利用基因型和環境互作的食用菌育種技術研究

徐帥

（湖南省汨羅市食品藥品檢驗所，湖南 岳陽 414400）

蘑菇是真菌的子實體，是促進自然生態營養循環的重要組成部分，食用菌富含多種礦質元素、維生素和生物活性物質，營養價值高，且對機體抗氧化、降血糖等有良好的促進作用，食用和醫用價值極大，但因為食用菌的生長特性，人工栽培相當困難。世界上可食用的菌類只有400多種，已實現商業化栽培的食用菌只有80多種，而做到大規模栽培的食用菌則僅有50余種，只占所有食用菌類的12.5%左右。目前人工栽種的食用菌以雙孢蘑菇、香菇、金針菇、毛木耳等幾種最主，一些同樣營養價值很高的菌類，如松茸、塊菌等，到目前為止仍未能馴化栽培成功。為了擴寬食用菌新品種的開發空間，相關研究者應當了解食用菌的生長特性，為早日實現各類野生菌株的人工栽種提供技術支持。

1 基因特性

基因性狀與基因之間具有最直接的聯系，同時更存在高度的相似性，如兩者都存在著顯性與隱性的區別，即可以用同一個字母的大小寫來表示，如“A”和“a”。從兩者之間的關系來看，它們之間也屬于相互對應的關系，如顯性基因對顯性性狀進行控制，隱性基因則控制隱性性狀，假如當一對基因均屬于顯性基因時，則其外在表現亦屬于顯性性狀，反之亦然，當親代均為雜合基因組合時，所產生的顯性性狀與隱性性狀之比約為3∶1。通過對菌株基因型的篩選，在一定程度上可開發出具有良好環境適應性的食用菌，同時能使得優質基因順利過渡到下一代菌類上，通過基因和環境互作，實施束帶人工選育，得到的個體擁有特殊的生物遺傳性狀，便能更好的培育出優質菌株。

2 食用菌的育種基礎

食用菌的育種方式是以挑選有互補性狀的親本菌株，得到菌株孢子后培育其萌發，然后將其和其它親本菌株進行雜交，以得到經過重組的子代，并利用分子標記對重組子代進行篩選，最終獲得有期望特征的新基因型[1]。

菌類因為自身的特殊性，其育種工作和其它農作物有很大不同，其它農作物的配子細胞一般暫存于雙倍體個體之中，因此菌類以外的農作物只有雙倍體個體才能獨立生活，而食用菌的自體可育菌絲體和自體不育菌絲體都具備獨立生活能力，這種優勢性使得開展食用菌育種時可以在不同階段進行目的性狀的篩選工作，同時了解培養菌株的等位基因是顯性還是隱性，以此培育出更有針對性的特定菌株。

不過，雖然自體可育菌絲體菌株和自體不育菌絲體菌株都具備獨立生活能力，但兩種菌株的性狀值卻缺乏必然聯系，所以不能以某一階段性狀值作為另一階段性狀價值的預測依據。在育種過程中，育種者需要對菌株元數據進行詳盡的記錄，如自然基質、自然溫度、環境濕度、環境光照等等，不同環境下菌株的形狀和尺寸都有差異，將這些元數據有效記錄，有便于之后的遺傳標記篩選工作，幫助育種者了解菌株和種群的遺傳特征，從而判斷在不同地理和生態因素影響下食用菌的遺傳多樣性分布情況。并利用核基因與線粒體基因對菌株和種群內的遺傳多樣性模式進行剖析，以便獲知基因型和環境的影響及互作效果[2]。

3 育種技術特征及防治工作

3.1 育種技術特征

食用菌因為種類和品種過多，其交配系統也比較復雜，遺傳雜交的方法非常多變，比如商業化食用菌中最常見的香菇和平菇，這些食用菌的擔孢子是單倍體、單核細胞，屬于4極性交配系統，孢子萌發后會形成自體不育、單核菌絲，而與不同等位基因菌絲交配，則會形成雙核菌絲。而雙孢蘑菇則存在3個各不相同的變種，這3個變種的生活史和交配系統都存在差異，大部分是次級同宗結合，少部分則是異宗結合和同宗結合，其中一部分屬于異核體，可自體可育，而另一部分則屬于單核體，自體不育。這使得雙孢蘑菇的交配系統遠比其他食用菌更復雜。因此研究基因型和環境互作影響需要基于多種基因型和多種測試環境展開[3]。

在準確定量評估基因型—環境互作效果的過程，需要考慮多種因素，包括食用菌的種類、基因型數量、地理位置、環境多樣性等，以j代表環境數量，以i代表基因型數量，分析基因型—環境互作效果便是第i個基因型在不同地理位置的第j環境條件下的組合。

理想的測試方式是對多種環境條件下的多個基因型進行重復性處理，以超過3次的處理次數來檢驗誤差大小，并獲取到菌種的性狀數據。但是，該測試方式需要投入大量的人力、物力以及時間，要實際落實非常困難，因此一般情況下只能通過對少數的環境測驗加以公式進行食用菌基因型和環境的相關性計算。

