0 引言
近年來,隨著人們生活水平的提高,人們更加重視食品安全和食物營養問題,開始由提供日常能量的蔬菜、肉類逐漸向食用菌轉變.研究顯示,大多數食用菌中含有人體必需的氨基酸、維生素、礦物質,可以補充日常營養需要[1 -2].食用菌作為人類重要食物資源,除具有口感好、營養豐富的特點外,還具有重要的藥物價值和一定的觀賞價值.
我國是食用菌輸出最多的國家,加入 WTO 后,食用菌產業在國際市場上占據著明顯的優勢地位.據統計,我國食用菌種類占世界 50% 左右,藥用占世界70% ,但是可栽培的僅有 60 種[3].因此,要達到食用菌工廠化生產就必須為食用菌找到最適宜的生長環境因子,從而實現食用菌設施栽培技術的高效發展[4].大多數食用菌栽培者對溫度、濕度比較重視,殊不知光照也是食用菌生長過程中一個不可忽略的因素[5 - 6].
本文采用最新節能環保的半導體技術 LED 作為主控人工光源代替傳統光源方式,具有光質純、光效高、散熱量少的絕對優勢.對于 LED 電源部分,采用了可調光的驅動控制模式,特點是排除電網波動干擾,保證供電系統的穩定、可靠,實現了亮度可調功能,可滿足試驗對光環境的需求.
本文以平菇作為對象,研究不同 LED 光量、光質條件對平菇菌絲階段生長狀況的影響,從而篩選出平菇菌絲的最適宜光照條件,旨在為食用菌工廠化、品種多元化、生長周期化環境因子提供有力依據,并進一步推進產量高、周期短、品種多的食用菌產業化的發展[7 -8].
1 硬件結構和工作原理
保證 LED 燈能夠正常運行且具有可調光功能,關鍵之處是其電源部分能夠穩定、可靠地供電.電源電路包括 EMI 濾波電路、全橋整流電路、斬波電路、鉗位電路、變壓器、整流濾波電路及調光控制電路,如圖 1所示.
LED 燈可調光電源驅動電路圖 如圖 2 所示.工作原理:接通交流電后,經過 EMI 初級濾波將瞬間高壓濾掉,通過全橋整流器變為直流,再經過次級濾波電路,實現保護 LED 燈不被瞬間高壓擊穿.由 RCD鉗位電路、變壓器、開關管共同實現反激式變換器.斬波電路、調光驅動控制器 iw3612 實現 1% ~ 100%之間亮度的任意調節功能,而不影響 LED 燈的壽命.變壓器次級端再進行整流濾波出的直流直接與 LED燈進行相連接,從而滿足試驗對光的需求.
2 試驗
2. 1 試驗材料
平菇:由東北農業大學資源與環境學院提供.PDA 培養基:馬鈴薯 200g\\( 去皮、煮沸、取汁\\) ,瓊脂 20g,葡萄糖 20g,加水至 1000mL,供平菇菌絲體生長.
2. 2 試驗設備
1\\) 食用菌生化培養箱:由上海博訊實業有限公司醫療設備廠提供 SFX-250B-Z 型生化培養箱 6 臺,可實現溫度、濕度、CO2濃度及通風的設定與顯示.
2\\)光源:采用可調光功能的 LED 燈,紅、橙、黃、綠、藍、白色各 1 個,大小規格 400mm ×400mm.
3\\)光照度計:泰仕\\(TES\\)牌型號 TES1339 高精度專業照度計,測量范圍 0. 01 ~ 999 900lux 級別,采用標定分度量 1lux. .
2. 3 試驗方法
試驗于 2013 年 10 月 - 2014 年 3 月在東北農業大學微生物菌種實驗室進行.將 3 組接好平菇菌種的培養皿分別放置于裝有LED 白燈的生化培養箱、黑暗條件及自然光\\( 對照組\\)條件下,溫度設定在 24 ~ 25℃,濕度設定在 60% ~70%,保證 CO2濃度和定時通風.LED 燈距離試驗的平菇菌種 30 ~35cm,接種 1 天后,每天開始定時測量菌落直徑取平均值,觀察處于不同光量條件下平菇菌絲的變化.
將 6 組接好平菇菌種的培養皿分別置于裝有紅、橙、黃、綠、藍、白色可調光 LED 燈的食用菌生化培養箱內,溫度、濕度、CO2濃度、通風設置同上一致,另設1 組自然光 \\( 對照組\\) .LED 燈距離試驗的平菇菌種30 ~ 35cm,接種 1 天后,每天開始定時測量菌落直徑,觀察不同光質條件下平菇菌絲[9 -10]的平均生長速度及形態特征.
