大型真菌有性孢子的细胞核数量与羊肚菌的生活史简述

贺新生 张锐杰 贺亚宁 赵栎棋 罗友梅

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010）

大型真菌是指真菌界担子菌门、子囊菌门中能够形成大型子实体的种类，全球有3 万种以上，中国有11 000 多种[1]。担子菌门的物种形成的有性孢子是担孢子，子囊菌门的物种形成的有性孢子是子囊孢子。如表1 所示，大型真菌中绝大多数种类的有性孢子都是单核体（单倍体），少数种类是双核异核体或双核同核体，极少数种类可能是多核异核体、多核同核体，出现二倍体的情况极为罕见[2-7]。本文系统分析大型真菌的有性孢子中不同数量和类型的细胞核的形成过程，讨论不同类型的孢子进行杂交育种的可能性，结合羊肚菌多核异核体子囊孢子的情况，全面介绍羊肚菌的生活史和育种、用种策略。

表1 大型真菌有性孢子单孢中细胞核的数量与类型

1 单核孢子

通常所说的单核体都是单倍体，担子菌门、子囊菌门中大多数物种的有性孢子都是这种单核体[2-8]。担子菌菌丝的隔膜是桶状隔膜，隔膜中央孔两侧有内质网包围，不允许细胞核在细胞间进行流动、交换，每一个细胞都是双核异核菌丝；子囊菌菌丝的隔膜上有中央孔，细胞质、细胞核都可以在细胞之间流动，每一个细胞都可能是多核异核。子实体的子实层中形成担子母细胞、子囊母细胞时，这个母细胞都是双核异核体，其中一个核为（+）、一个核为（-），分别携带了该物种各1/2 的基因组[2-8]。

1.1 担子菌中二极性的种类

在担子菌门中，如大肥菇Agaricusbitorquis、巴氏蘑菇A.blazei、双孢蘑菇布氏变种A.bisporusvar.burnettii[=A.bisporus]、双孢蘑菇A.bisporus、木耳属Auricularia、鳞伞属Pholiota、草菇Volvariellavolvacea中的4 孢担子等异宗结合类物种的每个担子细胞上产生4 个担孢子[2-14]。在担子母细胞中2 个不同性别的细胞核融合，形成一个暂时的二倍体细胞核（+/-, 2n），发生减数分裂I，形成2 个核，再发生减数分裂II，形成4 个细胞核，分别是2 个（+）核、2 个（-）核，每一个核分别进入到一个担孢子细胞中，形成4 个单核担孢子。这4 个担孢子的核分别为2 个（+）、2 个（-），单孢不出菇。任意一个（+）核萌发的单核菌丝都可以与任意一个（-）核萌发的单核菌丝融合，形成具有锁状联合的双核异核菌丝，可进一步形成担子果，再在担子果上形成担孢子，完成生活史。

这种类型的担孢子自交结实率为50%。杂交育种方法有两种：一是单单杂交，即选择来源不同的担子果获得单孢菌株，进行1+1 的配对组合，得到有锁状联合的菌丝，进行出菇试验，优选目标菌株，扩大试验和进行多地区品比试验后，选择优良菌株进行规模化生产；二是多孢杂交，即将两个品种的孢子按照相同浓度进行混合后，按照一定浓度涂布于平板，后续挑取菌落进行出菇筛选、扩大试验和规模化生产。

1.2 担子菌中四极性的种类

在担子菌中，如鸡腿菇Coprinuscomatus、灵芝属Ganoderma、金针菇属Flammulina、膜褶伞属Hymenopellis、翘鳞斗菇Lentinussquarrosulus、香菇Lentinulaedodes、巨盖伞Macrocybegigantean、猪苓Polyporusumbellatus、侧耳属Pleurotus、裂褶菌Schizophyllumcommune、绣球菌Sparassiscrispa、大球盖菇Strophariarugosoannulata、栓孔菌属Tametes等，其子实体的担子细胞形成A1B1、A2B2、A1B2、A2B1共4 种单核担孢子，单孢不出菇[2-14]，只有A1B1×A2B2 和A1B2×A2B1 这2 种组合，才能形成具有锁状联合的双核异核菌丝，产生担子果和担孢子，完成生活史。

这种类型的担孢子自交结实率为25%。自交育种方法有两种，一种是单单自交，同1.1；另一种是多孢自交，可将孢子按照一定浓度涂布于平板，后续挑取菌落进行出菇筛选、扩大试验和规模化生产。

