ارزیابی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی اجزای بستر کشت در فرایند تولید قارچ شی تاکه (Lentinula edodes (Berk.) Pegler)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد گروه علوم باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 استادیار گروه علوم باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 استادیار گروه مهندسی علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، قزوین، ایران،

4 دانشیار گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

5 دانشجوی دکتری اگرواکولوژی، گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

6 دانشجوی دکتری بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک، گروه علوم خاک، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: هرچند بستر کشت تراشه چوب درختان به عنوان بستر مناسب برای پرورش قارچ شی تاکه گزارش شده است، اما دسترسی آسان و همچنین هزینه پایین‌تر سایر ضایعات لیگنوسلولزی کشاورزی و صنعتی، سبب شده تا جایگزینی مناسب برای آن معرفی گردد. با توجه به اینکه نوع بستر کشت مورد استفاده در پرورش قارچ شی تاکه تأثیر بسزایی در مقدار پروتئین و سایر ویژگی-های شیمیایی و دارویی اندام میوه‌ای قارچ دارد بنابراین در این پژوهش سعی شد که تغییرات فیزیکی و شیمیایی بستر کشت در طول دوره کشت این قارچ بررسی شود تا ارتباط بین رشد رویشی و زایشی و ارزش غذایی و دارویی قارچ شی تاکه با بسترهای مختلف بررسی شده و بهترین بستر برای کشت این قارچ معرفی گردد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در دانشگاه زابل از سال 98-99 انجام گردید. این پژوهش به صورت فاکتوریل دو عاملی و در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با 3 تکرار انجام شد. فاکتور اول شامل 17 سطح مختلف برای بستر کشت و فاکتور دوم شامل دو سطح مختلف برای مکمل غذایی (1. سولفات منیزیم و 2. نیترات پتاسیم) بود. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی بستر کشت در دو مرحله قبل از تلقیح اسپان و بعد از برداشت قارچ (کمپوست مصرف شده) اندازه‌گیری گردید همچین صفات مربوط به اندام میوه‌ای به صورت میانگین دو چین مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: با اضافه کردن مکمل‌های آلی نظیرسبوس گندم، کنجاله پنبه‌دانه و کنجاله سویا در بسترهای کشت تراشه چوب صنوبر و باگاس نیشکر غنی شده با مکمل‌های شیمیایی مانند نیترات پتاسیم و سولفات منیزیم ارزش غذایی بستر کشت افزایش یافته بنابراین میسلیوم‌های قارچ مواد غذایی بیشتری را به اندام میوه‌ای قارچ انتقال داده و موجب افزایش مقادیر ارگسترول (60/479)، ظرفیت آنتی-اکسیدانی (1%/40) و پلی‌ساکارید کل اندام میوه‌ای (95/10) تولید شده بر روی این بسترها نسبت به سایر بسترها می‌شود. بسترهای کشت حاوی تراشه چوب صنوبر و سبوس گندم و کنجاله پنبه‌دانه غنی‌شده با مکمل‌های شیمیایی دارای بیشترین میزان عملکرد (8/294) بودند. مقادیر بالای پتاسیم (6/398) اندام میوه‌ای قارچ از بسترهایی به دست آمد که حاوی باگاس نیشکر، تراشه چوب نخل خرما و تراشه چوب انگور بودند. همچنین مقادیر بالای کلسیم (3/14) اندام میوه‌ای در قارچ‌های برداشت شده از بسترهای حاوی تراشه چوب صنوبر، سبوس گندم و باگاس نیشکر مشاهده گردید. با اندازه‌گیری درصد تغییرات تجزیه‌ای ضایعات مختلف کشاورزی مورد استفاده در این پژوهش در مراحل قبل از پنجه‌دوانی و بعد از تولید اندام میوه‌ای قارچ شی تاکه مشخص گردید که مقادیر نیتروژن، پروتئین، خاکستر و EC بستر کشت افزایش یافت و در مقابل مقادیر pH، کربن، نسبت کربن به نیتروژن، سلولز، همی‌سلولز و لیگنین بستر کشت در طول دوره کشت قارچ شی تاکه کاهش یافت.
نتیجه گیری: ضایعات کشاورزی و جنگلی دارای مقادیر زیاد لیگنین و نسبت بالای کربن به نیتروژن بوده، و این موضوع در کنار عدم تجزیه پذیری کامل این ترکیبات، موجب می‌گردد که میسیلیوم‌های قارچ توانایی جذب کامل مواد غذایی موجود در بستر کشت را نداشته باشند، بنابراین جهت تعدیل نسبت کربن به نیتروژن و نیز افزایش فعالیت آنزیم‌های تجزیه‌کننده سلولز، همی‌سلولز و لیگنین و افزایش راندمان تبدیل زیستی (تبدیل سوبسترا به بازیدیوکارپ)، استفاده از بسترهای ترکیبی و مکمل‌های آلی و غیر‌آلی در کشت و تولید قارچ شی تاکه توصیه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of physical and chemical properties of substrate components in the production process of Shiitake mushroom (Lentinula edodes (Berk.) Pegler)

نویسندگان [English]

