食用菌的菌种选育-第二节 食用菌的生活史和繁殖方式

春雨菌业

　食用菌的典型生活史是指从有性孢子萌发开始,经过菌丝生长发育,形成子实体,再产生新一代孢子的整个生长发育过程,也就是食用菌一生所经历的全过程。一般来讲是由孢子萌发、形成单核菌丝、发育成双核菌丝和结实性双核菌丝,进而分化形成子实体,再产生孢子这样一个有性循环过程。（见图4－1）。　　1.孢子萌发
　　孢子萌发产生芽管或沿孢子长轴伸长(如香菇),意味着生活史的开始。
　　2.单核菌丝发育
　　孢子萌发后一般形成单核菌丝。单核菌丝细胞中只有一个单倍的细胞核,单核菌丝体中所有的细胞核都含有相同的遗传物质,故又称同核菌丝体。单核菌丝体能独立地、无限地进行繁殖,但一般不会形成正常的子实体。有些食用菌的单核菌丝体还会产生粉孢子或厚垣孢子等来完成无性生活史。另外,有些食用菌的孢子萌发时并不都呈菌丝状,如银耳孢子能以芽殖的方式产生大量芽孢子,再由芽孢子萌发成单核菌丝。木耳的担孢子有时也不直接萌发为菌丝,而是先在担孢子中形成隔膜,隔成多个细胞,每个细胞产生钩状分生孢子,再由钩状分生孢子萌发成菌丝。
　　3.双核菌丝形成
　　两条可亲和的单核菌丝在有性生殖上是可亲和的,而在遗传性质上是不同的,配对后,细胞融合进行质配,发育成含有两个核的双核菌丝。双核菌丝能独立地和无限地进行繁殖,具有产生子实体的能力。担子菌的双核菌丝的形成在早期进行,子实体也是由双核菌丝组成的。子囊菌双核菌丝在子囊产生前夕形成,子实体实际上是单核菌丝和双核菌丝的混合物,如羊肚菌的子实体。

图4－1  平菇的生活史　1.单核菌丝  2.双核菌丝 3.锁状联合  4.菇蕾  5.成熟子实体  6.子实层  7.担子和担孢子

　　4.子实体的形成
　　双核菌丝在适宜的条件下进一步发育、分化,形成结实性双核菌丝,再互相扭结,形成极小的子实体原基。原基一般呈颗粒状、针头状或团块状,是子实体的胚胎组织,内部没有器官分化。原基的形成标志着菌丝体已由营养生长阶段进入生殖生长阶段。原基进一步发育形成菌蕾,菌蕾是尚未发育成熟的子实体,已有菌盖、菌柄、产孢组织等器官的分化,但未开伞成熟。菌蕾进一步发育成成熟的子实体。
　　5.有性孢子的形成
　　在子实体中,双核菌丝的顶端细胞通过核配、分裂等一系列过程形成有性孢子。至此完成整个生活史,孢子释放后又一轮生活史重新开始。
但是有些种类除此之外还有由分生孢子、厚垣孢子、粉孢子等无性孢子来完成的无性生活史,又称为无性循环、小循环。
　　二、食用菌的繁殖方式
　　食用菌的繁殖方式包括无性繁殖和有性繁殖，但在自然条件下，有性繁殖是它的主要繁殖方式。
　　（一）无性繁殖
　　无性繁殖是指不经过性细胞的结合，而产生后代的生殖方式。由于无性繁殖过程中细胞进行的是有丝分裂，因此无性繁殖的后代仍能很好地保持亲本原有的性状。食用菌无性繁殖的方式有多种，在食用菌生活史中，无性生殖的地位不如有性生殖重要。
　　由无性孢子来完成生活史中的无性小循环，并产生新的个体，就是一种无性繁殖。食用菌的无性孢子包括分生孢子、粉孢子、节孢子、芽生孢子和厚垣孢子，单核或双核。单核的无性孢子具性孢子功能，双核化后可完成其生活史；双核的无性孢子在萌发后可直接进入生活史循环，完成其生活史。
