≤15%,N=0.48% 1000 850 4.08
鲜鸡粪 按50%折干,N=3.0% 4000 2000 60.0
尿 素 N=46% 30 30 13.8
石膏粉 CaSO4≥68% 40 40
合 计 8070 5470 90.12
表5-7 美国的常用堆肥配方
配方原料 每种干物质的比率(%)
传统堆肥 合成1 合成2 合成3
马厩肥 43.68
小麦秆 40.00 57.31
干 草 43.84 43.99
玉米芯 43.84 21.99
阔叶树皮 21.99
棉籽壳 17.91
鸡 粪 8.32 8.25 17.19
棉籽饼粉 10.04 5.73
啤酒渣
硝酸铵 4.19 1.03 0.96
硝酸钾 1.03 1.03
石 膏 2.09 2.05 2.06 1.86
第二节 堆肥的发酵
现代的蘑菇堆肥工艺包括前发酵和后发酵(巴氏消
毒)根据时间顺序又称为一次发酵和二次发酵;或根据场所又称为室外发酵和室内发酵。
一、堆肥发酵的意义
前发酵和后发酵在蘑菇工业栽培工艺是中两个独立而又必需的发酵过程,而且也是相辅相成的过程。在堆肥发酵过程中发生复杂的生物、物理、化学反应,调控这些反应对保障蘑菇堆肥的质量起着重要作用。
前发酵在室外进行,将各种原材料按规定混合堆积,
通过自然界菌类的发酵作用,在有氧条件下产生60~70℃的高温,通过几次翻堆制成均匀的堆肥。在前发酵中,料堆的大小、形状、外界气温和含水量、含氮量都是重要的因素。发热量的大小因堆肥料堆的松紧度、通气性而异。为了促进发酵,可在料堆的中央插洞,但有时会造成不均匀的发酵。最好的方法是调整料堆的高度、宽度、松紧度来进行均匀的发酵。下大雨,尤其寒冬下雪会妨碍堆肥升温。小料堆应避开诸如霜、风、雪等不利的气候条件。大料堆(每堆100吨以上)可靠近堆起,相互间可以起一定的保护作用。
蘑菇与担子菌纲中的其它菇类相比,生长较为缓慢,和其他共存微生物的竞争力很低。因此,堆肥的目的是促使蘑菇菌丝在生存竞争中占优势。在发酵前,堆肥中部分碳水化合物是以不易分解的纤维素的形式存在于禾秆中,其余的则是容易降解的糖和果胶。竞争性真菌在易利用的碳水化合物中生长良好,如木霉、曲霉、青霉等都是危害蘑菇生长的竞争性真菌。由于这个原因,部分可溶性碳源要通过发酵使之消失,因此尽管蘑菇也能利用这些易降解的碳源,但还是要牺牲一些营养以确保生产上的成功。堆肥发酵的不利方面的确是消耗了部分营养成分,这就是事物利与害的两面性。
在发酵过程中,有益微生物将可溶性糖、氨基酸等容易利用的碳水化合物消耗掉,一部分转化成菌体蛋白,因此以后其它的杂菌就不容易在堆肥中生长而与蘑菇竞争了。此外,堆肥中的氨态氮由细菌吸收利用进而转化为菌体蛋白质,形成富含氮素的木质素—腐殖质复合体。这种复合体难以被其它微生物所降解利用,几乎只有蘑菇能吸收,因为蘑菇含有特殊的酶如多酚氧化酶,能分解这种复合体并使这些化合物中的氮游离出来。特别是在蘑菇菌丝生长和菇蕾形成期间,需要大量的木质素—腐殖质。蘑菇菌丝能分解利用纤维素和木质素这类不易为其它微生物分解的化合物,这就使得堆肥具有了选择性。换句话说,在腐熟堆肥中蘑菇菌丝比大多数霉菌都生长得好。
后发酵也称二次发酵,其效果有二:一是较彻底的杀死堆肥中的有害微生物及病虫;二是通过嗜热微生物的作用使堆肥具有选择性,即有利于蘑菇菌丝的繁殖而不利于杂菌的生长。因而后发酵技术一般可提高产菇率30%左右。
在1935年以前,欧、美国家栽培蘑菇也仅对堆肥进行一次发酵,当时蘑菇的单位面积产量与现在相比是很低的,1平方米产5~7千克蘑菇就认为是很好了。后来人们在生产中发现,如果把仍具有一定生物活性的较生堆肥铺到菇床上,床温会升高并大大地高于室温,昆虫和害虫就爬到了料层表面,这种现象被称为“发汗”。当害虫到了堆肥表面,就可以很容易地用杀虫剂杀灭。后来发现“发汗”对提高堆肥的质量也是有利的。兰伯特经研究发现,经巴氏消毒的堆肥与前发酵料堆中最适区域具有同样的发酵条件。经过多年生产实践,这个方法得到进一步发展和改进,成为今天我们所采用的后发酵或巴氏消毒工艺。
后发酵是在室内设施内严密地控制温度和空气的供给,主要是利用高温放线菌在45~55℃发酵腐熟。控制温度、空气、湿度而进行供氧发酵,目的是杀菌和堆肥的腐熟。杀菌是杀灭病原菌、昆虫、线虫、病毒等有害生物的过程。后发酵具有腐熟作用,通过高温菌群的作用,除去残留的氨气,因为堆肥中氨的浓度在0.07%以上时蘑菇菌丝就不萌发。因此发酵条件须适于同化氨的菌群繁殖,同时蓄积菌体蛋白质。
二、堆肥中的微生物
在蘑菇生产中,有些变化如提高堆肥水分含量以及混合堆肥中各种成分,可以由人完成。而改善堆肥的理化性质,使其转变为最适宜蘑菇生长的状态则要靠某些微生物了。起作用的微生物主要是嗜温细菌、放线菌、有时还有嗜温霉菌。这些细菌和霉菌存在于堆肥中,并在其中生长繁殖,吸取氧而产生热量、水和二氧化碳。当条件适于嗜温微生物生长和繁殖时,它们就开始活动,分解利用堆肥中的游离营养物并固定它们,把氨态氮转化为蛋白质化合物,各种微生物的增殖和演替使堆肥形成了腐殖质,从而具备了独特的选择性,这是蘑菇增产的物质基础。因此协调微生物这支看不见的同盟军,事关蘑菇栽培者的利益。
微生物类能够生长的温度范围很宽,一般从-12℃到100℃。可是,单一种微生物要在这样宽的温度范围中生长是不可能的,通常各种微生物都有各自的生长温度范围,一般是30~40℃。
地球的大部分是比较低温的环境。海洋的平均温度是5℃,北极和南极的广大区域几乎终年都处于冰冻状态。但是,处于无菌状态的场所是很少的。多数微生物在有液态水的地方生息、生长。微生物的生长范围一般在0~70℃,高于70℃的时会引起微生物细胞蛋白质变性而死亡。微生物死亡的温度,因其种类而异。当温度80℃左右时,微生物活动迅速降低,而化学反应成为主要过程。温度达到80℃以上时,化学反应随着温度的升高越来越迅速,首先是氧化还原反应,氨的存在促进了发热及堆肥的氧化作用。许多人认为,在80℃以上时,任何氧化作用所产生的热量都属于纯化学反应。当温度在80℃左右时,在有氧气或氨存在的情况下,pH在8.5左右时,碳水化合物及其衍生物是不稳定的,其反应及产物是多种多样的,其中最重要的一种是糖的焦化。焦糖化的主要过程是从糖分子中逐渐失去水分,残留化合物中的碳比例增加,颜色逐渐变暗,最后碳化。碳化率随着温度的升高而增加。据报道,蘑菇是利用焦糖化过程中产生的暗色高碳化合物作为碳源的微生物。前发酵阶段产生的暗色化合物焦糖,可以构成蘑菇碳代谢相当大的比重。当蘑菇菌丝体深入堆肥后,随着不断的生长使堆肥逐渐褪色变淡,这是焦糖类物质被吸收利用的可见现象。
大部分微生物的生长适温是20~40℃,称为中温菌(Mesophile),例如蘑菇;以40~65℃为生长适温的微生物,称为高温菌(Thermophile),生存于堆肥和温泉等地方;在20℃以下生育的为嗜冷菌或低温菌(psychrophile),有的在0℃附近也能繁殖。三类菌的生长速度与温度之关系参见图5-1。
图5-1 低、中、高温菌的生长速度和温度的关系
