食用菌育種技術(shù)的研究進(jìn)展*

唐夢(mèng)瑜，么 越，榮 丹，姜 明

（牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157012）

食用菌蛋白含量高、氨基酸種類豐富，具有提高人體免疫力、抗氧化、降血脂等功效[1]，因而有學(xué)者推薦“一葷一素一菇”的健康飲食結(jié)構(gòu)，這使得食用菌的需求量日益劇增[2]。推動(dòng)食用菌產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，最行之有效的方法就是做好育種工作。我國(guó)食用菌栽培的歷史悠久，最早可追溯到東漢時(shí)期，王充的《論衡》一書中就有關(guān)于“紫芝”（“芝”泛指土生菇類）在土地里栽培的記錄。到元、明時(shí)期，我國(guó)江浙一帶對(duì)香菇（Lentinus edodes）的栽培已有非常成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但此時(shí)香菇仍采用砍花法進(jìn)行栽培。在清朝同治年間，《潮州府志》一書記載廣東曲江南華寺地區(qū)，人們使用稻草栽培草菇（Volvariella volvacea），該方法一直沿用，并經(jīng)由我國(guó)華僑帶入到東南亞地區(qū)，這些地區(qū)至今仍為草菇的主要產(chǎn)區(qū)[3]。直到20世紀(jì)70年代，我國(guó)的食用菌生產(chǎn)開始廣泛推廣人工制種和接種，同時(shí)引進(jìn)和選育了一批優(yōu)良菌種，食用菌產(chǎn)業(yè)才得到迅速發(fā)展，開啟了我國(guó)食用菌栽培的全新時(shí)代[4]。我國(guó)食用菌的產(chǎn)量雖然較高但栽培品種較為單一，且部分栽培品種主要依靠國(guó)外引進(jìn)，為了解決這一問(wèn)題，我國(guó)科研人員對(duì)食用菌育種工作進(jìn)行了深入研究。截止目前，我國(guó)成功栽培的食用菌品種已有80多種，其中形成商業(yè)規(guī)模的有50多種，規(guī)?；耘嗟囊灿?0多種[5]。現(xiàn)階段我國(guó)食用菌育種工作處于穩(wěn)步前進(jìn)階段，在品種選育和產(chǎn)量方面均處于國(guó)際先進(jìn)水平。食用菌育種技術(shù)的發(fā)展，可以促進(jìn)食用菌品種改良，從而滿足人們對(duì)食用菌的需求，促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展。通過(guò)對(duì)近年來(lái)食用菌育種技術(shù)主要研究進(jìn)展、不同育種方法進(jìn)行綜述，并對(duì)食用菌未來(lái)的育種方向進(jìn)行展望，以期為食用菌今后的育種工作提供參考。

1 食用菌育種方法

育種就是通過(guò)創(chuàng)造遺傳變異、改良遺傳特性，以培育遺傳性狀穩(wěn)定，符合產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、易管理等需求的新品種開發(fā)技術(shù)。隨著人們對(duì)食用菌需求量的增加，促進(jìn)了食用菌育種技術(shù)的發(fā)展。目前食用菌的主要育種方法有：野生食用菌馴化、自然選育、雜交育種、誘變育種、原生質(zhì)體融合育種以及基因工程育種等。隨著各種測(cè)序技術(shù)和分析手段的不斷發(fā)展，基因工程育種也將成為未來(lái)食用菌菌種改良的主要途徑[6]。

