《真菌的生殖》PPT课件.ppt

第六章真菌的生殖,生殖现象包括配子、孢子和它们相应器官的形成，并要在遗传、营养物质和环境条件的控制下进行。真菌传代类型无性繁殖：断裂、出芽（裂殖）和产生孢子有性生殖：配子的融合和减数分裂产生有性孢子生殖意义：真菌的繁殖不仅导致新个体的形成，而且可形成能抵御不良环境和有利于传播的结构，以便于种族的延续。真菌的生殖机制差异巨大，不同种类可分别产生不同的有性或无性孢子，或兼而有之，很难从生殖生理方面进行一般性的概括，相同的环境因素，例如温度、光照、pH、通气情况以及营养条件等对真菌的有性生殖和无性繁殖也有不同的结果。,第一节无性繁殖和孢子类型真菌的无性繁殖是指不经过两性细胞的配合便能产生新的个体。大多数真菌借助无性繁殖产生后代。无性繁殖的方式A裂殖是真菌中最简单的无性繁殖方式B芽殖C无性孢子：（产生与一定的结构里）游动孢子(zoospore)-游动孢子囊孢囊孢子(sporangiospore)-孢子囊分生孢子(conidium)-分生孢子器、分生孢子盘等,一、游动孢子游动孢子是一个具有不同细胞器的高度分化的细胞。游动孢子产生于一定形式的游动孢子囊内，孢子囊以液泡割裂的方式将多核的原生质体分割成许多小块，每一小块有一细胞核，小块逐渐变圆，被以薄膜而形成游动孢子，一般具有一根或两根鞭毛，而且靠鞭毛游动。游动孢子一般呈圆形、洋梨形或肾形，成熟以后从孢子囊特生的管口或孔口释放，或孢子囊破裂释放。产生游动孢子的真菌多为水生真菌，大多数属鞭毛菌门。游动孢子的细微结构因不同种属而有变化，但是主要结构变化不大。例：埃默森小芽枝霉。,在单核的游动孢子内细胞核被一个大的核帽完全包住。在孢子内含有一个线粒体，内侧紧靠细胞核，外侧连有类脂体和微体。线粒体微体类脂体外围由背膜（双膜系统）包围而构成侧泡复合体，侧泡复合体可分解类脂从而释放能量供鞭毛运动。细胞质内还有液泡、糖颗粒、小泡囊和r体等，r体是一个小而有膜的结构，只在埃默森小芽枝霉中见到。游动孢子有一条后生尾鞭式鞭毛，鞭毛在孢子内的部分称为鞭毛动体，与鞭毛运动相关，鞭毛动体与细胞核相连。,真菌的鞭毛尾鞭式和茸鞭式。尾鞭式的鞭毛分基部和顶部两部分，基部比顶部坚实而且长得多，顶部甚短而有弹性。一般具有后生单鞭毛的游动孢子，其鞭毛是尾鞭式的；茸鞭式的鞭毛呈羽毛状的结构，有一长的主轴，沿主轴两侧具短毛。具单生前鞭毛的游动孢子，其鞭毛是茸鞭式的；双鞭毛的游动孢子，其鞭毛一根是尾鞭式，一根是茸鞭式，孢子游动时这两根鞭毛一前一后，前鞭毛是茸鞭式，后鞭毛是尾鞭式。,真菌的鞭毛结构属于9+2型鞭毛。每根鞭毛的外面都有一层膜，膜内有11根纤丝，其中9根较大的周围纤丝包围着两根较细的位于中心的纤丝。纤丝外面的膜一般呈螺旋状，此膜取消后，可见到每一纤丝有13根附纤丝。每根中心纤丝有2根附纤丝，每根周围纤丝有23根附纤丝。目前许多真菌学家认为游动孢子的鞭毛形态在系统发育和分类上占有重要的地位。从真菌、鱼类、青蛙、老鼠，到人类都是9+2鞭毛，9根周围纤丝包围着2根中心纤丝，共11根纤丝。这既说明各类生物之间的系统发育关系，也说明生物之间是同源的。,二、孢囊孢子孢囊孢子产生在孢子囊内，无鞭毛，不能游动，所以又称为静止孢子。