黑木耳59個菌株的遺傳多樣性分析*

潘春磊，王延鋒，盛春鴿，王金賀，張 鵬，于海洋

（黑龍江省農業科學院牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157000）

黑木耳（Auricularia heimuer） 又名光木耳、云耳，隸屬于擔子菌門（Basidiomycota） 傘菌綱（A－garicomycotina） 木耳目 （Agaricomycetes） 木耳科（Auriculariales） 木耳屬 （Auricularia）[1]。黑木耳營養豐富，子實體中含有蛋白質、膳食纖維、多糖、氨基酸、黃酮、多酚等物質[2-5]，微量元素中尤其以鐵的含量最為豐富[6]，被譽為食品中的“含鐵冠軍”。黑木耳人工栽培起源于我國，在我國廣泛栽培，目前是我國繼平菇（Pleurotus ostreatus）、香菇（Lentinus edodes） 后的第三大栽培食用菌[7-9]，我國也是世界黑木耳產業發展最好的國家，據悉，我國的黑木耳產能高達世界總產能的90%以上[10]。

黑木耳產業的快速發展，導致其品種數量也急速增加，然而由于食用菌菌種和種質資源的特殊性，導致市場上存在著大量同物異名的現象，極大地限制了食用菌產業的健康發展，因此，對種質資源進行鑒定和評價分析就顯得尤為重要。SSR分子標記技術在種質資源的鑒定評價方面應用極為廣泛[11]，卜海東等[12]利用SSR分子標記結合表型形狀構建了寒地梨資源核心種質，李慧等[13]基于SSR標記構建了平菇栽培品種核心樣本。徐安然等[14]構建了木耳部分種質資源的SSR分子身份證。王新新等[15]通過SSR構建了29份雙孢蘑菇菌株的分子身份證，為雙孢蘑菇種質資源的研究評價提供了參考。

以農藝性狀為基礎的遺傳多樣性研究在植物上得到了廣泛的應用[16]。張向前等[17]對多個燕麥的農藝性狀進行調查；陳影等[18]對木耳進行了以農藝性狀為主的多樣性分析，研究燕麥種質資源的遺傳多樣性；常艷等[19]對糙皮側耳的農藝性狀進行研究，探討各個性狀間的相關性；盛春鴿等[20]以平菇農藝性狀為基礎，分析了外引群體和國內群體的遺傳差異。以表型為基礎的遺傳多樣性研究國外也有個案，Horvath等[21]通過對梨資源的農藝性狀進行調查，研究其表型多樣性和遺傳結構，Szamosi等[22]對甜瓜種質資源進行了農藝性狀多樣性分析。

以保藏在黑龍江省農業科學院牡丹江分院的59株主栽黑木耳菌株為試驗材料，通過分子鑒定和農藝性狀調查等方法，對這些菌株的遺傳多樣性進行了客觀的評價，同時也為黑木耳種質資源研究提供了一定的理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料黑木耳菌株59株，庫存編號AU60～AU96、AU106～AU127，保藏在黑龍江省農業科學院牡丹江分院食用菌研究所。

1.2 試驗方法

1.2.1 供試培養基

1）馬鈴薯綜合培養基（PDA培養基）。

2） 原種和栽培種培養基：木屑78%、麥麩10%、稻糠10%、石灰1%、石膏1%，含水量65%。

1.2.2 全基因組DNA的提取

菌絲DNA的提取使用植物基因組DNA提取試劑盒DP305-03，購自天根生化科技有限公司。

1.2.3 SSR引物、PCR反應體系及數據處理

SSR引物、PCR反應體系及數據處理方法參考徐安然等[10]的研究結果。引物詳情見表1。

表1 引物名稱及序列Tab.1 Primer name and primer sequence

PCR擴增反應體系：dNTPs 2 μL（2.5 mmol·L-1）、引物0.2 μL～0.3 μL（0.2 mmol·L-1）、10×Ex Taq PCR buffer 2 μL、Ex Taq 0.1 μL（5 U·μL-1）、DNA模板 0.4 μL～0.5 μL，ddH2O 補至 20 μL。

反應程序：94℃預變性5 min；94℃變性30 s，56℃～60℃復性 30 s，72℃延伸 30 s，30 個循環；72℃補齊10 min。聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測。

1.2.4 表型試驗設計及出耳管理

試驗于2017年～2019年3年春季在黑龍江省農業科學院牡丹江分院食用菌示范園區內完成，采用隨機區組設計，3個重復，每個重復60袋。黑木耳栽培采用全光地擺模式，集中開口、集中催芽、集中出耳，割口方式為“Y”字型口。栽培期間注意通風和保持濕度，防止雜菌滋生，特別在耳芽形成后，既要保證濕度又要保證氧氣充足。子實體生長期時，采用“干干濕濕”交替管理方法，直至木耳成熟，進行采摘。

1.2.5 農藝性狀測定

供試菌株農藝性狀指標和測定方法參考陳影等[23]的部分指標和方法，詳見表2。

表2 黑木耳15個農藝性狀的測定方法Tab.2 Value assignment of 15 agronomic traits for Auricularia heimuer

1.2.6 數據處理和統計分析

對原基顏色等7個非數值性狀按照表2所示進行分級賦值后再做數據分析，對其他8個數值性狀進行質量化處理，依照王述民[24]描述的方法進行統計，分為10級，1級XiX+2σ，中間每級間隔0.5σ。使用SPSS 23軟件進行聚類及主成分分析，聚類時種質間距離采用歐氏距離，類平均（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA） 法。多樣性指數的計算采用Shannon-Weaver信息指數。

