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Biological Effects and ISSR Analysis of 60Co γ-Irradiation on Edible Mushroom Mycelia

60CO γ辐照对食用菌菌丝的影响及ISSR分析



全 文 :文章编号 :100028551 (2009) 022214205
60 Coγ辐照对食用菌菌丝的影响及 ISSR 分析
蔡为明 冯伟林 金群力 范丽军 吴永志
(浙江省农业科学院园艺研究所 , 浙江 杭州 310021)
摘  要 :以双环蘑菇 ( Agaricus bitorquis) 、金针菇 ( Flammulina velutipes)和杏鲍菇 ( Pleurotus eryngii) 3 种食用
菌菌丝为材料 ,用60 Coγ射线 200、500 和 800Gy 3 个不同剂量进行辐照处理 ,并开展了菌丝生长试验、电
导率测定和 ISSR 分析。结果表明 :随着辐照剂量的增加 ,食用菌菌丝生长受抑制增强 ;其中以双环蘑菇
菌丝对辐照最为敏感 ,当剂量增强到 800Gy 时 ,其菌丝失去活力 ;经非致死剂量辐照的 3 种食用菌菌丝
均随着继代培养次数的增加 ,萌发和生长速度加快 ,生长势增强 ,活力逐渐恢复。3 种食用菌菌落浸出
液的电导率均随着剂量的加大而增加 ,500Gy 下的金针菇和杏鲍菇菌落及 200Gy 以上的双环蘑菇的电
导率显著高于对照。经 ISSR 分析显示 ,3 种食用菌菌丝的各辐照处理均与对照存在不同程度的多态性
差异 ,经辐照处理后多态性条带数量发生变化 ,出现了特异性条带 ,既有新增的条带 ,又有缺失的条带。
双环蘑菇变异最大 ,200 和 500Gy 辐照引起的 ISSR 变异率分别为 3313 %和 5015 % ;金针菇变异最小 ,
200、500 和 800Gy 下的 ISSR 变异率分别为 213 %、213 %和 311 % ,杏鲍菇菌丝的变异率分别为 816 %、
1314 %和 2010 %。本试验表明 ,200Gy 和 500Gy 辐射双环蘑菇菌丝 ,以及 800Gy 辐射杏鲍菇菌丝引起较
高的 ISSR 变异率 ,可以产生较高的突变率 ,因此 ,以此诱变选育新品种是可能的。
关键词 :双环蘑菇 ;金针菇 ;杏鲍菇 ;菌丝 ;辐射效应 ; ISSR
BIOLOGICAL EFFECTS AND ISSR ANALYSIS OF 60 Coγ2IRRADIATION ON EDIBLE MUSHROOM MYCELIA
CAI Wei2ming  FENG Wei2lin  J IN Qun2li  FAN Li2jun  WU Yong2zhi
( Institute of Horticulture , Zhejiang Academy of Agricultural Sciences , Hangzhou , Zhejiang  310021)
Abstract :Mycelia of Agaricus bitorquis , Flammulina velutipes and Pleurotus eryngii were irradiated by 60 Coγ2rays at the dose
of 0 , 200 , 500 and 800Gy. The results showed that irradiation inhibited their mycelia growth positively. Of the three edible
mushroom , Agaricus bitorquis was the most sensitive one to irradiation , its mycelia died at the dose of 800Gy. Germination
rate , growth rate and vigor of all mycelia irradiated with un2lethal doses increased along with the times of transfer of culture.
Electrical conductivity( EC) analysis showed that irradiation increased EC of leaching solution of mycelia positively. The EC of
leaching solution of mycelia of Flammulina velutipes and Pleurotus eryngii irradiated with 500Gy , Agaricus bitorquis irradiated
with 200Gy , were significantly higher than CK. ISSR analysis revealed that 60 Coγ irradiation effect on DNA variation of
Agaricus bitorquis , Flammulina velutipes and Pleurotus eryngii mycelia in varying degrees. Number of polymorphic bands
changed after irradiation. Flawing bands and increasing bands were observed in amplified bands of 14 selected ISSR primers.
