食用菌菌种现状及退化防控措施

孙翠焕, 陈丽媛, 陈 杰, 赵博伦, 郭玲玲

(辽宁省微生物科学研究院,辽宁 朝阳 122000)

近年来,我国食用菌产业作为典型的生态循环农业发展迅猛[1],已成为世界上最大的食用菌生产国,食用菌产业是继粮食、果品、蔬菜之后的第四大农业产业[2-3]。食用菌不仅味美且营养丰富[4],富含蛋白质、维生素、矿物质等营养成分[5-7]。其丰富的活性物质如多糖、多酚、萜类、黄酮类、生物碱、多肽、腺苷等[8-12],使其具有一定的功能性和药用价值[13-14]。食用菌种类繁多[15],国内现有可栽培的食药用菌105种[16],有商业价值和可以进行工业化大规模生产的品种结构不断优化。随着我国食用菌工厂化产业的快速发展,工厂化生产技术不尽完善、菌种质量参差不齐、标准缺失或难以与国际对接,严重制约着食用菌产业的持续健康发展。

1 食用菌产业现状

食用菌产业是高效农业、循环农业、低碳农业和可持续农业,是农民增收、农业增效和提高国民健康水平的特色产业[17]。20世纪80年代我国食用菌产业进入快速发展期,食用菌产业日渐成为我国农业的重要组成部分[18]。随着我国农业经济的发展,食用菌栽培已经成为经济发展的重要支柱,目前我国食用菌年产量为2 800万t,占世界食用菌产量的80%,年产值为2 000亿元,有2 000多家食用菌生产企业,从业人员达到2 500多万人。我国食用菌产业已经逐步实现了转型升级,设施化、标准化及工厂化等逐步取代了小规模家庭式的栽培模式[19-20]。食用菌主要栽培品种有香菇、木耳、平菇、双孢菇、滑菇、金针菇、灵芝、蛹虫草、鸡腿菇、杏鲍菇、白灵菇、真姬菇等品种栽培规模也发展迅速,我国形成了以平菇、香菇、木耳、双孢菇、金针菇、杏鲍菇为主导的30多个规模生产品种共同发展的格局。但是,由于食用菌生长环境条件要求相对严格,多数品种生产期主要集中在秋冬季节,尤其是采用传统技术生产的食用菌在夏季还无法生产。

2 食用菌菌种现状及存在问题

食用菌菌种是食用菌栽培生产过程的源头,其质量的好坏直接影响栽培的成败,影响食用菌的产量和品质[21-22]。即使采用优质食用菌菌种生产,也会因人为造成的不良生长条件、传代次数、菌种菌龄、无菌操作水平等因素,导致菌种出现杂菌污染、老化甚至种性退化问题,具体表现为菌丝生长缓慢、长势细弱稀疏、培养周期长、抗杂能力差[23]、后续产量低、质量差、出菇晚、抗性弱等[24],严重影响食用菌生产,给食用菌生产企业造成不同程度的经济损失。优良的食用菌菌种是食用菌产业发展的前提条件,作为重要的生产资料,对产业的发展起着至关重要的作用,从某种意义上甚至可以说决定了栽培的成败[25],但是由于菌种属于无性继代培养,培养代数、保藏条件、不良环境因素以及传统生产方式,加之食用菌生产一线缺乏专业的技术人员,使菌种生产缺乏规范性,菌种质量不能确保优良性与稳定性,逐渐成为阻碍食用菌产业发展的瓶颈。食用菌产业的发展迫切需要对菌种进行选育和科学有效的管理[25],通过进行菌种选育以及对食用菌菌种质量进行预期评估,可为食用菌产业的发展提供前提保障。

合理的繁育和保藏技术可保持食用菌菌种优良性能的稳定,可以有效地延长优良品种使用年限,因此繁育和保藏技术与新品种的育种同等重要。规范的繁育技术可避免或减少污染杂菌和病毒等,正确的菌种保藏技术可更长时间地保持其优良性状[18]。我国育种工作起步较晚,在食用菌产业发展的初期,还没有意识到育种的重要性,食用菌菌种以引进和野生驯化方式为主,20世纪70年代才重视杂交育种工作[1,24-25],经过菌种危机后,选育出了一批已在实际生产中广泛应用的食用菌新品种[1,26]。食用菌优良品种培育工作也逐步加强,在品种培育中,需要选择与抗逆性强的品种进行杂交,提高品种的适应性,通过分子生物学技术对食用菌进行基因改造,筛选出优良的单株进行繁殖,提高品种的优质性。采用基因组学方法,通过深入探究培育适应性更好、生长更快、产量更高的优质品种[27]。

食用菌作为人们日常食用以及药用的基本食材之一,菌种质量是影响菌类食品安全的主要元素。在食用菌菌种培养过程中,由于操作不当或无意使用有害物质等原因,食用菌菌种质量并不能得到很好地保障,不仅对产量造成影响,还会直接危害食用者的身体健康。我国食用菌市场目前还因为各种各样的因素存在许多问题,如食用菌菌种生产单位良莠不齐,菌种生产销售混乱等,导致菌种质量无法保证,如果想要将这些问题都得到合理有效地解决,恰当的法律法规的约束是必不可少的[28]。近年来监管部门制订并实施了许多标准和规范,如《食用菌菌种管理办法》《农产品质量安全法》等的颁布,使菌种质量得到了有效保障[4]。

