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        不同方法分離的梯棱羊肚菌菌種的交配型檢測(cè)*

        2022-07-05 08:58:24初奕杉王曉艷李桂伍
        中國(guó)食用菌 2022年6期
        關(guān)鍵詞:分離法羊肚菌絲體

        鐘 娟,初奕杉,王曉艷,李桂伍,張 平

        (湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410081)

        羊肚菌是羊肚菌屬(Morchella) 所有真菌的統(tǒng)稱(chēng),是一類(lèi)珍稀食用和藥用真菌,具有重要的經(jīng)濟(jì)和科研價(jià)值[1]。多基因聯(lián)合分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究表明,羊肚菌屬可分為3大類(lèi)群,分別為黑色羊肚菌類(lèi)、黃色羊肚菌類(lèi)和變紅羊肚菌類(lèi)[2-6]。近年來(lái),我國(guó)的羊肚菌栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,2019年~2021年全國(guó)羊肚菌栽培面積近10 000 hm2[7]。栽培成功的主要為黑色羊肚菌類(lèi)的一些物種,如梯棱羊肚菌(M.importuna)、六妹羊肚菌(M.sextelata)、七妹羊肚菌(M.eximia)、頭絲羊肚菌(M.exuberans)、歐氏羊肚菌(M.oweri)、Mel-13和Mel-21,其中梯棱羊肚菌的栽培最廣泛[8-10]。

        有研究表明,梯棱羊肚菌有性生殖方式為異宗交配[11]。需要2個(gè)交配型基因相配的細(xì)胞核發(fā)生融合后才能完成有性生殖,進(jìn)而形成子囊果即子實(shí)體。菌種是羊肚菌栽培的基礎(chǔ),只有當(dāng)菌種同時(shí)具有2種交配型時(shí),才能保證有性生殖的進(jìn)行和子實(shí)體的產(chǎn)生。

        食用菌菌種分離常用的方法有單孢分離法、多孢分離法、組織分離法、基質(zhì)菌絲分離法[12]。目前在羊肚菌生產(chǎn)中采用的多為單孢法、多孢法和組織法,基質(zhì)菌絲分離法很少被采用。不同分離方法獲得的菌種的交配型有所不同,有研究表明單孢法分離的羊肚菌菌株大部分只具有一種交配型(MAT1-1-1或MAT1-2-1)[13-14],還有研究表明羊肚菌組織分離獲得的菌株存在交配型基因缺失現(xiàn)象[15]。

        通過(guò)研究采用組織分離法、單孢分離法和多孢分離法3種不同方式分別獲得梯棱羊肚菌的菌種,后采用PCR擴(kuò)增的方法檢測(cè)其交配型基因。此外,研究多次繼代培養(yǎng)對(duì)多孢菌絲體交配型的影響。研究結(jié)果旨在為梯棱羊肚菌的栽培生產(chǎn)提供理論支持。

        1 材料與方法

        1.1 供試子實(shí)體

        試驗(yàn)所用材料:栽培于湖南師范大學(xué)真菌研究室羊肚菌栽培基地的梯棱羊肚菌子實(shí)體,由2014年采集的野生梯棱羊肚菌(MHHNU 7946)馴化得到。

        培養(yǎng)基類(lèi)型:PDA培養(yǎng)基,配方為馬鈴薯200 g·L-1、葡萄糖 20 g·L-1、MgSO42 g·L-1、瓊脂 18 g·L-1。

        試驗(yàn)所需儀器設(shè)備:Motic BA210生物顯微鏡,麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司;SW-CJ-2FD超凈工作臺(tái),蘇州凈化設(shè)備有限公司;Hirayama HVE-50高壓滅菌鍋,日本Hirayama平山制作所株式會(huì)社;DK-98-IIA恒溫水浴鍋,天津泰斯特儀器有限公司;AUY120電子分析天平,日本島津集團(tuán);2.5 μL、10 μL、100 μL、1 000 μL 移液槍、Centrfuge5425 高速離心機(jī)和Mastercycler?nexus PCR擴(kuò)增儀,均為艾本德中國(guó)有限公司生產(chǎn);JY300E電泳儀,北京君意東方電泳設(shè)備有限公司;ChemiDoc MP凝膠成像系統(tǒng),伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品公司;單孢分離器等。

