大球盖菇的分离纯化及ITS序列鉴定

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  摘要:以吉林长白山地区的野生大球盖菇为材料,对其进行1~5 h不同时间的晾晒处理,采用组织分离法分别对其菌盖、菌盖与菌柄交接处、菌柄上端和菌柄基部的组织进行分离纯化,通过测定菌丝生长速度、生长势和污染率等,筛选出分离纯化的最适晾晒时间和最佳部位;设置5种液体培养基配方培养液体菌种,通过测定菌丝体生物量、菌丝球密度和形态,筛选出最佳的液体培养基配方;最后将分离物进行ITS序列分析,计算遗传距离,并采用邻接法构建NJ系统发育树。结果表明,分离纯化最适晾晒时间为2 h,最佳分离部位为菌盖与菌柄交接处,此种情况下菌丝生长速度最快,菌丝长势最好,污染率最低;最佳的液体培养基配方为A2,菌丝体生物量最高,菌絲球密度最大,形态最好;最后分离菌株经ITS序列测定,系统发育分析证实其为大球盖菇。
  关键词:大球盖菇;组织分离;ITS序列分析;系统发育分析
  中图分类号: S646.904 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2017)01-0120-03
  大球盖菇(Stropharia rugosoannulata)别称酒红球盖菇、皱环球盖菇,属担子菌门(Basidomycota)层菌纲(Hymenomycetes)伞菌目(Agaricales)球盖菇科(Strophariaceae)球盖菇属(Stropharia),是国际菇类交易市场上十大菇类之一,也是联合国粮农组织(FAO)向发展中国家推荐栽培的特色食用菌之一[1]。大球盖菇鲜菇色泽艳丽,肉质脆嫩滑爽,干品气味清香,营养丰富,具有很高的食用价值和药用价值,颇受国内外消费者欢迎,具有非常广阔的发展前景。大球盖菇的栽培管理较为粗放,对其冬闲田露地栽培[2]、大棚反季节栽培[3]、畦式栽培、层架式栽培、地坑式栽培等[4]多种栽培模式进行深入研究,对利用稻草、玉米秸秆、菌渣等不同栽培料栽培大球盖菇也进行多样化比较[5-8],取得了丰富的研究成果,但关于大球盖菇母种的获得、液体培养基配方的筛选以及如何对菌种进行准确鉴定还未见报道。ITS(internal transcribed spacer)是核糖体内转录间隔区,包括ITS1和ITS2两部分,连同二者中间的5.8S rDNA基因组成ITS1-5.8S-ITS2结构,被广泛应用于真菌菌种鉴定、系统发育、条形码和群体多样性研究[9]。本研究对采自吉林长白山地区的野生大球盖菇进行组织分离,获取母种,筛选最适合液体菌种生长的培养基配方,并对子实体和分离菌株的ITS序列进行测序比对,构建系统发育树,旨在从分子水平上对大球盖菇进行鉴定,进而为大球盖菇的开发和利用提供依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  大球盖菇子实体于2015年9月采自吉林省长白山地区。
  1.2 试验方法
  1.2.1 培养基的制备 研究使用的分离培养基为PDA培养基,培养基制作方法如下:将马铃薯洗净去皮,用电子天平称取200 g切成1 cm3的小块,用纱布包好后放入1 000 mL水中煮沸;待马铃薯块软化后捞出,加入葡萄糖20 g,琼脂15 g,再次煮沸,加水补足 1 000 mL;再用双层纱布过滤,倒入锥形瓶内;将瓶口用封口膜封好后,用高压灭菌锅121 ℃灭菌 20 min;灭菌结束后,待培养基温度降至不烫手但未凝固时,在超净工作台内,定量倒入直径为8 cm的培养皿中,装液量为20 mL,凝固后备用。
  1.2.2 子实体晾晒时间对分离的影响 以刚采集到的部分野生大球盖菇新鲜子实体作为对照,将大球盖菇放置在充足阳光下晾晒,晾晒时间为10:00—15:00,分别取晾晒1、2、3、4、5 h的子实体和新鲜子实体进行组织分离。将菌盖从中间撕开,挑取0.3 cm大小的菌肉组织接于PDA平板培养基中心部位,每个平板接1块菌肉,盖盖后用封口膜封好,每组设置10个重复,放置在25 ℃恒温培养箱中进行培养,每天观察菌肉组织的萌发、污染以及菌丝生长情况。
  1.2.3 子实体不同部位对分离的影响 将分离要使用的解剖刀、镊子、封口膜以及PDA平板放入超净工作台中进行紫外灭菌。将大球盖菇经处理后分离效果最好的子实体,用75%乙醇擦拭表面2~3遍,用无菌的解剖刀在菌盖顶部中间划口,用手撕开,注意避免手接触到内部的菌肉。用解剖刀分别在子实体菌盖、菌盖与菌柄交接处、菌柄上端和菌柄基部划取一小块组织,用无菌镊子夹起,迅速放置于制备好的PDA平板培养基中心处,每个平板接1块组织,每组设置10个重复,封口膜封口后置于25 ℃恒温培养箱中进行培养,每天观察并记录组织体的萌发情况、污染情况和菌丝生长情况。
