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    食用菌的菌种选育基础知识连载-人工选择育种和杂交育种

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      食用菌的菌种选育基础知识连载

      第三节 人工选择育种

        本连载其它相关文章第一节 食用菌的遗传与变异 第二节 食用菌的生活史和繁殖方式 第五节 诱变育种

        人工选择育种是利用野生种和现有品种在生长过程中,由于自发突变而形成的新的变异类型,进行人工选择,从中分离选育出优质、高产菌株的育种过程,其核心是自发突变与人工选择。人工选择育种是食用菌发展初期选育优良品种简单而有效的方法之一,是各种育种方法的基础。

        一、选择育种的理论基础

        食用菌在生长过程中,会不断地受到来自外界及自身因素的影响,而发生遗传物质的改变,这种现象称之为自发突变。自发突变并不是真正的不接触诱变物质,只是人为不施加诱变因子。自发突变产生的原因有:
        ①、背景辐射和环境诱导作用。如自然接受射线辐射、热及化学药剂等。
        ②、生物自身产生的诱变物质引起的变异。如转座子的插入引起的遗传物质的改变;再如代谢过程中产生的过氧化氢、有机过氧化物等。
        ③、DNA分子本身的变化,引起的配对错误。碱基分子存在着酮式和烯酮式、氨基式与亚氨基式的互变异构现象及环出效应,当结构发生变化时,就容易出现配对差错。另外自然状态下的群体杂交,通过有性生殖,发生基因的重组也是产生新类型的一种方式。如果新的类型在生活力和适应性方面能超过原有类型,则会不断扩大种群数量,进化为新的类型,如果新的变异不及原有类型,则会失去竞争力,通过自然选择而被淘汰,这就是自然选择作用。在自然界生存的野生食用菌种类,都是经过长期的自然选择而保留下来的能适应一定生态环境的优势个体,它们带有特殊的基因,是优良的食用菌种质资源。

        选择育种要求育种工作者一方面随时留心观察,注意选择和利用现有品种中有益的变异个体。另一方面要广泛收集不同地域、不同生态型的菌株,以便从大量菌株中反复比较,弃劣留优,选出符合人们需要的新品种。

        二、选择育种的程序

         程序一般为:品种资源的收集与选择→纯种分离→品比试验→扩大栽培。

        1.品种资源的收集与选择

        选择育种是有目的地选择自然界现存的有益变异,因此要想取得较好的效果,必须尽可能地收集足够数量的有代表性的野生及栽培菌株。

        2.纯种分离

        发现优良变异菌株后,应尽快采用组织分离、菇(耳)木分离等方法取得纯种。

        3.品比试验

        通过各种途径获得的菌株,与本地主要品种在同样的栽培条件下,进行栽培出菇试验,选出综合性状比较好的优良菌株。

        4.扩大试验

        品比试验后,对初步选出的优良菌株,较大规模地进行试验,以对品比结果作进一步验证。

        5.示范推广

        经扩大试验后,对选出的优良菌株有了更明确的认识,但在大量推广之前,应选取数个有代表性的试验点进行示范性生产。待结果得到进一步确证后,再由点及面,逐步推广。

      第四节 杂交育种

        杂交是指不同遗传类型之间的交配,使遗传基因重新组合,创造出兼有双亲优点的新品种。通过杂交,一方面可使优良的基因进行重组与累加;另外,可利用F1代产生的杂种优势,得到有突出表现的菌株。杂交育种是目前食用菌新品种选育中使用最广泛、收效最明显的育种手段,我国自20世纪80年代以来,通过杂交育种培育出香菇、金针菇(Flammulina velutipes)、木耳(A ricularia auricula)等食用菌新品种并陆续投入生产。