        試驗(yàn)所用試劑:Ezup柱式真菌基因組DNA抽提試劑盒(產(chǎn)品編號(hào)B518259-0100),生工生物工程(上海) 股份有限公司;2×Es Taq MasterMix、6×Loading buffer、DL 2 000 Marker和引物,均訂購(gòu)于北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司;TAE電泳緩沖液等。

        1.2 菌種分離

        組織分離法:用該方法進(jìn)行了5次重復(fù)取樣,即選取5個(gè)個(gè)體健壯、無(wú)病蟲(chóng)害的羊肚菌子實(shí)體。將無(wú)菌單蒸水沖洗過(guò)的子實(shí)體縱向剖開(kāi),用滅菌手術(shù)刀分別從菌蓋內(nèi)側(cè)和菌柄內(nèi)側(cè)削取0.5 cm左右的小塊菌肉組織,置于PDA平板培養(yǎng)基中間位置;每個(gè)培養(yǎng)皿只放1塊菌肉,共轉(zhuǎn)接了10個(gè)培養(yǎng)皿;于20℃恒溫箱培養(yǎng),待培養(yǎng)皿中長(zhǎng)出菌落后轉(zhuǎn)接至試管斜面培養(yǎng)基上。共對(duì)10個(gè)無(wú)污染的組織進(jìn)行了菌種分離,其中5個(gè)分離自菌蓋內(nèi)側(cè),5個(gè)分離自菌柄內(nèi)側(cè)。

        單孢分離法:由一個(gè)孢子萌發(fā)的菌絲體是單孢菌株菌絲體,用該方法共對(duì)30個(gè)單孢子進(jìn)行了分離。剪取一塊無(wú)病害的成熟羊肚菌菌蓋組織,用鑷子夾碎,然后轉(zhuǎn)移到裝有玻璃珠和無(wú)菌水的三角瓶中,旋轉(zhuǎn)震蕩制備成孢子懸浮液。用單孢分離器在顯微鏡下分離單孢,具體方法參照參考文獻(xiàn)[16]。將單個(gè)孢子置于平板PDA培養(yǎng)基上,待孢子萌發(fā)長(zhǎng)出菌落,再轉(zhuǎn)接到試管PDA培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)。

        多孢分離法:多孢分離采用鉤懸法,具體方法參照參考文獻(xiàn)[12]。切取一塊成熟羊肚菌菌蓋,子實(shí)層朝下掛在鉤上,鉤的另一端掛在三角瓶口上,三角瓶?jī)?nèi)裝有PDA培養(yǎng)基。靜置12 h,待子囊孢子灑落在培養(yǎng)基表面,取出小鉤,繼續(xù)培養(yǎng)2 d~3 d。待孢子萌發(fā)長(zhǎng)出菌絲,再轉(zhuǎn)接到試管斜面培養(yǎng)基上。

        1.3 多孢菌絲體的繼代培養(yǎng)

        多孢菌絲體生長(zhǎng)到菌落直徑約3 cm時(shí),在菌落邊緣區(qū)域挑取小塊培養(yǎng)基,連同其上的菌絲一起轉(zhuǎn)接到新的試管斜面培養(yǎng)基上。如此重復(fù)轉(zhuǎn)接,并檢測(cè)每一代菌種的交配型基因。

        1.4 菌種的交配型基因檢測(cè)

        DNA提?。喝〔煌N分離方法培養(yǎng)5 d的菌種,從斜面培養(yǎng)基上刮取菌核或菌絲用于提取DNA。DNA提取采用試劑盒法,提取方法按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