1.3 双倍单核体

在担子菌中有个别的种类，担孢子是单核体，但不是单倍体，而是双倍体（+/-,2n），如双孢蘑菇的一个变种：Agaricusbisporusvar.eurotetrasporus[2-4,6]。在担子母细胞中2 个不同性别的细胞核融合，形成一个暂时的二倍体细胞核（+/-,2n），可能没有继续发生减数分裂，而是直接进行有丝分裂，形成2 个新的二倍体细胞核，分别进入到2 个担孢子细胞中，成为单核二倍体的孢子。

这种孢子萌发出菌丝后，形成双核异核菌丝，可以直接出菇，单孢之间不能够进行杂交。

1.4 子囊菌中的8 孢种类

在绝大多数子囊菌中，如虫草菌属Cordyceps、炭轮菌属Daldinia、脉孢霉属Neurospora、线虫草菌属Ophiocordyceps、盘菌属Peziza、假子盘菌属Pseudascozonus、炭角菌属Xylaria等的全部或部分种类，每个子囊中只有8 个单核子囊孢子[15-23]。子囊母细胞中2 个不同性别的细胞核融合，形成一个暂时的二倍体细胞核（+/-,2n），然后减数分裂形成4 个细胞核，再进行一次有丝分裂，形成8 个细胞核，分别是4 个（+）核、4 个（-）核，每一个核分别进入到一个子囊孢子细胞中，形成8 个单倍单核体的子囊孢子。即这8 个单核子囊孢子的核4 个为（+）、4 个为（-），单孢不出菇。

杂交育种方法是：选择来源不同的子囊果获得单孢菌株，进行1+1 的配对组合，进行出菇试验，优选出目标菌株，扩大试验后，选择优良菌株进行规模化生产。

1.5 子囊菌中的多孢种类

另有一些子囊菌可以形成16、32、64、128、256 个甚至更多的单核子囊孢子，如子盘菌属Ascozonus、毛壳菌属Coniochaeta、柄孢壳属Podospora、污盘壳属Rhypophila、寡囊盘菌属Thelebolus等[15-23]。子囊母细胞中2 个不同性别的细胞核进行融合，减数分裂后形成4 个细胞核，再发生1 次及以上的有丝分裂，产生8、16、32、64、128、256 或更多的细胞核，分别随机进入到对应数量的子囊孢子中，形成单核体孢子。这些孢子萌发后形成同核体菌丝，单孢不出菇，可杂交育种，也有可能形成多核异核体的机会。

2 双核孢子

在担子菌、子囊菌中，所谓的双核体，其2 个细胞核都是单倍体，有双核同核体、双核异核体两种类型。目前尚未发现是二倍体的双核体。

双孢蘑菇Agaricusbisporus、草菇Volvariellavolvacea等种类的多数担子只产生2 个担孢子[4,6,8,10-14]。当2 个不同性别的细胞核在担子母细胞中融合，然后发生减数分裂，形成2（+）、2（-）4 个细胞核，因为随机性的存在，其有两种组合可能：一是2 个同性别的核进入到一个担孢子细胞中，形成双核同核的担孢子[4,6,8,10-14]，即核为（+,+）、（-,-），单孢不出菇，2 个不同性别的孢子萌发的菌丝可以亲和，形成双核异核菌丝，产生子实体和担孢子，完成生活史，这种类型的担孢子自交结实率为50%，杂交育种方法同1.1 节；二是2 个不同性别的核分别进入到一个担孢子细胞中，形成2 个双核异核的担孢子[4,6,8,10-14]，核都为（+,-），双核异核的单孢可出菇，单孢结实率为100%，无法进行杂交育种，育种路径是从大量单孢菌株中选择优良菌株，进行出菇试验，选择高产优质新菌株。

理论上讲，母细胞中的二倍体不发生减数分裂，继续有丝分裂，有2 个二倍体核分装到孢子中，形成二倍体双核体，单孢可以出菇。但这种情况尚未观察到。

3 多核孢子

如表2 所示，在担子菌、子囊菌中细胞核数量超过2 个的多核体，每个细胞核都是单倍体，尚未发现是二倍体的多核体[40-43]。

表2 多核异核孢子形成的可能机制

3.1 多核同核体

在担子母细胞、子囊母细胞中的2 个不同性别的细胞核融合，减数分裂后形成4 个细胞核，分别进入到4 个或8 个孢子中，在孢子中细胞核再发生1 次及以上的有丝分裂，形成多核同核体孢子[24,42-43]，萌发后形成多核同核体菌丝，单孢菌株不出菇，可以进行杂交育种。这种情况还有待发现。

