2微生物第二章 真核微生物

第二章真核微生物要点：真核微生物：细胞较大，构造复杂，具有核膜、核仁，存在线粒体或叶绿体等多种细胞器，在细胞结构和功能等方面与原核微生物有显著的差别。酵母菌：单细胞真核微生物，细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核以及细胞器等。繁殖方式可分为两大类：无性繁殖和有性繁殖。无性繁殖包括芽殖和裂殖；有性繁殖主要是产生子囊孢子。霉菌：丝状真菌，细胞构造和酵母菌相似。菌丝有的有隔膜，有的无隔膜。菌丝可分为营养菌丝、气生菌丝和繁殖菌丝，还可以形成各种特化的构造。无性繁殖主要是产生孢囊孢子、分生孢子、厚垣孢子、节孢子等；有性孢子主要有：卵孢子、接合孢子、子囊孢子。常见的霉菌有曲霉、青霉、根霉和毛霉等。蕈菌：能形成大型肉质子实体的真菌，主要属于担子菌类。第一节真核微生物概述真核微生物是细胞核具有核膜、核仁，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的一类微生物。典型真核细胞的构造可见图2-1。由图可知，真核细胞与原核细胞相比，其形态更大、结构更为复杂、细胞器的功能更为专一。真核生物已发展出许多由膜包围着的细胞器，如内质网、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体和叶绿体等，更重要的是，它们已进化出有核膜包裹着的完整的细胞核，其中存在着构造极其精巧的染色体，它的双链DNA长链已与组蛋白和其他蛋白密切结合，以更完善地执行生物的遗传功能。（a）（b）图2-1真核细胞结构（a）-典型的动物细胞（b）-典型的植物细胞真核微生物主要包括真菌(fungi)、显微藻类(algae)和原生动物(protozoa)，其中真菌又分为酵母菌、丝状真菌(霉菌)和大型真菌(蕈菌)三类。本章重点介绍真菌中的酵母菌和霉菌。一、真菌的特点真菌在自然界中分布广泛，类群庞大，约有十几万种，形态差异极大。菌体小至显微镜下才能看见的单细胞酵母菌，大至肉眼可见的分化程度较高的灵芝等蕈菌的子实体。生殖方式为无性或有性，同宗或异宗配合。真菌是一类低等真核微生物，主要有4个特点：①有边缘清楚的核膜包围着细胞核，而且在一个细胞内有时可以包含多个核，其他真核生物很少出现这种现象；②不含叶绿素，不能进行光合作用，营养方式为异养吸收型，即通过细胞表面自周围环境中吸收可溶性营养物质，不同于植物(光合作用)和动物(吞噬作用)；③以产生大量无性和有性孢子进行繁殖；④除酵母菌为单细胞外，一般具有发达分枝的菌丝体。真菌与人类的关系非常密切。它们可以作为食品的来源，为人类提供美味食品和蛋白质、维生素等资源，同时还可为人类提供真菌多糖、低聚糖等提高免疫力、抗肿瘤的生物活性物质。有些真菌还可产生抗生素、酒精、有机酸、酶制剂、脂肪、促生长素等。用作名贵药材的灵芝、茯苓等也是真菌的菌体。真菌还可以将环境中的各种有机物降解为简单的复合物和无机小分子，在自然界的物质转化中起着不容忽视的作用。另外，真菌还是进行基础生物学研究的重要研究工具。但是真菌也有对人类有害的一面，如许多真菌可引起人畜的疾病、植物病害、导致工业原料及农产品的霉变、食品和粮食发霉，甚至在食品和粮食中产生毒素，给人类带来了极大的危害和损失。二、真菌的细胞构造如果从形态上观察各种真菌，可能有较大的差异，但是它们的细胞构造基本上是相同的。真菌细胞的基本构造有细胞壁、细胞膜、细胞核、内质网、线粒体等。现分别介绍如下。（一）细胞壁真核微生物细胞壁的功能与原核微生物类似，除具有固定外形外，还有保护细胞免受各种外界因子（渗透压、病原微生物等）损伤等功能。真菌细胞壁的主要成分是多糖，另有少量的蛋白质和脂类。许多研究发现，不同的真菌，其细胞壁所含多糖的种类也不同，在低等真菌中，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，而高等陆生真菌则以几丁质为主。（二）细胞质膜细胞膜是所有细胞生物的重要细胞结构之一。真核细胞与原核细胞在其质膜的构造和功能上十分相似，两者的主要差异可能仅是由于构成膜的磷脂和蛋白质种类不同而形成的。