  1.2.4 液体培养基的制备 研究共采用5种液体培养基研究培养基对菌丝生长的影响,各培养基制作方法如下。
  (1)基础液体培养基A1。将马铃薯洗净去皮,称取 300 g,切成1 cm3小块,用纱布包好后放入1 500 mL水中煮沸;待马铃薯块软化后捞出,加入30 g葡萄糖、1.5 g KH2PO4和0.75 g MgSO4,再次煮沸;加水补足1 500 mL,再用双层纱布过滤,倒入500 mL锥形瓶内,每个锥形瓶分装300 mL液体培养基;封口膜封口后,放入高压灭菌锅内,121 ℃灭菌 30 min 以备用。(2)加富液体培养基A2。基础液体培养基A1 15 g蛋白胨。(3)加富液体培养基A3。基础液体培养基A1 15 g尿素。(4)加富液体培养基A4。基础液体培养基A1 15 g酵母膏。(5)加富液体培养基A5。基础液体培养基A1 15 g硫酸铵。
  1.2.5 不同液体培养基配方对菌丝生长的影响
  1.2.5.1 菌块培养及液体培养基接种培养 将由同一子实体的同一部位分离获得的母种进行扩繁,接种于新的PDA平板培养基中心,待菌丝长满整个平板培养基后,用直径为 5 mm 灭过菌的打孔器在距平板中心接种点3 cm处打孔,将菌龄一致的菌块转接到液体培养基中,每瓶液体培养基接入菌块10块,每个配方设置5个重复。将接入菌块的液体培养基锥形瓶放入恒温振荡器内,在25 ℃、130 r/min的条件下培养10 d,观察菌丝球形态。   1.2.5.2 生物量的测定 取50 mL液体菌种,2 000 g离心20 min,去上清;菌丝体沉淀经蒸馏水充分洗涤后,滤纸过滤;待滤液无色透明后收集菌丝体,80 ℃真空干燥至恒质量,电子天平准确称质量。计算公式为:
  菌丝体生物量(g/L)=菌丝体干质量(g)0.05(L)×1 000。
  1.2.5.3 菌丝球密度的测定 将培养至10 d的液体菌种摇匀后,用移液器吸取1 mL的菌液,加入9 mL的无菌水中,稀释10倍,测定菌丝球个数。
  1.2.6 DNA的提取 采用快捷型植物基因组 DNA 提取试剂盒(天根)分别对大球盖菇的子实体和分离培养得到的菌丝体进行基因组 DNA提取。将大球盖菇子实体撕开用灭过菌的镊子夹取内部完好的菌肉,放于研钵中,加入液氮充分研磨;菌丝体采用锥形瓶中的液体菌种,经纱布过滤后,用无菌水冲洗3~5遍,将菌丝拧干,取适量放于研钵中,加入液氮充分研磨。其余步骤参照说明书。
  1.2.7 ITS序列的扩增 采用通用引物ITS1和ITS4(ITS1:5′-TCCGTAGGT-GAACCTGCGG-3′;ITS4:5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)用于rDNA ITS 区段的 PCR 扩增[10]。扩增体系为50 μL,其中35.5 μL去离子水,5 μL 10×PCR buffer,4 μL dNTPs(2.5 mmol/L),ITS1/ITS4 引物各2 μL,0.5μL Taq DNA 酶(5 U/μL),1 μL模板DNA(浓度 20~50 mg/L)。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s,35个循环;72 ℃反应7 min。PCR扩增产物经琼脂糖凝胶电泳检测后4 ℃保存。
  1.2.8 ITS序列的测序与分析 为了保证测序的准确率,PCR产物经胶回收纯化后用正反向引物双向测序,测序由哈尔滨博仕生物技术有限公司完成。
  将测序结果在NCBI中作BlastN比对,找出并下载 >90%相似性序列,用ClustalX2.1的Alignment程序对所有同源序列进行多重对位排列。用MEGA 5.02软件进行系统发育分析和进化树的构建。用Kimura2-parameter 模式计算遗传距离,所有对位排列结果中的空位(gaps)或缺失数据(missing data)作完全删除(complete deletion)处理,进化距离分析采用邻位相连法(NJ,neighbor-joining)。系统树每个分支的统计学显著性分析以自展法(bootstrap)进行检验,重复次数为1 000次。
  2 结果与分析
  2.1 子实体晾晒时间对分离的影响
