Для роста мицелия съедобных грибов, как и других микроорганизмов, требуются вода, различные питательные вещества, определенное соотношение разных ионов, особенно водородных, и т. д.
Многие из съедобных базидиальных грибов являются ауксотрофными, т. е. для своего роста нуждаются в определенных факторах роста — витаминах, аминокислотах и т. д.
Главную роль в питании грибов играют углеродсодержащие субстраты, обеспечивая грибной организм углеродом, необходимым для синтеза веществ живой клетки, и участвуя в процессах окисления, где являются единственным источником энергии. Высшие базидиальные грибы, к которым относится большинство известных съедобных, являясь экологически неоднородной группой, сталкиваются в природе с большим разнообразием углеводов, чаще всего с полимерными формами простых сахаров. Поэтому при искусственном культивировании съедобные грибы предпочитают сахара другим источникам углерода. Существует мнение, что глюкоза является универсальным источником углерода для всех грибов, хотя она и не всегда обеспечивает максимальный рост мицелия. Для большинства съедобных грибов фруктоза является таким же хорошим источником углерода, как и глюкоза.
Из пентоз хорошо используется многими подстилочными и дереворазрушающими грибами ксилоза. На ксилозе лучше всего растут виды Agaricus, хорошо растут виды Coprinus. Из спиртов для многих базидиомицетов пригодны 6-атомный спирт маннит и 3-атомный — глицерин.
Из дисахаридов грибами используются мальтоза, целлобиоза: сахароза, по мнению многих исследователей, не является универсальным источником углерода, а лактоза использовалась наименьшим количеством исследованных штаммов.
Из полисахаридов наилучшим источником углерода является крахмал. Для многих грибов, в частности Tricholoma, Agaricus, хорошим источником углерода являются пектиновые вещества, им уступают декстрины.
Большинство высших базидиомицетов в природе принимают участие в разложении целлюлозы и хорошо используют этот высокомолекулярный углевод при искусственном культивировании. Лигнин используется многими дереворазрушающими и подстилочными грибами, однако в культуре грибы, как правило, должны быть адаптированы к этому источнику углерода. Наиболее доступен для базидиальных грибов так называемый биологический лигнин. В процессе разложения древесины разрушаются связи клетчатки с лигнином, что делает его доступным для питания гриба. Многие дереворазрушающие грибы хорошо используют лигносульфонат кальция, содержащийся в сульфитном щелоке — отходе целлюлозно-бумажной промышленности.
Относительно усвоения высшими базидиомицетами, в том числе съедобными, углеводородов сведения в литературе очень немногочисленны. При выращивании на мягких парафинах 11 видов базидиомицетов мы отметили их слабый рост, несколько лучше росли Armillariella mellea, Coriolus zonatus, Schizophyllum commune.
Японские исследователи приводят данные об усвоении высшими базидиомицетами, в том числе Pleurotus ostreatus, Flammulina velutipes, Lentinus edodes, Schizophyllum commune, неуглеводных источников углерода, интересных с точки зрения метаболизма этих грибов и как дешевые субстраты.
Изучалось усвоение алифатических спиртов, α-алканов, органических кислот трикарбонового цикла, приведены сравнительные данные о биохимическом составе плодовых тел и мицелия при выращивании грибов на глюкозе и неуглеводных субстратах. Многие испытанные субстраты оказывали стимулирующее действие как на рост мицелия в глубинной культуре, так и на плодоношение. У Lentinus edodes хорошие результаты получены на метаноле. Flammulina velutipes обнаружил хороший мицелиальный рост и плодоношение на этиловом и изопропиловом спиртах, пропиленгликоле, молочной и α-кетоглютаровой кислотах, глицерине. Стимулирующее действие оказывало добавление в среду 0,1 % дрожжевого, мясного или мальц-экстракта. Для образования мицелия у Pleurotus ostreatus наилучшими оказались глицерол и этанол. Выход мицелия на среде с 2%-ным этанолом через 72 ч составлял 10,5 г/л; мицелий содержал 55—60% белка и имел более приятный запах, чем на среде с углеводами. Испытанные грибы хорошо усваивали также этиловый, изопропиловый и пропиловый спирты, глицерин, лимонную, щавелевую, α-кетоглютаровую, молочную, яблочную, янтарную кислоты, пропиленгликоль.
