離子束注入誘變技術(shù)應(yīng)用于食用菌的研究*

呂 杰，金 湘，毛培宏

（新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，離子束生物技術(shù)中心,新疆 烏魯木齊 830008）

食用菌是指能形成大型的肉質(zhì) （或膠質(zhì)）子實體或菌核組織，并可供人類食用的高等真菌的總稱。食用菌因富含蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素及多種微量元素而具有食用營養(yǎng)價值外，不同的種類中還含有高分子多糖、三萜類化合物和有機酸等多種天然活性物質(zhì)，而且具有保肝、利膽，提高機體免疫力及抗腫瘤的藥用保健價值，因此廣義食用菌概念中包括食用菌、食藥兼用菌及藥用菌。

我國食用菌產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展，已從1978年產(chǎn)量僅6×104t，占世界總產(chǎn)量的5%，發(fā)展達到2009年食用菌總產(chǎn)量1.8×107t，占世界總產(chǎn)量的70%，產(chǎn)值超過茶葉及蠶桑，成為我國繼糧、棉、油、菜、果之后的第六大種植產(chǎn)業(yè)，成為世界上最大的生產(chǎn)國與出口國。

我國食用菌產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展已具有一定的規(guī)模，并正在快速發(fā)展，但我國食用菌育種技術(shù)水平及應(yīng)用范圍已明顯滯后于快速發(fā)展的食用菌生產(chǎn)的需要。由于育種技術(shù)水平較為傳統(tǒng)，育種周期長，高產(chǎn)、高抗的優(yōu)質(zhì)品種匱乏，使得多種具備集約化生產(chǎn)潛力的食用菌品種不能大規(guī)模生產(chǎn)，而多以勞動密集型的形式進行不規(guī)范的生產(chǎn)管理。隨著生活水平的日益提高，人們也越來越多的開始關(guān)注食品安全問題，那么如何提高食用菌品質(zhì)以減少種植栽培過程中噴施的有害物質(zhì)，成為食用菌育種研究人員面臨的問題。上世紀八十年代以來，原生質(zhì)體融合和輻射誘變技術(shù)逐漸應(yīng)用到食用菌育種當(dāng)中，取得了一些可喜的成果，并展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。通過對我國食用菌育種技術(shù)進行綜述，并著重介紹離子束注入誘變技術(shù)應(yīng)用于食用菌育種的研究現(xiàn)狀。

1 食用菌的育種方法

1.1 野生食用菌馴化及人工選擇育種

野生食用菌馴化是食用菌種質(zhì)資源獲得的最直接和最主要的途徑。通過對野生可利用菌株菌絲或孢子的分離，并在實驗室加以馴化，最終進行大面積的栽培。1983年中國科學(xué)院新疆生物土壤沙漠研究所開始了對阿魏菇的野生馴化工作，對分布于托里地區(qū)的野生阿魏側(cè)耳 （Pleurotus ferulae）形態(tài)特征、生活條件、菌絲培養(yǎng)特征進行了系統(tǒng)的研究，并在無寄主植物阿魏根添加的情況下，以棉籽殼等原料組成的培養(yǎng)基料上培育出阿魏菇子實體，并首先在新疆開始人工栽培[1]。隨著我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，我國馴化、引種栽培的食用菌品種已從上世紀八十年代末的20多種，發(fā)展到現(xiàn)在的80余種[2]。

人工選擇育種則是針對已馴化的食用菌品種，采用人工方法定向選擇食用菌在培植過程中發(fā)生的有益變異，不斷利用這些有益突變并加以積累，最終獲得品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)良的新品種。人工選擇育種簡單有效，但周期過長，存在選擇的偶然性。

1.2 雜交育種與原生質(zhì)體融合

雜交育種技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的食用菌新品種選育技術(shù)，是將具有不同遺傳特性食用菌品種進行配對雜交，使親本遺傳基因重新組合，獲得兼有雙親特征超親本的新品種。但根據(jù)選配親本的特征，很難準確地預(yù)測雜種優(yōu)勢大小，因此在育種過程中帶有一定的盲目性。食用菌雜交育種技術(shù)已在蘑菇、香菇、平菇、金針菇、草菇等品種中廣泛應(yīng)用，選育出許多優(yōu)良品種，對食用菌生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用[3]。我國香菇生產(chǎn)種中大部分菌種都來源于雜交育種，其中福建省三明真菌研究所在香菇雜交育種中有突出的貢獻[4]。

上世紀六十年代出現(xiàn)的原生質(zhì)體融合技術(shù)，是指去除細胞壁的不同遺傳類型的原生質(zhì)體，進行誘導(dǎo)融合，不同遺傳類型原生質(zhì)體部分或整套基因組交換與重組，產(chǎn)生新的品種和類型[5]。相對于雜交育種而言，原生質(zhì)體超越了性細胞的一些不親合障礙，為種內(nèi)、種間、屬間食用菌細胞雜交提供了融合的親本，使遠緣雜交成為可能。王澄澈[6]通過單雙核原生質(zhì)體間的非對稱融合，使鳳尾菇和香菇原生質(zhì)體進行體細胞雜交，選育出既具有香菇營養(yǎng)價值，又保持鳳尾菇生長快、產(chǎn)量高等生理特性的香菇新品種。

