Перспективные штаммы культивируемого шампиньона в биотехнологии интенсивного промышленного производства плодовых тел

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективные штаммы культивируемого шампиньона в биотехнологии интенсивного промышленного производства плодовых тел

Макарова Г.Я.

Аннотация

Представлена характеристика биологических и хозяйственно ценных признаков штаммов культивируемого шампиньона Agaricus bisporus (Lange) Imbach., селекционно отобранных для интенсивного способа ведения культуры на базе современных промышленных технологий выращивания съедобных грибов. Штаммы и биотехнология рассмотрены как основа повышения продуктивности и качества грибной продукции, определяющая, в значительной мере, уровень рентабельности производства.

Ключевые слова: ГРИБОВОДСТВО, ШАМПИНЬОН ДВУСПОРОВЫЙ, СЕЛЕКЦИЯ, БИОТЕХНОЛОГИЯ, ШТАММЫ, ПРОДУКТИВНОСТЬ, ПЛОДОВЫЕ ТЕЛА, БОЛЕЗНИ И ВРЕДИТЕЛИ, КРИОКОНСЕРВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ

Современное состояние отечественного агропромышленного комплекса и рыночные экономические отношения предъявляют высокие требования к различным отраслям АПК.

Промышленное грибоводство - высокорентабельная отрасль сельского хозяйства, базирующаяся на современной ресурсосберегающей биотехнологии производства плодовых тел с использованием высокопродуктивных штаммов (сортов) культивируемых грибов интенсивного типа. Съедобные грибы являются важным резервом расширения ассортимента овощной продукции защищенного грунта, среди которых первое место по объему производства занимает шампиньон двуспоровый. В Российской Федерации промышленное грибоводство представлено, в основном, крупными и средними фермерскими хозяйствами и грибоводческими комплексами для выращивания шампиньонов на базе импортного и отечественного оборудования с полным технологическим циклом, включающим приготовление субстрата и покровного материала.

Согласно статистическим данным /1/, производство шампиньонов в России за 2007 г. увеличилось на 18% и составило 9621 т, из которых 82% выращено на крупных и средних фермах.

В структуре российского производства шампиньонов произошли заметные изменения: наряду с основными шампиньоноводческими хозяйствами вокруг Москвы и Санкт-Петербурга к работе приступили новые комплексы и фермерские хозяйства Поволжья, доля которых в общем производстве шампиньонов в России составляет 18 кг/м2 /2/.

Создание национальных программ по развитию промышленного грибоводства, появление новых крупных грибных проектов и современных грибоводческих производственных хозяйств в различных регионах России, интенсификация промышленного выращивания шампиньона, большая изменчивость культуры гриба, дегенерация используемых штаммов, постоянная периодическая смена культур на производстве, закупка дорогостоящих коммерческих маточных культур за рубежом, нестабильность получения хозяйственного урожая при использовании штаммов зарубежной селекции явились основными предпосылками для проведения в лаборатории грибоводства ВНИИ овощеводства РАСХН селекционных работ по созданию отечественных штаммов шампиньона двуспорового со стабильной и высокой урожайностью. Для проведения экспериментального процесса нами использованы схемы селекции моноспоровых и многоспоровых штаммов шампиньона, предложенные Гарибовой Л.В. /3/.

Материалом для первичного отбора исходных штаммов шампиньона двуспорового в селекционных целях служили мицелиальные культуры 30 штаммов отечественной и зарубежной селекции из коллекции музея культур съедобных базидиальных грибов завода по производству мицелия при совхозе «Заречье» Московской области и образцы плодовых тел производственных культур гриба. Из восьми отобранных штаммов выделено и проанализировано более 300 изолятов.

Критериями отбора перспективных изолятов служили следующие биологические и хозяйственно ценные признаки: скорость прорастания базидиоспор, морфолого-культуральные особенности роста мицелия на картофельно-глюкозном агаре (среда-дифференциатор), скорость роста мицелия на агаризованных средах и синтетическом субстрате, используемых в производстве, сроки начала плодообразования и сбора урожая, выраженность «волн» плодоношения, продуктивность за 4-5 недель, показатели габитуса плодовых тел.

