羊肚菌不同菌基對土壤理化性質和微生物多樣性的影響

宋 崴，王 翔，馬玉敏，張玉萍，王 芳

（山西省生物研究院有限公司，山西 太原 030006）

羊肚菌(Morchella)因子實體布滿蜂窩狀小孔，形似羊肚而有此名，是一種珍稀的食藥用真菌[1-3]。羊肚菌內氨基酸、維生素等營養(yǎng)物質極為豐富，口感良好，在食用菌市場非常受歡迎[4]。近年來，隨著經濟不斷發(fā)展，人們生活水平也得以提升，對羊肚菌的食用需求也越來越高。很多學者對羊肚菌如何栽培進行了多方面研究，目前已經可以人工栽培[5]。有研究表明，經覆土栽培菌糠腐爛后林地，次年觀察到該林地區(qū)域有大量羊肚菌生長[6]，也有學者在進行羊肚菌栽培時，向栽培土壤里添加了木屑等混合物，羊肚菌產量得到了一定的提升[7]。這些都說明栽培基質對羊肚菌生長十分重要，而基質中的微生物在栽培生長中起到了重要作用[8-10]。有研究表明，羊肚菌的根際微生物與其生長存在相互作用[11-12]。有學者對羊肚菌種植土壤的細菌群落進行研究，發(fā)現(xiàn)群落結構的豐富程度與羊肚菌生長發(fā)育有密切關系[13]。也有研究發(fā)現(xiàn)，羊肚菌生長處的土壤細菌和放線菌數(shù)量較未生長處更多，同時存在一些特定類真菌[6]。LAMBERS等[14]研究認為，土壤微生物對土壤生態(tài)環(huán)境存在多方面的影響，同時微生物的代謝產物也影響著土壤其他生物因子和生態(tài)因子的互作[15-16]。

現(xiàn)在隨著羊肚菌栽培的規(guī)模和范圍不斷擴大，其生產也逐漸趨于規(guī)?；N植。目前在山西地區(qū)缺乏因地制宜的相關配套栽培技術，不同栽植菌基土壤對山西地區(qū)羊肚菌生產的影響也未見到相關報道。同時，香菇等食用菌栽培后產生的菌糠逐年增加，如何進行循環(huán)利用也成為一項現(xiàn)實課題。本研究將香菇菌糠、有機肥、草炭分別作為栽植羊肚菌的基質配方添加劑，種植羊肚菌后比較其相關性質差異，以期摸索適合山西地區(qū)的羊肚菌栽培方式和食用菌生產肥料的循環(huán)利用途徑，從而為山西地區(qū)羊肚菌生產及生態(tài)農業(yè)發(fā)展提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

羊肚菌菌種選用六妹羊肚菌（Morchella sextelata），菌種由山西省生物研究院有限公司食用菌研發(fā)中心提供。草炭、有機肥、香菇菌糠來自山西省生物研究院食用菌菌種基地。

1.2 試驗設計

2020年11月在山西省生物研究院食用菌菌種基地試驗大棚進行羊肚菌不同栽培基質種植試驗，栽培基質共設置4個處理，分別為CK.不添加任何物質的大棚土壤；CT.大棚土壤+草炭，體積比為5∶1；JK.大棚土壤+香菇菌糠，體積比為5∶1；YJ.大棚土壤+有機肥，體積比為5∶1。每個處理設置3個重復。栽培期間保持種植大棚干凈、通風，保持土壤濕潤，采用微噴裝置進行水分管理。

1.3 測定項目及方法

參考KELLY等[17]和魯如坤[18]的方法檢測羊肚菌采集期間的土壤pH、含水量、有機碳、全氮和堿解氮。對羊肚菌采集期間的栽培基質參考關松萌[19]方法檢測土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性。采集羊肚菌時對種植栽培基質的土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量采用稀釋涂布平板法測定[20-22]。并使用王齊贊等[23]和LISA等[24]PCR-DGGE方法（略作調整）分析配方栽培基質細菌和真菌群落多樣性[23-24]。同時使用ICP-MS法測定采集的羊肚菌子囊果中Ca、K和Mg礦質元素含量[25]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和SPSS 19.0對測得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析；用Quantaty one 4.6.2軟件對所得電泳圖片進行分析，用Shannon-Wiener指數(shù)和辛普森指數(shù)表示土壤微生物群落多樣性。

