镉对姬松茸农艺性状及矿物质元素吸收的影响

刘朋虎，李 波，江枝和，雷锦桂，翁伯琦*，黄在兴

（1.福建农林大学国家菌草工程技术研究中心，福州 350002；2.福建省农业科学院农业生态研究所，福州 350013；3.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福州 350013；4.福建省农业科学研究院数字农业研究所，福州 350003）

姬松茸（Agaricus brasiliensis）又名巴西蘑菇、柏氏蘑菇、小松菇等，原产于巴西、秘鲁和美国等地，是一种珍贵的食药用菌[1]。姬松茸营养丰富，还具有抗肿瘤、免疫调节、抗突变、抗炎和抗氧化等多种药用功能[2-4]。1992年，福建省农业科学院从日本引进姬松茸并栽培成功，目前已经推广至全国近10个省[5]。

镉污染是最严重的环境污染之一，镉是生物毒性最强的重金属之一，通过食物链严重危害人类健康[6]。姬松茸对镉具有很强的富集作用，引起越来越多学者的关注。研究表明，低浓度的镉对姬松茸菌丝生长和产量有促进作用，而高浓度镉抑制姬松茸菌丝生长、降低产量[7]。但是镉对姬松茸农艺性状及显微结构的影响研究较少。而且自然界中存在多种微量元素，不同微量元素存在相互制约的现象，影响生物对它们的吸收利用[8]。姬松茸吸收镉从而影响其对其他矿物元素吸收的研究较少。本研究采用添加外源镉的方法，研究了镉对姬松茸子实体农艺性状及显微结构的影响，及对其他矿物质元素吸收的影响，为姬松茸镉污染防控提供依据。

1 材料与方法

1.1 菌株

本研究所用菌株为姬松茸菌株J77，为福建省认定姬松茸新品种（闽认菌2013003），保藏于福建农林大学国家菌草工程技术研究中心。

1.2 出菇方法

培养料配方：棉籽壳20%，玉米芯12.5%，牛粪（干）35%，麸皮 10%，稻草（干）20%，CaCO31%，石灰1.5%。

实 验 设 0（CK）、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5、10、15、20、25和50 mg·kg-1共12个镉梯度处理，事先配制好的镉母液按照实验设计适量加入水中，将培养料混合均匀后按料水比1∶1.25的比例进行混合。将搅拌均匀的培养料分装入聚丙烯袋中，每袋装料0.8 kg，每个菌株每个处理设20个重复。

此次姬松茸出菇栽培，按照常规袋栽管理。首先，将分装好的栽培袋封口，放入高压灭菌锅中，121℃灭菌2 h，然后在无菌接种箱中按照无菌操作接种，将接种好的菌袋放置在28℃恒温的培养室中，待菌丝走满袋后，移到栽培室，开袋覆土。待出菇后采收，称重，烘干（冷藏）备用。

1.3 子实体农艺性状测定

将采收后的新鲜子实体用小刀轻轻刮掉菌柄带出的土，对每个菌株每个梯度的出菇数量和菇重进行统计。然后用天平和数显卡尺对子实体进行称重和测量。测量指标包括：单菇重量、菌盖直径、菌柄直径、菌柄长度、菌盖厚度、菌盖重量、菌柄重量。

1.4 子实体显微结构观察

子实体孢子及囊状体显微结构电子显微镜观察方法参照翁伯琦等[9]进行。

1.5 子实体中镉及矿物质元素含量的测定

将新鲜子实体去土后，放入烘干箱中60℃烘至恒重，用高速粉碎机将烘干好的样品磨成粉末备用；称取0.2 g样品，用HNO3-H2O2体系结合微波消解技术处理后采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定铁、铜、锌、钙、镁五种矿物质元素含量[10]，用火焰原子吸收光谱仪进行镉测定[7]。

