地木耳(Nostoc commune Vaucher)属蓝藻纲(Cyanophyceae),念珠藻科(Nostocaceae),念珠藻亚科(Nostocoideae)念珠藻属(Nostoc)藻类。地木耳含有丰富的多糖、蛋白质、氨基酸、脂类物质、黄酮、矿质元素、维生素等,具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗菌等作用,是一种有一定食用价值与医疗保健价值的天然食品。然而,由于市场需求日益增加、环境污染加剧,导致地木耳野生资源日益减少,品质降低;加之野生地木耳在自然生长中泥沙含量多,不容易清除,也会影响地木耳的食用价值;因此,有必要对地木耳的遗传多样性、营养成分、人工培养等进行研究,以便开发与利用地木耳资源。本研究通过对我国14个省市57个地区264个地木耳样品进行研究,对保护我国地木耳的遗传资源、提高地木耳的营养价值、减少地木耳中的有害成分有重要的理论意义,同时对规模化人工培养、开发地木耳产品有极大的应用价值。具体研究结果如下:1.地木耳的遗传多样性分析:(1)本研究从14个省市57个地区收集地木耳样品264份,分布于我国西南、西北、华北、华中和华东等地木耳主产区。(2)改良CTAB法提取地木耳DNA杂质少,质量高。从100条RAPD引物中筛选出12条引物对57个居群264个地木耳样品进行PCR扩增,共获得136条带,其中多态性带131条,多态性百分率为96.3%;对其中18条带进行多态信息含量(PIC)分析显示,18条带均为中度多态性条带。(3)用POPGENE分析发现,地木耳物种水平的遗传多样性(PPB=88.04%)高于居群水平的遗传多样性(PPB=59.77%)。基因分化系数(Gst=0.6337)、AMOVA方差分析(PHIst=0.5712)、Shannon’s居群分化系数((Hsp-Hpop)/Hsp=0.6322)与基因流(Nm=0.2891)均显示出地木耳居群间遗传变异与遗传分化水平高于居群内。(4)江西宜春居群(JXYC)的遗传多样性最高;重庆长寿居群(CQCS)、湖南祁东居群(HNQD)、安徽池州居群(AHCZ)和甘肃平凉居群(GSPL)遗传多样性较低。(5)用POPGENE分析遗传距离(D)与遗传相似性系数(I),结果发现遗传距离(D)范围在0.0265~0.7098之间,而遗传相似性系数(I)在0.3608~0.9738之间;聚类分析发现,57个居群地木耳可分为8个类群,264个地木耳样品可分为9个类群。(6)遗传距离与地理距离之间的相关系数r=0.0248(p>0.05),表明遗传距离与地理距离之间相关性不明显;Nei’s基因多样性指数(He)与海拔高度的相关系数为r=0.6207(p<0.05),Shannon信息指数(I)与海拔高度的相关系数为r=0.7081(p<0.05),说明海拔高度对地木耳的遗传分化有显著影响。2.地木耳中元素含量测定:(1)用icp-aes法测定地木耳中元素含量,仪器检测限范围在0.0018~0.068μg/ml之间;相对标准偏差(rsd)值在0.28%~1.87%之间;加标回收率在95.8%~105.6%之间,说明该方法准确率和精密度高。(2)5种人体必需元素中,fe、v含量最高,分别为93.58~242.5mg/kg和6.28~52.24mg/kg;mn、zn、cu含量次之。(3)部分地区地木耳中5种必需元素fe、v、mn、zn、cu的含量高于黑木耳和黄伞,但地木耳中4种生理毒性元素al、cd、pb、ti的含量均低于黑木耳和黄伞,说明地木耳营养成分高,具有一定的开发价值。3.地木耳中多糖、脂类物质及总黄酮含量、活性检测发现:(1)57个居群地木耳多糖含量为13.68%~22.62%、脂类物质含量为1.54%~2.79%、总黄酮含量为0.41%~0.76%;红外光谱检测发现,不同地区多糖之间、脂类物质之间红外光谱峰形相似,峰位置相近,峰强度有差异,说明不同地区地木耳多糖与脂类物质组分和含量有差异;地木耳脂类物质中,非极性脂含量最高,强极性脂含量其次,弱极性脂含量最低;地木耳中总黄酮主要包含黄酮、二氢黄酮、黄酮醇和查尔酮4种类型。(2)地木耳中总黄酮抗氧化作用与抑菌作用高于多糖与脂类物质。(3)四川宜宾居群(scyb)地木耳多糖、脂类物质和总黄酮含量均最高,其含量分别为22.62%±1.08%、2.79%±0.34%和0.76%±0.11%;其抗氧化活性与抑菌活性最强,具有极大的开发价值。4.应用红外光谱鉴定地木耳,结果发现:(1)应用主成分与载荷因子分析发现,第一主成分累计可信度值达到81.85%,pc1与pc2累计可信度值达到95.94%;确定了3400~3410cm-1、1640~1650cm-1和1030~1040cm-1三个分析灵敏区;3400~3410cm-1对pc1的贡献最大,其次为1640~1650cm-1;地木耳中化学成分的差异主要体现在糖类物质上,其次为脂类和蛋白质。(2)聚类分析发现,57个居群地木耳可被分为7大表征群;不同地区的地木耳红外光谱分化不明显;地木耳主成分与地理距离相关性不大,与地木耳菌生长的环境有极大的相关性。(3)不同地区地木耳的pc1差异大,通过主成分分析可以鉴别不同地区的地木耳,为快速鉴别地木耳的产地与质量提供了一定的理论基础。5.对地木耳人工培养条件及保健饮料制备进行了研究,结果发现:(1)最佳培养条件为摇床摇动速率40rpm、培养温度25℃、光照时间“16h光/8h暗”;摇床摇动速率对地木耳人工培养影响最大,培养温度次之,光照时间影响最小。(2)四川宜宾居群(scyb)地木耳在bg11液体培养基中培养时生长最迅速,培养56天后,其鲜重增加46.3倍,干重增加35.6倍;其多糖、脂类物质、总黄酮含量高于野生地木耳、黑木耳和黄伞;人工培养地木耳中,多糖含量比野生地木耳高25.69%,脂类物质含量比野生地木耳高2.05%,总黄酮含量比野生地木耳高52.63%。人工培养地木耳中必需元素Cu、Fe、Mn、Zn含量高于野生地木耳、黑木耳和黄伞,而生理毒性元素Al、Cd、Pb、Ti含量低于野生地木耳、黑木耳和黄伞。(3)培养3天后藻殖段可形成藻丝;小菌体在培养14天后形成,其最大直径在培养21天后达到200~250μm;培养28天后大菌体形成,其最大直径在培养42天后达到5 mm;培养49天后,形成片状体,其最大直径在培养56天后达到15 mm。(4)小菌体、大菌体与片状体破裂可释放藻殖段和藻丝继续生长,形成新的菌体。地木耳人工培养对规模化生产地木耳有重要的应用价值。