第三章-食用菌的遗传与育种

第三章食用菌的遗传与育种食用菌遗传和变异的规律及分子机制食用菌的生活史食用菌的交配类型和繁殖模式食用菌遗传学有性生殖中基因的遗传分析细胞质遗传杂种优势的原理及应用食用菌育种食用菌育种的原理、技术路线和方法第一节食用菌的繁殖方式第二节食用菌的生活史第三节食用菌的育种技术第一节食用菌的繁殖方式多数食用菌完整生活史包括无性及有性两个阶段，主要进行从担孢子萌发再到新一代担孢子产生的有性生殖过程，其间要经过质配、核配及减数分裂三大步骤。一、无性繁殖无性繁殖：不通过有性生殖细胞的结合，而由亲代直接产生新个体的生殖方式叫无性繁殖，食用菌的无性繁殖主要有以下几种形式：1.以菌丝断裂的方式繁殖；2.以产生无性孢子的方式繁殖：如香菇产生节孢子，双孢蘑菇产生次生孢子，草菇产生厚垣孢子，黑木耳产生钩状分生孢子等；3.以出芽方式繁殖。特点：无性孢子在不良条件下有较强抗性，在适宜条件下可再萌发为原来的一级菌丝或二极菌丝，继续进行有性生活过程。二、有性繁殖通过有性生殖细胞的结合，产生新个体的繁殖方式，叫有性繁殖。孢子核基因的不同就决定了其所萌发成的单核菌丝的不同性别。有性繁殖根据进行质配的单核菌丝的性别，又可以分为以下两种形式。（一）同宗结合（二）异宗结合同宗结合：即质配发生在同一个孢子萌发的两条单核菌丝之间，不需与异性结合，又称自交亲和，这种自交可育的繁殖方式称为同宗结合。可分为初级同宗结合和次级同宗结合。其担孢子的基因性完全一致。初级同宗结合：担孢子只含有减数分裂后产生的4个核中的一个，单核担孢子萌发形成的单核菌丝细胞间不须经过异体菌丝的融合，就可自己发生双核化，并完成核配和减数分裂的有性生活史的全部过程。草菇即属于这一类型。次级同宗结合：每个担子只产生2个担孢子，每个担孢子内含有减数分裂后形成的4个核中具有不同交配型基因的2个核，双核担孢子萌发后形成可孕的多核的异核菌丝体，这种菌丝体不与其他菌丝交配就可自行完成有性生活史。双孢蘑菇即属于这一类型异宗结合：大多食用菌的担孢子或单核菌丝有“雌”、“雄”性之分（常用“＋”、“－”表示）。其性别是由遗传因子控制的，只有异性的单核菌丝，才能质配成双核菌丝，而同性别的菌丝永不亲和，也不产生有性孢于，这种现象称异宗结合，也称自交不育。二极性90％的菌类属异宗结合，有两种类型：二极性和四极性。：是由一对遗传因子（A—a）所控制的，这类食用菌所产生的担孢子以及其萌发的初生菌丝，不是A型，就是a型，四个担孢子分属二种类型，即二个是A，二个是a，两两相等，称为二极性。只有组成Aa时，才能出现正常的锁状联合，形成双核菌丝体，最后发育成子实体。如果各担孢子萌发的单核菌丝，让其自己配对，可育率有50％（表1），黑木耳、渭菇等属于二极性菌类。表1二极性组合的可育情况孢子性别AAaaA－－＋＋A－－＋＋a＋＋－－a＋＋－－“十”表示两者可育,“－”表示两者不可育，可育率有50％。四极性:大部分食用菌的性别是由二对独立分离的遗传因子（A—a和B—b）所控制的。四个担孢子的性基因，分别是AB、Ab、aB、ab四种类型，近似四种性别，称为四极性。属于四极性初生菌丝，只有AaBb的组合才是可育的，可育率25％（表2），香菇、朴菇、平菇、银耳、毛木耳等即属四极性菌类表2四极性组合的可育情况孢子性别ABAbaBabAB－0－0－＋Ab－－＋0－0aB－0＋0－0－0ab＋0－0－－0000十表示两者可育－表示两者不可育无论是同宗结合或异宗结合，都是细胞质的结合，细胞核并不结合，只是紧靠地排列成对。这些偶对细胞核继续不断地分裂，形成大量的新细胞，使菌丝体迅速地生长发育。第二节食用菌的生活史一、生活史的概念所谓生活史，是指生物一生所经历的生长发育和繁殖阶段的生活周期(全过程)。食用菌的生活史是指从孢子萌发，经历菌丝体、子实体阶段，以及又由子实体产生孢子的循环过程。