利用工业和农业废弃物作为培养基，优化平菇（Pleurotus ostreatus M2191）和刺五加平菇（Pleurotus sajor-caju M2345）的生长、产量及抗氧化特性

《Cleaner and Circular Bioeconomy》：Optimizing Growth, Yield, and Antioxidant Properties of Pleurotus ostreatus M2191 and Pleurotus sajor-caju M2345 Using Industrial and Agricultural Waste Substrates

食用蘑菇作为可持续和营养丰富的食物来源，其栽培在废弃物基质上具有重要意义。本研究评估了平菇（Pleurotus ostreatus M2191）和滑菇（Pleurotus sajor-caju M2345）在土豆皮、大麦、燕麦秸秆等农业及工业废弃物基质上的生长、产量及抗氧化活性。结果显示，棉籽与燕麦秸秆混合基质（T20）使平菇产量达728.6克，滑菇产量达786.5克，且第二季节的抗氧化活性比第一季节提升30-50%。基质中刺苋秸秆比例超过75%时显著抑制生长，而棉籽、大麦和麦芽废料表现最佳。研究证实季节、菌种及基质配比对产量和抗氧化活性有显著影响。

　　本研究探讨了工业和农业废弃物作为培养基对两种食用菌——Pleurotus ostreatus M2191 和 Pleurotus sajor-caju M2345 的生长、产量以及抗氧化活性的影响。研究结果表明，不同的培养基配方对这两种菌种的生长速度、产量和抗氧化活性存在显著差异，其中棉花籽、大麦废料和麦芽废料表现出较高的生长潜力和产量，而某些农业废弃物如荨麻秸秆则对菌丝体的生长产生抑制作用。这些发现对于优化食用菌的栽培方法、提升农业废弃物的利用效率以及推动可持续农业发展具有重要意义。

### 研究背景与意义

食用菌因其丰富的营养价值和健康益处而受到越来越多的关注。它们不仅富含蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质、生物活性化合物、抗氧化物质和抗癌成分，还在缓解营养不良和粮食安全方面发挥着重要作用。特别是在热带发展中国家，食用菌的栽培被认为是应对粮食短缺和环境压力的一种可持续且气候适应性强的策略。此外，食用菌的生长过程中能够有效利用农业和工业废弃物，减少环境污染，同时为社会经济提供额外的收益。

在众多食用菌中，木耳菌（Pleurotus spp.）是第二常见的栽培品种，因其能够在不需堆肥的条件下，利用广泛的农业工业残渣进行生长。这种特性使其成为可持续食品生产的重要选择。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的报告，2023年全球食用菌总产量达到了50,010,109吨，其中中国贡献了94.3%。这表明食用菌在全球范围内具有重要的经济价值和农业应用潜力。

随着农业和工业的快速发展，有机废弃物的产生量也在不断增加。例如，麦芽生产过程中产生的大麦根须和小颗粒通常被丢弃，但它们富含蛋白质、维生素、矿物质和多酚等营养成分。同样，土豆皮作为土豆加工过程中的副产品，也含有较高的蛋白质、抗氧化物质、酚类化合物、淀粉和矿物质。这些废弃物如果能够被有效利用，不仅可以减少环境污染，还能为食品生产提供新的资源。

### 材料与方法

本研究在埃塞俄比亚德布雷贝汉大学的生物实验室进行，实验室位于海拔2840米的高原城市，气候属于典型的高地亚热带（K?ppen Cwb）类型。该地区的日间平均气温为20.7°C，夜间平均气温为8.2°C，年降水量为964毫米。湿度水平在53%至87%之间波动，其中7月、6月和9月湿度最高，而11月至2月湿度最低。

实验中使用的菌种来自实验室，并主要从比利时的Mycologia公司引进。实验共设计了22种不同的培养基配方，其中包含工业废料（如土豆皮、土豆残渣、麦芽废料和大麦废料）和农业残渣（如棉花籽、小麦秸秆和荨麻秸秆）。所有培养基均加入8%的小麦麸和2%的石膏以增强其营养价值。培养基在阳光下晾晒四天后，按干重计算，并用自来水浸泡过夜以确保湿润和软化，便于菌丝体的生长和定殖。

培养基的接种采用10%的母菌种进行，并在无菌条件下进行。接种后，培养基被放入5升耐热聚丙烯袋中，并在121°C下灭菌30分钟以减少污染风险。随后，培养基在室温下置于黑暗房间中进行菌丝体定殖，直到完全覆盖。菌丝体定殖完成后，袋子被打开以促进子实体的形成，同时通过在墙壁和地板上喷水保持高湿度。光强度需足够以满足阅读和办公需求，但避免阳光直射。

