储藏稻谷真菌多样性、演替规律及其生长预测的研究

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稻谷是我国主要粮食作物之一,也是我国储备粮的主要粮种。我国稻谷主要储藏在国家粮库中,在其储藏期间,霉变是造成储粮损失的一个重要因素。稻谷储藏过程中,当储藏条件适合真菌生长时,这些真菌就会分解和利用稻谷中的营养组分、破坏其质构,使其品质发生劣变,若不及时采取相应的控制措施就会导致粮堆稻谷发热霉变。目前,相关研究内容主要围绕如何进行稻谷安全储藏。国内外关于储粮真菌研究的报道较多,但关于稻谷实仓大粮堆储藏和储粮真菌生长预测的研究鲜见报道。因此,本研究对实仓大粮堆储藏稻谷优势真菌的多样性、分布、演替规律及其储粮真菌生长预测进行了探究,以期为稻谷安全储藏与储粮真菌防控提供理论依据。
  研究储藏稻谷中真菌的种类对稻谷安全储藏有重要意义。本研究采用传统的平板菌落分离、观察所培养真菌的形态特征,使用显微镜观察优势真菌的显微结构,并结合分子生物学方法对辽宁抚顺库和重庆库储藏稻谷中的优势真菌进行鉴定研究。通过纯培养与分离鉴定,观察菌落、菌丝及孢子的形态特征,发现重庆库稻谷样品中主要分离出黄曲霉(Aspergillus flavus)和黑曲霉(Aspergillus niger),辽宁抚顺库稻谷样品中主要分离出链格孢菌(Alternaria alternara)、层出镰刀镰孢菌(Fusarium proliferatum)、芽枝状枝孢菌(Cladosporium cladosporioides)和灰绿曲霉(Aspergillus cristatus)。同时通过PCR扩增相应真菌的内转录间隔区(ITS)进行分子测序,在Genbank数据库中进行BLAST比对,进而确定菌株的种属类别。通过传统的平板菌落分离、纯培养、分离和显微鉴定,所得菌种鉴定结果与分子生物学方法结果基本一致。
  本研究基于宏基因组学研究了重庆和辽宁抚顺地区不同储藏年限、粮堆不同储藏位置稻谷真菌群落的结构与多样性;对粮堆稻谷样品进行全真菌群落DNA提取,利用IlluminaMiseq平台对粮堆储藏稻谷全真菌群落DNA样品进行测序,探究储藏稻谷真菌群落的结构与多样性间的变化趋势及其差异。研究结果发现辽宁抚顺地区稻谷样品真菌多样性显著高于重庆地区。重庆库初入库、储藏一年、储藏两年稻谷样品的真菌多样性之间没有显著差异;辽宁抚顺库初入库和储藏一年的稻谷样品的真菌多样性显著高于储藏两年的稻谷样品。通过主坐标轴分析、聚类分析对辽宁抚顺地区和重庆地区稻谷样品储藏稻谷的真菌群落结构进行了比较,结果发现两个地区稻谷样品真菌群落结构上存在显著差异,并且其各自高丰度的OTU物种组成也显著不同。对重庆和辽宁抚顺地区稻谷样品真菌群落结构与多样性比较分析后发现,重庆地区稻谷主要真菌群落在储藏过程中变化不显著,优势菌群为曲霉属(Aspergillus);而辽宁地区稻谷粮堆不同储藏位置在储藏过程中主要真菌群落变化较显著,出现的优势菌群为曲霉属(Aspergillus)、枝孢属(Cladosporium)、节担菌属(wallemia)、绿核菌属(Ustilaginoidea)等,四种优势真菌相对丰度存在显著差异。
  为探究不同储藏条件下稻谷优势真菌的演替规律,本研究选择辽宁省抚顺库高大平房仓内的储藏稻谷为试验材料,研究稻谷粮堆不同位置的温度、含水量变化对真菌种类分布及演替规律的影响。初入库时,稻谷真菌主要为收获时携带的链格孢菌(Alternaria alternara)和芽枝状枝孢菌(Cladosporium cladosporioides)经过一年低温储藏后,稻谷粮堆中各位点真菌数量均在103CFU/g数量级以内。粮堆中层和下层平均温度低于10℃,优势菌为稻谷收获期间携带的田间真菌,主要为链格孢菌(Alternaria alternara )和芽枝状枝孢菌(Cladosporium cladosporioides),低温有利于田间真菌孢子活性的保持;粮堆上层夏季平均温度可达到20℃左右,含水量在14.5%左右,储藏真菌灰绿曲霉(Aspergillus glaucus)逐渐替代了稻谷收获时携带的田间真菌而成为优势菌,高温是储藏真菌孢子萌发生长的主要原因。稻谷粮堆不同位置温度和含水量的变化,对稻谷真菌种类及生长有重要的影响,优势菌的演替可以用来表征粮堆局部微环境的变化。
  粮食储藏真菌生长受到储藏环境等多因素的影响,因此建立粮堆稻谷多因素条件下储藏真菌生长预测模型具有实际指导意义。本研究以辽宁抚顺库稻谷为试验材料,将不同水分梯度的稻谷样品,置于不同温度梯度恒温箱中模拟储藏180天,定期取样检测真菌生长状况。选取静态模拟储藏检测的1140组研究试验数据,利用MATLAB软件建立了储藏真菌孢子数与储藏温度、稻谷含水量及储藏时间的多元线性回归模型,并对该回归模型进行F检验和t检验,通过残差分析消除异常数据,进一步改进回归模型。研究结果表明,模型方程的拟合优度R2达到0.77;由回归模型可知,抚顺粮库稻谷中真菌的生长与储藏温度、稻谷含水量和储藏时间呈指数关系,其中稻谷含水量影响最大,其次是储藏温度和储藏时间。结合抚顺库实仓检测数据对模型进行实仓验证,预测结果准确率为83.3%,表明抚顺粮库稻谷真菌的生长预测模型预测效果良好,可用于指导北方粮库稻谷储粮安全状况判定。
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