The ISSR variation rates of Agaricus bitorquis for 200Gy and 500Gy treatments were 3313 % and 5015 % ; the ISSR variation
rates of Flammulina velutipes for 200Gy , 500Gy and 800Gy treatments were 213 % , 213 % and 311 % , that of Pleurotus
eryngii were 816 % , 1314 % and 2010 %. It is possible to use 60 Co γ irradiation as a mutagen to screen new mushroom
varieties.
Key words : Agaricus bitorquis ; Flammulina velutipes ; Pleurotus eryngii ; mycelia ; irradiation effect ; ISSR
收稿日期 :2008207227  接受日期 :2008211203
基金项目 :浙江省科技计划项目 (2007C12002)
作者简介 :蔡为明(19672) ,男 ,浙江东阳人 ,硕士 ,副研究员 ,主要从事食药用菌遗传育种与栽培研究。Tel :0571286404017 ;Email :caiwm527 @126. com
412  核 农 学 报 2009 ,23 (2) :214~218Journal of Nuclear Agricultural Sciences
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  辐射诱变育种是获得新种质资源和选育新品种的
有效途径之一。由于辐射诱变具有突变率高、突变谱
宽、后代性状稳定快、育种周期短等优点 ,成为当前突
变育种的热门研究领域[1 ] 。60 Coγ辐射是选育无性繁
殖植物新品种应用最为广泛的诱变手段[2 ] 。本研究对
双环蘑菇 Agaricus bitorquis、金针菇 Flammulina velutipes
和杏鲍菇 Pleurotus eryngii 3 种食用菌菌丝进行60 Coγ
辐照处理 ,以研究辐照对不同食用菌菌丝生长、细胞膜
透性和分子方面的辐射效应 ,为筛选不同食用菌菌丝
辐照诱变剂量和食用菌辐射诱变育种奠定基础。
1  材料与方法
111  材料
试验采用金针菇 ( Flammulina velutipes ) 、杏鲍菇
( Pleurotus eryngii)和双环蘑菇 ( Agaricus bitorquis) 3 种不
同属食用菌 ,供试菌株分别为保藏于本所食药用菌种
质资源库的金针菇“F21”(白色) 、杏鲍菇“杏秀 1 号”和
双环蘑菇高温型菌株“夏菇 93”。
112  方法
11211  辐照处理  将参试的 3 个菌株菌种接种到试
管斜面 PDA 培养基上 ,25 ℃下恒温培养 5d 后 ,选择菌
落大小、长势一致的斜面 ,于 2007 年 11 月在浙江省农
业科学院作物与核技术利用研究所钴源室辐照 4h ,剂
量分别为 200、500 和 800Gy ,以未辐照菌种为对照 ,每
个处理设 3 个重复。
11212  不同继代培养次数的菌丝生长试验  用直径
5mm的自制弯形打孔器分别取辐照组和对照组斜面
菌落边缘菌盘 1 块 ,菌丝面朝上接种于新鲜 PDA 平板
上培养 ,此为第 1 次继代培养物 ,置于 25 ℃恒温培养
箱中培养 ,观测菌丝萌发生长情况与菌丝生长势。金
针菇 F21 和杏鲍菇“杏秀 1 号”培养 7d ,双环蘑菇高温
型菌株“夏菇 93”培养 13d 后测量菌落大小 ;采用上述
方法分别取第 1 次继代培养菌落边缘菌盘 1 块 ,接种
于新鲜 PDA 平板上培养 ,此为第 2 次继代培养物 ,依
次转接第 3 次继代培养物 ,培养观测方法同上。每处
理设 3 个重复。
11213  电导率测定  3 个参试菌株均接种在培养皿直
径为 9cm 的 PDA 平板上 ,金针菇和杏鲍菇于 25 ℃培养
14d ,高温型双环蘑菇于 25 ℃培养 20d ,分别选长满菌
