香菇对培养料中镉的富集作用研究

何旭孔1,2,白 冰1,*,邢增涛1,赵晓燕1,邵 毅1,赵明文2

(1.上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所,上海 201403;2.南京农业大学生命科学学院,江苏 南京 210095)

 

摘 要:目的:研究影响香菇中镉富集的潜在因素,为控制香菇中的镉含量提供相关依据。方法:通过在培养料中添加不同水平的外源镉,研究镉对香菇形态与生理的影响,并考察武香、208和808品种菌株香菇和香菇子实体不同组织部位对镉的富集特性。结果:培养料中镉水平在0.068~7.87mg/kg范围内增加时,香菇子实体中的镉、乙酸和柠檬酸含量逐渐增加;武香和208菌株香菇的生物学效率先增加,后降低,而808菌株香菇的生物学效率一直低于对照组。不同菌株香菇对镉的富集能力强弱随培养料中镉含量的变化而变化;香菇不同组织部位对镉的富集能力差异很大,菌褶对镉的富集倍数是菌盖的1.40~2.17倍,是菌柄的1.92~5.89倍。根据各菌株的镉富集规律得培养料中镉限量参考值分别为:武香菌株0.062mg/kg;208菌株0.040mg/kg;808菌株0.061mg/kg。结论:高含量镉能影响香菇子实体的形态和生理;菌株种类、培养料中镉含量、子实体组织部位均与香菇镉富集有关。

关键词:香菇;镉富集;因素

 

Accumulation of Cadmium in Lentinula edodes from Its Compost

 

HE Xu-kong1,2,BAI Bing1,*,XING Zeng-tao1,ZHAO Xiao-yan1,SHAO Yi1,ZHAO Ming-wen2

(1. Institute for Agri-food Standards and Testing Technology, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201403, China;

2. College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

 

Abstract:Objective: To study the potential factors affecting cadmium (Cd) accumulation and to provide a basis for controlling Cd content in Lentinula edodes. Methods: By adding exogenous Cd to at different levels, we studied the major source of Cd and the impact of Cd on the morphology and physiology of Lentinula edodes, and examined Cd accumulation in different parts fruit body of strains Wuxiang, 208 and 808. Results: With increasing Cd concentration between 0.068 mg/kg and 7.87 mg/kg in the compost, Cd, acetic acid and citric acid contents indicated a gradual increase. Biological efficiency of strains Wuxiang and 208 exhibited an initial increase followed by a decrease, but strain 208 presented lower biological efficiency than the control group. The accumulation capability of Cd in different strains and their different parts varied depending on Cd concentration. The accumulated Cd content in gill was 1.40 to 2.17 times more than that in gap, and 1.92 to 5.89 times more than that in stipe. According to Cd accumulation patterns in different strains, the limited Cd concentrations in the compost were 0.062, 0.040 mg/kg and 0.061 mg/kg for cultivating Lentinula edodes from Strains Wuxiang, 208 and 808, respectively. Conclusion: High concentrations of Cd can affect the morphology and physiology of Lentinula edodes fruit body. Cd accumulation in Lentinula edodes is correlated with the strain species, and Cd concentration in the compost and tissues.

Key wordsLentinula edodes;cadmium accumulation;factor

中图分类号:S646 文献标识码:A 文章编号:1002-6630(2013)21-0183-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201321038

镉(Cadmium)是人体非必需元素,能引起肾损伤、骨质疏松和免疫下降等一系列症状,对人体具有致癌性,影响人类生殖系统和子代发育。食用菌在“植物-食用菌-人”食物链中处于较高的位置,而且食用菌主要以植物材料为生产原料,所以食用菌中重金属的含量一般高于蔬菜和粮食等植物性食品。当环境遭受重金属污染后,植物体内富集的重金属含量可能会增加,从而使食用菌中重金属富集量进一步提高[1]。施巧琴等[2]研究表明,在50mg/kg镉培养基上培养时,凤尾菇、香菇(Lentinula edodes)、金针菇、木耳中镉含量分别为155、135.9、23、3.2mg/kg,而其富集倍数分别为214.3、225.5、38.0、40.0。可以看出,香菇对镉的富集效应非常突出。另外,何旭孔等[3]研究发现第一潮次与第二潮次香菇子实体中镉含量基本上超过中华人民共和国农业行业标准[4-5]中规定的限量值。因此,控制香菇中镉含量非常必要。

