食用菌育种基础知识－食用菌的遗传与育种

食用菌遗传变异的遗传基础什么是遗传？ “种瓜得瓜，种豆得豆”，“龙生龙，凤生凤”，同类物种代代相传的现象就是传承。什么是变异？ “一母生九子，九子各不相同。”这种后代与父母之间、后代与后代之间的差异就是变异。继承与变异是一对对立统一的矛盾。它们相辅相成，缺一不可。遗传是生物生存和繁衍的基础，使物种相对稳定；变异是生物进化的原动力，它创造了生物的世界。继承是相对的，而变异是绝对的。没有变异，就无法研究遗传。与其他生物一样，食用菌的遗传和变异也符合对立统一的规律。从统一的角度来看，食用菌的遗传是非常稳定的，它的种类不会因为一般环境条件的变化而发生变异。例如，营养、水分、湿度、温度、酸碱度、光照和二氧化碳等环境因素的变化，一般只会影响食用菌子实体的形状、大小、颜色和产量，而不太可能引起性质上的变化。食用菌，也就是说，它们不能引起遗传变异。可遗传的变异只有两种，即基因重组引起的变异和基因突变引起的变异。例如，平菇的孢子形成缺陷是一种可遗传的变异。 Pleurotus pleurotus的处女膜不能产生担子孢子，只能通过菌丝体的转移维持其不产生孢子的变异性状，即无性繁殖。还有用于生产的白金针菇、银耳、白灰树花等新品种，都是突变株，遗传特性非常稳定。食用菌的有性繁殖（一）有性繁殖什么是性？性是重组。遗传基因的重组造就了食用菌品种的多样性。有性生殖是两种不同性别的细胞结合形成新个体，后代具有父母双方遗传特征的繁殖方式。担子菌中，同配食用菌约占10%，异配配占约90%。 1、同源结合担子孢子菌丝自育，是一种“雌雄同体”的有性繁殖方式。同系联合的担子孢子萌发成菌丝后，无需两个菌丝的联合即可完成有性生活史。同一氏族的组合可分为主次组合两种。 .初级同宗联合。担子孢子只有一个由减数分裂产生的核，萌发后可通过异核化完成有性生活史。例如草菇，担子菌减数分裂产生4个核，在担子果上形成4个担子孢子，每个担子孢子只有1个核，75%的担子孢子可以繁殖形成子实体。 .次生同源组合，每个担子果产生2个担子孢子，均为异核生物。担孢子萌发时形成双核菌丝体，可产生子实体。例如双孢蘑菇，每个担子产生2个担子孢子，每个担子孢子含有“+”和“-”两个核，萌发后的菌丝为多核异核体，减数分裂后产生4个单倍体核，分别进入2个担子孢子。在其生活史中，有两种情况。一种是含有“+”和“-”核的担孢子，约占70%，无需交配即可完成生活史；另一种只含“+”或“-”核的负担约占5%，只有交配后才能完成生命周期。 2、异株联体所谓异联体是指单个担孢子菌丝本身不育，必须通过“+”和“-”性细胞的结合来完成有性生殖过程。食用菌“+”和“-”菌丝体细胞形态没有区别，但遗传特性不同。单个“+”菌丝体和“-”菌丝体都不能产生蘑菇。平菇和香菇在同一担子上产生的四个担子孢子，因其不同而称为四极子。全世界约有5000种担子菌，在已研究的有性生殖的500种中，约有90%是异宗菌。食用菌异联群落可分为单因素控制的双极型（占25%）和双因素控制的四极型（占75%）。 .偶极异联组合。每个子实体产生的孢子有两种自育群，由一对交配因子决定，即单系列A因子。只有A因子不同的菌丝，即只有A1和A2的交配，才能结合形成双核体。

随着核配子，这两个不同的A因子在减数分裂时分离，每个A因子随细胞核进入一个担子孢子，每个担子上的四个担子孢子具有相同数量的亲本基因，即2个是A1，2个是A1 A2，同一交配型交配时不育，如A1A2，与不同交配型交配时可育。由于同一菇体的减数分裂后代中存在两种类型的担子孢子，配对结果中有50%是可育的，担孢子杂交可育与不育后代的比例为1:1，如表1所示。 表1同一个菇体的偶极交配结果A1A2A1-+A2+- 如果A1,A1,A2,A2四个单核菌来自同一个菇体的减数分裂，A3,A3,A4,A4来自另一个菇体的比值担孢子杂交的可育与不育后代为1:3，如表2所示。这是因为A3与A1、A2的交配为“+”，A4与A1、A2的交配也为“+”，所以“+”和“-”的比例不相等，也说明A3和A4是A位基因的复合体，两个A因子不同的菌丝可以交配结实。表2 不同菇体双极性交配结果A1 A2 A3 A4A1 - +++A2 +-++A3 + + - +A4 + + + -、同一子实体菌丝产生担孢子萌发的四极异联组合，当它们之间交配时，只有四分之一的组合可以产生可育双核体。其遗传学基础是：不亲和性受两个位点的基因控制，每个位点的两个等位基因由A和B表示，每个基因由A1A2和B1B2两个等位基因表示。如果具有A1A2的单核体与具有B1B2的单核体交配，则可以产生可育双核体（由A1B1+A2B2表示）。减数分裂后，双核体可形成： A1B1、A2B2（亲本型）； A2B1、A1B2（重组型）四种担孢子。在大多数真菌中，四种孢子的比例是一致的，说明A期和B期两个基因位点之间没有联系，它们都诞生在不同的染色体上，如表3所示。

