运用ArcGIS软件分析杏鲍菇搔菌面菌丝恢复状况

刘乃旭　颜正飞　何 欣　李长田*（.吉林农业大学中药材学院，吉林　长春　30000；.吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心，吉林　长春　30000）



运用ArcGIS软件分析杏鲍菇搔菌面菌丝恢复状况

刘乃旭1颜正飞1何 欣2李长田2*
（1.吉林农业大学中药材学院，吉林长春130000；
2.吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心，吉林长春130000）

摘 要通过运用ArcGIS 软件分析菌丝生长形态和菌丝恢复生长速度，了解工厂化瓶栽杏鲍菇搔菌后的菌丝恢复情况：菌丝第2天开始大量恢复，第5天基本完全覆盖料面；搔菌后第一天菌丝恢复缓慢，适应环境后开始快速生长，菌丝覆盖料面后第6天开始形成大量原基。

关键词杏鲍菇；搔菌；ArcGIS软件；菌丝恢复；观测

ArcGIS是美国环境系统研究所（简称ESRI）研制的集成地理信息系统和桌面制图系统软件。它集空间分析、统计图形、关系型数据库、空间图形、网络通讯于一体，易于操作，简单实用［1］。此软件可进行多种数据格式间的转换，被应用于城市规划、国土管理、灾害预测、环境评估、资源调查、农林牧业、水利电力、交通运输、军事公安、统计、商业、金融等诸多领域［2］，是一系列地理数据集和应用于这些数据集的操作工具［3］。将其运用到食用菌生产上，能为食用菌科研工作和生产提供便利。

杏鲍菇经过搔菌处理后，老菌皮被刮去，料面受到破坏，栽培料裸露，其中还夹杂着少许菌丝。受到刺激的菌丝从栽培料内重新长出，而新生的气生菌丝覆盖料面的速度快慢将直接影响原基的形成，进而影响整个生产流程的进度。新生的气生菌丝与匍匐菌丝受人为调控影响，其覆盖料面的恢复速度可以表示菌丝的生长速度，所占料面的比例越大说明其恢复速度、生长速度越快。

菌丝生长阶段，积累大量的营养，为子实体形成与生长做准备，因此，监测菌丝的生长对食用菌生产具有重要的意义［4］。在实际生产中，料面并不光滑平整，菌丝的生长速度、恢复速度都很难观测，而应用ArcGIS 软件，可有效破解这个难题。

1　材料与方法

1.1供试菌株

L2702，菌株由长春市吉林农业大学食药用菌工程研究中心提供。

1.2培养料

PDA培养基：马铃薯200 g，葡萄糖20 g，琼脂粉10 g，蒸馏水1 000 mL。

栽培料培养基：木屑35％，玉米芯25％，麸皮25％，玉米粉9％，豆粕4.5％，轻质碳酸钙1％，石灰0.5％。

1.3试验方法

接种后的栽培瓶通过传送带转移到培养室，菌丝在此期间蔓延、降解、代谢，释放出大量CO2和生物热，维持CO2浓度在1 000 mg/L以下，室温调控在20～23℃，略低于菌丝最适培养温度。

发满菌后的栽培瓶转移到搔菌室搔菌，搔菌后将栽培瓶倒扣。搔菌处理后5天内，生育室调控温度在14～16℃，相对空气湿度在90％以上，CO2浓度在800～2 000 mg/L。

搔菌后，每天取栽培瓶采集料面照片，肉眼观测、人为评价菌丝恢复状态。运用ArcGIS软件处理，测得菌丝恢复率。

1.4数据处理

运用ArcGIS 软件对1.3方法采集到的照片进行分析，对菌丝在料面的分布情况作数据化处理，获得搔菌后创面的菌丝恢复至形成原基前的整个变化过程。

2　结果与分析

2.1软件使用

（1）瓶口料面提取。在 ArcGIS 软件中打开该图像；然后利用该软件中的提取分析工具，将培养料料面部分提取出来（图1）。

（2）掩膜提取获得二值图。以绘制的功能将选定图形转换成要素，将彩色图像转换成二图像。由于图像内菌丝、玉米芯、木屑等物质所显示的色差各不相同，而同种物质则大体相同（图2），菌丝覆盖部分的临界像素值为138。

图1　料面处理图像

图2　料面处理后二值图

（3）二值图山栅计算。根据临界像素值利用栅格运算器工具生成新的图层（图3），其中有菌丝覆盖的部分属性值为 1，没有菌丝覆盖的部分属性值为0。打开新图层的属性表（图4），可以查出1的栅格数为662424，0的栅格数为873576，从而计算出菌丝覆盖的面积比为0.431。

