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(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

光照對高等真菌 生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展

王媛媛,朱涵予,劉冬梅,馬愛民

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

光照是高等真菌生長發(fā)育所需的環(huán)境因子之一,對調(diào)控其生理周期、形態(tài)建成及代謝產(chǎn)物合成起重要作用。本文綜述了光質(zhì)、光強、光周期等方面對菌絲體生長、子實體發(fā)育的影響以及光誘導(dǎo)機制的研究進(jìn)展,并探討了光照對真菌生長發(fā)育作用的研究方向。然而,全面闡述光誘導(dǎo)機制則還需要進(jìn)一步的研究。

高等真菌,光照,生長發(fā)育,光誘導(dǎo)機制

高等真菌是菌物中擁有大型子實體的一類真菌,主要包含食用菌和藥用菌[1]。中國是多種食、藥用菌人工栽培的發(fā)源地,也是目前世界上最大的食、藥用菌生產(chǎn)國和消費國[2-3]?，F(xiàn)今,高等真菌的栽培模式逐漸呈現(xiàn)出散戶手工小規(guī)模栽培、工廠化中等規(guī)模栽培及工廠化大規(guī)模栽培多元共存漸趨的局面。實現(xiàn)高等真菌規(guī)?；⒓s化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、周年化的生產(chǎn),需根據(jù)其生物學(xué)特性采用工業(yè)化的技術(shù),合理調(diào)控營養(yǎng)因子和環(huán)境因子。

光照是高等真菌生長發(fā)育所需的環(huán)境因子之一,不同種類的高等真菌對光的需求各異,然而由于研究不夠深入和系統(tǒng),目前工廠化栽培中多憑借以往的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗進(jìn)行光照調(diào)控。近幾年相關(guān)研究逐步增多,理論知識逐漸豐富,并且通過冷光源LED(Light Emitting Diode)的引入及應(yīng)用彌補了傳統(tǒng)電光源無法精準(zhǔn)調(diào)控光照的缺陷[4]。目前,研究人員研究了光質(zhì)、光強和光周期對高等真菌生長發(fā)育的影響[5],另外研究人員也開始嘗試用分子生物學(xué)方面的知識和技術(shù)探究高等真菌從營養(yǎng)生長階段轉(zhuǎn)為生殖發(fā)育階段中光誘導(dǎo)的機理,已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些光受體蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和差異表達(dá)基因,企圖從分子水平上解讀在光信號通路中信號是如何被接受及被傳遞的,從而更精細(xì)、科學(xué)地指導(dǎo)高等真菌的工業(yè)化生產(chǎn)[6]。本文綜述了光質(zhì)、光強、光周期對高等真菌生長發(fā)育的影響以及光誘導(dǎo)機制的研究進(jìn)展。

1 高等真菌的光生物學(xué)特性

一般認(rèn)為真菌和植物不同,無法進(jìn)行光合作用,只能通過胞外酶分解栽培基質(zhì)獲取所需營養(yǎng)產(chǎn)生菌絲和子實體,即真菌使用光作為信息源而不是能源[7]。光照與促進(jìn)高等真菌原基分化,子實體形成、色澤、形態(tài)、產(chǎn)量及代謝產(chǎn)物關(guān)系密切。Colavolpe等人已證明了光是裸傘屬菌(Gymnopiluspampeanus)原基形成的必要條件之一[8]。通常高等真菌菌絲在黑暗狀態(tài)下即可生長,但完全黑暗不一定最有利于菌絲生長,一定的散射光對部分高等真菌菌絲生長起促進(jìn)作用,但避免強光直射菌絲;待菌絲長滿培養(yǎng)料時,給予其散射光可以誘導(dǎo)菌絲形成原基,并影響其分化及子實體的生長,李玉等已對2010年以前有關(guān)光質(zhì)、光強、光周期對食用菌生長發(fā)育的影響的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述[5]。