孢囊孢子在形状、大小、特征和颜色上互不相同。产生：孢囊孢子通常由孢子囊中的原生质割裂成小块，再在其周围形成壁。在最初形成时每个孢囊孢子是单核的，后来由于核的分裂变为多核。孢囊孢子是在孢子囊内产生的，孢子囊的形状在不同的种属中有所不同，一般呈圆形、洋梨形或狭圆柱形。孢子囊的结构也不完全相同，一般毛霉目中可以找到典型的孢子囊(图6-3)。,孢子囊内的孢子数目也不相同，可由一个到多个。有的孢子囊内只有少数几个孢子而且呈直线排列，此种孢子囊称为柱形孢子囊。有些属的孢子囊内只有一个孢子，这种孢子囊有时称为“分生孢子”。孢子囊形成于孢囊梗上，孢子囊与孢囊梗间的隔膜一般均凸出成圆形、卵圆形或洋梨形，这个凸出的部分是囊轴。有些属除有一般的孢子囊外，有时同时产生只有少数孢子的小孢子囊，小孢子囊一般无囊轴。,孢囊梗有多种类型，不分枝、双叉分枝或不规则分枝。孢囊梗的不同类型常作为分类的依据(图64)。,三、分生孢子(一)分生孢子的发育分生孢子是真菌中最常见的无性孢子，其形状、大小、结构以及着生的方式多种多样。由于真菌产生的分生孢子类型的极端不同而导致了分生孢子发育研究的复杂性。分生孢子的发育主要有两种类型，芽殖型(blastic)和菌丝型(thallic)。,芽殖型分生孢子的形成过程与菌丝顶端的生长过程相似。大量的泡囊聚集在分生孢子发生处。这些泡囊含有细胞壁生长所必须的酶和壁的亚单位。分生孢子开始生长时聚集的泡囊分散开导致球形生长，或者泡囊保持极性状态产生一个柱形细胞。菌丝型的发育类型中，泡囊解聚集，菌丝顶端生长停止，开始形成分生孢子，在菌丝的顶端成一个或一串分生孢子。其中包括内层壁的加厚和隔膜的形成。,(二)分生孢子的发育类型分生孢子是真菌中最常见的无性孢子。1芽殖型分生孢子是由产孢细胞的一部分通过生长而形成。它又可分为内生芽殖型和外生芽殖型两类。(1)内生芽殖型孢子是从产孢细胞的管孔或孔道内长出来的，产孢细胞的外壁不形成分生孢子的壁。(2)外生芽殖型孢子是由产孢细胞的产孢点通过生长、膨大，产生隔膜而形成的。孢子壁含有产孢细胞的内壁和外壁的成分。这类孢子统称为外生芽孢子。,2菌丝型分生孢子是由已存在的菌丝细胞整个转化来的，有以下两种类型：(1)外生节孢子产孢菌丝产生隔膜，即断裂成为孢子。产孢菌丝的各层壁均参与分生孢子的生成，如Arthrographis和Geotrichum等属真菌产孢方式(图6-12,A)。（2）内生节孢子菌丝产生隔膜，节裂形成分生孢子的过程中，菌丝的外壁不参与新生孢子的壁。因此，孢子是内生的。,(三)分生孢子的产孢结构分生孢子往往产生在一定的产孢结构内。分生孢子器是一个球形或瓶形的结构，在器内壁四周表面或底部生有极短的分生孢子梗，梗上产生分生孢子。,分生孢子座许多分生孢子梗紧密聚集成簇，形成垫状，分生孢子着生于每个梗的顶端。这种结构称为分生孢子座(B)。孢梗束分生孢子梗的基部联合成束状，束丝顶端分开而且常具分枝，分生孢子着生在无数分枝的顶端。此称孢梗束(C)。,分生孢子盘在寄主的角质层或表皮下，分生孢子梗簇生在一起而形成的盘状或扁平状的结构。其中夹杂有或没有刚毛。分生孢子梗自薄而平展或厚而垫状的拟薄壁组织上面形成。