“灵芝 白星花金龟幼虫”联合转化苹果修剪枝条研究.pdf
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1、山东农业大学学报(自然科学版),2023,54(5):710-717VOL.54 NO.5 2023Journal of ShandongAgricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2023.05.010“灵芝灵芝+白星花金龟幼虫白星花金龟幼虫”联合转化苹果修剪枝条研究联合转化苹果修剪枝条研究赵 威1,赵传岳1,周 婷2,孔 昊1,张乐杰1,王 丽1*1.山东农业大学植物保护学院,山东省农业微生物重点实验室,山东 泰安 2710182.招远市农技推广中心,山东 招远 265400摘摘
2、要要:本实验探究了不同灵芝菌株和白星花金龟幼虫对以苹果枝条为主的农林废弃物的联合转化能力,首先分别测定了不同灵芝菌株在以苹果枝条为主要栽培基质中的菌丝生长速度、生物学效率以及子实体和菌糠中的活性成分,之后测定了白星花金龟幼虫对不同灵芝菌株所产生菌糠的转化效率,最后以 1 kg 培养料(干重)为基准,菌糠转化效率按虫料比 1:4 饲喂 5 d 后统计,评价了不同灵芝菌株与白星花金龟幼虫的联合转化效果。结果得出:除6 号和 9 号外,其余 7 个灵芝菌株和白星花金龟幼虫联合转化后,剩余干物质量(剩余菌糠量)均小于 50.0%,为19.0%33.4%(190.04 g334.27 g),生产灵芝 6
3、1.87 g126.50 g,虫体增重 6.33 g82.76g,产生虫砂 43.94 g426.54g;其中 5 号灵芝菌株和白星花金龟幼虫联合转化 1 kg 培养料后剩余的干物质量最少,仅剩余 190.04 g,生产灵芝106.90 g,虫体增重 65.53 g,产生虫砂 394.19 g。本研究表明,通过灵芝和白星花金龟幼虫联合转化可以实现苹果枝条的生态高值化利用,为林果枝条废弃物的资源化利用提供一定的理论依据。关键词关键词:灵芝;白星花金龟幼虫;苹果修剪枝条;生物转化中图法分类号中图法分类号:S433.5文献标识码文献标识码:A文章编号文章编号:1000-2324(2023)05-07
4、10-08Combined Transformation of Apple Pruning Branches by Ganodermaspp.andProtaetiabrevitarsisLarvaeZHAO Wei1,ZHAO Chuan-yue1,ZHOU Ting2,KONG Hao1,ZHANG Le-jie1,WANG Li1*1.Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Microbiology;College of Plant Protection,Shandong AgriculturalUniversity,Taia
5、n 271018,China2.Zhaoyuan Agricultural Technology Extension Center,Zhaoyuan 265400,ChinaAbstract:We investigated the substrate combined transformation efficiency mainly based on apple branch sawdust byGanoderma spp.and Protaetia brevitarsis larvae(PBL).Firstly,the mycelium growth rate,biological effi
6、ciency andactive components in the fruiting body and spent mushroom substrate(SMS)of different Ganoderma strains weremeasured respectively.Then,the conversion efficiency of the PBL to different Ganoderma SMS was measured.Finally,the combined transformation efficiency was calculated by using 1 kg of