1.1 野生食用菌馴化

食用菌馴化指從野外采集符合栽培目的的野生食用菌，采用組織分離或孢子分離的方法獲得純培養(yǎng)菌絲體，經(jīng)過(guò)母種、原種及栽培種的篩選，通過(guò)人工栽培試驗(yàn)獲得具有栽培意義的食用菌品種[7]。許多珍稀食用菌的生產(chǎn)都是由野生食用菌馴化而來(lái)，如羊肚菌（Morchella spp.）營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，深受大眾喜愛，但其產(chǎn)量低，價(jià)格居高不下，現(xiàn)在結(jié)合因地制宜的栽培策略，四川、北京等多地均對(duì)本地的野生羊肚菌資源進(jìn)行了采集和人工馴化[8-9]。李貴春等[10]對(duì)黑龍江省大興安嶺地區(qū)的野生蜜環(huán)菌（Armillariella mellea）人工栽培進(jìn)行了初探。韓增華等[11]用雜木屑加玉米芯替代樺木屑的方法馴化了樺褐孔菌（Inonotus obliquus），降低了栽培成本。Benjarong等[12]在2017年首次完成了一株泰國(guó)野生花臉香蘑（Lepista sordida） 的人工栽培，并研究了其子實(shí)體和菌絲體的次級(jí)代謝產(chǎn)物。張鵬等[13]馴化栽培了從黑龍江省伊春市和雙鴨山市兩地采集的2株野生猴頭菌 （Hericium erinaceus） RT27和 RT28‘以“黑威9910”為對(duì)照，發(fā)現(xiàn)RT28號(hào)猴頭菌環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)量?jī)?yōu)于對(duì)照菌株，可作為良種選育的親本材料。此外，雞菌 （Termitomyces albuminosus）[14]、榆黃蘑（Pleurotus citrinopileatus）[15]、暗褐網(wǎng)柄牛肝菌（Phlebopus portentosus）[16]和荷葉離褶傘（Lyophyllum decastes）[17]等野生食用菌品種都是通過(guò)野生馴化的方式進(jìn)行人工栽培。

1.2 自然選育

自然選育又稱人工選擇育種，是定向選擇自然條件下的有益變異，經(jīng)過(guò)一代代的選擇培育，使有益變異的優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大從而獲得新品種的方法；包括野生食用菌中選育優(yōu)良的菌種[18]。主要步驟包括野外采集、純種分離、生理性能測(cè)定、出菇（耳）試驗(yàn)和性狀觀察、小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)和示范推廣。此外還可以通過(guò)引種的方式篩選適合當(dāng)?shù)卦耘嗟膬?yōu)良菌株，其步驟包括引種、擴(kuò)制菌種、出菇試驗(yàn)、小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)、經(jīng)過(guò)比較觀察后選出優(yōu)良品種、推廣使用。自然選育是早期食用菌發(fā)展常用的育種方法，許多食用菌品種均是通過(guò)這種育種技術(shù)獲得。如香菇品種滬農(nóng)1號(hào)、華香5號(hào)、申香2號(hào)、申香9號(hào)、武香2號(hào)、廣香51號(hào)等[19]。于海龍等[20]將內(nèi)蒙古赤峰縣采集的野生毛木耳（Auricularia cornea） 菌株，經(jīng)過(guò)性狀考察及出菇試驗(yàn)、多輪小試加中試示范并與國(guó)審品種“AP4”進(jìn)行對(duì)照，選育出一株非常適合鮮耳銷售的毛木耳品種，經(jīng)上海市種子管理總站的認(rèn)定，命名為“申耳1號(hào)”。趙輝等[21]從四川達(dá)州市通川區(qū)羅江鎮(zhèn)柳家壩大豆林間采集到一株野生的花臉香蘑菌株，經(jīng)過(guò)馴化選育該菌株在2019年被命名為“達(dá)香蘑1號(hào)”，在2020年獲得了四川省非主要農(nóng)作物品種的認(rèn)定證書。

1.3 雜交育種

雜交育種是通過(guò)2個(gè)或多個(gè)親本遺傳物質(zhì)的交換重組，產(chǎn)生兼有雙親優(yōu)點(diǎn)，且不發(fā)生突變的新遺傳型菌株或品種。食用菌雜交育種包括單孢雜交、多孢雜交等多種方法[22]。