丝、菌落生长一致的平板各 3 个进行辐照处理 ,辐照处
理时间与剂量同 11211 ;辐照后 ,培养皿中分别加入
15ml 蒸馏水 ,于 25 ℃下浸泡 30min ,用 DDS2307 型精密
电导仪测定浸出液的电导值 ,重复 3 次。
11214  ISSR 分析  经不同剂量辐照处理的 3 个菌株
斜面菌丝采用 PDA 平板经 3 次继代培养后 ,接种于
PDA 液体培养基中培养 ,金针菇和杏鲍菇于 25 ℃培养
10d ,双环蘑菇高温型菌株于 25 ℃培养 20d。培养所得
的菌丝经无菌水洗涤、用无菌滤纸吸干表面水分后冷
冻干燥 ,采用 CTABΠNaCl 法提取基因组DNA ,经基因组
DNA 纯度检测后进行 ISSR 分析。筛选出的 14 个 ISSR
引物如表 1 所示 ,PCR 反应的总体积为 20μl ,含有 1 ×
PCR 反应缓冲液 ,012mmolΠL dNTP ,1U TaqDNA 聚合酶 ,
014μmolΠL 引物 ,30ng 模板 DNA ,加灭菌双蒸水至 20μl。
PCR 反应程序为 : 94 ℃预变性 4min ,然后 94 ℃变性
30s ,根据引物于 42 ℃~57 ℃复性 45s ,72 ℃延伸 2min ,
共 35 个循环 ,最后 72 ℃7 min。产物于 115 %琼脂糖凝
胶和 1 ×TAE 电极缓冲液条件下电泳分离 , EB 染色 ,
采用凝胶成像系统照像。将 ISSR 指纹图谱转化为 0 ,1
数据矩阵 ,用 NTSYSpc211 专业版软件分析计算遗传相
似 (相异)系数。
表 1  ISSR 引物与序列
Table 1  The ISSR primers used
in this study and their sequence
引物编号
code of
primer
引物序列
primer’s sequence
(5′→3′)
引物编号
code of
primer
引物序列
primer’s sequence
(5′→3′)
F11974 CACGAGAGAGAGAGAGA AF15826 ACACACACACACACACC
F11975 GAGAGAGAGAGAGAGACC AF15825 ACACACACACACACAC
AF15831 GTATGTATGTATGTATGC AF15818 GAGAGAGAGAGAGAGAC
AF15829 CACCACACACACACACA AF15817 AGAGAGAGAGAGAGAGG
AF15824 TGTGTGTGTGTGTGTGGA AF15821 TCTCTCTCTCTCTCTCCG
AF15823 GTGTGTGTGTGTGTGTTA AF15828 GAGAGAGAGAGAGAGACC
AF15830 GTATGTATGTATGTATGG AF15827 ACACACACACACACACCT
2  结果与分析
211  辐照对食用菌菌丝生长的影响
辐照对金针菇、杏鲍菇和双环蘑菇菌丝生长的影
响如图 1 和表 2 所示。分别经 200、500 和 800Gy 辐照
后的金针菇和杏鲍菇菌丝 ,及经 200 和 500Gy 辐照后
的双环蘑菇菌丝 ,继代培养均能萌发生长 ,但随剂量的
增加 ,萌发所需的时间均有延长、菌丝生长速度减慢、
生长势减弱 ,菌丝萌发生长受抑制增强。
3 种食用菌菌丝中 ,双环蘑菇菌丝对辐照最为敏
感。当剂量为 500Gy 时 ,金针菇和杏鲍菇菌丝继代接
种培养 45h 和 43h 后即萌发 ,而双环蘑菇菌丝则需培
养 237h 才萌发 ;当剂量增加到 800Gy 时 ,双环蘑菇高
温型菌株菌丝即失去活力 ,继代接种培养不能萌发
生长。
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图 1  不同剂量辐照对食用菌菌丝生长影响
Fig. 1  Effect of different dose irradiation on the mycelial growth of different edible mushroom
A : 金针菇 ,继代培养 6d ; B : 杏鲍菇 ,继代培养 8d ; C : 双环蘑菇 ,继代培养 13d ;TC1~ TC3 : 辐照后第 1~3 次继代培养