多数食用菌的生活史是：担孢子担孢子萌发初生菌丝（单核菌丝）两条可亲和的初生菌丝融合次生菌丝（双核菌丝）子实体原基子实体担孢子二、食用菌中伞菌类的典型生活史食用菌中多数伞菌类的典型生活史由以下几个阶段组成：担孢子萌发，生活史开始：单核菌丝（初生菌丝）开始发育。两条可亲和的单核菌丝通过融合进行质配，形成双核菌丝体。多数食用菌的双核菌丝具有锁状联合。双核菌丝能够独立地、无限地繁殖，有些种的双核菌丝能产生粉孢子、厚垣孢子等无性孢子。在适宜的环境条件下，双核菌丝发育成结实性菌丝(三生菌丝)并组织化，产生子实体。如冬虫夏草、茯苓等。子实体菌褶表面或菌管内壁的双核菌丝的顶端细胞发育成担子，进入有性生殖阶段。8.来自两个亲本的一对交配型不同的单倍体核在担子中融合，进行核配，形成一个双倍体核；双倍体核进行减数分裂，结果产生四个单倍体核；担子顶端生4个小梗，小梗顶端膨大成幼担子，各个单倍体核分别移至担子小梗的顶端，形成担孢子。至此，完成了一个完整的生活史。担孢子萌发单核菌丝断裂方式（无性孢子）营养繁殖双核菌丝断裂方式（无性孢子）营养繁殖产生更多的双核菌丝，扭结成子实体原基子实体双核菌丝先端细胞形成担子细胞双倍体核担子细胞形成四个单倍体的核，同时形成四个突起担孢子担子菌纲食用菌的典型生活史核融合Nuclearfusion减数分裂meiosis担孢子梗sterigmataBasidiospores担孢子Basidium（担子）三、有性繁殖过程中细胞核的变化一是质配后开始的异核双核阶段，即异核双核期。具有产生子实体的能力，是大部分食用菌的主要存在形式；二是核配后开始的短暂的双倍核期；三是核配马上进行减数分裂，每个细胞中都有4个单倍体核，称为单核期，此期亦短暂。四、食用菌中几种有代表性的生活史类型各种食用菌的生活史，由于控制有性过程的基因不同而有差异，下面举几个有代表性的食用菌生活史类型。草菇的生活史：初级同宗结合子实体担子担孢子减数分裂核配单核菌丝双核化双核菌丝子实体原基双孢蘑菇的生活史：次级同宗结合子实体担子担孢子减数分裂核配多核菌丝子实体原基▲香菇的生活史：四极性异宗结合，双因子控制、四极性第三节食用菌的育种技术食用菌栽培是一系列复杂操作的工作程序，包括种菇选择、母种选育与保存、菌种制备、出菇管理及市场销售等，每个程序都有至关重要的细节操作。但育种是这些工作中首要的一项工作，没有优良的菌种，不管其他工作程序准备及管理得多么好，都会造成减产或失败。育种的首选目标高产优质抗逆性强具有广泛的适应性一些特殊的育种目标一、引种与选择育种（一）引种引种应遵照以下原则和程序进行：了解供种单位了解品种了解拟引进品种的生物学特性和栽培要点先试种再扩大品种配套（二）选择育种选择育种是最古老、最简便、应用最广的选种方法。它是先分离和收集各地的有关菌株，然后通过生产试验比较各菌株的生产性能，选留最优者。不断淘汰劣等菌株，选留优秀菌株，就能使生产丰收，质量稳定。食用菌自然选育的基本流程：收集品种资源生理性能测定品种比较试验扩大、示范推广食用菌选择育种的重点是进行不同菌株间的选择。人工选择育种不能改变个体的基因型，只是积累和利用自然条件下发生的有益变异，使其向着人们希望的方向积累，形成新的品种。具体步骤如下：1、资源的收集与采集不同菌株采集地点的地理条件应有明显的差别，采集野生标本时，还应注意两个采集点之间尽量远一些，同时采集不同地形、坡度、坡向的野生标本。菌种分离孢子分离法组织分离法菇木分离法孢子弹射分离法整菇插种法钩悬法贴附法菌褶上涂抹法孢子印分离法单孢子分离法2、获取菌种平板稀释法连续稀释法子实体组织分离法菌核组织分离法菌索分离法(1)孢子分离法在无菌操作条件下利用食用菌的有性孢子或无性孢子在适宜的培养基上萌发成菌丝体，而获得纯菌种的方法称为孢子分离法。特点菌丝菌龄短，因是有性繁殖产物，其菌丝生命力强。侵染病毒的菌类可用孢子分离法脱毒。这种菌种生活力较强，但孢子个体之间有差异，且自然分化现象较严重，变异大，需经出菇试验才能在生产上应用。孢子分离法分为单孢分离法和多孢分离法。