羊肚菌遗传多样性与栽培的研究进展

Research Progress on Genetic Diversity and Cultivation of Morchella

摘要: 羊肚菌是一种营养价值高，野生资源丰富，经济价值极高的食药用菌。羊肚菌的子实体受环境因素影响导致其形态特征多变，物种鉴定困难。本文从遗传多样性和栽培两方面对羊肚菌的研究现状进行综述，分析几种常用于羊肚菌遗传多样性研究的分子生物学方法，也对近年来国内外人工栽培羊肚菌的情况加以总结，以期为羊肚菌的准确鉴定和大田规模化人工栽培提供理论依据。

Abstract: Morchella is a genus of edible and medicinal mushroom with high nutritional value, abundant wild resources and high economic value. The fruit bodies of Morchella are affected by environmental factors, which causes their morphological characteristics are variable and the species to be confused with each other. In this article, research progress related to genetic diversity and cultivation of Morchella have been reviewed several molecular markers applied in genetic diversity of Morchella and the current state of artificial cultivation in China were also discussed, a reference for the correct classification of Morchella and its commercial-scale cultivation.

1. 引言

羊肚菌(Morchella)是一种外表与羊肚极其相似，具有食药两用的珍稀食用菌，其营养价值较高，别名为阳雀菌、羊肚蘑和羊肚菇等，为国内外消费者所喜爱 [1]。羊肚菌富含人体所需的各种维生素和必需氨基酸，可被烹饪成各类美味佳肴。中国古代就有羊肚菌被使用并作为药材食用的记录，我国药学大典《本草纲目》中记载羊肚菌，的功效为：性平，味甘，益肠胃，补肾纳气，化痰理气补脑提神，消化助食，化痰理气。羊肚菌的子实体富含粗蛋白和氨基酸，其中天门冬氨基酸和谷氨酸的含量普遍较高，且羊肚菌富含的多糖具有抗衰老的作用 [2] - [5]。

2. 羊肚菌的遗传多样性

羊肚菌属(Morchella)隶属于子囊菌门(Ascomycota)盘菌目(Pezizales)羊肚菌科(Morchellacea) [6]，其模式种为Morchella esculenta (L.) Pers。羊肚菌在全球不同国家都有分布，容易被气候、生长环境和地域等因素影响，且羊肚菌的营养方式和生活史不同于其它食用菌，羊肚菌菌核的形成是其生长过程中的关键环节，菌核是由菌丝在不利条件下产生的。一是羊肚菌子囊孢子萌发形成的初生菌丝不发生质配产生，二是初生菌丝发生质配成为异核菌丝，异核菌丝再形成菌核，继而发育形成子实体，导致了其子实体的形态多变及物种界定困难，同物异名和异物同名现象普遍 [7]，羊肚菌属的种类划分复杂又多变，目前根据形态特征不同，可分为4个主要类群：黄色羊肚菌类、黑色羊肚菌类、半开羊肚菌类和变红羊肚菌类群 [8] - [12]。分子标记是目前羊肚菌遗传多样性研究最常用的有效方法。不同标记具有各自的优缺点，合理选择标记极为重要。

2.1. 利用RAPD，AFLP和ISSR进行分析

Singh等 [13] 利用RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA，随机扩增多态性DNA标记)分析技术对经单孢分离得到的46个羊肚菌菌株进行系统学分析，是首次报道随机引物在羊肚菌系统分析的应用。陈吉岳等 [14] 利用RAPD分析技术对15个来自国内各地的羊肚菌菌株进行分析，其结果表明这15个菌株之间存在较大的遗传差异。Irfan等 [15] 利用RAPD技术对3种羊肚菌进行系统发育分析，其中两个物种聚在一起，与第三个物种不同，但它们之间却密切相关。刘伟等 [16] 运用特异性RAPD-SCAR (Sequence Characterized Amplified Regions)标记技术对36个采集自国内12个不同省份的羊肚菌栽培菌株进行分析，可将具有特异性条带的菌株AA02和AA15与其他菌株鉴别出来，表明RAPD分子标记可以用来评价其遗传多样性。

