Съедобные грибы являются типичными гетеротрофными организмами. Более эффективная трансформация и использование лигнина, целлюлозы и других органических веществ, а также иных питательных компонентов всегда оставались ключевой проблемой развития отрасли и технологических инноваций в сфере съедобных грибов^[1]. Субстрат для культивирования служит необходимым источником питательных веществ для роста и развития съедобных грибов, обеспечивая углерод, азот и различные микроэлементы. Его вид, происхождение и способ обработки напрямую влияют на цикл роста, урожайность, питательное качество и экономическую эффективность. С ускорением высококачественного экономического развития Китая и корректировки промышленной структуры применение субстратов для культивирования съедобных грибов сталкивается с новыми вызовами: во-первых, цены на массовые субстраты часто колеблются; во-вторых, на фоне ужесточения экологической политики стабильные поставки древесных опилок становятся всё более неопределёнными, а альтернативные источники субстратов ограничены и внедряются медленно; в-третьих, с распространением технологий возврата соломы в поля, силосования кукурузы и многолетнего риса объёмы соломенных субстратов в будущем могут дополнительно сократиться; в-четвёртых, общая эффективность биоконверсии субстратов по-прежнему остаётся низкой, а степень использования ресурсов требует повышения; в-пятых, индустриальный режим производства значительно увеличил производственные мощности, что обострило проблемы утилизации грибных отходов и ресурсного использования субстратов. Таким образом, дальнейшее развитие отрасли съедобных грибов сталкивается с риском вынужденной корректировки базовых рецептур. Разработка новых рецептур субстратов с более низкой стоимостью и более высокой урожайностью, а также сопутствующих технологий культивирования стала ключевым фактором устойчивого развития отрасли.

В связи с этим автор на основе данных литературы из Web of Science и основных журналов CNKI начиная с 2015 года систематически обобщил прогресс исследований в области субстратов для культивирования съедобных грибов в Китае, рассмотрел исследовательские «горячие точки», динамику развития и будущие тенденции, с целью предоставить теоретическую основу для углубления соответствующих исследований и высококачественного устойчивого развития отрасли съедобных грибов.

I. Применение новых субстратов

1.1 Древесные опилки и ветки

Древесные опилки являются основным источником субстрата для культивирования дереворазрушающих съедобных грибов. Современные исследования древесных субстратов расширились от твёрдых опилок, представленных дубом, ликвидамбаром, буком и фагусом (семейство буковых), до опилок плодовых деревьев — яблони, шелковицы, персика, киви, грецкого ореха, груши, финика, кислого финика, винограда, а также других хозяйственных пород: камелии масличной, чайных веток, шелковичных веток, каучукового дерева, сычуаньского перца, дерезы, витекса, ивы жёлтой, моринги, коры и щепы эвкалипта. Кроме того, исследования применения маслянистых хвойных опилок (криптомерии, ели) при культивировании вёшенки обыкновенной создали теоретическую основу для освоения древесных ресурсов с высоким содержанием танинов, пектина, общих флавоноидов и других функциональных компонентов^[2].

1.2 Стебли сельскохозяйственных культур

Рисовая солома, пшеничная солома, кукурузная солома и другие стебли культур богаты целлюлозой и гемицеллюлозой и служат важным источником субстрата для траворазрушающих грибов — шампиньона двуспорового, вольвариеллы, строфарии и др. Основная тенденция современных исследований — расширение круга сырья от традиционной соломы зерновых (рис, кукуруза, сорго) до стеблей технических культур (рапс, картофель, соя, конопля, рами, маниок, чайные стебли, полынь) и стеблево-листовых ресурсов овощных культур (спаржа, имбирь, стеблевая горчица и др.).

1.3 Побочные продукты пищевой переработки

Источники субстратов из побочных продуктов пищевой переработки расширились от традиционных отрубей и соевого шрота до жмыхов, семенных оболочек, барды и других типов. К жмыхам относятся хлопковый, клещевинный, рапсовый, а также жмых семян пиона и сычуаньского перца; исследования семенных оболочек перешли от распространённых (кофейная шелуха, арахисовая шелуха) к региональным ресурсам (косточки бетеля, дикой ююбы, виноградные косточки, шелуха лотоса, эвриалы); к пищевой барде относятся барда от производства байцзю, пивная барда, уксусная барда, выжимки водяного каштана, плодов розовой мирты, облепихи, кофейный жмых, чайный жмых и др. Кроме того, фильтр-прессный осадок сахарных заводов рассматривается как хороший дополнительный источник быстроусвояемого углерода для съедобных грибов^[3].

