大型真菌有性孢子的細胞核數量與羊肚菌的生活史簡述

賀新生 張銳杰 賀亞寧 趙櫟棋 羅友梅

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621010）

大型真菌是指真菌界擔子菌門、子囊菌門中能夠形成大型子實體的種類，全球有3 萬種以上，中國有11 000 多種[1]。擔子菌門的物種形成的有性孢子是擔孢子，子囊菌門的物種形成的有性孢子是子囊孢子。如表1 所示，大型真菌中絕大多數種類的有性孢子都是單核體（單倍體），少數種類是雙核異核體或雙核同核體，極少數種類可能是多核異核體、多核同核體，出現二倍體的情況極為罕見[2-7]。本文系統分析大型真菌的有性孢子中不同數量和類型的細胞核的形成過程，討論不同類型的孢子進行雜交育種的可能性，結合羊肚菌多核異核體子囊孢子的情況，全面介紹羊肚菌的生活史和育種、用種策略。

表1 大型真菌有性孢子單孢中細胞核的數量與類型

1 單核孢子

通常所說的單核體都是單倍體，擔子菌門、子囊菌門中大多數物種的有性孢子都是這種單核體[2-8]。擔子菌菌絲的隔膜是桶狀隔膜，隔膜中央孔兩側有內質網包圍，不允許細胞核在細胞間進行流動、交換，每一個細胞都是雙核異核菌絲；子囊菌菌絲的隔膜上有中央孔，細胞質、細胞核都可以在細胞之間流動，每一個細胞都可能是多核異核。子實體的子實層中形成擔子母細胞、子囊母細胞時，這個母細胞都是雙核異核體，其中一個核為（+）、一個核為（-），分別攜帶了該物種各1/2 的基因組[2-8]。

1.1 擔子菌中二極性的種類

在擔子菌門中，如大肥菇Agaricusbitorquis、巴氏蘑菇A.blazei、雙孢蘑菇布氏變種A.bisporusvar.burnettii[=A.bisporus]、雙孢蘑菇A.bisporus、木耳屬Auricularia、鱗傘屬Pholiota、草菇Volvariellavolvacea中的4 孢擔子等異宗結合類物種的每個擔子細胞上產生4 個擔孢子[2-14]。在擔子母細胞中2 個不同性別的細胞核融合，形成一個暫時的二倍體細胞核（+/-, 2n），發生減數分裂I，形成2 個核，再發生減數分裂II，形成4 個細胞核，分別是2 個（+）核、2 個（-）核，每一個核分別進入到一個擔孢子細胞中，形成4 個單核擔孢子。這4 個擔孢子的核分別為2 個（+）、2 個（-），單孢不出菇。任意一個（+）核萌發的單核菌絲都可以與任意一個（-）核萌發的單核菌絲融合，形成具有鎖狀聯合的雙核異核菌絲，可進一步形成擔子果，再在擔子果上形成擔孢子，完成生活史。

這種類型的擔孢子自交結實率為50%。雜交育種方法有兩種：一是單單雜交，即選擇來源不同的擔子果獲得單孢菌株，進行1+1 的配對組合，得到有鎖狀聯合的菌絲，進行出菇試驗，優選目標菌株，擴大試驗和進行多地區品比試驗后，選擇優良菌株進行規模化生產；二是多孢雜交，即將兩個品種的孢子按照相同濃度進行混合后，按照一定濃度涂布于平板，后續挑取菌落進行出菇篩選、擴大試驗和規模化生產。

1.2 擔子菌中四極性的種類

在擔子菌中，如雞腿菇Coprinuscomatus、靈芝屬Ganoderma、金針菇屬Flammulina、膜褶傘屬Hymenopellis、翹鱗斗菇Lentinussquarrosulus、香菇Lentinulaedodes、巨蓋傘Macrocybegigantean、豬苓Polyporusumbellatus、側耳屬Pleurotus、裂褶菌Schizophyllumcommune、繡球菌Sparassiscrispa、大球蓋菇Strophariarugosoannulata、栓孔菌屬Tametes等，其子實體的擔子細胞形成A1B1、A2B2、A1B2、A2B1共4 種單核擔孢子，單孢不出菇[2-14]，只有A1B1×A2B2 和A1B2×A2B1 這2 種組合，才能形成具有鎖狀聯合的雙核異核菌絲，產生擔子果和擔孢子，完成生活史。

這種類型的擔孢子自交結實率為25%。自交育種方法有兩種，一種是單單自交，同1.1；另一種是多孢自交，可將孢子按照一定濃度涂布于平板，后續挑取菌落進行出菇篩選、擴大試驗和規模化生產。