3 食用菌菌种退化因素及防控措施

菌种自身的遗传多样性和菌种的生长条件是决定其退化的主要因素[29]。随着食用菌产业快速发展,菌种退化等问题一定程度上阻碍了食用菌产业的发展[30]。

3.1 菌种退化原因

3.1.1 菌种自身的遗传多样性对菌种退化的影响 在菌种活化和制备生产菌种过程中需要进行菌种转管繁殖,在细胞分裂和生长过程中,菌种群体中某些个体存在变异,因此活化后的菌种和生产菌种与亲本菌种不可能完全相同,传代次数越多,变异程度越大,可能会使菌株生产性能下降,一些优良性状会逐渐因负向突变而丧失[32-33]。基因突变可引起菌种性能衰退,如香菇、双孢菇极性发生变异会导致菌种性能衰退,同时香菇双核体的单核化也是菌种退化的一个重要原因。自交产生的变异也是不容忽视的。在多品种生产且无法隔离的情况下易发生种间杂交,即使同一品种所产生的担孢子也可能和原来的双核菌丝产生杂交。杂交种性不稳定,菌种性能会逐渐衰退。另外,自然环境中紫外线、射线的照射及化学诱变剂等都可能引起基因发生突变[32-33]。

3.1.2 菌种的生长条件对菌种退化的影响 菌种保藏所使用的培养基以及环境条件是为了维持菌株存活,但不能出菇,菌株固有的繁殖生长因子长期不被启动,会导致菌株失去正常生理功能,使一些优良性状无法表达,最终导致栽培出菇的子实体农艺性状及品质变差[31-32,34-35]。菌种退化也可能是由于其产酶能力下降造成的[36-37]。食用菌某些酶活性受到抑制时,子实体形成也受到抑制。菌种的许多胞外酶活性变化与培养基中的有机底物降解规律有相关性,胞外酶活性的强弱一定程度上决定了菌种对培养料的生物转化率[32,38]。大多数胞外酶为诱导性质的酶,而保藏及传代所用的半合成培养基抑制胞外酶的活性,进而影响其日后分解天然基质的能力,从而导致菌种的退化[32,39]。保藏方法不当也会引起菌种退化,如低温保藏、保藏过程中光照、温度刺激等也可引起菌种的退化。某些菌株在长期使用过程中组织体或菌丝体易感染病毒[40],病毒颗粒在细胞内与染色体同步复制形成一种平衡状态,一旦条件发生变化,细胞内病毒颗粒大量复制,菌丝体内的代谢活动受到严重抑制,出现菌丝生长速度慢、末端细弱、气生菌丝减少、培养料分解不彻底等现象。

3.2 菌种退化防控措施

菌种退化是环境因素和遗传变异共同作用的结果,只有综合考虑内在和外在两方面因素才能真正地从本质上解决菌种退化问题[41]。在人工培养过程中,食用菌菌种退化是不可避免的,可通过提前预防和预知菌种退化,从而预先筛选优良菌株[42]。

3.2.1 内在因素 采用纯化、分离的方法预防菌种退化,一是通过对长期使用的生产菌种进行纯化、复壮,从而恢复原菌种的优良性状;二是利用组织分离法、孢子分离法等方法定期重新分离菌种,以起到复壮的作用。代料栽培的木生菌类要定期回接木材长出子实体再进行分离。但是,不论采用哪种方法,都应挑选形态等性状与原菌种性状相同的子实体,新分离的菌种必须经过试验,性能符合要求后才能用于生产[43]。采用定期检测生产菌种菌丝分解培养料能力并使用有关酶系的方法来淘汰基因变异菌株;通过显微镜检菌丝有无锁状联合来判断是否由双核体单核化引起的菌种种性衰退;要定期启用原始保藏菌株来预防自然杂交引起的种性变异衰退;通过出菇品比试验和中试示范试验来验证不稳定新杂交种种性是否可以应用于实际生产[32]。

3.2.2 外在因素 菌种的生长繁殖受物理、化学和生物等外界条件的制约,适宜的菌种培养基能使菌种生长健壮[44],要创造菌种生长的良好营养条件和环境条件以减少菌种衰退。通过继代培养及保藏的无菌操作、避免在有病毒感染的菇场选种菇等方法,避免菌种污染病毒[33]。另外,在菌种传代保藏中,不要连续使用同一固定培养基,需要经常更换培养基配方[45-46]。可采用液体石蜡保藏法、沙土管保藏法、冷冻真空干燥法等适宜的保藏方法,尽量避免使用半合成培养基。同时要减少传代次数,一般不超过5代,从而减少突变引起的菌种衰退[46-47]。

4 食用菌菌种质量评价

食用菌菌种质量评价可有效预防退化的生产菌种投入使用,造成生产企业遭受损失。我国食用菌标准体系主要由国家标准、行业标准、地方标准和企业标准组成。目前我国食用菌菌种质量的监管越来越严格。《中华人民共和国种子法》是我国最早根据食用菌菌种行业制定的相关法律,之后又制定了《食用菌菌种管理办法》,使食用菌菌种监管有法可依。但是在具体实施过程中仍然存在较多难点,需要根据食用菌菌种的具体问题制定出一套法律法规来约束[28,48]。目前,食用菌菌种质量评价相关科研工作还存在基础与应用研究都很难满足行业发展的问题,使得菌种的质量评价缺乏系统的技术支撑。随着生物技术的应用,为食用菌菌种质量评价体系的构建注入了新的活力,利用分子生物学技术对菌种质量的预判与评估为菌种质量评价提供了新的途径[25,49]。