        PCR擴(kuò)增:交配型基因的擴(kuò)增方法參照參考文獻(xiàn)[13]。PCR反應(yīng)體積為25 μL,包括12.5 uL的2×PCR Master Mix、9.5 uL的滅菌雙蒸水,濃度為10 umol·L-1的正反引物各1 uL和1uL的DNA模板。引物 MAT1-1-1F/R (5′-3′):CCGGTTTATCTTACTGGACTGGTTC/GCTTTCCTCTTCTCTCGTTGCCATA,MAT1-2-1 F/R (5′-3′):CATCTTATTCTGTTAGCCGCCCATC/TACGTGGTGCTCTCGTGCAGATTTT。反應(yīng)程序?yàn)?4℃預(yù)變性5 min;94℃變性30 s,62℃退火30 s,72℃延伸45 s~60 s,34個(gè)循環(huán);72℃延伸7 min;4℃保存。

        凝膠電泳檢測(cè)交配型基因:每個(gè)樣品分別用MAT1-1-1和MAT1-2-1引物擴(kuò)增,擴(kuò)增出的MAT1-1-1基因片段約為600 bp,MAT1-2-1基因片段約為1 000 bp。將2次擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物混合,用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳后,置于紫外光透射儀上進(jìn)行觀察拍照,若觀察到目的條帶就說(shuō)明樣品具有相應(yīng)的交配型基因。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 組織分離菌種的交配型基因分布情況

        組織分離法共分離得到10個(gè)菌絲體,其中5個(gè)分離自菌蓋內(nèi)側(cè)組織,經(jīng)檢測(cè)均只具有單一交配型基因MAT1-1-1,另外5個(gè)菌株分離自菌柄內(nèi)側(cè)組織,也只檢測(cè)到單一交配型MAT1-1-1。

        2.2 單孢分離菌種的交配型基因分布情況

        單孢分離法得到30個(gè)梯棱羊肚菌子囊孢子,其中21個(gè)孢子萌發(fā)產(chǎn)生菌落,其中14個(gè)菌株為MAT 1-1-1交配型基因,7個(gè)菌株為MAT1-2-1交配型基因。由此可知含MAT1-1-1交配型基因的菌株數(shù)量是含MAT1-2-1交配型基因的菌株的2倍。

        2.3 多孢分離菌種的交配型基因分布情況

        此方法共得到6個(gè)多孢菌絲體,分別編號(hào)為MS-1~MS-6,經(jīng)檢測(cè)這 6個(gè)菌絲體均同時(shí)具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型基因。

        2.4 多孢分離菌種多次傳代后交配型的變化

        對(duì)2.3中6個(gè)多孢菌絲體進(jìn)行多次轉(zhuǎn)接繼代培養(yǎng),共轉(zhuǎn)接了23代。每轉(zhuǎn)接一代分別檢測(cè)其交配型,試驗(yàn)連續(xù)3代確認(rèn)MAT1-1-1或MAT1-2-1交配型丟失后不再繼續(xù)檢測(cè),其結(jié)果見(jiàn)表1。

        由表1可知,其中MS-1、MS-3、MS-4菌株在轉(zhuǎn)接到第6代時(shí),其交配型基因MAT1-2-1發(fā)生丟失,只剩下MAT1-1-1交配型基因;MS-2在第9代丟失了MAT1-1-1交配型基因;MS-6在第11代丟失了MAT1-1-1交配型基因;MS-5在繼代培養(yǎng)了23代后仍存在MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型基因。

        表1 多孢分離菌種繼代培養(yǎng)后交配型基因檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Mating type genes results of the subcultures of multi-spore strains