在蘑菇堆肥的前发酵和后发酵过程中,主要是高温菌在起作用,因此要按嗜温菌的环境温度进行管理。
由于堆肥散热较慢,温度逐渐地上升。当温度升到一定的程度,如35℃对于原先生长的中温菌群来说太高了,然后由另一种喜欢较高温度的菌群取代;当温度继续升高时,对于这个菌群温度又显得太高了,随后又有喜欢更高温度的其它菌群生长。这个过程继续进行,直至温度到达60~63℃。高于这个温度,大多数微生物都不能存活而停止繁殖,但它们的孢子及芽孢可以在更高的温度下存活。
堆肥中的细菌、放线菌、霉菌等微生物群的发酵活动是如何进行的?这些微生物群是如何繁衍交替的?这是非常复杂的问题,要搞清楚并非易事。但根据已有的研究可以肯定,在堆肥正式建堆后,主要有细菌、放线菌、霉菌三种微生物群(表5-8)参与发酵。
表5-8 堆肥发酵过程中重要的菌类
微生物群 种 属 名
细 菌 胶粘杆菌 Bacillus coagulans枯草杆菌 Bacillus subtilis
放线菌 高温放线菌 Thermoactinomyces sp高温单孢菌 Thermomonospora sp链霉菌 Streptomyces sp
霉 菌 灰腐质霉高温变种 Humicola grisea var.thermoidea柔毛腐质霉 Humicola lanuginosa高温毛壳霉 Chaetomium thermophile var.dissitum高温色串孢 Torula thermophile
堆肥后发酵中的有益微生物群可以分为高温细菌(最适温度50℃~60℃)、放线菌(50℃~55℃)、丝状真菌(45℃~53℃)。各种微生物有各自的最适发育温度条件,相互之间有微妙的差异。随着发酵过程温度的变化,堆肥中微生物的种类也有演替。
细菌存在于秸秆茎叶表面,每克干稻草有高温细菌1×105个。畜粪中发现有8种以上形态特征不同的球菌与杆菌,数量高达每克干粪中有1~3×108个。此外,原材料中也含有大量放线菌。在堆肥过程中,中温菌(主要是霉菌类)、高温细菌、放线菌交替出现。Eicker(1980)从一次发酵的堆肥中分离出44种中温菌,50%以上有分解纤维素的能力。
堆肥建堆后不久高温菌开始繁殖,例如腐殖霉(Humicola spp)、棘霉(Talaromyces spp)和子囊菌纲的高温毛壳(Chaetomium thermophile)等。后发酵刚开始时检出的中温菌,如曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)在后发酵过中基本被消灭,在发酵的后期只检出好热的高温菌。一般情况下,后发酵中堆肥腐熟的温度高于放线菌的最适生育温度(55℃)。所以可以认为,比55℃稍低一些的温度是高温放线菌和高温细菌共同的最适生育温度。因此堆肥腐熟的温度限定在45~53℃比较适当。
堆肥的温度在40~45℃,游离氨的消失最快;50℃以上要达到变成不含游离氨的堆肥所需要的时间延长;长时间维持在60℃,堆肥的特异性就会丧失,对蘑菇的生育就完全不适宜了。在40℃因有中温竞争菌生存繁殖,是造成蘑菇病害的起因;而在46~53℃,经有益微生物发酵腐熟之后就制成了良好的堆肥。
后发酵中的最适温度48~53℃是有益的高温放线菌和真菌最适的生育温度,在氨的消耗和蛋白质的合成方面起了重要的作用。可是到了55℃以上之后,氨又重新生成,对蘑菇菌丝来说,就变得完全不适合了。高温菌例如嗜热色串孢在降低游离氨浓度方面起着重要的作用,而且其菌体是蘑菇营养上不可缺少的不饱和脂肪酸的供给源。
后发酵是在好气的条件下进行的,所以通入空气是非常重要的。氧气浓度从19%降低到14%后,二氧化碳增加,后发酵所需要的时间就会延长一倍。就后发酵的杀菌过程来说,在必需最低限度下要充分提高温度,还要在必需的最低限度下充分延长时间,以杀灭堆肥中的线虫、菇蝇、螨、病原菌等。
对堆肥的腐熟起着重要作用的高温菌在75℃、经15分钟以上就不能生存。可是在68℃,灰色腐质霉经30分钟,柔毛腐质霉和微毛霉经40分钟还可以生存。在65℃以上,其他重要的高温菌在数小时内都会死亡。
几乎所有的高温菌在62℃经12小时以上,59℃经24小时以上还可以生存,即使在59~60℃,只要杀菌不超过10小时,高温菌也是安然无恙的。可是如果杀菌时间过长,有益微生物生存的机会就有减少的危险。因此把后发酵的杀菌时间确定为57℃保持5小时,之后要尽可能快地把它降低到堆肥的腐熟温度。
堆肥中有无数的放线菌,呈灰白色。通常在前发酵的末期,出现所谓“白化现象”,后发酵中起作用的大部分菌类亦属放线菌,不同时期堆肥中的放线菌及其数量列于表5-9。
表5-9 堆肥中的放线菌种类
放 线 菌 名 称 孢子数/克干料重×104
堆肥 二次发酵 接种时 发菌期 覆土时
普通高温放线菌 Thermoactinomyces Vulgaris 7.8 16.5 4.7 13.1 --
高温单孢菌/放线双歧菌 Thermomonospora/Actin Obifida 15.2 54.4 48.1 7.0 --
绿色糖单孢 Saccharomonospora Viridis 0.8 0.4 4.3 -- --
产褐放线双歧菌 Actinbifida chromogena 14.4 60.5 72.4 72.3 4.3
(灰色)链霉菌 Streptomyces spp (grey) 15.5 24.3 24.7 7.0 1.3
白色链霉菌 S. Albus 1.8 -- -- 0.9 --
灰链霉菌 S.griseus 1.8 -- 3.9 -- --
诺卡氏菌 Nocardia spp 6.4 5.6 0.1 7.0 2.2
粪生微多孢菌 Micropolyspora faeni -- -- 0.2 -- --
其它 4.2 9.9 17.1 34.9 2.9
在后发酵中繁殖最快的高温放线菌是普通嗜热放线菌,在其作用下秸秆的纤维迅速崩解;而嗜热单孢菌分解纤维素,糖单孢菌分解木聚糖,可是这两种菌分解木质素的能力都很弱。
通过后发酵积累在堆肥中的菌体蛋白质是蘑菇菌丝的优良营养源。接种蘑菇菌种时,堆肥中微生物菌体量(生物量)相当于1克干堆肥含9.2毫克。据报道,放线菌和细菌的比例是2.8:1,细菌总数是1克干堆肥1×1011个,1克干堆肥中菌类细胞的排列总长度,可达39.5公里。
试验表明,堆肥中添加蔗糖和糖蜜等可溶性糖类,可使高温细菌明显地增殖,堆肥可在较短时间内发酵结束而不含游离氨,干物质的损失变少,结果蘑菇的产量增加。
高温细菌不分解纤维素,但其分泌物可以促进分解纤维素的高温放线菌的生育。同样的,放线菌的分泌物能促进细菌的生育,繁殖的细胞能合成多糖类的物质。对蘑菇菌丝来说,细菌多糖类物质比单糖更容易被同化吸收。在堆肥中,积累在秸秆里面和外面的暗褐色物质,含有大量细菌产生的多糖类物质,它随蘑菇菌丝的生育而迅速消失,堆肥颜色也从暗褐色变为明亮的黄色。也就是说,这种现象成为蘑菇菌丝把高温微生物菌体(生物量)作为营养源加以利用的证据。在高温放线菌和细菌充分繁殖过的堆肥中,蘑菇菌丝不但生育良好,还可以避免杂菌的污染。
