真核微生物讲义

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资源描述

真核微生物具有核膜包被的真正细胞核、能进行有丝分裂、细胞质中有线粒体的微小生物,称为真核微生物。真核微生物主要包括:真菌中的酵母菌和丝状真菌、微藻及原生动物。真核生物与原核生物间的差别见下表。在真核微生物中,种类最多、被比较广泛研究的类群是真菌。真菌是一个自然的分类类群,其成员既有很微小的酵母,也有较大型的蘑菇。由于微生物是指肉眼看不见或看不清楚结构的微小生物,因此只有部分真菌属于微生物的范畴,就是我们在研究和生产上经常涉及到的酵母和霉菌,而具有大型子实体的蘑菇、灵芝、马勃、木耳、鹿花等等则不应被包括在微生物的范畴之中。另一方面,随着生物的系统学特别是真菌的系统学研究的深入,一些曾被认为属于真菌的类群现在已被划入到其他的生物界中,例如过去在丝状真菌中涉及到的以水霉、疫霉、霜霉等为代表卵菌以及丝壶菌等;还有一直存在分类学归属争议的粘菌、根肿菌等。再加上属于微生物范畴的、分类地位明确的藻类和原生动物等,真核微生物实际上不像原核微生物那样是一个单系类群,而是包含了属于不同生物界的几个类群,不过这其中,真菌仍是种类较多、价值比较重要的主要微生物类群。按照晚近的一些认识,真菌的主要特征包括:①具有真正细胞核;②没有叶绿素,不能进行光合作用;③营养体一般为发达的丝状、分枝结构,也有单细胞;④能进行有性和无性繁殖,产生孢子;⑤细胞壁含几丁质(甲壳质);⑥营养方式为吸收式异养;⑦陆生性较强。第一节丝状真菌——霉菌绝大多数真菌的营养体是菌丝体,因此,丝状真菌是真菌的最主要成员。同时丝状真菌也不是一个系统学或者分类学上的概念,因为它是按照营养体类型的一致性而不是按照作为真菌分类依据的子实体特征来划定范畴的,故包含了接合菌、子囊菌和担子菌等。霉菌(mould,mold)是丝状真菌(filamentousfungi)的一个通俗名称,这是因为这类真菌通常会在生长基质表面呈现为发霉的特征。它们往往在潮湿的气候下大量生长繁殖,长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体(霉状物),有较强的陆生性,在自然条件下,常引起食物、工农业产品的霉变和植物的真菌病害。在地球上,几乎到处都有丝状真菌的踪迹,种类多、数量大。在自然界中,真菌是各种复杂有机物,尤其是数量最大的纤维素、半纤维素和木质素的主要分解者。由于它们具有广泛的生物化学转化活动,使数量巨大的动植物尤其是植物的残体,重新转变为生态系统中的生产者——绿色植物的养料,从而保证了地球上包括人类在内的一切异养生物即生态系统中消费者的需要,并促进了整个生物圈的繁荣发展。霉菌对工农业生产、医疗实践、环境保护和生物学基本理论研究等方面都有密切的关系:①工业应用:如柠檬酸、葡萄糖酸等多种有机酸,淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶等多种酶制剂,青霉素、头孢霉素等抗生素,核黄素等维生素,麦角碱等生物碱,真菌多糖、酿造食品以及植物生长刺激素(赤霉素)等的生产;利用某些霉菌对甾族化合物的生物转化以生产甾体激素类药物;以及霉菌在生物防治、污水处理和生物测定等方面的应用等。②生产各种传统食品,如酿制酱、酱油、干酪等。③基本理论研究:霉菌在基本理论研究中应用很广,最著名的例子是Neurosporacrassa(粗糙脉孢菌)等在建立生化遗传学中的作用。④工业产品的霉变:食品、纺织品、皮革、木器、纸张、光学仪器、电工器材和照相胶片等都易被霉菌所霉坏、变质。⑤引起植物病害:植物传染性病害的主要病原微生物是真菌。真菌约可引起3万种植物病害。如19世纪中叶在欧洲大流行的马铃薯晚疫病;我国于1950年发生的小麦锈病和1974年发生的稻瘟病,使小麦和水稻分别减产了60亿公斤,等等。⑥引起动物疾病;不少致病真菌可引起人体和动物的浅部病变(例如皮肤癣菌引起的各种癣症)和深部病变(例如既可侵害皮肤、粘膜,又可侵犯肌肉、骨胳和内脏的各种致病真菌),在当前已知道的约5万种真菌中,被国际确认的人、畜致病菌或条件致病菌已有二百余种(包括酵母菌在内)。