食用菌育種技術的研究進展*

唐夢瑜，么 越，榮 丹，姜 明

（牡丹江師范學院生命科學與技術學院，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]，因而有學者推薦“一葷一素一菇”的健康飲食結構，這使得食用菌的需求量日益劇增[2]。推動食用菌產業做大做強，最行之有效的方法就是做好育種工作。我國食用菌栽培的歷史悠久，最早可追溯到東漢時期，王充的《論衡》一書中就有關于“紫芝”（“芝”泛指土生菇類）在土地里栽培的記錄。到元、明時期，我國江浙一帶對香菇（Lentinus edodes）的栽培已有非常成熟的技術經驗，但此時香菇仍采用砍花法進行栽培。在清朝同治年間，《潮州府志》一書記載廣東曲江南華寺地區，人們使用稻草栽培草菇（Volvariella volvacea），該方法一直沿用，并經由我國華僑帶入到東南亞地區，這些地區至今仍為草菇的主要產區[3]。直到20世紀70年代，我國的食用菌生產開始廣泛推廣人工制種和接種，同時引進和選育了一批優良菌種，食用菌產業才得到迅速發展，開啟了我國食用菌栽培的全新時代[4]。我國食用菌的產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外引進，為了解決這一問題，我國科研人員對食用菌育種工作進行了深入研究。截止目前，我國成功栽培的食用菌品種已有80多種，其中形成商業規模的有50多種，規?；耘嗟囊灿?0多種[5]?，F階段我國食用菌育種工作處于穩步前進階段，在品種選育和產量方面均處于國際先進水平。食用菌育種技術的發展，可以促進食用菌品種改良，從而滿足人們對食用菌的需求，促進食用菌產業發展。通過對近年來食用菌育種技術主要研究進展、不同育種方法進行綜述，并對食用菌未來的育種方向進行展望，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

育種就是通過創造遺傳變異、改良遺傳特性，以培育遺傳性狀穩定，符合產量高、品質優、抗逆性強、適應性廣、易管理等需求的新品種開發技術。隨著人們對食用菌需求量的增加，促進了食用菌育種技術的發展。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、原生質體融合育種以及基因工程育種等。隨著各種測序技術和分析手段的不斷發展，基因工程育種也將成為未來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菌絲體，經過母種、原種及栽培種的篩選，通過人工栽培試驗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都是由野生食用菌馴化而來，如羊肚菌（Morchella spp.）營養價值豐富，深受大眾喜愛，但其產量低，價格居高不下，現在結合因地制宜的栽培策略，四川、北京等多地均對本地的野生羊肚菌資源進行了采集和人工馴化[8-9]。李貴春等[10]對黑龍江省大興安嶺地區的野生蜜環菌（Armillariella mellea）人工栽培進行了初探。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野生花臉香蘑（Lepista sordida） 的人工栽培，并研究了其子實體和菌絲體的次級代謝產物。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”為對照，發現RT28號猴頭菌環境適應性強，產量優于對照菌株，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野生馴化的方式進行人工栽培。

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，經過一代代的選擇培育，使有益變異的優勢不斷擴大從而獲得新品種的方法；包括野生食用菌中選育優良的菌種[18]。主要步驟包括野外采集、純種分離、生理性能測定、出菇（耳）試驗和性狀觀察、小規模生產試驗和示范推廣。此外還可以通過引種的方式篩選適合當地栽培的優良菌株，其步驟包括引種、擴制菌種、出菇試驗、小規模生產試驗、經過比較觀察后選出優良品種、推廣使用。自然選育是早期食用菌發展常用的育種方法，許多食用菌品種均是通過這種育種技術獲得。如香菇品種滬農1號、華香5號、申香2號、申香9號、武香2號、廣香51號等[19]。于海龍等[20]將內蒙古赤峰縣采集的野生毛木耳（Auricularia cornea） 菌株，經過性狀考察及出菇試驗、多輪小試加中試示范并與國審品種“AP4”進行對照，選育出一株非常適合鮮耳銷售的毛木耳品種，經上海市種子管理總站的認定，命名為“申耳1號”。趙輝等[21]從四川達州市通川區羅江鎮柳家壩大豆林間采集到一株野生的花臉香蘑菌株，經過馴化選育該菌株在2019年被命名為“達香蘑1號”，在2020年獲得了四川省非主要農作物品種的認定證書。

1.3 雜交育種

雜交育種是通過2個或多個親本遺傳物質的交換重組，產生兼有雙親優點，且不發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]。