此外，在化学组成中，真菌细胞的质膜中具有甾醇，而在原核生物的质膜中很少和没有甾醇。真核细胞中有细胞器存在，各种细胞器都有内膜包围，这些膜叫做细胞内膜，其化学组成与细胞膜相同。（三）细胞核细胞核是细胞内遗传信息（DNA）的储存、复制和转录的主要场所，外形为球状或椭圆体状。一切真核生物都有形态完整、有核膜包裹的细胞核，它对细胞的生长、发育、繁殖和遗传、变异等起着决定性的作用。每个细胞通常只含一个核，有的含两至多个，例如须霉属(Phycomyces)和青霉属(Penicillium)的真菌，有时每个细胞内竟含20～30个核，占了细胞总体积的20%～25%，而在真菌的菌丝顶端细胞中，常常找不到细胞核。真核生物的细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质等构成。（四）内质网内质网指细胞质中一个与细胞基质相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统，由脂质双分子层围成。其内侧与核被膜的外膜相通。内质网分两类，它们间相互连通，其中之一是在膜上附有核糖体颗粒，称糙面内质网，具有合成和运送胞外分泌蛋白的功能；另一类为膜上不含核糖体的光面内质网，它与脂类代谢和钙代谢等密切相关，主要存在于某些动物细胞中。核糖体又称核蛋白体，是存在于一切细胞中的无膜包裹的颗粒状细胞器，具有蛋白质合成功能。真核细胞的核糖体较原核细胞的大，其沉降系数为80S。每个细胞含大量核糖体，核糖体除分布在内质网和细胞基质中，还分布于线粒体和叶绿体中，但它们都是与原核生物相同的70S核糖体。（五）高尔基体高尔基体也是一种内膜结构，由意大利学者高尔基(C.Golgi)于1898年发现，故名。它是由许多小盘状的扁平双层膜和小泡所组成，其上无核糖体颗粒附着。高尔基体是协调细胞生化功能和沟通细胞内外环境的一个重要细胞器，通过它的参与和对“膜流”的调控，就把细胞核被膜、内质网、高尔基体和分泌泡囊的功能联成了一体。（六）线粒体线粒体是含有DNA的细胞器。它的构造较为复杂，外形囊状，由内外两层膜包裹，囊内充满液态的基质。外膜平整，内膜则向基质内伸展，从而形成了大量由双层内膜构成的嵴。内膜是氧化磷酸化及电子传递产生ATP的场所，故线粒体是一切真核细胞的“动力车间”。不同细胞种类或在不同生理状态下，其形态和长度变化很大。一般在光学显微镜下呈线状、杆状或颗粒状。（七）液泡在真核细胞中还有或大或小，含有液体的泡，这就是液泡。液泡中的液体叫做细胞液，主要成分是水，含有糖原、脂肪、多磷酸盐等贮藏物，精氨酸、鸟氨酸和谷氨酰胺等碱性氨基酸，以及蛋白酶、酸性和碱性磷酸酯酶、纤维素酶和核酸酶等各种酶类。液泡不仅有维持细胞渗透压、贮存营养物等功能，而且还有溶酶体的功能。（八）内含物真菌细胞中有各种内含物，不同种类的真菌，其内含物的种类也不相同。常见的有异染粒、淀粉粒、肝糖粒、脂肪粒等。它们多是贮藏的养料，当营养丰富时其内含物颗粒较多，当营养缺乏时，可因菌体的利用而消失。异染粒是真菌细胞中普遍存在的内含物，由偏磷酸及少量脂肪、蛋白质和核酸所组成。最初在细胞质中形成，后来存在于液泡中。异染粒在老细胞中常形成较大的颗粒，折光性强。脂肪粒在真菌细胞中也是普遍存在的。第二节酵母菌酵母菌不是分类学上的名称，而是一类非丝状真核微生物，一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。酵母菌通常以单细胞状态存在，细胞壁常含甘露聚糖，以芽殖或裂殖进行无性繁殖，能发酵糖类产能，喜在含糖量较高的偏酸性水生环境中生长。酵母菌在自然界分布很广，主要分布于偏酸性含糖环境中，如水果、蔬菜、蜜饯的表面和果园土壤中。石油酵母则多分布于油田和炼油厂周围的土壤中。酵母菌是人类应用最早的微生物，与人类关系极为密切。千百年来，酵母菌及其发酵产品大大改善和丰富了人类的生活，如各种酒类生产，面包制造，甘油发酵，饲用、药用及食用单细胞蛋白生产，从酵母菌体提取核酸、麦角甾醇、辅酶A、细胞色素C、凝血质和维生素等生化药物。近年来，在基因工程中酵母菌还以最好的模式真核微生物而被用作表达外源蛋白功能的优良受体菌，同时它也是分子生物学、分子遗传学等重要理论研究的良好材料。