В селекционном отборе штаммов культивируемого шампиньона, перспективных для интенсивного ведения культуры, использован комплексный подход с учетом ряда важнейших технологических параметров: скорости роста мицелия на питательных средах и производственном субстрате, уровня продуктивности, скорости отдачи урожая, показателей потребительских и технологических качеств плодовых тел, устойчивости к наиболее опасным болезням и вредителям.

Анализ литературных данных и собственные многолетние исследования свидетельствуют, что испытания на урожайность отобранных штаммов являются одним из важнейших этапов селекционной работы и единственно четким и надежным критерием правильного отбора селекционного материала.

В соответствии с принятой схемой селекции испытания штаммов на урожайность проводили поэтапно в опытно-производственных условиях: в культивационных камерах полезной площадью 33м2 с использованием ящичной и стеллажной систем выращивания, а на заключительном этапе - в производственных камерах контрольно-опытной шампиньонницы «Заречье» полезной площадью 189 м2 с автоматической системой управления параметрами микроклимата на стационарных 5-ярусных стеллажах с использованием синтетического субстрата на основе соломы озимой пшеницы и куриного (бройлерного) помета с минеральными добавками.

Ферментацию субстрата проводили в две фазы: фаза 1 (спонтанная ферментация) - в буртах, фаза 2 (пастеризация и кондиционирование) - в тоннеле в контролируемых условиях.

Для инокуляции субстрата использовали посевной мицелий, выращенный на зерне ржи по методу Лемке /4/. Норма высева 400 г/м2. При посеве 80% посевного материала в бункере смешивали с пастеризованным субстратом, который с помощью автоматической поточной линии загружали на стеллажи культивационной камеры, 20% мицелия рассыпали по выровненной поверхности субстрата после уплотнения.

На стадии вегетативного роста мицелия в субстрате температуру воздуха в культивационном помещении поддерживали на уровне 20-23оС, температуру субстрата - 25-37оС, относительную влажность - 90-95%.

В качестве покровного материала использована смесь переходного торфа с доломитовой крошкой в объемном соотношении 9:1. В период плодоношения температуру субстрата снижали до 19-22оС, воздуха - до 16-18оС, влажность покровного материала поддерживали на уровне 60-65%, относительную влажность воздуха - 85-90%.

Агротехнический уход за культурой шампиньона после посева мицелия в субстрат осуществляли в соответствии с технологией, принятой в производственных условиях шампиньонного комплекса.

Проверку урожайности штаммов проводили в трех оборотах культуры. Площадь учетной делянки - 1 м2. Повторность опытов - четырехкратная. После сбора места съема плодовых тел засыпали покровным материалом и производили полив из расчета 1 л воды на 1 кг собранных грибов.

В настоящем сообщении представлены некоторые итоги работ по селекции шампиньона и приведены характеристики отдельных отселектированных штаммов, представляющих для производства наибольшую практическую ценность в грибоводческих хозяйствах АПК, малых и средних предприятий.

Поэтапный отбор многоспоровых изолятов по комплексу заданных признаков и результаты трехлетних испытаний в совхозе «Заречье» позволили рекомендовать для промышленного выращивания отселектированную культуру штамма 14-2 коричневой расы с высокой и стабильной продуктивностью 20,8-24,6 кг/м2 за один оборот (4-5 недель сбора урожая). Полученная при производственной проверке на синтетическом субстрате (100 кг/м2) урожайность штамма (23,2 кг/м2) на 22,1% превысила продуктивность контрольного производственного штамма У-217 (белая раса) голландской селекции (табл. 1).

шампиньон штамм плодоношение

Таблица 1. Динамика плодоношения шампиньона двуспорового штамма 14-2 в производственных условиях выращивания

Как показали результаты последующих производственных испытаний, продуктивность отселектированного штамма 14-2 соответствовала уровню средней годовой урожайности лучших промышленных штаммов белой расы В-86, 12, используемых в производстве шампиньонного комплекса «Заречье» на период проводимых исследований, и на 29,4% превысила уровень продуктивности коричневого штамма ГДР-2 немецкой селекции.