為了改進生產品種親本單一的問題、或選擇更適合地方環境條件的食用菌栽培品種，很多人選擇在現有栽培菌種的基礎上通過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，得到更加穩定和高產的中高溫型平菇新品種“駐研2號”。史紅鴿等[24]同樣采用單孢雜交的方法以當地主栽的平菇“CCEF89”菌株和野生馴化菌株“4195”為親本，選育出“駐研1號”，其產量雖然沒有“駐研2號”高，但該品種屬于中低溫型，適宜于當地冬季大部分地區栽培。羅順珍等[25]通過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進行雜交，獲得了集2個親本優點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） 的品種選育中通過雙單雜交在早熟白色F363和晚熟白色FNK1302品種的基礎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年得到審定認可并進行大面積示范應用。張美彥等[27]采用多孢自交的育種技術以傳統優勢栽培種“申香215”為親本，重點選育出菌齡較短、菌蓋顏色也較淺的“申香1644”新品種香菇。Lin等[28]以MAT基因作為篩選標記，通過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因素誘使食用菌細胞內遺傳物質的分子結構發生變化，從而引發可遺傳的變異，再經過有目的性的篩選獲得少量的優良菌株。根據誘變劑種類的不同，誘變育種可分為物理誘變和化學誘變。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；化學誘變主要通過秋水仙素、亞硝酸、亞硝基胍、甲基磺酸乙酯等誘變劑進行誘變，近年來常通過與物理誘變結合的方式進行誘變育種[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建平菇新種質。Harfi等[32]同樣利用60Co-γ射線誘導雙孢蘑菇（A－garicus bisporus）發生突變，結果顯示，經射線輻照后的雙孢蘑菇在生產周期、出菇數量、干質量和鮮質量、產量以及過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對黑木耳（Auricularia auriculae） 液體發酵菌株的選育工藝進行了初探。李塬等[34]利用常壓室溫等離子體誘變技術對靈芝（Ganoderma lucidum） 菌株的原生質體進行處理，獲得了103個誘變菌株，通過測定誘變后菌株的菌絲體多糖含量，獲得了2株穩定性較好且產量最優的高產多糖靈芝菌株。張越野等[35]同樣對上述試驗誘變后的103株靈芝進行了篩選，獲得了14個抗氧化能力較強的菌株；研究證明靈芝抗氧化能力主要取決于靈芝內多酚的含量，通過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平菇菌株“灰美2號”進行了處理，探究了秋水仙素對平菇單核菌株生長的影響，結果表明不同濃度秋水仙素處理的菌株與不經秋水仙素處理的空白菌株存在不同程度的拮抗現象，經過秋水仙素處理的平菇產量要低于未經處理的平菇菌株，但較低濃度的秋水仙素可以加快菌絲的生長速度。羅潤等[37]采用紫外線、氯化鋰和甲基磺酸乙酯分別對黃色金針菇菌株FV7進行了誘變，發現利用甲基磺酸乙酯誘變金針菇效果明顯。

1.5 原生質體融合育種

原生質體融合育種是將2個或多個不同來源的幼嫩菌絲親本脫去細胞壁制備成原生質體，再經過融合劑的融合，產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上建立了一種原生質體制備的新方法，通過在平板上鋪放玻璃紙再接種菌絲塊培養的方法，簡化了食用菌原生質體的制備過程，并用這種方法制備了糙皮側耳（Pleurotus ostreatus）、雙孢蘑菇和中國美味蘑菇（A.sinodeliciosus） 的原生質體，該方法操作簡單且不易污染。孫佳星等[40]通過單因素試驗對香菇原生質體制備的穩滲劑濃度、酶解液類型、酶解時間以及酶解溫度等4個因素的使用進行了篩選，并利用響應面法分析了酶解時間、酶解溫度以及酶解液種類間的相互作用關系，為食用菌原生質體育種方法的優化提供了借鑒。劉璐等[41]在探究香菇原生質體制備的過程中發現探究因素對原生質體再生率的影響從大到小依此為穩滲劑濃度、酶解時間、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菌株的原生質體，通過測定誘變株的菌絲體多糖含量，獲得一株高產多糖的新型菌株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）的原生質體，探究褐色雙孢蘑菇原生質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。武秋穎等[44]單純通過原生質體融合技術，對優良性狀互補的平菇和杏鮑菇原生質體進行融合，篩選得到2株產量和抗性均優于原始菌株的杏鮑菇新品種，還有3株生長周期短且產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切酶進行酶切，再通過與載體連接的方式導入到受體細胞中，在受體細胞內經過復制和表達，篩選出新品種[45]。