為了改進(jìn)生產(chǎn)品種親本單一的問(wèn)題、或選擇更適合地方環(huán)境條件的食用菌栽培品種，很多人選擇在現(xiàn)有栽培菌種的基礎(chǔ)上通過(guò)與地方馴化或選育的菌種雜交的方式選育新品種。班新河等[23]通過(guò)單孢雜交的方法將本地主栽平菇（Pleurotus ostreatus）菌株“5651”和野生馴化菌株“駐9703”雜交，得到更加穩(wěn)定和高產(chǎn)的中高溫型平菇新品種“駐研2號(hào)”。史紅鴿等[24]同樣采用單孢雜交的方法以當(dāng)?shù)刂髟缘钠焦健癈CEF89”菌株和野生馴化菌株“4195”為親本，選育出“駐研1號(hào)”，其產(chǎn)量雖然沒有“駐研2號(hào)”高，但該品種屬于中低溫型，適宜于當(dāng)?shù)囟敬蟛糠值貐^(qū)栽培。羅順珍等[25]通過(guò)孢子單核菌絲有性雜交的方法將出菇率高但品相不好的野生馴化栽培種暗褐網(wǎng)柄牛肝菌（Phlebopus portentosus）HZ14080和出菇率低但味道品相好的野生菌株HZ16009進(jìn)行雜交，獲得了集2個(gè)親本優(yōu)點(diǎn)于一身的高溫型早熟品種YL1701-2，該菌株已獲得專利。王波[26]在金針菇（Flammulina velutipes） 的品種選育中通過(guò)雙單雜交在早熟白色F363和晚熟白色FNK1302品種的基礎(chǔ)上選育得到更為適合鮮品銷售和加工的工廠化栽培新品種川金33，該品種已在2016年得到審定認(rèn)可并進(jìn)行大面積示范應(yīng)用。張美彥等[27]采用多孢自交的育種技術(shù)以傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)栽培種“申香215”為親本，重點(diǎn)選育出菌齡較短、菌蓋顏色也較淺的“申香1644”新品種香菇。Lin等[28]以MAT基因作為篩選標(biāo)記，通過(guò)雜交育種的方式選育出了蟲草素和類胡蘿卜素含量高的蛹蟲草新品種。

1.4 誘變育種

誘變育種是利用物理或化學(xué)因素誘使食用菌細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引發(fā)可遺傳的變異，再經(jīng)過(guò)有目的性的篩選獲得少量的優(yōu)良菌株。根據(jù)誘變劑種類的不同，誘變育種可分為物理誘變和化學(xué)誘變。其中物理誘變有紫外線誘變、60Co誘變、激光誘變、離子束誘變、太空育種和常壓室溫等離子體誘變；化學(xué)誘變主要通過(guò)秋水仙素、亞硝酸、亞硝基胍、甲基磺酸乙酯等誘變劑進(jìn)行誘變，近年來(lái)常通過(guò)與物理誘變結(jié)合的方式進(jìn)行誘變育種[29]。徐洋等[30]采用紫外誘變后再雜交的方式摸索杏鮑菇（Pleurotus eryngii）育種工藝。宋冰等[31]利用60Co-γ射線誘變平菇以期創(chuàng)建平菇新種質(zhì)。Harfi等[32]同樣利用60Co-γ射線誘導(dǎo)雙孢蘑菇（A－garicus bisporus）發(fā)生突變，結(jié)果顯示，經(jīng)射線輻照后的雙孢蘑菇在生產(chǎn)周期、出菇數(shù)量、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量、產(chǎn)量以及過(guò)氧化物酶和漆酶的活性等方面均存在顯著差異。王晨等[33]使用常壓室溫等離子體誘變技術(shù)對(duì)黑木耳（Auricularia auriculae） 液體發(fā)酵菌株的選育工藝進(jìn)行了初探。李塬等[34]利用常壓室溫等離子體誘變技術(shù)對(duì)靈芝（Ganoderma lucidum） 菌株的原生質(zhì)體進(jìn)行處理，獲得了103個(gè)誘變菌株，通過(guò)測(cè)定誘變后菌株的菌絲體多糖含量，獲得了2株穩(wěn)定性較好且產(chǎn)量最優(yōu)的高產(chǎn)多糖靈芝菌株。張?jiān)揭暗萚35]同樣對(duì)上述試驗(yàn)誘變后的103株靈芝進(jìn)行了篩選，獲得了14個(gè)抗氧化能力較強(qiáng)的菌株；研究證明靈芝抗氧化能力主要取決于靈芝內(nèi)多酚的含量，通過(guò)常壓室溫等離子誘變法可以獲得較好的誘變效果。史澤宇等[36]使用不同濃度的秋水仙素對(duì)平菇菌株“灰美2號(hào)”進(jìn)行了處理，探究了秋水仙素對(duì)平菇單核菌株生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明不同濃度秋水仙素處理的菌株與不經(jīng)秋水仙素處理的空白菌株存在不同程度的拮抗現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)秋水仙素處理的平菇產(chǎn)量要低于未經(jīng)處理的平菇菌株，但較低濃度的秋水仙素可以加快菌絲的生長(zhǎng)速度。羅潤(rùn)等[37]采用紫外線、氯化鋰和甲基磺酸乙酯分別對(duì)黃色金針菇菌株FV7進(jìn)行了誘變，發(fā)現(xiàn)利用甲基磺酸乙酯誘變金針菇效果明顯。