图3　料面处理后栅格图

图4　料面栅格图计算处理

2.2菌丝恢复期的变化过程

图5所示的是搔菌后第1天到第7天料面情况，老菌皮刮去后，料面裸露出来，无大片连接菌丝，中间洞口是因搔菌刀规格限制，不能完全搔到，后期对料面二值图处理时会去除孔洞，排除此干扰因素。菌丝逐渐恢复，第2天与第1天相差无几，第3天菌丝明显增多，但仍有栽培料裸露，第4天只有少量栽培料裸露，第5天菌丝几乎覆盖全部料面，而且部分料面出现少量原基，第6天菌丝完全覆盖料面，菌丝扭结形成大量原基，第7天原基越来越多，部分原基开始分化菇蕾。

图6是上述料面菌丝恢复过程图像栅格图，白色部分是刮去菌丝后料面的裸露情况。由于受肉眼识别色差能力所限，难以辨别所有的菌丝与料面情况，更不能用准确数据表示菌丝的数量变化过程。从图6可以看出，搔菌完毕后料面夹杂着部分菌丝，因栽培料缝隙不均匀，栽培料内部空间不等，只要存在空隙菌丝就可生长发育，所以会有如图的料面情况。第2天，部分菌丝恢复，但数量很少；第3天菌丝大量覆盖料面；此后裸露料面逐渐减少，菌丝开始分化出原基，呈现营养生长向生殖生长转变。

图5　料面菌丝恢复过程图像

图6　料面菌丝恢复过程栅格图

图7　料面菌丝恢复率

由图7可以看出，第1天至第2天菌丝生长速度缓慢，第2天至第3天生长速度加快，第3天后的生长趋势趋于平缓。搔菌是对菌丝的一个破坏动作，菌丝在受到刺激后，经过短暂的适应，开始重新萌发，覆盖裸露的料面。随着菌丝的活性增强，生长速度也随之加快。后期随着裸露料面的减少和营养物质的消耗，菌丝生长速度逐渐降低。第5天菌丝覆盖率没有达到100％，原因在于软件对像素分析时把原基遮挡闪光灯产生的阴影计算在内，产生少许误差。

3　讨论

在菌丝恢复过程中，第1天是适应期，第2天开始爆发式生长，待到第4天开始平稳。此过程只是菌丝受损后恢复的过程，前期菌丝发育已经积累了大量营养物质，积累的营养物质为其生殖生长过程提供了营养和能量；而受损后养分转移到受损部位，营养供给充分促使菌丝生长快速，而新生菌丝活力旺盛，在温度、湿度、光照与CO2等的共同作用下，能更快地表现出应激性反应，促使其由营养生长转变为生殖生长。

食用菌菌丝体变化过程虽明显，但肉眼观测结果只能大概描绘其外在形态变化，而具体的数据化表达则不能完成；而定性定量地描绘其生长过程，对研究菌丝变化意义重大。ArcGIS软件所具有的图像分析处理能力与计算机快速计算功能相结合，对人们研究不规则的菌丝生长，有着重要的意义和作用。

参考文献

［1］张晓东，褚小东，张刚刚.ArcView在地图管理中的应用［J］.重庆科技学院学报:自然科学版，2010，12（3）:177-179.

［2］于传才.基于ArcGIS与ENVI一体化的遥感影像数据的网络发布与共享［D］.西北大学，2010.

［3］王晓明.基于 Geodatabase的战场环境信息数据模型研究［D］.中国人民解放军信息工程大学，2005.

［4］杨娟，郭倩，王瑞娟，等.ArcGIS空间分析技术在微生物菌丝生长观测中的应用［J］.农业网络信息，2008（9）:10-11.

Analysis of mycelium recovery of Pleurotus eryngii after surface scratching with ArcGIS

Liu Naixu1Yan Zhengfei1He Xin2Li Changtian2*
（1.College of Chinese Medicinal Materials，Jilin Agriculture University，Jilin，Changchun，130000；2.Engineering Research Center of Chinese Ministry of Education for Edible and Medicinal Fungi，Jilin Agricultural University，Jilin，Changchun，130000 ）

AbstractArcGIS software was used to observe microbial growth，in order to obtain accurate data on Pleurotus mycelium recovery growth morphology and growth rate after surface scratching to understand how the cultivation process changes the mycelium recovery process.The results showed that a large number of hyphae recover substantially from the2ndday after surface scratching，and completely cover the full surface in 5thday； Primordia were formed from 6thday after surface scratching.

KeywordsArcGIS；scratching；mycelium recovery；observations

中图分类号：S646

文献标识码：B

文章编号：2095-0934（2016）03-180-04

基金项目：《食用菌精准化生产与技术研究与示范》（2013BAD16B05）

作者简介：刘乃旭（1988—），男，吉林农业大学，硕士，主要研究方向：菌物生态学。E-mail :345980923@qq.com

*通讯作者：李长田（1970—），男，吉林农业大学，教授，主要研究方向：菌类作物工厂化栽培。E-mail :changtianli@126.com