        3 結(jié)論討論

        3.1 梯棱羊肚菌子實(shí)體的交配型分布

        目前人工栽培的食用菌大多屬于擔(dān)子菌,而梯棱羊肚菌屬于子囊菌,其子實(shí)體的交配型分布情況較為復(fù)雜。杜習(xí)慧等[10-11]對(duì)梯棱羊肚菌子實(shí)體進(jìn)行了交配型分布檢測(cè),發(fā)現(xiàn)多數(shù)栽培樣品的菌柄和子實(shí)層均由2種交配型構(gòu)成;而野生樣品交配型分布則不同,僅子實(shí)層(可育組織)含2種交配型,而菌柄(不育組織)僅能檢測(cè)到1種交配型。在本研究中,無(wú)論是從菌蓋內(nèi)壁還是從菌柄內(nèi)壁進(jìn)行組織分離取材,所得菌株都只有MAT1-1-1一種交配型。菌蓋外表面的組織要產(chǎn)生子囊和子囊孢子,必須同時(shí)具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型基因。已有報(bào)道分析,羊肚菌有3種不同交配型基因分布方式:菌柄和菌蓋均有2種交配型基因,菌蓋有2種交配型基因而菌柄只有MAT1-1-1交配型基因,以及菌柄和菌蓋均只有MAT1-1-1[11]。再結(jié)合相關(guān)研究進(jìn)行分析,認(rèn)為供試子實(shí)體的交配型分布方式為:菌蓋外層同時(shí)具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型,菌蓋內(nèi)層只有MAT1-1-1一種交配型;而菌柄的內(nèi)層和外層均只有MAT1-1-1一種交配型。目前對(duì)羊肚菌交配型基因研究都只對(duì)菌柄或菌蓋進(jìn)行檢測(cè),而鮮有同時(shí)針對(duì)菌蓋內(nèi)側(cè)、外側(cè),菌柄內(nèi)側(cè)、外側(cè)的交配型基因檢測(cè)。本研究提供了更加精準(zhǔn)的梯棱羊肚菌子實(shí)體的交配型分布圖。當(dāng)然,研究的供試子實(shí)體來(lái)自同一個(gè)栽培基地,其他產(chǎn)地栽培出的梯棱羊肚菌子實(shí)體的交配型分布情況如何有待進(jìn)一步研究。組織分離是食用菌菌種分離的常用方法之一,出于無(wú)菌的考慮,在羊肚菌組織分離過(guò)程中通常是將子實(shí)體剖開(kāi),從子實(shí)體內(nèi)表面取材。結(jié)果可能導(dǎo)致分離到的菌種只有一種交配型。劉偉等[15]在進(jìn)行羊肚菌組織分離時(shí)也發(fā)現(xiàn)獲得的菌種有一部分只檢測(cè)到一種交配型基因。

        3.2 梯棱羊肚菌菌種的交配型基因丟失現(xiàn)象

        已有研究發(fā)現(xiàn)梯棱羊肚菌菌種會(huì)發(fā)生交配型基因丟失現(xiàn)象[13],即原本同時(shí)具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型基因的菌種經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)和轉(zhuǎn)接后,只能檢測(cè)出其中的一種交配型。但對(duì)于交配型基因丟失的原因尚不清楚。本研究中分離出的6個(gè)多孢菌絲體在第一代時(shí)均檢測(cè)到MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型基因。但是,將這6個(gè)菌株進(jìn)行多次轉(zhuǎn)接,其中3個(gè)菌株在轉(zhuǎn)接到第6代時(shí),丟失了交配型MAT1-2-1,有2個(gè)菌株分別在轉(zhuǎn)接到第9代和第11代時(shí)丟失了交配型MAT1-1-1,僅有1個(gè)菌株在經(jīng)過(guò)23次轉(zhuǎn)接后依然具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型。因此認(rèn)為梯棱羊肚菌的多孢菌絲體最初包含了多個(gè)子囊孢子萌發(fā)產(chǎn)生的菌絲,雖然單個(gè)子囊孢子只具有1種交配型,但1支試管中具有多個(gè)孢子萌發(fā)產(chǎn)生的菌絲,即多孢分離法獲得的1個(gè)菌株是多個(gè)不同孢子萌發(fā)產(chǎn)生的菌絲混合物。當(dāng)對(duì)整支試管(菌種) 的交配型進(jìn)行檢測(cè)時(shí),往往可以檢測(cè)到2種交配型。這些由不同孢子萌發(fā)產(chǎn)生的菌絲在試管中只是混合生長(zhǎng)在一起,并沒(méi)有發(fā)生融合。菌絲在斜面培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)方向各不相同,在菌種轉(zhuǎn)接時(shí)一般從菌落邊緣挑取尖端菌絲。經(jīng)過(guò)反復(fù)幾次的操作,可能就只挑取到某一孢子產(chǎn)生的菌絲,這時(shí)檢測(cè)其交配型也就只能檢測(cè)到一種交配型。但這種情況下發(fā)生交配型丟失應(yīng)屬人為操作丟失,而不屬于菌種自身原因造成的交配型基因丟失。