1.5 原生質(zhì)體融合育種

原生質(zhì)體融合育種是將2個(gè)或多個(gè)不同來(lái)源的幼嫩菌絲親本脫去細(xì)胞壁制備成原生質(zhì)體，再經(jīng)過(guò)融合劑的融合，產(chǎn)生基因組部分或全部交換和重組新品種的育種方法[38]。李良敏等[39]在香菇和金針菇的基礎(chǔ)上建立了一種原生質(zhì)體制備的新方法，通過(guò)在平板上鋪放玻璃紙?jiān)俳臃N菌絲塊培養(yǎng)的方法，簡(jiǎn)化了食用菌原生質(zhì)體的制備過(guò)程，并用這種方法制備了糙皮側(cè)耳（Pleurotus ostreatus）、雙孢蘑菇和中國(guó)美味蘑菇（A.sinodeliciosus） 的原生質(zhì)體，該方法操作簡(jiǎn)單且不易污染。孫佳星等[40]通過(guò)單因素試驗(yàn)對(duì)香菇原生質(zhì)體制備的穩(wěn)滲劑濃度、酶解液類型、酶解時(shí)間以及酶解溫度等4個(gè)因素的使用進(jìn)行了篩選，并利用響應(yīng)面法分析了酶解時(shí)間、酶解溫度以及酶解液種類間的相互作用關(guān)系，為食用菌原生質(zhì)體育種方法的優(yōu)化提供了借鑒。劉璐等[41]在探究香菇原生質(zhì)體制備的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)探究因素對(duì)原生質(zhì)體再生率的影響從大到小依此為穩(wěn)滲劑濃度、酶解時(shí)間、菌齡以及酶解溫度。杏鮑菇是一類食藥兼用的大型真菌，李小六等[42]用甲基磺酸乙酯誘變杏鮑菇PL7菌株的原生質(zhì)體，通過(guò)測(cè)定誘變株的菌絲體多糖含量，獲得一株高產(chǎn)多糖的新型菌株D3-12，豐富了杏鮑菇品種選育的途徑。王金斌等[43]通過(guò)紫外線或1%甲基磺酸乙酯（EMS） 誘變褐色雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）的原生質(zhì)體，探究褐色雙孢蘑菇原生質(zhì)體制備和再生的最適條件，為褐色雙孢蘑菇的育種提供了理論基礎(chǔ)。武秋穎等[44]單純通過(guò)原生質(zhì)體融合技術(shù)，對(duì)優(yōu)良性狀互補(bǔ)的平菇和杏鮑菇原生質(zhì)體進(jìn)行融合，篩選得到2株產(chǎn)量和抗性均優(yōu)于原始菌株的杏鮑菇新品種，還有3株生長(zhǎng)周期短且產(chǎn)量明顯提高的平菇菌株，為食用菌育種提供了新的途徑。

