作者简介:
谭方河,四川省林业科学研究院副研究员,重庆美哉菌业有限公司技术总监。长期从事羊肚菌新品种选育及高效栽培技术研究,曾获得国家科技进步二等奖、部省级科技进步一等奖,曾先后到意大利、美国及法国访问考察学习,首创羊肚菌外营养袋栽培技术,极大地促进了羊肚菌人工栽培技术的发展。羊肚菌外营养袋栽培技术,在我国走过了十余年的生产实践,历经发展,日臻完善,如今已成为中国羊肚菌人工栽培技术之鼎,为我国羊肚菌商业化栽培技术的推广应用发挥决定性作用。
知识解锁:羊肚菌外营养袋技术
我国从20世纪80年代开始涉足羊肚菌人工栽培技术研究,经历了从栽培不出菇、出菇但不稳定、能出菇但无产量等各个阶段,总体上都达不到商业化栽培的要求,没有能够形成真正意义上的商业化栽培技术。采用外营养袋技术,彻底解决了人工栽培条件下营养的有效供给问题。
外营养袋技术与有效的栽培品种和恰当的栽培管控技术相结合,历经十六年,逐渐形成我国羊肚菌室外大田栽培的三大技术支撑,即以品种技术为基础,外营养袋技术为核心,栽培管理技术为桥梁。其中最为核心、最为关键的要素就是外营养袋技术的应用,没有了外营养袋就没有真正的羊肚菌商业化技术,虽然目前我国羊肚菌发展势头如火如荼乃至势不可挡,就羊肚菌商品化栽培技术而言,还仅仅是个开端,还不是属于成熟的商业化栽培技术。
一、 世界羊肚菌商业化栽培技术发展回顾
珍稀野生食用菌——羊肚菌,由于其相当美味的食用菌特征,有关野生羊肚菌的人工驯化栽培研究,在100年甚至有文献追溯至近200年的历史长河中,都是全球食用菌栽培爱好者、专家学者及科技工作者热衷于探索的领域。早在136年前的1883年,法国人Roze就在室外成功培育出羊肚菌子实体,这是在羊肚菌人工栽培历史上从文献记载中所检索到最早关于羊肚菌栽培长出子实体的案例。其后的100年里,先后有不少关于羊肚菌野外栽培长出子实体的报道,但是一个世纪以来没有解决羊肚菌人工栽培出菇的可重复性问题,更谈不上提高产量,羊肚菌商业化栽培成了名副其实的世纪难题。
直到1982年,美国人D. Ower发明了羊肚菌室内人工栽培方法,后面形成划时代的羊肚菌栽培专利(4,594,809. U.S.1986; 4,757,640. U.S.1988; 4,866,878. U.S. 1989.)
1. 美国划时代羊肚菌专利技术。
实际上早在1980年美国旧金山大学一位在职博士研究生D. Ower先生就在人工气候室内培育出羊肚菌子实体,这一重要成果于1982年发表于美国真菌学学报《Mycolagia》(Notes on the Development of the Morel Ascocarp: Morchella esculenta,Mycologia 74: 142-143. 1982.)。之后经过与有关公司合作,经历四年形成羊肚菌人工栽培历史上第一个划时代专利,专利发明人共三人:Ronald D. Ower, Gary L. Mills, Malachowski。Ower 本人却在专利公布前夕不幸身故,这是羊肚菌人工栽培研究发展史上一件非常不幸的事件。该专利经过后继者不断进行工厂化努力,最终基本实现了室内周年化商品栽培。
