食用菌育种技术的研究进展*

唐梦瑜，么 越，荣 丹，姜 明

（牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江 牡丹江 157012）

食用菌蛋白含量高、氨基酸种类丰富，具有提高人体免疫力、抗氧化、降血脂等功效[1]，因而有学者推荐“一荤一素一菇”的健康饮食结构，这使得食用菌的需求量日益剧增[2]。推动食用菌产业做大做强，最行之有效的方法就是做好育种工作。我国食用菌栽培的历史悠久，最早可追溯到东汉时期，王充的《论衡》一书中就有关于“紫芝”（“芝”泛指土生菇类）在土地里栽培的记录。到元、明时期，我国江浙一带对香菇（Lentinus edodes）的栽培已有非常成熟的技术经验，但此时香菇仍采用砍花法进行栽培。在清朝同治年间，《潮州府志》一书记载广东曲江南华寺地区，人们使用稻草栽培草菇（Volvariella volvacea），该方法一直沿用，并经由我国华侨带入到东南亚地区，这些地区至今仍为草菇的主要产区[3]。直到20世纪70年代，我国的食用菌生产开始广泛推广人工制种和接种，同时引进和选育了一批优良菌种，食用菌产业才得到迅速发展，开启了我国食用菌栽培的全新时代[4]。我国食用菌的产量虽然较高但栽培品种较为单一，且部分栽培品种主要依靠国外引进，为了解决这一问题，我国科研人员对食用菌育种工作进行了深入研究。截止目前，我国成功栽培的食用菌品种已有80多种，其中形成商业规模的有50多种，规模化栽培的也有30多种[5]。现阶段我国食用菌育种工作处于稳步前进阶段，在品种选育和产量方面均处于国际先进水平。食用菌育种技术的发展，可以促进食用菌品种改良，从而满足人们对食用菌的需求，促进食用菌产业发展。通过对近年来食用菌育种技术主要研究进展、不同育种方法进行综述，并对食用菌未来的育种方向进行展望，以期为食用菌今后的育种工作提供参考。

1 食用菌育种方法

育种就是通过创造遗传变异、改良遗传特性，以培育遗传性状稳定，符合产量高、品质优、抗逆性强、适应性广、易管理等需求的新品种开发技术。随着人们对食用菌需求量的增加，促进了食用菌育种技术的发展。目前食用菌的主要育种方法有：野生食用菌驯化、自然选育、杂交育种、诱变育种、原生质体融合育种以及基因工程育种等。随着各种测序技术和分析手段的不断发展，基因工程育种也将成为未来食用菌菌种改良的主要途径[6]。

1.1 野生食用菌驯化

食用菌驯化指从野外采集符合栽培目的的野生食用菌，采用组织分离或孢子分离的方法获得纯培养菌丝体，经过母种、原种及栽培种的筛选，通过人工栽培试验获得具有栽培意义的食用菌品种[7]。许多珍稀食用菌的生产都是由野生食用菌驯化而来，如羊肚菌（Morchella spp.）营养价值丰富，深受大众喜爱，但其产量低，价格居高不下，现在结合因地制宜的栽培策略，四川、北京等多地均对本地的野生羊肚菌资源进行了采集和人工驯化[8-9]。李贵春等[10]对黑龙江省大兴安岭地区的野生蜜环菌（Armillariella mellea）人工栽培进行了初探。韩增华等[11]用杂木屑加玉米芯替代桦木屑的方法驯化了桦褐孔菌（Inonotus obliquus），降低了栽培成本。Benjarong等[12]在2017年首次完成了一株泰国野生花脸香蘑（Lepista sordida） 的人工栽培，并研究了其子实体和菌丝体的次级代谢产物。张鹏等[13]驯化栽培了从黑龙江省伊春市和双鸭山市两地采集的2株野生猴头菌 （Hericium erinaceus） RT27和 RT28‘以“黑威9910”为对照，发现RT28号猴头菌环境适应性强，产量优于对照菌株，可作为良种选育的亲本材料。此外，鸡菌 （Termitomyces albuminosus）[14]、榆黄蘑（Pleurotus citrinopileatus）[15]、暗褐网柄牛肝菌（Phlebopus portentosus）[16]和荷叶离褶伞（Lyophyllum decastes）[17]等野生食用菌品种都是通过野生驯化的方式进行人工栽培。