目前,香菇中镉富集因素与镉的控制方法已有一些报道。如,培料中镉含量、香菇品种、产地环境条件、栽培技术均与镉富集有关;香菇中镉含量可通过规定培养料中镉限量值、采用镉富集能力低的香菇品种来控制[6-7]。但这些研究缺少对香菇富集镉生理和机理方面的研究。本实验在总结前人研究的基础上,进一步探索香菇富集镉的有关机理,为控制香菇中的镉含量提供相关依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试香菇菌株:武香、208和808,均由浙江省金华市磐安县食药用菌研究所提供。

甲醇(色谱纯) 德国Merck KgaA公司;酒石酸(99.5%)、苹果酸(99.5%)、乙酸(99.7%)、一水柠檬酸(99.5%)标准品 德国Augsburg公司;硝酸 国药集团化学试剂有限公司;高氯酸 上海金鹿化工有限公司;氯化隔 上海晶纯实业有限公司。

1.2 仪器与设备

Waters 2695 高压液相色谱仪(配Waters 2487紫外检测器) 美国Waters公司;M6原子吸收仪 美国Thermo Electron公司;PURELAB Ultra纯水仪 英国ELGA公司;高速冷冻离心机 德国Biofuge公司。

1.3 方法

1.3.1 实验设计

香菇培养料组成:木屑196kg、麸皮50kg、石膏2.5kg、自来水200kg。

香菇干培养料中镉含量设置6个添加水平处理,其处理编号和添加水平分别为:CK(对照):0mg/kg;T1:0.50mg/kg;T2:1.00mg/kg;T3:2.50mg/kg;T4:5.00mg/kg;T5:7.50mg/kg;与其对应的菌棒个数分别为:武香菌株:76、87、80、86、88、88;208菌株:75、87、83、84、87、86;808菌株:77、83、82、86、84、85。香菇培养在浙江省金华市磐安县食药用菌研究所基地进行。

在培养料中添加氯化镉后,混合均匀,装袋,低压高密度聚乙烯袋规格为52cm×15cm×0.045mm,每个袋平均装干培养料0.85kg;然后进行常压灭菌,温度上升至98~100℃后,保持12h,并冷却到自然温度。2011年3月10号接种,3月30号翻堆,6月8号菌棒移至菇棚,自然条件下培养[8],6月28号出菇。本实验以第一潮次成熟香菇子实体为样品材料进行实验分析。

471050.jpg (1)

471069.jpg (2)

471087.jpg (3)

1.3.2 镉含量的测定

将培养料、香菇子实体于60℃烘箱中烘干成干样进行镉含量测定[9],以不加样品为对照,国家标准物质紫菜与柑橘叶为质控。

1.3.3 有机酸含量测定

准确称取香菇子实体粉末0.1g,加入0.1mol/L盐酸溶液于50mL离心管中,60℃水浴振荡提取30min,冷却至室温。然后10000r/min离心10min,上清液经0.22µm微孔膜过滤至进样瓶,上机进行测定;液相色谱条件为:流动相20mmol/L磷酸二氢铵(pH2.40)-甲醇(98:2,V/V),流速1.0mL/min,柱温35℃[10]

2 结果与分析

2.1 培养料中镉含量分析

培养料组成成分中,麸皮中镉的本底值最高,为0.18mg/kg,是木屑的3.10倍;木屑中镉的本底值较低,为0.058mg/kg;石膏和水中镉均未检出。培养料中,木屑占大部分,为78.87%,是麸皮的3.92倍。因此,香菇子实体中镉含量主要来源于木屑和麸皮。由表1可知,在培养料中加一定量镉后,培养料中镉浓度的实测值与理论值(镉添加量+本底量)基本一致。

表 1 培养料中镉含量分析结果

Table 1 Cd content in Lentinula edodes compost

项目

CK

T1

T2

T3

T4

T5

镉添加水平/(mg/kg)