,第二节有性生殖和孢子类型真菌的有性生殖包括三个不同的时期：质配，是两个带核的原生质体相互融合为一个细胞。核配，是由质配带入同一个细胞内的二个核相结合。在许多低等真菌中，核配差不多是在质配之后立即进行的。在高等真菌中，这两个过程是分开的，质配后形成一个包括两个不同性的细胞核的双核时期，这样的两个核一直要到生活史的晚期才融合。其间，双核细胞分裂时所产生的姊妹核进入到两个子细胞中，而使双核状态从一个细胞传到另一个细胞。减数分裂，双核细胞最终必将发生核的融合，而后发生减数分裂，使染色体数目减为单倍。,一、性的亲和性有性生殖过程中存在着性别调控的机制，即某一特定的菌丝能否同其相应的菌丝进行交配。有性生殖产生的变异范围取决于菌丝间的亲缘关系的远近。远缘交配现象在真菌中是通过菌丝融合过程来实现；远缘交配促进遗传的异质性，为进化提供了必要的变异。近亲交配是通过两个个体间的有性生殖完成，近亲交配趋向于产生同源的种，其遗传变异较少。,真菌性的表现有同宗配合和异宗配合两种方式，同宗配合是自体可孕的，异宗配合是自体不孕的。大多数真菌是雌雄同株的，但并不是所有雌雄同株的真菌都是自交能育的或者称为同宗配合，而大多数是异宗配合的，必须有两个具有亲和性的菌体才能形成有性孢子。同宗即有共同来源的，有相同起源，如来自一个孢子异宗即有不同来源的，起源不同，如来自两个孢子,(一)同宗配合同宗配合：单一的核型含有完成表达所需的全部遗传信息，即同宗配合的交配因子存在于同一染色体上，不需要经过两个菌丝的交配就能完成性的生活史，这是雌雄同体并且自身可孕的结合。在鞭毛菌和子囊菌中同宗配合占优势，少数存在于担子菌中。(二)异宗配合异宗配合：由单核孢子萌发形成的菌丝体不含有调节有性生殖所需的全部基因，两个同核菌丝(互补细胞)结合产生合子，它具有互补的全部的遗传因子。这些真菌是自交不育的。异宗配合受遗传非亲和性因子控制，具有不同接合型的真菌存在三种不同类型的非亲合系统。非亲合性系统在所含的遗传位点数和每一位点的等位基因数是不同的。(纯合的非亲和性因子致不育，非纯合的可育),1一对等位基因的异宗配合一对等位基因存在于同一个位点上，两个等位基因减数分裂时分离，每个单核体只含有一个等位基因。两个单核体只有在控制非亲和性的位点上所带的基因不同时，才能完成异宗配合。,2多个等位基因的异宗配合控制非亲和性的位点上具有多个等位基因。增加了亲和性因子的杂交概率，从而增加了远缘繁殖的机会。（1）两极性多等位基因的异宗配合单一的遗传因子（A），一个位点，多个等位基因。,（2）四极性多等位基因的异宗配合由两个遗传因子A和B控制着亲和性，分别位于分开的染色体上，减数分裂时独立分离，每一个因子都有许多等位基因。,任何一个子实体的产生的孢子之间进行近亲繁殖时，四极性的异宗配合的成功率只有25%，而两极的为50%。,裂褶菌配对实验,F具相同的A等位基因，而B等位基因不同。菌丝能融合，但核不能移动，没有锁状联合现象，这就是所谓的扁平反应(Flatreaction)B具相同的B等位基因，而A等位基因不同。交配的菌落互相排斥，在接近中心部位停止生长，形成一条栅栏带（Barragezone）将两菌落分开。,独立分离，自由组合,二、性细胞结合的方式每一种真菌在发育成熟之后要进行有性生殖。