姬松茸育種研究進(jìn)展

黃在興, 王義祥, 趙光輝, 翁伯琦, 楊麗萍, 劉朋虎,

(1.福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；2.福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350003；3.福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 福州 350018；4.廣西凌云縣泗城鎮(zhèn)人民政府，廣西 百色 533100)

姬松茸(Agaricusbrasiliensis)在巴西、日本分別被稱為“Cogumelo do Sol”、“Himematsutake”,在分類學(xué)上屬于擔(dān)子菌亞門(Basidiomycotina)層菌綱(Hymenomycetes)傘菌目(Agaricales)蘑菇科(Agaricaceae)蘑菇屬(Agaricus)，是一種原產(chǎn)于巴西的食藥兼用真菌，在巴西、日本和中國(guó)廣泛栽培[1-2]。我國(guó)對(duì)姬松茸栽培的探索始于1991年[3]，1992年福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從日本引進(jìn)并栽培成功。姬松茸不僅營(yíng)養(yǎng)豐富、味道鮮美，還具有抗腫瘤、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫和預(yù)防糖尿病與肝炎等多種藥用價(jià)值，深受消費(fèi)者的青睞[4-6]。目前，在福建、云南、廣西、河南和新疆等10個(gè)省份已形成一定的商業(yè)化規(guī)模栽培，其中福建省鮮菇年產(chǎn)量達(dá)2萬(wàn)噸以上，占全國(guó)總產(chǎn)量的60%左右[6-7]。

目前，姬松茸產(chǎn)業(yè)面臨產(chǎn)量和產(chǎn)值低、栽培技術(shù)欠缺、專業(yè)人才缺乏等問題[8]，其生產(chǎn)總量相比香菇、木耳、平菇等有一定差距，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，由于姬松茸具有較強(qiáng)的鎘(Cd)富集能力[9]，在食品安全方面存在一定的負(fù)面影響。針對(duì)上述問題，許多學(xué)者進(jìn)行了品種改良，在提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、產(chǎn)量和降低子實(shí)體重金屬含量等方面取得較好成果。本文綜述了姬松茸育種研究現(xiàn)狀并提出展望，以期為其良種選育提供參考。

1 誘變育種技術(shù)

遺傳改良可通過物理誘變、生物誘變和化學(xué)誘變等方式來(lái)誘導(dǎo)[10]，如60Co射線、紫外射線、甲基磺酸乙酯和硫酸二乙酯等已成功應(yīng)用于食用菌菌種改良[11-12]。目前，應(yīng)用于姬松茸品種改良的技術(shù)主要集中在物理誘變，已獲得了一批優(yōu)良品種，化學(xué)誘變則較少。

1.1 物理誘變

物理誘變包括單一誘變和復(fù)合誘變。單一物理誘變具有操作簡(jiǎn)單、安全有效、成本低、突變率高、育種周期短等優(yōu)點(diǎn)；復(fù)合物理誘變則可提高突變譜和正突變。由于對(duì)姬松茸的遺傳背景了解有限，物理誘變成為了當(dāng)下姬松茸育種的主要手段。

1.1.1 單一物理誘變 單一物理因子包括紫外線、離子束、He-Ne激光和60Co-γ射線等，它們的誘變效果各異。(1)紫外誘變?nèi)菀椎玫酱紊x產(chǎn)物含量高的優(yōu)良菌株。張卉等[13]和陸利霞等[14]均通過紫外誘變獲得高產(chǎn)多糖的新菌株；鄒彰毅[15]以姬松茸菌株JS01為親本，利用紫外射線誘變獲得了高產(chǎn)維生素B12的新菌株BUV-16，提高了藥用價(jià)值。(2)離子束誘變能夠增強(qiáng)姬松茸菌株的抗逆性。福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研人員運(yùn)用離子束誘變姬松茸AbM9得到AbML2、AbML7和AbML11等3株新菌株[16-18]。AbML2的抗青霉能力強(qiáng)且耐高溫;AbML11抗青霉能力強(qiáng),生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量最高。(3)通過60Co-γ射線誘變獲得的菌株不僅產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，而且重金屬含量明顯下降。翁伯琦等[19]通過60Co-γ射線誘變獲得的新菌株J3和J5，其子實(shí)體必需氨基酸含量高于出發(fā)菌株J1，J3子實(shí)體重金屬Cd的含量?jī)H為J1的36.19%；J5子實(shí)體產(chǎn)量和相關(guān)農(nóng)藝形狀極顯著高于親本[18,20-22]，Cd、鉛(Pb)和砷(As)含量明顯低于親本[23-25]。此外，也有研究人員運(yùn)用He-Ne激光選育出了菌絲生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量高的新品種[26]。