当然，酵母菌也会给人类带来危害。例如，腐生型的酵母菌能使食品、纺织品和其他原料发生腐败变质；耐渗透压酵母可引起果酱、蜜饯和蜂蜜的变质。少数酵母菌能引起人或其他动物的疾病，其中最常见者为“白色念珠菌”(白假丝酵母)能引起人体一些表层(皮肤、黏膜或深层各内脏和器官)组织疾病。一、酵母菌的形态和构造（一）酵母菌的形状与大小大多数酵母菌为单细胞，形状因种而异。基本形态为球形、卵圆形、圆柱形或香肠形。某些酵母菌进行一连串的芽殖后，长大的子细胞与母细胞并不立即分离，其间仅以极狭小的接触面相连，这种藕节状的细胞串称为假菌丝。菌体无鞭毛，不能游动。酵母菌的细胞直径约为细菌的10倍，其直径一般为2～5μm，长度为5～30μm，最长可达100μm。每一种酵母菌的大小因生活环境、培养条件和培养时间长短而有较大的变化。最典型和最重要的酿酒酵母细胞大小为（2.5～10）μm×（4.5～21）μm。（二）酵母菌的细胞构造酵母菌具有典型的真核细胞构造（图2-2），与其他真菌的细胞构造基本相同，但是也有其本身的特点。酵母菌细胞壁具三层结构——外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，都是复杂的分枝状聚合物，其间夹有一层蛋白质分子。位于细胞壁内层的葡聚糖是维持细胞壁强度的主要物质。此外，细胞壁上还含有少量类脂和以环状形式分布于芽痕周围的几丁质。用玛瑙螺的胃液制得的蜗牛消化酶，可用来制备酵母菌的原生质体。图2-2酵母菌细胞构造的模式图芽痕是酵母菌特有的结构，酵母菌为出芽生殖，芽体成长后与母细胞分离，在母细胞壁上留下的标记即为芽痕。在光学显微镜下无法看到芽痕，但用荧光染料染色，或用扫描电镜观察，都可看到芽痕。二、酵母菌的繁殖方式酵母菌具有无性繁殖和有性繁殖两种繁殖方式，大多数酵母以无性繁殖为主。无性繁殖包括芽殖、裂殖和产生无性孢子，有性繁殖主要是产生子囊孢子。繁殖方式对酵母菌的鉴定极为重要。（一）无性繁殖1.芽殖芽殖是酵母菌最常见的繁殖方式。在良好的营养和生长条件下，酵母菌生长迅速，几乎所有的细胞上都长有芽体，而且芽体上还可形成新芽体，于是就形成了呈簇状的细胞团。出芽过程见图2-3。图2-3酵母菌出芽过程芽体形成过程：水解酶分解母细胞形成芽体部位的细胞壁多糖，使细胞壁变薄；大量新细胞物质——核物质(染色体)和细胞质等在芽体起始部位堆积，芽体逐步长大后，就在与母细胞连接的位置形成由葡聚糖、甘露聚糖和几丁质组成的隔壁。成熟后两者分离，在母细胞上留下一个芽痕，在子细胞上相应地留下一个蒂痕。2.裂殖酵母菌的裂殖与细菌裂殖相似。其过程是细胞伸长，核分裂为二，细胞中央出现隔膜，将细胞横分为两个大小相等、各具一个核的子细胞。进行裂殖的酵母种类很少，裂殖酵母属的八孢裂殖酵母就是其中一种。3.产生无性孢子少数酵母菌（如掷孢酵母）可以产生无性孢子。掷孢酵母可在卵圆形营养细胞上生出小梗，其上产生掷孢子。掷孢子成熟后通过特有喷射机制射出。用倒置培养器培养掷孢酵母时，器盖上会出现掷孢子发射形成的酵母菌落的模糊镜像。有的酵母菌如白假丝酵母(Candidaalbicans)等还能在假菌丝的顶端产生具有厚壁的厚垣孢子。（二）有性繁殖酵母菌以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖。其过程是通过邻近的两个形态相同而性别不同的细胞各伸出一根管状原生质突起，相互接触、融合并形成一个通道，细胞质结合(质配)，两个核在此通道内结合(核配)，形成双倍体细胞，并随即进行减数分裂，形成4个或8个子核，每一子核和其周围的原生质形成孢子。含有孢子的细胞称为子囊，子囊内的孢子称为子囊孢子。酵母菌的子囊和子囊孢子形状，因菌种不同而异，是酵母菌分类鉴定的重要依据之一。通常处于幼龄的酵母细胞，在适宜的培养基和良好的环境条件下，才易形成子囊孢子。在合适的条件下，子囊孢子又可萌发成新的菌体（见图2-4）。图2-4啤酒酵母菌的生活史三、酵母菌的菌落特征酵母菌的菌落形态特征与细菌相似，但比细菌大而厚，湿润，表面光滑，多数不透明，黏稠，菌落颜色单调，多数呈乳白色，少数红色，个别黑色。酵母菌生长在固体培养基表面，容易用针挑起，菌落质地均匀，正、反面及中央与边缘的颜色一致。不产