A : Fl . velutipes , incubation 6 days after transfer ; B : Pl . eryngii , incubation 8 days after transfer ; C : Ag. bitorquis , incubation 13 days after transfer ;
TC1~ TC3 : The first to the third transfer of culture after irradiation
表 2  辐照对食用菌菌丝生长的影响
Table 2  Effect of different dose irradiation on the mycelial growth of edible mushroom
菌株
strain
剂量
dose
( Gy)
TC1 TC2 TC3
萌发时间
germination time
(h)
生长速度
growth rate
(mmΠd) 萌发时间germination time(h) 生长速度growth rate(mmΠd) 萌发时间germination time(h) 生长速度growth rate(mmΠd)
金针菇 Fl . velutipes CK 20 9100 20 9100 20 9100
200 42 5178 27 8100 22 8180
500 45 5125 27 7162 22 8160
800 49 4187 27 7100 22 8100
杏鲍菇 Pl . eryngii CK 19 7180 19 7180 19 7180
200 40 6145 25 7100 21 7167
500 43 5162 25 6125 21 6187
800 47 4162 25 4175 21 5100
双环蘑菇 Ag . bitorquis CK 23 0168 23 0168 23 0168
200 49 0141 43 0158 25 0150
500 237 0123 48 0141 25 0142
800 — — — — — —
注 :TC1~ TC3 : 辐照后第 1~3 次继代培养。
Note : TC1~ TC3 : The first to the third transfer of culture after irradiation.
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  3 种食用菌菌丝中 ,抗辐射能力最强的为杏鲍菇
菌丝 ,经 200、500 和 800Gy 辐照后 ,其第 1 次继代培养
的菌丝生长速度分别为 6145、5162 和 4162mmΠd ,比未
经辐照处理的对照 (7180mmΠd) 分别降低了 1713 %、
2719 %和 4018 % ,而金针菇和高温型双环蘑菇菌丝的
生长速度则分别较对照下降了 3212 %、4117 %、4519 %
和 3917 %、6612 %、100 %。
随着继代培养次数的增加 ,经不同剂量辐照的 3
种食用菌菌丝萌发和生长速度均加快 ,菌丝生长势增
强 ,活力逐渐恢复。其中金针菇菌丝的恢复能力最强 ,
经各剂量辐照后的菌丝至第 3 次继代培养 ,其各剂量
辐照下的萌发和生长速度 ,以及生长势能基本恢复到
对照的水平 (图 1) 。
212  不同剂量辐照对食用菌菌丝细胞膜的影响
辐照处理会引起食用菌菌丝细胞膜损伤、改变膜
透性 ,从而导致经辐照的平板菌落浸出液电导率增加。
不同剂量辐照处理的 3 种食用菌菌落浸出液电导率测
定结果见图 2。图 2 表明 ,3 种食用菌菌落经辐照处理
后 ,其浸出液电导率均随辐照剂量的加大而增加。不
同食用菌菌丝细胞膜抗辐射损伤能力不同 ,剂量为
200Gy 时 ,金针菇和杏鲍菇的电导率变化不显著 ,说明
细胞膜透性变化小 ,细胞损伤不严重 ,而高温型双环蘑
菇的电导率显著增加 ,说明细胞膜透性变化大 ,细胞损
伤较严重 ;当辐照剂量增大到 500Gy 时 ,金针菇和杏鲍
菇的电导率均比对照显著增大 ;而双环蘑菇电导率猛
增至 200Gy 剂量的 211 倍 ;800Gy 时 ,杏鲍菇的电导率
则猛增至 500Gy 处理时的 116 倍 (图 2) 。
图 2  辐照处理对食用菌菌丝细胞膜透性的影响