三、堆肥的前发酵
一般情况下,堆肥的前发酵需要14~16天,后发酵需要6~7天(表5-10)。
表5-10 堆肥前、后发酵所需时间
发酵 程 序 所需时间 备 注
前发酵 1.预湿 2天 原材料浸水
2.建堆 1天 混匀成堆
3.堆制 12~14天 3~4次翻堆
后发酵 1.均温 1天 均匀升温
2.杀菌 10小时 巴氏消毒
3.腐熟 5~6天 腐熟过程
前发酵的主要作用是混匀各种原材料,使之吸收适量的水分,活化并积累微生物菌体,同时消耗易分解的可溶性有机物等。堆肥前发酵的有关事项及操作程序如下:
(一)场地 计算堆肥所占用的场地面积,料堆一般按1吨堆肥长0.8~1米估算,也就是说50吨堆肥需要40~50米长的场地,宽度占地3~4.5米。在料堆的前后必须留有足够的空间,供翻堆机运行。如果场地上建有防雨棚,则要求这种建筑四周最好是开放式的或者留有很大的门,以便于翻堆机进出建筑物转头并停在料堆的前面。每次翻堆时,料堆向前端推进5米,在下一次翻堆时向相反的方向进行。这就意味着,建筑物至少应比料堆的最长部分长10米。荷兰蘑菇栽培者协会堆肥中心的雨棚面积达4万平方米。
(二)预湿 预湿的目的是使禾秆材料吸足水分,含水量须达到70~75%。在添加尿素时,把尿素溶解在水中再喷撒更好。平时,需要有一个水池收集从料堆中流出的汁液,再喷到堆肥上。喷水间歇进行,直至堆肥吸够了需要的水分,一般这个过程需要进行2天。
(三)建堆 料堆一般宽2米,高1.5米,长度根据所需要的堆肥数量而定。料堆的大小必须适合发酵过程中所发生的气体和热的交换。在高温季节,为了增加堆肥的通风,料堆要缩小。在低温季节,即使料堆加大,因为料堆内部和外界气温相差很大,所以通气性增加,大料堆的蓄温保温作用较好。
建堆后料堆中心的温度很快上升,1天后可达65~75℃,这是微生物迅速生长繁殖的标志。在细菌活动的影响下,禾秆外层坚实的细胞被破坏而大量吸收汁液。畜禽粪含有的营养物游离出来,并被转化成能为蘑菇所吸收的形式。在堆肥表层10厘米内,线虫类、蝇蛆类、霉菌的孢子会普遍受高温的伤害。料堆压得太紧或太松都难以发热,因此压缩的程度是否适当,可以通过发热如何来加以判断。必须观察温度计读数,料堆内的温度每天早晚各记录一次。
(四)翻堆 翻堆的间隔时间因外界气温、添加辅料的种类和数量、加水量、紧实度而不是固定的。一般在12天的堆制期内翻堆3~4次。
1.一次翻堆 建堆后第3天进行第一次翻堆(图版25),此时按配方要求的比例掺入石膏,均匀地撒在料堆上,并使之与堆肥充分混匀。虽然不使用翻堆机也可以进行翻堆,但是使用机器效率要高得多(图版26)。带齿滚筒将堆肥扒开,将料块抖松、混匀,可将旧料堆的外层翻倒于新料堆的中心去,同时形成整齐的料堆。
更为重要的是翻堆机可以节省很多劳动力,能显著减少人的繁重劳动。但是大型翻堆机价格昂贵,即使在较为发达的欧洲国家,较小的菇场自备大型翻堆机也是不经济的。因而,小菇场所用的堆肥一般是向堆肥中心购买,堆肥中心采用多台全自动翻堆机连续生产。栽培者购买堆肥的好处是可以免去蘑菇生产中最繁重、最脏的劳动,能将精力集中于菇场的效益管理,使蘑菇栽培成为一种饶有兴趣的园艺。
堆肥发酵是一个需氧过程,如果水分过多,就会妨碍料堆的通气性,尤其是在料堆的底部中央部位,氧气的浓度逐渐降低而成为缺氧区。微生物在缺乏游离氧时,就会降解某些化合物而产生它们生长所必需的能量,譬如降解它们已经同化的蛋白质及炭水化合物,因而产生酸臭味。水分也不能过低,如果低于40%,微生物的活性会因缺水而极大降低。
1934年,美国科学家兰伯特发现,在堆制过程中料堆内可以分成几个不同的温度区(图5-2):
图5-2 料堆中温度的分布
A区为冷却区,暴露于外界空气,温度低但含有大量有益的微生物,通过翻堆可供给整个料堆微生物,也是微生物的保护层。
B区为放线菌活动区,是有益菌繁殖的最佳部位,可以看到放线菌的白色菌斑。因此翻堆时的堆肥含水量,以能产生放线菌白斑为适,无白斑则可能因为料太湿。
C区是最适发酵区,此区的堆肥即使不进行以后的二次发酵也无问题,是供给蘑菇菌丝营养的最佳料层。
D区是温度较低的缺氧区,菌类因进行无氧酵解而产生酸臭味,对蘑菇菌丝的生育是完全不适合的料层,此区堆肥色泽黑绿,pH值很低,必须通过翻堆而与其它料层混合,通过再发酵而得到改良。
整个料堆供氧不均匀是造成温差的原因之一。从料堆的各温度区分别取一些堆肥来栽培蘑菇,发现50~55℃区域的堆肥产菇最多。而且也发现,取自其它区的劣质堆肥,重新放在较适合的条件下,譬如再在50~55℃富氧的条件下堆制,还可以改进质量。由此,人们把所有经一次发酵的堆肥再置于50~55℃的条件下再进行发酵处理,这种后处理现在被称为堆肥的后发酵或“巴氏消毒”。随着这种方法的推广,蘑菇的栽培效益显著增加,生产工艺也得到了工业化水平的快速发展。
研究表明,堆肥发酵进行一次翻堆后,料堆中心的氧约在24小时之内就耗完了。如果3天才翻一次堆,氧从何来?这就是堆肥的“烟囱效应”提供的(图5-3)。
图5-3 料堆的烟囱效应(A~E含意同图5-2)
翻堆24小时后,堆肥内、外产生了温差,进而促使空气从料堆侧面流进堆肥中部并从顶部排出而产生“烟囱效应”,蒸汽水分会在料堆的顶层冷凝,使顶层变得相对较湿。
从补充氧气的观点来看,自然通风的“烟囱效应”比通过翻堆补充氧气更重要。因为翻堆补充到料堆中央的氧气很快全部被高温细菌消耗掉,二氧化碳积累达20%以上就会造成嫌气状态。一般来说,这是料堆的宽度太宽或含水量过多时引起的。相反,二氧化碳浓度在5%以下,表明此区域通风过量,料堆被冷却,发热不好。料堆经过几天的“烟囱效应”造成发热后,料堆内外的温度、水分差别太大,就必须把料堆扒开、抖散、充分地混合,然后再堆起来,这就是要求反复翻堆的理论基础。
为了减少热量与水分的损失,在不影响工作质量的前提下,翻堆应尽快完成。
2.二次翻堆 建堆第6天进行。第二次翻堆后,应尽可能限制添加的水量,在堆制过程结束时,含水量应接近70%,专业堆肥场有专门的设备正确地测定含水量。对没有这种设备的栽培者来说,可以采用经验方法,即抓一把堆肥用力握,如果在指缝间有液滴出现,其含水量约为70%,接近规定的含水量;如果液滴成串,这说明太湿了,含水量超过了75%。相反地,含水量不足会降低化学反应和微生物的活动。为不使肥料流失,从料堆中流出的所有水分都应加回堆肥中之,堆制良好的料堆的水分损失是很小的。
3.三~四次翻堆 分别在建堆后第9天、第12天进行。如果进行后发酵,前发酵天数可适当减少,以保障堆肥在后发酵时仍具有较高的生物活性和温度。保持堆肥的结构也很重要,也就是说草料不应太短太烂。
每次翻堆后,堆肥的体积都有明显减缩,因此越接近堆制结束,材料变得越少。一般而言,前发酵期间堆肥的体积与重量约减缩40%。虽然堆肥中的水分蒸发也很多,但由于干物质损失引起的含水量增加比蒸发的更多,因而在接近堆制过程结束时,整个堆肥的含水量基本上相近。在进行后发酵前,可适当提高堆肥的含水量,使之达到68~70%,因为在后发酵期间水分的损失是很大的。