2 結果與討論

2.1 基于SSR遺傳多樣性分析

基于SSR進行遺傳多樣性分析，59個黑木耳菌株的聚類樹狀圖見圖1。

圖1 59個黑木耳菌株的SSR聚類樹狀圖Fig.1 Dendrogram by cluster analysis based on SSR genetic similarity of 59 strains of Auricularia heimuer

如圖1所示，根據8對多態性引物的擴增結果，59個種質間的遺傳相似性系數0.42～1.00，且相似性系數在0.56處將59個菌株分成4大類，其中最大一類樣本容量較大，共41個菌株。這可能是由于長期人工選擇，導致了雜交育種親緣關系較近的緣故。

2.2 黑木耳農藝性狀遺傳多樣性分析

59個菌株的農藝性狀研究數值統計見表3。

表3 59個黑木耳菌株農藝性狀統計分析Tab.3 The statistic data of 59 strains of Auricularia heimuer based on agronomic traits

由表3可知，供試菌株的15個農藝性狀間存在不同程度的遺傳變異，變異系數范圍為6%～46%，其中變異最小的是原基形成時間，變異最大的是子實體邊緣特性。遺傳多樣性指數變化范圍為0.435～2.048，多樣性指數最小的是原基形成時間，耳片厚度指標的遺傳多樣性指數最大。

2.3 農藝性狀聚類分析及產量回歸模型的構建

15個農藝性狀的歐式距離聚類分析結果見圖2。

圖2 15個農藝性狀的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of 15 agronomic traits

如圖2所示，在歐氏距離10.0處，15個農藝性狀被分為兩大類。第一類涵蓋了子實體形狀、子實體腹面褶皺、子實體背面褶皺、子實體邊緣特性、原基顏色、子實體顏色等11個農藝性狀，以賦值性狀為主，表明這些賦值性狀彼此之間的相關性較高。第二類涵蓋了產量、耳片長度、耳片寬度等信息，表明這幾個性狀間存在一定程度的相關性。

通過此證據進一步利用SPSS軟件對數據進行挖掘，通過多元逐步回歸分析的方法構建產量（Y）與發菌時間（X1）、耳片厚度（X2）、耳片長度（X3）、耳片寬度（X4）之間的最優回歸模型，得到的回歸方程式為：

由此可見，產量和發菌時間、耳片厚度、耳片長度呈正相關，與耳片寬度呈負相關。產量性狀與其關系緊密的4個性狀相關程度依次為：耳片厚度（X2）>耳片寬度（X4）>發菌時間（X1）>耳片長度（X3）。在其他變量保持不變的前提下，耳片厚度每提升一個單位，產量會相應的提升6個單位，耳片厚度是影響產量的重要指標之一。

2.4 主成分分析

對59個菌株的15個農藝性狀進行主成分分析，結果見表4。

表4 主成分分析方差解釋Tab.4 Total variance explained by principal component analysis

由表4可知，前4個主成分的累積貢獻率為96.067%，表明這4個因子所含的信息可解釋全部信息量的96%，符合分析要求。

對前4個主成分的載荷矩陣進行分析，見表5。

表5 主成分載荷矩陣Tab.5 Principal component loading matrix

由表5可知，耳片長度、耳片寬度在第1個、第3個主成分上有較高的載荷值，這2個主成分主要解釋了這2個變量，可以把第1個和第3個主成分綜合解釋為子實體形態性狀指標；產量和耳片寬度2個性狀在第2個主成分上有較高的載荷值，可以把第2個主成分解釋為產量因子；發菌時間和原基形成時間2個性狀在第4個主成分上有較高的載荷值，可以把第4個主成分解釋為營養發育因子。此4個主成分分別從營養發育角度、子實體形態性狀角度和產量角度綜合評價了木耳菌株。同時這些性狀也是作為木耳菌株特性評價的主要指標。

2.5 基于農藝性狀對59個菌株的聚類分析

對59個木耳菌株15個農藝性狀進行歐式距離聚類分析，結果見圖3。

圖3 基于農藝性狀對59個木耳菌株的聚類分析Fig.3 Cluster analysis of 59 strains of Auricularia heimuer based on agronomic traits

如圖3所示，在歐式距離20的水平上將供試菌株分為兩大類。綜合SSR聚類分析結果和農藝性狀可知，此聚類圖與SSR聚類結果關聯度不大，與農藝性狀關聯度很大。類群1包括AU95、AU113等25個菌株，其最典型的特征是子實體多為典型的元寶型，腹面和背面的褶皺多為平滑型。類群2包括AU71、AU117、AU126等34個菌株，這個類群在歐式距離為16的水平上又分為3個亞類，總體來講，盡管有AU64、AU79、AU70等少數幾株元寶型子實體菌株編入了這個類群，但這個類群的木耳子實體多數為菊花型，且腹面背面的褶皺明顯。

3 討論

木耳種質資源的評價研究多集中在分子標記的研究方面[25-26]，但近年來基于農藝性狀的多樣性研究也愈來愈多，農藝性狀是實際的感官或測量指標，作為評價種質資源多樣性研究的指標一直扮演著極其重要的角色。以農藝性狀指標為基礎，結合SSR分子標記，評價了59個木耳菌株的遺傳多樣性，最終發現分子指標的聚類結果和子實體的農藝性狀沒有必然聯系，兩者只能從不同角度揭示菌株間的遺傳差異。

基于農藝性狀的菌株聚類結果將供試菌株分為兩大類群，與子實體形狀及耳片腹面、背面的褶皺情況有極大的關系，但是與耳片長、寬、厚等指標關系不大。15個農藝性狀的聚類結果表明，各農藝性狀間存在一定的聯系。多元逐步回歸表明，木耳的產量和發菌時間、耳片長度、寬度、厚度具有一定的線性關系。在木耳育種進程中，要充分協調好外觀、品質、產量等性狀，依據科學的指導和管理，提高生產效益。