亚热带农业研究 2020,Vol. 16Issue (4): 273-278   PDF   
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2020.04.011
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文章信息

黄在兴, 王义祥, 赵光辉, 翁伯琦, 杨丽萍, 刘朋虎
HUANG Zaixing, WANG Yixiang, ZHAO Guanghui, WENG Boqi, YANG Liping, LIU Penghu
姬松茸育种研究进展
Research progress on Agaricus brasiliensis breeding
亚热带农业研究, 2020, 16(4): 273-278
Subtropical Agriculture Research, 2020, 16(4): 273-278.
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2020.04.011

文章历史

收稿日期: 2020-09-13
姬松茸育种研究进展
黄在兴1, 王义祥2, 赵光辉3, 翁伯琦2, 杨丽萍4, 刘朋虎1,2     
1. 福建农林大学国家菌草工程技术研究中心, 福建 福州 350002;
2. 福建省红壤山地农业生态 过程重点实验室, 福建 福州 350003;
3. 福州市农业科学研究所, 福建 福州 350018;
4. 广西凌云县泗城镇人民政府, 广西 百色 533100
摘要[目的] 总结当前姬松茸育种研究成果,为优良姬松茸品种选育和产业发展提供借鉴。[方法] 通过文献检索,从物理诱变育种、化学诱变育种、杂交育种、组织和单孢分离等方面综述了姬松茸育种的研究进展。[结果] 物理诱变易获得高产、营养丰富、次级代谢产物含量高和重金属含量低的改良种,是常用的姬松茸育种方法。化学诱变虽然能够有效提高多糖产量,但化学诱变剂多属于有毒物质,在育种中应用较少。姬松茸种质资源匮乏,限制了传统杂交育种及组织和单孢分离的应用。[结论] 目前姬松茸育种工作存在育种技术单一、工作量大等问题,建议加快构建有效的遗传转化体系,加强定向改良育种的应用和多种育种技术的融合,建立优质种质资源库,促进种质资源共享和流通,多方面推动优良菌种的选育。
关键词姬松茸    诱变育种    杂交育种    进展    
Research progress on Agaricus brasiliensis breeding
HUANG Zaixing1, WANG Yixiang2, ZHAO Guanghui3, WENG Boqi2, YANG Liping4, LIU Penghu1,2     
1. China National Engineering Research Center of JUNCAO Technology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China;
2. Fujian Province Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Hilly Red Soil, Fuzhou, Fujian 350003, China;
3. Fuzhou Institute of Agricultural Science, Fuzhou, Fujian 350018, China;
4. People's Government of Sicheng Town of Lingyun County, Baise, Guangxi 533100, China
Abstract: [Purpose] To summarize current research findings on Agaricus brasiliensis breeding, and to provide reference for the breeding and industrial development of A.brasiliensis in the future. [Method] Through literature search, the research progress of A.brasiliensis breeding was reviewed from aspects of physical mutagenesis breeding, chemical mutagenesis breeding, hybrid breeding, and tissue and single-spore separation. [Result] Physical mutagenesis is the common breeding method for A.brasiliensis as it is easy to obtain the improved species with high yield, rich nutrition, high contents of secondary metabolites, and low contents of heavy metals. Although chemical mutagenesis can effectively increase the yield of polysaccharides, chemical mutagens are mostly toxic and are rarely used in A.brasiliensis breeding. The scarcity of germplasm resources of A.brasiliensis has limited the application of traditional cross breeding, and tissue and singpore separation. [Conclusion] At present, there are some limitations in A.brasiliensis breeding, such as single breeding technology and heavy workload. It is recommended to not only accelerate the construction of an effective genetic transformation system for A.brasiliensis, strengthen the application of targeted improvement breeding and the integration of multiple breeding technologies, but also to establish a high-quality germplasm resource bank for A.brasiliensis and to promote resource sharing and circulation. In this way, the selection and breeding of ideal strains of mushrooms and their full utilization can be accelerated.
Key words: Agaricus brasiliensis    mutation breeding    cross breeding    progress    