0.00

0.50

1.00

2.50

5.00

7.50

镉实测值/(mg/kg)

0.068±0.013

0.60±0.02

1.14±0.02

2.87±0.03

5.70±0.10

7.87±0.17

 

 

2.2 镉对香菇形态和生理的影响

471107.jpg 

上图为整个香菇子实体形态图,下图为对应的菌柄横截面形态图。

图 1 不同处理间武香菌株形态变化

Fig.1 Morphological change of strain Wuxiang among different treatments

香菇的外部形态和生理受培养基中的镉含量影响。由图1可知,在培养基中添加0~2.5mg/kg镉后,香菇的形态无明显变化;添加5.0mg/kg镉后,香菇外表和内部开始变成红褐色,产量开始明显降低(表2);添加7.5mg/kg镉后,香菇外表和内部颜色变成深褐色,菌柄变成细长状,病态症状明显,产量进一步降低(表2)。

2.3 镉对香菇生长的影响

镉对不同菌株香菇生物学效率影响的结果分析如表2所示,当培养料中添加较低含量镉时,能促进武香和208菌株香菇的生长,生物学效率增加;但镉添加量超过一定量后,便抑制其生长,生物学效率降低。与不添加镉的处理相比,低含量镉和高含量镉均抑制808菌株香菇生长,生物学效率降低。从总体生物学效率变异系数可以看出,808菌株香菇对镉最敏感,其次是208菌株香菇,武香菌株香菇对镉的敏感性最小。

2.4 不同菌株对香菇子实体中镉富集的影响

表 3 不同菌株香菇子实体中镉含量及富集系数分析

Table 3 Cd content and bioconcentration factor of Lentinula edodes fruit body from different strains

处理

镉含量/(mg/kg)

 

镉富集系数

武香菌株

208菌株

808菌株

 

武香菌株

208菌株

808菌株

CK

1.25±0.27

2.00±1.64

1.03±0.19

 

18.38

29.41

15.15

T1

8.51±0.51

6.60±0.24

9.50±1.86

 

14.18

11.00

15.83

T2

15.34±0.89

13.50±0.50

14.64±2.85

 

13.46

11.84

12.84

T3

44.62±1.91

33.00±3.12

31.67±8.26

 

15.55

11.50

11.03

T4

93.63±8.43

65.13±6.97

65.25±2.38

 

16.43

11.43

11.45

T5

152.78±7.84

95.83±2.89

 

 

19.41

12.18

 

 

 

由表3可知,随着培养料中镉含量的增加,武香、208和808菌株香菇子实体中的镉含量均明显增加。在培养料中添加镉后,武香、208和808菌株香菇中镉富集系数的变化规律不同;随着培养料中镉含量的增加,武香菌株香菇的镉富集系数先降低后回升。培养料中添加镉后,208菌株香菇的镉富集系数明显低于对照组,降低了60%左右,但随着培养料中镉含量的继续增加,镉富集系数无明显变化。而808菌株香菇随着培养料中镉含量的增加,其镉富集系数呈现逐渐下降的趋势。但镉添加量为7.50mg/kg时,808菌株在第一潮时不出菇,或者出菇期延长。可见,808菌株香菇在镉含量较高时,它对镉的抗性弱于武香和208菌株香菇。

培养料中的镉含量不同,不同菌株香菇对镉的富集能力不同。在正常生长条件下,即培养料中不添加镉时,培养料中的镉含量极低,为0.068mg/kg,此时,武香、208和808菌株的镉富集系数分别为18.38、29.41、15.15。故在自然生长条件下,208菌株香菇对镉的富集能力最强,其子实体中镉含量为2.00mg/kg,其次武香菌株,808菌株对镉的富集能力最弱。在培养料中添加0.50mg/kg镉后,808菌株对镉的富集能力最强,其次是武香菌株,而208菌株最弱。培养料中镉添加量超过1.00mg/kg后,武香菌株对镉的富集能力最强,而208菌株和808菌株对镉的富集能力基本一致。不同菌株对镉的富集能力随培养料中镉含量的不同而变化,这可能与其遗传特异性有关。