1.4 Лекарственные растения и лекарственные отходы

Субстраты из лекарственных растений в основном получают из растительных остатков после сбора сырья — веток эводии, листьев и стеблей жимолости, стеблей и листьев кодонопсиса, листьев и коры эвкоммии, платикодона, стеблей перилл, древесины корицы и других побочных продуктов. Хотя лекарственные отходы (фармацевтические шламы) не являются традиционным источником субстрата, в последние годы число исследований растёт. Они касаются отходов китайских лекарственных трав, отваров и западных препаратов. Например, отходы астрагала использовали для культивирования ежовика гребенчатого^[4], отходы горца японского — для вёшенки королевской^[5]; отходы шести китайских препаратов (Хосян чжэнци, Цзиньцяньцао, Цзичжи, Дабайду, Бачжэн, Хуанцинь) — для гипсизигуса^[6], отходы сиропа Цзичжи — для строфарии^[7], составные отходы таблеток «Вей-C иньцяо» — для навозника белого^[8-9]; отходы окситетрациклина — для вёшенки королевской^[10]. Субстраты из лекарственных растений и отходов обладают большим потенциалом для выращивания плодовых тел со специфическими питательными или функциональными свойствами, однако их безопасность требует системной проверки.

1.5 Прочие субстраты

Субстраты из грибных трав — новая область исследований последних лет. К распространённым материалам относятся гигантская грибная трава, слоновая трава, мискантус, арундо, люцерна посевная; потенциальными местными ресурсами являются трисцетум и тростник. Примечательно, что микроморфология мицелия шиитаке в свежей и сухой грибной траве существенно различается, что открывает новые направления изучения субстратов^[11].

Исследования покровных материалов сосредоточены на суглинке, песчаной почве, торфе, почве пшеничных и рисовых полей, огородной почве, почве из грибных отходов, камышовых остатках, прудовом иле и др. Они широко применяются при культивировании шампиньона двуспорового, копринуса чёрного, навозника белого, строфарии и других траворазрушающих грибов.

II. Физико-химические показатели и способы обработки субстратов

2.1 Физико-химические показатели субстратов

Гранулометрический состав, соотношение углерода и азота, влажность, воздухопроницаемость, pH — важные физико-химические показатели, влияющие на результаты культивирования. Их рациональное регулирование повышает урожайность и качество. Размер частиц и воздухопроницаемость напрямую влияют на рост и урожайность. Кун Вэйли и др.^[12] в опытах с ферментированным субстратом вёшенки разной гранулометрии установили: содержание водорастворимого органического углерода в мелкой фракции ниже, чем в крупной, а содержание аммиака и веществ, подавляющих постороннюю микрофлору, — выше; чем мельче частицы, тем ниже температура субстрата в период зарастания, ниже заражённость и выше биологическая эффективность. Метаболомные исследования показали значительные различия микробных метаболитов в ферментированных субстратах с добавлением мелкой (D₅₀=0,5 см) и крупной (D₅₀=1,5 см) кукурузной сердцевины: в режиме положительных ионов (POS) отобрано 464, в режиме отрицательных (NEG) — 201 дифференциальный метаболит^[13]. Юй Хайлун и др.^[14] отметили, что размер частиц древесных опилок существенно влияет на массу одного плодового тела, форму, биологическую эффективность и цикл производства шиитаке в промышленных условиях. Хэ Янь и др.^[15] корреляционным анализом установили, что воздухопроницаемость субстрата и покровного материала напрямую влияет на сроки плодоношения и урожайность строфарии морщинистой; оксигенированная или намагниченная вода способна улучшать агрономические признаки и повышать урожайность. Сяо Лань и др.^[16] применили намагниченную воду при замешивании и увлажнении субстрата для опёнка зимнего, что повысило активность внеклеточной лакказы, полифенолоксидазы, карбоксиметилцеллюлазы и гемицеллюлазы, сократило цикл производства, снизило загрязнение пакетов и увеличило урожай с одной бутылки более чем на 2 г. Умеренно ощелаченный субстрат благоприятствует повышению урожайности и качества плодовых тел; Чжан Вэйжуй и др.^[17] связывают это с повышением активности лакказы мицелия после щелочной обработки.

2.2 Способы обработки субстратов

Основные способы обработки субстратов для культивирования съедобных грибов включают прессование, ферментацию и стерилизацию.

(1) Прессование субстрата: исследования сосредоточены на влиянии различных технологий прессования на рост мицелия и урожайность. Гэн Юйцун и др.^[18] при культивировании шампиньона двуспорового на прессованном коровьем навозе и пшеничной соломе установили, что при плотности 500 кг/м³ достигается существенная экономия площади и затрат, а также повышение урожайности. Бао Сюйсян и др.^[19] с помощью механического пресса и метода горяче-влажного формования изготовили пакеты для аурикулярии из опилок монгольского дуба; при объёмной плотности 0,72 г/см³ мицелий рос быстрее всего, разложение сухого вещества было максимальным, срок появления плодовых тел — короче, пластинки — длиннее и толще, твёрдость и коэффициент набухания — ниже. Ци Цзин и др.^[20] с помощью машины для брикетирования биомассы спрессовали виноградные опилки в гранулированный субстрат для вёшенки, что существенно повысило урожайность.