陈立佼等 [17] 利用AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism，扩增片段长度多态性)技术对49

个单孢分离和1个组织分离得到的尖顶羊肚菌菌株进行遗传多样性分析，这些菌株可被划分为11个族群，49个单孢分离得到的菌株被划分为4组，结果显示它们的多态性指数一致。刘文丛等 [18] 利用ISSR (Inter-simple Sequence Repeat，简单序列重复区扩增多态性)技术分析了56个羊肚菌菌株的遗传多样性，证实了羊肚菌的亲缘关系与其地理距离明显相关。杨艳等 [19] 利用ISSR技术分析了18个羊肚菌菌株的遗传多样性，得出的结论为18个菌株之间的遗传多样性很明显。曹君等 [20] 利用ISSR技术对辽宁地区野生和栽培的羊肚菌共计29株进行多态性分析，其结果表明辽宁地区人工栽培和野生羊肚菌具有明显的遗传差异性。

2.2. 利用rDNA ITS序列进行分析

张华 [21] 对18个羊肚菌菌株进行了ITS序列分析，发现5个菌株不是羊肚菌，13个菌株被鉴定为羊肚菌的4个菌种。刘文丛等 [18] 利用ITS序列分析对滇西北的8株羊肚菌进行鉴定。王龙等 [22] 利用ITS序列分析对甘肃甘南7株野生羊肚菌进行鉴定。杨燕等 [19] 利用ITS序列分析对18个羊肚菌菌株进行鉴定。易思华等 [23] 使用ITS序列分析对新疆天山山脉的10株野生羊肚菌进行鉴定。曹君等 [20] 利用ITS技术对辽宁地区野生和栽培的羊肚菌共计29株进行鉴定。利用rDNA ITS序列可以进行不同羊肚菌的系统发育分析和物种鉴定，能够较好地区分大部分物种，却与形态学分类存在一定差异，鉴定不够准确。

2.3. 利用GCPSR分析

由于rDNA ITS序列鉴定羊肚菌种类不够准确，2000年Taylor等人提出了GCPSR (Genealogical Concordance Phylogenetic Species Recognition，多基因联合分析法)，通过扩增特定的基因片段，再用测序得到的核苷酸序列构建相应的系统发育树，即可将物种界定，目前该技术被广泛应用于真菌的系统发育学研究中 [24] [25] [26]。O’Donnell等人 [27] 于2011年最早利用GCPSR (LSU + EF1a + RPB1 + RPB2)的方法对羊肚菌属进行系统发育研究，得出羊肚菌属可划分成3个支系：黑色羊肚菌支系(Elata Clade)、黄色羊肚菌支系(Esculenta Clade)和变红羊肚菌支系(Rufobrunnea Clade)的结论。杜习慧等 [28] 于2014年利用GCPSR (ITS + RPB1 + RPB2 + LSU + EF1a)的方法进行分析，得出羊肚菌属可由61个系统发育学物种构成，包括黑色羊肚菌支系33种、黄色羊肚菌支系27种和变红羊肚菌支系1种。武冬梅 [24] 于2015年利用GCPSR分析(ITS + RPB1 + RPB2 + EF1a)将23株采自新疆的野生羊肚菌进行分析，结果显示该地区羊肚菌属由7种物种组成。Badshah等 [29] 利用GCPSR (RPB1 + RPB2 + TEF1)对采自巴基斯坦的野生羊肚菌进行了分析，得出该野生羊肚菌为Morchella pulchella (黑色羊肚菌支系)的结论。