　　食用菌的子实体大都由组织化的双核菌丝构成，这种菌丝可重新回到营养生长。在菌种分离时，从子实体上取下一小块菌组织，进行组织培养，也是无性繁殖的一种，又称为组织分离，用这种方法获得的菌种，有助于保持原有性状的遗传稳定性。因此，在食用菌育种时，经常要利用组织分离的方法，把已产生变异的优良菌株保存下来。菌种的扩大与繁殖、由原生质体再生的菌株等也都是无性繁殖的方式。
　　（二）有性繁殖
　　有性繁殖是由一对可亲和的两性细胞经融和形成合子，再形成新个体的繁殖方式，有性生殖是生物界最普遍的一种生殖方式。食用菌的有性繁殖和其它真菌一样包括质配、核配、减数分裂三个不同的时期。质配是两个细胞的原生质在同一个细胞内融和，细胞质配后形成一个双核细胞，进入食用菌的双核时期。在担子菌类食用菌的生活史中，双核期相当长，期间通过有丝分裂实现菌丝的壮大及积累营养物质并形成子实体。核配是由质配所带入同一细胞内的两个核合成为一个双倍体细胞核。减数分裂则在子实体的担子内进行，在担子内不同交配型的核相互融合，使染色体数目变为2n，经减数分裂后，形成的四个单倍体子核，发育成担孢子。食用菌有性繁殖可分为同宗配合和异宗配合两大类。
　　1.异宗配合
　　必须由不同性别的菌丝细胞结合后才能产生子代的一种生殖方式。异宗配合是担子菌类食用菌有性繁殖的普遍形式，约占90%。它是一种自交不孕的有性繁殖类型，需在两种不同类型的单核菌丝间进行。单核菌丝间存在着不亲合性，这种不亲和性和性别有密切关系，但又有区别。不亲和性是指由不亲和性基因的某种组合而妨碍有性生殖的现象。食用菌的不亲和系统有两种，即单因子控制的不亲和系统和双因子控制的不亲和系统。.
　　①、不亲和因子的单位点结构
　　不亲和因子的单位点结构是指单核菌丝间的亲和性是由一个不亲和性因子(A)控制，A位点具有多个复等位基因，如A1、A2、A３……An。在进行有性生殖时，只有A位点基因不同的两单核菌丝体交配才能完成整个生活史。如：具有A1基因的菌丝体就不能和另一具有A1基因的菌丝体配合，但可以和A2、A３……An中的任何一个配合。A因子具有两个作用，一是控制菌丝体融合，二是控制细胞核的迁移。不亲和系统由单因子控制的食用菌叫二极性食用菌，它的担孢子萌发而来的单核菌丝只带有成对不亲和基因中的一个，当不亲合基因分别是A1和A2的两种单核菌丝相遇后，相交处便发生融合，接着发生核的迁移，形成异核双核细胞。再由异核双核细胞发育成异核双核菌丝体。该菌丝体具有结实性，能形成子实体。当子实体产生担孢子时，A因子发生分离，形成的四个担孢子中二个是A1，二个是A2。因此，同一品系的担孢子萌发而来的单核菌丝间杂交，杂交可孕率为50%。，如大肥菇。按性模式表示的二极性食用菌的生活史如下：
同核体       双核体        二倍体
　　　质配           核融合    减数分裂
A1×A2  → (A1＋A2)   →   A1A2   →  形成A1、A2二类担孢子
　　②、不亲和因子的双位点结构
　　不亲和因子的双位点结构，即双因子控制的不亲和系统，它是指食用菌单核菌丝间的亲和性由A、B两个遗传因子控制。在交配过程中，A因子控制着细胞核的配对和锁状联合的形成，B因子控制着细胞核的迁移和锁状联合的融合。A、B两因子位于不同的染色体，是非连锁的遗传因子，A、B不亲和因子均具有复等位基因。比如，A位点可用A1、A2、A３……An，B位点可以用B1、B2、B３……Bn，曾有人报道一个位点可能有100多个复等位基因。