1.1.2 復(fù)合物理誘變 單一物理誘變因子輻射效應(yīng)各有特色，可配合使用以選育更加優(yōu)良的菌株。劉朋虎等[27-28]以姬松茸主栽品種J1為出發(fā)菌株，用60Co-紫外射線進(jìn)行復(fù)合誘變，獲得新菌株福姬77(J77)。研究表明，J77的產(chǎn)量、粗蛋白、粗纖維、油酸和亞油酸含量均比J1明顯提高，且Hg、Cd、Pb含量明顯降低，特別是Cd含量降低了87.69%。Cd脅迫下，J77菌絲生長(zhǎng)速度高于親本，細(xì)胞受損程度低于親本，表現(xiàn)為耐Cd低富集[29-32]。同時(shí)，由于誘變菌株與原菌株遺傳背景相近，是研究某些特定性狀的良好材料。Liu et al[33]比較了不同濃度Cd脅迫下J1與J77的轉(zhuǎn)錄組，挖掘并克隆了數(shù)個(gè)與Cd富集相關(guān)的關(guān)鍵基因[34]，為進(jìn)一步揭示Cd富集機(jī)制和選育低富集重金屬品種提供依據(jù)。

1.2 化學(xué)誘變

目前有關(guān)姬松茸化學(xué)誘變的報(bào)道較少。陸利霞等[14]利用亞硝基胍對(duì)姬松茸菌株原生質(zhì)體進(jìn)行誘變，獲得了突變菌株N516。N516菌株單位發(fā)酵液多糖含量高，比出發(fā)菌株提高300%。崔大明等[35]利用硫酸二乙酯對(duì)姬松茸菌株cfcc 5863進(jìn)行了化學(xué)誘變，篩選的新菌株ABM48高產(chǎn)胞內(nèi)多糖，安全評(píng)價(jià)表明該菌株安全無(wú)毒。以上表明，化學(xué)誘變能夠顯著提高姬松茸多糖產(chǎn)量且遺傳穩(wěn)定，有助于提升藥用價(jià)值，但大部分化學(xué)誘變劑屬于有毒物質(zhì)，存在安全隱患，這限制了化學(xué)誘變技術(shù)在姬松茸育種中的應(yīng)用。

2 雜交育種

食用菌的有性生殖與交配型系統(tǒng)密切相關(guān)。目前，雜交育種技術(shù)在香菇(Lentinulaedodes)[36-37]、金針菇(Flammulinavelutipes)[38]、雙孢蘑菇(Agaricusbisporus)[39]等育種中得到了較好應(yīng)用，對(duì)以上食用菌的交配型系統(tǒng)也有了較為系統(tǒng)的研究和認(rèn)識(shí)[40]，但對(duì)姬松茸的交配型系統(tǒng)研究和雜交育種技術(shù)鮮有報(bào)道。謝秀欣[41]研究表明，姬松茸屬于二極性交配系統(tǒng)。賀建超等[42]進(jìn)行了雙孢蘑菇和姬松茸的滅活原生質(zhì)體雜交育種，成功獲得1株具有雜交優(yōu)勢(shì)的菌株，比兩親本產(chǎn)量高、抗雜菌能力強(qiáng)。郭仲杰等[43]將從姬松茸菌株姬A和AT11分離的2株不育株進(jìn)行雜交，獲得2株雜交優(yōu)勢(shì)種。其中，雜交菌株J180223為棕色，其菌絲生長(zhǎng)速度快、爬土能力強(qiáng)、子實(shí)體產(chǎn)量高；雜交菌株J17056則為白色，也具有J180223的優(yōu)勢(shì)且提前2 d采收。

雜交育種相對(duì)于誘變育種具有方向性強(qiáng)、目的明確和易獲得目標(biāo)性狀等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在育種周期較長(zhǎng)、不能產(chǎn)生新的基因等不足，且通常只能在種內(nèi)或者相近種間進(jìn)行。由于我國(guó)姬松茸種質(zhì)資源少，雜交育種研究受到很大程度的限制。