        杂交育种的理论基础基于基因重组。担子菌类食用菌基因重组可分为两个阶段:第一个阶段是亲本在形成担孢子时,发生在减数分裂过程中的基因重组,产生带有重组基因的担孢子,进而萌发成单核菌丝。第二个阶段是不同单核菌丝的核配,使两单核菌丝优良基因得到累加。就真菌而言基因重组方式除有性杂交外,还可通过准性生殖进行基因重组,准性生殖是有丝分裂过程中的重组。

        一、食用菌杂交育种的特点

        食用菌杂交育种的特点包括:

        ①、单核菌丝是基因重组的产物,具有丰富的基因型,但单核菌丝的表型性状却非常少。因此,用以杂交的单核菌丝不能太少,否则会漏掉携带优良基因的单核菌丝。
        ②、单核菌丝可独立地进行无性繁殖,做为育种材料进行保存,可大大减少工作量,缩短育种程序。
        ③、食用菌单核菌丝的配对杂交在室内进行,杂交育种不受时间限制。
        ④、一旦从杂交子中筛选到具结实性,且各方面表现优良的菌株,便可通过无性繁殖保持菌株的优良特性,无需年年制种。

        二、杂种优势

        杂种优势是生物界普遍存在的现象,表现为杂种一代在生长势、生活力、抗逆性、产量和品质上明显超过双亲。杂种优势并不是某一两个性状单独表现突出,而是许多性状综合表现突出。在栽培菇类中,杂种优势通常表现为菌丝生长旺盛、出菇较早、菇体较大、菌盖较厚、菇峰整齐等。杂种优势的大小与以下因素有关:
        ①、取决于双亲性状间差异性的大小和互补性。实践证明,在一定范围内,双亲间的亲缘关系、生态类型和生理特性差异越大,双亲间相对性状的优缺点越能彼此互补,杂种优势就越强。因此要进行杂交育种,必须广泛搜集遗传资源,以期得到相对性状差异较大,种质基因丰富的杂交亲本。我国幅员辽阔,食用菌品种资源异常丰富,为杂交育种提供了坚实的物质基础。
        ②、杂种优势的大小与双亲基因型纯合程度有关。双亲基因型纯合程度越高,F1代基因型杂合化程度也越高,杂种优势就越大。
        ③、杂种优势的大小与环境条件的作用也有密切关系。性状的表现是基因型与环境条件综合作用的结果,不同的环境条件对杂种优势表现的强度有很大影响。在杂交育种中,并非有杂交就有杂种优势,其实杂交子一代有的是集双亲优良基因并能表现出杂种优势,有的则不表现杂种优势。因此,杂交子能否作为品种来推广,还需进一步选择。

        三、杂交育种的一般程序

        食用菌的杂交育种一般可依如下步骤进行:亲本菌株选配→单孢分离→获得同核菌丝体→配对杂交→获得杂交子→杂种鉴定→初筛→复筛→扩大试验→示范推广。

        1.亲本选配

        在杂交育种中,亲本选配是杂种后代出现理想性状组合的关键。长期以来,人们在育种实践中,往往根据地理差异、表现型差异、生境差异来选配亲本。这种选配亲本的方法,不能科学地预测杂种优势的大小,带有较大的盲目性。20世纪70年代以来,国外在高等植物的杂交育种中,应用多元分析法测定若干与产量有关的数量性状的遗传距离,进而预测杂种优势,选配强优组合,取得了显著成果。近年来,国内外食用菌工作者也开展了菇类的遗传距离分析。选择亲本应遵守如下原则:
        ①、至少亲本之一有较好的产量。一般高产种与高产种杂交,所得菌种的产量也较高。
        ②、所选亲本优点多,缺点少,亲本间优缺点可以互补。例如某一高产菌株质量欠佳,而另一菌株产量不够理想,但质量性状突出,这样的两个菌株杂交往往能够获得综合两者优良性状的杂交种。在这一组合中,高产的菌株是要改造的对象,优质的菌株则是要引入性状的介体。这两个亲本除了性状能互补外,任何一方劣性的性状都不能太多,集中力量解决一二个主要矛盾。
        ③、在亲缘关系较远,生态环境差异大的菌株间杂交,后代中更容易出现超越亲本的优良性状,成为进一步选育的宝贵材料。
        ④、用当地菌株与外来菌株杂交时,应选当地适应强的菌株。