  • Hamid Reza Sarhadi 1
  • Dariush Ramezan 2
  • Mohammad Mehdi Zarabi 3
  • Mahdi Pirnia 4
  • Abbas Nasiri Dehsorkhi 5
  • Behnaz Yousefshahi 6
1 M.Sc. Student, Dept. of Horticulture and Landscape, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran
2 Assistant Prof., Dept. of Horticulture and Landscape, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran
3 Assistant Prof., Faculty of Agriculture and Natural Recourses, Imam Khomeini International University, Qazvin, Qazvin, Iran
4 Associate Prof., Dept. of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran,
5 Ph.D. Student of Agroecology, Dept. of Agronomy, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran
6 Ph.D. Student of Biology and Soil Biotechnology, Dept. of Soil Science, Faculty of Agriculture, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Although wood chip substrate has been reported as a suitable substrate for growing shiitake mushroom but easy access as well as the lower cost of other agricultural and industrial lignocellulosic wastes have led to the introduction of a suitable alternatives. Due to the fact that the type of substrate used in the cultivation of Shiitake mushroom has a significant effect on the amount of protein and other chemical and medicinal properties of the fruit bodies, so in this study, we tried to investigate the physical and chemical changes of the substrate during the cultivation period of this fungus. To investigate the relationship between vegetative, reproductive growth, nutritional and medicinal value of Shiitake mushroom with different substrates and to introduce the best substrate for cultivation of this fungus.
Materials and methods: This research was conducted in Zabol University from 2019-20. This study was conducted as a two-way factorial based on a completely randomized design with three replicates. Physical and chemical properties of the substrate were measured in two stages before spawn inoculation and after harvest of the fungus (consumed compost). Also, traits related to fruit bodies were evaluated as an average of two folds.
Results: The nutritional value of the substrate is increased by adding organic supplements such as wheat bran, cottonseed meal and soybean meal to the substrates of poplar wood chips and sugarcane bagasse enriched with chemical additives such as potassium nitrate and magnesium sulfate. Therefore, fungal myceliums transfer more nutrients to the fruit body and increase the amount of Ergosterol (479.6), antioxidant capacity (40.1%) and total polysaccharide (10.95) of the fruit bodeis produced on these substrates than other substrates. Substrates containing poplar wood chips, wheat bran and cottonseed meal enriched with chemical additives had the highest yield (294.8). High levels of potassium (398.6) in the fruiting body of the mushrooms were obtained from substrates containing sugarcane bagasse, Date palm sawdust and vine sawdust. Also, high amounts of fruit bodies calcium (14.3) were observed in fungi harvested from substrates containing poplar wood chips, wheat bran and sugarcane bagasse. By measuring the percentage of decomposition changes in different agro-wastes used in this study in the pre-spawn Run stage and after the production of Shiitake fruiting bodies, it was determined that the amounts of Nitrogen, protein, ash and EC of the substrate increased and in contrast the values of pH, carbon and carbon to nitrogen ratio, cellulose, hemicellulose and lignin of the substrate decreased during the cultivation period of shiitake mushroom.
Conclusion: Agro-wastes and wood chips of forest trees have high amounts of lignin and high carbon to nitrogen ratio, and also the lack of complete degradability of these compounds, makes the fungal mycelium not able to fully absorb nutrients in the substrate. Therefore, in order to modulate the carbon to nitrogen ratio and also increase the activity of cellulose, hemicellulose and lignin degrading enzymes and increase the bioconversion efficiency (substrate to basidiocarp conversion), use of mixed substrates and organic and inorganic supplements in culture and production of Shiitake mushroom is recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agro-wastes
  • Antioxidant Capacity
  • Ergosterol
  • Shiitake mushroom
  • Total Polysaccharide
1.A.O.A.C. 1995. (Association of Official Analytical Chemist), in: S.ed. Williams (Ed.), Official Methods of Analysis,16th edition A.O.A.C, Washington, USA.pp. 101-102.
2.Adebayo, G.J., Omolara, B.N. and Toyin, A.E. 2009. Evaluation of yield of oyster mushroom (Pleurotus pulmonarius) grown on cotton waste and cassava peel. Afr. J. Biotechnol. 8: 2. 215-218.
3.Adenipekun, C.O. and Gbolagade, J.S. 2006. Nutritional Requirements of Pleurotus florida (Mont.) Singer, A Nigerian Mushroom. Pak J Nutr.5: 6. 597-600.