姬松茸(Agaricus brasiliensis)在巴西、日本分别被称为“Cogumelo do Sol”、“Himematsutake”, 在分类学上属于担子菌亚门(Basidiomycotina)层菌纲(Hymenomycetes)伞菌目(Agaricales)蘑菇科(Agaricaceae)蘑菇属(Agaricus),是一种原产于巴西的食药兼用真菌,在巴西、日本和中国广泛栽培[1-2]。我国对姬松茸栽培的探索始于1991年[3],1992年福建省农业科学院从日本引进并栽培成功。姬松茸不仅营养丰富、味道鲜美,还具有抗肿瘤、抗氧化、调节免疫和预防糖尿病与肝炎等多种药用价值,深受消费者的青睐[4-6]。目前,在福建、云南、广西、河南和新疆等10个省份已形成一定的商业化规模栽培,其中福建省鲜菇年产量达2万吨以上,占全国总产量的60%左右[6-7]

目前,姬松茸产业面临产量和产值低、栽培技术欠缺、专业人才缺乏等问题[8],其生产总量相比香菇、木耳、平菇等有一定差距,严重制约了其产业的可持续发展。同时,由于姬松茸具有较强的镉(Cd)富集能力[9],在食品安全方面存在一定的负面影响。针对上述问题,许多学者进行了品种改良,在提高营养价值、产量和降低子实体重金属含量等方面取得较好成果。本文综述了姬松茸育种研究现状并提出展望,以期为其良种选育提供参考。

1 诱变育种技术

遗传改良可通过物理诱变、生物诱变和化学诱变等方式来诱导[10],如60Co射线、紫外射线、甲基磺酸乙酯和硫酸二乙酯等已成功应用于食用菌菌种改良[11-12]。目前,应用于姬松茸品种改良的技术主要集中在物理诱变,已获得了一批优良品种,化学诱变则较少。

1.1 物理诱变

物理诱变包括单一诱变和复合诱变。单一物理诱变具有操作简单、安全有效、成本低、突变率高、育种周期短等优点;复合物理诱变则可提高突变谱和正突变。由于对姬松茸的遗传背景了解有限,物理诱变成为了当下姬松茸育种的主要手段。

1.1.1 单一物理诱变

单一物理因子包括紫外线、离子束、He-Ne激光和60Co-γ射线等,它们的诱变效果各异。(1)紫外诱变容易得到次生代谢产物含量高的优良菌株。张卉等[13]和陆利霞等[14]均通过紫外诱变获得高产多糖的新菌株;邹彰毅[15]以姬松茸菌株JS01为亲本,利用紫外射线诱变获得了高产维生素B12的新菌株BUV-16,提高了药用价值。(2)离子束诱变能够增强姬松茸菌株的抗逆性。福建省农业科学院科研人员运用离子束诱变姬松茸AbM9得到AbML2、AbML7和AbML11等3株新菌株[16-18]。AbML2的抗青霉能力强且耐高温; AbML11抗青霉能力强, 生长速度快、产量最高。(3)通过60Co-γ射线诱变获得的菌株不仅产量高、营养价值高,而且重金属含量明显下降。翁伯琦等[19]通过60Co-γ射线诱变获得的新菌株J3和J5,其子实体必需氨基酸含量高于出发菌株J1,J3子实体重金属Cd的含量仅为J1的36.19%;J5子实体产量和相关农艺形状极显著高于亲本[18, 20-22],Cd、铅(Pb)和砷(As)含量明显低于亲本[23-25]。此外,也有研究人员运用He-Ne激光选育出了菌丝生长速度快、产量高的新品种[26]

1.1.2 复合物理诱变

单一物理诱变因子辐射效应各有特色,可配合使用以选育更加优良的菌株。刘朋虎等[27-28]以姬松茸主栽品种J1为出发菌株,用60Co-紫外射线进行复合诱变,获得新菌株福姬77(J77)。研究表明,J77的产量、粗蛋白、粗纤维、油酸和亚油酸含量均比J1明显提高,且Hg、Cd、Pb含量明显降低,特别是Cd含量降低了87.69%。Cd胁迫下,J77菌丝生长速度高于亲本,细胞受损程度低于亲本,表现为耐Cd低富集[29-32]。同时,由于诱变菌株与原菌株遗传背景相近,是研究某些特定性状的良好材料。Liu et al[33]比较了不同浓度Cd胁迫下J1与J77的转录组,挖掘并克隆了数个与Cd富集相关的关键基因[34],为进一步揭示Cd富集机制和选育低富集重金属品种提供依据。