研究人員從光質(zhì)、光強、光周期等方面進(jìn)一步深入研究,對常見的高等真菌,如:平菇(Pleurotusostreatus)[9]、香菇(Lentinulaedodes)[10]、金針菇(Flammulinavelutipes)[11]、黑木耳(Auriculariaauricula)[12]、杏鮑菇(Pleurotouseryngi)[13]、靈芝(Ganodermalucidum)[14]、蛹蟲草(Cordycepsmillitaris)[15]等進(jìn)行了研究,研究發(fā)現(xiàn)不同的光照條件對不同種類高等真菌的生長發(fā)育有不同的影響,而且對同一種高等真菌各個生長階段的影響也存在差異。

2 光照對高等真菌生長發(fā)育的影響

2.1光質(zhì)對高等真菌生長發(fā)育的影響

2.1.1 菌絲體時期 Wu等發(fā)現(xiàn)紅光和黃光可以促進(jìn)杏鮑菇菌絲的生長[13]。應(yīng)正河等通過研究白、紅、黃、綠、藍(lán)光5種不同光質(zhì)對繡球菌(Sparassiscrispa)菌絲、原基形成的影響,綜合菌絲長勢和節(jié)約能源考慮,發(fā)現(xiàn)紅光對菌絲生長最為有利,黃光則對原基形成有較強的誘導(dǎo)作用[16]。鄒莉等發(fā)現(xiàn)藍(lán)光和黑暗條件有利于黑木耳菌絲體生長,綠光和黃光則不利于其生長[12]。王立華等通過實驗發(fā)現(xiàn)在藍(lán)光處理及黑暗條件下靈芝菌絲體生長較快,但是黑暗條件下菌絲體形態(tài)不如藍(lán)光處理條件下好[17]。梅錫玲等人也發(fā)現(xiàn)用藍(lán)光處理靈芝菌絲體,整個培養(yǎng)期菌絲的增長始終保持穩(wěn)定[18]。而藍(lán)光卻抑制在液體培養(yǎng)條件下蛹蟲草菌絲的生長[19]。

LED光源是一種半導(dǎo)體固態(tài)冷光源,這種光源光質(zhì)純、光效高、波長類型豐富、光強可調(diào)節(jié),實用性強,被越來越廣泛地應(yīng)用于高等真菌的栽培實踐中[4]。研究發(fā)現(xiàn),用LED白光照射的平菇菌絲比在自然光下生長得快,可見平菇菌絲對光質(zhì)的敏感度較高。另外在不同的LED光質(zhì)下平菇菌絲生長的速度也不盡相同,先后順序為:紅色、橙色、綠色、黃藍(lán)色、白色[9]。

光質(zhì)不僅影響菌絲的生長速度,而且也會影響菌絲營養(yǎng)物質(zhì)的合成。不同的光質(zhì)處理靈芝菌絲體對于超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、過氧化物酶(peroxidase,POD)酶活性以及內(nèi)源吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)水平波動變化有著不同的影響[18,20]。藍(lán)色光質(zhì)對提高靈芝菌絲三萜酸種類和含量,靈芝現(xiàn)蕾期、開傘期及彈孢后期的靈芝多糖含量有顯著促進(jìn)作用[14,20]。吳鑠溟等發(fā)現(xiàn)蛹蟲草菌絲中類胡蘿卜素的合成必須有光的處理,尤其是藍(lán)光和白光有利于類胡蘿卜素的合成[15]。另外Kojima等發(fā)現(xiàn)接受藍(lán)光照射的平菇菌絲比在暗室里生長的菌絲能多積累超過200倍的莽草酸[21]。