　　不亲和系统由双因子控制的食用菌，也叫四极性食用菌。由担孢子萌发而来的单核菌丝，带有成对不亲和基因中的一个，不亲和基因不同，如一条菌丝是A1B1，另一条菌丝是A2B2，它们之间能进行杂交，其结果是产生一个可孕的双核体(A1B1＋A2B2)，这个双核体能形成子实体，所形成的担孢子有四种基因类型，即A1B1、A2B2、A2B1、A1B2。这四种孢子的数目大致相同，当由这四种孢子萌发而来的单核菌丝杂交时，其结果见表4-1。
　表4-1 双因子控制的异宗配合食用菌的交配反应
不亲和性类型　A1B1　A1B2　A2B1　A2B2
　　A1B1　　　　-　　-　　　-　　+
　　A1B2　　　　-　　-　　　+　　-
　　A2B1　　　　-　　+　　　-　　-
　　A2B2　　　　+　　-　　　-　　-
　　一个位点或两个位点相同的两种单核菌丝不能正常杂交。因此，四极性食用菌，同一品系所产生的担孢子之间进行近亲繁殖时，理论上杂交成功率只有25%。
按生殖模式，食用菌的生活史主要过程可表示为：
同核体           双核体         二倍体
　　　　　　质配            核配        减数分裂
A1B1×A2B2  →   (A1B1＋A2B2)   →    A1A2B1B2    →   形成A1B1、A2B2、A1B2、A2B1四类担孢子
　　在标准的四级性食用菌如裂褶菌或香菇的单核菌丝杂交时，将不同交配型的单核菌丝A1B1、A2B2、A2B1、A1B2分别培养好，进行对峙培养，结果出现四种反应类型（表4－2）。
　表4－2四极性食用菌单核菌丝间杂交反应类型
　　　A1B1　A2B2　A1B2　A2B1
A1B1　　－　　+　　F　　B
A2B2　　＋　　-　　B　　F
A1B2　　 F　　B　　-　　+
A2B1　 　B　　F　　+　　-
　　“＋”代表A1B1×A2B2的反应，即A、B两位点等位基因均不相同的两种单核菌丝间的杂交反应，杂交的结果形成可结实的、具有锁状联合的双核菌丝。两种单核菌丝进行对峙培养时，在两单核菌丝的交界处形成扇形杂交区。“－”代表A1B1×A１B１的反应，即A、B两位点等位基因完全相同的两种单核菌丝间的杂交反应，不能杂交。当对峙培养时，两种菌丝生长在一起。“F”代表A1B1×A1B2的反应，即A位点等位基因相同而B位点等位基因不同的类型(A＝B≠)，这两种单核菌丝体杂交时，表现出半亲和性，隔膜溶解有细胞核迁移，可形成同源A异核菌丝体(A1B2＋A1B1)。该菌丝体每个细胞中，核的数目不定，没有锁状联合，不能形成子实体。同源A异核菌丝体在形态上没有气生菌丝，菌丝长势很弱。对峙培养时，两单核菌丝之间形成带状区域，该区域菌丝紧贴着培养基生长，所以称为扁平反应(flatreaction)。“B”代表A1B1×A2B1的反应，即B位点等位基因相同而A位点等位基因不同的类型(A≠ B＝)，也是有半亲和性。杂交过程中没有细胞核的迁移，结果形成具假锁状联合的同源B核异菌丝体。该菌丝不能形成子实体。对峙培养时，两菌落交界处出现排斥现象，即在两菌落间形成一条几毫米宽的带状空白区，这一现象又称阻遏现象，其带状空白区又称为栅栏带(barlagezone)。
