賈國軍 徐盛燕 王劍虹 趙鳳舞

蛹蟲草育種技術(shù)的研究進(jìn)展綜述

賈國軍 徐盛燕 王劍虹 趙鳳舞*

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，甘肅蘭州 730070）

蛹蟲草是一種食藥用真菌，具有重要的藥用價(jià)值，已經(jīng)成為近年來研究的熱點(diǎn)。隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，越來越多的育種新技術(shù)應(yīng)用于蛹蟲草的育種和種質(zhì)鑒定。概述蛹蟲草人工選擇育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合育種、誘變育種、基因工程育種等育種技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)展；針對(duì)當(dāng)前蛹蟲草產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，對(duì)蛹蟲草育種研究重點(diǎn)提出作者的觀點(diǎn)。

蛹蟲草；育種技術(shù)；研究進(jìn)展

蛹蟲草[(L. ex Fr.) Link.]又稱北冬蟲夏草、北蟲草、蛹草、東北蟲草，與冬蟲夏草是同屬不同種，也是一種久負(fù)盛名的食藥用真菌。其可全草入藥，具特殊的藥用價(jià)值和滋補(bǔ)功效，含有蟲草素、蟲草酸、蟲草多糖等多種生物活性物質(zhì)，可促進(jìn)機(jī)體新陳代謝，提高機(jī)體的免疫功能[1, 2]。蛹蟲草人工培養(yǎng)易形成子實(shí)體[3]，我國是世界上第一個(gè)用昆蟲蛹人工大批量培養(yǎng)蛹蟲草子實(shí)體的國家。在批量生產(chǎn)中，菌種退化是影響蛹蟲草子實(shí)體產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素[4]，優(yōu)良菌種是提高產(chǎn)量和質(zhì)量的前提條件。

近年來，蛹蟲草優(yōu)良菌株的選育是研究熱點(diǎn)，有關(guān)研究報(bào)道層出不窮。蛹蟲草主要的育種技術(shù)包括：人工選擇育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合育種、誘變育種、基因工程育種，以及分子標(biāo)記輔助育種等。利用這些育種技術(shù)研究開發(fā)具有應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良品種，可為蛹蟲草的產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化提供優(yōu)質(zhì)資源。

1 人工選擇育種

人工選擇育種是通過對(duì)菌絲或孢子進(jìn)行分離，并加以馴化，最終進(jìn)行大面積的栽培試驗(yàn)。杜愛玲等采用組織分離法從野生北蟲草菌株中分離出高蟲草素含量的新品種[5]。李輝平和宋金俤采用孢子分離法成功篩選出子囊座膨大矮化菌株，其子囊座直徑和鮮重均優(yōu)于親本[6]。王艷華等采用組織分離和孢子分離選育方法，進(jìn)行尖頭及圓頭蛹蟲草優(yōu)良菌株的分離選育，通過直接觀察法先行初步篩選，進(jìn)而通過鏡檢法結(jié)合出草試驗(yàn)確認(rèn)初篩菌株，最終獲得優(yōu)良生產(chǎn)菌株[7]。

2 雜交育種

雜交育種是通過親本遺傳物質(zhì)的交換和重組等產(chǎn)生有別于親本的變異，產(chǎn)生新的遺傳性菌株或品種。它比誘變育種具有較強(qiáng)的方向性和可操作性。雜交育種是目前食用菌育種中應(yīng)用最廣泛的方法[8]。王寧等利用單孢雜交育種的方法，篩選出草形好、產(chǎn)量高且蟲草素含量高的蛹蟲草雜交菌株，性狀優(yōu)于親本[9]。

3 原生質(zhì)體融合育種

梁宗琦采用原生質(zhì)體融合和原生質(zhì)體誘變技術(shù)對(duì)蟲草屬真菌進(jìn)行一系列育種研究，獲得了高產(chǎn)、多功能新菌株，并確定了原生質(zhì)體誘變和融合的條件[10]。周洪英利用滅活原生質(zhì)體融合法，篩選得到子實(shí)體粗壯且蟲草素含量高、原基分化早的蛹蟲草優(yōu)良后代，其遺傳性狀保持穩(wěn)定[11]。相對(duì)于雜交育種，原生質(zhì)體克服了性細(xì)胞的一些不親合障礙，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能。