Подбор источника азота очень важен для достижения хорошего роста мицелия в культуре. Потребность грибов в азоте в значительной мере зависит от снабжения углеродом, а также и от других факторов. Грибы могут использовать как неорганические, так и органические источники азота. Основными источниками неорганического азота являются нитраты и аммонийные соли. По мнению ряда исследователей, нитраты плохо усваиваются многими высшими базидиомицетами. Имеются, однако, сведения, что некоторые виды Tricholoma лучше использовали нитраты, чем соли аммония. Аммонийный азот усваивается, как правило, всеми экологическими группами высших базидиомицетов. Отношение к источникам азотного питания может быть различным у разных штаммов одного и того же вида.
Из органических источников азота, используемых для выращивания мицелия съедобных грибов на жидких средах, чаще всего используются мочевина, пептон, аминокислоты. Обычно органический азот обеспечивает лучший рост мицелия по сравнению с минеральными солями. Наилучшими источниками азота для большинства грибов являются пептоны, содержащие высоко — и низкомолекулярные полипептиды и даже свободные аминокислоты. Хорошим источником его является гидролизат казеина, содержащий все важнейшие аминокислоты за исключением триптофана. Исследования физиологии видов рода Coprinus показали, что существуют штаммовые различия в усвоении разных форм азота. Так, одни штаммы С. fimetarius Fr. способны усваивать нитраты, другие — нитриты. По отношению к высокомолекулярным углеводам были выделены виды, разлагающие только лигнин или только целлюлозу, или то и другое. Хорошо используется грибами в качестве источника органического азота мочевина.
Изменение концентрации азота в среде при одном и том же содержании углерода приводит к изменению количества и химического состава образуемого мицелия.
Для создания оптимальных условий роста мицелия необходимо правильное соотношение в среде углерода и азота. Обычно считают, что для роста разных видов высших базидиомицетов благоприятным является соотношение С : N от 8 : 1 до 20: 1. Имеются данные о влиянии содержания азота на появление грибного запаха в мицелии.
Для нормального роста грибы нуждаются и в источниках минерального питания. В относительно больших количествах используются фосфор, калий, сера, магний и в небольших — железо, цинк, медь, марганец, кальций и др. Роль элементов минерального питания для роста съедобных грибов исследована очень мало и необходимо выяснение потребностей в них каждого конкретного культивируемого штамма.
Большинство изученных высших базидиальных грибов не могут развиваться на синтетических средах, так как нуждаются в витаминах. Гетеротрофность в отношении витамина В1 (тиамина) выделяет базидиомицеты среди других групп грибов. Тиамин принимает участие в углеводном обмене и влияет как на синтез, так и на расход углеводов. Грибы могут нуждаться в наличии в среде тиамина, одной из составляющих тиамина молекул пиримидина или тиазола, или же в обоих составных частях витамина B1. Потребность грибов в витамине B1 не является абсолютной, а изменяется в зависимости от штамма, состава среды и др. Стимулирующее действие на рост некоторых съедобных грибов в жидких средах оказывают биотин, пиридоксии (витамин В6), рибофлавин, пантотеновая кислота, фолиевая кислота и др.
Имеются данные о том, что намного эффективнее и экономичнее использовать в качестве стимуляторов такие природные субстраты, как экстракты и отвары растений, автолизаты, содержащие целый комплекс витаминов, аминокислот и др. Проведенные нами исследования показали целесообразность использования в качестве стимулирующих добавок в питательную среду отваров кормовых растений. Ниже представлены наши данные о влиянии таких добавок на образование мицелия у Pleurotus ostreatus при выращивании на жидких средах, % к сухой массе мицелия в контроле:
Контроль (минеральная среда) — 100
Минеральная среда + витамин В, — 159
Минеральная среда +0,1% отвара
вики — 288
люпина — 282
гороха — 182
фасоли — 147
люцерны — 323
кукурузы — 165
овса — 208
клевера — 188
Одним из важнейших факторов, регулирующих рост базидиальных грибов в культуре, является концентрация водородных ионов в среде. Литература, имеющаяся по этому вопросу, немногочисленна, разрозненна, а иногда и противоречива. Имеются основания полагать, что большинство высших базидиальных грибов способны расти при довольно больших колебаниях кислотности, хотя для многих оптимум лежит в пределах pH 5—6. По данным Э. Мелина, О. Модесса, Н. М. Шемахановой и некоторых других авторов, настоящие микоризообразователи хорошо растут в кислой среде, хуже — в нейтральной, а в щелочной совсем не развиваются.