  A1B1 A2B2 A2B1 A1B2 A1B1　　　  A1A1B1B1（-）  A1A2B1B2（+）  A1A2B1B1（-）  A1A1B1B2（-） A2B2  A1A2B1B2（+）  A2A2B2B2（-）  A2A2B1B2（-）  A1A2B2B2（-） A2B1  A1A2B1B1（-）  A2A2B1B2（-）  A2A2B1B1（-）  A1A2B1B2（+） A1B2  A1A1B1B2（-）  A1A2B2B2（-）  A1A2B1B2（+）  A1A1B2B2（-） 

 　　从表3中可看出，凡是在一个或两个位点上有相同的等位基因存在时，就不能交配，只有当两个单核体的A、B位点上等位基因不同时，才能形成A1B1×A2B2或A2B1xA1B2型可孕性双核菌丝。

　　了解食用菌的性特征在遗传育种上很有意义。属于同宗结合的菌类，单孢子萌发的菌丝可形成子实体；属于异宗结合的菌类，采用单孢育种时必须注意单核菌丝之间是否亲和，即使菌落及菌丝表现出亲和性，亦须进行结实出菇试验才可用于生产。

　　食用菌育种

　　为了使食用菌达到高产、优质、抗逆性强、适应性强以及满足某些特殊要求的育种目的，在食用菌育种中，人们采取了包括选择育种、诱变育种及杂交育种等常规手段，以及采用原生质体技术，分子生物学技术等新的育种手段。

　　1、选择育种  选择育种是目前获得新菌种的一种最常用的方法，其实质是广泛搜集品种资源，积累和利用在自然条件下发生的有益变异。这样通过长期的去劣存优的选择作用，不断淘汰那些不符合人类需要的菌株，保留那些符合人类需要的菌株，就可逐步形成符合人类需要的新的菌株。食用菌多是以菌丝的营养繁殖为主要繁殖方式，一个种的性状是通过菌丝体的繁衍来维持和逐代传递的，所以选择应侧重于在不同菌株间进行而不是在同一菌株的后代中进行。此外由于人工选择不能改变个体的基因型，而只是积累并利用自然条件下发生的有益变异。所以要使选择育种产生效果，除了细心观察现有品种中产生了明显有益变异个体外，更主要的是要广泛收集不同地域、不同生态型的菌株，以便从大量菌株中去粗取精、弃劣留优，筛选到适合人们需要的菌株。

　　从自然界现有菌株中选择培育新品种大体包括如下步骤：品种资源的收集→纯种分离→生理性能的测定→菌株比较试验→扩大试验→示范推广。目前我国有许多优良品种均是由此方法获得的。如 “北京猴头菌1号”新菌株，具有转潮快、朵大、肉实等优点；耐低温型草菇菌株“V20”，子实体分化发育温度比一般草菇低3～4℃，对外界适应性强，日平均气温22℃子实体能正常分化发育。使草菇的栽培范围扩大，延长种植季节，提高经济效益； “开化木耳”，现已成为浙江、安徽、江西，湖北等地区的黑木耳主栽品种。

　　2、诱变育种  诱变育种是利用物理或化学诱变因子诱发食用菌遗传性变异，通过对突变体的选择和鉴定培育新品种的方法。

　　诱变育种大体包括如下步骤：出发菌株→制备孢子悬浮液→诱变处理→涂布培养皿→挑菌移植→斜面传代→试验、示范、推广。

　　诱变育种中应注意的几个基本问题：

　　①、选好出发菌株。因为出发菌株的选择直接影响诱变结果，一般说来，对经自然选育并生产应用，性状稳定，综合性状优良而仅有个别缺点的菌株进行诱变处理效果较好；

　　②、诱变对象应处于适宜状态，即处理对象必须呈单细胞的均匀悬浮液状态，这样可以使其均匀的接触诱变剂，避免出现不纯菌落，一般利用稍加萌发后的孢子作为诱变对象；

　　③、诱变因素的选择。用于诱变育种的诱变剂种类很多，但各种诱变剂对食用菌诱变效果不同，而对诱发某一特点性状的频率不同，应根据具体菇类使用。紫外线具有无需特殊设备，成本低廉，对人体损害作用易于防止等优点，诱变效果也较好，是目前最常见的物理诱变因素之一；