1.2 自然选育

自然选育又称人工选择育种，是定向选择自然条件下的有益变异，经过一代代的选择培育，使有益变异的优势不断扩大从而获得新品种的方法；包括野生食用菌中选育优良的菌种[18]。主要步骤包括野外采集、纯种分离、生理性能测定、出菇（耳）试验和性状观察、小规模生产试验和示范推广。此外还可以通过引种的方式筛选适合当地栽培的优良菌株，其步骤包括引种、扩制菌种、出菇试验、小规模生产试验、经过比较观察后选出优良品种、推广使用。自然选育是早期食用菌发展常用的育种方法，许多食用菌品种均是通过这种育种技术获得。如香菇品种沪农1号、华香5号、申香2号、申香9号、武香2号、广香51号等[19]。于海龙等[20]将内蒙古赤峰县采集的野生毛木耳（Auricularia cornea） 菌株，经过性状考察及出菇试验、多轮小试加中试示范并与国审品种“AP4”进行对照，选育出一株非常适合鲜耳销售的毛木耳品种，经上海市种子管理总站的认定，命名为“申耳1号”。赵辉等[21]从四川达州市通川区罗江镇柳家坝大豆林间采集到一株野生的花脸香蘑菌株，经过驯化选育该菌株在2019年被命名为“达香蘑1号”，在2020年获得了四川省非主要农作物品种的认定证书。

1.3 杂交育种

杂交育种是通过2个或多个亲本遗传物质的交换重组，产生兼有双亲优点，且不发生突变的新遗传型菌株或品种。食用菌杂交育种包括单孢杂交、多孢杂交等多种方法[22]。

为了改进生产品种亲本单一的问题、或选择更适合地方环境条件的食用菌栽培品种，很多人选择在现有栽培菌种的基础上通过与地方驯化或选育的菌种杂交的方式选育新品种。班新河等[23]通过单孢杂交的方法将本地主栽平菇（Pleurotus ostreatus）菌株“5651”和野生驯化菌株“驻9703”杂交，得到更加稳定和高产的中高温型平菇新品种“驻研2号”。史红鸽等[24]同样采用单孢杂交的方法以当地主栽的平菇“CCEF89”菌株和野生驯化菌株“4195”为亲本，选育出“驻研1号”，其产量虽然没有“驻研2号”高，但该品种属于中低温型，适宜于当地冬季大部分地区栽培。罗顺珍等[25]通过孢子单核菌丝有性杂交的方法将出菇率高但品相不好的野生驯化栽培种暗褐网柄牛肝菌（Phlebopus portentosus）HZ14080和出菇率低但味道品相好的野生菌株HZ16009进行杂交，获得了集2个亲本优点于一身的高温型早熟品种YL1701-2，该菌株已获得专利。王波[26]在金针菇（Flammulina velutipes） 的品种选育中通过双单杂交在早熟白色F363和晚熟白色FNK1302品种的基础上选育得到更为适合鲜品销售和加工的工厂化栽培新品种川金33，该品种已在2016年得到审定认可并进行大面积示范应用。张美彦等[27]采用多孢自交的育种技术以传统优势栽培种“申香215”为亲本，重点选育出菌龄较短、菌盖颜色也较浅的“申香1644”新品种香菇。Lin等[28]以MAT基因作为筛选标记，通过杂交育种的方式选育出了虫草素和类胡萝卜素含量高的蛹虫草新品种。