Fig. 2  Effect of irradiation on the membrane
conductivity of mycelia of different edible mushroom
213  ISSR 分析
采用从 30 个引物中筛选获得的能扩增出清晰多
态性条带的 14 个 ISSR 引物 ,对不同剂量处理的 3 种
食用菌菌丝 DNA 进行扩增 ,结果表明 ,与对照相比 ,辐
照处理的 3 种食用菌菌丝均存在不同程度的多态性差
异 ,出现了特异性条带 ,既有新增的条带 ,又有缺失的
条带 (表 3、图 3) 。
表 3  不同剂量辐照食用菌菌丝 ISSR 分析结果
Table 3  Results of ISSR analysis of different edible
mushroom mycelia irradiated by different dose irradiation
菌株
strain
剂量
dose
( Gy)
多态性
条带数
No. of
polymorphic
bands
与 CK共有
的条带数
No. of
common bands
with CK
与 CK不同
的条带数
No. of
different bands
with CK
与 CK相
异系数
variation
rate ( %)
金针菇 0 (CK) 64 — — —
Fl . velutipes 200 67 64 3 213
500 67 64 3 213
800 68 64 4 311
杏鲍菇 0 (CK) 71 — — —
Pl . eryngii 200 69 64 5 816
500 63 58 5 1314
800 64 54 10 2010
双环蘑菇 0(CK) 58 — — —
Ag. bitorquis 200 45 33 12 3313
500 43 25 18 5015
图 3  引物 AF15826 对不同剂量辐照食用菌菌丝 DNA 的
ISSR 扩增结果
Fig. 3  PCR amplified patterns by AF15826 ISSR primer
in different edible mushroom mycelia
irradiated by different dose
1 :0Gy(CK) ; 2 :200Gy ; 3 :500Gy ; 4 :800Gy.
A :金针菇 ; B :杏鲍菇 ; C :双环蘑菇
A : Fl . velutipes ; B : Pl . eryngii ; C : Ag . bitorquis
  3 种食用菌中 ,经辐照处理的双环蘑菇菌丝与对
照的多态性差异最大 ,经 500Gy 辐照后 ,其 ISSR 扩增
出 43 条多态性条带 ,比对照少 15 条 ,其中与对照相同
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的条带 25 条 ,不同的条带 18 条 ,与对照相异系数为
5015 % ;经 200Gy 辐照处理的双环蘑菇菌丝 , ISSR 扩增
出 45 条多态性条带 ,其中与对照相同的条带 33 条 ,不
同的条带 12 条 ,与对照相异系数为 3313 %。
辐照后 ,与对照多态性差异最小的是金针菇菌丝 ,
800Gy 剂量下其 ISSR 多态性条带共 68 条 ,比对照多 4
条 ,其中与对照相同的条带 64 条 ,不同的条带 4 条 ,与
对照相异系数为 311 % ;经 200 和 500Gy 辐照处理的金
针菇菌丝 , ISSR 扩增出 67 条多态性条带 ,均比对照多
3 条 ,其中与对照相同的条带 64 条 ,不同的条带 3 条 ,
与对照相异系数为 213 %。
辐照处理后的杏鲍菇菌丝 ,与对照多态性差异介
于上述二者之间 ,经 800Gy 辐照处理的杏鲍菇菌丝 ,
ISSR扩增出 64 条多态性条带 ,比对照少 7 条 ,其中与
对照相同的条带 54 条 ,不同的条带 10 条 ,与对照相异
系数为 2010 % ;经 500Gy 辐照处理的 ISSR 扩增出 63
条多态性条带 ,比对照少 8 条 ,其中与对照相同的条带
58 条 ,不同的条带 5 条 ,与对照相异系数为 1314 % ;经