(五)前发酵堆肥的标准 前发酵合格的堆肥应具备的特征为:①草料湿润有光泽,呈暗褐色;②草料有弹性,拉断时有一点阻力;③用一只手紧握料,从指缝中可渗出少量水(含水量70%);④有氨味和霉味,pH值7.8~8.2;⑤稍有粘性,手握会沾上堆肥;⑥在干燥的部位可以看到放线菌的白斑;⑦含氮量1.5~1.8%,含氨0.15~0.4%。
堆肥粘重是不良堆肥的的表现。另一方面,优质堆肥在秸秆分解时产生的微粒不会分散而是凝集,通气性和持水性也都很好。堆肥中加入石膏之后,会使胶体物质凝集,明显增加堆肥的弹性和通气性,因此堆肥添加石膏已成为一种常规。
经堆制发酵的稻草抗拉力降低,用两手把堆肥拧一下就很容易拧断,据此可以判断堆肥的崩解状态。对前发酵堆肥的抗拉力没有统一的看法,有人要求稻草的抗拉力不能太小。否则,堆肥再经后发酵就过度粉碎了。稻草崩解变细之后,堆肥就很容易变得紧实致密,因而会明显地影响通气性。
测定堆肥水分采用以下方法,在料堆中的20个不同的点各取一把堆肥,把堆肥混合均匀,在混合物中取各有约100克的两个样品,打开250瓦灯泡,在灯下干燥样品。2~3小时后,样品完全干了,每个样品的重量若接近30克,那么,这些样品的含水量约为70%。
四、床架式后发酵
在蘑菇的单区制栽培中,堆肥的后发酵是在出菇房的床架上进行的,因而称为床式后发酵,其过程可分为温度平衡、杀菌、腐熟三个阶段。操作程序如下:
(一)进料装床 一次发酵结束的堆肥,要尽可能趁热装床,避免堆肥酿热的损失。工厂化栽培采用镀锌金属板菇床,菇床上铺尼龙网,装床机在尼龙网上铺20~25厘米厚的堆肥,菇床另一端的卷网机以1分钟2米的速度拉动尼龙网铺满床面。这种移动的铺料方式可以大大节省劳力和缩短作业时间。菇床中间装得比边缘要高一些,堆肥均匀,以后温度的分布也均匀。如果菇床中有的部位堆肥过厚或压得过紧,料温和通气性将产生较大差异。
装床结束之后,要检查堆肥的水分状态。如果堆肥的水分不足,考虑到后发酵过程中水分蒸发较大,需要用细眼喷头,但勿使堆肥过湿。
装床结束后,整理并冲洗地板,立刻把菇房门关上。为了记录菇床料温和室温,可以在菇床各部位设置温度计。后发酵期间堆肥温度、室内气温与新鲜空气供应量之间的相互关系如图5-4所示。
图5-4 后发酵期间堆温、气温与新鲜空气的相互关系
(二)温度平衡 后发酵初期的温度平衡可使堆肥内的的温度分布均匀。控制如下:
1.加温条件 菇房隔热性要好,须有加热装置,菇床上堆肥要有足够厚度,一般为20厘米以上。为促进堆肥发酵,需要采用蒸汽加温。散热系统与通风系统相连接,热蒸汽能迅速送到整个室内。蒸汽量可以用手动控制,也可以通过电磁阀进行自动控制。100吨堆肥1小时所消耗的热蒸汽约为700千克。
2.通风与循环 在循环风不良的发酵室内,会引起上层料床冷凝水过多,局部料温过高或过低,缺氧而发酵不良等。为消除菇床与菇床之间的湿差与温差,通常要进行室内空气循环并适量通入新鲜空气。
在工厂化栽培条件下,可通过气流调节器来调节新风和循环风(回风)的比例。出菇室内的通风换气装置如图5-5、图5-6所示。
图5-5 换气循环装置
图5-6 空气混合器
气流调节器的挡板呈水平时,可将外部的新鲜空气100%送入室内;挡板垂直时则只有室内空气的循环。如此调整空气调节器挡板的角度,可以调节室内新风与回风的相对比例(表5-11)。
表5-11 气流调节器的开度和新鲜空气的比例
θо(开度) A(新风比例) B(回风比例)
90 0 100
60 14 86
45 30 70
30 40 50
15 75 25
0 100 0
混合后的空气经制冷器或加热器调节温度后,通过排气管分散到室内。排气管上等距离有规则地设有许多排气孔。为保持整个散风系统处于等压和保证每个排气孔排出等量空气,全部排气孔的总截面积不得超过总排气管截面积的80%,以保证从全部排气孔吹出来的气流有一定的风压。另外,在吸气口上安装空气过滤装置,对预防病害虫的侵入是很重要的。特别是在后发酵结束时因降温需要而导入大量空气,病原菌孢子侵入的危险性很大。
后发酵的第1天,装床后的堆肥与空间的温差大,各菇床之间的温度也不平衡,因而主要进行空气循环,即将空气混合器的挡板密闭(θ=90。)。到菇床之间的温差变小的时候,直接通入热蒸汽升温进行巴氏杀菌。如果堆肥过湿,则可采用干热加温。要注意监视堆肥温度,如果堆肥温度已全部达到40℃,需要供给少量新鲜空气(θ=60。),堆肥因有氧发酵而温度慢慢地上升。一般而言,1吨肥料1小时最小的通风量(包括新风与回风)为250~300立方米,最小风压60毫米水柱(最好在80~100毫米之间)。通入新鲜空气主要是为了供氧和调节温度,同时可使菇房内保持一定的正压,以防止未经过滤的空气从室外进入菇房。供氧所需的新风按1小时1吨堆肥50立方米来估计。然而,这个数字经常随堆肥温度而变化。新鲜空气提供给堆肥中的微生物足够的氧,之后被风机再循环,使整个菇房的温度趋于均匀,同时置换走了堆肥发酵产生的废气—二氧化碳。
(三)巴氏消毒 后发酵的第2天,为在57~60℃进行巴氏消毒,需要通入热蒸汽尽快地把料温升高到60℃,维持6~8小时。在这个过程中,完成有害生物的杀灭工作。在巴氏消毒期间,为了减少各菇床之间的温差,需要继续进行空气循环。杀菌过程中不能过量通入新风,否则堆肥温度难以上升。
巴氏消毒的原则是以必需的最低温度和最少的时间进行杀菌。因此必须避免杀菌过程的时间过长或过短、温度过高或过低。各种病原菌的致死温度是在实验室条件下测定的数值(表5-12),而栽培室各菇床之间的温度分布有差异,即使是维持10小时以上的巴氏杀菌温度,竹木菇床中也有病毒或杂菌残存。因此在后发酵之前,竹木制菇床要用福尔马林熏杀灭菌。
表5-12 杀灭病菌和害虫的温度
病菌害虫名称 灭死温度及时间
菇蝇类 55℃,5小时
线虫 55℃,5小时
螨类 55℃,5小时
瘿蝇 46℃,1小时
褐色石膏霉 60℃,4小时
树枝状轮指孢霉 50℃,4小时或60℃,2小时
绿霉 60℃,6小时或50℃,16小时
褐斑病 60℃,2小时或55℃,4小时
疣孢霉病 60℃,2小时或55℃,4小时
胡桃肉状菌 60℃,数小时
毛壳菌 60℃,6小时
黄色毁丝霉 60℃,2小时或50℃,16小时
假单孢细菌 50℃,10分钟
真菌孢子 65℃,72小时或70℃,3小时
菇蝇类、螨、线虫、胡桃肉状菌、黄霉等在一定的高温条件下就会死亡。但杀菌时间过长,温度过高会造成嫌气状态和堆肥成分的变性而污染杂菌。一般来说,称为指示菌的是毛壳菌、白色石膏霉、褐色霉菌、木霉、鬼伞等,
出现这些指示菌表示堆肥没有发酵好。线虫和某些螨类会食毛壳菌和木霉等杂菌,这些害虫在适宜的堆肥中没有,但是在发生杂菌的堆肥中则大量繁殖。
需要说明,巴氏消毒并不能杀灭所有的微生物,如耐热的芽孢细菌经120℃45分才能致死(表5-13)。此外,堆肥的腐熟过程还要靠有益的高温菌完成。
表5-13 不同微生物的致死温度
