Конкурентные микроорганизмы на лигниноцеллюлозных субстратах

При культивировании съедобных грибов на лигноцеллюлозных субстратах конкурентные микроорганизмы часто вызывают серьезное снижение урожая. В естественных условиях ксилотрофные грибы, в частности вёшенка, растут в плотной древесине, развиваясь в ней достаточно медленно. При интенсивном культивировании вёшенки используют рыхлые субстраты. На этих субстратах ее мицелий конкурирует относительно источников питания с быстрорастущими плесенями. Наиболее агрессивными конкурентами на соломе являются виды Trichoderma.

Так как полная стерилизация соломы и культивирование в стерильных условиях экономически невыгодны при промышленном производстве грибов, возникает необходимость получения селективного субстрата, который способствовал бы росту мицелия съедобного гриба и в то же время тормозил развитие конкурентных микроорганизмов.

Разница в пищевых потребностях большинства съедобных грибов и плесеней позволяет достичь необходимого уровня селективности субстратов. Развитие плесеней зависит от наличия легкодоступных источников питания, в то время как ксилотрофные грибы способны разрушать сложные труднодоступные лигноцеллюлозные комплексы соломы. Обработка субстрата при высокой температуре вызывает гидролиз растительных полисахаридов и появление свободных легкоусвояемых сахаров, способствующих размножению конкурентных плесеней.

Виды рода Trichoderma наиболее вредоносны на стадии вегетативного роста мицелия вёшенки. Пораженные зеленой плесенью субстратные блоки подлежат выбраковке, так как не соответствуют стандартам качества и не обеспечивают высокого урожая на стадии плодоношения.

Зеленые плесени характеризуются высокой скоростью роста в широком диапазоне условий среды, ярко выраженной антагонистической активностью по отношению к мицелию вёшенки. Первые симптомы поражения появляются обычно на 6–8-й день после инокуляции в виде порошистых пятен зеленого цвета, разрастающихся на поверхности и в глубине субстрата и вытесняющих мицелий вёшенки.

В очагах развития зеленой плесени происходит подкисление среды, повышение температуры до 45°С, накапливаются продукты метаболизма, в том числе антибиотики, вызывающие угнетение и отмирание мицелия вёшенки. Условием интенсивного развития триходермы в субстрате является повышенное содержание легкодоступных соединений. Субстраты такого состава неселективны для вёшенки и не обеспечивают получение высокого урожая грибов.

Субстратные блоки, пораженные зеленой плесенью, представляют собой источник дальнейшего распространения инфекции, поэтому их необходимо удалять из помещения после обеззараживания очагов. Наибольший ущерб зеленая плесень наносит в случае раннего «старта», если для приготовления субстрата использовались инфицированные исходные материалы или заражение произошло при посеве мицелия. В первую очередь очаги зеленой плесени появляются на зерновках посадочного материала (зернового мицелия), а затем распространяются по поверхности субстратного блока.

Наиболее эффективный способ защиты от триходермы — оптимизация технологии приготовления субстрата и соблюдение правил гигиены. В ряде случаев для подавления триходермы предусматривается внесение в субстрат Фундазола.

Мукоровые грибы часто развиваются на неселективных субстратах и конкурируют с мицелием вёшенки относительно источники питания. У мукоровых грибов — ватообразный серый мицелий, при надавливании на него на поверхности субстрата остается темное пятно. Грибы этой группы обладают высокой скоростью роста и быстро колонизируют субстрат, содержащий избыток простых сахаров. Через 7–10 дней по мере истощения запаса легкодоступных источников питания мукоровые грибы вытесняются мицелием вёшенки, как правило, не нанося последней ощутимого вреда. Основными причинами развития мукоровых плесеней является недостаточная температурная обработка субстрата и несоблюдение санитарно-гигиенических правил при его подготовке и инокуляции.

Грибы-макромицеты рода Coprinus также являются конкурентами мицелия вёшенки относительно легкодоступных источников азотного и углеродного питания. Быстрорастущий мицелий Coprinus развивается на поверхности субстратного блока в виде беловато-серого налета и через 3–5 дней образует плодовые тела с колокольчатой шляпкой на тонкой ножке. Присутствие этих грибов может свидетельствовать об избытке азотистых веществ в субстрате. Coprinus относится к слабоконкурентным организмам и со временем вытесняется активно растущим мицелием вёшенки.