1.6 数据处理方法

采用SPSS19.0数据处理软件对实验数据进行统计和处理，用Duncan法进行多组样本间差异显著性分析，数据为3个重复的平均值。用Photoshop7.0测量扫描电镜图片中孢子长度、宽度及囊状体直径。

2 结果与分析

2.1 镉对姬松茸农艺性状的影响

研究结果表明，镉对姬松茸农艺性状有显著的影响（表1），随外源镉浓度的增加，J77的农艺性状（如柄量、柄直径、盖重、盖直径、朵重等）均表现为相似的变化规律，即低浓度下（<2.5 mg·kg-1）增加，而高浓度（>2.5 mg·kg-1）减小。但是，不同农艺性状最高值时其对应的添加外源镉浓度有差异，存在不一致性。当外界添加镉浓度为1.5 mg·kg-1时，J77子实体朵重和盖重均达到最大值，增长率分别为30.6%和47.9%；当外界添加镉浓度为0.5 mg·kg-1时，J77子实体菌柄重量最高，增长率为17.3%；当外界添加镉浓度为1 mg·kg-1时，朵数和产量均达到最大值，且菌柄直径最大，增长率为34.7%；添加镉浓度为0.5 mg·kg-1时菌盖直径最大，增长率为17.2%；随着镉浓度增加，菌柄长度、菌盖厚度呈现为先增加后降低，再次增加-降低的趋势，添加镉浓度为1.5 mg·kg-1时菌柄最长、菌盖厚度最大，增长率分别为25.7%和33.7%。本研究结果表明，镉能够通过增加或者降低农艺性状的数值，从而增加或者降低产量。

2.2 镉对子实体显微结构的影响

在不添加外源镉处理下，姬松茸J77孢子大小均匀，表面光滑无修饰呈卵状形态，孢子大小为4.6 μm×3.7 μm（图 1a）；在 0.5、1 mg·kg-1镉浓度处理下，孢子形态变大，大小为 5.1 μm×4.1 μm 和 5.0 μm×3.9 μm，其他无明显变化（图1b、图1c），说明此浓度下镉能够刺激孢子的生长；在2 mg·kg-1镉浓度处理下，孢子大小没有变化（4.6 μm×3.9 μm），但是表面有一层覆盖物，镉对孢子显示出一定毒害作用（图1d）；接下来，随着镉浓度继续增加，孢子出现凹陷、皱缩、破裂，毒害作用越来越大（图1e~图1h）。

表1 不同浓度的镉对J77子实体农艺性状的影响Table 1 Effects of cadmium in different concentrations on the agronomic characteristics of fruit bodies of J77

在不添加外源镉处理下，姬松茸J77囊状体表面纹理清晰，大小均匀，直径约 3.9 μm；在 0.5、1 mg·kg-1镉浓度处理下，囊状体变大，大小为4.2 μm和4.1 μm，其他无明显变化（图2b、图2c），说明此浓度下镉能够刺激囊状体的生长；在2 mg·kg-1镉浓度处理下，囊状体大小没有变化，但是表面纹理有些模糊，部分囊状体被薄膜覆盖表面有一层覆盖物，镉对囊状体开始显示出一定毒害作用（图2d）；随着镉浓度的继续增加，镉对囊状体毒害作用进一步加大。镉浓度为5 mg·kg-1时，囊状体表面纹理因皱缩加深、生长不均匀（图2e），镉浓度20 mg·kg-1以上时，囊状体表面纹理模糊，表面开始出现明显的皱缩纹理，大部分囊状体因褶皱变得畸形，小部分囊状体出现皱缩消融现象（图 2g、图 2h）。

图1 不同浓度的镉对J77子实体孢子形态的影响Figure 1 Effects of cadmium in different concentrations on morphologic characters of spores from strain J77

图2 不同浓度的镉对J77子实体囊状体形态的影响Figure 2 Effects of cadmium in different concentrations on morphologic characters of cystidium of strain J77