2 結果與分析

2.1 羊肚菌不同栽培土壤的理化性質差異

土壤酸堿度對土壤養(yǎng)分起著重要作用，其如不在合適的范圍會對土壤養(yǎng)分產生負面影響。對4種栽培羊肚菌土壤進行p H測定（圖1），4種土壤的pH在7.51~7.65，CK最低，YJ最高，但4種土壤間無顯著差異。這可能是由于4種土壤均以生土為主要成分，添加成分尚未對土壤pH產生較大影響。土壤含水量的變化趨勢（圖1）與p H相似，4種土壤的含水量變化在15.21~18.05%，且4種土壤間含水量無顯著差異。

土壤有機碳含量可表征土壤肥力，整體來看，4種土壤的有機碳含量變化明顯，其中CK最低，為11.11 g/kg，且顯著低于其他處理（P＜0.05）。CT處理含量為23.98g/kg,JK處理含量為26.83 g/kg，二者間無顯著差異。YJ處理含量達36.01 g/kg，且顯著高于其他處理（P＜0.05）。全氮能反映土壤的氮素供應水平，是土壤質量的重要指標之一。土壤全氮的含量變化趨勢與有機碳含量相似。CK全氮含量最低，為6.18 g/kg，顯著低于其他3種處理。CT和JK處理含量分別為7.71、7.79 g/kg，且二者間無顯著差異。YJ處理含量最高，為9.27 g/kg，顯著高于其他處理（P＜0.05）。CK堿解氮含量為58.60 mg/kg,顯著低于其他處理。CT、JK和YJ處理的堿解氮含量在78.22~87.60 mg/kg，三者間無顯著差異。

2.2 羊肚菌不同栽培土壤的酶活性差異

土壤酶活性強弱可敏感反映土壤生化反應和物質循環(huán)強度。由圖2可知，4種處理土壤的蔗糖酶變化在48.03~57.11 mg/（100 g·h）,且相互之間無顯著差異。脲酶的活性變化趨勢與蔗糖酶不同。CK脲酶活性為12.80 mg/（100 g·h），顯著低于其他處理。CT、JK和YJ處理的脲酶活性分別為23.60、24.90、28.10 mg/（100 g·h），相互之間無顯著差異。4種處理土壤間的過氧化氫酶差異顯著（P＜0.05）。CK最低且顯著低于其他處理，YJ處理 過 氧 化 氫 酶 活 性 達19.11 mg/（100 g·h），顯著高于其他處理。同時JK處理過氧化氫酶活性顯著高于CT處理。多酚氧化酶活性的變化趨勢與過氧化氫酶活性略有不同。JK和YJ處理的酶活性分別為6.78、7.06 mg/（100 g·h），二者間無顯著差異，但均顯著高于CK和CT處理。此外，CT處理的多酚氧化酶活性顯著高于CK。

2.3 羊肚菌不同栽培土壤的微生物數(shù)量和多樣性差異

土壤微生物在一定程度上調節(jié)著土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能，影響著土壤養(yǎng)分循環(huán)和物質分解轉化。不同處理下4種土壤的微生物數(shù)量變化規(guī)律不同。從圖3可以看出，CK細菌數(shù)量最低且顯著低于其他3種處理。CT、JK和YJ處理的細菌數(shù)量變化在（5.83~6.33）×106cfu/g，相互間無顯著差異。CK和CT處理的真菌數(shù)量無顯著差異，但顯著低于JK和YJ，后二者的真菌數(shù)量無顯著差異，分別為14.00×103、16.14×103cfu/g。此外，4種土壤的放線菌數(shù)量略有不同，但相互之間均無顯著差異。

