安徽科技学院学报,2017,31(1):41~45 Journal of Anhui Science and Technology University 蛹虫草菌株的交配型鉴定及其部分栽培特征研究 刘敏祥 ,何华奇 ,茅文俊 ,鲍大鹏 (1.安徽科技学院生命科学学院,安徽凤阳233100;2.上海市农业科学院201403) 食用菌研究所, 农业部南方食用菌资源利用重点实验室,国家食用菌工程技术研究中心,国家食用菌加工技术研发分中心, 上海市农业遗传育种重点开放实验室,上海摘要:目的:通过对23株不同蛹虫草菌株的交配型鉴定以及出菇性状、产量和栽培周期等指标的比较, 选择出早期识别交配型的简洁方法及优良的菌株。方法:利用PCR和溴百里酚蓝脱色法鉴定不同蛹虫草 菌株的交配型;通过序列比对及对溴百里酚蓝的脱色率比较,同时统计分析各菌株产量、子实体形态和栽 培周期等农艺性状差异。结果:双交配型菌株对溴百里酚蓝的脱色率远高于单交配型菌株;单交配型CM 一15、CM一16、CM一19的子实体产量最高,分别为17.52 瓶、17.80 g/瓶和18.96 g/瓶,生物学效率为 58.4~63.2%,栽培周期66~69 d,但与双交配型cM一3没有显著差异。结论:利用溴百里酚蓝可以对蛹 虫草交配型进行早期鉴定,但脱色率与产量等农艺性状间不存在显著相关性;CM一19为优良菌株。 关键词:蛹虫草;交配型;鉴定;栽培学特征 中图分类号:¥646.9 文献标识码:A 文章编号:1673—8772(2017)01—0041一O5 Identiicatfion of Mating——type of Cordyceps militaris Strains and Their Partial Cultural Characteristics LIU Min—xiang ,HE Hua—qx“ ,MAO Wen—jun ,BA0 Da—peng (1.College of Life Science,Anhui Science and Technology University,Fengyang 233 100,China; 2.National Engineering Research Center of Edible Fungi,Key Laboratory of Applied Mycological Resources and Utilization(South),Ministry of Agriculture,Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding of Shanghai, Institute of Edible Fungi,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai 201403,China) Abstract:Objective:The mating—type identiifcation of 23 different strains of Cordyceps militaris and the con- parison of the characters of fruiting,wet weight and cultivation period were used to get the simple method of early identiication of mating—type and excellentf strains.Method:The mating—type of different C.militaris strains were identified by PCR and BTB decolorization.By comparing the sequence and the BTB decolorization rate,the agronomic traits such as wet weight,fruiting body morphology and cultivation period of each strain were analyzed statistically.Result:The study showed that BTB decolorization rate of the double mating—type strains was far higher than that of the single mating—type strains,The wet weight of single mating—type CM一1 5,CM一1 6 and CM一19 were 17.52 g/bottle,17.80 g/botlte and 18.96 g/bottle,the biological eficifency were 58.4~ 63.2%and the cultivation period were 66~69 d.but there was no significant difference with the double mating —type CM一3.Conclusion:Decolorization rate was available for prodicting mating—type in C.militaris strains. but there was no obvious correlation between decolorization rate and the agronomic traits such as wet weight;CM 收稿日期:2016一o9—22 基金项目:安徽科技学院质量工程项目(X2015052,Xj201544);安徽省质量工程项目(2015ckjh027)。 作者简介:刘敏祥(1992一),男,安徽省宿松县人,在读硕士研究生,主要从事食用菌遗传育种研究。 通讯作者:何华奇,副教授,E— mail:hhq0598@163.con。 42 19 was an excellent strain. 