(2) Ферментация субстрата: исследования охватывают два направления. Первое — механизмы подавления плесеней. Цуй Сяо и др.^[21] обнаружили, что экстракт ферментированной кукурузной сердцевины разрушает клеточные стенки и мембраны Trichoderma viride и Penicillium glaucum, вызывая утечку внутриклеточного содержимого и подавляя рост и прорастание спор. Второе — оптимизация технологии ферментации. Хуан Линьсян и др.^[22] исследовали параметры загрузки туннеля при ферментации субстрата для вольвариеллы; Чжа Лэй и др.^[23] анализировали изменения pH, электропроводности, влажности и содержания азота в процессе ферментации; Ван Цянь и др.^[24] изучали влияние туннельной ферментации на рост мицелия шампиньона и разложение субстрата.

(3) Стерилизация субстрата: исследования охватывают обычное автоклавирование, ступенчатое автоклавирование, стерилизацию при атмосферном давлении и кратковременное автоклавирование. Чэнь Цин и др.^[25] установили, что с увеличением числа циклов стерилизации при атмосферном давлении пористость, влажность и pH пакетов для гипсизигуса снижаются, а число циклов отрицательно коррелирует со сроком зарастания и биологической эффективностью. Ян Хунпэн и др.^[26] показали, что ступенчатое автоклавирование по сравнению с обычным повышает активность трёх лигниназ (лакказы, марганец-пероксидазы и лигнинпероксидазы) и четырёх целлюлаз (фильтр-бумажной, эндоглюканазы, β-глюкозидазы, гемицеллюлазы) в мицелии гипсизигуса, а также среднюю урожайность с одного кластера.

III. Влияние внешних факторов на рост грибов

3.1 Минеральные элементы

Уровень и состав минеральных элементов в субстрате напрямую влияют на урожайность и питательный состав плодовых тел. Их важные функции включают поддержание структуры клеток, участие в регуляции внеклеточных ферментов и противодействие внешним воздействиям, таким как ионы тяжёлых металлов^[27].

(1) Селен: добавление селенита натрия в субстрат широко применяется при селен-обогащённом культивировании вёшенки, шампиньона, строфарии, опёнка зимнего, гипсизигуса и вёшенки королевской. Исследования показали, что степень извлечения селена в плодовых телах опёнка зимнего при обработке селенитом натрия выше, чем при обработке селенометионином и селенатом натрия^[28]; селенит натрия значительно повышает содержание селена, улучшает питательное качество и антиоксидантную способность строфарии^[29-30].

(2) Кальций: кальций — важный компонент клеточных стенок и стабилизатор клеточных мембран, участвует в регуляции осмотического давления и ферментативной активности. Умеренное добавление карбоната кальция не только обеспечивает необходимый кальций, но и эффективно нейтрализует кислые вещества, образующиеся при ферментации или росте мицелия. Wu и др.^[31] обнаружили, что при культивировании шампиньона содержание кальция значительно снижается на стадиях компостирования и роста мицелия, особенно в покровном слое, что указывает на участие кальция в метаболизме и ферментативных процессах; на стадии сбора урожая изменения содержания кальция, углерода и кислорода в покровном слое и компосте стабилизируются.

(3) Цинк: обычно регулируется добавлением сульфата цинка. В субстрате для фламмулины добавление сульфата цинка значительно повышает активность фильтр-бумажной целлюлазы, карбоксиметилцеллюлазы, гемицеллюлазы и β-глюкозидазы в период роста мицелия и даёт определённый прирост урожайности^[32].

(4) Другие минеральные элементы: Сунь Я и др.^[33] путём добавления хлорида стронция разной концентрации отобрали сорта аурикулярии, обогащённые стронцием; Линь Цзиньшэн и др.^[34] при добавлении 0,5 г/л цитрата натрия в жидкую среду PDB значительно повысили биомассу мицелия вольвариеллы и сократили цикл культивирования. Чжу Чанвэй и др.^[35] установили, что одновременное добавление дрожжевого порошка и сульфата меди синергически повышает активность лакказы в ферментационной жидкости вёшенки королевской. Ван Цзин и др.^[36] подтвердили, что экзогенное добавление MnSO₄, Na₂SeO₃, CaSO₄, FeSO₄ значительно повышает скорость роста мицелия, биомассу и активность антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы) вольвариеллы.

Кроме того, некоторые минеральные элементы взаимодействуют в метаболизме клеток мицелия: недостаток фосфора или серы в субстрате может снижать скорость поглощения селенита натрия опёнком зимним^[37]; добавление сульфата цинка снижает накопление кадмия мицелием шиитаке^[38]. Чжан Лян и др.^[39] обнаружили, что при стрессе ионов марганца цветной болет и рыжик способны секретировать щавелевую кислоту и ионы водорода, активируя труднорастворимый калий в почве. Таким образом, современные исследования всё больше внимания уделяют синергетическому действию и комплексному регулированию минеральных элементов.