1.6 基因工程育種

基因工程育種是基于基因水平上的育種方式。從供體中獲得的目的基因在體外用合適的限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行酶切，再通過(guò)與載體連接的方式導(dǎo)入到受體細(xì)胞中，在受體細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)制和表達(dá)，篩選出新品種[45]。

現(xiàn)在廣泛栽培的食用菌主要為草腐菌和木腐菌，因而對(duì)食用菌纖維素酶和漆酶的研究較多。雷曉娥等[46]通過(guò)測(cè)定香菇939菌株的漆酶活性并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，對(duì)不同漆酶活性的單核菌絲體差異表達(dá)基因進(jìn)行了分析；根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，共有16個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可以與漆酶基因結(jié)合，包括一個(gè)bZIP型轉(zhuǎn)錄因子、14個(gè)C2H2型鋅指蛋白和1個(gè)C4型鋅指蛋白，為進(jìn)一步研究漆酶活性等相關(guān)基因提供了豐富的數(shù)據(jù)。段應(yīng)策等[47]則對(duì)香菇中的草酰乙酸水解酶基因LeOAH1進(jìn)行了克隆，并進(jìn)行體外誘導(dǎo)表達(dá)，為香菇的生長(zhǎng)、育種提供幫助。鐘海英等[48]利用RNA干擾法（RNAi）得到香菇Y(jié)UCCA8基因的沉默陽(yáng)性轉(zhuǎn)化子，與野生型相比，YUCCA8基因沉默后香菇菌絲生長(zhǎng)速度顯著加快但耐熱性降低，菌絲中吲哚-3-乙酸（IAA）的含量也降低，因此判斷該基因參與了香菇菌絲IAA的合成過(guò)程。Wu等[49]以金針菇為模板，用RNAi敲除了Fvcpc2基因，缺少該基因的突變株編碼腺苷酸環(huán)化酶和蛋白激酶A催化亞基的基因轉(zhuǎn)錄水平顯著低于野生型，使金針菇突變株的菌落生長(zhǎng)速度明顯降低，補(bǔ)充這2種基因表達(dá)的產(chǎn)物后可使突變株恢復(fù)野生型的長(zhǎng)勢(shì)；且金針菇的產(chǎn)量和生長(zhǎng)周期均優(yōu)于野生型，因而確定在金針菇生長(zhǎng)過(guò)程中Fvcpc2基因起到了正向調(diào)控的作用；其影響范圍也較廣，包括菌絲和子實(shí)體的生長(zhǎng)發(fā)育速度以及產(chǎn)量等方面。Yang等[50]利用基因編輯技術(shù)敲掉了引起雙孢蘑菇褐變的多酚氧化酶（PPO）6個(gè)基因中的一個(gè)，使該酶的活性下降了30%，有效減少了褐變現(xiàn)象的發(fā)生，這一研究的成功將食用菌基因工程育種技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了一步。韓云云等[51]從香菇轉(zhuǎn)錄組中通過(guò)篩選鑒定得到了谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPx）基因，研究發(fā)現(xiàn)隨著采后貯藏日期的增加，菌蓋中該酶的活躍度先升后降；與之相反，菌柄中該酶的基因活躍度逐漸增加，這一研究為明確香菇采后褐變機(jī)制提供了依據(jù)。Zhang等[52]通過(guò)群體分析測(cè)序（BSA-seq）和極端表型全基因組關(guān)聯(lián)分析（XP-GWAS），在平菇第7條染色體上定位了一個(gè)控制平菇菌蓋顏色的0.8 Mb數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）區(qū)域。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行比較分析進(jìn)一步鑒定了1個(gè)編碼酪氨酸酶的候選基因PcTYR，經(jīng)過(guò)熒光定量PCR分析和遺傳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明PcTYR在平菇菌蓋顏色形成中起著至關(guān)重要的作用。這個(gè)研究將有助于揭示食用菌菌蓋顏色形成的遺傳機(jī)制，從而有利于菌蓋顏色性狀的分子育種。Ma等[53]通過(guò)抗性試驗(yàn)篩選出一株深綠木霉高抗香菇Y(jié)3334和一株易感菌株Y55，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析和熒光定量PCR檢測(cè)，結(jié)果顯示LeTLP1基因在高抗香菇Y(jié)3334感染深綠木霉的過(guò)程中有強(qiáng)烈的誘導(dǎo)表達(dá)作用。通過(guò)對(duì)LeTLP1基因進(jìn)行沉默或過(guò)表達(dá)，結(jié)果顯示LeTLP1蛋白的過(guò)量表達(dá)是香菇對(duì)深綠木霉產(chǎn)生抗性的主要機(jī)制，這一結(jié)果為選育高抗香菇菌株提供了分子基礎(chǔ)。