1.4 诱变育种

诱变育种是利用物理或化学因素诱使食用菌细胞内遗传物质的分子结构发生变化，从而引发可遗传的变异，再经过有目的性的筛选获得少量的优良菌株。根据诱变剂种类的不同，诱变育种可分为物理诱变和化学诱变。其中物理诱变有紫外线诱变、60Co诱变、激光诱变、离子束诱变、太空育种和常压室温等离子体诱变；化学诱变主要通过秋水仙素、亚硝酸、亚硝基胍、甲基磺酸乙酯等诱变剂进行诱变，近年来常通过与物理诱变结合的方式进行诱变育种[29]。徐洋等[30]采用紫外诱变后再杂交的方式摸索杏鲍菇（Pleurotus eryngii）育种工艺。宋冰等[31]利用60Co-γ射线诱变平菇以期创建平菇新种质。Harfi等[32]同样利用60Co-γ射线诱导双孢蘑菇（A－garicus bisporus）发生突变，结果显示，经射线辐照后的双孢蘑菇在生产周期、出菇数量、干质量和鲜质量、产量以及过氧化物酶和漆酶的活性等方面均存在显著差异。王晨等[33]使用常压室温等离子体诱变技术对黑木耳（Auricularia auriculae） 液体发酵菌株的选育工艺进行了初探。李塬等[34]利用常压室温等离子体诱变技术对灵芝（Ganoderma lucidum） 菌株的原生质体进行处理，获得了103个诱变菌株，通过测定诱变后菌株的菌丝体多糖含量，获得了2株稳定性较好且产量最优的高产多糖灵芝菌株。张越野等[35]同样对上述试验诱变后的103株灵芝进行了筛选，获得了14个抗氧化能力较强的菌株；研究证明灵芝抗氧化能力主要取决于灵芝内多酚的含量，通过常压室温等离子诱变法可以获得较好的诱变效果。史泽宇等[36]使用不同浓度的秋水仙素对平菇菌株“灰美2号”进行了处理，探究了秋水仙素对平菇单核菌株生长的影响，结果表明不同浓度秋水仙素处理的菌株与不经秋水仙素处理的空白菌株存在不同程度的拮抗现象，经过秋水仙素处理的平菇产量要低于未经处理的平菇菌株，但较低浓度的秋水仙素可以加快菌丝的生长速度。罗润等[37]采用紫外线、氯化锂和甲基磺酸乙酯分别对黄色金针菇菌株FV7进行了诱变，发现利用甲基磺酸乙酯诱变金针菇效果明显。

1.5 原生质体融合育种

原生质体融合育种是将2个或多个不同来源的幼嫩菌丝亲本脱去细胞壁制备成原生质体，再经过融合剂的融合，产生基因组部分或全部交换和重组新品种的育种方法[38]。李良敏等[39]在香菇和金针菇的基础上建立了一种原生质体制备的新方法，通过在平板上铺放玻璃纸再接种菌丝块培养的方法，简化了食用菌原生质体的制备过程，并用这种方法制备了糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）、双孢蘑菇和中国美味蘑菇（A.sinodeliciosus） 的原生质体，该方法操作简单且不易污染。孙佳星等[40]通过单因素试验对香菇原生质体制备的稳渗剂浓度、酶解液类型、酶解时间以及酶解温度等4个因素的使用进行了筛选，并利用响应面法分析了酶解时间、酶解温度以及酶解液种类间的相互作用关系，为食用菌原生质体育种方法的优化提供了借鉴。刘璐等[41]在探究香菇原生质体制备的过程中发现探究因素对原生质体再生率的影响从大到小依此为稳渗剂浓度、酶解时间、菌龄以及酶解温度。杏鲍菇是一类食药兼用的大型真菌，李小六等[42]用甲基磺酸乙酯诱变杏鲍菇PL7菌株的原生质体，通过测定诱变株的菌丝体多糖含量，获得一株高产多糖的新型菌株D3-12，丰富了杏鲍菇品种选育的途径。王金斌等[43]通过紫外线或1%甲基磺酸乙酯（EMS） 诱变褐色双孢蘑菇（Agaricus bisporus）的原生质体，探究褐色双孢蘑菇原生质体制备和再生的最适条件，为褐色双孢蘑菇的育种提供了理论基础。武秋颖等[44]单纯通过原生质体融合技术，对优良性状互补的平菇和杏鲍菇原生质体进行融合，筛选得到2株产量和抗性均优于原始菌株的杏鲍菇新品种，还有3株生长周期短且产量明显提高的平菇菌株，为食用菌育种提供了新的途径。

1.6 基因工程育种

基因工程育种是基于基因水平上的育种方式。从供体中获得的目的基因在体外用合适的限制性核酸内切酶进行酶切，再通过与载体连接的方式导入到受体细胞中，在受体细胞内经过复制和表达，筛选出新品种[45]。