2.1.2 子實體時期 光質(zhì)會影響子實體的形態(tài)、色澤和產(chǎn)量。在波長為720 nm的光照射下,金頂側(cè)耳(Pleurotuscitrinopileatus)的生物效率和產(chǎn)量最高[22]。孫雅潔等通過實驗驗證了紅光(628 nm)為杏鮑菇子實體原基形成和發(fā)育階段的最適光質(zhì)[23]。羅茂春等用黃、綠、紅、白四種顏色15 W的白熾燈照射,并設(shè)立黑暗和自然光對照,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在白光和自然光照射條件下,紅平菇(Pleurotusdjamor)原基出現(xiàn)時間早,原基、子實體數(shù)目多,成菇率高,外觀整齊、顏色鮮艷,商業(yè)應(yīng)用價值高,明顯優(yōu)于其他光質(zhì)的光照[24]。簡利茹發(fā)現(xiàn)藍(lán)、紅、黃、綠光對于蛹蟲草的產(chǎn)量都有一定的促進(jìn)作用,但藍(lán)光和綠光的促進(jìn)作用比較明顯[25]。但是廉添添的研究結(jié)果表明LED藍(lán)光光照對于蛹蟲草子實體產(chǎn)量沒有明顯的促進(jìn)和抑制作用[26]。

馮偉林等在金針菇催蕾期用黃、藍(lán)、白三種不同光質(zhì)的LED光源照射,發(fā)現(xiàn)黃光比藍(lán)光、白光能更好地促進(jìn)菌柄伸長,抑制菌蓋增大,提高整齊度[11]。Jang等用藍(lán)白、綠白、藍(lán)綠、紅綠這四種兩兩混合的LED混合光照射以誘導(dǎo)平菇子實體的形成,發(fā)現(xiàn)不同組合的混合光對平菇子實體菌蓋的顏色,菌柄的硬度、脆性及彈性,子實體的性能和產(chǎn)量都有不同的影響,其中藍(lán)白LED混合光是用于平菇栽培的最佳光質(zhì)[27]。在密閉培養(yǎng)室內(nèi)培養(yǎng),LED白光和藍(lán)光照射下蟹味菇(Hypsizygusmammoreus)的高度和生物量都較其他光處理要高[28]。Baek等用不同波長的LED燈處理在木屑上生長的香菇發(fā)現(xiàn):接受綠燈照射生產(chǎn)出的香菇產(chǎn)量高,且畸形菇率低,但在藍(lán)色和綠色燈光下生長的香菇菌蓋比在紅燈和黃色燈光下的顏色要稍深,菌柄的長度則是隨著波長的增長而增加[10]。

光質(zhì)也會影響子實體的營養(yǎng)物質(zhì)合成。藍(lán)光有利于蛹蟲草生長及子座蟲草素的積累[25]。廉添添等的實驗結(jié)果表明在自然光照條件下成熟子實體的SOD活性顯著高于藍(lán)光光照,CAT活性沒有明顯差別,POD活性表現(xiàn)出菌株差異;在LED藍(lán)光光照條件下類胡蘿卜素含量極顯著高于自然光光照,腺苷、甘露醇含量不受影響,蟲草素、粗多糖含量存在菌株差異[26]。Jang等探究了藍(lán)綠黃紅四種LED光質(zhì)對于杏鮑菇原基形成、子實體形態(tài)、麥角固醇的含量及其抗氧化活性的影響,旨在篩選出最有利于杏鮑菇原基形成和子實體生長的光質(zhì),從產(chǎn)量和營養(yǎng)物質(zhì)積累方面綜合考慮,綠光最合適[29]。Wu等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)杏鮑菇在進(jìn)行深度發(fā)酵時,環(huán)境中光波長越短,積累的多糖量越高,在LED藍(lán)光下進(jìn)行深度發(fā)酵積累的多糖含量最高[13]。Jang等發(fā)現(xiàn)經(jīng)LED藍(lán)光照射的真姬菇(Hypsizygusmarmoreus)子實體內(nèi)麥角固醇、總多酚的含量有所增加,對自由基的清除能力有所增強[30]。

光質(zhì)會影響高等真菌菌絲和子實體的生長發(fā)育,但綜合分析以上的研究結(jié)果,我們并沒有發(fā)現(xiàn)某一種光質(zhì)適合大多數(shù)高等真菌的生長發(fā)育。不同的高等真菌的最適光質(zhì)不同,同一種高等真菌不同時期的最適光質(zhì)也不相同。