3.2 Органические кислоты

Некоторые органические кислоты положительно влияют на оздоровление штаммов, урожайность и питательную ценность плодовых тел. Кун Цзысюань и др.^[40] сравнили эффект равных добавок 20 L-аминокислот для оздоровления выродившегося штамма вольвариеллы и установили, что серин (Ser), аланин (Ala), валин (Val), лейцин (Leu) и пролин (Pro) способствуют росту мицелия и накоплению биомассы, повышают содержание полисахаридов, белков, флавоноидов и полифенолов, эффективно подавляют накопление активных форм кислорода и повышают активность антиоксидантных ферментов. Дальнейшие исследования показали, что после обработки Ser содержание метионина (Met), цистеина (Cys), серина и минералов Mg, Cu, Zn значительно возрастает^[41]. Gong и др.^[42] обнаружили, что экзогенное добавление лимонной кислоты и аргинина усиливает активность аргининового ответвления цикла лимонной кислоты в клетках мицелия гипсизигуса, что благоприятствует повышению урожайности. Чжан Цзиньцзин и др.^[43] при добавлении койевой кислоты в субстрат повысили активность лакказы и целлюлазы мицелия пятнистой гипсизигуса в репродуктивной фазе, улучшили утилизацию лигноцеллюлозы и увеличили урожайность. Ван Минхуэй и др.^[44] установили, что добавление определённой концентрации салициловой кислоты способствует росту мицелия белой плютеи.

3.3 Сахара

Сахара как источник углерода эффективно стимулируют рост мицелия. Лю Сяося и др.^[45] обнаружили, что сахароза, фруктоза, маннит и трегалоза повышают плотность воздушного мицелия, скорость роста и биомассу выродившегося штамма вольвариеллы, увеличивают содержание полисахаридов и белков, подавляют накопление активных форм кислорода и повышают активность супероксиддисмутазы (SOD) и пероксидазы (POD). Чэн Чжихун и др.^[46] также сообщили, что экзогенный маннит в значительной степени восстанавливает активность фильтр-бумажной целлюлазы, эндоглюканазы, лакказы и марганец-пероксидазы выродившегося штамма. Ян Хуаньлин и др.^[47] отметили, что добавление трегалозы стимулирует рост мицелия строфарии и пятнистой гипсизигуса, увеличивает биомассу и существенно регулирует активность целлюлазы и лакказы. Кроме того, Liu и др.^[48] экспериментально подтвердили, что низкие концентрации экзогенной трегалозы ослабляют ингибирующее действие теплового стресса на рост мицелия. В будущем трегалоза может применяться как защитное средство против абиотических стрессов в составе субстратов.

3.4 Растительные экстракты

Добавление определённых растительных экстрактов в субстрат может оказывать антимикробное действие, ускорять рост клеток мицелия, стимулировать метаболизм фенолов и повышать антиоксидантную активность. Добавление смешанного экстракта чеснока и имбиря в среду для вёшенки не только обеспечивает хороший антимикробный эффект, но и сокращает сроки появления примордиев, делает плодовые тела более плотными, а шляпки — меньшими^[49]. Древесный уксус из скорлупы абрикоса эффективно подавляет бактериальную бурую пятнистость вёшенки и стимулирует рост мицелия^[50]; экстракты чеснока и туи в субстрате для копринуса значительно подавляют пенициллы и ризопус, повышают урожайность, сокращают межволновые периоды и увеличивают соотношение шляпки к ножке^[51]. Кроме того, Бао Ихун и др.^[52] установили, что водный экстракт черешков бетеля повышает антиоксидантную активность мицелия вёшенки, плеврота лимонно-жёлтого и опёнка зимнего; У Ли и др.^[53] сообщили, что добавление 8 % (по массе) экстракта веток камелии масличной заметно стимулирует рост мицелия, усиливает метаболизм фенолов и способность к удалению гидроксильных радикалов. Экстракт кукурузной сердцевины после 10-дневной ферментации также значительно повышает скорость роста и биомассу мицелия вёшенки, а также активность АТФазы, сукцинатдегидрогеназы, щелочной фосфатазы, лакказы и протеазы; микроскопически отмечено увеличение числа митохондрий и везикул в клетках мицелия по сравнению с контролем^[54].