微 生 物 种 类 100万细胞致死条件
酵母、无芽孢细菌 80℃10分
不耐热的产芽孢细菌 110℃30分
耐热的产芽孢细菌 120℃45分
(四)堆肥腐熟 仅仅不含病菌、害虫的堆肥还不是适宜的堆肥。杀菌过程结束后的堆肥,还必须经过腐熟过程。腐熟是在限定的温度、氧气、湿度的状态下,完成发酵的过程。在化学上,其目的是消耗易分解的有机物、同化和挥发游离氨。消耗简单的糖类可以防止竞争菌的生存,利用微生物以游离氨和硝酸盐合成自身蛋白质,这意味着积累蘑菇营养源。
后发酵的第3~6天,维持堆肥中心的温度55℃,室温在35~40℃。在3天的时间内,把菇床料温按1天l℃降到52℃,这是堆肥的最适腐熟温度。经验表明,在巴氏消毒温度在60℃左右,每天温度降低接近1.5~2℃时,后发酵进行得最好。当料温降到53~48℃时,堆肥将变成“美丽的灰白色”。在45℃以下和54℃以上不能制备出适于蘑菇菌丝生长的基质,因为45℃以下不适宜有益高温菌的繁殖;55℃以上有害的游离氨重新形成。
如果室温能保持40℃左右,尽可能不依赖干或湿的热源加热,靠调节通风换气量维持上述的温度为好;但是堆肥本身没有活性时,必须加热。腐熟结束时,堆肥的中心部温度是50~52℃,菇床表面和侧面为45℃左右。温度要测定菇床中心部的最高部分的温度,要控制得没有很大的差异。堆肥活性下降,料温也开始下降,腐熟过程就完成了。
后发酵第7天,把通风换气量开到最大,使堆肥迅速冷却到27℃。堆肥是否完全腐熟很难判断时,再延长1天降温比较安全。后发酵所需时间受几种因素影响,除了堆肥的含水量、物理结构、游离氨含量、易分解的有机物的含量等之外,装床的厚度、压缩密度、温度、湿度等都有影响。
(五)后发酵堆肥的标准 后发酵堆肥的评判标准可参考表5-14、表5-15及图5-7。
表5-14 接种时堆肥的成分组成
成 分 含量(%)
氮(凯氏法) 2.20
粗脂肪(醚可溶物) 0.074
粗纤维 8.70
灰分 9.87
碳水化合物 6.90
水分 72
合 计 100
表5-15 前发酵与后发酵的堆肥状态
评判标准 前发酵之后 后发酵之后
色泽 暗褐色 灰色(有白菌霜)
秸秆纤维 较硬,抗拉力强 柔软,有一点抗拉力
水分 70-72%,手握指缝滴水 65-68%,不滴水
气味及pH 有氨味,8.0左右 无氨味,7.5以下
手感 粘度大,污手 不粘,有弹性,不污手
浸出液 不透明 透明
图5-7 从建堆到接种堆肥成分的变化
图6-7表明堆肥经过前发酵与后发酵直至播种时的全部变化:
1.碳素 易分解的糖类含量大大降低,而木质素—腐殖质复合物的比例较稳定。
2.氮素 蛋白质(主要是菌体蛋白)含量大大增加,而有害的氨气由0.4%降到0.07%以下。
3.碳氮比 堆肥的碳氮比,在前发酵开始时约为30:1,微生物生长最活跃;后发酵开始时约为20:1;腐熟堆肥接种时的碳氮比为16:1。堆肥中氮素的相对含量在微生物的作用下越来越高。
4.pH值 堆肥的酸碱度,在前发酵开始时pH值约为9左右;后发酵开始时pH值约为8.5;腐熟堆肥接种时的pH值为7.5左右。
游离氨的存在造成堆肥的高pH值。pH值过高之后,会阻碍蘑菇菌丝的生长发育。用石蕊试纸测定热堆肥的pH值,是一种有效的方法。从pH值可推测氨气变化:存在氨气时,pH值一般在9.0以上;如果pH值在7.5左右,就可以确定氨气已经消失了。简易的pH值测定法是从菇床中央取发酵之后的热堆肥,放入塑料袋中,把湿的石蕊试纸放入袋中,把袋口拧紧放置1分钟以上,石蕊试纸由红变蓝,就可知游离氨的存在。同样的用甲酚红、酚红试纸或其他试纸也是有效的。可是堆肥冷却后,这种方法就不准确了。
5.温度 堆肥的温度,前发酵期间的范围为65~80℃;后发酵期间的范围为60~50℃;腐熟堆肥接种时的温度为25℃。
6.水分 堆肥的含水量,前发酵期间的范围为65~75%;后发酵期间的范围为72~71%;腐熟堆肥接种时含水量为66~70%。
7.微生物 堆肥中的微生物,前发酵期间主要是嗜热细菌;后发酵期间嗜热细菌大量死亡,而放线菌与丝状真菌增加。
堆肥在前发酵过程中有机物损失约为40%。在后发酵过程中,前发酵残留有机物又损耗约20%。相对于堆肥时的有机物总量,播种时仅剩约40%。所损失的干物质大部分转变为发酵热而消耗掉,少部分转为各种菌体生物量。堆肥经过前、后发酵及出菇后,其重量、水分和有机物的损失如表5-16。
表5-16 堆肥在各阶段的重量损失(㎏/㎡)
生产阶段 堆肥湿重/㎡ 堆肥含水量% 有 机 物 灰分
重量㎏ 比例% 重量㎏ 含水量 重量㎏ 比例%
建堆时 165 100 120 73 35 100 10
装床时 100 61 70 70 20 57 10
播种时 70 42 45 64 15 43 10
产菇20㎏ 45 27 25 56 10 29 10
蘑菇的产量也与接种时堆肥的含水量有关,一般接种时堆肥的最适含水量为64%,比二次发酵前的70%大约低6%左右。接种时堆肥的水分,如果比最适含量64%增或减2%,都不利于菇体发育,每平方米大约减产0.5千克蘑菇。
堆肥的含水量十分重要,因为它直接影响到堆肥的通气,含水量越高,通气量就越少,两者成负相关。通过一系列的试验发现,马粪堆肥的发菌期含水量为65%,可获得最高产量,这就要求装料时的堆肥含水量为71%。对合成堆肥的含水量也进行了测试,合成堆肥的最适含水量要比马粪堆肥约高3%,装料时和发菌期的最适含水量应分别为74%和69%。出现这种差异的原因在于有机质含量,合成堆肥的持水能力要比马粪堆肥的大。须指出,堆肥通气也受料厚、结构和密度的影响。
后发酵结束后,秸秆在微生物的作用下而完全腐殖质化,组织完全崩解,形成腐殖质复合体。蘑菇菌丝同化该类复合体比葡萄糖碳源好,生长的更快。这种复合体不仅是营养源,而且改善了堆肥的保水性。复合体中含有高比例的酸不溶性含氮化合物,例如微生物的细胞或孢子,其构成成分是糖质40%、蛋白质12%,酚类物质4%。这种复合体,其中50%在蘑菇菌丝接种后一个月以内就被利用而消失了。已知蘑菇菌丝能同化嗜热腐殖霉、普通嗜热放线菌、链霉菌属、绿色糖单胞菌等的菌体。
蘑菇菌丝在堆肥中繁殖,最重要的因子是水分。接种时最适的含水量是63~68%。通气性很好的合成堆肥即使含水量达72%,菌丝也长得很好,可以得到相当高的产量。但堆肥水分不能过湿,否则通气性就差了,导致发菌缓慢。
经过后发酵,堆肥中大部分氮素变成有机态,碳氮比(C/N)从建堆开始时的30:1降到15:1;干物质中的总氮为2%左右;堆肥的pH为7.0~7.5。
装床时堆肥中最后残存的氨浓度,取决于堆肥中的总氮和碳氮比。如果添加的氮肥过多,堆肥的含氮量就会增加。堆肥如果干燥,氨就消散了。所以干燥堆肥氨的定量分析值比湿堆肥真实的数值稍微低些。因为杂菌易在高浓度氨的堆肥中生长,因此在接近后发酵结束时,如果肯定堆肥中还残存氨的话,必须再延长腐熟几天。