以Y代表平均觀測值，μ代表總平均值，G代表基因型效應，E代表環境效應，λ代表主成分分析特征值，α代表基因型主成分分析得分。γ代表環境主成分分析得分，n代表保留在模型中的主成分分析數量，θ代表未被主成分分析解釋的基因型—環境互作，e代表隨機誤差，即可得到在多種測試環境用于基因型—環境互作分析的模型公式：

根據該模型可以對食用菌的多個性狀和環境相關性進行分析，如果能取得正確的相關性，便能獲得育種的預測價值，為各類食用菌種類后期的育種實驗節省相關材料和資源。

3.2 病害防治

在育種過程中需要注意對細菌斑點病的防治，該病害常見于各類商業化栽培食用菌，當食用菌感染該病害時會出現嚴重減產以及變色，致使食用菌的商品價值大幅度下降。細菌斑點病來自于托拉斯假單胞桿菌感染，為了防治該病害的侵襲，育種人員可以選擇產量高但病害抗性差的親本菌株和產量低但病害抗性強的親本菌株產生單孢子萌發，培育出大量有病害抗性且產量高的可育后代。育種人員在育種中需要對食用菌本身及其病原體的基因型和表型變異進行綜合考慮，讓商業化食用菌具備良好的病害抗性，除了上述的雜交培育，良好的栽培環境也可以提高食用菌的病害防治成效。理想的食用菌品種開發環節為受控的室內環境、無人為因素干擾或者干擾力度小的自然環境和半控室外環境，而出于對食用菌環境適應能力的培育，也可以將其中兩三種環境在不同地理區域下的育種情況進行組合實驗，以獲取到更多的培育元數據，從而使食用菌新基因型能適應特定的地理條件，為不同地區的農業發展以及農業產品增值提供貢獻。

3.3 環境管理

食用菌栽種和多個自然因素相關，種植者主要需要做好溫度、養分和病蟲害幾個方面的治理。首先是溫度問題，一般食用菌的菌絲發育適宜溫度在20～25℃之間，子實體發育溫度更低，在8～15℃之間。食用菌耐低不耐高，大部分的食用菌適合在春秋季節適合發育，夏季和初秋兩個階段屬于一年中的高溫季，這兩個階段的氣候溫度會大幅度上升，最高可達到35℃，這個溫度已經超過了食用菌的正常生存溫度，在該溫度條件下，食用菌極可能死亡，為了保護食用菌的發育進度，當氣候問題增長時，種植者需要想辦法避免強光直射食用菌，例如用特制膜為食用菌進行遮陰處理，同時采購部分通風設備，為實驗基地降溫。

其次是水肥問題，食用菌不同于一般農作物，其不含綠葉素，也不具有光合作用，因此只能呼出CO2，而無法固定空氣中的CO2，所以在栽培管理中，管理者要注意對種植基地氧氣的控制，同時借助棉籽殼、玉米芯、木屑、稻草等補充食用菌碳素。水肥管理屬于比較重要的工作內容，食用菌的菌體細胞需要以水為溶媒，其所需物質需要物質需要依靠水份溶解，然后才能被食用菌吸收。故而種植者對于水分要有較強的控制，不能過干，也不能過濕，不然都會破壞正常的土壤環境，影響食用菌的養分吸收。理想的土壤濕度在60%～80%之間，最好的施水方式是自然引水，即用天然雨水來濕潤土壤，種植者可采取露天收集的方式積攢水分，然后進行澆水。比較容易被忽略的一點是澆水時間的安排，食用菌澆水有季節性，不同季節澆水時間也有差異，春秋兩季適合在上午10：00或下午4：00左右進行澆水，冬季盡量減少澆水，且澆灌行為最好在晴天正午時進行。夏季因為天氣燥熱，適合在清晨或傍晚澆灌土壤，中午等高溫階段則不要進行澆水，以避免影響到食用菌吸收養分。

病蟲害防治方面，病蟲害防治方面，食用菌的蟲害以蚊蠅、螨蟲較多，少部分食用菌還可能遭受跳蟲的侵害。蟲害防治盡可能不要使用化學農藥，其化學成分對食用菌品質影響很大，種植者當做好基地的環境衛生，保持生長區干燥，并定期更換種植棚室，種植者可在食用菌上加罩防蟲網罩進行物理隔離，或者使用黑蟲燈配合洗衣粉水溶液進行害蟲殺滅。

由于蚊蠅、螨蟲的個頭小，繁殖能力強，以人工捕殺或者消除病株的方式杜絕蟲害相當困難，因此在食用菌周圍種植水稻或者球抱白僵菌，以此達到消滅害蟲的目的。此外，可使用糖醋液和石灰粉等調配出驅蟲水，也可以起到殺蟲的作用。

4 結語

綜上，通過多環境分析，獲取到平均觀測值和總平均值，對于食用菌環境和基因型的互作效果能起到良好的預測價值，幫助育種人員更好的分析二者的關聯性，從而更有針對性的進行食用菌育種，培育出營養價值和市場價值更好的食用菌種類。