3.2 多核异核体

担子母细胞中的2 个不同性别的细胞核进行融合，减数分裂后形成4 个细胞核，再发生1 次及以上的有丝分裂，产生8、16 或更多的细胞核，分别随机进入到4 个担孢子中，形成多核异核体孢子[24,42-43]，萌发后形成多核异核体菌丝，单孢可以出菇，不能进行杂交育种。这种情况还有待发现。

在子囊菌中，子囊母细胞中的2 个不同性别的细胞核融合、减数分裂后形成4 个细胞核，1 次有丝分裂后形成8 个细胞核，再发生1 次及其以上的有丝分裂，形成16、32、64 或更多数量的细胞核，再随机进入到8 个孢子中，形成多核异核体孢子，萌发后形成多核异核体菌丝。单孢可以出菇，无法进行杂交育种[24-26]。这种情况可能发生在羊肚菌属中，羊肚菌的子囊孢子为典型的多核异核体[27-31,40]。

4 羊肚菌多核异核子囊孢子

已经知道羊肚菌的菌丝是多核异核体[33-34]。羊肚菌子囊细胞在未形成孢子之前是远远超过8 个核的多核异核体[24-26,28-29,32-33]，其多核异核体子囊孢子形成的机制很有可能是子囊母细胞发生了多次减数分裂，形成远超过8 的倍数的细胞核，再随机装入8 个子囊孢子中而形成[24-26,28-29,32-33]。形成多核同核体或单核体的几率很低，但是有一定的可能性。

证明羊肚菌孢子是多核异核体的方法有：

（1）单孢菌株出菇试验。已经有超过数十万亩的生产成功案例证实，梯棱羊肚菌、六妹羊肚菌、七妹羊肚菌、Mes-21、秋天羊肚菌、粗柄羊肚菌等物种完全可以单孢出菇[24-26,28-29,32-33,37-41]。当然人为或自然原因也会得到完全不出菇的结果，不能够断然得出不出菇的结论。

（2）同种多孢混播出菇试验。同种内2 个及以上的菌株混合播种，可以出菇，但是会减产[27-28,34,38-41]。需要说明的是，很多生产者所谓的多孢菌株其实都是单孢菌株，因为操作者在操作时实际上只取到菌落边缘的单丛菌丝，属于单孢菌丝。

（3）异种多孢出菇试验。2 个不同的物种的单孢菌株混合播种，如六妹羊肚菌与梯棱羊肚菌、七妹羊肚菌与梯棱羊肚菌、六妹羊肚菌与七妹羊肚菌等不同种间的任意组合，都可以在不同的时间长出2 种不同的子囊果。在现实的羊肚菌生产过程中，很多菌种生产者害怕单个菌株不出菇，常常把不同的菌株卖给羊肚菌生产者进行大田生产，在田间同时或不同时间段出现了不同形态的子实体，表明只要是孢子分离的菌种都可以形成子实体。

5 羊肚菌的生活史

根据以上分析，羊肚菌的生活史为：单个子囊孢子→菌丝体→（分生孢子、菌核）→子囊果→子囊孢子[27-29,34,40]。实现了商业化栽培的几个羊肚菌物种的子囊孢子是多核异核体，具有该物种全部的基因组，萌发后形成多核异核的菌丝[24,41-43]，可以进行无限的无性繁殖，在琼脂培养基、麦粒培养基、土壤/砂砾等基质上可以形成分生孢子和菌核，按照特定的方法培养后，可以形成子囊果，在子囊果上形成子囊和子囊孢子[33,37-41]。

图1 羊肚菌的生活史

羊肚菌的菌核能够萌发形成新的菌丝，可以进行无数次循环。但羊肚菌的分生孢子重新长出菌丝的试验，目前还没有完全实现。羊肚菌的育种路线是：在大量单孢菌株中，选择优良菌株进行规模化生产。规模化生产的用种路线是：每个生产者选择10 个以上的优良单孢菌株，每个菌株播种总面积的1/10，降低仅仅使用1 个菌株的低产风险。

羊肚菌的单孢菌株间亲和数量非常少，不同孢子萌发的菌丝之间发生真正的细胞融合较为罕见，不能够进行杂交育种[29,32-33,40]。当然，如果能够找到完全不出菇的多核同核体，就可以实现杂交育种。