2.3 镉对矿物质元素含量的影响

研究结果表明，镉对其他二价矿物质元素的吸收有显著影响，对不同的元素影响也不同（图3）。随着镉浓度的增加，子实体中锌含量逐渐降低，说明镉对锌的吸收具有抑制作用（图3a）；随着镉浓度的增加，子实体中铜和铁的含量均先增加后降低，但是含量均高于对照，表明镉能促进铜和铁的吸收（图3b）；随着镉浓度的增加，子实体中钙的含量表现出先降低后增加再降低的规律，表明低浓度镉（0~2 mg·kg-1）抑制钙的吸收，中等浓度镉（2.5~20 mg·kg-1）能够促进钙吸收，高浓度镉（>25 mg·kg-1）抑制钙的吸收（图 3c）；随着镉浓度的增加，子实体中镁含量先降低后增加，表明低浓度镉（0~5 mg·kg-1）抑制镁的吸收，高浓度镉（>5 mg·kg-1）促进镁的吸收。

3 讨论

食用菌对重金属的富集现象已经引起越来越多的学者关注，重金属镉对食用菌菌丝生长和子实体产量的影响也有了很多报道。一般来说，较低浓度的镉对食用菌菌丝生长和产量有一定的促进作用，而高浓度的镉对菌丝生长和产量有严重的抑制作用，如平菇（Pleurotus ostreatus）、香菇（Lentinus edodes）、双孢蘑菇（Agaricus bisporus）、黑木耳（Auricularia auricula）、红平菇（Pleurotus djamor）、杏鲍菇（Pleurotus eryngii）、真姬菇（Hypsizigus marmoreus）、白灵菇（Pleurotus nebrodensis）等[11-15]。

黄建成等[16]研究结果表明，培养料中镉浓度超过5 mg·kg-1时，对姬松茸子实体生长产生毒害，子实体数量开始减少，当镉浓度超过10 mg·kg-1时，子实体发育严重受阻，子实体数量显著降低。但是，其设置镉起始浓度为5 mg·kg-1，缺乏低浓度镉对姬松茸子实体影响数据。刘朋虎等[7]研究表明，低浓度镉能够促进姬松茸菌丝生长、提高产量。本研究在此基础上进一步研究了不同浓度的镉对姬松茸朵重、柄长、柄重等农艺性状的影响，表明镉在影响姬松茸子实体数量的同时，还能影响姬松茸子实体菌盖直径、厚度及菌柄直径、长度，从而影响单个子实体菌柄及菌盖的重量，进一步影响子实体单重及产量。本研究从生理角度解释了镉对姬松茸产量影响的机理，对深入研究镉对姬松茸影响的机理具有一定参考价值。

在栽培料中，微量元素并不是单独存在的，而且不同微量元素之间存在交互作用，影响生物对它们的吸收利用。研究镉与其他重金属之间的交互作用，对于姬松茸镉污染的控制具有很强的实用价值。贾彦等[8]研究了金针菇培养料中重金属Cd、Zn的交互作用，发现Cd、Zn之间存在拮抗作用。何旭孔[17]研究表明，栽培基质中镉能促进香菇对铜的吸收，镉、铜存在协同作用。江枝和等[18]研究表明，培养料中添加高浓度硒镧复合作用能显著降低子实体中镉的含量。徐丽红等[19]研究表明，姬松茸培养料中添加有益金属元素Cu2+、Fe2+、Ca2+的配比为 3、3 mg·kg-1、3%时姬松茸产品中镉降低35.21%[19]。但是本研究结果表明，镉能促进Cu2+、Fe2+的吸收，与徐丽红研究结果不一致，可能原因是培养料中各种金属元素直接存在比较复杂的作用，还应该设计更加准确的单因子试验进行确认。

图3 不同镉浓度处理对J77子实体矿物质金属元素的影响Figure 3 Effects of different cadmium concentrations on the fruiting body mineral element content of J77