7、substrate(dry weight)as a baseline,PBL-SMSratio is 1:4 and feeding for 5 days.The results showed that,except No.6 and No.9 strains,the residual dry matter weightof the other 7 Ganoderma strains was less than 50.0%after combined transformation with PBL,ranging from 19.0%to33.4%(190.04 g to 334.27 g),
8、the yield of Ganoderma was 61.87 g to 126.50 g,the PBL gained weight was 6.33 g82.76g and the insect sand gained weight was 43.94 g426.54 g.Among them,the combined conversion efficiency of No.5Ganoderma strain and the PBL was the highest,the residual dry matter weight was only 190.04 g,and 106.90 g
9、ofGanoderma,65.53 g of the PBL gained weight and 394.19 g of insect sand was produced.This study shows that theecological high-value utilization of apple branches can be achieved through the joint transformation of Ganoderma andPBL,which provides a theoretical basis for the resource utilization of f
10、orest and fruit branch waste.Keywords:Ganoderma spp.;protaetia brevitarsis larvae(PBL);apple pruning branches;biotransformation山东省是中国北方重要的果树大省,果树种质资源丰富,栽培历史悠久。其中,苹果是山东省特色水果,栽培面积 30.47 万 hm2,在我国排名第三1。苹果树作为一种落叶乔木,栽植五年以后即可进入丰产期,411 年树龄的苹果树平均可产 4297 kg/hm2左右的修剪枝条2,815 年树龄的苹果树可产 7500 kg/hm2左右的老树及修剪枝条。目前这
11、部分资源并未得到有效利用,造成了严重收稿日期收稿日期:2023-07-18修回日期修回日期:2023-11-14基金项目基金项目:自治区重点研发计划项目(2022B02046);山东省现代农业产业技术体系食用菌创新团队建设项目(SDAIT-07-06)第第 1 作者简介作者简介:赵 威(1999-),男,硕士研究生,主要研究方向:食药用菌资源利用.E-mail:*通讯作者通讯作者:Author for correspondence.E-mail:第 5 期赵 威等:“灵芝+白星花金龟幼虫”联合转化苹果修剪枝条研究711的资源浪费和环境污染。灵芝(Ganoderma spp.)是木腐型真菌,隶属
12、担子菌纲,多孔菌目,多孔菌科,以腐解木材中的木质纤维素作为生长发育的营养基础,可利用棉籽壳、玉米芯、木糖醇渣、果木枝条等各种农林废弃物进行栽培3。灵芝作为一种重要的食药用真菌,其子实体中含有丰富的多糖、三萜、生物碱、甾醇等生物活性成分,具有提高人体免疫力、抗肿瘤、抗衰老、抗氧化、护肝、安神等多种保健功效4-6。白星花金龟(Protaetia brevitarsis Lewis)为昆虫纲、鞘翅目、金龟甲总科、花金龟科、星花金龟属的昆虫,其幼虫为腐食性,在自然界中以取食腐烂的秸秆、杂草及畜禽粪便等为生,可以将农业有机废弃物转化为有机质含量高的颗粒状虫砂,具重要的应用和开发前景7-8。早期对白星花金