该项专利栽培技术上的主要关键技术都属于原创(首创),菌工艺、羊肚菌原基形成及子实体培育工艺等。最终定格为以生产菌核作为营养库栽培羊肚菌这一工艺方案,而没有形成外营养添加栽培羊肚菌工艺。在人工栽培技术原理上,专利对两个重大技术难题说得十分含糊:其一是栽培品种的选择问题,其二是羊肚菌营养补给问题。该专利信息量丰富,所述内容真实但阅读者很难看明白,外人阅读这个专利总有“神龙见首不见尾”的感觉,很难把握住其所述核心技术究竟是什么。以至于自这个羊肚菌人工栽培历史上首个专利公布之后,全世界的羊肚菌人工栽培爱好者不断模仿,不论室内或是室外模拟专利栽培,竟然没有一例成功者(当然专利拥有者例外),长期以来,全世界只有美国(专利拥有者)能进行羊肚菌人工商业化培育,这给世界羊肚菌人工栽培技术披上了一层更加神秘的色彩。
但事实上,美国的羊肚菌工厂化生产持续近20余年,其实该专利在美国的生产实践证明,羊肚菌生产一直跌跌撞撞不大顺利。曾有报道该专利技术一度在欧洲瑞士开设分厂,但后来也渺无音讯。美国羊肚菌专利生产栽培,生产车间运行最顺利的年份,按照干品计算其人工羊肚菌年产量仅仅十吨左右(实际上专利生产方都是生产新鲜羊肚菌配送销售,因其价格长期高企,所以生产者没有做干品羊肚菌销售),这个产量实在是微不足道,对美国国内羊肚菌市场基本上没有影响,对世界羊肚菌栽培与加工等羊肚菌产业的发展影响甚微。
更令业界意外的是,美国羊肚菌工厂化栽培在2007—2008年间也走到了尽头,最后倒闭了,倒闭的真实原因是室内栽培羊肚菌,产量不稳定,满足不了生产订单需要倒赔定约方,最后实在是支撑不住了所以只好倒闭。
另外在2000年时,以色列学者曾经宣称成功掌握了羊肚菌室内培育技术,并且在网络上宣布其技术超过了美国专利,曾发布消说在大致四、五年之后,全世界的主要羊肚菌消费市场将有以色列人工羊肚菌应市。以色列曾组建羊肚菌生产公司并开展羊肚菌商业化栽培,但是迄今我们在世界羊肚菌市场上也没有见到以色列产的人工羊肚菌,说明以色列也根本未能实现羊肚菌商业化生产。分析原因,认为美国羊肚菌室内工厂化栽培技术还不是一个完全成熟的技术,有关羊肚菌工厂化栽培技术,还根本没法与蘑菇之类的工厂化栽培技术相提并论。羊肚菌这个特殊子囊菌,在实施工厂化栽培过程中远不如其它工厂化栽培的食用菌种类(主要是担子菌)稳定,运行成本太高且结果还不确定。因此,客观情况是全世界迄今为止还没有形成在商业上立得住足的真正的工厂化羊肚菌栽培技术。
还有一个重要事实,美国羊肚菌室内周年栽培专利发明者中有一位名为Malachowski的,在美国羊肚菌专利早期转让过程中分得利益,自己主动脱离了美国羊肚菌人工栽培专利拥有者团队,终身不得从事专利所保护的羊肚菌室内栽培技术。但是这位羊肚菌室内栽培专利发明者,到了北加州一个名叫Graton的小镇,另起炉灶创造了一种后花园羊肚菌栽培方法,出售菌种和栽培技巧,小公司运营了近三十年,但是他的羊肚菌栽培方法里面从来就没有也根本不涉及外营养添加程序。他所经营的羊肚菌栽培技术没有解决羊肚菌人工栽培可重复性与高产性问题,因此算不上商业栽培技术。
2. 羊肚菌人工商业化栽培技术的两大最大技术难题。
