LED光源對平菇菌絲生長影響的研究
于麗麗a，楊方a，王潤濤a，許修宏b，劉華晶b，潘淑鳳a
（東北農業大學a．電氣與信息學院；b．資源與環境學院，哈爾濱150030）
摘要：為了實現北方食用菌反季節栽培，達到高產、高效的目的，在滿足溫度、濕度、通風、CO2濃度一定的條件下，針對食用菌對光環境因子反應非常敏感并且不同食用菌不同階段對光的需求不同這一問題進行研究。為保證食用菌菌絲所處溫室的生長環境良好，對光環境采用了最新的照明技術—可調光功能的LED冷光源作為人工控制主光源。同時，研究了不同的LED光量光質條件對平菇菌絲體生長特性的影響，從而尋找出周期短、品質高的平菇菌絲體生長環境，為實現北方食用菌工廠化栽培提供一定依據。
關鍵詞：平菇；菌絲；生長特性；LED燈
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0．01～999900lux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
y=ax3+bx2+cx+d（x＞0）
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y1=－0．01x3+0．2x2－0．46x+0．94y2=－0．01x3+0．2x2－0．22x+0．76y3=－0．18x3+0．3x2－0．6x+1．13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。
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
y4=0．0003x5－0．0049x4－0．0164x3+0．4702x2－0．7223x+1．72
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。