堆肥中的游离氨对蘑菇菌丝的生育和产量有直接而恶劣的影响。接种时游离氨必须减少到0.07%以下。如果浓度高,蘑菇的繁殖就会受到阻碍;而在0.1~0.2%就会造成减产。氨浓度再高,就完全没有可能收获了。过湿的堆肥残存游离较高的氨气是最大的危害。
荷兰Horst蘑菇试验站做过比较:三种堆肥的鸡粪含量分别为每吨0、100和200千克,在后发酵进行的2、4、6、8和10天取样栽培,第一潮出菇结果为:不加鸡粪、后发酵4天的堆肥与添加鸡粪100千克/吨、后发酵6~10天的堆肥产量相近,约为20㎏/㎡;鸡粪用量200千克/吨、后发酵须延长到10天才能获同样的产量。这表明了一个规律,即堆肥起始含氮量过多时,必须延长后发酵时间。否则,会因为堆肥中氨含量高而减产甚至绝收。也需要指出,不添加鸡粪即氮含量低的堆肥,若后发酵时间短,头潮菇产量虽较高,但无后劲,也就是说二、三潮菇产量很低。因此,必须适当补加氮肥。
堆肥中游离氨的含量是后发酵之前和之后重要的测定项目。装床时游离氨的含量,因添加氮肥的量而异。因为发酵到最后阶段,堆肥中残存的游离氨会妨碍蘑菇菌丝的发育,必须完全除去。游离氨的含量可以用氨检测管、pH试纸、凯氏定氮法等进行判断,但这些数值间多少有一点误差。检测管、pH试纸可以用来测定堆肥内部和周围的挥发性游离氨,凯氏定氮法可以测定含于堆肥中的全部铵离子。
游离氨浓度高的时候靠嗅觉可以闻出来。但即使对氨臭味很敏感的人在感冒、身体不舒服时,有时判别力也会降低,在0.1%以下的游离氨就闻不出来了。检测堆肥周围空气中的氨气,用检测管是很方便的,可用于后发酵过程中室内空气的测定。观察填充在细玻璃管中的吸附物质和氨产生化学反应引起的色调变化,就可以读出全氨量。在堆肥腐熟过程中氨确实在减少。
气体的取样是在栽培室的菇床上或排气口上进行的。可是,当堆肥已经冷却或在室内的循环空气己和外界的空气混合而稀释的场所取样,结果氨的浓度往往都很低。所以在取样前几分钟,必须停止通风再进行取样。
五、隧道式后发酵
双区制或三区制生产,后发酵一般在专门的隧道设施内进行。
把大量已经前发酵的堆肥放在隧道设施中进行后发酵是意大利发明的,70年代在法国和荷兰实用化成功。隧道式发酵的条件可控,管理容易,可显著降耗增产,提高蘑菇生产的效益。隧道式后发酵与传统的后发酵相比有许多优点:①不必在栽培室中进行高温高湿条件下的巴氏杀菌,所以对建筑设施、附属机器、电力系统损坏少;②能有效地利用堆肥发酵热,省能源,效率高;③可以在隧道内进行大堆发菌,发好菌的堆肥直接铺床覆土出菇;④不必增加栽培室的建筑面积就可以增加栽培次数。例如,采用隧道进行后发酵和发菌,可把一区制的蘑菇生产工艺改为二区制甚至三区制,出菇室由1年栽培4次增加到8次甚至10次(参见第八章),大大提高了生产效率。由于采用隧道进行后发酵及发菌能显著提高生产效率,因而已在欧、美国家甚至发展中国家印度成为主流工艺。
在欧、美国家,很少有蘑菇栽培者自己制备堆肥,例如荷兰,大部分栽培者向专业堆肥中心购买现成的堆肥。“荷兰合作蘑菇栽培者协会”的堆肥中心规模较大,自1963年创建后,这个中心每周向许多荷兰栽培者以及比利时、德国的栽培者提供堆肥。
荷兰820个菇场所需的全部堆肥是由两个专业公司生产的,其一是位于奥特萨姆(Qttersum)的荷兰堆肥公司(CNC),其堆肥场建有一个大防雨棚,覆盖面积达12英亩(200米×240米=48000㎡),主要用于前发酵。该公司建有60条后发酵隧道,每条隧道的容量为200米3约100吨堆肥。这60条隧道每周生产12000米3约24000吨堆肥,如果铺料厚20厘米,可供栽培60000米2。为防止运料途中污染,采用密封的箱式卡车给菇农运送堆肥,卡车的后部装有一个可直接为菇床装料的专用设备。
荷兰的堆肥工艺大致如下:马粪运到场后,成为一个非常大的粪堆,用一台安装在铁轨上能前后移动的专用装置浇水。正式建堆前,原材料需要进行7天的预堆。预堆期间料堆会不断渗出汁液,因此采用一台后部挂着铲子的小拖拉机来保持料垛间过道的清洁,使料堆流出液及时回收利用。由于料堆长达200米,这样做尤为必要。
建堆后再历时7天,此期使用大型翻堆机翻堆3次:建堆时(0天),1吨新鲜马粪添加鸡粪100千克;第二次翻堆前(第3天),将石膏放在料堆顶部,每吨堆肥加25千克;3天后再翻一次堆(第6天);到第7~8天前发酵完成。之后为7天的隧道后发酵。隧道构造 隧道发酵室的构造如图5-8。
图5-8 后发酵隧道断面图
(1.气窗;2.门;3过滤器;4.调节风门;5.风机;6.蒸汽管)
隧道式发酵室宽3.5米,高3.5~4米,长20米。地板是钻有透气孔的混凝土预制板,全部孔隙面积加在一起大约相当于地板总面积的25%。为便于气流在地板下分布流通,在有孔地板与下层水泥地面之间留有0.5米的空间。所用风机具有每吨堆肥每小时150~200立方米、静压约100毫米汞柱的鼓风力,因此需要选用高压风机。如果后发酵或发菌的结果不理想,大部分是因为鼓风力量不足所致。
为较好地分配循环风压力和限制空气流速,对着气流入口的远端底层地面至少要倾斜高出2%。隧道内绝大部分是循环空气,它由堆肥层下面的有孔地板吹入,并由隧道上方的回风口循环或排气口排出。为便于在后发酵结束时降温及排除氨气、二氧化碳(CO2)等废气,隧道内除循环风口外,还设有排气口,大门上部有可闭可开的气窗。
在隧道内进行后发酵或集中发菌,一般不需要外加热量,靠堆肥本身产生的发酵热即可完成。在寒冬季节,在堆肥后发酵的初始阶段,需要在有孔地板下吹入一些热蒸汽,以启动高温微生物的自然发酵过程。
进行后发酵时,将堆肥均匀地堆于有孔地板上,料厚1.8~2米。隧道上方留有1~2米的空间,通过堆肥层的空气在这一空间进行流动,经通风调节器与新鲜空气按一定比例混合后再吹入底层。隧道的容积越大,装料越不容易做到均匀,一般装50吨(100米3)左右的隧道较易管理。
隧道内的料层和空间设有温度探头,以便观测并调控温度。在堆肥层中插有温度传感器,插点设置在料堆两端、中央的上层、中层、下层,以及空气排出口等部位。如果堆肥温度超过规定值,可增加循环风中新鲜空气的比例来降温;如果堆肥温度低于规定值,可减少循环风中新鲜空气的比例来增温。如果堆肥密度或厚度不匀,堆肥密度高的部分(堆得紧的地方)循环风量会降低,此处堆肥就会变成嫌气状态。所以装填堆肥时,要尽力装均匀。设备条件较好的栽培场,多采用可摆头的卷扬机装进或移出发酵隧道中的堆肥。
(二)隧道后发酵实例 河北省的“康益园”食用菌开发有限公司,采用隧道式后发酵设施(图版27、28),进行堆肥的后发酵获得高质量的培养料,在简易菇棚中栽培达到较高产率。有关技术数据如下:
1.堆肥配方 华北地区以麦秸、玉米秸、鲜鸡粪为主料,辅料为尿素与石膏。初始投料量折干计算为55㎏/㎡,初始含氮量不低于1.6%。配方参见表5-6。
2.前发酵 堆肥的前发酵程序及有关数据如下:
(1)预堆 在预湿池中,40吨草料经2~3天充分浸泡吸水,使之含水达70%以上,然后用铲车平摊于料场上约50厘米厚。用铲车将40米3鲜鸡粪覆盖于草料上,经碾压混匀后起堆,即谓之预堆。预堆时因草料蓬松体积较大且含水率高,约400米3重180吨。在7天内用铲车翻堆3次,料温达60~70℃。