2.2光照強度對高等真菌生長發(fā)育的影響

2.2.1 菌絲體時期 適當(dāng)?shù)墓庹諒姸扔欣诰z的生長,過強反而會產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。廉添添等也在實驗中發(fā)現(xiàn)藍(lán)光光強在100 lux時對蛹蟲草菌絲生長的抑制作用較為明顯,所以選擇50 lux的光照強度照射菌絲以便能形成子實體供后續(xù)實驗用[26]。應(yīng)正河等[16]曾用5個不同的光量照射繡球菌菌絲,隨著光照強度的增加,菌絲生長速度逐漸減小,菌絲生長密度逐漸增大,光量達(dá)到300 lux長時勢最好,之后逐漸減小。從菌絲長勢、生長速度和節(jié)約能源方面綜合考慮,200 lux為最佳光量。

2.2.2 子實體時期 在子實體發(fā)育階段,不同種類的高等真菌對光強的需求量不同。不同光強對平菇菌蓋的顏色、直徑,菌柄的長度、硬度、脆性、彈性和子實體的產(chǎn)量有不同的影響[27]。杏鮑菇子實體生長也需要光的刺激。白雪萍等通過實驗得到最適宜杏鮑菇子實體生長發(fā)育的光照度為130～160 lux,而姜性堅等認(rèn)為100 lux的光照強度有利于杏鮑菇子實體的生長發(fā)育[31-32]。羅茂春等[24]的研究結(jié)果也表明,不同光照強度對紅平菇子實體生長發(fā)育影響較大。相對于黑暗條件,較強的光照(15、40 W)能使紅平菇呈現(xiàn)出較鮮艷的顏色,產(chǎn)量也較高,但隨著光照亮度繼續(xù)增加(60、100 W),紅平菇子實體顏色又開始變淺,產(chǎn)量也下降。18 W的LED燈產(chǎn)生的光強度約為200 lux,與40 W的日光燈相當(dāng),可滿足北蟲草(Cordycepsmilitaris)子實體生長所需的光刺激作用[33]。Wu等[34]研究了在菌絲生長、原基形成、子實體發(fā)育三個培養(yǎng)階段光照強度對蛹蟲草子實體產(chǎn)量和生物活性物質(zhì)的影響。在原基形成和子實體發(fā)育階段給予(1750±250) lux光照,多糖含量最高,子實體產(chǎn)量及生物學(xué)效率最高,為4.06 g干重/瓶和86.83%;給予(1250±250) lux光照,甘露醇、蟲草素含量最高。

2.3光周期對高等真菌生長發(fā)育的影響

高等真菌在自然界中的生長經(jīng)歷了晝夜交替,這給我們啟發(fā):在實現(xiàn)工廠化栽培的時候是否也應(yīng)該考慮間歇照射的方式。國內(nèi)外的研究人員也曾就光照周期對高等真菌菌絲生長、原基形成及子實體生長發(fā)育的影響進(jìn)行過研究。

研究發(fā)現(xiàn),用LED光源間歇照射培養(yǎng),即每天連續(xù)光照12 h,閉光12 h可促進(jìn)秀珍菇(Pleurotusgeesteranus)菌絲生長,并能提高其對硒強化麥麩的降解代謝與硒營養(yǎng)轉(zhuǎn)化作用[35]。Glukhova等發(fā)現(xiàn)用0.4 W/m2的LED綠光1 min/d照射香菇菌絲,其生物量可以提高50%～100%,為香菇的工業(yè)化生產(chǎn)減少成本,提高利潤,也為之后研究香菇光感受器機制奠定了基礎(chǔ)[36]。Siwulxki等探究光強和光周期對四種平菇品種的產(chǎn)量和子實體形態(tài)(菌蓋的直徑、菌柄的長度和厚度)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在500～700 lux的光強下,每天給予14 h的光照可以得到最大產(chǎn)量[37]。也有研究表明在金針菇發(fā)好菌后,每天給予白色品種30 min紅光(56 lux)或黃光(43 lux)照射誘導(dǎo)原基形成,1 h藍(lán)光(180 lux)照射作為生長期補光;每天給予黃色品種10 min紅光(56 lux)照射誘導(dǎo)原基形成,30 min藍(lán)光(180 lux)照射作為生長期補光,金針菇與光源距離為15～25 cm,該方法可以避免盲目補光等造成的資源浪費及所引起的反作用[38]。