Анализ проведенных исследований показал, что сроки начала плодообразования штамма 14-2 в сравнении с контрольным штаммом У-217 сокращены на 1-3 суток, что имеет важное значение для интенсивных способов ведения культуры на промышленной основе. В условиях производства штамм 14-2 устойчив к колебаниям температуры воздуха и влажности в период вегетативного роста мицелия и плодоношения.

Плодовые тела штамма 14-2 - крупные, плотные, масса плодового тела 32,4-43,1 г, диаметр шляпки 4-4,2 см, длина ножки 1,8-2,2 см. Масса плодового тела штамма 14-2 на 23,5% превышала этот показатель контрольного штамма У-217.

Четко обозначенный волнообразный характер плодоношения с интенсивной отдачей урожая в первые две недели (до 73% общей урожайности), а в пределах «волны» с максимальным сбором (78,8-98,4%) в первые 1-2 дня, позволили рекомендовать штамм 14-2 как наиболее перспективную культуру для введения в производство с применением механизированного сбора плодовых тел. Штамм обладает длительным периодом плодоношения (до 6 недель), однако для интенсивной ресурсосберегающей биотехнологии производства плодовых тел рентабельно использовать четырехнедельные сборы (более 93% общего урожая), что позволяет увеличить число оборотов культуры в год. Сокращение сроков выращивания культивируемого шампиньона также обосновано изменением численности и видового состава микроскопических грибов (микромицетов) в покровном торфяном слое в процессе развития и плодоношения культуры гриба. К третьей волне плодоношения шампиньона в покровном материале происходит увеличение численности видов микромицетов, которые являются некротрофами или полусапротрофными микофилами шляпочных грибов /5/, что отрицательно влияет на процесс плодообразования.

Штамм 14-2 обладает высокой устойчивостью к повреждению личинками повсеместно распространенных грибных комариков, наиболее вредоносных в условиях интенсивных технологий выращивания /6/. Процент неповрежденных плодовых тел составил: у штамма 14-2 - 75±9%, штамма У-217 - 67±10%.

Многолетние исследования в лабораторных и производственных условиях показали высокую стабильность культурно-морфологических и хозяйственно ценных признаков штамма 14-2, заложенного на криогенное хранение в низкотемпературный банк Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) ГосНИИгенетика (г. Москва). Полученная при испытании в производственных условиях продуктивность реактивированной культуры штамма после восьми лет криоконсервации (2,35-2,45 кг/10 кг субстрата) соответствовала уровню урожайности (2,26 кг) исходного селекционного штамма /7/. Штамм 14-2 принят на депонирование в музей ВКПМ.

Из споровых отпечатков плодовых тел штамма F-1970 японской селекции, выращенных в производственных условиях контрольно-опытной шампиньонницы «Заречье», с использованием схемы моноспоровой селекции выделен урожайный штамм 347 с продуктивностью 20,4-23,7 кг/м2 за оборот культуры. Мицелий штамма 347 характеризуется высокой скоростью роста на питательных средах природного происхождения и синтетическом субстрате, используемых на производстве для вегетативного размножения и хранения промышленных маточных культур шампиньона, и достоверно по этому показателю превосходил контрольный штамм У-217 (табл. 2).

Таблица 2. Динамика скорости роста мицелия шампиньона двуспорового штамма 347 на агаризованных средах и компостном субстрате (диаметр колонии, мм)

В промышленных условиях культивирования мицелий штамма быстро (на вторые сутки после посева) приживался в субстрате, и на 10 сутки после инокуляции посевным зерновым материалом наблюдали его полное зарастание. Интенсивный рост штамма сопровождался развитием густого ветвящегося тонкотяжистого паутинистого мицелия, прижатого и плотно обволакивающего субстрат. На 22-23 сутки с момента посева появлялись первые примордии (зачатки плодовых тел), на 25-26 сутки - первые базидиомы, на 29-30 сутки осуществлен первый сбор урожая.

