离子束注入诱变技术应用于食用菌的研究*

吕 杰，金 湘，毛培宏

（新疆大学物理科学与技术学院，离子束生物技术中心,新疆 乌鲁木齐 830008）

食用菌是指能形成大型的肉质 （或胶质）子实体或菌核组织，并可供人类食用的高等真菌的总称。食用菌因富含蛋白质、氨基酸、维生素及多种微量元素而具有食用营养价值外，不同的种类中还含有高分子多糖、三萜类化合物和有机酸等多种天然活性物质，而且具有保肝、利胆，提高机体免疫力及抗肿瘤的药用保健价值，因此广义食用菌概念中包括食用菌、食药兼用菌及药用菌。

我国食用菌产业经过30多年的发展，已从1978年产量仅6×104t，占世界总产量的5%，发展达到2009年食用菌总产量1.8×107t，占世界总产量的70%，产值超过茶叶及蚕桑，成为我国继粮、棉、油、菜、果之后的第六大种植产业，成为世界上最大的生产国与出口国。

我国食用菌产业经过多年的发展已具有一定的规模，并正在快速发展，但我国食用菌育种技术水平及应用范围已明显滞后于快速发展的食用菌生产的需要。由于育种技术水平较为传统，育种周期长，高产、高抗的优质品种匮乏，使得多种具备集约化生产潜力的食用菌品种不能大规模生产，而多以劳动密集型的形式进行不规范的生产管理。随着生活水平的日益提高，人们也越来越多的开始关注食品安全问题，那么如何提高食用菌品质以减少种植栽培过程中喷施的有害物质，成为食用菌育种研究人员面临的问题。上世纪八十年代以来，原生质体融合和辐射诱变技术逐渐应用到食用菌育种当中，取得了一些可喜的成果，并展现了广阔的应用前景。通过对我国食用菌育种技术进行综述，并着重介绍离子束注入诱变技术应用于食用菌育种的研究现状。

1 食用菌的育种方法

1.1 野生食用菌驯化及人工选择育种

野生食用菌驯化是食用菌种质资源获得的最直接和最主要的途径。通过对野生可利用菌株菌丝或孢子的分离，并在实验室加以驯化，最终进行大面积的栽培。1983年中国科学院新疆生物土壤沙漠研究所开始了对阿魏菇的野生驯化工作，对分布于托里地区的野生阿魏侧耳 （Pleurotus ferulae）形态特征、生活条件、菌丝培养特征进行了系统的研究，并在无寄主植物阿魏根添加的情况下，以棉籽壳等原料组成的培养基料上培育出阿魏菇子实体，并首先在新疆开始人工栽培[1]。随着我国食用菌产业发展的需要，我国驯化、引种栽培的食用菌品种已从上世纪八十年代末的20多种，发展到现在的80余种[2]。

人工选择育种则是针对已驯化的食用菌品种，采用人工方法定向选择食用菌在培植过程中发生的有益变异，不断利用这些有益突变并加以积累，最终获得品质表现优良的新品种。人工选择育种简单有效，但周期过长，存在选择的偶然性。

1.2 杂交育种与原生质体融合

杂交育种技术是目前应用较为广泛的食用菌新品种选育技术，是将具有不同遗传特性食用菌品种进行配对杂交，使亲本遗传基因重新组合，获得兼有双亲特征超亲本的新品种。但根据选配亲本的特征，很难准确地预测杂种优势大小，因此在育种过程中带有一定的盲目性。食用菌杂交育种技术已在蘑菇、香菇、平菇、金针菇、草菇等品种中广泛应用，选育出许多优良品种，对食用菌生产发挥了重要作用[3]。我国香菇生产种中大部分菌种都来源于杂交育种，其中福建省三明真菌研究所在香菇杂交育种中有突出的贡献[4]。

上世纪六十年代出现的原生质体融合技术，是指去除细胞壁的不同遗传类型的原生质体，进行诱导融合，不同遗传类型原生质体部分或整套基因组交换与重组，产生新的品种和类型[5]。相对于杂交育种而言，原生质体超越了性细胞的一些不亲合障碍，为种内、种间、属间食用菌细胞杂交提供了融合的亲本，使远缘杂交成为可能。王澄澈[6]通过单双核原生质体间的非对称融合，使凤尾菇和香菇原生质体进行体细胞杂交，选育出既具有香菇营养价值，又保持凤尾菇生长快、产量高等生理特性的香菇新品种。