安徽科技学院学报 一Key words:Cordyceps militaris;Mating—type;Identification;Cultural characteristics 蛹虫草(Cordyceps militaris(Fr.)Link)隶属麦角菌科虫草属,其主要寄生在鳞翅目的蚕蛾科、舟蛾科、 天蚕蛾科等昆虫的蛹上,通过汲取虫蛹的营养,最终形成真菌子座和虫蛹的复合体。蛹虫草在我国的分布 包括辽宁、吉林、黑龙江等地区l11。由于其生物活性物质近似或部分成分含量甚至高于野生冬虫夏草,常 被作为冬虫夏草的替代品广泛使用。尽管蛹虫草已实现人工栽培,但菌种易退化 。]、生物学效率和生物 活性物质偏低等问题始终制约着蛹虫草产业的可持续发展。 食用兼以药用的蛹虫草在保存和继代培养过程中会发生不同程度退化,常常表现为子实体原基减少, 产孢能力大幅提高或降低,子实体形成受阻 J。李美娜等 研究表明蛹虫草退化菌株在DNA水平上已 经发生了可稳定遗传的变异,即退化不可逆转,只能通过减缓退化进程或提早发现以减少损失。林清泉 等 首次提出以菌株对溴百里酚蓝的脱色率作为依据用于快速鉴别蛹虫草退化菌株。由于该试验样品 基本为单交配型菌株且未研究产量与菌株脱色率间的关系,本试验拟研究不同交配型蛹虫草菌株对溴百 里酚蓝脱色率的准确性及脱色能力是否与菌株产量相关,以期通过脱色率筛选出高产优质菌株。 l材料与方法 1.1供试材料 供试菌株共23株,编号为CM一1一CM一23,分别从辽宁、山东、江苏等地收集而来,均由上海市农业 科学院食用菌研究所保存。 1.2培养基 本试验所用的培养基有PDA培养基(土豆200 g,葡萄糖20 g,琼脂20 g,水1000 mL)、脱色培养基 。 1.3 ITS(Internal Transcribed Spacer)鉴定 将各菌株收集的菌丝,依照Qiagen试剂盒使用方法提取DNA,一20℃保存备用。采用ITS 1和ITS 4_8 对供试菌株的DNA进行ITS扩增。PCR反应体系(20 L):Mix 10 ,引物各1 ,模板DNA 1 , ddH,0 7 jxL。PCR反应条件:94℃预变性3 min;94 qC变性30 S,55 oC退火30 s,72 oC延伸1 rain,共30次 循环;72℃补齐5 min。产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测有单一条带的送往上海生工生物工程有限公司测 序,所得序列利用DNAMAN软件与NCBI网站下载的蛹虫草ITS序列比对。 1.4交配型鉴定 蛹虫草的交配型位点存在两种不同源的交配型基因:MAT—alpha和MAT—HMG 。MAT—alpha基 因包含两个连锁的交配型基因序列:MAT 1—1—1和MAT 1—1—2。MAT—HMG基因仅含有一种交配型 基因序列MAT 1—2—1。故通过检测MAT 1—1—1和MAT 1—2—1的有无就可断定蛹虫草的交配型。 交配型MAT 1—1—1基因PCR扩增采用自行设计的引物F1(5 一CGCGCAAAACGACCA1TrGAA一3 )和 R1(5 一ATATACC1TrCGcGATCATTG一3 ),交配型MAT 1—2—1基因扩增引物参考自汪虹等¨ 的研究, 扩增弓I物为F2(5 一ATGGATcTGCAACTGGATCGGACCA一3 )和R2(5 一CTACATGATTGACTCCGCGcT- CATI'G一3 ),以上引物均由上海杰瑞生物技术有限公司合成。PCR反应体系(20 ):Mix 10 ,引物各 1 txL,模板DNA 1 L,ddH 0 7 。PCR反应条件:94 预变性3 min;94 cC变性3O s,55~6O (温度根 据引物Tm确定)退火30 S,72 oC延伸1 min,共30次循环;72℃补齐5 min。PCR产物用1%琼脂糖凝胶 电泳检测。 1.5脱色率及产酸能力测定 先将供试菌株接种于PDA培养基上于25℃培养7 d,用打孔器在菌落边缘位置取一菌块转接人脱色 培养基,150 r/min 25 qC培养10 d。对照组接人等量PDA培养基块,观察并记录培养液颜色。取适量培养 液于10 mL离心管中,10000 r/min离心30 min取上清,测定OD6 5值和pH值,每组重复3次。菌株脱色 率D=[1一(处理组上清液OD /对照上清液OD )]%100%。 第31卷第1期 刘敏祥,等蛹虫草菌株的交配型鉴定及其部分栽培特征研究 43 1.6子实体产量测定 按1.2的大米培养基配方装入栽培瓶(底径8 CIII,高9.5 cm),121 oC灭菌50 min冷却后接入5 mL菌 株培养液,每组重复3瓶,置于25℃避光培养10 d,然后10 h光照14 h黑暗培养直至采收。采收标准为 培养55~75 d,子实体顶端膨大,不再增长为止… 。统计每瓶子实体产量和栽培周期等主要农艺性状,生 物学效率=(子实体鲜重/培养料干重) 100%。 2结果与分析 2.1 ITS鉴定结果 测序结果表明蛹虫草的ITS大小基本相同,去除两端测序紊乱序列,均为520 bp左右,与Genbank中 蛹虫草ITS序列(KU351809.1)相似度在99%以上,可确定所测菌株均为蛹虫草,见图1。部分菌株出现 单个A碱基的增加或缺失,个别位点出现单碱基替换(如c—T),仅CM一4菌株出现G/A的套峰。 KI] IRnq 1 rf Arf rT rf A f A_rAf ( TATf:C1Tl’ r rrf= f f= A rr C rA ( f TC Af=( f=f CCf rT f r ( f: f T 76 CM一10一一A.一一一一一一一一一一A一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一77 KU35 l809.1 CGGGGGCCCCAAACACTGTATCTACCA( T1TrrCTGAA|rCC(;CCGCAA【 CCAAAAACAAArrGAATCAAAAC rI-rCAAC 154 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一154 KU35 l 809.1 AACGGATCTCTrGGCTCTGGCATCCATGAAGAACGCACCGAAATGCGATAAGTAATCTGAATT( CAGAA 几’CAGT( AA 232 CM一10一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 —。