200Gy 处理的 ISSR 扩增出 69 条多态性条带 ,比对照少
2 条 ,其中与对照相同的条带 64 条 ,不同的条带有 5
条 ,与对照相异系数为 816 %。
3  讨论
本研究进行了辐照后的金针菇、杏鲍菇和双环蘑
菇 3 种食用菌菌丝生长试验、膜损伤试验以及 ISSR 扩
增 ,结果表明 ,不同辐照剂量对 3 种食用菌菌丝的萌发
生长速度、细胞膜损伤程度和 ISSR 相异系数的影响存
在一致性 ,即辐照剂量大 ,细胞膜损伤大 ,菌丝萌发生
长受抑制强 , ISSR 相异系数高。
试验表明 ,经非致死剂量辐照的 3 种食用菌菌丝
均随着继代培养次数的增加 ,其萌发和生长速度加快 ,
生长势增强 ,活力逐渐恢复 ,说明辐照损伤导致的抑制
作用很大程度上是可逆的。
一定剂量辐照处理后会引起生物细胞膜损伤 ,膜
透性会明显改变 ,其浸出液的电导率会增加 ,电导率增
幅大 ,说明细胞膜透性变化大 ,细胞损伤严重[3 ] 。本试
验证实 ,经辐照的菌落浸出液电导率增幅大 ,细胞损伤
大 ,菌丝萌发生长受抑制作用强。
ISSR 分子标记技术 ,具有稳定性高、简单快捷等
特点 ,已经广泛应用于植物的品种鉴定、遗传作图和遗
传多样性等方面的研究[4 ] ,在食用菌方面 , ISSR 技术
已被应用于金针菇[5 ] 、蘑菇等遗传多样性分析[6 ] 、黑木
耳菌株的 DNA 指纹分析[7 ] 。关于 ISSR 技术应用于食
用菌辐照效应的研究尚未见报道。本研究采用 ISSR
标记方法 ,从 DNA 分子水平检测分析 3 种食用菌菌丝
经辐照后的遗传变异性。分析表明 ,3 种食用菌菌丝
与对照存在不同程度的多态性差异 ,经辐照处理后多
态性条带数量发生变化 ,出现了特异性条带 ,既有新增
的条带 ,又有缺失的条带。表明 ISSR 分子标记技术可
以作为检测食用菌辐照诱变效应的有效技术手段。
洪亚辉、农向群等采用 RAPD 技术分别对经60 Coγ
辐照的菊花变异后代和经航天搭载诱变的绿僵菌的遗
传变异分析表明 ,上述植物与其对照最高相异系数分别
为 4017 %和 4016 %[8 ,9 ] ,表明60 Coγ辐照菊花和航天搭载
绿僵菌可引起较高的 RAPD 变异 ;本试验中的双环蘑菇
菌丝经 200 和 500Gy 辐照后 , ISSR 相异系数分别达
3313 %和 5015 % ,表明这 2 个剂量辐照双环蘑菇菌丝可
引起较高的 ISSR 变异 ;由于重复序列在基因组中是变
异最快的成分 ,所以重复序列区域的多态性远高于基因
区域的多态性[10] ,因此 ,诱变菌株的生物学性状和基因
区域的多态性差异有待于进一步分析研究。
由于食用菌菌丝制备培养简单、速度快、易于操
作 ,是食用菌诱变育种中最多采用的材料 ,已应用于金
针菇、猴头菇、平菇和茶树菇等菇种的诱变育种[11~16 ] ,
本试验对双环蘑菇和杏鲍菇的60 Coγ辐照诱变效应研
究表明 ,200 和 500Gy 辐照双环蘑菇菌丝 ,以及 800Gy
辐照杏鲍菇菌丝引起较高的 ISSR 变异率 ,可以产生较
高的突变率 ,因此 ,以此诱变新品种是可能的。
致谢 :浙江省计量学院实习生章月勤、彭敏敏 ,安徽农业大
学实习生刘晓红参加本试验部分工作 ,在此特予以感谢。
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2009 ,23 (2) :214~218
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体具有较好的遗传稳定性。
不同菌株在离子注入条件下细胞的损伤修复能力
不一样 ,存活率也不同。筛选优良突变菌株时应考虑
菌体生物量及其富铬量 ,即优良菌株应同时具有较高
的生物量和有机铬富集量 ,否则任何单一性状都不能
应用于 GTF 的高效生产。
本试验证明离子注入诱变育种可用于富铬酵母菌
株的诱变 ,并能够在一定程度上提高菌株 GTF 的产生
能力 ,获得的优良菌株 M1121A11 为 GTF 的产业化生
产制备提供了良好的菌种资源。
致谢 :感谢北京师范大学夏稷老师提供了离子注入条
件并给予指导和帮助。
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