В производственных испытаниях продуктивность штамма 347 за оборот культуры (4 недели плодоношения) составила 22,7 кг/м2 с интенсивной отдачей урожая (до 75,7% общего сбора) за первые три недели и превысила уровень урожайности контрольных штаммов У-217 и ГДР-2 на 29,0% и 31,2%, соответственно (табл. 3).

Таблица 3. Динамика плодоношения шампиньона двуспорового штамма 347 на синтетическом субстрате в производственных условиях выращивания (100 кг/м2)

Штамм 347 требователен к качеству компостного субстрата и условиям микроклимата культивационных помещений.

Плодовые тела - белые, крупные, плотные, слабочешуйчатые, шляпка цилиндрическая, масса плодового тела 30-35 г, диаметр шляпки 3,5-4,4 см, длина ножки 2,0-2,1 см. От контрольных штаммов отселектированная культура шампиньона отличалась более крупными плодовыми телами на более короткой и толстой ножке. Средняя масса плодового тела штамма 347 на 3,6-3,7 г выше массы плодовых тел контрольных штаммов У-217 и ГДР-2.

Сравнительный анализ наблюдений за устойчивостью штамма 347 к болезням и вредителям культивируемого шампиньона выявил высокую устойчивость культуры к возбудителю мягкой (белой) гнили Mycogone perniciosae Magnus. В летний период проводимых исследований на естественном фоне интенсивного поражения (до 50-70%) производственных штаммов (8, 12, 512) гриба отселектированные штаммы 14-2 и 347 выгодно отличались слабым поражением (до 15-17%) плодовых тел.

Мицелиальная культура штамма 347 заложена на криогенное хранение в музей ВКПМ и принята на национальное патентное депонирование.

С использованием тканевой культуры, выделенной из гимениального слоя плодовых тел штамма 208, в схеме многоспоровой селекции получен урожайный штамм 42 с продуктивностью 24,3-25,9 кг/м2 за один оборот культуры (4-5 недель плодоношения).

Штамм выделен на агаризованном пивном сусле с антибиотиками, селекция проведена на картофельно-глюкозном агаре, агаризованной среде с компостным отваром и стерильном синтетическом субстрате.

В производственных испытаниях продуктивность штамма 42 за оборот культуры составила 25,9 кг/м2 и превысила урожайность штамма 14-2 (прототип) на 30,8%, исходного родительского штамма 208 - на 35,6% /8/.

В условиях интенсивного промышленного выращивания на синтетическом субстрате продуктивность штамма сопоставима с уровнем урожайности гибридных штаммов 512 и Х-20 фирмы Sylvan (табл. 4).

Селективно полученный штамм, продуцент плодовых тел шампиньонов, защищен патентом на изобретение /9/.

Штамм характеризуется высокой жизнеспособностью, быстрой приживаемостью в субстрате, обладает интенсивным ростом в производственных условиях, имеет короткий период плодоношения с интенсивной отдачей урожая в течение первых двух-трех недель плодоношения. Плодовые тела штамма имеют высокие потребительские качества: белые, плотные, диаметр шляпки 4,4-4,6 см, поверхность шляпки гладкая, бархатистая, короткая ножка. Содержание белка в плодовом теле 43,2%, рибофлавина 0,63 мг/%. Средняя масса плодового тела штамма 42 (43,9 г) на 33,8% выше, чем у штамма 208.

Таблица 4. Продуктивность штамма 42 шампиньона двуспорового и гибридных штаммов 512 и Х-20 за 4 недели плодоношения на синтетическом субстрате (масса 100 кг/м2) в производственных условиях выращивания

Плодовые тела штамма 42 длительно сохраняют товарный вид в период роста на субстрате, при хранении и транспортировке. В опытно-производственных условиях отселектированный штамм устойчив к поражению белой гнилью (микогоном) и бурой (бактериальной) пятнистостью. Штамм заложен на криоконсервацию в низкотемпературный банк ВКПМ ГосНИИгенетика.