1.3 雙倍單核體

在擔子菌中有個別的種類，擔孢子是單核體，但不是單倍體，而是雙倍體（+/-,2n），如雙孢蘑菇的一個變種：Agaricusbisporusvar.eurotetrasporus[2-4,6]。在擔子母細胞中2 個不同性別的細胞核融合，形成一個暫時的二倍體細胞核（+/-,2n），可能沒有繼續發生減數分裂，而是直接進行有絲分裂，形成2 個新的二倍體細胞核，分別進入到2 個擔孢子細胞中，成為單核二倍體的孢子。

這種孢子萌發出菌絲后，形成雙核異核菌絲，可以直接出菇，單孢之間不能夠進行雜交。

1.4 子囊菌中的8 孢種類

在絕大多數子囊菌中，如蟲草菌屬Cordyceps、炭輪菌屬Daldinia、脈孢霉屬Neurospora、線蟲草菌屬Ophiocordyceps、盤菌屬Peziza、假子盤菌屬Pseudascozonus、炭角菌屬Xylaria等的全部或部分種類，每個子囊中只有8 個單核子囊孢子[15-23]。子囊母細胞中2 個不同性別的細胞核融合，形成一個暫時的二倍體細胞核（+/-,2n），然后減數分裂形成4 個細胞核，再進行一次有絲分裂，形成8 個細胞核，分別是4 個（+）核、4 個（-）核，每一個核分別進入到一個子囊孢子細胞中，形成8 個單倍單核體的子囊孢子。即這8 個單核子囊孢子的核4 個為（+）、4 個為（-），單孢不出菇。

雜交育種方法是：選擇來源不同的子囊果獲得單孢菌株，進行1+1 的配對組合，進行出菇試驗，優選出目標菌株，擴大試驗后，選擇優良菌株進行規模化生產。

1.5 子囊菌中的多孢種類

另有一些子囊菌可以形成16、32、64、128、256 個甚至更多的單核子囊孢子，如子盤菌屬Ascozonus、毛殼菌屬Coniochaeta、柄孢殼屬Podospora、污盤殼屬Rhypophila、寡囊盤菌屬Thelebolus等[15-23]。子囊母細胞中2 個不同性別的細胞核進行融合，減數分裂后形成4 個細胞核，再發生1 次及以上的有絲分裂，產生8、16、32、64、128、256 或更多的細胞核，分別隨機進入到對應數量的子囊孢子中，形成單核體孢子。這些孢子萌發后形成同核體菌絲，單孢不出菇，可雜交育種，也有可能形成多核異核體的機會。

2 雙核孢子

在擔子菌、子囊菌中，所謂的雙核體，其2 個細胞核都是單倍體，有雙核同核體、雙核異核體兩種類型。目前尚未發現是二倍體的雙核體。

雙孢蘑菇Agaricusbisporus、草菇Volvariellavolvacea等種類的多數擔子只產生2 個擔孢子[4,6,8,10-14]。當2 個不同性別的細胞核在擔子母細胞中融合，然后發生減數分裂，形成2（+）、2（-）4 個細胞核，因為隨機性的存在，其有兩種組合可能：一是2 個同性別的核進入到一個擔孢子細胞中，形成雙核同核的擔孢子[4,6,8,10-14]，即核為（+,+）、（-,-），單孢不出菇，2 個不同性別的孢子萌發的菌絲可以親和，形成雙核異核菌絲，產生子實體和擔孢子，完成生活史，這種類型的擔孢子自交結實率為50%，雜交育種方法同1.1 節；二是2 個不同性別的核分別進入到一個擔孢子細胞中，形成2 個雙核異核的擔孢子[4,6,8,10-14]，核都為（+,-），雙核異核的單孢可出菇，單孢結實率為100%，無法進行雜交育種，育種路徑是從大量單孢菌株中選擇優良菌株，進行出菇試驗，選擇高產優質新菌株。

理論上講，母細胞中的二倍體不發生減數分裂，繼續有絲分裂，有2 個二倍體核分裝到孢子中，形成二倍體雙核體，單孢可以出菇。但這種情況尚未觀察到。

3 多核孢子

如表2 所示，在擔子菌、子囊菌中細胞核數量超過2 個的多核體，每個細胞核都是單倍體，尚未發現是二倍體的多核體[40-43]。

表2 多核異核孢子形成的可能機制

3.1 多核同核體

在擔子母細胞、子囊母細胞中的2 個不同性別的細胞核融合，減數分裂后形成4 個細胞核，分別進入到4 個或8 個孢子中，在孢子中細胞核再發生1 次及以上的有絲分裂，形成多核同核體孢子[24,42-43]，萌發后形成多核同核體菌絲，單孢菌株不出菇，可以進行雜交育種。這種情況還有待發現。

