食用菌菌種現狀及退化防控措施

孫翠煥, 陳麗媛, 陳 杰, 趙博倫, 郭玲玲

(遼寧省微生物科學研究院,遼寧 朝陽 122000)

近年來,我國食用菌產業作為典型的生態循環農業發展迅猛[1],已成為世界上最大的食用菌生產國,食用菌產業是繼糧食、果品、蔬菜之后的第四大農業產業[2-3]。食用菌不僅味美且營養豐富[4],富含蛋白質、維生素、礦物質等營養成分[5-7]。其豐富的活性物質如多糖、多酚、萜類、黃酮類、生物堿、多肽、腺苷等[8-12],使其具有一定的功能性和藥用價值[13-14]。食用菌種類繁多[15],國內現有可栽培的食藥用菌105種[16],有商業價值和可以進行工業化大規模生產的品種結構不斷優化。隨著我國食用菌工廠化產業的快速發展,工廠化生產技術不盡完善、菌種質量參差不齊、標準缺失或難以與國際對接,嚴重制約著食用菌產業的持續健康發展。

1 食用菌產業現狀

食用菌產業是高效農業、循環農業、低碳農業和可持續農業,是農民增收、農業增效和提高國民健康水平的特色產業[17]。20世紀80年代我國食用菌產業進入快速發展期,食用菌產業日漸成為我國農業的重要組成部分[18]。隨著我國農業經濟的發展,食用菌栽培已經成為經濟發展的重要支柱,目前我國食用菌年產量為2 800萬t,占世界食用菌產量的80%,年產值為2 000億元,有2 000多家食用菌生產企業,從業人員達到2 500多萬人。我國食用菌產業已經逐步實現了轉型升級,設施化、標準化及工廠化等逐步取代了小規模家庭式的栽培模式[19-20]。食用菌主要栽培品種有香菇、木耳、平菇、雙孢菇、滑菇、金針菇、靈芝、蛹蟲草、雞腿菇、杏鮑菇、白靈菇、真姬菇等品種栽培規模也發展迅速,我國形成了以平菇、香菇、木耳、雙孢菇、金針菇、杏鮑菇為主導的30多個規模生產品種共同發展的格局。但是,由于食用菌生長環境條件要求相對嚴格,多數品種生產期主要集中在秋冬季節,尤其是采用傳統技術生產的食用菌在夏季還無法生產。

2 食用菌菌種現狀及存在問題

食用菌菌種是食用菌栽培生產過程的源頭,其質量的好壞直接影響栽培的成敗,影響食用菌的產量和品質[21-22]。即使采用優質食用菌菌種生產,也會因人為造成的不良生長條件、傳代次數、菌種菌齡、無菌操作水平等因素,導致菌種出現雜菌污染、老化甚至種性退化問題,具體表現為菌絲生長緩慢、長勢細弱稀疏、培養周期長、抗雜能力差[23]、后續產量低、質量差、出菇晚、抗性弱等[24],嚴重影響食用菌生產,給食用菌生產企業造成不同程度的經濟損失。優良的食用菌菌種是食用菌產業發展的前提條件,作為重要的生產資料,對產業的發展起著至關重要的作用,從某種意義上甚至可以說決定了栽培的成敗[25],但是由于菌種屬于無性繼代培養,培養代數、保藏條件、不良環境因素以及傳統生產方式,加之食用菌生產一線缺乏專業的技術人員,使菌種生產缺乏規范性,菌種質量不能確保優良性與穩定性,逐漸成為阻礙食用菌產業發展的瓶頸。食用菌產業的發展迫切需要對菌種進行選育和科學有效的管理[25],通過進行菌種選育以及對食用菌菌種質量進行預期評估,可為食用菌產業的發展提供前提保障。

合理的繁育和保藏技術可保持食用菌菌種優良性能的穩定,可以有效地延長優良品種使用年限,因此繁育和保藏技術與新品種的育種同等重要。規范的繁育技術可避免或減少污染雜菌和病毒等,正確的菌種保藏技術可更長時間地保持其優良性狀[18]。我國育種工作起步較晚,在食用菌產業發展的初期,還沒有意識到育種的重要性,食用菌菌種以引進和野生馴化方式為主,20世紀70年代才重視雜交育種工作[1,24-25],經過菌種危機后,選育出了一批已在實際生產中廣泛應用的食用菌新品種[1,26]。食用菌優良品種培育工作也逐步加強,在品種培育中,需要選擇與抗逆性強的品種進行雜交,提高品種的適應性,通過分子生物學技術對食用菌進行基因改造,篩選出優良的單株進行繁殖,提高品種的優質性。采用基因組學方法,通過深入探究培育適應性更好、生長更快、產量更高的優質品種[27]。

食用菌作為人們日常食用以及藥用的基本食材之一,菌種質量是影響菌類食品安全的主要元素。在食用菌菌種培養過程中,由于操作不當或無意使用有害物質等原因,食用菌菌種質量并不能得到很好地保障,不僅對產量造成影響,還會直接危害食用者的身體健康。我國食用菌市場目前還因為各種各樣的因素存在許多問題,如食用菌菌種生產單位良莠不齊,菌種生產銷售混亂等,導致菌種質量無法保證,如果想要將這些問題都得到合理有效地解決,恰當的法律法規的約束是必不可少的[28]。近年來監管部門制訂并實施了許多標準和規范,如《食用菌菌種管理辦法》《農產品質量安全法》等的頒布,使菌種質量得到了有效保障[4]。