2.5 香菇子实体不同组织部位中镉富集差异

表 4 武香菌株香菇不同组织部位镉含量分析

Table 4 Cd content in different tissues of Lentinula edodes from strain Wuxiang

处理

镉含量/(mg/kg)

菌柄

菌盖

菌褶

CK

0.53±0.09aA

1.44±0.05aB

3.12±0.11aC

T1

4.65±0.50abA

12.91±1.42aB

26.20±3.01abC

T2

7.30±0.71abA

18.96±1.65aB

39.94±2.64bC

T3

16.87±1.06bA

40.39±2.59bB

86.07±8.21cC

T4

66.27±5.57cA

111.77±14.79cB

212.23±18.29dC

T5

132.04±10.08dA

180.40±11.24dB

253.28±16.74eC

 

注:同列小写字母不同表示LSD分析方法差异显著(P0.05),同行大写字母不同表示LSD分析方法差异显著(P0.05)。

 

香菇不同组织部位对镉富集差异分析如表4所示。随着培养料中镉含量的增加,菌柄、菌盖和菌褶中的镉含量均明显增加。不论培养料中是否添加镉,菌褶的镉富集系数最大,其次是菌盖,镉富集系数最小的是菌柄。从所有处理来看,菌褶对镉的富集倍数是菌盖的1.40~2.17倍,是菌柄的1.92~5.89倍。可见,菌褶对镉的富集能力最强,菌盖次之,菌柄对镉的富集能力最弱。

2.6 有机酸与香菇子实体中镉富集的关系

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471150.jpg 

471166.jpg 

图 2 菌柄(a)、菌盖(b)和菌褶(c)中有机酸含量分析

Fig.2 Organic acid content in stipe (a), cap (b) and gill (c)

由图2a可知,在培养料中加5.00mg/kg镉后,菌柄中苹果酸和柠檬酸含量开始明显上升。在培养料中添加7.50mg/kg镉后,菌柄中酒石酸和乙酸含量开始明显增加。由图2b可知,在培养料中加5.00mg/kg镉后,菌盖中柠檬酸含量开始明显上升,培养料中添加7.50mg/kg镉后,菌盖中乙酸含量开始明显增加。由图2c可知,在培养料中加2.50mg/kg镉后,菌褶中柠檬酸含量开始明显上升,培养料中添加7.50mg/kg镉后,菌褶中乙酸含量开始明显增加。

2.7 香菇子实体中镉含量控制

控制香菇中镉含量最直接最有效的方法是控制源头即培养料中的镉含量。由表3可知,武香、208、808菌株香菇子实体对培养料中镉的吸收富集规律方程分别为:Y =
16.114X1.0025(R2=0.9933);Y = 14.272X0.8243(R2=0.9755);Y= 13.095X0.9200(R2=0.9965)(式中:XY分别为培养料、香菇中的镉含量/(mg/kg))。中华人民共和国农业行业标准[4-5]中规定干香菇中镉限量值为1.0mg/kg,因此根据各菌株的吸收富集规律方程计算得其培养料中镉限量参考值分别为:武香菌株0.062mg/kg;208菌株0.040mg/kg;808菌株0.061mg/kg。

3 讨 论

在低含量镉情况下,不同菌株香菇的生理变化不同。低含量镉会促进某些菌株香菇生长,也会抑制其他一些菌株香菇生长,但其毒性症状并不明显。在高含量镉情况下,不同菌株香菇产量均会降低,子实体内部颜色变成深褐色,毒性症状明显。