        劉萍等[14]用207對(duì)具有不同交配型的梯棱羊肚菌菌株進(jìn)行對(duì)峙培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)只有1對(duì)表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)體親和,說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)體(菌絲)不親和性在梯棱羊肚菌單孢菌株間普遍存在。同時(shí)還還發(fā)現(xiàn)在供試的6個(gè)多孢菌絲體中,有1個(gè)菌株在轉(zhuǎn)接23代后依然具有MAT1-1-1和MAT1-2-1兩種交配型。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能有以下3個(gè)方面:1)轉(zhuǎn)接的代數(shù)還不夠,若轉(zhuǎn)接更多代,最終還是會(huì)出現(xiàn)交配型基因丟失;2)在減數(shù)分裂過(guò)程中偶爾發(fā)生錯(cuò)誤,2個(gè)交配型不同的細(xì)胞核到同一個(gè)子囊孢子中,這樣的孢子長(zhǎng)出的菌絲就具有2種交配型,并且不會(huì)隨著傳代而發(fā)生丟失;3)具有不同交配型的菌絲偶爾發(fā)生了融合,融合后的菌絲具有2種交配型,也不會(huì)隨著傳代而發(fā)生丟失。

        3.3 對(duì)梯棱羊肚菌栽培生產(chǎn)的指導(dǎo)意義

        目前,羊肚菌人工栽培產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速,但在一些栽培基地會(huì)出現(xiàn)出菇少或不出菇的現(xiàn)象[7-9],給菇農(nóng)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。造成出菇少或不出菇的因素有多種,除氣候因素和栽培管理技術(shù)的影響外,還有一個(gè)重要原因就是菌種交配型基因的缺失。梯棱羊肚菌為異宗結(jié)合的真菌,栽培使用的菌種必須同時(shí)具有2種交配型,才能保證子實(shí)體的形成。研究結(jié)果表明,組織分離的梯棱羊肚菌菌種只有一種交配型,若實(shí)際應(yīng)用中使用這樣的菌種,很有可能導(dǎo)致不出菇。單孢分離的菌種也只有一種交配型,若使用一個(gè)單孢菌種進(jìn)行栽培,也可能導(dǎo)致不出菇。但如果將2個(gè)或多個(gè)具有不同交配型的單孢菌種搭配使用,能在一定程度上減少不出菇的風(fēng)險(xiǎn)。

        多孢分離的菌株雖然具有2種交配型,但轉(zhuǎn)接次數(shù)太多會(huì)導(dǎo)致某一交配型丟失,因此生產(chǎn)中使用的多孢菌絲體一旦育成新品種,其菌種應(yīng)該以冷藏或冷凍的方式進(jìn)行保藏,避免多次傳代,最好每年重新分離。無(wú)論是哪種方法分離的菌種,在大規(guī)模投入使用前都必須進(jìn)行交配型基因檢測(cè)。交配型基因檢測(cè)應(yīng)該成為制種單位對(duì)梯棱羊肚菌菌種進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一。

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