一、营养体Vegetativebody(一)菌丝(hyphae):是真菌营养体的基本单位,为分枝管状,有或无隔膜。它的直径一般为3~10μm,与酵母细胞类似,比细菌或放线菌的细胞约粗10倍。1、真菌菌丝细胞的构造:其外由厚实、坚韧的细胞壁所包裹,其内有细胞膜,再内就是充满着细胞质的细胞腔。细胞核也由双层的核膜包裹,其上有许多膜孔,核内有一核仁。在细胞质中存在着液泡、线粒体、内质网、核糖体、泡囊和膜边体(lomasome)等。膜边体是一种特殊的膜结构,位于细胞壁和细胞膜之间,由单层膜包围而成,形状变化很大,有管状、囊状、球状、卵圆状或为多层折叠状等存在于细胞周围,有点类似于细菌中的间体。其功能还不够清楚,可能与壁形成有关。2、菌丝顶端的构造:包括延伸区、硬化区、次生壁形成区、成熟区、隔膜区。菌丝顶端延伸区和硬化区的内层是几丁质层,外层为蛋白质层;次生壁形成区就是亚顶端部位,其由内至外是几丁质层、蛋白质层和葡聚糖蛋白网层;再下面就是成熟区,其由内至外相应地为几丁质层、蛋白质层、葡聚糖蛋白质层和葡聚糖层;最后就是隔膜区。真菌细胞壁特征性地含有几丁质,使细胞壁坚韧;也含有蛋白质、甘露聚糖和葡聚糖等无定型物质,它们混在上述纤维状物质构成的网内或网外,充实了细胞壁的结构。3、菌丝的功能:主要进行营养吸收和生长扩展。4、菌丝变态:近似通常是分枝的丝状结构,但也常常转变形成一些特殊的形态。(1)假根(rhizoid):存在于毛霉目真菌中,是匍匐状菌丝与基质接触分化出来的根状结构,起固着菌体和吸取养料的作用。(2)吸器(haustorium):由植物专性寄生真菌从菌丝上产生出来的旁枝,侵入细胞内吸收养料的器官。形态多样。(3)附着胞:许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生的膨大结构。可分泌粘性物,借以牢固地粘附在宿主的表面。(4)附着枝:一些寄生真菌由菌丝细胞生出1~2个细胞的短枝,以将菌丝附着于宿主上。(5)匍匐菌丝:毛霉目真菌通常形成的具有延伸功能的匍匐状菌丝。(6)菌环(ring)和菌网(net):捕食性真菌产生的、有菌丝分枝组成的环状或网状组织,主要用于捕捉线虫。(二)菌丝组织和菌丝组织体1、菌丝组织:在真菌生活史的某些阶段,菌丝体进一步结合、组织化,形成疏松的或紧密地交织的组织。(1)疏丝组织:比较疏松,菌丝体是长形的、多少互相平行排列的细胞。(2)拟薄壁组织:有紧密排列的多角形或卵圆形的菌丝细胞组成,类似于维管束植物的薄壁细胞。2、菌丝组织体:(1)菌核(sclerotium):是一种休眠结构、表面颜色黑或暗,颗粒状,由皮层、拟薄壁组织和疏丝组织组成,贮藏养料,并可抵抗逆境、渡过不良环境,条件合适时,可恢复生长,长出菌丝,或者产生子实体。(2)子座(stroma):结构、功能基本上与菌和相同,但形态上为垫状。(3)菌索(rhizomorph):形态上为索状,由皮层和髓部组成,具有延伸和生长能力,能够吸收营养,穿透性强,并可形成子实体。二、子实体frutingbody子实体(sporocarp或fruitingbody):由菌丝等营养体转化或分化而来的、在其里面或上面可产生孢子的、有一定形状的任何构造。是真菌一切产生孢子的结构的统称,包括无性的和有性的。(一)无性子实体:1、游动孢子囊和游动孢子囊梗:存在于鞭毛菌中,有菌丝顶端分化出孢子囊,其内原生质割裂产生具鞭毛的游动孢子,一般着生在菌丝分化形成的游动孢子囊梗上。2、孢子囊和孢子囊梗:存在于接合菌中,不同于游动孢子囊之处在于,其内生的孢子成为孢囊孢子,无鞭毛、有细胞壁,还常有囊轴。3、分生孢子梗:存在于子囊菌或半知菌中,由菌丝分化而来,直接外生于菌落表面或基质表面,外生分生孢子。单生或丛生。形态、颜色等多样。4、分生孢子梗束:是成束状,紧密联结在一起的分生孢子梗。5、分生孢子器:是一个球形或瓶状的结构,在其内壁四周或底部丛生有极短的分生孢子梗,在梗上产生分生孢子。6、分生孢子盘:是一种盘状的结构,其表面簇生有分生孢子梗,生与寄主的角质层或皮层下。7、分生孢子座:是一种垫状的结构,在子座上紧密聚集成簇有分生孢子梗。(二)有性子实体1、担子果:产生担子的子实体。担子由双核菌丝的顶端细胞膨大后形成的。其内进行核的融合和减数分裂,最终在表面外生担孢子。