硒对灵芝和毛木耳生物学特性及基质细菌群落结构的影响

发布时间：2020-10-27 19:21

　　 本研究以灵芝和毛木耳作为硒的转化生物体,系统研究硒对两种食药用菌子实体农艺性状、活性成分、转录组基因表达及基质细菌群落结构的影响,筛选灵芝、毛木耳基质最适硒含量,为灵芝和毛木耳富硒深入研究以及开发食药用菌功能性食品、保健品奠定理论基础。研究不同硒处理对培养料理化性质的影响表明:灵芝培养料pH以菌丝满袋时总体最低,原基形成时总体最高,且灵芝不同生长时间培养料pH值大体随硒含量的增加呈先增后减趋势;毛木耳培养料pH值在菌丝满袋及耳片扩长时较高,原基形成时最低。灵芝培养料含水量大体随生长呈下降趋势,在子实体成熟时总体最低,所有富硒处理培养料含水量在子实体成熟时显著低于在原基形成时;而毛木耳培养料含水量随生长及硒含量变化不明显。培养料全氮、全磷和全钾含量作为研究背景指标,受生长时期及硒含量的影响不明显。综上可见,灵芝、毛木耳生长与硒含量共同影响培养料的理化性质,而生长时期为主要影响因子。研究不同硒处理对灵芝/毛木耳生长及生物活性物质含量的影响表明:硒可促进灵芝菌丝生长,以硒含量为100μg/g时对菌丝生长速度提高最显著;但硒显著降低毛木耳菌丝生长速度。硒可增加灵芝菌柄长度及菌盖大小,而减小菌盖厚度,对灵芝产量影响趋势不明显,以硒含量为200μg/g时产量最高;毛木耳耳片大小、平均簇重及鲜耳产量随培养料硒含量的增加呈先增后减的趋势,平均簇重及鲜耳产量皆以硒含量为100μg/g时最大,且显著大于对照,但硒显著减小耳片厚度。硒可显著促进灵芝子实体三萜酸和毛木耳子实体粗多糖的生成,而对灵芝子实体多糖含量影响趋势不明显。同时,灵芝和毛木耳可有效富集硒元素,其子实体总硒含量大体随培养料硒含量的增加而提高。培养料细菌群落结构分析表明:灵芝培养料以变形杆菌门丰度最高,而毛木耳以厚壁菌门丰度最高。灵芝培养料变形杆菌门丰度随灵芝的生长先减后增,且大致随培养料硒含量的增加而降低;厚壁菌门在毛木耳原基形成时丰度最大,而富硒对厚壁菌门丰度影响不明显。其它优势细菌门包括酸杆菌门、拟杆菌门和放线菌门等。另外,灵芝、毛木耳培养料优势细菌属分别为Lactococcus和Brevibacillus。细菌功能预测共鉴定出灵芝、毛木耳培养料细菌KEGG通路39条、41条,主要涉及代谢、环境信息处理和遗传信息处理。另外,灵芝、毛木耳生长过程中,膜转运为最主要的生物途径;该生物途径在灵芝菌柄伸长和子实体成熟时整体丰度减小,而随毛木耳的生长丰度也呈减小趋势;硒对膜转运生物途径影响明显。转录组分析共获得灵芝16113个确定的表达基因,GO数据库以分子功能相关的基因最多;毛木耳拼接获得2.56×10~5个基因,以生物进程相关的基因最多。KEGG数据库比对发现,灵芝原基形成与子实体成熟时,以氨基酸生物合成相关途径基因表达最活跃。而毛木耳转录组与“翻译”相关基因占比最大,且毛木耳原基形成和子实体成熟时,富硒对与“生物体系统”相关的所有基因有上调影响。基因差异比较发现,灵芝及毛木耳原基形成时高表达基因在子实体成熟时呈现下调;灵芝原基形成时低表达的基因在子实体成熟时表达活跃;毛木耳与硒相关的基因原基形成时比子实体成熟时表达更加活跃。研究挖掘潜在的硒富集相关基因,如灵芝富硒上调基因GL23172-G、GL29881-G、GL28298-G等,在氧化还原酶及抗氧化活性、色氨酸合成方面起到调控作用;毛木耳富硒下调基因c108476_g4与c102698_g1,参与到多种氨基酸的合成及细胞色素P450外源性代谢。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S567.31;S646.6
【部分图文】：