3.5 Прочие внешние факторы

Регуляторы роста растений способны регулировать метаболизм съедобных грибов, стимулировать рост мицелия и повышать ферментативную активность. Индолилуксусная кислота, нафтилуксусная кислота, 6-бензиламинопурин, цитокинин KT-30, гиббереллин и гумат натрия в определённой степени стимулируют рост мицелия шампиньона балхашского^[55]; добавление 2,0 мл β-олигокислоты на 1 кг сухого субстрата способствует росту мицелия вёшенки королевской, копринуса, ганодермы и ежовика^[56]. Кроме того, хлорфеноксиуксусная кислота, нафтилуксусная кислота, зеатин применяются при культивировании жидкого мицелия и в будущем могут шире использоваться как добавки к субстратам.

Ферментные препараты одновременно повышают урожайность и улучшают товарные качества плодовых тел. Чжан Хэин и др.^[57] при добавлении в субстрат для шиитаке комплексного ферментного препарата (ферменты + индукторы экспрессии генов ферментов + активаторы) сократили срок зарастания пакетов на 15 суток по сравнению с контролем, значительно повысили активность целлюлазы, протеазы и амилазы в период изменения цвета и увеличили биологическую эффективность на 21,99 %. Синь Юй и др.^[58] сообщили, что добавление перед первой ферментацией 1 % кислой целлюлазы, 1 % нейтральной целлюлазы и 0,5 % гемицеллюлазы (по массе) значительно увеличивает диаметр примордиев вольвариеллы.

Экстракты грибных ножек и отходов также показывают хорошие перспективы в качестве внешних питательных растворов. Инь Чуань и др.^[59] смешали экстракты ножек шиитаке, вёшенки королевской и белой гипсизигуса с почвой и нанесли на кольцевой срез пакетов белого плейротуса; урожайность при использовании экстракта ножек шиитаке повысилась на 54,6 % по сравнению с контролем, а также возросло содержание нитратов и белка в плодовых телах. Чжан Тин и др.^[60] при опрыскивании покровного слоя шампиньона экстрактом отходов опёнка зимнего получили более высокие показатели аминокислотного скора (AAS), химического скора (CS), коэффициента соотношения незаменимых аминокислот (SRC), индекса незаменимых аминокислот (EAAI), биологической ценности (BV) и питательного индекса (NI), что свидетельствует об улучшении белкового качества плодовых тел.

IV. Изменения микробных сообществ в субстратах

4.1 Выделение, идентификация и отбор функциональных штаммов из ферментированных субстратов

Бактериальные сообщества ферментированных субстратов отличаются высоким разнообразием; доминирующие группы и их относительная численность существенно различаются на разных стадиях ферментации. Снижение относительной численности доминирующих групп может привести к неудаче ферментации, а отсутствие специфических сообществ в период плодоношения — к аномалиям плодоношения. Поэтому выделение, идентификация и отбор штаммов с антимикробными, стимулирующими рост, детоксицирующими и другими функциями для регулирования процесса ферментации является «горячей точкой» исследований. В настоящее время широко применяется секвенирование гена 16S рРНК^[61].

Чжан Цзюньцзе и др.^[62] выделили 94 штамма бактерий из ферментированного субстрата вёшенки разных периодов, из которых 11 одновременно подавляли триходерму и стимулировали рост вёшенки. Дальнейшие исследования показали, что часть стимулирующих штаммов обладает высокой способностью к синтезу индолилуксусной кислоты (IAA)^[63]. Цуй Сяо и др.^[64] обнаружили, что изменения содержания афлатоксина в процессе ферментации субстрата вёшенки сильно отрицательно коррелируют с относительной численностью родов Paenibacillus и Luteimonas, что указывает на возможное участие этих родов в деградации афлатоксина. Wu и др.^[65] выделили из барды и отобрали консорциум микроорганизмов. При добавлении этого препарата в ферментированный субстрат вёшенки значительно ускорился метаболизм углеводов, повысилась температура субстрата и удлинилась термофильная фаза. Содержание эргостерина грибов, скорость деградации лигноцеллюлозы и активность соответствующих ферментов были выше, чем в контроле, что ускорило колонизацию субстрата мицелием вёшенки.

4.2 Структура сообществ и изменения доминирующих групп микроорганизмов покровного слоя

Микроорганизмы покровного слоя играют важную роль в росте мицелия, образовании примордиев и повышении урожайности траворазрушающих грибов. Обычно обилие и состав доминирующих групп существенно различаются между волнами плодоношения. Wang и др.^[66] установили, что в первой волне шампиньона двуспорового доминируют роды Sphingomonas, Dongia и Achromobacter, а в третьей — Norank, Pseudomonas, Flavobacterium и Brevundimonas. Кроме того, между сообществами покровного слоя могут существовать широкие взаимодействия, что подтверждено в исследованиях Yang и др.^[67] по болетусу с жилковатой ножкой. Некоторые исследователи выделяют функциональные штаммы из покровного слоя: Hua и др.^[68] из почвы вокруг склероциев полипоруса выделили штамм ризобий CACMS001, который не только стимулирует рост мицелия полипоруса и армилларии галльской, но и значительно повышает активность ксиланазы армилларии.