4 结论

（1）镉对姬松茸农艺性状有显著的影响，随外源镉浓度的增加，J77的农艺性状（如柄量、柄直径、盖重、盖直径、朵重等）均表现为相似的变化规律，即低浓度下（<2.5 mg·kg-1）增加，而高浓度（>2.5 mg·kg-1）减小。但是，不同农艺性状最高值时其对应的添加外源镉浓度有差异，存在不一致性。镉通过影响农艺性状影响产量。

（2）低浓度镉（<2 mg·kg-1）能促进子实体孢子和囊状体的生长，高浓度镉（>2 mg·kg-1）对孢子和囊状体产生毒害作用，孢子最终出现凹陷、皱缩、破裂，囊状体出现畸形、皱缩消融现象。

（3）镉对锌的吸收具有抑制作用，能促进铜和铁的吸收，低浓度镉（0~2 mg·kg-1）抑制钙的吸收，高浓度镉（2.5~20 mg·kg-1）能够促进钙吸收，低浓度镉（0~5 mg·kg-1）抑制镁的吸收，高浓度镉（>5 mg·kg-1）促进镁的吸收。

[1]Largeteau M L,Llarena-Hernández R C,Regnault-Roger C,et al.The medicinal Agaricus mushroom cultivated in Brazil：biology,cultivation and non-medicinal valorization[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2011,92（5）：897-907.

[2]Wang Q,Li B B,Li H,et al.Yield,dry matter and polysaccharides content of the mushroom Agaricus blazei produced on asparagus straw substrate[J].Scientia Horticulturae,2010,125（1）：16-18.

[3]Wang H,Fu Z,Han C.The medicinal values of culinary-medicinal royal sun mushroom（Agaricus blazei Murrill）[J].Evidence-based Complementary and Alternative Medicine,2013（4）：842619.

[4]石少华,杨文涛,王春凤,等.巴西蘑菇活性成分的免疫调节作用研究进展[J].中国免疫学杂志,2015（9）：1290-1293.SHI Shao-hua,YANG Wen-tao,WANG Chun-feng,et al.Research progress on immunomodulatory effect of Agaricus brasiliensis active components[J].Chinese Journal of Immunology,2015（9）：1290-1293.

[5]杨淑云.姬松茸栽培研究进展[J].北方园艺,2017（2）：191-195.YANG Shu-yun.Research advances in cultivation of Agarucus blazei Murill[J].Northern Horticulture,2017（2）：191-195.

[6]杨 望,赵先英,张定林,等.镉的毒性及损伤机制研究进展[J].职业与健康,2013,29（8）：1001-1003.YANG Wang,ZHAO Xian-ying,ZHANG Ding-lin,et al.Research progress of cadmium toxicity and mechanism of injury[J].Occup and Health,2013,29（8）：1001-1003.

[7]刘朋虎,李 波,江枝和,等.姬松茸菌株J1与J77镉富集差异及生理响应机制[J].农业环境科学学报,2017,36（5）：863-868.LIU Peng-hu,LI Bo,JIANG Zhi-he,et al.Comparison and physiological mechanisms of cadmium（Cd）accumulation by strain J1and mutant J77of Agaricus brasiliensis[J].Journal of Agro-Environment,2017,36（5）：863-868.

[8]贾 彦,杨 勇,江荣风,等.Cd Zn交互作用对金针菇富集重金属的影响[J].农业环境科学学报,2009,28（7）：1368-1373.JIA Yan,YANG Yong,JIANG Rong-feng,et al.Effects of interactions between Cd and Zn on accumulation of heavy metals in the Flammulina velutipes[J].Journal of Agro-Environment Science,2009,28（7）：1368-1373.

[9]翁伯琦,江枝和,任丽花,等.添加外源镧条件下姬松茸子实体形态的电镜观察[J].电子显微学报,2008,27（5）：409-414.WENG Bo-qi,JIANG Zhi-he,REN Li-hua,et al.Morphology observation of fruit body morphology of Agaricus blazei Murill under exogenous addition of lanthanum[J].Journal of Chinese electron microscopy society,2008,27（5）：409-414.