Грибы рода Peziza 6–8 см в диаметре, плодовые тела блюдцеобразной формы, бурой окраски. Могут образовываться на поверхности субстратных блоков различного возраста. Также являются конкурентами относительно источников питания. Массовое появление Peziza на блоках может привести к задержке начала плодоношения и снижению урожая. Причины появления — переувлажнение субстрата, неблагоприятные условия инкубации (повышенная температура внутри субстратных блоков).

Клещи — чаще всего встречаются на соломистых субстратах. Причина их появления — использование для приготовления субстрата некачественной соломы с повышенной влажностью. Клещи не наносят прямого вреда культуре вёшенки, они служат индикатором неселективности субстрата, поскольку питаются мицелием плесневых грибов, развивающихся на неселективных субстратах. Специальными исследованиями было установлено, что клещи активно распространяют споры этих грибов.

Грибные комарики (семейство Sciaridae) — повсеместно распространенные вредители. Их личинки наносят большой вред культуре вёшенки в период плодообразования и плодоношения. Они подгрызают основания ножек молодых плодовых тел и вызывают их отмирание последних.

Развитие сциарид происходит по схеме: имаго — яйца — личинки — куколки.

Имаго — мелкие насекомые (длина тела — 2–3 мм) с одной парой перепончатых крыльев. Они хорошо летают и, привлекаемые запахом свежеприготовленного субстрата и мицелия вёшенки, активно перемещаются в помещениях выращивания. Реагируют на свет. После спаривания самки откладывают яйца в поверхностных слоях субстрата под полиэтиленовой пленкой вблизи перфорации. Плодовитость одной самки — 100–150 яиц. Из яиц через 4–6 дней появляются червеобразные личинки с черной головной капсулой. Общая продолжительность личиночной стадии зависит от температуры и составляет от 20 до 12 дней при температуре 15 и 25°С, соответственно. В это время личинки интенсивно питаются мицелием вёшенки, подгрызают примордии, загрязняют субстрат, что отрицательно влияет на рост гриба. Особенно вредоносны личинки старшего возраста, имеющие длину тела 4–6 см и хорошо различимые невооруженным глазом. Они наносят значительный ущерб культуре вёшенки, снижая выход качественной грибной продукции.

Закончившие питание личинки окукливаются. Куколки сциарид открытого типа, светло-кремовые. Продолжительность этой фазы также определяется температурой и варьирует от 4 до 6 дней. Из куколок появляется новое поколение сциарид. Грибные комарики хорошо приспособлены для выживания в условиях производственных помещений. Личинки вредителя способны питаться различными органическими веществами, в том числе разлагающимися растительными остатками, а также мицелием плесневых грибов, населяющих неселективные субстраты. В поддержании численности вредителя на экономически безопасном уровне важную роль играют профилактические мероприятия: применение клеевых и световых ловушек, а также использование инсектицидов (разрешенных к применению). Наиболее эффективно применение Димилина (25% с. п.). Его вносят в субстрат при посеве вёшенки.

На вопрос читателя: а возможно ли вообще получение селективного субстрата для культивирования вешенки, мы отвечаем: конечно, возможно, потому что вёшенка способна ферментативно разрушать лигноцеллюлозный комплекс соломы. В то же время развитие конкурентных плесеней зависит от присутствия легкодоступных соединений азота и углерода. Плесени рода Trichoderma, в отличие от других конкурентных плесеней, способны разрушать еще и целлюлозу из лигноцеллюлозного комплекса. Однако триходерма не развивается на термически не обработанной соломе, что, видимо, обусловлено экранирующей способностью лигнина, покрывающего волокна целлюлозы. При высокотемпературной обработке субстрата лигноцеллюлозные связи частично разрушаются (делигнификация) и целлюлоза становится доступной для ферментативного гидролиза.

Селективность субстрата можно объяснить с точки зрения содержания легкодоступных сахаров. Высокотемпературная обработка субстрата приводит к химическому гидролизу полисахаридов и накоплению растворимых сахаров. Однако при пастеризации соломы при 65°С развивающиеся в субстрате термофильные бактерии утилизируют практически все растворимые формы сахаров, не оставляя ничего для конкурирующих с вёшенкой плесеней. В процессе ферментации происходит также подщелачивание субстрата и утилизация легкодоступных форм аммонийного азота. Для развития в субстрате триходермы необходимо сочетание ряда факторов: слабокислого pH, повышенного содержания растворимых легкодоступных форм азота и сахаров.