V. Внеклеточные ферменты и закономерности деградации и утилизации субстратов

5.1 Корреляция активности внеклеточных ферментов с урожайностью плодовых тел

Процесс утилизации питательных веществ субстрата съедобными грибами включает деградацию макромолекулярных органических веществ (лигнина, целлюлозы, гемицеллюлозы, белков и др.), поглощение минеральных элементов (азота, фосфора, калия и др.) и метаболизм низкомолекулярных органических веществ (аминокислот, пептидов, липидов, витаминов, фенилпропаноидов, поликетидов, пирановых кислот, пиранонов, растительных гормонов, антимикробных веществ и др.). Деградация макромолекул зависит от внеклеточных ферментов, секретируемых грибами, которые расщепляют их до усваиваемых низкомолекулярных компонентов. Поэтому активность внеклеточных ферментов тесно связана со скоростью роста мицелия и урожайностью плодовых тел. Xie и др.^[69] в сравнительных опытах на разных субстратах установили, что скорость деградации лигноцеллюлозы и активность лигноцеллюлозных ферментов вёшенки королевской положительно коррелируют с биологической эффективностью. Линь Хуэй и др.^[70] показали значительную положительную корреляцию урожайности свежих плодовых тел пятнистой гипсизигуса с активностью карбоксиметилцеллюлазы, ксиланазы, фильтр-бумажной целлюлазы и амилазы. Лю Шуньцзе и др.^[71] при культивировании вольвариеллы на отходах хлопка установили, что активность карбоксиметилцеллюлазы и ксиланазы в высокоурожайных партиях значительно выше, чем в низкоурожайных. Цай Паньпань и др.^[72] также сообщили о положительной корреляции активности карбоксиметилцеллюлазы и ксиланазы с урожайностью шампиньона двуспорового.

5.2 Изменения активности внеклеточных ферментов на разных стадиях роста

Активность внеклеточных ферментов в процессе роста и развития съедобных грибов имеет выраженный стадийный характер. Лэй Пин и др.^[73] обнаружили, что активность фильтр-бумажной целлюлазы, карбоксиметилцеллюлазы, β-глюкозидазы, амилазы и гемицеллюлазы в клетках мицелия плеврота лимонно-жёлтого сначала повышается, затем снижается, оставаясь на высоком уровне до стадии молодых плодовых тел; активность лакказы и пероксидазы высока в начале роста мицелия и снижается с течением культивирования. Юэ Ин и др.^[74] установили, что активность карбоксиметилцеллюлазы, пектиназы, фильтр-бумажной целлюлазы и гемицеллюлазы ежовика достигает пика в период развития плодовых тел, а амилазы, пектиназы и пероксидазы — в период роста мицелия. Ли Цзыхао и др.^[75] измерили активность лакказы вёшенки королевской на стадиях мицелия, завязывания, примордиев, молодых и зрелых плодовых тел; активность на стадии зрелых плодовых тел была значительно выше, чем на остальных, между которыми различия были незначительными.

5.3 Влияние источников углерода на активность внеклеточных ферментов

Вид и доля источника углерода влияют на активность внеклеточных ферментов. По сравнению со средами, содержащими хлопковую шелуху, опилки и кукурузную сердцевину, в средах с отрубями активность лакказы ушной аурикулярии выше^[76]; у вёшенки, выращенной на ферментированной хлопковой шелухе, активность карбоксиметилцеллюлазы, лакказы и нейтральной протеазы выше, чем на ферментированной кукурузной сердцевине^[77]. Различия в доле источника углерода также вызывают изменения активности ферментов. Чэнь Хуэй и др.^[78] показали, что в период роста мицелия при массовой доле кукурузной сердцевины 70 % в субстрате аурикулярии активность лигнинпероксидазы максимальна, при 50 % — марганец-пероксидазы, при 30 % — карбоксиметилцеллюлазы; с увеличением доли кукурузной сердцевины активность лакказы снижается, N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы — повышается, а активность β-1,3-глюканазы, β-глюкозидазы и эндо-β-1,4-глюканазы сначала растёт, затем падает. Примечательно, что уже появляются исследования молекулярных механизмов регуляции активности внеклеточных ферментов разными источниками углерода. Сяо Дунлай и др.^[79] на примере спарassis широколистного провели системный анализ с точки зрения экспрессии генов, связанных с деградацией целлюлозы и гемицеллюлозы.