现在广泛栽培的食用菌主要为草腐菌和木腐菌，因而对食用菌纤维素酶和漆酶的研究较多。雷晓娥等[46]通过测定香菇939菌株的漆酶活性并结合转录组测序技术，对不同漆酶活性的单核菌丝体差异表达基因进行了分析；根据预测结果显示，共有16个转录因子可以与漆酶基因结合，包括一个bZIP型转录因子、14个C2H2型锌指蛋白和1个C4型锌指蛋白，为进一步研究漆酶活性等相关基因提供了丰富的数据。段应策等[47]则对香菇中的草酰乙酸水解酶基因LeOAH1进行了克隆，并进行体外诱导表达，为香菇的生长、育种提供帮助。钟海英等[48]利用RNA干扰法（RNAi）得到香菇YUCCA8基因的沉默阳性转化子，与野生型相比，YUCCA8基因沉默后香菇菌丝生长速度显著加快但耐热性降低，菌丝中吲哚-3-乙酸（IAA）的含量也降低，因此判断该基因参与了香菇菌丝IAA的合成过程。Wu等[49]以金针菇为模板，用RNAi敲除了Fvcpc2基因，缺少该基因的突变株编码腺苷酸环化酶和蛋白激酶A催化亚基的基因转录水平显著低于野生型，使金针菇突变株的菌落生长速度明显降低，补充这2种基因表达的产物后可使突变株恢复野生型的长势；且金针菇的产量和生长周期均优于野生型，因而确定在金针菇生长过程中Fvcpc2基因起到了正向调控的作用；其影响范围也较广，包括菌丝和子实体的生长发育速度以及产量等方面。Yang等[50]利用基因编辑技术敲掉了引起双孢蘑菇褐变的多酚氧化酶（PPO）6个基因中的一个，使该酶的活性下降了30%，有效减少了褐变现象的发生，这一研究的成功将食用菌基因工程育种技术的发展又推动了一步。韩云云等[51]从香菇转录组中通过筛选鉴定得到了谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）基因，研究发现随着采后贮藏日期的增加，菌盖中该酶的活跃度先升后降；与之相反，菌柄中该酶的基因活跃度逐渐增加，这一研究为明确香菇采后褐变机制提供了依据。Zhang等[52]通过群体分析测序（BSA-seq）和极端表型全基因组关联分析（XP-GWAS），在平菇第7条染色体上定位了一个控制平菇菌盖颜色的0.8 Mb数量性状位点（QTL）区域。通过对转录组进行比较分析进一步鉴定了1个编码酪氨酸酶的候选基因PcTYR，经过荧光定量PCR分析和遗传转化试验证明PcTYR在平菇菌盖颜色形成中起着至关重要的作用。这个研究将有助于揭示食用菌菌盖颜色形成的遗传机制，从而有利于菌盖颜色性状的分子育种。Ma等[53]通过抗性试验筛选出一株深绿木霉高抗香菇Y3334和一株易感菌株Y55，对其进行转录组分析和荧光定量PCR检测，结果显示LeTLP1基因在高抗香菇Y3334感染深绿木霉的过程中有强烈的诱导表达作用。通过对LeTLP1基因进行沉默或过表达，结果显示LeTLP1蛋白的过量表达是香菇对深绿木霉产生抗性的主要机制，这一结果为选育高抗香菇菌株提供了分子基础。

1.7 食用菌不同育种方法的对比

不同育种方法的优缺点及应用方向差异汇总内容见表1。

表1 食用菌不同育种方法的优缺点及主要应用方向统计Tab.1 Advantages,disadvantages and main applications statistics of different breeding methods for edible fungi

2 展望

2.1 从传统育种到精准育种

培育出产量稳定、外观良好、口感突出以及抗逆性强的食用菌品种是所有育种工作者的目标。传统育种的方法速度缓慢，耗时耗力，育种方向性也不强，不再适用于已经实现人工栽培的食用菌育种。将分子标记、基因克隆、基因定位、基因沉默和基因编辑等技术充分运用到食用菌育种工作中，实现快速、高效、精准育种，打造中国食用菌“明星”品种，向食用菌产业强国道路奋进。

2.2 建立更成熟的育种体系

现在许多研究都是将几种较为合适的育种方法相结合，如原生质体杂交育种、原生质体诱变育种、物理诱变与化学诱变结合育种、诱变与杂交结合育种以及分子标记辅助杂交育种等。不同食用菌对不同育种方法的适用性也不相同，所以在育种过程中很难找到套用的固定模式。建立成熟的育种技术体系需要很多数据的支撑与方法的总结，还需要依靠多种物理化学以及生物技术开发更好、更安全、成本更低的新型育种技术方法。

2.3 食用菌未来育种方向

传统食用菌的选育主要侧重于筛选高产、生长周期短、子实体数量多和抗逆性强的食用菌品种。近年来，关于食用菌营养物质和功能活性成分的报道逐年增加，未来的育种方向可以选育高蛋白、高维生素、高多糖含量和富硒等矿物质元素的食用菌品种；也可以选育产孢子量少（灵芝等除外）、不褐变、开伞晚、易运输的食用菌品种，方便生产、加工和运输。

从传统育种到精准育种，是从表现型到基因型、从宏观到微观的转变；建立更成熟的育种体系，是育种方法从单一到多样，从分散到集中的进步，是未来食用菌育种的主要方向。