1.3 辐射诱变育种

自从1927年Muller[7]利用X-射线辐照果蝇获得突变体后，辐射诱变就开始应用到生物体育种中。常用的诱变源有紫外线、X-射线、60Co-γ射线、激光和离子束等，其中以紫外线[8,9]与60Co-γ射线[10,11]应用较为普遍。离子束注入技术在生物育种中的应用于1989年首次报道[12]，中国科学院等离子物理研究院离子束生物工程重点实验室，发表了离子束注入对水稻产生了诱变效应的实验结果，从这以后，一个全新的交叉科学研究领域——离子束生物工程学开始引起人们广泛的关注[13]，并越来越多地应用于生物体诱变育种研究中。

2 离子束注入诱变育种

2.1 离子束注入生物体诱变机理

自离子束注入生物体诱变效应被报道后，多个实验室开展了不同注入离子诱变多种生物体的研究工作。在总结大量的研究结果后，余增亮提出低能离子与有机体相互作用可被描述为能量沉积、动量交换、质量沉积和电荷交换和/或电荷中和四种效应[14]，区别于其它电离辐射仅产生能量沉积作用[15,16]。离子注入产生的多因素效应可导致注入有机体产生复杂生物学效应，这也是其产生高突变率和广突变谱的原因所在。到目前为止，科技工作者开展了大量有关离子束注入产生的辐射生物学效应的研究，但有关离子束诱变的相关机理仍未被完全揭示。

2.2 离子束注入诱变技术应用于食 （药）用菌研究现状

离子束注入技术发展至今已有20余年的时间，该技术已在农作物和微生物菌种中得到了广泛的应用，并获得了一大批生物优良品系，但离子束注入技术应用于大型真菌育种未见报道。为了解决阿魏菇反季节栽培的实际问题，新疆大学离子束生物技术中心将离子束诱变技术应用到阿魏菇的育种研究中，就此建立了离子束注入食用菌诱变筛选的流程，并开始了不同食用菌品种诱变育种工作。

通过氮离子束诱变选育阿魏菇耐高温品种及多糖高产品种，以阿魏菇菌丝单细胞为注入材料，筛选获得离子束注入阿魏菇菌丝最佳注入剂量与能量组合，并根据目标性状进行条件性筛选，最终获得阿魏菇耐高温菌株3株[17]，极大解决了阿魏菇反季节栽培问题，并筛选获得1株多糖高产菌株，其多糖含量达到4.75 g·L-1，较对照提高了35%，提高了阿魏菇栽培种的品质[18]。此外利用离子束诱变技术对猴头菇、白金针菇、香菇和杏鲍菇进行了辐射诱变研究，通过对离子束注入后产生的生物学效应的研究，以及针对不同的育种目的，分别获得了最佳的离子注入能量和剂量组合，并分别获得一些优良的食用菌新品种[19,20]。

3 展望

从最初食 （药）用菌的野生驯化与人工选育，到后来杂交育种和原生质体融合，以及现在应用较为广泛的辐射育种，食用菌育种技术的进步是一个不断发展与完善的过程。新技术的发展加快了食用菌育种的速度，减少了食用菌育种过程中的盲目性与偶然性。

自从1927年Muller发现辐射诱变现象后，辐射诱变就作为一种育种手段应用于生物体育种研究。通过辐射诱变可以加速生物体自发突变速度，并能产生一些依靠自发突变无法获得的新性状，这就为育种工作提供了新材料。在辐射源的选择上，人们也更愿意选择一些能产生丰富突变谱和高突变率的诱变源，而离子束注入生物体具有独特的 “四因子”诱变效应，无疑是一种理想的选择。

新疆大学应用离子束诱变食用菌育种的初步研究，显示了离子束作为一种新型的诱变源在该方面具有的独特优势。在今后的离子注入诱变食用菌研究中，通过与传统食用菌育种技术的结合，并通过离子束定位诱变技术、细胞的超微加工技术与离子束诱导细胞融合技术的研究，必将带动低能离子注入诱变食用菌技术进一步的发展[21]。此外在逐步拓宽离子束诱变食用菌育种的同时，也要结合基因工程育种技术。可以利用基因工程技术手段研究控制食用菌产量、品质和抗性等性状的基因，为离子束注入对食用菌不同性状的定向诱变提供依据，使该诱变技术更具方向性。

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