  由表1可知,分离新鲜子实体污染率达到了30%,而经过晾晒1 h,污染率降低至10%,晾晒2~5 h,污染率降为0。晾晒时间越长,萌发越慢,新鲜子实体和晾晒1~2 h的子实体分离时,萌发最快,只需2 d;晾晒5 h时,分离的菌肉组织不萌发。晾晒时间越长,菌丝生长越慢,晾晒2 h的子实体分离后,菌丝生长速度最快,为8.0 mm/d,但与新鲜子实体和晾晒1 h的子实体差别不大。新鲜子实体和晾晒1~2 h的子实体,菌丝生长浓密,长势旺盛;但晾晒3 h之后,菌丝变得稀疏,长势较弱。综上所述,采用晾晒2 h的大球盖菇子实体进行分离,既能有效地降低污染率,又不影响萌发和菌丝的生长。
  2.2 子实体不同部位对分离的影响
  从表2可以看出,大球盖菇子实体菌盖与菌柄交接处分离后,菌丝的生长速度最快,达到8.9 mm/d;其次是菌柄上端(8.5 mm/d)和菌盖(8.0 mm/d);菌柄基部最慢,仅为 7.4 mm/d。除菌柄基部外,其他3个部位菌丝的长势都很浓密旺盛;菌柄基部的污染率达到了10%,其他3个部位污染率则为0。综合分析,菌盖与菌柄交接处为最佳分离部位。
  2.3 不同液体培养基配方对菌丝生长的影响
  如表3所示,不同的液体培养基配方上生长的菌丝存在很大差异。A2的菌丝体生物量(6.8 g/L)和菌丝球密度(138个/mL)均明显高于其他4组培养基;其次为A4培养基,菌丝体生物量为5.5 g/L,菌丝球密度为109个/mL;A3的菌丝体生物量和菌丝球密度则最小,分别为3.7 g/L、65个/mL。A2和A4配方的菌絲球如小米粒大小,呈圆球状,大小均一,菌液稠密;其他3组配方的菌丝球都如绿豆粒大小,呈刺球状,其中A1配方的菌丝球大小均一,菌液浓度较稠密;而A3和A5配方的菌丝球大小不均一,菌液浓度较稀疏。综上分析,采用A2培养大球盖菇菌丝体最佳,其次为A4培养基。
  2.4 ITS区段的PCR产物及测序
  对大球盖菇子实体及分离培养得到的菌丝进行DNA提取,并以提取的DNA为模板进行PCR扩增,PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后,得到如图1所示的特异性条带。由图1可以看出,S1与S2片段大小一致,约为650 bp,与测序得到的基因片段长度S1 (649 bp)和S2 (654 bp)大小相符,并且S1与S2有99%的同源性。由此可以初步判定,菌丝体S2为大球盖菇子实体S1的纯培养菌丝体。
  2.5 系统发育分析
  在NCBI中进行BLASTN比对,找到12条与S2相似性>90%的序列并下载,用ClustalX2.1软件进行序列比对,并辅以人工修正。以灵芝(Ganoderma lucidum)作为外参,基于来自NCBI中的12个种的ITS序列,连同试验中的 ITS 序列共14条序列一起用于系统发育分析。用MEGA 5.02中的邻接法(NJ)构建系统树。从图2可以看出,S2与球盖菇属大球盖菇(Stropharia rugosoannulata)系统发育关系最近。   3 结论与讨论
  对于野生食用菌的人工驯化,首先须要获得纯化菌种,常见的菌种分离方法有组织分离法、孢子分离法和基内菌丝分离法,其中组织分离法因简单、易操作且纯化率高,在实践中被广泛地应用[11]。本试验采用组织分离法对野生大球盖菇进行分离,试验结果表明,野生大球盖菇能够成功分离获得母种,并且子实体经2 h的晾晒,既能有效降低污染率,又不影响萌发和菌丝的生长,而长时间的晾晒则会严重抑制菌丝的萌发和生长。可能是经过适宜时间的晾晒,子实体水分减少从而减少了细菌污染,再加上阳光中的紫外线具有杀菌功能,进一步降低污染,但长时间晾晒使子实体脱水,菌丝体细胞活力减弱甚至死亡,从而影响分离效果。大球盖菇最佳的分离部位是菌盖与菌柄交接处,该部位分离的菌丝生长速度快,长势旺盛且污染率低,可能的原因是该部位是子实体的生长点,菌丝体细胞活力强,分裂速度快,且该部位与空气接触少,杂菌少。在食用菌工厂化生产中,液体菌种因其生产周期短、菌龄一致、菌种生产成本低、接种简便等优点,得到了十分广泛的应用[12]。本试验筛选出最适宜的液体培养基配方为A2,即基础液体培养基A1 蛋白胨15 g,采用此配方培养的液体菌种,菌丝体生物量高,菌丝球密度大,形态好。原因可能是此配方所含的蛋白胨中营养更丰富,氮的形态更适合菌丝体吸收。
  目前菌种鉴定、遗传多样性研究主要基于形态学、细胞、生化及分子水平开展[13],其中ITS序列分析法因准确性高,简便易行而具有很大的应用价值。本试验通过对供试子实体与菌丝体的ITS序列进行扩增、测序、比对,验证了供试菌丝体为大球盖菇子实体的分离物,構建系统发育树后发现,分离获得的纯培养菌丝体与球盖菇属的大球盖菇(Stropharia rugosoannulata)系统发育关系最近,与其同源性高达99%,确定为大球盖菇菌种。
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