在得到的土壤細菌DGGE電泳圖中，CT和JK處理的條帶數(shù)和條帶亮度均很相似，表明二者的細菌群落多樣性較為相似。CK的條帶數(shù)最少，條帶亮度也最弱，說明CK的細菌群落多樣性較低。同時，YJ的條帶數(shù)最多，表明YJ的細菌群落結構多樣性較高（圖4）。從表1可以看出，4種處理土壤的細菌群落多樣性不同。CK的香農指數(shù)（H）、辛普森指數(shù)（D）都較低，YJ的香農指數(shù)、辛普森指數(shù)高于其他處理，也表明YJ的細菌群落多樣性較高。

表1 不同種植土壤的細菌群落多樣性Tab.1 Bacterial community diversity in different planting soils

由不同處理土壤真菌DGGE電泳圖譜可見（圖5），YJ的條帶數(shù)最多，表明其真菌群落結構較復雜。CK的條帶數(shù)最少，說明其真菌群落結構較簡單。JK的條帶數(shù)目高于CK和CT，表明JK的土壤也有較為豐富的真菌群落。CT的條帶數(shù)量高于CK，但低于JK和YJ，表明CT的真菌群落結構復雜程度較CK有一定程度的增加。由表2可知，不同處理下的真菌群落多樣性不同。YJ的香農指數(shù)和辛普森指數(shù)均較高，說明YJ的真菌群落多樣性較高。其次是JK的多樣性較高，CK的多樣性指數(shù)最低。

表2 不同種植土壤的真菌群落多樣性Tab.2 Diversity of fungal communities in different planting soils

2.4 不同栽培土壤中羊肚菌子囊果的礦質元素含量

羊肚菌子囊果中含有許多礦質元素，對羊肚菌子囊果營養(yǎng)價值和品質起著重要作用。對不同栽培基質中獲得的羊肚菌子囊果進行了鈣、鉀、鎂元素含量的測定，可以看到添加不同的基質后礦質元素含量獲得了一定的提升。添加有機肥后，羊肚菌子囊果中鈣、鉀、鎂元素含量分別達到了944.20、25 857.90、1 838.40 mg/kg（表3）。

表3 羊肚菌子囊果中礦質元素含量Tab.3 Mineral element content of Morchella capsule mg/kg

2.5 不同栽培土壤理化性質、酶活性和羊肚菌的礦質元素含量的相關性

羊肚菌經由土壤栽培而生長發(fā)育，所以，土壤的理化性質和土壤的酶活性可能與羊肚菌的生長具有一定的相互作用。通過SPSS 19.0對栽培羊肚菌不同土壤的理化性質和羊肚菌子囊果礦質元素含量進行相關性分析，結果見表4。土壤含水量與羊肚菌子囊果中鈣、鉀含量存在顯著正相關性，全氮含量與羊肚菌子囊果中鎂含量存在顯著正相關性，堿解氮含量與羊肚菌子囊果中鈣、鎂元素含量存在顯著負相關性?？梢娡寥览砘再|與羊肚菌子囊果生長發(fā)育存在密切相關。

表4 土壤理化性質與羊肚菌子囊果礦質元素的相關性Tab.4 Correlation between soil physical and chemical properties and mineral elements in Morchella capsule

土壤酶活性與土壤微生物、土壤理化性質存在密切關聯(lián)，因此，也可能與羊肚菌的生長具有一定的相互作用。通過SPSS 19.0對栽培羊肚菌不同土壤的酶活性和羊肚菌子囊果礦質元素含量進行相關性分析，結果見表5。蔗糖酶、過氧化氫酶活性與羊肚菌子囊果中鉀元素含量顯著正相關，多酚氧化酶活性與羊肚菌子囊果中鈣元素含量顯著正相關?？梢娡寥烂富钚耘c羊肚菌子囊果生長發(fā)育存在密切相關。