　　④、诱变剂量的确定。选择诱变剂量应根据食用菌的辐射敏感性和各种性状在不同剂量下的突变频率确定。紫外线诱变现在倾向于采用杀菌率70%～75%甚至更低的剂量，一般30%左右。人工诱变可以提高突变频率，能够创造自然界原来没有的性状，且操作简单，周期短，因而，受到食用菌研究者普遍重视。近年来，食用菌育种发展较快，我国利用诱发突变已选育出平菇、香菇、木耳、猴头、双孢蘑菇，金针菇等食用菌的优新品种。

　　3、杂交育种  杂交是一种遗传物质在细胞水平上的重组过程。由于食用菌能产生有性孢子，因此原则上都可以象高等植物那样通过有性杂交育种，从而获得综合双亲优良性状的新品种。

　　杂交育种大体包括如下步骤：选择亲本→单孢分离→单孢菌丝培养与选择→孢子单核菌丝配对→将可亲和的组合转管繁殖→杂交菌株初筛→杂交菌株复筛→试验、示范、推广。

　　在杂交育种的过程中，为了判断杂种的真实性，亲代必须有标记，异宗结合的品种，由于自交不孕，因此亲本的性别本身可作为标记，但对于同宗结合的品种，由于具自交可孕，因此必须对亲本加以特殊标记，例如营养缺陷型突变，抗药性突变等。也可通过同工酶差异鉴定是否产生新菌株。另外，杂交优势来源于亲本，取决于亲本的相对差异和互补能力，因此，亲本选择非常重要。希望杂交种的重要性状上有优良表现，很难通过一次杂交就圆满实现，因此可以通过回交，在一次杂交的基础上，继续改进品种性状，同时要考虑到杂种的性状表现是基因和环境综合作用的结果。下面以香菇为例说明单孢杂交育种。香菇是典型的四级性异宗结合菌类，异宗结合指自身不孕，需由不同交配型的单核菌丝杂交完成性生活史。香菇担子上有四个担孢子，通过交配反应，确定孢子的极性后，用可亲和性菌丝共同培养，菌丝接触后，分别从两方取菌丝体移入另一试管。这是因为经过杂交，虽然双方都双核化了，但细胞质确是有区别的，因此杂交后代的表现型也是有区别的，应对这两个双核菌株分别比较，全部考核生长性状和出菇能力，最后挑选性状良好菌株用于生产。以上是指种内杂交而言，种间杂交则几乎所有的单孢菌株都是可亲和的。

　　4、原生质体技术在食用菌研究上的应用  原生质体技术是通过脱壁后不同遗传类型的原生质体在融合剂的诱导下进行细胞融合而达到整套基因组的交换和重组，产生新的品种和类型。

　　原生质体融合技术大体包括如下步骤：原生质体的制备→遗传标记→原生质体融合→再生培养基上再生→被假定为异核体的融合产物通过营养互补作用而发育→杂交子间及与亲本间的拮抗试验→杂交株与亲本株的酯酶同工酶分析。

　　20世纪50年代末期，人们从真菌中分离原生质体获得成功，从20世纪60年代起即进入了真菌的原生质体时代。现在，真菌的原生质体分离已成为一项常规的、程序化的技术，原生质体的应用也日益广泛。目前，食用菌原生质体融合存在一些尚待解决的问题，主要有：融合子遗传性很不稳定；种间融合子难以形成子实体；融合体难以产生优良性状等。鉴于上述情况，食用菌的原生质体技术研究不应是盲目进行大规模种间、属间以致更远源的融合尝试，而应有计划、有步骤地对一些需要解决的更大问题，如融合机制、融合后的核行为、融合子的遗传稳定性的改进等进行深入探索。

　　5、分子生物学技术在食用菌研究上的应用  目前，分子生物学技术在食用菌研究上的应用主要是基因工程方面上建立基因库和DNA指纹技术的应用。分子标记技术的应用主要见于20世纪70年代初，常用的遗传标记是蛋白质标记，如同种异型酶、同工酶等，随着1980年限制性片断长度多态性(RFLP)和1990年随机多态性DNA(RAPD)的出现，开创了直接利用DNA分子标记遗传多态性的新阶段。利用RFLP和RAPD可以识别同核体和异核体，检测同核体之间的杂交，还可构建遗传连锁图谱，例如平菇的遗传连锁图谱就是由178个RAPD DNA标记和23个RFLP标记等构建的。基因工程发展使我们能对食用菌进行基因水平的改造和应用，但我们仍有大量基础研究要做，来改进现有的基因操作技术，并进一步提高我们的应用水平。原生质体技术和生物学技术的应用为未来食用菌菌株改良开辟了新的途径，展示了美好的前景。但以子实体产量和农艺性状为主要目标的食用菌育种，现阶段主要以人工选择、杂交等传统育种方法为主。科学技术日新月异，我们应该随时注意并及时利用新技术、新工艺，新方法，在食用菌育种工作中不断突破、创新。