Ферментация должна быть проведена таким образом, чтобы легкодоступные вещества полностью были утилизированы бактериальной микрофлорой, и остановлена, пока не началось разрушение основы субстрата — лигноцеллюлозного комплекса.

Чрезмерное удлинение процесса обработки субстрата ухудшает не только физические, но и питательные его свойства.

Влияние термообработки на микроорганизмы субстрата

Термическая обработка субстрата проводится в целях уничтожения конкурентных микроорганизмов, а также вредителей (насекомых, клещей).

Наиболее чувствительны к термическому воздействию психрофилы и мезофилы, наиболее устойчивы — термофилы. В первую очередь термическая обработка уничтожает вредителей и вегетативные формы (мицелий) микроорганизмов. Споры микроорганизмов (особенно термофильных бактерий) обладают повышенной термостойкостью.

Мягкая термообработка (60…65°С), по сути, является частичной пастеризацией, т. к. при этой температуре могут свободно существовать и размножаться бактерии, относящиеся к облигатным термофилам. И этот режим является режимом ферментации для облигатных термофилов. Наиболее хорошие результаты ферментация демонстрирует при 65°С в течение 24–48 часов. За это время в субстрате развивается достаточное количество бактерий, которые полностью утилизируют свободные сахара и создают высокий уровень селективности.

Дополнительная ферментация субстрата при 45…55°С в течение 24–72 часов способствует развитию группы термотолерантных термофильных бактерий, которые в еще большей степени усиливают селективность субстрата и обеспечивают надежную микробиологическую защиту от конкурентных плесневых грибов.

Умеренная термообработка (70…85°С) уже является пастеризацией, так как уничтожает все вегетативные формы микроорганизмов и сохраняет часть споровых форм мезофилов и термофилов. Умеренная термообработка сохраняет еще некоторый уровень селективности субстрата, так как популяция термофилов после обработки достаточно быстро восстанавливается.

Жесткая термообработка (100°С и более) — при достаточной экспозиции не только пастеризует субстрат (уничтожает вегетативные формы), но и убивает споры микроорганизмов, в том числе и термофильных бактерий. Такой субстрат становится стерильным и полностью теряет селективность. На нем одинаково хорошо растет мицелий вёшенки и прекрасно развиваются конкурентные плесневые грибы.

Влияние температуры обработки на селективность субстрата

Термообработка субстрата вызывает ряд химических реакций, снижающих его селективность. Во-первых, происходит термический гидролиз полисахаридов и высвобождение легкодоступных сахаров, служащих хорошим питанием для конкурентов. Во-вторых, происходит делигнификация лигноцеллюлозного комплекса субстрата. В результате целлюлоза и гемицеллюлоза становятся доступными для конкурентных плесневых грибов типа триходермы. При высокотемпературной обработке лигноцеллюлозные связи частично разрушаются — и тем больше, чем сильнее обработка. Даже умеренная, но длительная термообработка приводит к развитию на субстрате конкурентных плесеней. Различные способы обработки оказывают как положительное, так и отрицательное воздействие на селективность субстрата.

Таблица Способы обработки субстратов

N.B. Какой тип обработки субстрата применять в каждом конкретном случае — решает сам грибовод, учитывая технические возможности, характеристики субстрата, параметры субстратного блока, качество мицелия, планировку помещения и т. д. Необходимо вести подробные записи и фиксировать все основные параметры технологических операций.

Следует постоянно контролировать состояние сырья и добавок, качество проведения подготовительных операций. Для этого проводят визуальную оценку и делают анализы субстрата на содержание общего азота (Nобщ.), влажность при хранении, влажность и рН до и после обработки. Во время термообработки измеряют температуру субстрата в нескольких точках и заносят данные в паспорт культуры.

При инокуляции и фасовке отмечают штамм мицелия, указывают производителя, норму внесения, способ посева, массу субстратного блока, количество блоков, плотность блока (кг/л), общую массу инокулированного субстрата. Обязательным требованием является построение температурного графика инкубации субстрата. Его отсутствие не позволяет правильно оценить процесс инкубации и в случае возникновения проблем с субстратом определить причину неудачи с достоверной точностью. Поэтому, уважаемые грибоводы, учитесь, учитесь и еще раз учитесь!..