3 食用菌菌種退化因素及防控措施

菌種自身的遺傳多樣性和菌種的生長條件是決定其退化的主要因素[29]。隨著食用菌產業快速發展,菌種退化等問題一定程度上阻礙了食用菌產業的發展[30]。

3.1 菌種退化原因

3.1.1 菌種自身的遺傳多樣性對菌種退化的影響 在菌種活化和制備生產菌種過程中需要進行菌種轉管繁殖,在細胞分裂和生長過程中,菌種群體中某些個體存在變異,因此活化后的菌種和生產菌種與親本菌種不可能完全相同,傳代次數越多,變異程度越大,可能會使菌株生產性能下降,一些優良性狀會逐漸因負向突變而喪失[32-33]。基因突變可引起菌種性能衰退,如香菇、雙孢菇極性發生變異會導致菌種性能衰退,同時香菇雙核體的單核化也是菌種退化的一個重要原因。自交產生的變異也是不容忽視的。在多品種生產且無法隔離的情況下易發生種間雜交,即使同一品種所產生的擔孢子也可能和原來的雙核菌絲產生雜交。雜交種性不穩定,菌種性能會逐漸衰退。另外,自然環境中紫外線、射線的照射及化學誘變劑等都可能引起基因發生突變[32-33]。

3.1.2 菌種的生長條件對菌種退化的影響 菌種保藏所使用的培養基以及環境條件是為了維持菌株存活,但不能出菇,菌株固有的繁殖生長因子長期不被啟動,會導致菌株失去正常生理功能,使一些優良性狀無法表達,最終導致栽培出菇的子實體農藝性狀及品質變差[31-32,34-35]。菌種退化也可能是由于其產酶能力下降造成的[36-37]。食用菌某些酶活性受到抑制時,子實體形成也受到抑制。菌種的許多胞外酶活性變化與培養基中的有機底物降解規律有相關性,胞外酶活性的強弱一定程度上決定了菌種對培養料的生物轉化率[32,38]。大多數胞外酶為誘導性質的酶,而保藏及傳代所用的半合成培養基抑制胞外酶的活性,進而影響其日后分解天然基質的能力,從而導致菌種的退化[32,39]。保藏方法不當也會引起菌種退化,如低溫保藏、保藏過程中光照、溫度刺激等也可引起菌種的退化。某些菌株在長期使用過程中組織體或菌絲體易感染病毒[40],病毒顆粒在細胞內與染色體同步復制形成一種平衡狀態,一旦條件發生變化,細胞內病毒顆粒大量復制,菌絲體內的代謝活動受到嚴重抑制,出現菌絲生長速度慢、末端細弱、氣生菌絲減少、培養料分解不徹底等現象。

3.2 菌種退化防控措施

菌種退化是環境因素和遺傳變異共同作用的結果,只有綜合考慮內在和外在兩方面因素才能真正地從本質上解決菌種退化問題[41]。在人工培養過程中,食用菌菌種退化是不可避免的,可通過提前預防和預知菌種退化,從而預先篩選優良菌株[42]。

3.2.1 內在因素 采用純化、分離的方法預防菌種退化,一是通過對長期使用的生產菌種進行純化、復壯,從而恢復原菌種的優良性狀;二是利用組織分離法、孢子分離法等方法定期重新分離菌種,以起到復壯的作用。代料栽培的木生菌類要定期回接木材長出子實體再進行分離。但是,不論采用哪種方法,都應挑選形態等性狀與原菌種性狀相同的子實體,新分離的菌種必須經過試驗,性能符合要求后才能用于生產[43]。采用定期檢測生產菌種菌絲分解培養料能力并使用有關酶系的方法來淘汰基因變異菌株;通過顯微鏡檢菌絲有無鎖狀聯合來判斷是否由雙核體單核化引起的菌種種性衰退;要定期啟用原始保藏菌株來預防自然雜交引起的種性變異衰退;通過出菇品比試驗和中試示范試驗來驗證不穩定新雜交種種性是否可以應用于實際生產[32]。

3.2.2 外在因素 菌種的生長繁殖受物理、化學和生物等外界條件的制約,適宜的菌種培養基能使菌種生長健壯[44],要創造菌種生長的良好營養條件和環境條件以減少菌種衰退。通過繼代培養及保藏的無菌操作、避免在有病毒感染的菇場選種菇等方法,避免菌種污染病毒[33]。另外,在菌種傳代保藏中,不要連續使用同一固定培養基,需要經常更換培養基配方[45-46]。可采用液體石蠟保藏法、沙土管保藏法、冷凍真空干燥法等適宜的保藏方法,盡量避免使用半合成培養基。同時要減少傳代次數,一般不超過5代,從而減少突變引起的菌種衰退[46-47]。

4 食用菌菌種質量評價

食用菌菌種質量評價可有效預防退化的生產菌種投入使用,造成生產企業遭受損失。我國食用菌標準體系主要由國家標準、行業標準、地方標準和企業標準組成。目前我國食用菌菌種質量的監管越來越嚴格。《中華人民共和國種子法》是我國最早根據食用菌菌種行業制定的相關法律,之后又制定了《食用菌菌種管理辦法》,使食用菌菌種監管有法可依。但是在具體實施過程中仍然存在較多難點,需要根據食用菌菌種的具體問題制定出一套法律法規來約束[28,48]。目前,食用菌菌種質量評價相關科研工作還存在基礎與應用研究都很難滿足行業發展的問題,使得菌種的質量評價缺乏系統的技術支撐。隨著生物技術的應用,為食用菌菌種質量評價體系的構建注入了新的活力,利用分子生物學技術對菌種質量的預判與評估為菌種質量評價提供了新的途徑[25,49]。