一般来说早期是因为不了解羊肚菌的生活史,所以难以栽培成功。早年进行羊肚菌栽培研究,不知道要栽培羊肚菌需要向哪个方向重点努力,基本上都有大海涝针。在营养生长向繁殖生长转化这个环节上,有三种探讨的方向:一种就是子囊菌不同型的菌体配合说,第二种是所谓伴生菌假说,还有一种观点就是所谓“公母孢子”推测等等。美国的室内专利公布后,更是让不少羊肚菌栽培探索者以为为羊肚菌子实体形成必须要要有菌核。伴生菌及所谓“公母孢子”的推论,以及羊肚菌由菌核发育而成,统统被证明是错误的。国际上早有学者研究认为有的羊肚菌属于菌根菌,具有共生特征,这类羊肚菌栽培难度很大。事实上羊肚菌有共生类型、还有有兼性寄生类型,也有纯腐生类型。除非用纯腐生类型的羊肚菌,其它类型的羊肚菌是难以进行人工驯化栽培的。即使是腐生类型的羊肚菌菌株,很多羊肚菌种(品种)也难以驯化栽培,即使出菇也不具有商业价值。黄色羊肚菌类群在世界范围内分布最为广泛,随处可见,菌株最容易获得,但是栽培驯化却十分困难。即使是黑色组羊肚菌,很多菌株都很难栽培。早期许许多多羊肚菌栽培探索者或爱好者,很多都用本身就没有商业栽培价值的菌株进行驯化栽培测试,结果铩羽而归。正是这一原因,羊肚菌早期栽培探索者很多都是用一个不易栽培的种类进行试验,导致很长时间没有能够突破羊肚菌人工栽培技术,这是长期以来无法突破羊肚菌商业化栽培技术第一个重要原因。
即使碰巧获得一个在栽培学上可操作性强的纯腐生型羊肚菌菌株,还有一个重大拦路虎就是羊肚菌对营养的需求如何解决的问题。羊肚菌利用营养的状态与其它腐生菌有很大不同,常规培养腐生食用菌的营养供给方式不能满足羊肚菌的营养需要。一百多年以来,时有报道羊肚菌栽培长出了子实体,但是总是没法解决重复性问题。人工栽培驯化能够长出子实体,说明栽培者使用的菌株是个可以进行人工驯化栽培操作的好菌株,不能重复、产量不高则主要是没有真正解决羊肚菌营养的供给问题,这一问题事实上成了羊肚菌人工商业化栽培一直未能突破的另外一个重大技术难题,而且是最为核心的难题。
3. 中国羊肚菌外营养袋栽培技术的产生。
1994年,四川绵阳食用菌研究所申请了我国第一个羊肚菌大田栽培技术专利。这在中国羊肚菌人工栽培驯化历史上起到了很大的促进作用。至少让很多羊肚菌栽培爱好者认识到羊肚菌是可以成功栽培驯化的,激励了不少羊肚菌人工栽培爱好者投入到该领域。虽然后来的实践证实1994年的这个羊肚菌栽培专利技术还存在重复性及产量不高的技术瓶颈,它并不是一个具有商业价值的技术,但是有关团队后来进行了商业宣传运作,尤其是在央视的农村频道的播报内容,让很多单位或个人都投身于羊肚菌的早期人工栽培技术探索之中。从某个特定角度看,这个专利在宣传方面起到了推动我国羊肚菌产业发展的作用。
四川省林科院的科技人员,在20世纪90年代也借助于世界自然基金会WWF的相关项目,开始介入野生羊肚菌的人工栽培驯化研究工作。也是在1994年,采用引进我国专利申请单位的菌株以及多年来收集的羊肚菌菌株进行羊肚菌栽培,均未能栽培出羊肚菌子实体。后来舍弃所有栽培测试菌株,采用在四川特定区域收集分离的几十个野生菌羊肚菌菌株,在成都下沙河铺进行栽培,其中一个来源于青川县乔楼镇的几枚子实体(后来测定属于六妹羊肚菌)的孢子分离菌株及组织分离菌株,播种到土壤之后总是土壤表面出现白色,看起来像一层白色的霜(后来都称之为菌霜),当时对着白色的菌霜感到非常惊奇但不知为何物,请教国内有关真菌方面的专家也没有得到正解(当时很少有关于羊肚菌分生孢子描述的文献)。后来查阅国外羊肚菌栽培文献,包括美国专利、法国最早报道的室外栽培出菇案例等,其中提到了羊肚菌分生孢子现象。显微镜下观察发现羊肚菌分生孢子不容易萌发,很难培育出菌丝。