3. 羊肚菌的人工栽培

早在19世纪中后期，一些欧美国家的羊肚菌爱好者就开始研究如何人工种植羊肚菌。美国学者Ower于1982年首次报道羊肚菌人工栽培获得成功，并于1986年获得了人工种植羊肚菌的专利(专利号为US4866878)，专利中指出成功栽培羊肚菌的要点是促使羊肚菌形成菌核，并用大水灌溉刺激原基产生 [30] [31]。这是人工栽培羊肚菌的一大进步。2005年，Miller和Stewart [32] 申请了人工种植羊肚菌的专利(专利号为US6951074)，专利中指出羊肚菌菌丝必须与植物(苹果树Malus pumila M、桃树Amygdalus persica L.、榆树Ulmus pumila、松树Pinus L.等)相互作用，才能促使羊肚菌发生。我国羊肚菌人工栽培始于1953年，刘波 [33] 在林中腐殖质含量高的落叶层中接种羊肚菌子实体和菌丝体均可获得羊肚菌子实体。2008年，朱斗锡 [34] 提出室外荫棚畦式栽培法，在室外成功地栽培羊肚菌。从2012年开始，人工种植羊肚菌技术取得长足发展，栽培范围逐渐由川渝地区、云南地区逐渐向全国发展，且种植面积逐渐增长。

羊肚菌是一种低温好氧型真菌，环境对羊肚菌的生长发育影响极大，其生长发育的必须条件是氧气

充足、通风良好、温度不宜过高且有温差、适当的光照。通过长年的科学研究和种植者的经验积累，至今人们已经掌握一套能够种植羊肚菌的技术。对野生羊肚菌的生境进行调查，李旺 [35] 发现承德地区的野生羊肚菌的分布广泛，但原基形成后对湿度和温度极为敏感。王尚荣等 [36] 发现菏泽黄河冲积平原野生羊肚菌多发地的土壤为弱碱性，且透气性好。陈光平等 [37] 在对贵州宽阔水保护区内大型子囊菌调查时发现有5种羊肚菌，有木生也有土生。

目前羊肚菌仿生栽培也取得一定的成果，张洪路等 [38] 研将羊肚菌与小麦间作栽培，且亩产75~80 kg。牛潇宇 [39] 在毛竹林中栽培羊肚菌，鲜产量可达0.15 kg/m²。高新楼等 [40] 在郑州市林木地区进行羊肚菌的仿生栽培，并在林下搭建小拱棚提高了人工栽培的生存率。仿生栽培是人工产业化栽培的一个过渡期，只有在不断尝试的过程中不断积累经验，才能成功地规模化栽培羊肚菌。

近年来我国大力发展羊肚菌人工栽培产业，七年间羊肚菌栽培面积增长24倍之多，且主栽区主要在四川、云南、贵州等地 [41]。羊肚菌人工栽培模式主要是以蔬菜大棚作为主体，施加外源营养袋作为营养生长阶段的养分供给，通过人为调节氧气和二氧化碳浓度、湿度、光照和水分等条件，再根据栽培地区的环境因素加以调整来达到人工栽培的目的 [42] [43] [44]。

4. 展望

我国地域辽阔，自然资源丰厚，植物和气候类型多样，现有的羊肚菌种质资源研究显示，野生羊肚菌资源还有待进一步的研究。利用GCPSR、RAPD、AFLP和ISSR技术能够准确地揭示羊肚菌的遗传多样性，为羊肚菌属的分类提供可靠信息，促进我国发现本土的菌种资源，并提高本土野生资源的利用率。

羊肚菌人工栽培技术在随着科技的进步而不断发展中，出现的问题也多种多样，必须以生产实践为指导，结合科学研究结果才能更好的推进羊肚菌栽培的发展，也才能为后续室内栽培、工厂化栽培提供理论和生产证据。

基金项目

广西重点研发计划项目(桂科AB18221047)；国家现代农业产业技术体系广西食用菌创新团队建设项目(nycytxgxcxtd-07-01)。

NOTES

^*通讯作者。