恒温恒湿培养箱中霉菌群落结构演变与环境因子的相关性分析
2025-05-20 15:15 0次
一、引言
霉菌广泛存在于自然环境与人类生活场景中，部分霉菌可导致食品腐败、产生毒素威胁健康，也有霉菌在发酵工业中具有重要应用价值。环境因子对霉菌群落结构的影响复杂且动态，传统研究难以精准控制变量。恒温恒湿培养箱可精确调控温湿度、气体成分等参数，为研究霉菌群落演变提供理想可控的实验环境。深入分析环境因子与霉菌群落结构的相关性，对食品行业防霉保鲜、工业发酵菌种筛选及生态环境保护具有重要意义。
二、材料与方法
2.1 实验材料
采集不同来源样本（如粮食、果蔬、土壤）作为霉菌群落初始来源，样本经无菌处理后置于含营养培养基的培养皿中。实验采用的培养基为马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基，添加抗生素抑制细菌生长，确保霉菌生长优势。
2.2 实验设备
选用高精度恒温恒湿培养箱，温度控制范围为 5 - 40℃（精度 ±0.5℃），湿度控制范围为 30% - 95% RH（精度 ±3% RH），可连接气体控制系统调节氧气与二氧化碳浓度。配备 pH 计实时监测培养基 pH 值变化，使用高通量测序仪（Illumina NovaSeq 平台）进行霉菌群落 DNA 测序分析。
2.3 实验设计
将样本分为多组，分别置于不同温湿度组合（温度：10℃、20℃、30℃；湿度：50% RH、70% RH、90% RH）的培养箱中，设置氧气浓度梯度（5%、10%、21%），并定期调节培养基 pH 值（pH 4、pH 6、pH 8）。实验周期为 30 天，每隔 5 天取样，采用无菌棉签刮取培养皿表面霉菌菌丝体，提取总 DNA 进行高通量测序。
2.4 数据分析
利用 QIIME 2 软件对测序数据进行质量过滤、聚类分析，获得操作分类单元（OTUs）。通过 CANOCO 5.0 软件进行冗余分析（RDA）和典型对应分析（CCA），探究环境因子与霉菌群落结构的相关性；使用线性回归模型量化环境因子对优势霉菌物种丰度的影响。
三、结果与分析
3.1 霉菌群落结构演变特征
高通量测序结果显示，实验初期霉菌群落以青霉属（Penicillium）和曲霉属（Aspergillus）为主。随着培养时间延长，不同处理组群落结构差异显著：高温高湿（30℃，90% RH）条件下，毛霉属（Mucor）和根霉属（Rhizopus）快速增殖成为优势种群；低温低湿（10℃，50% RH）环境中，青霉属和枝孢属（Cladosporium）仍保持较高丰度。
3.2 环境因子与霉菌群落结构的相关性
RDA 和 CCA 分析表明，温度和湿度是影响霉菌群落结构的最关键因子，解释了群落变异的 45.2%。氧气浓度和 pH 值次之，分别解释 18.7% 和 12.3%。其中，温度与毛霉属、根霉属丰度呈显著正相关（p < 0.01），湿度与曲霉属、青霉属的相关性因温度不同而改变；低氧气浓度（5%）抑制需氧型霉菌生长，促进部分厌氧型霉菌繁殖；酸性环境（pH 4）有利于青霉属和曲霉属生长，碱性环境（pH 8）则更适合毛霉属和根霉属。
3.3 关键霉菌物种对环境因子的响应
线性回归模型显示，青霉属的生长速率与温度呈二次函数关系，最适温度为 20℃；曲霉属在湿度 70% RH 时丰度最高；毛霉属的生长受温度和氧气浓度协同影响，在 30℃、10% 氧气浓度条件下增殖速度最快。
四、结论
本研究通过恒温恒湿培养箱模拟多种环境条件，明确了温度、湿度、氧气浓度和 pH 值等环境因子对霉菌群落结构演变的影响机制。温度和湿度是主导霉菌群落结构变化的核心因素，不同霉菌物种对环境因子的响应具有特异性。研究结果可为食品储存过程中的防霉控菌提供参数依据，也为工业发酵中定向调控霉菌群落、优化发酵工艺提供理论指导。未来可进一步探究多环境因子交互作用下霉菌群落的动态响应机制，以及环境因子对霉菌毒素产生的影响，拓展研究的实际应用价值。
(责任编辑：luohe)