有裸果型,被果型和半被果型三类。2、子囊果:产生和含有子囊的子实体。(1)闭囊壳:是一个球形的,闭合无孔口的结构。(2)子囊壳:是一个具有孔口的球形或瓶状的结构。(3)子囊盘:是一个盘状,杯状或碗状的结构。(4)子囊座:含有子囊的子座,子囊生于子座内部的溶腔中。三、真菌的孢子Spore真菌的孢子形态多样,特征丰富,是真菌分类鉴定的依据。抗逆性很强,数量大,是繁殖方式,也是传播单位。真菌孢子的这些共性有利于我们分离,保存菌种,但也是侵染致病、污染霉变的重要原因之一。四、霉菌的菌落霉菌的细胞呈丝状,在固体培养基上有营养菌丝和气生菌丝的分化,气生菌丝间没有毛细管水,故它们的菌落与细菌和酵母的不同,而与放线菌的接近。霉菌的菌落形态较大,质地一般比放线菌疏松,外观干燥,不透明,呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状;菌落与培养基的连接紧密,不易挑取,菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致等。菌落正反面颜色呈现明显差别的原因,是气生菌丝尤其是由它所分化出来的子实体的颜色往往比分散在固体基质内的营养菌丝的颜色深;而菌落中心与边缘颜色及结构不同的原因,则是越接近中心的气生菌丝其生理年龄越大,发育分化和成熟也越早,颜色一般也越深,这样,它与菌落边缘尚未分化的气生菌丝比起来,自然会有明显的颜色和结构上的差异。第二节酵母菌酵母菌(yeast)一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。从分类学上看,尽管一般认为它们主要是属于子囊菌,但是仍有一些酵母的有性繁殖产生担子,有还有一些酵母菌是没有有性生殖的,因此,关于酵母菌的系统学归属和范畴还有需要澄清和解决的问题。酵母菌的主要特点如下:①营养体(菌体)为单细胞;②多数无性繁殖方式为芽殖,也有裂殖;③有性繁殖主要产生子囊和子囊孢子,少数产生担子和担孢子;④一般能发酵糖类产能;⑤细胞壁常含甘露聚糖;⑥一般嗜好在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。酵母菌的种类很多,并且与人类的关系极其密切。可以认为,酵母菌是人类的第一种“家养微生物”。酵母菌及其发酵产品大大改善和丰富了人类的生活,例如乙醇和有关饮料的生产,面包的制造等。酵母菌分布广泛,是发酵工业的基础。同时酵母菌可被用于甘油发酵、石油降解与转化、油品脱蜡、核酸、甾醇、辅酶A、细胞色素C、凝血质和维生素等生化药物的生产,还可用于单细胞蛋白(SCP)的生产,也是生物学实验的良好材料。主要生长在偏酸性的含糖环境中,例如,在水果、蔬菜、蜜饯的表面和在果园土壤中最为常见,此外,在油田和炼油厂附近土层中也很易分离到能特别利用烃类作为碳源的酵母菌。单细胞蛋白(SCP,singlecellprotein)一般是指来自各类单细胞微生物体的蛋白,可供动物作营养。酵母的单细胞蛋白无毒、易消化吸收、必需氨基酸的含量丰富、核酸含量较低、口味好、制造容易、价格低廉。酵母菌单细胞蛋白生产可利用无机氮源或尿素,生长速度快,细胞体积大。在有害方面,目前已知少数酵母菌能引起人或其他动物的疾病,其中最常见的是Candidaalbicans(白色假丝酵母菌,即“白色念珠菌”)和Cryptococcusneoformans(新型隐球菌)。一、酵母菌细胞的形态构造酵母菌是单细胞真核微生物,细胞直径一般比细菌大10倍,例如,典型的酵母菌——酿酒酵母Saccharomycescerevisiae细胞大小为4.5~21×2.5~10μm,因此,在光学显微镜下,可模糊地看到它们细胞内的种种结构分化。酵母菌细胞的形态通常有球状、卵圆状、椭圆状、柱状或香肠状等多种。可因串生芽殖后,子细胞与暂不脱离母细胞而形成假菌丝。(一)细胞壁酵母菌的细胞壁一般厚约25μm,约占细胞干重的25%,是一种坚韧的结构。用蜗牛消化酶可水解酵母菌的细胞壁,从而制备酵母菌的原生质体。酵母菌的细胞壁分为三层,外层为甘露聚糖,内层为葡聚糖,中间夹有一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