实验过程中，记录了菌丝体定殖时间、子实体形成时间、子实体的帽直径和菌柄长度，以及最终的产量。同时，使用Pearson相关分析和单因素方差分析（ANOVA）对数据进行了统计处理，以评估不同培养基对菌种生长和产量的影响。

### 结果分析

在第一季（1月至3月）的实验中，75%土豆皮和25%荨麻秸秆的培养基表现出最快的菌丝体定殖速度（18天）。而在第二季（5月至7月），P. ostreatus M2191 的产量显著增加，达到728.6克，比第一季的不足400克提高了近100%。P. sajor-caju M2345 也表现出70-90%的产量提升。

生物效率（Biological Efficiency）在不同菌种和季节中差异显著。对于 P. sajor-caju M2345，生物效率范围在20.3-98.7%之间，而 P. ostreatus M2191 的生物效率则在22.8-97.7%之间。这些差异表明，菌种本身的特性以及季节变化都会对生物效率产生影响。

抗氧化活性也受到季节和菌种的影响。大多数培养基在第二季的抗氧化活性比第一季提高了30-50%，特别是 P. ostreatus M2191 表现出更高的抗氧化活性。这表明季节变化对菌种的抗氧化能力具有重要影响，而不同的培养基配方则进一步增强了这种效应。

在研究过程中，发现棉花籽作为培养基成分能够显著提高产量和生物效率，而100%荨麻秸秆则完全抑制了菌丝体的生长。这一现象可能与荨麻秸秆中含有的某些抗真菌物质有关。为了进一步验证这一点，研究人员对荨麻提取物进行了抗真菌活性测试，结果显示乙醇提取物对菌丝体的生长抑制效果更强。

### 讨论

研究结果表明，菌丝体的生长和产量受到培养基配方和季节变化的显著影响。例如，在第一季，P. sajor-caju M2345 在棉花籽培养基上表现出最高的产量，而在第二季，P. ostreatus M2191 在棉花籽培养基上的产量同样显著。这表明不同的培养基可能更适合不同的菌种，并且季节变化可能会影响菌种的生长表现。

同时，研究还发现，菌丝体的定殖时间和子实体形成时间在不同培养基之间存在显著差异。在第二季，所有菌种的定殖时间都明显缩短，而第一季则较长。这表明在较冷的季节，菌丝体的生长速度可能受到温度的影响，而在较暖的季节，菌丝体能够更快地完成定殖过程。

此外，研究发现，菌丝体的定殖时间和子实体形成时间之间存在显著的正相关关系。这表明，定殖时间越短，子实体形成越快，但这种快速生长并不一定意味着更高的总产量。因此，培养基的质量和环境条件在决定最终产量方面起着关键作用。

在形态特征方面，菌种的帽直径和菌柄长度在不同培养基和季节中表现出显著差异。然而，这些形态特征与产量和生物效率之间的相关性较弱。这表明，尽管形态特征可以作为评价蘑菇质量的指标，但它们并不是预测产量的可靠依据。因此，研究建议，培养者应更关注培养基的选择和环境条件的优化，而不是仅仅依赖于形态特征来评估蘑菇的产量。

研究还发现，不同培养基的化学成分和物理特性对菌丝体的生长和产量产生重要影响。例如，棉花籽富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，能够为菌丝体提供充足的营养，从而促进其快速生长。相比之下，某些农业残渣如荨麻秸秆可能含有抗真菌物质，抑制菌丝体的生长。这表明，在选择培养基时，需要考虑其化学成分和物理特性，以确保菌丝体能够有效利用这些资源。

### 结论

本研究的结果表明，培养基的组成对食用菌的生长、产量和抗氧化活性具有显著影响。棉花籽、麦芽废料和大麦废料作为培养基成分，能够显著提高菌丝体的生长速度和产量。而某些农业残渣如荨麻秸秆则可能抑制菌丝体的生长，这提示我们在选择培养基时需要谨慎评估其成分和物理特性。

此外，研究还发现，菌丝体的定殖时间和子实体形成时间并不总是与产量呈正相关。这表明，在优化培养基配方和环境条件时，需要综合考虑多个因素，而不仅仅是追求快速生长。形态特征如帽直径和菌柄长度虽然可以作为评价蘑菇质量的指标，但它们并不是预测产量的可靠依据。

最后，研究强调了季节变化对菌种生长和抗氧化活性的影响。例如，在第二季，P. ostreatus M2191 的抗氧化活性显著提高，而 P. sajor-caju M2345 则在第一季表现出更高的抗氧化活性。这表明，季节变化可能会影响菌种的代谢活动和抗氧化物质的合成，从而影响其健康益处。

综上所述，本研究为优化食用菌的栽培方法、提高农业废弃物的利用效率以及推动可持续农业发展提供了重要的科学依据。未来的研究可以进一步探讨不同培养基对菌种生长和产量的长期影响，以及如何通过改善环境条件来最大化菌种的产量和健康益处。