Таким образом, грибы, принадлежащие к одной и той же экологической или систематической категории, могут значительно отличаться по своему отношению к исходному значению кислотности среды, изменяя ее в процессе роста в благоприятную или неблагоприятную для роста сторону, что зависит как от состава питательной среды, гак и физиологических особенностей гриба.
В. Рипачек, изучавший дереворазрушающие грибы, указывает на свойство грибов, способных разрушать целлюлозу, регулировать кислотность среды до более низких значений pH по сравнению с лигниноразрушающими грибами. Он отмечает, что штаммы одного и того же вида, выделенные из разных местообитаний, отличаются по отношению к pH среды. О. П. Низковская и Н. М. Милова, изучавшие влияние исходной реакции питательной среды на образование мицелия 15 видами (преимущественно из порядка Aphyllophorales), установили, что среди испытанных видов имелись культуры и с высокой и с низкой оптимальной кислотностью, а у 3 видов — Flammulina velutipes, Pleurotus ostreatus, Piptoporus betulinus — отмечено два оптимума кислотности.
Очевидно, что способность многих видов грибов расти при разных начальных значениях pH среды связана с их свойством изменять кислотность среды в сторону, благоприятную для их существования. Из испытанных нами такие виды, как Boletus variegatus, Coprinus ephemerus, Panus tigrinus, P. conchatus, Marasmius oreades, Pholiota adiposa и другие, в процессе роста выравнивали pH среды при всех исходных значениях, приближая кислотность среды к оптимальным для них значениям. Для проведения предварительных исследований, если pH среды не установлен заранее, можно рекомендовать использовать питательные среды с pH около 5,0, т. е. в тех пределах, в которых отмечен рост подавляющего большинства базидиомицетов как нами, так и другими исследователями.
Предварительно установив pH, оптимальный для роста культивируемого штамма, питательную среду перед автоклавированием доводят до нужного pH, учитывая, что автоклавирование несколько снижает pH. Для подщелачивания используют обычно концентрированную NaOH, для подкисления — концентрированную НСl, лимонную кислоту и др. Кислотность среды может значительно изменяться в процессе роста гриба. На изменение pH среды влияют источники азота, углерода, их соотношение в питательной среде, образование грибами в качестве продуктов метаболизма аммиака, органических кислот и т. д. Контроль за изменением pH среды ведется постоянно в процессе ферментации, и для поддержания нужного значения pH добавляют соответственно щелочь, мел, кислоту. Обычно для поддержания реакции питательных растворов на постоянном уровне применяют буферные системы. Для этой цели часто используют фосфатные буферы, так как фосфаты не ядовиты в концентрациях, обладающих хорошей буферной способностью. Накопление в среде в качестве продуктов обмена органических кислот, жиров, в результате чего резко изменяется pH среды и падает урожай мицелия, может быть вызвано избытком в питательной среде углеводов.
Если для приготовления питательной среды используют только определенные химические соединения, что особенно важно для установления потребностей в различных компонентах питательной среды, то такая среда называется синтетической. Оптимальный же рост мицелия большинства изученных съедобных грибов получен на средах с добавлением различных сложных природных субстратов — дрожжевой автолизат, пивное сусло, мальц-экстракт, отвары, экстракты растений и т. д. Такие среды называются сложными. Полусинтетические среды помимо природных субстратов содержат также определенные химические соединения. При составлении питательных сред необходимо исходить из физиологических потребностей каждого конкретного культивируемого штамма. Для получения максимального роста культур применяют сложные полусинтетические среды. Органические субстраты, входящие в состав этих питательных сред, являются обычно также стимуляторами роста. Некоторые органические субстраты имеют, однако, непостоянный состав. По мере изучения физиологии высших базидиальных грибов растет число предложенных питательных сред. В каждом отдельном случае выбор среды зависит от эколого-физиологических особенностей культуры и поставленной задачи. Хотя на синтетических средах грибы растут обычно хуже, чем на сложных, эти среды широко используются для изучения потребности в различных питательных веществах.