其中，有 15.7% OTU 单元未鉴定到门水平，且灵芝生长不同时期高质列数量为 25996-69618 个（表 1-3）。结果显示，灵芝四个生长时期培养料细菌 OTU 单元为 295 个（图 1-2）。灵芝整个生长过程培养料中共检测到细菌门（表 1-4）。其中，最丰富的细菌门为变形杆菌门，占所有细菌序列.47%-72.86%（平均为 57.23%）；厚壁菌门次之，占比 22.50%-40.33%（平.12%），以上两个细菌门共计占比 80.12%-95.93%。而平均丰度>1%的其它细菌门包括拟杆菌门（3.30%）、酸杆菌门（2.75%）和放线菌门（2.03%）表 1-3 灵芝四个生长时期高质量序列数量统计Table1-3 High quality read distribution between samples灵芝生长时期 重复 1 重复 2 重复 3菌丝满袋 54,662 49,181 49,930原基形成 69,618 66,014 65,561菌柄伸长 43,333 35,896 34,095子实体成熟 46,829 25,996 49,583

图 1-4 灵芝不同生长时期培养料细菌 NMDS 分析Fig. 1-4 Nonmetric Multidimensional Scaling ordination of bacterial communitiesbased on weighted UniFrac distance point in the diagram represents a bacterial community sample. The closer distance betweentsin the ordination space indicatesthe lower dissimilarity between the microbial communityture of these two samples.LEfSe 分析用于揭示所有细菌分类水平上灵芝四个不同生长时期培养料丰度的细菌分类群（图 1-5）。结果表明，灵芝原基形成时期根瘤菌目zobiales（如 Rhodoplanes 属）和 Sphingobium 属的丰度显著高于其它三期。而富兰克氏菌科、Alkaliphilus 属和 Erwinia 属在灵芝菌丝满袋时期三个时期，在培养料中显著富集。另外，大量细菌类群在灵芝菌柄伸长出较高的丰度，如拟杆菌门（Flavobacterium 属和 Sediminibacterium 属菌门（Candidatus Koribacter 属）、硝化螺旋菌门（Nitrospira 属）、蓝细链霉菌目）和其它细菌类群，如黄单胞杆菌目 Xanthomonadales 和红螺

图 1-5 灵芝不同生长时期培养料细菌 LEfSe 分析Fig. 1-5A cladogram showing the differentially abundant bacterial taxaat each of the fourgrowing stages of G. lucidum based on LEfSe analysis(P < 0.05, LDA score > 2)3.1.3 培养料细菌代谢功能预测研究共鉴定出培养料细菌 39 条 KEGG 通路（图 1-6）。这些通路中，48.93%与代谢有关，17.24%与环境信息处理有关，14.23%与遗传信息处理有关。最普遍的十大生物途径涉及四种功能类型，即新陈代谢、环境信息处理、遗传信息处理和未分类。通过 PICRUSt 方法预测的培养料细菌 KEGG 主要途径为膜转运，灵芝生长各时期平均占比 15.93%。而碳水化合物代谢（平均丰度 10.03%）和氨基酸代谢（平均丰度 9.81%）分别为丰度第二和第三高的生物途径。表 1-8 统计了灵芝不同生长阶段培养料细菌相对丰度大于 1%的生物途径。由表可见，灵芝菌柄伸长时期有较多的细菌功能途径和其它三个生长时期不同。在灵芝菌柄伸长阶段，膜转运、外源生物降解代谢生物途径相对丰度有所降低；而所预测的其它生物途径，如折叠、分类和降解、复制和修复、翻译、碳水化合物代谢、能量代
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本文编号：2858936