(2)组织分离法组织分离法是利用子实体内部菌肉组织来获得菌种的一种最简便的方法，是生产上常用的一种分离菌种的方法。组织分离是一种无性繁殖过程，所得到的菌种是营养后代，后代不易变异，菌株可保持原品种的优良品质。但如采用感染病毒的子实体进行组织分离时，常得到带病毒的菌丝体。子实体组织分离法选择优良的种菇作为分离材料，用无菌水冲洗后，用75%的酒精溶液表面消毒。取消毒过的刀片从菌柄或菌盖中部纵切、撕开，挑取菌盖与菌柄交界处的一小块组织(火柴头大小)，接种到PDA培养基上3-5天后，接种块上产生白色绒毛状菌丝。(3)菇木分离法利用菇木中菌丝的分离而获得纯菌种的方法。这种方法污染较大菇木分离法能用孢子分离或组织分离的菌类，一般不用这种方法。在自然界，银耳菌丝与香灰菌丝在一起才能产生银耳子实体，而用长有菌丝的段木来分离，能同时得到银耳菌丝及香灰菌丝，因此，生产上用的银耳菌种常采取菇木分离法，香菇、木耳等菌类也可采用菇木分离法菇木的选择与处理分离时仅需取1cm厚的一片或一块菇木，一般选取菇木的中间部位，不取两端，因两端裸露在外，污染率高。菇木分离法3、生物特性分析研究获得菌种后，对不同样本菌株的生物学特性进行试验研究，首先淘汰掉一些基因型一致的菌株，保留不一致的菌株。并对它们进行对温度、生长速度、生长势、PH要求等生物学特性的分析和研究，进行劣汰。4、菌株出菇性能比较试验比较各菌株的优劣，详细记录各菌株的产量、菇形、温性、干鲜比、始菇期、菇潮间隔、形态等。为了试验的准确性，要保证菌种的质量，培养基配方，接种，管理措施等可能影响结果的因素，尽可能使之一致。试验还应按生物统计原理进行安排。5、扩大栽培试验上述的品种评比结果仅是个阶段性的成果，还应和当地的当家菌株同时进行栽培，证实它是更优良的菌株。6、示范推广试验经扩大试验后，将选出的优良品种放到有代表性的试验点进行示范性生产，待试验结果进一步确定之后，再由点到面推广。二、诱变育种诱变育种是利用物理或化学因子处理食用菌的细胞群，促使其细胞中的遗传物质的分子结构发生改变，从而引起其遗传性变异，然后从变异的细胞中筛选出少数具有优良新性状变异的菌株。1、诱变因素碱基的类似物，常用的有5-溴尿嘧啶（BU）碱基化学修饰物亚硝酸引起的氧化脱氨反应羟胺的致突变作用烷化剂的致突变作用，常见的有EMS、NTG、EES和芥子气诱变因素分物理因素和化学因素两大类化学因素（诱变剂）：嵌合剂和移码突变常用的嵌合剂有吖啶橙、二氨基吖啶和吖啶黄素等。物理因素：辐射诱变紫外线（UV）、X射线、α射线、β射线、γ射线、中子射线、超声波、激光卫星和宇宙飞船搭载，利用超真空、超低重力的作用，进行诱变育种。2、诱变对象是单细胞或细胞少的菌丝片段，并呈均匀的悬浮状态。这有利于均匀地与诱变剂接触。诱变的细胞应处于生理活动期。稍加萌发的孢子比休眠状态的孢子对诱变剂的敏感增强数倍，诱变效果好。被处理的细胞最好是单核的。细胞内有两个核时，两核内的遗传物质对诱变剂的反应可能不同，在其后代会出现不纯的菌落。诱变的处理育种工作中常用杀菌率来表示各种诱变剂的相对剂量。诱变率随剂量的增高而增高，但并不是越高越好。物理诱变实验室普遍使用的是紫外线。步骤如下：在诱变箱中装15W的紫外灯管先预热20min将5mL孢子悬浮液移入直径6cm的培养皿或10-12mL孢子悬浮液移入直径9cm的培养皿中打开盖在距离紫外灯管30cm处照射0.5-5min处理后可直接稀释涂平板增殖培养时必须用黑纸包住三角瓶。3、挑选突变株诱变后的孢子培养长出菌落后应及时挑选菌落。同宗结合的菌株选择发育健全的单个菌落。异宗结合的选择两个可亲和的单核菌落配对。最后进行栽培实验，比较生产性能。选出的菌株中，发生突变的仅占少数。而产生显著高产优质正向突变的菌株更是极少数。因此，诱变育种中，初筛的菌株不可过少，通常选择100-1000个菌株，并设置重复，以确保实验的可靠性。三、杂交育种技术食、药用菌的杂交是指不同种或种内不同株系之间的交配，