4 誘變育種

誘變育種是利用物理或化學(xué)方法，誘導(dǎo)蛹蟲草遺傳因子發(fā)生突變，篩選出具有所需要優(yōu)良性狀的突變株。物理誘變包括紫外線、激光、離子束等，化學(xué)誘變包括一些烷化劑、亞硝酸、亞硝酸胍、氮芥、硫酸二乙酯等[12]。誘變育種是目前獲得優(yōu)良蛹蟲草菌株的最常用的手段。

4.1 紫外線誘變

紫外線誘變通過對(duì)特定蛹蟲草菌絲原生質(zhì)體進(jìn)行誘變，獲得穩(wěn)定性好、生物產(chǎn)量高的品種，是目前使用最簡(jiǎn)便、安全、有效的方法[13]。車振明等利用原生質(zhì)體紫外線誘變技術(shù)，篩選出子實(shí)體產(chǎn)量和蟲草多糖含量均明顯高于原始菌株的誘變菌株，繼代培養(yǎng)和栽培試驗(yàn)表明，誘變菌株的遺傳性能保持穩(wěn)定[14]。周曉東采用紫外線誘變北蟲草菌絲體，篩選出變異新菌株，其子實(shí)體產(chǎn)量高，耐高溫，蟲草素含量高[15]。周禮紅等通過對(duì)蛹蟲草原生質(zhì)體紫外線誘變處理，篩選出蟲草素和腺苷含量高且保持穩(wěn)定的菌株CMM-81[16]。王漢峰等以C-5作為誘變出發(fā)菌株，進(jìn)行原生質(zhì)體紫外線誘變處理，篩選得到3株遺傳穩(wěn)定性良好的正突變株CY-8，CY-18，CY-25，其纖溶酶產(chǎn)量分別比出發(fā)菌株提高了28.58%，28.22%，21.78%[17]。曲鴻雁和郭成金以冬蟲夏草與蛹蟲草融合株為研究材料，對(duì)其進(jìn)行原生質(zhì)體紫外線誘變，篩選得到了優(yōu)良高產(chǎn)菌株Y-90，蟲草酸產(chǎn)量是出發(fā)菌株的1.80倍；另一優(yōu)良高產(chǎn)菌株YP-42，蟲草素產(chǎn)量是出發(fā)菌株的1.33倍[18]。

4.2 離子束誘變

離子誘變育種與傳統(tǒng)的輻射法及化學(xué)誘變劑相比，具有變異高、突變譜寬、穩(wěn)定周期短等特點(diǎn)[19]。呂杰等闡明離子束注入生物體誘變的機(jī)理，介紹離子束注入誘變食用菌的研究進(jìn)展，指出低能離子注入誘變技術(shù)應(yīng)用于食用菌育種方面的發(fā)展方向[20]。Das小組利用高能離子束輻照技術(shù)，篩選得到蟲草素產(chǎn)量較高的菌株G81-3[21]。張俊濤等采用60Co輻射，選育獲得一株子實(shí)體明顯增粗的蛹蟲草誘變菌株[22]。張紅等采用60Co-γ射線輻射誘變方法篩選出子實(shí)體蟲草素高（9 600 mg/kg）、產(chǎn)量性狀穩(wěn)定、產(chǎn)蟲草素能力強(qiáng)的突變高產(chǎn)菌株[23]。劉桂君等的發(fā)明專利，提供了所育菌株具有優(yōu)異的蟲草素生產(chǎn)性能，蟲草素含量比出發(fā)菌株提高8.85倍[24]。賈國軍等還利用12C6+重離子輻照選育出北冬蟲夏草高產(chǎn)菌株G5。G5具有子實(shí)體產(chǎn)量高、多糖含量高、蟲草素含量高等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

4.3 空間誘變

空間誘變育種是在太空特殊的環(huán)境條件作用下引起染色體畸變，再經(jīng)地面選育而獲得新品種[25]。目前，我國已經(jīng)進(jìn)行了香菇、黑木耳、靈芝等食藥用菌的空間誘變?cè)囼?yàn)。溫魯?shù)韧ㄟ^蛹蟲草的空間誘變育種試驗(yàn)，篩選出蟲草素、蟲草酸含量明顯提高的新菌株A樣品[26]。