(2)成型 所谓成型,指堆肥经翻堆机堆成整齐的料堆,此时按配方添加尿素。堆高1.3米,宽1.8米,长40米,3个料堆总长120米,总体积约280米3,总重约140吨(1吨堆肥约占隧道空间2米3)。这比预堆时的堆肥体积和重量减缩分别为30%和23%。7天内经翻堆机翻堆3次,料温55~65℃。
3.后发酵 前发酵合格的堆肥先经翻堆机翻松,趁热用铲车将堆肥均匀装入隧道,料堆总体积计为:宽3.5米×高1.8米×长20米=126米3×2隧道=252米3,总重约126吨。这比预堆时的堆肥体积和重量减缩分别为37%和31%。
把温度传感探针置放于堆肥中所预定的位置,关闭入料口。由人工调控气流调节器(气闸),控制新风和回风的比例。有2个气闸:如果需要新风进行降温,可把循环风气闸关闭,把新风气闸完全打开;如果需要保温,则把循环风气闸完全打开,把新风气闸关小。一般而言,开机时先以循环空气为主,以尽快提升料温进行巴氏消毒。但是为避免缺氧发酵,要求在循环风中最低限度混入5~10%的新鲜空气。隧道后发酵的时间约7天(168小时),相关参数见表5-17与图5-9。
表5-17 隧道后发酵时间与温度(℃)
时间(h) 料温 气温 时间(h) 料温 气温
0h 53.5 34.5 96h 47.6 39.1
6h 57.5 43 102h 46.2 36.5
12h 60.2 48 108h 45.6 36.6
18h 58.2 47.6 114h 45.4 36.7
24h 51.8 40.8 120h 45.5 39.4
30h 48 39 126h 45.5 39.6
36h 47.5 43.8 132h 45.5 40.6
42h 46.8 39.8 138h 44.7 39.7
48h 49.6 45.3 144h 43.6 38
54h 48.3 41.5 150h 43.1 35.1
60h 48.2 42.1 156h 43.1 34
66h 47.8 39.7 162h 42.9 37
72h 47.9 40.8 168h 40.3 30.5
78h 47.9 42.3 174h 33.2 26.3
84h 48.5 41.5 180h 29.3 24.6
90h 47.8 41.3
图5-9 隧道后发酵温度曲线
在后发酵进行4~6小时后,堆肥中的高温菌类开始大量繁殖,堆肥温度由初始的50℃左右提升到57℃~60℃(巴氏消毒温度),在此温度范围维持10小时左右。如果温度超过60℃,即通入较多的外界空气使料温冷却,不能使堆肥温度过高。在巴氏消毒阶段,隧道内的料堆温度与空间温度相差10℃左右。
巴氏杀菌结束后,多通入外界空气,使堆肥的温度缓降到50~45℃,进行5~6天的发酵腐熟。料温曲线平滑下降,而气温曲线波动较大,这是开闭鼓风机所致,其变化规律为:给风时,料温下降而气温暂时上升;停风时,料温升高而气温相对下降。如此反复调节,即可使料温保持缓慢下降。
7天(168小时)后,将循环风全部关闭,只给新风降温排氨,10小时后料温降到30℃以下,要求尽快出料并铺床接种。如果堆肥暂时不能出隧道,则必须吹新风降温,以避免因料温回升而染杂菌的危险。
后发酵合格的堆肥标准为:①草段暗褐色、易断无光泽;紧握指缝间略有水渍,浸出液不混浊,不脏手,无氨味,可见放线菌白斑。②含水65~68%;pH值7.2~7.5;氮≥2%;氨≤0.01%。
在7天后发酵期间,堆肥高度降低约0.25米,体积与重量计算为:高1.55米×宽3.5米×长20米=108米3×2隧道=216米3,总重约108吨。这比预堆时的堆肥体积和重量减缩分别为46%和41%。
4.铺床与播种 此批堆肥于9月上旬入棚铺床,因气温尚高(25~30℃),采取薄料栽培,堆肥湿重70㎏/㎡(折干料24㎏/㎡),料层压实厚度14~15㎝,216米3铺菇床1542㎡(70架床×22㎡)。
播种采取混播与表面播结合的方式,播种量为麦粒种1㎏/㎡。料内播2/3,表层播1/3。
5.发菌与覆土 料温25~28℃,发菌期强调通风降温,播种14天后菌丝布满料层,覆草炭土,厚度3㎝,1000㎡约用30米3,干重约4.8吨。
6.产菇与残料 覆土15天后出菇,在60天的产菇期内,产切根鲜菇10~11㎏/㎡,1542㎡总产约1.5~1.7万㎏。出完菇后的残料占播种时堆肥体积与干重的2/3,为140米3,干重约25吨。经化验,有关数据列于表5-18。
表5-18 蘑菇残料的化验分析结果
成 分 有机质 腐植酸 N% P2O5 K2O 其 它
含量% 47.9 20.67 1.47 1.51 2.08 26.37
六、简易条件后发酵
我国的蘑菇栽培大部是在简易条件下进行,农户利用土办法也可完成堆肥的后发酵。从1978年开始,福建和浙江的菇农已普遍进行堆肥的后发酵,蘑菇单产平均提高了20~30%。
简易条件下的后发酵就是将已经一次发酵(约12天)的堆肥入棚上床架(地床不宜),采用日光加炉火蒸汽将料温再逐渐提升到60℃左右,保持6~8小时,然后使料温降到50℃左右,继续发酵5~6天,也能达到后发酵的目的。福建菇农采用这种方法,效果很显著。简介如下:
(一)炉火加温后发酵 准备后发酵的堆肥须提前结束前发酵,一般经第二次倒堆后(10~12天),可趁热抢温入棚上床。上层菇床的堆肥因棚膜冷凝水的滴聚而含水量增加,底层菇床的堆肥因高温而蒸发损失水分,造成菇床堆肥上层湿而下层干。因此堆肥进棚时就要把上层菇床的水分调低些(62%左右),下层菇床的调高些(70%左右)。
一般在晴天的早晨抢温入棚,阳光好时揭帘采光,利用温室效应可将棚温上升到45~50℃。午后盖帘保温,同时生煤火加温。200平方的棚需5~8个蜂窝煤炉火,提前生旺并烧水锅产生蒸汽。第二天中午揭去草帘,让阳光暴晒以提高料的发酵温度,使料温上升到60℃上下并维持6~8小时。之后5天将堆肥的温度控制在50~60℃之间,不低于45℃,不超过62℃。
在整个后发酵过程中,要根据天气和料温变化情况适当通风供氧,促进白色放线菌的繁殖。正常堆肥呈灰白色,有发酵香气,无氨臭气和异味,料疏松柔软,富有弹性,含水量63%左右,pH值7.2左右。须注意,后发酵期间的料温不能低于45℃。否则必将发生大量鬼伞,甚至堆肥发黑腐烂,导致接种后菌丝不吃料。
(二)太阳能后发酵 利用太阳能的辐射热进行后发酵,可节省设备投资,节约能源,特别是对菇房密封条件差或没有条件在室内进行后发酵的地方。
太阳能后发酵可在原堆料场地进行,将前发酵的堆肥,在最后一次翻堆后,在料堆四周用小竹竿搭成简易棚架(图5-10),上盖塑料薄膜和草帘。
图5-10 太阳能后发酵棚架(厘米)
料堆宽2.1米、高0.6米、长10~12米。料底中间用竹竿或木棍架成三角形(边长20厘米)通风道,两个通风道之间相隔70厘米。通风道两端平时用稻草堵塞,通风时拔去稻草。进行后发酵时,薄膜要盖紧,不使其漏气,当后发酵2天后,于上午和下午揭去向阳面的草帘,让阳光暴晒,以提高料的发酵温度,早晚及中午把草帘盖上,保持发酵温度均衡。堆肥发酵温度控制在50~60℃之间,不低于45℃,不超过62℃。在整个后发酵过程中,要根据天气和料温变化情况,认真做好堆内的通风,一般每天通风2次,每次15~20分钟,这样约经5天左右后发酵即可结束。