1.2 化学诱变

目前有关姬松茸化学诱变的报道较少。陆利霞等[14]利用亚硝基胍对姬松茸菌株原生质体进行诱变,获得了突变菌株N516。N516菌株单位发酵液多糖含量高,比出发菌株提高300%。崔大明等[35]利用硫酸二乙酯对姬松茸菌株cfcc 5863进行了化学诱变,筛选的新菌株ABM48高产胞内多糖,安全评价表明该菌株安全无毒。以上表明,化学诱变能够显著提高姬松茸多糖产量且遗传稳定,有助于提升药用价值,但大部分化学诱变剂属于有毒物质,存在安全隐患,这限制了化学诱变技术在姬松茸育种中的应用。

2 杂交育种

食用菌的有性生殖与交配型系统密切相关。目前,杂交育种技术在香菇(Lentinula edodes)[36-37]、金针菇(Flammulina velutipes)[38]、双孢蘑菇(Agaricus bisporus)[39]等育种中得到了较好应用,对以上食用菌的交配型系统也有了较为系统的研究和认识[40],但对姬松茸的交配型系统研究和杂交育种技术鲜有报道。谢秀欣[41]研究表明,姬松茸属于二极性交配系统。贺建超等[42]进行了双孢蘑菇和姬松茸的灭活原生质体杂交育种,成功获得1株具有杂交优势的菌株,比两亲本产量高、抗杂菌能力强。郭仲杰等[43]将从姬松茸菌株姬A和AT11分离的2株不育株进行杂交,获得2株杂交优势种。其中,杂交菌株J180223为棕色,其菌丝生长速度快、爬土能力强、子实体产量高;杂交菌株J17056则为白色,也具有J180223的优势且提前2 d采收。

杂交育种相对于诱变育种具有方向性强、目的明确和易获得目标性状等优点,但同时也存在育种周期较长、不能产生新的基因等不足,且通常只能在种内或者相近种间进行。由于我国姬松茸种质资源少,杂交育种研究受到很大程度的限制。

3 组织和单孢分离育种

组织分离和单孢分离具有技术简单、对设备要求不高等优点,能够有效获得优良性状的纯种。江秀红等[17]以姬松茸AbM9为出发菌株,利用单孢分离技术获得的AbMD3菌株具有耐高温的优良性状,其最高耐受温度可达36 ℃。该菌株在高温地区具有很好的推广前景。胡润芳等[44]通过组织分离选育出高产、商品性状良好的“白系1号”。钱秀萍等[45]利用组织分离技术与紫外诱变相结合的方法,获得的AB103-51菌株多糖肽产量高。组织分离和单孢分离技术通过长期收集优良种质资源来实现,但不能产生新的性状,我国姬松茸种质资源匮乏仍是限制该技术开展的主要因素。

综上所述,姬松茸的菌种选育和改良研究已取得了一定成果,筛选出了具有产量高、营养好、抗逆强、生长快、低富集重金属、多糖含量高等优良性状的菌株(表 1),在实际生产中可根据需要选择不同的改良菌株以达到生产目的。

表 1 姬松茸改良种的优良性状及其改良方式 Table 1 A list of improved A.brasiliensis species, excellent characters, and improvement methods
亲本 改良种 改良种的优良性状 改良方式 参考文献
Ab-1 Ab-UV39 生物量高、胞外多糖产量高 原生质体紫外诱变 [13]
JS01 BUV-16 高产维生素B12 原生质体/孢子紫外诱变 [15]
AbM9 AbML2 抗青霉能力强、耐高温 离子束诱变 [17]
AbM9 AbML11
抗青霉能力强、菌丝生长速度快、子实体
产量高;4 ℃保存数月后的萌发速度、生
长速度和成活率高
离子束诱变 [16-17, 46]
AbM9 AbMD3 耐高温 单孢分离 [17]
J1 J3
多种氨基酸含量高于亲本,营养价值高;
子实体Cd含量低
60Co-γ射线诱变 [19-20]
J1 J5
产量高,氨基酸总量高,朵重、盖大小和
厚度、柄直径等农艺性状优于亲本;子实
体Cd、Pb、As、Hg含量低
60Co-γ射线诱变 [18, 24-25]