        2.单孢分离

        首先采集获得纯净无污染担孢子,进一步进行单孢分离,获得同核菌丝体。单孢分离的方法有稀释平板分离法,单孢挑取法等。稀释平板分离法较为常用,步骤如下:配制孢子悬浮液→稀释至300~500个/毫升→取0.1毫升涂布平板→培养→挑取单核菌丝。

        当担孢子萌发并长出肉眼可见的单菌落时,就应及时挑取至斜面培养基上,避免两种单核菌丝因相距太近而杂交。挑取时应注意,对那些萌发较迟、生长缓慢的单菌落也应保留,它并不影响杂交后形成的双核菌丝的生长速度。无锁状联合是单核菌丝鉴定常用的标准,除此之外,单核菌丝的生长速度一般比双核菌丝慢且长势弱。

        除了从分离担孢子获得单核菌丝外,还可利用原生质体技术,以双核菌丝为原料获得单核菌丝,该单核菌丝非亲本重组的产物,它的遗传组成与亲本异核细胞中的一种细胞核相同。

        3.配对杂交

        杂交是可亲和的单核菌丝体双核化的过程。在食用菌的杂交育种中,通常采用单核菌丝体间配对杂交,即单×单杂交。把欲杂交的同核菌丝体两两对峙培养,经过一段时间的培养,凡可亲合的两单核菌丝间便发生质配形成双核菌丝,双核菌丝在两菌落交界处旺盛生长,并迅速生长形成扇形杂交区。把这种双核菌丝挑取出来进一步纯化培养,就得到了杂种菌丝。

        除了以单核菌丝为材料进行单×单杂交外,单核菌丝体也可以单方面地接受双核菌丝体中与之配对的核完成双核化,这就是所谓的布勒现象,也称为布勒杂交或单双杂交。日本学者Mori,ki等(1976)报道,以香菇为试验材料,在固体培养基上,首先接种单核菌丝体,一周后在单核菌丝体的外围接种双核菌丝体,三周后在单核菌丝体的放射性状的边缘可找到新的杂合异核菌丝体。而且,他们用日本5个香菇栽培种的单核菌丝与我国台湾及新几内亚的野生香菇菌株的双核菌丝杂交,均取得成功。在单×双交配中,亲本之一系双核菌丝体,可省去再进行单孢分离的过程。另外,与单×单杂交相比,单×双杂交可减少杂交配对的数量,加快育种过程。虽然布勒现象可以作为一种杂交育种的手段,但它不能完全代替常规杂交。因为,从担子菌遗传的角度看,一个双核体基本上只有两种不同遗传型的核,用同一单核体与之进行布勒杂交时,至多也只能获得两种不同类型的杂种双核体。因此杂交子基因型的丰富多样性不如单×单杂交。

        4.杂交子的鉴定与筛选

        异宗结合的食用菌,杂交子应为双核菌丝体,凡双核菌丝具有锁状联合的种类,其杂交后代也应具有锁状联合,可作为鉴别标准。当然,对杂交子进行进一步的出菇实验就更能说明问题,还可作为初筛去劣的依据。

        目前,杂交育种多在有性生殖为异宗配合的食用菌中开展,对于有性生殖为同宗配合的食用菌杂交育种也是一个有效的途径,但困难较大,双孢蘑菇就是一例。双孢蘑菇属次级同宗配合的食用菌,它的担孢子中有含两个交配型的核,属自交可孕型,约占76%~80%。也有含一个交配型的核,属杂交可孕型,约占20%~24%,双孢蘑菇的杂交育种就在这类担孢子萌发的单核菌丝间进行。

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