離子束注入誘變技術應用于食用菌的研究*

呂 杰，金 湘，毛培宏

（新疆大學物理科學與技術學院，離子束生物技術中心,新疆 烏魯木齊 830008）

食用菌是指能形成大型的肉質 （或膠質）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、氨基酸、維生素及多種微量元素而具有食用營養價值外，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，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。

我國食用菌產業經過30多年的發展，已從1978年產量僅6×104t，占世界總產量的5%，發展達到2009年食用菌總產量1.8×107t，占世界總產量的70%，產值超過茶葉及蠶桑，成為我國繼糧、棉、油、菜、果之后的第六大種植產業，成為世界上最大的生產國與出口國。

我國食用菌產業經過多年的發展已具有一定的規模，并正在快速發展，但我國食用菌育種技術水平及應用范圍已明顯滯后于快速發展的食用菌生產的需要。由于育種技術水平較為傳統，育種周期長，高產、高抗的優質品種匱乏，使得多種具備集約化生產潛力的食用菌品種不能大規模生產，而多以勞動密集型的形式進行不規范的生產管理。隨著生活水平的日益提高，人們也越來越多的開始關注食品安全問題，那么如何提高食用菌品質以減少種植栽培過程中噴施的有害物質，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，原生質體融合和輻射誘變技術逐漸應用到食用菌育種當中，取得了一些可喜的成果，并展現了廣闊的應用前景。通過對我國食用菌育種技術進行綜述，并著重介紹離子束注入誘變技術應用于食用菌育種的研究現狀。

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，對分布于托里地區的野生阿魏側耳 （Pleurotus ferulae）形態特征、生活條件、菌絲培養特征進行了系統的研究，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]。隨著我國食用菌產業發展的需要，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，發展到現在的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，最終獲得品質表現優良的新品種。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 雜交育種與原生質體融合

雜交育種技術是目前應用較為廣泛的食用菌新品種選育技術，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。但根據選配親本的特征，很難準確地預測雜種優勢大小，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已在蘑菇、香菇、平菇、金針菇、草菇等品種中廣泛應用，選育出許多優良品種，對食用菌生產發揮了重要作用[3]。我國香菇生產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的原生質體融合技術，是指去除細胞壁的不同遺傳類型的原生質體，進行誘導融合，不同遺傳類型原生質體部分或整套基因組交換與重組，產生新的品種和類型[5]。相對于雜交育種而言，原生質體超越了性細胞的一些不親合障礙，為種內、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]通過單雙核原生質體間的非對稱融合，使鳳尾菇和香菇原生質體進行體細胞雜交，選育出既具有香菇營養價值，又保持鳳尾菇生長快、產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]應用較為普遍。離子束注入技術在生物育種中的應用于1989年首次報道[12]，中國科學院等離子物理研究院離子束生物工程重點實驗室，發表了離子束注入對水稻產生了誘變效應的實驗結果，從這以后，一個全新的交叉科學研究領域——離子束生物工程學開始引起人們廣泛的關注[13]，并越來越多地應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。在總結大量的研究結果后，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、質量沉積和電荷交換和/或電荷中和四種效應[14]，區別于其它電離輻射僅產生能量沉積作用[15,16]。離子注入產生的多因素效應可導致注入有機體產生復雜生物學效應，這也是其產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離子束注入產生的輻射生物學效應的研究，但有關離子束誘變的相關機理仍未被完全揭示。

2.2 離子束注入誘變技術應用于食 （藥）用菌研究現狀

離子束注入技術發展至今已有20余年的時間，該技術已在農作物和微生物菌種中得到了廣泛的應用，并獲得了一大批生物優良品系，但離子束注入技術應用于大型真菌育種未見報道。為了解決阿魏菇反季節栽培的實際問題，新疆大學離子束生物技術中心將離子束誘變技術應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栽培問題，并篩選獲得1株多糖高產菌株，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[18]。此外利用離子束誘變技術對猴頭菇、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生的生物學效應的研究，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體融合，以及現在應用較為廣泛的輻射育種，食用菌育種技術的進步是一個不斷發展與完善的過程。新技術的發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發現輻射誘變現象后，輻射誘變就作為一種育種手段應用于生物體育種研究。通過輻射誘變可以加速生物體自發突變速度，并能產生一些依靠自發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，無疑是一種理想的選擇。

新疆大學應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勢。在今后的離子注入誘變食用菌研究中，通過與傳統食用菌育種技術的結合，并通過離子束定位誘變技術、細胞的超微加工技術與離子束誘導細胞融合技術的研究，必將帶動低能離子注入誘變食用菌技術進一步的發展[21]。此外在逐步拓寬離子束誘變食用菌育種的同時，也要結合基因工程育種技術。可以利用基因工程技術手段研究控制食用菌產量、品質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，使該誘變技術更具方向性。

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