[10]陈万灵.古田香菇矿物质元素含量的测定与分析[J].亚热带农业研究,2015,11（3）：202-205.CHEN Wan-ling.Test and analysis of mineral elements content of Shii-take in Gutian[J].Subtropical Agriculture Research,2015,11（3）：202-205.

[11]高陈玲.五种食用菌对重金属吸收规律以及农药对其生长影响[D].福州：福建农林大学,2015.GAO Chen-ling.Five kinds of mushroom absorption of heavy metals and pesticide laws affect their growth[D].Fuzhou：Fujian Agriculture and Forestry University,2015.

[12]杨小红,胡清秀,韩立荣.重金属对平菇菌丝生长产量和质量的影响[J].中国食用菌,2010,29（6）：35-38.YANG Xiao-hong,HU Qing-xiu,HAN Li-rong.Effect of heavy metals in substrates on the yield and quality of Pleurotus ostreatus[J].Edible Fungi of China,2010,29（6）：35-38.

[13]霍存录,商圆圆,竹文坤,等.红平菇（Pleurotus djamor）的镉耐性及其对镉去除能力的研究[J].农业环境科学学报,2013,32（5）：966-971.HUO Cun-lu,SHANG Yuan-yuan,ZHU Wen-kun,et al.Tolerance and removal ability of Pleurotus djamor on cadimum[J].Journal of Agro-Environment of Science,2013,32（5）：966-971.

[14]吴阳香.香菇镉富集规律及其控制方法初步研究[D].华中农业大学,2013.WU Yang-xiang.Preliminary research on cadmium accumulation rule and its control in Lentinula Edodes[D].Wuhan：Huazhong Agricultural University,2013.

[15]徐丽红,吴应淼,陈俏彪,等.香菇（Lentinus edodes）对重金属镉（Cd）的吸收规律及控制技术研究[J].农业环境科学学报,2011,30（7）：1300-1304.XU Li-hong,WU Ying-miao,CHEN Qiao-biao,et al.Investigation of cadmium uptake and accumulation by Lentinus edodes and its control technique[J].Journal of Agro-Environment Science,2011,30（7）：1300-1304.

[16]黄建成,余应瑞,应正河,等.姬松茸镉累积特性研究：Ⅱ镉胁迫对菌丝及子实体生长发育的影响[J].农业环境科学学报,2008,27（1）：78-81.HUANG Jian-cheng,YU Ying-rui,YING Zheng-he,et al.Accumulation of characteristic of cadmium in Agaricus Blazei MurrillⅡ.Effects of Cd stress on growth and development of mycelium and fruit body[J].Journal of Agro-Environment Science,2008,27（1）：78-81.

[17]何旭孔.香菇中镉富集因素与机理的研究[D].南京：南京农业大学,2012.HE Xu-kong.The study of factors and mechanism of cadmium accumulation in Lentinus edores[D].Nanjing：Nanjing Agricultural University,2012.

[18]徐丽红,何莎莉,吴应淼,等.姬松茸对有害重金属镉的吸收富集规律及控制技术研究[J].中国食品学报,2010,10（4）：152-158.XU Li-hong,HE Sha-li,WU Ying-miao,et al.Investigation of the law and control technique of cadmium absorption and accumulation of Agaricus Blazei Murrill[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2010,10（4）：152-158.

[19]江枝和,卢翠香,肖淑霞,等.硒镧复合作用对巴西蘑菇产量、重金属和各类氨基酸含量的影响[J].应用与环境生物学报,2014,20（6）：1011-1015.JIANG Zhi-he,LU Cui-xiang,XIAO Shu-xia,et al.Effects of Se and La on the yield of Agaricus brasiliensis and its heavy metal and amino acid contents[J].Chinese Journal of Applied and Environmental Biology,2014,20（6）：1011-1015.