3 組織和單孢分離育種

組織分離和單孢分離具有技術(shù)簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求不高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效獲得優(yōu)良性狀的純種。江秀紅等[17]以姬松茸AbM9為出發(fā)菌株，利用單孢分離技術(shù)獲得的AbMD3菌株具有耐高溫的優(yōu)良性狀，其最高耐受溫度可達(dá)36 ℃。該菌株在高溫地區(qū)具有很好的推廣前景。胡潤(rùn)芳等[44]通過組織分離選育出高產(chǎn)、商品性狀良好的“白系1號(hào)”。錢秀萍等[45]利用組織分離技術(shù)與紫外誘變相結(jié)合的方法，獲得的AB103-51菌株多糖肽產(chǎn)量高。組織分離和單孢分離技術(shù)通過長(zhǎng)期收集優(yōu)良種質(zhì)資源來(lái)實(shí)現(xiàn)，但不能產(chǎn)生新的性狀，我國(guó)姬松茸種質(zhì)資源匱乏仍是限制該技術(shù)開展的主要因素。

綜上所述，姬松茸的菌種選育和改良研究已取得了一定成果，篩選出了具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)好、抗逆強(qiáng)、生長(zhǎng)快、低富集重金屬、多糖含量高等優(yōu)良性狀的菌株(表1)，在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)需要選擇不同的改良菌株以達(dá)到生產(chǎn)目的。

表1 姬松茸改良種的優(yōu)良性狀及其改良方式Table 1 A list of improved A.brasiliensis species, excellent characters,and improvement methods

4 展望

針對(duì)姬松茸育種工作仍存在工作量大、種質(zhì)資源有限、缺乏定向育種技術(shù)等難題，本研究建議加快構(gòu)建姬松茸有效遺傳轉(zhuǎn)化體系，并運(yùn)用現(xiàn)代分子技術(shù)加快定向改良育種、加強(qiáng)多技術(shù)融合育種和共享種質(zhì)資源等。

(1)以構(gòu)建遺傳轉(zhuǎn)化體系為突破，加快定向改良育種。姬松茸等幾種重要食用菌的基因組和轉(zhuǎn)錄組信息陸續(xù)公布，部分基因功能和代謝調(diào)控機(jī)理也被解析[47-51]，為研究調(diào)控姬松茸優(yōu)良性狀的功能基因奠定了良好的基礎(chǔ)。有效的遺傳轉(zhuǎn)化體系是研究基因功能和定向育種的基礎(chǔ)，目前雙孢蘑菇[52]、靈芝[53]、金針菇[54]等食用菌已建立起較為完整的遺傳轉(zhuǎn)化體系，并運(yùn)用基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)CRISPR/Cas9成功提高了雙孢蘑菇的抗褐變能力[55]。此外，蛹蟲草[56]、灰蓋鬼傘[57]、靈芝[58]和金針菇[59]等也已經(jīng)成功構(gòu)建了CRISPR/Cas9系統(tǒng)。但目前尚未見有關(guān)姬松茸有效遺傳體系和定向育種的報(bào)道，可借鑒以上研究成果，加快姬松茸有效遺傳轉(zhuǎn)化體系的構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)定向改良育種。

(2)以多技術(shù)交叉融合為優(yōu)勢(shì)，選育更多優(yōu)良菌株。姬松茸是我國(guó)從日本引進(jìn)的食藥用菌品種，在國(guó)外尚未見其育種的研究報(bào)道，我國(guó)在姬松茸育種研究中處于領(lǐng)先水平。由于在國(guó)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)野生姬松茸，種質(zhì)資源十分有限，這在很大程度上限制了傳統(tǒng)雜交育種等育種手段的施展以及更多優(yōu)良性狀的挖掘[24]。為克服上述難題，一方面可將誘變育種技術(shù)與雜交育種技術(shù)相結(jié)合，利用誘變育種獲得的優(yōu)良品種進(jìn)行相互雜交或者與普通菌株雜交，將多種優(yōu)良性狀集于一身。另一方面，可借鑒其他食用菌遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)，如杏鮑菇與白靈菇[60]，嘗試將其他食用菌品種的優(yōu)良性狀引入姬松茸，以滿足科研和生產(chǎn)需要。

(3)以學(xué)術(shù)交流為平臺(tái)，共享優(yōu)良種質(zhì)資源。改良后的姬松茸菌種均與親本進(jìn)行了縱向比較研究，但由于改良種資源缺乏流通和共享，致使橫向比較研究缺乏。建議加快建立科學(xué)的姬松茸種質(zhì)資源管理辦法，建立姬松茸優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源庫(kù)，促進(jìn)種質(zhì)資源共享和流通，共同推動(dòng)姬松茸育種研究。