2. 4 數據處理
利用 MatLab 軟件對測量數據進行處理分析.
3 試驗結果與分析
3. 1 不同光量對平菇菌絲生長的影響
3. 1. 1 試驗數據
平菇菌株的菌絲體分別在自然、黑暗、LED 白光條件下 10 天內的菌絲生長數據如表 1 所示.
由表 1 可以看出:菌絲直徑在黑暗、LED 白光條件下平均增長變化不明顯,但二者與對照組\\(自然\\)相比每日平均直徑增長長度很明顯.根據表 1 的試驗數據畫出平菇菌絲體在自然、黑暗、LED 白光下的散點圖[11],這 3 種情況下所呈現的是非線性變化.將其進行線性化,對 MatLab 擬合出來的生長曲線進行對比表明,選擇 3 次曲線模型比較適合.回歸方程為
3. 1. 2 曲線擬合及回歸分析
利用 MatLab 對表 1 中的試驗數據進行曲線擬合,可以得到平菇菌絲體在不同光量條件下的生長曲線模型以及最優擬合曲線[12],如圖 3 所示.
根據圖 3 中的擬合曲線,可以分別得到平菇菌絲在自然、黑暗、LED 白光條件下生長曲線回歸方程為
其中,y1、y2、y3,分別代表自然、黑暗、LED 白光的菌絲直徑,cm;x 為天數,d.
經過 MATLAB 擬合后的分析結果顯示:y1、y2、y3決定系數 R2分別為 0. 997、0. 999、0. 998,均接近 1;校驗標準偏差 RMSEC 分別為 0. 122、0. 068、0. 117,經檢驗誤差均在可控范圍內,顯著性水平 0 < 0. 05,表明擬合程度好且顯著.
3. 2 不同光質對平菇菌絲生長的影響
在不同 LED 光源光質條件下,10 天內平菇菌絲直徑的日平均生長速度如圖 4 所示.圖 4 中顯示:經過 LED 光處理組均優于自然組,菌絲增長速度的先后順序為:紅色、橙色、綠色、黃藍色、白色,且黃色和藍色日平均增長速度接近,變化不明顯.對于試驗組的6 種光處理,平菇菌絲經過 LED 紅光處理直徑日平均增長速度是 5. 502cm /d,對橙色、綠色達到 5. 183、5. 047cm / d,對黃色、藍色、白色光處理較低,分別為4. 428、4. 395、4. 136cm / d.因此,經過 LED 光源處理充分表現了平菇菌絲對光質的敏感度.
不同 LED 光質對平菇菌絲體培養性狀影響如表2 所示.
由表 2 可以看出:紅色光源的菌絲密度很濃密,次之的是橙色、綠色的菌絲密度表現一樣,自然的菌絲較稀疏.從菌落的形態上看,紅色、橙色、綠色的菌落呈現螺紋狀生長,自然和白光處理的菌落呈現菌絲放射性線形狀生長.從顏色上看,各組沒有明顯的變化.
從邊緣的整齊度上看,橙色表現較整齊,而黃色表現不整齊.
經過對圖 4 和表 2 的分析可知:不同 LED 光源光質條件下,紅光較適合平菇菌絲的生長,其次是橙色光和綠色光.方法同上所述,可以得到紅光條件下平菇菌絲的最優生長擬合曲線下的回歸方程為
式中 y4-代表 LED 紅光的菌絲直徑\\(cm\\);
x-天數\\( d\\) .
決定系數 R2為 0. 999,接近于 1;校驗標準偏差RMSEC 為 0. 12,經檢驗誤差在可控范圍內;顯著水平 0< 0. 05,表明擬合程度好且顯著.
4 結論
1\\) 本文將現代 LED 技術與設施農業相結合,實現環保、節能的目標,達到反季節栽培對光需求的目的.LED 技術將是未來食用菌產業的新方向.
2\\) 試驗顯示:平菇菌絲體在黑暗和 LED 白光的條件下相對于對照組變化明顯,但二者間的變化不明顯.LED 紅光最適合平菇菌絲體的生長,橙色、綠色次之,黃色、藍色、白色光 3 種條件下平菇菌絲變化不明顯.同時,通過 MatLab 進行曲線擬合,為平菇菌絲建立最優的生長模型,充分了解平菇菌絲的生長特性,從而為今后食用菌溫室監控系統的研究提供有利的依據.
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