3.2 多核異核體

擔子母細胞中的2 個不同性別的細胞核進行融合，減數分裂后形成4 個細胞核，再發生1 次及以上的有絲分裂，產生8、16 或更多的細胞核，分別隨機進入到4 個擔孢子中，形成多核異核體孢子[24,42-43]，萌發后形成多核異核體菌絲，單孢可以出菇，不能進行雜交育種。這種情況還有待發現。

在子囊菌中，子囊母細胞中的2 個不同性別的細胞核融合、減數分裂后形成4 個細胞核，1 次有絲分裂后形成8 個細胞核，再發生1 次及其以上的有絲分裂，形成16、32、64 或更多數量的細胞核，再隨機進入到8 個孢子中，形成多核異核體孢子，萌發后形成多核異核體菌絲。單孢可以出菇，無法進行雜交育種[24-26]。這種情況可能發生在羊肚菌屬中，羊肚菌的子囊孢子為典型的多核異核體[27-31,40]。

4 羊肚菌多核異核子囊孢子

已經知道羊肚菌的菌絲是多核異核體[33-34]。羊肚菌子囊細胞在未形成孢子之前是遠遠超過8 個核的多核異核體[24-26,28-29,32-33]，其多核異核體子囊孢子形成的機制很有可能是子囊母細胞發生了多次減數分裂，形成遠超過8 的倍數的細胞核，再隨機裝入8 個子囊孢子中而形成[24-26,28-29,32-33]。形成多核同核體或單核體的幾率很低，但是有一定的可能性。

證明羊肚菌孢子是多核異核體的方法有：

（1）單孢菌株出菇試驗。已經有超過數十萬畝的生產成功案例證實，梯棱羊肚菌、六妹羊肚菌、七妹羊肚菌、Mes-21、秋天羊肚菌、粗柄羊肚菌等物種完全可以單孢出菇[24-26,28-29,32-33,37-41]。當然人為或自然原因也會得到完全不出菇的結果，不能夠斷然得出不出菇的結論。

（2）同種多孢混播出菇試驗。同種內2 個及以上的菌株混合播種，可以出菇，但是會減產[27-28,34,38-41]。需要說明的是，很多生產者所謂的多孢菌株其實都是單孢菌株，因為操作者在操作時實際上只取到菌落邊緣的單叢菌絲，屬于單孢菌絲。

（3）異種多孢出菇試驗。2 個不同的物種的單孢菌株混合播種，如六妹羊肚菌與梯棱羊肚菌、七妹羊肚菌與梯棱羊肚菌、六妹羊肚菌與七妹羊肚菌等不同種間的任意組合，都可以在不同的時間長出2 種不同的子囊果。在現實的羊肚菌生產過程中，很多菌種生產者害怕單個菌株不出菇，常常把不同的菌株賣給羊肚菌生產者進行大田生產，在田間同時或不同時間段出現了不同形態的子實體，表明只要是孢子分離的菌種都可以形成子實體。

5 羊肚菌的生活史

根據以上分析，羊肚菌的生活史為：單個子囊孢子→菌絲體→（分生孢子、菌核）→子囊果→子囊孢子[27-29,34,40]。實現了商業化栽培的幾個羊肚菌物種的子囊孢子是多核異核體，具有該物種全部的基因組，萌發后形成多核異核的菌絲[24,41-43]，可以進行無限的無性繁殖，在瓊脂培養基、麥粒培養基、土壤/砂礫等基質上可以形成分生孢子和菌核，按照特定的方法培養后，可以形成子囊果，在子囊果上形成子囊和子囊孢子[33,37-41]。

圖1 羊肚菌的生活史

羊肚菌的菌核能夠萌發形成新的菌絲，可以進行無數次循環。但羊肚菌的分生孢子重新長出菌絲的試驗，目前還沒有完全實現。羊肚菌的育種路線是：在大量單孢菌株中，選擇優良菌株進行規模化生產。規模化生產的用種路線是：每個生產者選擇10 個以上的優良單孢菌株，每個菌株播種總面積的1/10，降低僅僅使用1 個菌株的低產風險。

羊肚菌的單孢菌株間親和數量非常少，不同孢子萌發的菌絲之間發生真正的細胞融合較為罕見，不能夠進行雜交育種[29,32-33,40]。當然，如果能夠找到完全不出菇的多核同核體，就可以實現雜交育種。