綜上,光照調(diào)控高等真菌的生理周期、形態(tài)建成和代謝產(chǎn)物的積累,實際生產(chǎn)中可根據(jù)高等真菌的種類對光照、光強和光周期進(jìn)行合理調(diào)整。另外,用生物電作為指標(biāo)來控制光環(huán)境的研究目前已在國外興起。Oguntoyinbo等[39]設(shè)計了一種SMA(Speaking Mushroom Approach)系統(tǒng),該系統(tǒng)將實時監(jiān)測到的灰樹花(Grifolafrondosa)生物電作為控制參數(shù)對光照條件實行智能化調(diào)控。SMA設(shè)有四種不同的函數(shù),能根據(jù)灰樹花的實時需求給予四種不同的光照條件。該系統(tǒng)能有效提高灰樹花的產(chǎn)量,降低成本并節(jié)約能源,目前尚在調(diào)試階段,不久之后有望實現(xiàn)工廠化應(yīng)用。

3 高等真菌光誘導(dǎo)機制的探究

3.1光受體蛋白的發(fā)現(xiàn)

高等真菌究竟如何感受光并受光調(diào)控的？近年來,高等真菌光受體蛋白、轉(zhuǎn)錄因子及差異表達(dá)基因相繼被報道,為解讀光信號通路奠定了一定基礎(chǔ)。

董彩虹的研究團(tuán)隊一直致力于蛹蟲草光受體蛋白及其功能的研究,曾就近年來大型真菌的光反應(yīng)和光受體研究進(jìn)行了綜述[6]。目前發(fā)現(xiàn)的光受體蛋白僅限于粗糙脈孢菌(Neurosporacrassa)中藍(lán)光受體蛋白White Collar-1(WC-1)和White Collar-2(WC-2)的同源蛋白,其他光質(zhì)的受體蛋白基本未曾見有報道。Yang等[40-41]先后從冬蟲夏草和蛹蟲草中分別克隆得到Oswc-1基因和Cmwc-1基因。經(jīng)光照刺激Oswc-1 mRNA和Cmwc-1 mRNA的表達(dá)量顯著提升,可見Oswc-1 mRNA和Cmwc-1 mRNA的表達(dá)是受光誘導(dǎo)調(diào)控的。Yang推測Oswc-1蛋白具有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域、LOV(Light,Oxygen,or Voltage)結(jié)構(gòu)域、PAS(Per-Arnt-Sim)結(jié)構(gòu)域和鋅指(Zinc Finger)結(jié)構(gòu)域,Cmwc-1蛋白具有LOV、PAS和GATA型的鋅指結(jié)構(gòu)域,用系統(tǒng)樹分析親緣關(guān)系進(jìn)一步確定了Oswc-1和Cmwc-1都是藍(lán)光受體蛋白基因。敲除蛹蟲草Cmwc-1基因,菌絲變厚,子實體畸形,產(chǎn)孢量降低,類胡蘿卜素和蟲草素含量也有所下降,類固醇合成量增多,Cmwc-1調(diào)控腺苷酸琥珀酸和G蛋白偶聯(lián)受體的合成,更加證明了Cmwc-1蛋白是調(diào)節(jié)蛹蟲草從營養(yǎng)階段轉(zhuǎn)向生殖發(fā)育階段的關(guān)鍵物質(zhì)[42]。