1.7 食用菌不同育種方法的對(duì)比

不同育種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用方向差異匯總內(nèi)容見表1。

表1 食用菌不同育種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用方向統(tǒng)計(jì)Tab.1 Advantages,disadvantages and main applications statistics of different breeding methods for edible fungi

2 展望

2.1 從傳統(tǒng)育種到精準(zhǔn)育種

培育出產(chǎn)量穩(wěn)定、外觀良好、口感突出以及抗逆性強(qiáng)的食用菌品種是所有育種工作者的目標(biāo)。傳統(tǒng)育種的方法速度緩慢，耗時(shí)耗力，育種方向性也不強(qiáng)，不再適用于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)人工栽培的食用菌育種。將分子標(biāo)記、基因克隆、基因定位、基因沉默和基因編輯等技術(shù)充分運(yùn)用到食用菌育種工作中，實(shí)現(xiàn)快速、高效、精準(zhǔn)育種，打造中國(guó)食用菌“明星”品種，向食用菌產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)道路奮進(jìn)。

2.2 建立更成熟的育種體系

現(xiàn)在許多研究都是將幾種較為合適的育種方法相結(jié)合，如原生質(zhì)體雜交育種、原生質(zhì)體誘變育種、物理誘變與化學(xué)誘變結(jié)合育種、誘變與雜交結(jié)合育種以及分子標(biāo)記輔助雜交育種等。不同食用菌對(duì)不同育種方法的適用性也不相同，所以在育種過(guò)程中很難找到套用的固定模式。建立成熟的育種技術(shù)體系需要很多數(shù)據(jù)的支撐與方法的總結(jié)，還需要依靠多種物理化學(xué)以及生物技術(shù)開發(fā)更好、更安全、成本更低的新型育種技術(shù)方法。

2.3 食用菌未來(lái)育種方向

傳統(tǒng)食用菌的選育主要側(cè)重于篩選高產(chǎn)、生長(zhǎng)周期短、子實(shí)體數(shù)量多和抗逆性強(qiáng)的食用菌品種。近年來(lái)，關(guān)于食用菌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和功能活性成分的報(bào)道逐年增加，未來(lái)的育種方向可以選育高蛋白、高維生素、高多糖含量和富硒等礦物質(zhì)元素的食用菌品種；也可以選育產(chǎn)孢子量少（靈芝等除外）、不褐變、開傘晚、易運(yùn)輸?shù)氖秤镁贩N，方便生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸。

從傳統(tǒng)育種到精準(zhǔn)育種，是從表現(xiàn)型到基因型、從宏觀到微觀的轉(zhuǎn)變；建立更成熟的育種體系，是育種方法從單一到多樣，從分散到集中的進(jìn)步，是未來(lái)食用菌育種的主要方向。