　　在研究二极性和四极性食用菌同一子实体所产生的担孢子间的亲和性时发现，杂交亲和率并不是50%和25%，常常高于这两个理论数据。比如，裂褶菌是典型的四极性菌，它的同株担孢子间的杂交亲和率约为30%，最高的菌株可达44%。要想解释这种现象，还必须考虑不亲和基因的精细结构。详细地研究双因子控制系统表明，无论是A因子还是B因子，各自又由两个连锁的亚单位α、β构成。A、B因子的特异性，取决于α、β亚单位上基因的特异性，基因的亚单位也具有复等位基因。裂褶菌两个亚单位存在的复等位基因有：9Aα、32Aβ，9Bα、9Bβ。每个因子中基因亚单位间在减数分裂时可发生交换和重组。例如，A1实际上可写成Aα1β1，A2为Aα2β2。在减数分裂同源染色体配对时，形成Aα1β1与Aα2β2的配对，当两亚单之间发生交换时，产生的担孢子就出现了重组型Aα1β2、Aα2β1、Aα1β2，Aα2β1可认为是A３和A４，它们与A１、A2是可亲和的。B因子也是一样的表现。那么同一子实体产生的担孢子中，由于α、β亚单位间重组，不亲和基因的差异性增大，那么杂交亲和率必然提高。
　　同一菌株的后代间可亲和比率可用下述公式计算：（1/2＋p－p2）（１/2－q－q2），p、q 分别表示A、B两因子各自两个亚单位的重组频率。如果α与β间不发生重组，式中的p＝q＝0，这时同一菌株所产生的担孢子间可亲和率为1/４，即25%，这是四极性食用菌理论杂交亲和率。事实上α与β之间可以发生一定的重组，即p、q 不一定为零。当α、β之间交换率为2%，则亲和率为27%，当重组率达到极大值，即p＝q＝ １/2时，同一菌株亲和率可达50%。二极性交配型的食用菌也一样，A因子也是由两个连锁的亚单位组成，当两个亚单位间不发生交换时，理论亲和率为50%，当发生交换时，亲和率比50%高。不同菌株后代间，即群体担孢子间的随机配对亲和率可用下列公式计算：
n－１　　 m－１
——  ×  ——  ×100%
　n　　　　m
式中n、m 分别表示A、B因子的特异性数。A、B因子的特异性数取决于α、β两个亚单位复等位基因数。以裂褶菌四个亚单位上的复等位基因数9Aα、32Aβ、9Bα、9Bβ为例，那么裂褶菌A因子特异数就是9×32＝288个，B因子特异数有9×9＝81个。那么自然群体中单孢子随机配对的亲和率是：
288－1     81－1
——   ×  ——  ×100%≈98.4％
288        81
　　可见，当A、B因子特异性数很大时，群体中担孢子随机配对的亲和率就接近于100%。目前已研究过的大多数担子菌品种间的杂交表明，无论是二极性食用菌还是四极性食用菌，不亲和性因子都有广泛的复等位基因的性质。从不同的地区采集的子实体，其控制亲和性的等位基因是不同的或者可以说差异很大，那么它们之间杂交亲和率就很高。
　　2.同宗配合
　　指同一孢子萌发的菌丝间能通过自体结合而产生子代的一种生殖方式。同宗配合是一种自身可孕的有性繁殖类型。也就是说由单独一个担孢子萌发出来的菌丝，不需要异性细胞的配对就有产生子实体的能力。同宗配合又分为初级同宗配合和次级同宗配合。
　　初级同宗配合：含有一个核的担孢子萌发产生的同核菌丝，可以通过双核化产生双核菌丝。这种双核菌丝的细胞核在遗传上没有差异，但具结实能力。初级同宗结合的食用菌菌丝，有的有锁状联合，有的无锁状联合。草菇属于初级同宗配合的食用菌，在草菇的生活史中，有性生殖产生四个担孢子，每个担孢子有一个细胞核。目前认为初级同宗配合的食用菌没有不亲和因子，或控制不亲和性的因子位于同一条染色体上，其作用相互抵消。