現在廣泛栽培的食用菌主要為草腐菌和木腐菌，因而對食用菌纖維素酶和漆酶的研究較多。雷曉娥等[46]通過測定香菇939菌株的漆酶活性并結合轉錄組測序技術，對不同漆酶活性的單核菌絲體差異表達基因進行了分析；根據預測結果顯示，共有16個轉錄因子可以與漆酶基因結合，包括一個bZIP型轉錄因子、14個C2H2型鋅指蛋白和1個C4型鋅指蛋白，為進一步研究漆酶活性等相關基因提供了豐富的數據。段應策等[47]則對香菇中的草酰乙酸水解酶基因LeOAH1進行了克隆，并進行體外誘導表達，為香菇的生長、育種提供幫助。鐘海英等[48]利用RNA干擾法（RNAi）得到香菇YUCCA8基因的沉默陽性轉化子，與野生型相比，YUCCA8基因沉默后香菇菌絲生長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化酶和蛋白激酶A催化亞基的基因轉錄水平顯著低于野生型，使金針菇突變株的菌落生長速度明顯降低，補充這2種基因表達的產物后可使突變株恢復野生型的長勢；且金針菇的產量和生長周期均優于野生型，因而確定在金針菇生長過程中Fvcpc2基因起到了正向調控的作用；其影響范圍也較廣，包括菌絲和子實體的生長發育速度以及產量等方面。Yang等[50]利用基因編輯技術敲掉了引起雙孢蘑菇褐變的多酚氧化酶（PPO）6個基因中的一個，使該酶的活性下降了30%，有效減少了褐變現象的發生，這一研究的成功將食用菌基因工程育種技術的發展又推動了一步。韓云云等[51]從香菇轉錄組中通過篩選鑒定得到了谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）基因，研究發現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制提供了依據。Zhang等[52]通過群體分析測序（BSA-seq）和極端表型全基因組關聯分析（XP-GWAS），在平菇第7條染色體上定位了一個控制平菇菌蓋顏色的0.8 Mb數量性狀位點（QTL）區域。通過對轉錄組進行比較分析進一步鑒定了1個編碼酪氨酸酶的候選基因PcTYR，經過熒光定量PCR分析和遺傳轉化試驗證明PcTYR在平菇菌蓋顏色形成中起著至關重要的作用。這個研究將有助于揭示食用菌菌蓋顏色形成的遺傳機制，從而有利于菌蓋顏色性狀的分子育種。Ma等[53]通過抗性試驗篩選出一株深綠木霉高抗香菇Y3334和一株易感菌株Y55，對其進行轉錄組分析和熒光定量PCR檢測，結果顯示LeTLP1基因在高抗香菇Y3334感染深綠木霉的過程中有強烈的誘導表達作用。通過對LeTLP1基因進行沉默或過表達，結果顯示LeTLP1蛋白的過量表達是香菇對深綠木霉產生抗性的主要機制，這一結果為選育高抗香菇菌株提供了分子基礎。

1.7 食用菌不同育種方法的對比

不同育種方法的優缺點及應用方向差異匯總內容見表1。

表1 食用菌不同育種方法的優缺點及主要應用方向統計Tab.1 Advantages,disadvantages and main applications statistics of different breeding methods for edible fungi

2 展望

2.1 從傳統育種到精準育種

培育出產量穩定、外觀良好、口感突出以及抗逆性強的食用菌品種是所有育種工作者的目標。傳統育種的方法速度緩慢，耗時耗力，育種方向性也不強，不再適用于已經實現人工栽培的食用菌育種。將分子標記、基因克隆、基因定位、基因沉默和基因編輯等技術充分運用到食用菌育種工作中，實現快速、高效、精準育種，打造中國食用菌“明星”品種，向食用菌產業強國道路奮進。

2.2 建立更成熟的育種體系

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

2.3 食用菌未來育種方向

傳統食用菌的選育主要側重于篩選高產、生長周期短、子實體數量多和抗逆性強的食用菌品種。近年來，關于食用菌營養物質和功能活性成分的報道逐年增加，未來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元素的食用菌品種；也可以選育產孢子量少（靈芝等除外）、不褐變、開傘晚、易運輸的食用菌品種，方便生產、加工和運輸。

從傳統育種到精準育種，是從表現型到基因型、從宏觀到微觀的轉變；建立更成熟的育種體系，是育種方法從單一到多樣，從分散到集中的進步，是未來食用菌育種的主要方向。