Terashima等[43]從灰蓋鬼傘(Coprinuscinereus)中克隆得到dst1基因,預(yù)測Dst1蛋白包含1175個氨基酸,2個PAS結(jié)構(gòu)域,2個卷曲螺旋結(jié)構(gòu),1個假定的谷氨酰胺富集域和1個轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。其中1個PAS結(jié)構(gòu)域和和已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的藍(lán)光受體蛋白的結(jié)構(gòu)域LOV很相似,證明了dst1是灰蓋鬼傘中的藍(lán)光受體蛋白基因。Kuratani等從在黑暗環(huán)境下生長的灰蓋鬼傘突變株中克隆得到dst2基因,推測其編碼的蛋白含有1個假定的結(jié)合黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)的結(jié)構(gòu)域,并且和感知藍(lán)光有重要關(guān)聯(lián)[44]。從根本上來說,傘菌綱中的藍(lán)光感受機制和粗糙脈孢菌中WC-1和WC-2復(fù)合物共同作用機制是相似的。下一步的研究則是分離WC-1和WC-2復(fù)合物的靶基因和闡述在藍(lán)光感受機制中Dst2蛋白的作用[45]。

Sano等[46-47]先后從香菇中克隆得到Le.phrA和phrB基因。Le.PHRA含有1個絲氨酸富集域,1個LOV(PAS A)結(jié)構(gòu)域和2個PAS結(jié)構(gòu)域(PAS B和PAS C),與WC-1同源。PHRB包含1個PAS結(jié)構(gòu)域和1個鋅指結(jié)構(gòu)模序,與WC-2同源。Le.phrA在子實體形成的各個階段皆有轉(zhuǎn)錄,且在不成熟的子實體中大量轉(zhuǎn)錄,另外在有光的環(huán)境下轉(zhuǎn)錄水平比持續(xù)黑暗的環(huán)境下高,菌蓋中轉(zhuǎn)錄水平比菌柄中高。電泳分析表明phrB作用于香菇酪氨酸酶的啟動子區(qū)域,通過體外GST融合蛋白沉降技術(shù)(GST-pulldown)得知PHRB與PHRA的PAS B和(或)PAS C結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成復(fù)合物,光誘導(dǎo)原基階段前的菌絲體中酪氨酸和phrB的表達(dá),表明PHRB依賴光能調(diào)控酪氨酸酶的表達(dá)。這可能與光誘導(dǎo)香菇菌絲色轉(zhuǎn)色有關(guān)。

Ohm等發(fā)現(xiàn)裂褶菌(Schizophyllumcommune)中有與wc-1和wc-2同源的基因,目前認(rèn)為這些基因和子實體的形成以及防止裂褶菌受到紫外線侵害有關(guān)[48]。

3.2轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控

唐利華等[49]人提取光照條件下初始未轉(zhuǎn)色的香菇菌絲、轉(zhuǎn)色的香菇菌絲及黑暗條件下未轉(zhuǎn)色的香菇菌絲的RNA,利用轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-Seq)技術(shù)研究光誘導(dǎo)香菇菌絲轉(zhuǎn)色過程中轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)變化,發(fā)現(xiàn)上調(diào)表達(dá)和下調(diào)表達(dá)的差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子,包括WD-40、Jumonji、MADS-box、MYB、DEAD-box和GATA等家族。將轉(zhuǎn)色的香菇菌絲和初始未轉(zhuǎn)色的香菇菌絲、轉(zhuǎn)色的香菇菌絲和黑暗條件下未轉(zhuǎn)色的香菇菌絲的差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),這些轉(zhuǎn)錄因子既存在部分重疊,也表現(xiàn)特異性,這些特異性的轉(zhuǎn)錄因子很可能與光誘導(dǎo)香菇菌絲轉(zhuǎn)色聯(lián)系密切[49]。這些數(shù)據(jù)為進(jìn)一步研究香菇菌絲轉(zhuǎn)色的轉(zhuǎn)錄調(diào)控奠定了一定的基礎(chǔ)。Kurahashi等[50]發(fā)現(xiàn)近紫外光使得灰樹花菌蓋顏色變深,且體積比在藍(lán)光照射下膨脹2倍,說明灰樹花可以區(qū)分出近紫外光和藍(lán)光這兩種光質(zhì)?？寺〉玫阶贤夤庀卤徽T導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子Gf.BMR1,但是該基因在藍(lán)光和近紫外光下的表達(dá)量一樣,這表明菌蓋的顏色變深和體積膨脹不單單由這一個基因調(diào)控。轉(zhuǎn)錄因子具體的調(diào)控機制有待進(jìn)一步研究。