表5 土壤酶活性與羊肚菌子囊果中礦質元素的相關性Tab.5 Cor relation between soil enzyme activity and mineral elements in Morchella capsnle

3 結論與討論

目前人工栽培成功的羊肚菌都是純土腐生類型[26]，有研究表明，栽植所選用的基質對羊肚菌的種植產量有著顯著影響[27]。在本研究中，添加有機肥和香菇菌糠的土壤各項理化指標較好。含水量對羊肚菌的感官指標如口感等有直接影響[28]，本研究中各處理下的土壤含水量無顯著差異，這可能是因為香菇菌糠、有機肥等添加比例較低，對土壤結構和通氣性等影響較小所致。前人經研究證實，炭灰等改善土壤條件，提高羊肚菌產量[29]，本研究后續(xù)可對不同添加比例進行比較分析，進一步考察相關添加物對羊肚菌種植的影響。pH對土壤化學性狀和生化反應有著直接影響[30]，本研究中各處理土壤p H值在7.50~7.70，屬于中性微堿性，有學者證實，中性微堿性土壤有利于羊肚菌生長[31-32]，而在山西地區(qū)土壤pH值在7.0~7.6為宜[33-34]，這說明添加處理后土壤酸堿度較適宜。

土壤養(yǎng)分對羊肚菌生長有著重要意義[35]，目前的羊肚菌栽培技術中，均為前期利用土壤養(yǎng)分，后期增加營養(yǎng)袋補充元素，說明土壤中各類元素對羊肚菌栽培影響重大[36-37]。在本研究中，對照土壤與不同處理土壤的有機質含量、全氮含量和堿解氮含量均存在差異，說明大棚土壤經添加處理后土壤元素含量發(fā)生顯著變化，添加處理可有效改善土壤理化性質。有研究表明，有機質含量對羊肚菌栽植影響顯著[38]，全氮含量較高的土壤其羊肚菌子實體品質也較好[39]，土壤中其他元素也對羊肚菌品質影響有不可替代作用[40]。在本研究中，添加有機肥和香菇菌糠處理的4種酶活性較高，且顯著高于對照土壤，表明經添加處理后土壤理化性質和生物性狀向好，有利于羊肚菌種植。由相關性分析可知，種植土壤含水量、全氮含量、堿解氮含量與羊肚菌子囊果的鈣、鉀、鎂元素含量存在一定的相互關聯(lián)，同時種植土壤的蔗糖酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性也與上述礦質元素含量存在一定的影響。這說明在本研究中種植土壤經添加一定的材料如菌糠或有機肥后在一定程度上改善了種植土壤的理化性質和生物性狀，在一定水平上促進了羊肚菌的生長發(fā)育和品質提升。

土壤微生物對土壤質量起著重要作用[41]，其中細菌對土壤物質循環(huán)分解轉化等作用巨大[42]。本研究首先對可培養(yǎng)細菌、真菌和放線菌數(shù)量進行分析，發(fā)現(xiàn)添加處理后土壤細菌數(shù)量高于對照，同時細菌群落結構多樣性也表現(xiàn)為添加香菇菌糠和有機肥土壤高于對照土壤。真菌的可培養(yǎng)計數(shù)和群落結構分析結果也呈現(xiàn)相似變化規(guī)律，說明香菇菌糠和有機肥的添加顯著改善了土壤的微生物數(shù)量和群落結構多樣性。而土壤中較高的微生物群落多樣性對于土壤良好結構的維持和物質養(yǎng)分的轉化作用顯著[43-44]，這也說明本研究中香菇菌糠和有機肥的添加對土壤質量向好和羊肚菌種植有著極好的促進作用。

可見，不同添加處理后羊肚菌菌基土壤的理化性質和生物性狀差異明顯，其中，香菇菌糠和有機肥添加后土壤理化性質和酶活性改善效果良好，細菌和真菌微生物多樣性顯著提升，其中，以有機肥提升效果最佳，羊肚菌子囊果品質改善明顯，香菇菌糠次之。