当时曾经设想这种分生孢子是否与羊肚菌栽培成功有关联,基于这种认识,其后只用能产分生孢子的菌株继续进行栽培探索,所有不产生分生孢子的菌株统统不做主要栽培测试菌株,极大的减少了野生羊肚菌菌株驯化的工作量,这成了后来羊肚菌外营养袋栽培技术能够形成的至关重要的的决策。随后按照一般食用菌的栽培思路,先后采用多种不同植物秸秆(麦草、玉米秸、谷草、大豆秸秆、油菜秸秆、红薯藤、花生秸秆等凡能找到的农业秸秆)进行全发酵、半发酵,生料或煮熟料等多种营养材料处理原材料方式,多种播种方式,进行播种观察,参照并模仿传统土生食用菌如鸡腿菇或双孢蘑菇等土生菌的栽培方式,虽然在营养方面下足了功夫,仍然没有能够培育出羊肚菌子实体,但是正是由于一直用能产生分生孢子的菌株做实验,方向正确,为后来的外营养袋栽培奠定了成功的基础。
由于多种营养配方栽培不出羊肚菌,课题组猜想需要从遗传角度努力。查阅经典真菌学书籍,子囊菌里面有的种类形成子实体是需要两种极性不同的菌丝配合,形成双核菌体,进一步可能获得子实体。根据此思路,用采集到(栽培时能产生分生孢子的)成熟的野生羊肚菌子实体,分离出子囊单孢子菌株,将不同的单孢子菌株在平板上进行对峙培养,观察到栅栏现象及不同种单孢子菌丝接触后不同的反应,其中有个当时编号为1-1和2-8的单孢子对峙培养后,菌丝总是发生爆发性生长现象。认为这两个子囊单孢子菌株很可能属于不同的配对型,猜想羊肚菌子实体的产生有可能是不同种类型单孢子菌株配对的结果。基于此猜想,于是栽培驯化重点从营养材料转为菌株配对测试。在这一研究过程中碰巧采用了Ower 专利中倒扣瓶的方式,当时是将两个单孢子分别培育为菌种,其中一个单孢子菌株的菌种按照常规播种于花钵之内与土混合后盖上土壤,另外一个单孢子菌株直接培养于玻璃罐头瓶内,菌种不取出,直接将瓶口方倒扣于播种了另一单孢子菌株的花钵表面,设想让两个菌株密集接触。说来也很巧,在1998年的各种出菇处理中出现奇迹:单孢子菌株1-1及2-8以这种方式处理的居然在花钵内长出了一枚子实体,这枚羊肚菌子实体给实验者带来了极大的震撼,后来的发现证明这是一枚了不起的羊肚菌子实体(它让羊肚菌栽培出菇与不出菇的实验继续向前并且引导出外营养方向)。
接下来,1999年重复实验,在同样大小的花钵内长出了4枚子实体,当时的结果让实验设计者坚定地以为羊肚菌人工栽培出菇必须要两种极性不同的菌株之间配对融合形成双核体。从1998年到2003年这六年间,扩大了测试,用两种单孢子菌株,以倒扣瓶的接触方式进行栽培都可以形成羊肚菌子实体,而且在出菇方面具有可重复性。后来想到,既然两个菌株以倒扣瓶的接触方式可以出菇(猜想不同极性菌株之间的融合发生了作用),若将两个菌株分别大量培养成菌丝体,再将两种代表了不同极性菌株的菌种混合播种到一起,菌丝之间可谓立体接触,这种接触融合的机率更大,推测发生原基及出菇的概率也会更大。可当将两个单孢子菌株分别培养为大量菌种,在播种时有意将这被认为是代表了不同极性的菌株充分混合之后,再播种于试验地块,试验结果与之前的设计猜想完全相反,根本没有长出羊肚菌子实体,这一结果在当时实验者相当失望。因为试验结果实际上推翻了之前认为是极性菌丝配合出菇的设想。研究工作到此已经陷入了很大的困局之中,此情形之下研究人员多次反复研读了美国1986年发布的专利,感觉出菇与否有可能与营养添方式有某种联系,但这在当时相当不确定,因为专利有这方面的描述,但不是重点也没有强调外营养的重要性和必要性。