13、龟的研究主要集中在生物学特性、发生规律及害虫防治方面。近年来随着农业有机废弃物资源数量的不断增加和人们对生态环境保护的重视,白星花金龟作为一种宝贵的环保昆虫资源也被用于各种有机废弃物的生物转化中。研究发现,白星花金龟幼虫对农作物秸秆、菌糠和畜禽粪便等有机废弃物均有较强的转化能力9,10。基于此,本论文立足山东省主要的果树修剪枝条苹果枝条,探究灵芝和白星花金龟幼虫对其联合转化能力,首先测定了不同灵芝菌株在以苹果枝条为主要栽培基质中的菌丝生长速度、生物学效率以及子实体和菌糠中的活性成分,之后测定了白星花金龟幼虫对不同灵芝菌株所产生菌糠的转化效率,最后计算了不同灵芝菌株和白星花金龟幼虫对苹果枝条的联
14、合转化能力。本研究旨在为果木枝条废弃物资源和灵芝菌糠的生态高值化利用提供理论依据。1材料与方法材料与方法1.1菌株和原料来源菌株和原料来源9 个灵芝菌株 GL-01GL-09,分别编号为 19,现保藏于山东农业大学菌物实验室;苹果木屑来源于山东果园修剪枝条,棉籽壳、麦麸等购于当地市场。1.2培养基质配方培养基质配方配方为:苹果枝条木屑 67%、棉籽壳 20%、麦麸 10%、蔗糖 1%、石膏 1%、生石灰 1%。将木屑和棉籽壳提前预湿,之后与麦麸、蔗糖和石灰粉充分混合均匀,调整培养料的含水量至 60%左右。装袋后 121 高压灭菌 2 h,冷却后接种并置于 251发菌室恒温避光培养。1.3灵芝菌
15、丝生长速度和生物学效率测定灵芝菌丝生长速度和生物学效率测定从接种后第 5 d 菌丝封面开始,每隔 3 d 划线记录栽培袋中菌丝延伸的距离,直至菌丝长满栽培袋,计算菌丝在菌袋中的日平均生长速度11,每个菌株 5 个重复;子实体采收阶段,当灵芝芝盖边缘白色或黄色生长圈消失转为棕褐色,菌盖开始革质化,菌管层出红褐色孢子时,进行灵芝子实体的采收,采收后测定子实体鲜重,每个菌株 15 个重复。生物学效率(%)=(子实体鲜重/培养料干重)10012。1.4灵芝子实体和菌糠中活性成分测定灵芝子实体和菌糠中活性成分测定将采收的灵芝子实体和菌糠置于 60 烘箱中烘干至恒重,之后分别粉碎,过 40 目筛网后用于多
16、糖、三萜和黄酮活性成分的测定。灵芝多糖采用热水浸提法进行提取13,采用蒽酮-硫酸比色法进行测定14;灵芝三萜采用香草醛-冰醋酸法测定;灵芝黄酮的测定采用 SN-T 4592-2016 中的方法。1.5白星花金龟幼虫转化灵芝菌糠研究白星花金龟幼虫转化灵芝菌糠研究灵芝采收后,产生的菌糠粉碎过 10 目筛网,调节并控制含水量为 55%,每组放置 50 头大小一致的白星花金龟三龄幼虫,按虫料比 1:4 加入灵芝菌糠,之后置于人工智能气候箱(T=251、RH=75%5%)中饲养,5 d 后测定各处理组的菌糠取食量、虫体增重和虫砂产生量以及死亡虫数,并计算取食率、利用率和死亡率,每个处理重复 3 次15。
17、712山东农业大学学报(自然科学版)第 54 卷取食率(%)=(添加饲料干重剩余饲料干重)/添加饲料干重100转化率(%)=增加的体重/(取食量-排粪量)100利用率(%)=增加体重/取食量100死亡率(%)=死亡虫数/供试虫数1001.6灵芝菌糠及虫砂的种子发芽指数(灵芝菌糠及虫砂的种子发芽指数(Germination index,GI)测定)测定参考文献中 Wei PP 等16的方法并稍作调整,具体如下:将烘干的菌糠及虫砂样品粉碎过 100目筛,称取 5 g 与蒸馏水按 1:10(m/v)的比例混合,160 r/min、30 震荡 24 h,之后 4、12000r/min 离心 10 mi
18、n,过滤收集上清液用于 GI 的测定。将两层滤纸置于 9 cm 培养皿内,均匀点播 20粒油菜种子,加 5 mL 浸提液置于 25 恒温箱中暗光培养 3 d,蒸馏水作为对照组,每个处理重复三次,按下面公式计算各处理的 GI 值:GI(%)=(处理组种子发芽的平均数量种子平均根长)/(对照组种子发芽的平均数量种子平均根长)100。1.7总评归一化处理总评归一化处理采用 Hassan 方法对于三个灵芝和白星花金龟幼虫对苹果枝条联合转化效果指标(子实体产量、虫体增重量、虫砂产生量)进行总评用归一化处理17。指标取值均越大越好,计算公式为 di=(YiYmin)/(YmaxYmin),Ymin为指标中
19、最小值,Ymax为指标中最大值。总评归一值 OD=(d1+d2+d3+dk)/k(k 为指标数)。1.8数据处理数据处理调查数据采用 SPSS 16.0 进行分析,采用单因素(one-way ANOVA)和 Duncan 法进行方差分析和多重比较(=0.05),应用 Microsoft Excel 2013 记录、整理数据和绘制表格。2结果与分析结果与分析2.19 个灵芝菌株的菌丝生长速度和生物学效率测定个灵芝菌株的菌丝生长速度和生物学效率测定9 个灵芝菌株在以苹果枝条木屑为主的基质中菌丝生长速度和生物学效率如表 1 所示。9 个菌株的日均生长速度在 7.89 mm/d11.41 mm/d 之