　　次级同宗结合：次级同宗结合的食用菌在减数分裂产生担孢子时，两个可亲和性的细胞核同时进入一个担孢子中，使每个担孢子中含有“＋”、“－”两个核，每个担子上产生两个担孢子，担孢子萌发后形成的菌丝体属于双核异核菌丝体，具结实性，能产生子实体。双孢蘑菇属于这种类型。1959年,Evans在研究双孢蘑菇时发现,双孢蘑菇在形成担孢子时,由于纺锤丝牵拉的方向不同,最后形成的担孢子的可孕性不同,当两个交配型不同的核进入一个担孢子时,该担孢子萌发而来的菌丝具结实性。当两个交配型相同的核进入同一担孢子时,该担孢子萌发而来的菌丝不具结实性，一般具结实性的担孢子占80%,不具结实性的担孢子占20%。含有相同交配型的担孢子,无论是双孢还是单孢,必须经杂交后才能完成生活史。
　　（三）有性生殖的一级控制和二级控制
　　在食用菌的有性生殖过程中，受到内因和外因的共同作用。每一种食用菌能否按正常的发育顺序完成其生活史是受两级控制的。
　　1.有性生殖的一级控制
　　在食用菌的有性生殖过程中，减数分裂后，子细胞核中的不亲和性因子起着一级控制的作用。没有完成一级控制，即使有适宜的环境条件，食用菌也不能完成其有性生活史形成子实体。
　　2.有性生殖的二级控制

　　除了一级控制之外，在食用菌的有性生殖过程中，环境因素对可结实性双核菌丝的生活力、结实力以及子实体发生有着重大影响。在有性生殖过程中，它们起着二级控制的作用。例如，许多处于野生状态的食用菌，在特殊的生态环境条件下能产生子实体，完成有性生活史，但人工栽培时却不能形成子实体。在食用菌栽培时，一些优良品种必须与相应的栽培条件相配合，才能表现出优质丰产的特性，否则，有可能不出菇。一些人工栽培食用菌的有性生殖、无性生殖特点见表4－3。

表4－3 人工栽培食用菌的生殖特点

种类	每个担子上担孢子数目	每个担孢子细胞核数目	同核菌丝		结实性异核菌丝		无性生活史		有性生活史
			每个担孢子细胞核数目	结实性	每个担孢子细胞核数目	锁状联合	同核菌丝	异核菌丝	不亲和性因子	类型
双孢蘑菇	2	2	-	自身可育杂交结实	许多不定	无	次生分生孢子	无	A	单因子次级同宗结合
双孢蘑菇	4	1	许多不定	杂交结实	2	无	无	无	A	单因子 异宗结合
香菇	4	1	1	杂交结实	2	有	偶有厚垣孢子	无	A、B	双因子 异宗结合
草菇	4	1	许多不定	杂交结实	-	-	厚壁孢子	厚壁孢子	无	初级同宗结合
金针菇	4	2	1	杂交结实	2	有	有，粉孢子	粉孢子	A、B	双因子 异宗结合
平菇	4	1	1	杂交结实	2	有	有	无	A、B	双因子 异宗结合
凤尾菇	4	1	1	杂交结实	2	有	有	无	A、B	双因子 异宗结合
滑菇	4	1	1	杂交结实	2	有	有，粉孢子	有	A	单因子 异宗结合
银耳	4	1	1	杂交结实	2	有	有	有	A、B	双因子 异宗结合
黑木耳	4	1	1	杂交结实	2	有	有	无	A	单因子 异宗结合
毛木耳	4	1	1	杂交结实	2	有	粉孢子	粉孢子	A、B	双因子 异宗结合
蜜环菌	4	1	1	杂交结实	2	有	有	无	A、B	双因子 异宗结合