姬松茸(陕西省微生物研
究所提供)
变异株L-3
菌丝生长速度快、产量高 原生质体He-Ne激光诱变 [26]
J1(J85) J77
耐Cd能力强且低富集,高产,粗蛋白、粗
纤维、油酸和亚油酸含量高
菌丝60Co-紫外射线复合诱变 [28-32]
姬松茸(江南大学课题组) C811 多糖产量高 原生质体紫外诱变 [14]
姬松茸(江南大学课题组) N516 多糖产量高 原生质体亚硝基胍诱变 [14]
cfcc 5863 ABM48 胞内多糖产量高 担孢子硫酸二乙酯诱变 [35]
双孢蘑菇2796和姬松茸M1 杂交种 高产、抗杂菌能力强 灭活原生质体杂交 [42]
姬A不育株和AT11不育株 J180223 棕色,菌丝生长速度,子实体产量高 不育株杂交 [43]
姬A不育株和AT11不育株 J17056
白色,菌丝生长速度快,子实体产量高,周
期短
不育株杂交 [43]
(未知) 白系1号 高产、商品性状好 组织分离 [44]
AB103 AB103-51 多糖肽产量高 组织分离和紫外诱变 [45]
4 展望

针对姬松茸育种工作仍存在工作量大、种质资源有限、缺乏定向育种技术等难题,本研究建议加快构建姬松茸有效遗传转化体系,并运用现代分子技术加快定向改良育种、加强多技术融合育种和共享种质资源等。

(1) 以构建遗传转化体系为突破,加快定向改良育种。姬松茸等几种重要食用菌的基因组和转录组信息陆续公布,部分基因功能和代谢调控机理也被解析[47-51],为研究调控姬松茸优良性状的功能基因奠定了良好的基础。有效的遗传转化体系是研究基因功能和定向育种的基础,目前双孢蘑菇[52]、灵芝[53]、金针菇[54]等食用菌已建立起较为完整的遗传转化体系,并运用基因组定点编辑技术CRISPR/Cas9成功提高了双孢蘑菇的抗褐变能力[55]。此外,蛹虫草[56]、灰盖鬼伞[57]、灵芝[58]和金针菇[59]等也已经成功构建了CRISPR/Cas9系统。但目前尚未见有关姬松茸有效遗传体系和定向育种的报道,可借鉴以上研究成果,加快姬松茸有效遗传转化体系的构建,以实现定向改良育种。

(2) 以多技术交叉融合为优势,选育更多优良菌株。姬松茸是我国从日本引进的食药用菌品种,在国外尚未见其育种的研究报道,我国在姬松茸育种研究中处于领先水平。由于在国内尚未发现野生姬松茸,种质资源十分有限,这在很大程度上限制了传统杂交育种等育种手段的施展以及更多优良性状的挖掘[24]。为克服上述难题,一方面可将诱变育种技术与杂交育种技术相结合,利用诱变育种获得的优良品种进行相互杂交或者与普通菌株杂交,将多种优良性状集于一身。另一方面,可借鉴其他食用菌远缘杂交技术,如杏鲍菇与白灵菇[60],尝试将其他食用菌品种的优良性状引入姬松茸,以满足科研和生产需要。

(3) 以学术交流为平台,共享优良种质资源。改良后的姬松茸菌种均与亲本进行了纵向比较研究,但由于改良种资源缺乏流通和共享,致使横向比较研究缺乏。建议加快建立科学的姬松茸种质资源管理办法,建立姬松茸优质种质资源库,促进种质资源共享和流通,共同推动姬松茸育种研究。

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