Потенциально высокая продуктивность штаммов и гибридов культивируемого шампиньона, заложенная в геноме природой и селекцией, может быть реализована только в оптимально благоприятных условиях выращивания с соблюдением определенных технологических требований и параметров, которые должны выполняться в течение всего процесса производства и на отдельных его этапах, с учетом биологических особенностей используемых культур гриба, и является скорее результатом увеличения устойчивости отселектированных штаммов к стрессовым факторам внешней среды, болезням и вредителям, чем обусловленность «генами урожая».

Планомерное и подробное ведение технологических карт является основным инструментом, помогающим найти правильное направление поиска причин снижения продуктивности штаммов. При этом, кроме основных параметров, в подобных картах должны содержаться сведения об особенностях технологического процесса и тех решениях, которые были приняты для возврата его в нормальное положение.

Биотехнология производства плодовых тел культивируемого шампиньона является безотходным, замкнутым технологическим ресурсосберегающим циклом и позволяет обеспечить управление отходами с целью уменьшения их количества, предотвращения загрязнения окружающей среды и переведения во вновь утилизируемую форму.

При выращивании культивируемого шампиньона в качестве сырья утилизируются ежегодно возобновляемые отходы промышленности, сельскохозяйственных и животноводческих производств, птицефабрик, а после сбора грибной продукции возможно повторное использование отработанных субстратов в качестве органических удобрений в растениеводстве для открытого и защищенного грунта или после биоконверсии в животноводстве в виде биодобавки в корм сельскохозяйственных животных.

В связи с ухудшением экологической обстановки вследствие техногенных загрязнений и ежегодным сокращением площадей сбора съедобных дикорастущих грибов значительно возросла роль грибоводства в укреплении биобезопасности страны как для обеспечения экологически чистыми продуктами питания с высоким содержанием белка, минеральных солей и витаминов, так и для создания на основе грибных клеток лекарственных препаратов и биологически активных добавок (БАД).

Список использованных источников

1. Хренов А.В. Грибной рынок России 2007 г. //Школа грибоводства, 2008. №2 (50). С. 21-28.

2. Сафрай А.И. Этапы промышленного выращивания шампиньонов в России. //Школа грибоводства, 2008. № 1 (49). С. 34-36.

3. Гарибова Л.В., Фролова Е.Н. Некоторые вопросы селекции культивируемого шампиньона. //Биол. Науки, 1971. № 4. С. 112-116.

4. Lemke G. Myzelwachstumsteste mit vier Champignonstammen. //Champignon, 1972. №128. P. 1-5.

5. Нугаева Н.Д. Динамика микроорганизмов в покровном торфяном слое в процессе развития и плодообразования шампиньона двуспорового. //Материалы IV Международной конференции. Наука и практика грибоводства. М., 1997. С. 21-24.

6. Алексеева К.Л., Соколова Е.А. К вопросу об устойчивости штаммов культивируемого шампиньона к повреждению личинками грибных комариков. //Сб. тезисов Всесоюзного совещания. Проблемы культивирования съедобных грибов в СССР. Пущино, 1991. С. 52.

7. Макарова Г.Я. Хранение селекционного материала шампиньона двуспорового в жидком азоте. //Овощеводство. Проблемы. Перспективы. Труды ВНИИ овощеводства. М., 2002. Т. 2. С. 165-169.

8. Макарова Г.Я. Штамм шампиньона двуспорового Agaricus bisporus (Lange) Imbach. - продуцент плодовых тел в биотехнологии производства на промышленной основе. /Сб. научн. трудов по овощеводству и бахчеводству (к 75-летию ВНИИ овощеводства). //Селекция и семеноводство. М., 2006. С. 219-221.

9. Макарова Г.Я., Литвинов С.С., Девочкина Н.Л., Нурметов Р.Д. Штамм шампиньона двуспорового Agaricus bisporus (Lange) Imbach. - продуцент плодовых тел. //Патент на изобретение. М., 2003. № 2240346.

Размещено на Allbest.ru