20、间,其中 3 号菌株的菌丝生长速度最快,其次为 8号菌株,这两个菌株的生长速度显著快于其他菌株(F=28.605,P0.05),6 号菌株的生长速度最慢。9 个菌株的生物学效率在 17.6%31.3%之间,其中 8 号菌株的生物学效率最高,与 5 号和 9号菌株之间无显著差异,显著高于其他菌株,3 号菌株的生物学效率最低(F=12.912,P0.05)。表表 1 9 个灵芝菌株的菌丝生长速度和生物学效率个灵芝菌株的菌丝生长速度和生物学效率Table 1 Mycelial growth rate and biological efficiency of 9 Ganoderma strains菌株
21、号Strain number菌丝生长速度/(mm/d)Mycelial growth rate生物学效率/%Biological efficiency18.280.03 d18.20.4c28.460.12 cd20.50.5c311.410.13 a17.61.5c49.070.06 bcd27.50.2b510.250.3 abc29.60.7ab67.890.06 d27.10.5b78.150.42 d18.00.2c811.000.87 a31.30.6a910.620.53 ab29.40.3ab注:数据为平均值 标准误,同列数据后附不同小写字母者表示差异显著(P0.05)。Not
22、e:Mean SE in the same row followed by different letters indicate significant differences(P0.05).2.29 个灵芝菌株的子实体和菌糠中活性成分测定个灵芝菌株的子实体和菌糠中活性成分测定分别测定了 9 个灵芝菌株的子实体和产生的菌糠中三萜、黄酮和多糖活性成分,结果如图 1第 5 期赵 威等:“灵芝+白星花金龟幼虫”联合转化苹果修剪枝条研究713所示。9 个灵芝菌株子实体中的三萜、黄酮、多糖含量均存在显著性差异(F=20.345,P0.05;F=106.28,P0.05;F=683.325,P0.05):
23、三萜含量在 1.6%2.5%之间,其中 3 号灵芝子实体含量最高,与 1 号和 8 号菌株无显著性差异,显著高于其他菌株,2 号的三萜含量最低;从黄酮含量来看,3 号灵芝子实体的黄酮含量最高,为 0.5%,与 7 号菌株无显著差异,显著高于其他菌株;多糖含量在 1.3%2.4%之间,其中 4 号灵芝子实体的含量最高,5 号含量最低。9 个灵芝菌株产生的菌糠中三萜含量无显著性差异(F=2.151,P=0.085);黄酮含量存在显著性差异(F=35.552,P0.05),其中 8 号灵芝菌糠的黄酮含量最高,为 0.3%,与 6 号和 7 号菌株间无显著性差异,显著高于其他菌株,2 号菌株的黄酮含量
24、最低,为 0.1%;9 个灵芝菌株采后菌糠中的多糖含量在 2.4%4.0%之间,其中 3 号灵芝菌糠中的含量最高,显著高于其他菌株(F=7793,P0.05),9 号灵芝菌糠中的含量最低。图图 1 9 个灵芝菌株子实体和菌糠中活性营养成分测定个灵芝菌株子实体和菌糠中活性营养成分测定Fig.1 Determination of active nutrients in fruiting bodies and SMS of 9 Ganoderma strains2.3白星花金龟幼虫对灵芝菌糠的生物转化研究白星花金龟幼虫对灵芝菌糠的生物转化研究用白星花金龟三龄幼虫分别对 9 个灵芝菌株产生的菌糠进行生
25、物转化,5 d 后测定单个虫体增重量、菌糠取食量和虫砂产生量,结果见图 2。白星花金龟幼虫取食 2 号、3 号、4 号和 5 号灵芝菌糠组的单虫增重量分别为 0.0770 g、0.0847 g、0.0757 g 和 0.0773 g,显著高于 6 号、7 号、8 号和 9 号灵芝菌糠组,其中单虫增重量最大的为 3 号菌糠组,为 0.0847 g,虫体增重量最小的为 9 号菌糠组,仅为 0.0013 g;单个虫体的菌糠取食量在 0.1410 g0.6230 g 之间,其中对 5 号灵芝菌糠的取食量最多,与 3 号菌糠组无显著差异,显著高于其他灵芝菌糠组,对 9 号菌糠组的取食量最少;单个虫体的虫
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