VI. Связь субстрата с качеством плодовых тел

6.1 Влияние различных субстратов на питательный состав плодовых тел

Такие исследования обычно проводят путём культивирования одного вида гриба на разных субстратах с определением содержания белка, аминокислот, общих сахаров, полисахаридов, полисахаридно-пептидных комплексов, пищевых волокон и других показателей. Различия в составе позволяют оценить влияние субстратов на питательную ценность и служат научной основой для освоения новых субстратов. С одной стороны, много исследований посвящено содержанию и составу аминокислот. Ху Инпин^[80] при культивировании вёшенки на смеси грибных трав с шелухой и коробочками лотоса получил плодовые тела с разнообразным и богатым составом аминокислот и жирных кислот. Линь Синшэн и др.^[81] при добавлении свежей грибной травы в субстрат из хлопковой шелухи значительно повысили содержание аминокислот в плодовых телах серебристого уха. Кэ Биньжун и др.^[82] при культивировании шампиньона на основных субстратах из отходов опёнка зимнего и вёшенки королевской установили, что состав аминокислот и содержание вкусовых аминокислот превосходят рецептуру на рисовой соломе. С другой стороны, всё больше исследований сосредоточено на влиянии субстратов на специфические питательные вещества, что даёт ориентиры для разработки продуктов со специальными питательными или функциональными свойствами. Вэнь Цин и др.^[83] показали, что повышение концентрации источника азота (например, мочевины) способствует накоплению γ-аминомасляной кислоты (GABA) в плодовых телах многих съедобных грибов; добавление опилок, выжимок и листьев облепихи значительно повышает содержание флавоноидов во фламмулине^[84]; добавление стеблей маниока увеличивает содержание трегалозы в аурикулярии, вёшенке и плевроте лимонно-жёлтом^[85]; добавление стеблей и листьев астрагала повышает содержание терпенов, флавоноидов и других биоактивных веществ астрагала в плодовых телах вёшенки^[86].

6.2 Влияние различных субстратов на вкусовые вещества плодовых тел

Различные субстраты по-разному влияют на летучие вкусовые вещества, вкусовые аминокислоты и другие нелетучие вкусовые компоненты. Некоторые субстраты могут содержать относительно богатые вкусовые аминокислоты, которые поглощаются грибом и повышают их содержание в плодовых телах. Например, в плодовых телах гипсизигуса, выращенного на китайских лекарственных отходах, содержание аминокислот с умами и сладким вкусом выше, чем при использовании сорговой шелухи^[87]. Разные субстраты изменяют видовой состав и содержание летучих соединений, способствуют образованию определённых ароматических компонентов и влияют на общий аромат. Юй Чанся и др.^[88] на основе анализа изопентаналя, гексаналя, 1-октен-3-ола, метантиола, 2-пентилфурана, диметилсульфида и других основных летучих веществ установили значительные различия аромата плодовых тел вольвариеллы на разных субстратах: лучшее качество аромата — на отходах вёшенки королевской, худшее — на отходах опёнка зимнего. Инь Чаоминь и др.^[89] в сравнительных опытах показали, что субстрат из хлопковой шелухи благоприятствует образованию вкусовых сложных эфиров у плевротовых грибов, а смешанные опилки — образованию свободных аминокислот. Субстрат может также влиять на содержание и состав других вкусовых веществ. Юй Чанся и др.^[90] установили, что при культивировании вольвариеллы на хлопковой шелухе содержание и состав гидролизованных аминокислот оптимальны, а на рисовой соломе — содержание растворимых сахарных спиртов и органических кислот максимально. Ли Цзин и др.^[91] при частичной замене отрубей ферментационной жидкостью кукурузного сиропа при культивировании вёшенки королевской получили более высокое содержание растворимых сахарных спиртов, органических кислот и 5'-нуклеотидов по сравнению с контролем.

VII. Исследования по культивированию съедобных грибов на грибных отходах

7.1 Виды грибных отходов и способы их использования

По видам отходов в последние годы отечественные исследователи больше всего изучают отходы индустриальных грибов — вёшенки королевской, опёнка зимнего, гипсизигуса, морского гриба, а также традиционных крупномасштабных культур — шиитаке и аурикулярии. Кроме того, всё большее внимание привлекают новые виды отходов: отработанные питательные мешки сморчков, отработанная древесина гастеродии, отработанный рисовый субстрат кордицепса северного и др.

По способам использования основной путь — культивирование траворазрушающих грибов на отходах дереворазрушающих; при этом отходы обычно комбинируют со свежим сырьём. Некоторые отходы (отработанная древесина тремеллы, отходы аурикулярии и др.) могут частично заменять свежие опилки при культивировании других дереворазрушающих грибов. Большинство отходов одновременно служат источником углерода и азота; например, отработанный рисовый субстрат кордицепса северного — типичный заменитель азота^[92]. Помимо прямого измельчения свежих отходов и смешивания, Чжан Тэнсяо и др.^[93] применили четыре метода модификации (щелочная реакция, компостирование, прокаливание, ультразвук), что эффективно повысило урожайность и качество опёнка зимнего при культивировании на отходах.