为了验证是否是因为营养方式导致出菇的新想法,随后的栽培试验,采用一个单一(单孢子)菌株进行播种,待菌丝穿出土面产生大量菌霜后,倒扣上里面装有小麦等营养物质并经过灭菌处理的营养瓶,结果更加令人惊喜:倒扣纯营养瓶的原基形成的数量更多。不管是用什么单一的菌株,都能通过这种倒扣瓶补给养分方式获得羊肚菌子实体。从1998年持续到2003年,整整花费了六年时间,才从菌丝配合产子实体的误区走出来,明确无误地发现并证明,外营养补给方法对羊肚菌原基形成及子实体生长有重大促进作用。后来为了操作方便,将玻璃瓶换为软体塑料袋,也就是今日大量用的塑料营养包。在放置营养包的技术上,立袋倒扣营养方式一直持续到2012年,持续十多年。2013羊肚菌大田栽培立袋补给营养方式变为横袋补给方式。横袋补给方式养分利用更加高效,操作也更加方面。营养袋放置时间,从播种后需要15到20天形成分生孢子后才放置外营养袋,用了15年的时间后,到2018年采用播种一周之内放置营养袋,这一时间段放置营养袋,菌体更具活力,医用养分能力更强,抗杂性更强。
从1998年至2003年共六年,确定了羊肚菌外营养袋栽培方式。后来又经过七、八年的生产总结,到了2010年左右,逐步完善了羊肚菌外营养袋栽培体系。在外羊肚菌营养袋栽培技术体系形成的早期,不少单位包括企业及个人(比如四川省理县林业局、四川理县林业局薛城林场、四川省南江县林业局、四川省洪雅县林业局、四川省青川县科技局、四川省青川县移民局、成都市虹禾原野物产有限公司、成都市虹雨菌业有限公司等)都做出了牺牲和重要贡献,这些单位或企业或个人,今天基本不在羊肚菌外营养袋栽培技术的应用领域,有的企业早已倒闭。
从花钵中误认为是因为两种单孢子菌株配合长出第一枚子实体开始,到最终发现羊肚菌外营养袋的独特作用,这种奇特的营养补给方式极大地提高了羊肚菌人工栽培可重复性及产量。这阶段羊肚菌课题组在四川省林科院获得了体系内的项目资助,有关项目情况罗列于下:
(1) 四川省应用基础研究项目“黑脉羊肚菌人工栽培驯化机理研究”;起止时间:2000年至2002年;总经费:3.0万元。
(2) 四川林科院自立项目:“黑羊肚菌人工栽培驯化机理研究”;起止时间:2000年----2001年;项目经费:2万元。
(3) 四川省科技厅“十五”四川省农作物育种攻关项目:蔬菜(食用菌)新品种选育和引进项目(2001--11)“珍稀野生食用菌新菌株驯化研究”的子项目(2001-11-06),珍稀野生食用菌新菌株的驯化研究子专题(编号2001-11-06-17),野生羊肚菌新菌株驯化栽培方向;起止时间:2001----2005年;总经费10万元。
(4) 四川省林业厅“先导计划”科研项目:“黑脉羊肚菌人工栽培技术研究”课题;起止时间:2001—2003年 ;经费3.0万元。
(5) 科技部“西部开发科技动力”项目, “四川省秦巴山区绿色食品开发”课题,“羊肚菌新品种选择及无公害栽培技术”子课题;起止时间:2001----2004年;总经费:20万元。
(6) 四川省科技厅“十一五”四川省农作物育种攻关项目:优质高效专用抗逆经济作物新品种选育项目:蔬菜新品种选育课题(编号2006-06-04-06),珍稀野生食用菌新品种羊肚菌驯化与选育子专题;起止时间:2006----2010年;总经费20万元。