影响食用菌富集重金属的因素包括食用菌株类、子实体不同组织部位、生长环境、栽培基质的特性、与其他金属元素的竞争等[1,11]。本研究中,影响香菇吸收镉的因素有:1)菌株种类。武香、208和808菌株在正常培养条件下富集的镉含量分别为1.25、2.00、1.03mg/kg。不同菌株对镉的富集量差异很大,可能是由于不同菌株遗传特性不同,其对镉的敏感性也不一样。2)培养料中镉浓度。培养料中镉的浓度不同,香菇对镉的富集能力也不同。3)组织部位。菌褶中镉含量最高,菌盖中次之,菌柄最低。Chudzynski等[12]认为食用菌子实体中可能存在一些物质,这些物质参与镉的运输,使镉有选择性的结合在菌盖等部位中。Schmitt等[13]认为子实体中可能存在一些载体,这些载体能将镉运送到菌盖并结合固定在菌盖中,而载体被释放,继续进行镉运输。另外,Melgar等[14]认为子实体的子实层中可能含有较多的镉结合蛋白,从而使其镉含量高于其他部位。4)有机酸种类和含量。植物耐金属的最主要机制是诱导合成金属配体,这些配体能与金属形成稳定的复合物,参与金属的吸收、运输、储存以及解毒等过程;目前已发现的配体有氨基酸、有机酸、植物螯合肽和金属硫蛋白[15]。Lucarini等[16]发现芸苔属蔬菜(Brassica vegetables)富含有机酸,镉能与有机酸结合,从而降低镉毒性。在遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)木质部汁液和叶子中,有20%~40%的锌与柠檬酸盐结合[17]。在龙葵叶片中,镉浓度与乙酸和柠檬酸含量呈显著正相关,叶片中镉含量在2.0~167.8mg/kg干质量范围内增加时,其乙酸、柠檬酸浓度增加范围分别为:25.5~66.4µmol/g、5.6~42.5µmol/g鲜质量[10]。本实验中,添加高含量镉时,香菇中乙酸和柠檬酸含量均显著增加。因此,有机酸可能是香菇中与镉结合的配体。另外,香菇不同组织部位中,菌褶中各种有机酸含量及总量最多,菌盖中其次,菌柄中含量最低。同样,镉在菌褶中含量最高,菌柄中含量最低。因此,镉在不同组织部位中的分布差异可能与其有机酸分布有关。

控制香菇中镉含量,首先要从源头上控制培养料中的镉含量。本研究中,香菇中镉主要来源于木屑和麸皮。因此可以选用无镉污染或镉污染程度较低的木屑和麸皮,从而降低香菇子实体中的镉含量。其次,根据香菇的生理、遗传等特性控制香菇中的镉含量。可以选择现存的镉富集量较低的香菇菌株,通过育种筛选富镉量较低的新型香菇菌株。另外,可以选择有机酸含量特别是柠檬酸和乙酸含量较低的香菇菌株。

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收稿日期:2012-09-02

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2009BADB7B06)

作者简介:何旭孔(1987—),男,硕士,主要从事食品质量与安全研究。E-mail:hxk169@163.com

*通信作者:白冰(1977—),男,助理研究员,硕士,主要从事农产品中农药残留、兽药残留和其他化学污染物的色谱检测技术研究。E-mail:whitebing2@hotmail.com

表 2 武香、208、808菌株香菇生物学效率分析

Table 2 Biological efficiency of Lentinula edodes from different strains

处理

武香菌株

 

208菌株

 

808菌株

培养料

质量/kg

香菇总

产量/kg

生物学

效率/%

生物学效率

变异系数/%

 

培养料

质量/kg

香菇总

产量/kg

生物学

效率/%

生物学效率

变异系数/%

 

培养料

质量/kg

香菇总

产量/kg

生物学

效率/%

生物学效率

变异系数/%

CK

64.60

37.9

58.67

0.00

 

63.75

28.6

44.86

0.00

 

65.45

34.70

53.02

0.00

T1

73.95

43.0

58.15

-0.89

 

73.95

35.7

48.28

7.62

 

70.55

27.85

39.48

-25.54

T2

68.00

41.7

61.32

4.52

 

70.55

36.6

51.88

15.65

 

69.70

33.30

47.78

-9.88

T3

73.10

44.4

60.74

3.53

 

71.40

28.7

40.20

-10.39

 

73.10

29.90

40.90

-22.86

T4

74.80

35.2

47.06

-19.79

 

73.95

28.8

38.95

-13.17

 

71.40

27.70

38.80

-26.82

T5

74.80

31.4

41.98

-28.45

 

73.10

16.8

22.98

-48.77

 

72.25

22.60

31.28

-41.00