7.2 Оценка эффективности и оптимизация рецептур

Вопрос безопасности при использовании отходов для культивирования других съедобных грибов — главный приоритет текущих исследований. Чэнь Фужун и др.^[94] использовали отходы вёшенки королевской как добавку при повторном культивировании вёшенки, вёшенки королевской и опёнка зимнего; содержание As, Hg, Pb, Cd в плодовых телах было ниже национальных стандартов.

Текущая «горячая точка» — комплексное сравнение состояния роста мицелия, урожайности, питательного состава плодовых тел и экономической эффективности для отбора оптимальных рецептур. Вэнь Цин и др.^[95] исследовали влияние разных долей индустриальных отходов опёнка зимнего на агрономические признаки и питательный состав плодовых тел вёшенки при культивировании на термически обработанном субстрате и предложили оптимальную дозировку. Ли Чжэнпэн и др.^[96] при замене отработанного хлопка 60 % (по массе) отходов вёшенки королевской и шампиньона сократили цикл производства вольвариеллы на 1,6 суток и повысили урожайность на 15 % и 17 % соответственно. Чэнь Хуа и др.^[97] установили, что замена 30 % (по массе) рисовой соломы отходами вёшенки королевской даёт максимальную урожайность агарикуса, при этом массовые доли сырого белка, аминокислот и полисахаридов в плодовых телах превосходят традиционную рецептуру, а стоимость сырья снижается более чем на 35 %.

VIII. Перспективы

За последние 10 лет исследования субстратов для культивирования съедобных грибов в Китае дали богатые результаты во многих областях, проявив тенденции к диверсификации источников субстратов, разнообразию способов обработки и комплексированию рецептур. Значительно углубилось понимание закономерностей сукцессии микробных сообществ, механизмов активности внеклеточных ферментов и утилизации субстратов, а также влияния субстратов на питательный состав и вкусовые вещества плодовых тел. Будущие исследования могут сосредоточиться на следующих направлениях:

(1) Углублённый анализ механизмов влияния компонентов субстрата. Исследования будут далее фокусироваться на механизмах регуляции роста и развития съедобных грибов разными компонентами субстрата, особенно на молекулярных механизмах ключевых процессов деградации субстрата, транспорта питательных веществ и синтеза вторичных метаболитов. Регуляторные сети ключевых генов, связанных с трансформацией питательных веществ и синтезом метаболитов, станут «горячей точкой»^[98].

(2) Быстрая разработка и промышленное внедрение коммерческих субстратов. С развитием индустриального производства съедобных грибов цепочки всё более специализируются; профессиональные производители коммерческих субстратов ускорят разработку высокоэффективных, безопасных и функциональных субстратов для разных видов грибов, особенно специализированных комплексных продуктов с разнообразными добавками. Одновременно важным направлением станет разработка модифицированных субстратов с повышенной стрессоустойчивостью для нетрадиционных условий (высокогорье, пустыни, засолённые земли).

(3) Расширение исследований структуры и функций микробных сообществ ферментированных субстратов и покровного слоя. Текущие исследования в основном сосредоточены на механизмах стимуляции роста и антимикробного действия полезных микроорганизмов на разных стадиях. В будущем больше внимания будет уделяться экологическим аспектам: взаимодействиям между сообществами, функциональной избыточности и регуляторным сетям, что позволит реализовать точное регулирование и эффективное использование микробных ресурсов.

(4) Создание системы оценки экологических рисков и биобезопасности новых субстратов. С расширением применения новых материалов в субстратах всё важнее оценка их потенциального воздействия на экосистемы и здоровье человека. Поэтому необходимо создать научно обоснованную системную систему оценки, всесторонне оценивающую экологическую безопасность, питательное качество плодовых тел и потенциальные токсикологические эффекты новых субстратов, чтобы гарантировать отсутствие негативного влияния на окружающую среду и здоровье человека при обеспечении урожайности^[99] и способствовать благополучию человечества.

(5) Разработка технологий циклического использования грибных отходов и повторного применения субстратов. С ростом производственных мощностей повышение эффективности использования ресурсов и снижение затрат становятся насущными задачами отрасли. Изучение возможности многократного использования субстратов, закономерностей изменения их физико-химических свойств при повторном применении и влияния на урожайность и качество съедобных грибов предоставит теоретическую основу и техническую поддержку для построения зелёной, низкоуглеродной и устойчивой системы производства съедобных грибов.

(6) Разработка и внедрение интеллектуальных систем управления субстратами. С помощью технологий Интернета вещей, больших данных и искусственного интеллекта разработка интеллектуальных систем управления субстратами, применимых к разным видам съедобных грибов и обладающих способностью к самообучению и эволюции, для непрерывного мониторинга и точного регулирования параметров всего процесса — от происхождения субстрата, его обработки, анализа питательных веществ до утилизации — является одним из ключевых путей модернизации технологий индустриального производства в будущем^[100].