4.Ashraf, J., Ali, M.A., Ahmad, W., Ayyub, C.M. and Shafi, J. 2013. Effect of different substrate supplements on oyster mushroom (Pleurotus spp.) production. Food Sci. Technol. 1: 3. 44-51.
5.Atila, F. 2019. Compositional changesin lignocellulosic content of someagro-wastes during the productioncycle of shiitake mushroom. Sci. Hort. 245: 263-268.
6.Atila, F. 2020. Comparative study on the mycelial growth and yield of Ganoderma lucidum (Curt.: Fr.) Karst. on different lignocellulosic wastes. Sheng Tai Xue Bao. 40: 2. 153-157.
7.Atila, F., Tuzel, Y., Cano, A.F.and Fernandez, J.A. 2017. Effect of different lignocellulosic wastes on Hericium americanum yield and nutritional characteristics. J. Sci. Food Agric. 97: 2. 606-12.
8.Cavins, T.J., Whipker, B.E., Fonteno, W.C., Harden, B., McCall, I. and Gibson, J.L. 2000. Monitoring and managing pH and EC using the PourThru extraction method. Horticulture Information Leaflet. 590: 1. 1-17.
9.Curvetto, N.R., González-Matute, R., Figlas, D. and Delmastro, S. 2005. Shiitake bag cultivation. Chapter 4. Sunflower seed hulls. Mushroom Growe ŕs Handbook 2 – Shiitake Cultivation. Mushworld- Heineart Inc., Seoul.pp. 119-124.
10.DuBois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Rebers, P.A. and Smith, F. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem. 28: 3. 350-356.
11.Gaitán-Hernández, R., Esqueda, M., Gutierrez, A. and Beltran-Garcia, M. 2011. Quantitative changes in the biochemical composition of lignocellulosic residues during the vegetative growth of Lentinula edodes. Braz. J. Microbiol. 42: 1. 30-40.
12.Hoa, H.T., Wang, C. and Wang, C.H. 2015. The effects of different substrates on the growth, yield, and nutritional composition of two oyster mushrooms (Pleurotus ostreatus and Pleurotus cystidiosus). J. Mycol. 43: 4. 423-434.
13.Jafar Pour, M., Poursaeid, N., Jalali Zand, A., Golparvar, A.R. and Behdad, M. 2009. Effect of some of the wastes of agricultural conversion industries and food supplements on some of the specifications of the edible mushroom (Pleurotus florida). Res. J. Agric. Sci.4: 2. 188-203.
14.Kumari, R. 2017. In-Vitro Propagation of Ganoderma Lucidum–A Medicinal Mushroom in Different Culture Medium. Int. J. Innov. 2: 4. 294-297.
15.Masuko, T., Minami, A., Iwasaki, N., Majima, T., Nishimura, S.I. and Lee, Y.C. 2005. Carbohydrate analysis by a phenol–sulfuric acid method in microplate format. Anal. Biochem.339: 1. 69-72.
16.Mattila, P., Piironen, V., Backman, C., Uusi-Rauva, E. and Koivistoinen, P. 1992. Determination of vitamin D3 in egg yolk by high-performance liquid chromatography with diode array detection. J. Food Compost Anal.5: 4. 281-90.
17.Mattila, P., Piironen, V., Uusi-Rauva, E. and Koivistoinen, P. 1994. Vitamin D contents in edible mushrooms. J. Agric. Food Chem. 42: 11. 2449-2453.
18.Miliauskas, G., Venskutonis, P.R. and Van Beek, T.A. 2004. Screening of radical scavenging activity of some medicinal and aromatic plant extracts. Food Chem. 85: 2. 231-237.
19.Peksen, A., Yakupoglu, G., Yakupoglu, T., Gulser, COzturk, E. and Ozdemir,N. 2011. Changes in chemical compositions of substrates before and after Ganoderma lucidum cultivation. World J. Microbiol. Biotechnol.27: 3. 637-42.
20.Philippoussis, A., Diamantopoulou, P. and Israilides, C. 2007. Productivity of agricultural residues used for the cultivation of the medicinal fungus Lentinula edodes. Int. Biodeterior. Biodegradation. 59: 3. 216-9.
21.Royse, D. and Sanchez, J.E.2007. Ground wheat straw as a substitute for portions of oak wood chips used in shiitake (Lentinula edodes) substrate formulae. Bioresour. Technol. 98: 11. 2137-2141.
22.Sakamoto, Y. 2018. Influences of environmental factors on fruiting body induction, development and maturation in mushroom-forming fungi. Fungal Biol. Rev. 32: 4. 236-48.
23.Sardar, H., Asif Ali, M., Anjum, M.A., Nawaz, F., Hussain, S., Naz, S. and Karimi, S.M. 2017. Agro-industrial residues influence mineral elements accumulation and nutritional composition of king oyster mushroom (Pleurotus eryngii). Sci. Hort. 225: 327-34.
24.Smith, J., Rowan, N. and Sullivan, R. 2002. Medicinal Mushrooms: Their therapeutic properties and current medical usage with special emphasis on cancer treatments. 268p.
25.Van Soest, P.J. 1994. Nutritional ecology of the ruminant. 2th Ed. Cornell University Press, Ithac. 488p.
26.Van Soest, P.J., Robertson, J.B. and Lewis, B.A. 1991. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. J. Dairy Sci. 74: 10. 3583-3597.
27.Xiang, S., Wu, C., Jiang, J., Lu, X. and Zeng, F. 2014. Effects of different concentrations of magnesium sulphate on the growth and development of shiitake mushroom (Lentinus edodes). Edible Fungi of China, 33: 1. 63-65.
28.Zied, D.C., Savoie, J.M. and Pardo-GiméneZ, A. 2011. Soybean the main nitrogen source in cultivation substrates of edible and medicinal mushrooms. Soybean and nutrition. 22: 433-452.