3.3差異表達(dá)基因的克隆

Nakano等應(yīng)用RAPD差異顯示技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)平菇菌絲經(jīng)藍(lán)光誘導(dǎo)后有15個基因上調(diào)和13個基因下調(diào),表明這些基因?qū)λ{(lán)光敏感,然而這些基因的功能及基因間的相互作用并不清楚,將這些基因進(jìn)行BLASTX同源性比較并和Interpro數(shù)據(jù)庫比對,發(fā)現(xiàn)它們編碼的是一些假定蛋白[51]。本實驗室通過LongSAGE技術(shù)構(gòu)建了平菇菌絲體和子實體原基的基因表達(dá)譜,通過RACE技術(shù)克隆到2個差異表達(dá)藍(lán)光調(diào)控基因[52-53]。之后需要對這些差異表達(dá)基因的功能進(jìn)行鑒定從而進(jìn)一步確定其具體功能。

迄今為止,由于發(fā)現(xiàn)的光受體數(shù)量十分有限,轉(zhuǎn)錄因子家族眾多,調(diào)控對象待定,差異表達(dá)基因功能有待鑒定,不同的光信號通路之間也可能存在相互作用,所以不能確定和清楚地闡述光誘導(dǎo)機制,今后需進(jìn)行深入研究。

4 總結(jié)與展望

目前,科研人員研究了光質(zhì)、光強和光周期對高等真菌生長發(fā)育的影響,在研究中所用到的光源逐漸升級,特別是LED光源的出現(xiàn),使得研究和生產(chǎn)更為精準(zhǔn)和便捷。在今后的高等真菌工業(yè)化栽培中,可以加強LED的應(yīng)用,實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能、降低成本的目標(biāo)。

高等真菌分子生物學(xué)研究方面也有新的進(jìn)展,已發(fā)現(xiàn)光受體蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和差異表達(dá)基因,但在高等真菌中發(fā)現(xiàn)的光受體蛋白僅限于粗糙脈孢菌藍(lán)光受體蛋白WC-1和WC-2的同源蛋白,轉(zhuǎn)錄因子家族眾多,差異表達(dá)基因功能有待鑒定,而且不同的光信號通路之間是否存在相互作用需要進(jìn)行深入研究。今后需盡可能詳細(xì)地闡述光信號通路,形成較為深入和系統(tǒng)的理論體系,推進(jìn)高等真菌的工業(yè)化生產(chǎn)。

此外,利用生物電為參數(shù)的反饋系統(tǒng)來控制光環(huán)境條件也是研究熱點之一,未來可能會出現(xiàn)更先進(jìn)的智能調(diào)控系統(tǒng)用于高等真菌工業(yè)化生產(chǎn)。

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Researchprogressintheeffectsoflightonthegrowthanddevelopmentofhigherfungi

WANGYuan-yuan,ZHUHan-yu,LIUDong-mei,MAAi-min

(College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

Light is one of the environmental factors for the growth and development of higher fungi,which plays a significant role in the regulation of physiological cycle,morphogenesis and synthesis of metabolites. Advances of recent researches on the effects of light quality,light intensity and photoperiod on the growth of mycelia and the development of fruit body were summarized in this review paper. The effects and mechanism of light stimuli on the growth and development of higher fungi were also discussed. However,it still remains to be further studied on elaborating the light induction mechanism.

higher fungi;light;growth and development;photoinduction mechanism

2017-03-03

王媛媛(1994-)，女，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)，E-mail:majestywyy@163.com。

*

馬愛民(1965-)，男，博士，教授，研究方向：食品生物技術(shù)，E-mail:aiminma@mail.hzau.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金項目(30771502)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)21-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.063