堆肥呈咖啡色,无氨臭气和异味,料疏松柔软,富有弹性,并有大量白色放线菌及有益微生物的繁殖,含水量在63%左右,pH值7.2左右即可达到后发酵的目的。
七、堆肥技术的改良试验
以上介绍的蘑菇堆肥工艺,原料必须经过一次发酵或二次发酵。室外堆肥时,夏季料温高达60~70℃,而且要翻倒3~4次,致使生产者望料生畏。有无制备堆肥的简便工艺呢?这里介绍几种堆肥改良试验。之所以称为试验,是因为这些方法还没有在生产上大规模应用。
(一)高压灭菌堆肥 德国的蒂尔(1962)把水加入麦秆、甜菜渣、棉籽粕、碳酸钙等组成的原料中,没有利用微生物的作用,而在加压灭菌(121℃)得到的培养基上接上蘑菇菌种。因为这种培养料没有抵抗竞争性杂菌污染的能力即不具有选择性,所以在发菌过程中必须要进行无菌培养。此外,用高温杀菌的堆肥和巴氏(58~60)杀菌的堆肥进行蘑菇菌丝的培养比较,前者中的蘑菇菌丝发菌速度慢了50%。尽管如此,高温杀菌堆肥中的菌丝完全蔓延后,覆土出菇可以得到和普通堆肥相同的蘑菇产量。此试验证明,对蘑菇菌丝的生长发育而言,堆肥过程不是必须的。但是问题在于,高温灭菌的培养料需要在无菌条件下发菌即所谓的熟料栽培,在盈利性栽培中是不可取的。
采用蒂尔的方法,制备1吨培养料的原料如下:
切碎麦秸120千克;泥炭土(风干)50千克;碳酸钙50千克;棉籽粉15千克;大豆粉15千克;紫苜蓿粉50千克;水700千克。
将这些原料混合均匀,将水分调到70%。混合物的
pH为6.8,含氮量约2.5%。将这些混合物装入密闭的灭菌设备,在121℃的温度下灭菌5小时。在栽培浅箱装装11厘米厚,冷却后播谷粒种。发菌时间比一般要长些,约4~5周。发满菌丝的培养料中补加5%经巴氏消毒的棉籽粉,然后覆土出菇。
(二)常压灭菌堆肥 是一种简化的蒂尔式发酵法。把在常压100℃杀菌的培基养冷却后,接种从堆肥中分离出来的含有嗜热微生物的制剂,使之较快产生高温发酵作用,保持2~3天。尽管此方法不是常规的堆肥发酵,但是这种堆肥对蘑菇菌丝也具有特异性,可获得很高的蘑菇产量,2米3堆肥即1吨湿料铺10㎡菇床,可产270千克蘑菇。此法尚未应用于蘑菇的大规模生产,因为相对而言,常压常温还是比目前广泛应用的蘑菇栽培工艺耗费较多的投资。
(三)热压膨化培养料 杨国良等(2000)采用热压膨化技术处理玉米秸,在原料的灭菌方法上有所创新。方法如下:
1.堆肥配方 100平方米菇床用无霉变的干玉米秸2000千克,切成30厘米左右并经碾压,鲜鸡粪3立方米,尿素30千克,石膏150千克,石灰150千克,含水65%。所有原料经拌料机混匀。
2.热压膨化 原料在热压3千克/平方厘米、134℃处理15分钟经特制喷头喷出,热压骤降,秸秆纤维瞬间被膨化,堆肥质地松软,保水通气性能好,同时起到高温杀菌作用,基质由原来不易被蘑菇菌丝降解的状态变为易利用的状态,不再经堆制发酵。
3.发菌出菇 膨化堆肥按常规铺床,料厚20厘米。12月初播种,播种量0.5千克/平方米。棚温10~20℃,菌丝洁白健旺。在30天的发菌期中,料面未发生任何杂菌污染。这可能与当时气温低有关。1月初覆土3厘米左右。2月中旬现原基,到5月底结束出菇。出菇结果表明,热压水解处理的堆肥每平方米可产双孢菇9~10千克,在相同栽培条件下,比传统发酵的堆肥产率高10%左右,而且品质较好。
4.热压设备 需要1吨锅炉及特制高压罐、喷头等,基础投资较高。日处理8吨堆肥的工厂,1吨成品干料的成本为400元左右。栽培用料量为50千克/平方米,成本为20元/平方米,产鲜菇10千克/平方米,价值40元,投入;产出=1:2。此产出效益低于传统发酵的堆肥(投:产=1:3),因此热压水解工艺需提高加工效率,降低生产成本。
(四)单程发酵堆肥 前发酵之后,接着进行二次发酵为双程发酵法。单程发酵法是在规定的条件下把两个过程合二为一,在转鼓中完成的方法。在制备过程中,堆肥干物质的损耗可控制在最少的限度下,因而有增产的可能性。但是此法因为运转成本高,至今没有实用。
(五)快速后发酵堆肥 此法可以在一周内制备堆肥,设备投资和原来的方法保持不变就可以进行。
将经前发酵的堆肥趁热装床,这时堆肥的温度为53~55℃。通入蒸汽约6小时后,堆肥的温度升到65~68℃。关闭蒸汽,充分地通风,空气温度降到约40~45℃。不断地送入新鲜空气,堆肥的温度维持在52~56℃。整个二次发酵过程仅需3~4天。这种堆肥的产量为1吨装床料产180~200千克蘑菇。
这种方法很有发展前途,尤其是在大批量制备堆肥时,可以显著降低成本。干物质的消耗和传统方法相比是极少的,如果换算为原料比,蘑菇的产量是很高的。
(六)发酵剂促熟堆肥 上海市农业科学院食用菌研究所于1988年开始从事这方面的研究,此项技术已在蘑菇堆肥发酵上推广应用。
生物发酵剂内的有效成分主要为嗜热微生物。这种微生物最初是从发酵的堆肥中分离筛选出来的。目前推广使用的蘑菇生物发酵剂的主要嗜热微生物,经鉴定为腐殖霉属(Humicola)中的一个种。
1.发酵剂制备 将该菌分离后用棉籽壳培养基扩大培养,其简单制备工艺过程如下:
棉籽壳堆肥→装袋→灭菌→接种→培养→菌袋→干燥→粉碎→质检→包装。
该菌的繁殖条件为:堆肥含水量75%,培养温度50℃左右,pH为7.5。
2.发酵工艺 利用蘑菇生物发酵剂制备蘑菇堆肥,在工艺操作过程中与常规发酵有所不同。其具体工艺过程按以下步骤进行:
(1)预湿 蘑菇生物发酵剂在粪草堆肥上生长的最适含水量为70%~75%。因此,要求草料必须充分预湿。为了缩短稻草预湿的时间,加快稻草的软化速度,最好将稻草切成l0~17厘米的小段。然后浇水或浸水,这样可使稻草在较短时间内达到所要求的含水量。
(2)预堆 预湿的稻草加入石灰和或尿素堆制3~5天,使稻草软化,有利于微生物的生长繁殖。
(3)添加发酵剂 先将生物发酵剂与预湿过的粪肥、饼肥、米糠等混合均匀,然后与预湿的稻草混合,由于堆肥在发酵期间pH会有所下降,因此添加生物发酵剂后需用石灰将堆肥的pH调到8.0左右,以充分发挥发酵剂的作用。
(4)床式发酵 添加发酵剂的堆肥于当天进房铺料,一般料厚55~60厘米,关闭门窗进行发酵。其升温发酵过程可分四个阶段:①自动升温期 即从进房到中心料温达45~70℃,这一时期为2~3天。②高温消毒期 即维持料温为66~70℃,这一时期1天左右。③自动降温期 即中心料温由66~70℃降至50~52℃,这一时期为2~3℃。④保温培养期 即维持中心料温为50~52℃,维持4~5天,若温度过低,可适当加温。
当保温培养期结束,中心料温低于46℃时,应及时通风换气,便料温在1~2天内降到常温。然后翻格(翻料)播种。播种后的管理与常规发酵相同。
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