4.4 復(fù)合誘變

盧翠文等對(duì)北冬蟲夏草菌絲體片段進(jìn)行復(fù)合誘變，誘變后菌株多糖含量明顯增加[27,28]。孟澤彬等采用不同誘變方式對(duì)蛹蟲草孢子進(jìn)行誘變，結(jié)果表明紫外線誘變的突變株胞外蟲草素產(chǎn)量比出發(fā)菌株高出很多，在連續(xù)培養(yǎng)5代后，仍具有較好的遺傳穩(wěn)定性[29]。馬躍騰對(duì)秦巴蛹蟲草進(jìn)行紫外和亞硝酸誘變處理，誘變菌株的子座形態(tài)和蟲草素含量等均有明顯改變[30]。劉金彬等利用離子束、亞硝基胍及離子束-亞硝基胍誘變法處理蛹蟲草JN168，已初步獲得幾株較高產(chǎn)蟲草素的菌株[31]。

5 基因工程育種

基因工程育種技術(shù)是在基因水平上進(jìn)行遺傳操作實(shí)現(xiàn)菌種的改良。由于基因工程在食用菌育種領(lǐng)域的應(yīng)用較晚，發(fā)展比較遲滯，在短時(shí)間內(nèi)培育出優(yōu)良品種是不太可能的[32]。除雙孢蘑菇外，目前僅對(duì)少數(shù)食用菌包括側(cè)耳、香菇、金針菇進(jìn)行了類似的操作。加強(qiáng)蛹蟲草基因工程育種的研究，有望推動(dòng)蛹蟲草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

此外，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA（RAPD）、簡(jiǎn)單重復(fù)序列間擴(kuò)增（ISSR）、內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（ITS）等分子標(biāo)記技術(shù)，也已日益廣泛應(yīng)用于食用菌遺傳多樣性和親緣關(guān)系鑒別等相關(guān)研究[33]。張?jiān)莆涞葢?yīng)用RAPD標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行的蛹蟲草遺傳分化研究結(jié)果表明，蛹蟲草與冬蟲夏草、闊抱蟲草之間存在顯著的遺傳差異[34]。

6 展 望

人工栽培的蛹蟲草作為野生蟲草的替代品，其中某些藥用成分的含量高于冬蟲夏草，但人工培養(yǎng)蛹蟲草子實(shí)體影響因子復(fù)雜多樣，而優(yōu)良菌種的選育研究則是北蟲草研究的重點(diǎn)[2, 35]。

隨著人們對(duì)蛹蟲草遺傳規(guī)律的深入認(rèn)識(shí)，育種的方法和手段將不斷發(fā)展和完善。當(dāng)前蛹蟲草基因工程育種處于探索嘗試階段，有待深入開展。綜觀蛹蟲草各種育種方法，筆者認(rèn)為誘變育種可能在較長(zhǎng)一段時(shí)間里仍然是蛹蟲草育種的主要手段，也是育種技術(shù)應(yīng)用研究的重點(diǎn)，通過誘發(fā)基因突變和基因重組，實(shí)現(xiàn)蛹蟲草遺傳基因的改變。

此外，隨著基因分子標(biāo)記技術(shù)和基因工程技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)入優(yōu)良基因可以有效改良已有的可規(guī)模化生產(chǎn)的蛹蟲草菌種[36]，促進(jìn)蛹蟲草產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步壯大，滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的需求。

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Research progress on breeding techniques of

Jia Guojun Xu Shengyan Wang Jianhong Zhao Fengwu*

（Department of Bioengineering, Lanzhou Vocational Technical College, Lanzhou 730070, China）

is an edible and medicinal mushroom, which has important medicinal value, and has become a research focus in recent years. With the development of molecular biology, more and more new breeding techniques have been applied in the breeding and identification of. The breeding techniques of, including domesticationbreeding, cross breeding, protoplast fusion, mutation breeding, and genetic engineeringbreeding were reviewed. The breeding strategy ofare offered. Prospectsofbreeding are discussed based on the current demand for the development of.

; breeding techniques; research progress

S567.3

A

2095-0934（2017）05-313-04

蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（2015-RC-21）；蘭州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2016-3-2）；蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院院內(nèi)項(xiàng)目（2016B-1）

賈國軍（1986—），碩士，助教，主要從事食藥用菌領(lǐng)域的教學(xué)、科研及育種技術(shù)工作。E-mail：jiaguojun@lvu.edu.cn

*通訊作者：趙鳳舞（1973—），博士，教授，主要從事生物醫(yī)藥和微生物資源的開發(fā)與應(yīng)用工作