1.3 輻射誘變育種

自從1927年Muller[7]利用X-射線輻照果蠅獲得突變體后，輻射誘變就開始應(yīng)用到生物體育種中。常用的誘變源有紫外線、X-射線、60Co-γ射線、激光和離子束等，其中以紫外線[8,9]與60Co-γ射線[10,11]應(yīng)用較為普遍。離子束注入技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用于1989年首次報道[12]，中國科學(xué)院等離子物理研究院離子束生物工程重點實驗室，發(fā)表了離子束注入對水稻產(chǎn)生了誘變效應(yīng)的實驗結(jié)果，從這以后，一個全新的交叉科學(xué)研究領(lǐng)域——離子束生物工程學(xué)開始引起人們廣泛的關(guān)注[13]，并越來越多地應(yīng)用于生物體誘變育種研究中。

2 離子束注入誘變育種

2.1 離子束注入生物體誘變機理

自離子束注入生物體誘變效應(yīng)被報道后，多個實驗室開展了不同注入離子誘變多種生物體的研究工作。在總結(jié)大量的研究結(jié)果后，余增亮提出低能離子與有機體相互作用可被描述為能量沉積、動量交換、質(zhì)量沉積和電荷交換和/或電荷中和四種效應(yīng)[14]，區(qū)別于其它電離輻射僅產(chǎn)生能量沉積作用[15,16]。離子注入產(chǎn)生的多因素效應(yīng)可導(dǎo)致注入有機體產(chǎn)生復(fù)雜生物學(xué)效應(yīng)，這也是其產(chǎn)生高突變率和廣突變譜的原因所在。到目前為止，科技工作者開展了大量有關(guān)離子束注入產(chǎn)生的輻射生物學(xué)效應(yīng)的研究，但有關(guān)離子束誘變的相關(guān)機理仍未被完全揭示。

2.2 離子束注入誘變技術(shù)應(yīng)用于食 （藥）用菌研究現(xiàn)狀

離子束注入技術(shù)發(fā)展至今已有20余年的時間，該技術(shù)已在農(nóng)作物和微生物菌種中得到了廣泛的應(yīng)用，并獲得了一大批生物優(yōu)良品系，但離子束注入技術(shù)應(yīng)用于大型真菌育種未見報道。為了解決阿魏菇反季節(jié)栽培的實際問題，新疆大學(xué)離子束生物技術(shù)中心將離子束誘變技術(shù)應(yīng)用到阿魏菇的育種研究中，就此建立了離子束注入食用菌誘變篩選的流程，并開始了不同食用菌品種誘變育種工作。

通過氮離子束誘變選育阿魏菇耐高溫品種及多糖高產(chǎn)品種，以阿魏菇菌絲單細胞為注入材料，篩選獲得離子束注入阿魏菇菌絲最佳注入劑量與能量組合，并根據(jù)目標性狀進行條件性篩選，最終獲得阿魏菇耐高溫菌株3株[17]，極大解決了阿魏菇反季節(jié)栽培問題，并篩選獲得1株多糖高產(chǎn)菌株，其多糖含量達到4.75 g·L-1，較對照提高了35%，提高了阿魏菇栽培種的品質(zhì)[18]。此外利用離子束誘變技術(shù)對猴頭菇、白金針菇、香菇和杏鮑菇進行了輻射誘變研究，通過對離子束注入后產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)的研究，以及針對不同的育種目的，分別獲得了最佳的離子注入能量和劑量組合，并分別獲得一些優(yōu)良的食用菌新品種[19,20]。

3 展望

從最初食 （藥）用菌的野生馴化與人工選育，到后來雜交育種和原生質(zhì)體融合，以及現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的輻射育種，食用菌育種技術(shù)的進步是一個不斷發(fā)展與完善的過程。新技術(shù)的發(fā)展加快了食用菌育種的速度，減少了食用菌育種過程中的盲目性與偶然性。

自從1927年Muller發(fā)現(xiàn)輻射誘變現(xiàn)象后，輻射誘變就作為一種育種手段應(yīng)用于生物體育種研究。通過輻射誘變可以加速生物體自發(fā)突變速度，并能產(chǎn)生一些依靠自發(fā)突變無法獲得的新性狀，這就為育種工作提供了新材料。在輻射源的選擇上，人們也更愿意選擇一些能產(chǎn)生豐富突變譜和高突變率的誘變源，而離子束注入生物體具有獨特的 “四因子”誘變效應(yīng)，無疑是一種理想的選擇。

新疆大學(xué)應(yīng)用離子束誘變食用菌育種的初步研究，顯示了離子束作為一種新型的誘變源在該方面具有的獨特優(yōu)勢。在今后的離子注入誘變食用菌研究中，通過與傳統(tǒng)食用菌育種技術(shù)的結(jié)合，并通過離子束定位誘變技術(shù)、細胞的超微加工技術(shù)與離子束誘導(dǎo)細胞融合技術(shù)的研究，必將帶動低能離子注入誘變食用菌技術(shù)進一步的發(fā)展[21]。此外在逐步拓寬離子束誘變食用菌育種的同時，也要結(jié)合基因工程育種技術(shù)?？梢岳没蚬こ碳夹g(shù)手段研究控制食用菌產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性等性狀的基因，為離子束注入對食用菌不同性狀的定向誘變提供依據(jù)，使該誘變技術(shù)更具方向性。

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