—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.—.232 KU351809.1 TCATCGAATCTrrGAACGCACA1,rGCGCCCGCCAGCA rrCTGGCG(;GCATCCCTGTTCGAGCGTCAT rTCAACCCTCG 31O CM—JO一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一310 KU35 1 809.1 ACGTCCCC.rGGGGGArrGTCGGCG IrrGGGGACCGGCAGCACACCGCCGCCCCCGAAATCAAGTGGCGGCCCGTCCGCGG 388 CM—l0一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 ———-—————-———-———————————.—————-—————————————-388 KU35 l809.1 CGACCTCTGCGTAGTAC FCCAAC_rCGCACCGGGAACCCGACG|rGGCCACGCCGTAAAACGCCCAACTCTGAACGTTGA 466 CM一10一一一一一一T一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 —————————————————————————————————.—.—.—.—.—.466 KU35 l 809.1 CCrrCGGATCAGGTAGGAATACCCGCTGAACTrAACCATATCAATAAG.CGGAGGA 520 CM—10一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一.一一一一一一一 520 图1序列对位排列情况 Fig.1 Two sequences alignment 2.2交配型鉴定结果 图2 23株蛹虫草交配型基因PCR鉴定图谱 Fig.2 PCR amplification of mating—type gene of 23 strains of C.militaris 泳道M:D2000 Marker;泳道1~23:CM—l~CM一23菌株的扩增产物;泳道24:阴性对照;A:MAT 1—1—1交配基因扩增图 安徽科技学院学报 谱;B:MAT 1—2—1交酉 基 扩增图谱 Lane M:D2000 Marker;lanes 1~23:amplication products from strains CM一1一CM一23:lane 24:negative control:A:PCR anapliicatifon of MAT1—1—1;B:PCR ampliicatfion of MAT1—2—1 运用PCR方法对23株供试菌株进行交配基因型鉴定,结果如图2所示。根据电泳图2可知1~10泳 道呵以扩增出MAT 1—1—1和MAT l一2一l基因对应条带,而l1~23泳道只扩增出MAT 1一l一1基 对应条带;即表示CM一1~CM—10菌株为双交配型,CM~ll~CM一23菌株均为单交配型,且均为MAT —alpha基因型。 表1 不同蛹虫草菌株脱色率、产量及栽培周期比较 Table l Fhe comparison ot’decolorization rate,fruiting body yield and cultivation period of C.nlilitarL ̄ 2.3脱色率及产量测定结果 注:l司列数据后不同字母表示经方差分析在0.05差异 著. Note:The different letter means signiifcant difference(P<0.05,Duncan). 由表1可见,双交配型蛹虫草脱色率明显高于单交配型蛹虫草,双交配型菌株最低脱色牢为63.1%, 而单交配型菌株最高脱色率仅53.4%。双交配型菌株培养液pH值也明显低于单交配型菌株培养液,说 明蛹虫草培养过程中菌液pH值与其对BTB的脱色能力呈负相关,相关系数为一0.91。CM一19单瓶产量 最高为18.96 g,生物学效率为63.2%,但其子实体顶端易分支;CM—l和CM一6栽培周期最短,较CM一 19缩短1 l d,生物学效率为51%一53%(图3)。 图3 蛹虫草菌株人工栽培子实体形态 Fig.3 The cuhivated fruiting body morphology of C.militaris 第31卷第1期 刘敏祥,等蛹虫草菌株的交配型鉴定及其部分栽培特征研究 45 3结论与讨论 研究表明蛹虫草具有两种不同源的交配型基因,尽管单交配型菌株也能出菇,但子实体上没有子囊壳 和子囊孢子,不能完成有性生活史_1 。本试验中双交配型菌株子实体均有子囊壳,但子实体形态有圆 头和尖头之分,尖头子实体上子囊壳较稀疏;而单交配型菌株子实体形态差异较大,顶端多分支,均无明显 子囊壳;通过比较子实体产量、形态和栽培周期等性状,笔者认为CM一19为最优菌株,当然,子实体虫草 素和腺苷含量也是筛选优良蛹虫草菌株的重要指标,有待进一步测定。 蛹虫草在生长的过程中会分泌一些代谢产物,来调节外界环境的pH值以适合自身生长_1 。本试验 所用培养液原始pH值为8.1,接种培养10 d后pH值均有所下降,但双交配型菌株的培养液pH值降低幅 度更大。或许预示着不同交配型的蛹虫草菌株最适的培养基pH值不同,即双交配型菌株适合酸性培养 基,而单交配型菌株适合中性培养基。 尽管蛹虫草菌株对BTB的脱色能力和产量间不存在明显相关性,但双交配型菌株对BTB的脱色能力 明显强于单交配菌株。在不具备蛹虫草交配型分子鉴定的实验条件下,可以通过测定蛹虫草菌株对BTB 的脱色能力而对其交配型进行预测。BTB作为一种酸碱指示剂,可以直观地体现不同交配型菌株培养液 的酸碱差异,但不同交配型蛹虫草脱色机理还有待进一步研究。 参考文献: [1]宋斌,林群英,李泰辉,等.中国虫草属已知种类及其分布[J].菌物研究,2006,4(4):10—26. 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