首先要产生雌性和雄性的生殖器官，在雌雄同株的菌体中假如它是自交亲和的，就能单独地进行有性生殖。雌雄异株的菌体不能单独进行自我有性生殖。有一些真菌不产生分化的性器官，或者说性器官退化，性的功能由营养菌丝代替，这种真菌自身能否进行有性生殖要取决于它们是否自交亲和。质配过程中具有亲和性的细胞核被带入同一个细胞中去，这是有性生殖的第一步，而且结合的方法也多种多样，最普通的有下列数种方式。,(一)游动配子配合两个裸露配子的结合，配子一个或两个为能动的配子称做游动配子。在这一配合方式分三种情形：1同形配子的配合在最原始的真菌中产生同形的游动配子2异形配子的配合游动配子的形态相同但大小不等。这在异水霉属较低等的种中才产生，例如链枝菌属类配子。3在异形配子配合中雌配子不动，能动的雄配子进入藏卵器中使卵受精，例如泰勒拟单毛菌的生殖方式。游动配子配合多发生在低等的水生真菌中。,(二)配子囊接触在这一配合方式中，雄性和雌性配子囊中的配子退化成了核，配子核不能从配子囊中释放出来，而是直接从一个配子囊转移到另一个配子囊中。在两个配子囊相互接触时，雄性的核是通过在配子囊壁的接触点溶解成的小孔进入雌配子囊中，或是通过两个配子囊之间形成的授精管进入雌配子囊中。核输送完成后，雌配子囊(或藏卵器)发育而雄配子囊(或藏精器)最后消解。雌、雄配子囊可以是同形的也可以是异形的。,(三)配子囊交配两个相接触的配子囊的全部内容物的融合。主要有下面二种方式：1雄配子囊的内容物通过配子囊壁上的接触点生成的小孔而转移到雌配子，这种方法对于整体产果式的真菌(营养与生殖同体）是典型的，整个菌体如同一个配子囊，雄性菌体依附并把全部内容物转入雌性菌体中。2两个配子囊细胞直接融合为一两个配子囊壁接触部位溶解而成为一个公共细胞。这在接合菌的有性生殖中是典型的。,(四)受精有些真菌以各种方式产生很多小的、单核的孢子状的雄性结构，叫不动精子(spermatium)。这些精子由昆虫、风、水或其他方法带到受精丝或者营养菌丝上，在接触点形成一个孔，精子的内容物输入而完成质配过程。这种方式多发生在子囊菌和担子菌中，如脉孢菌和锈菌等。,(五)体细胞配合(somatogamy)很多高等真菌不产生任何有性器官(或性器官退化)，而营养细胞代替了性器官的功能。如大多数担子菌，有些酵母的生殖方式也属此类。(P374),三、有性孢子类型减数分裂时发生染色体的交换和遗传重组，因此有性生殖可能发生遗传变异。真菌的有性生殖可形成下列四种有性孢子：（一）卵孢子（二）接合孢子（三）子囊孢子（四）担孢子,（一）卵孢子在壶菌门中性细胞的配合方式主要是游动配子配合、配子囊接触和体细胞配合。而卵孢子的形成是卵菌纲的有性孢子的代表。卵孢子是由两个异形配子囊结合（配子囊接触）后发育而成的。雄器藏卵器卵球卵孢子在较高等的鞭毛菌中，藏卵器通常分化为两层，中部密集的原生质叫卵质（即卵球），外层叫卵周质。卵球生出外壁发育成双倍体的厚壁的卵孢子。,授精管,(二)接合孢子接合孢子是接合菌门典型的有性孢子。它是由菌丝上生出的形态相同或略有不同的两个配子囊接合（配子囊交配）而成的，有同宗配合和异宗配合两种形式。两个临近的菌丝各自向对方生长极短的原配子囊接触、顶端膨大、形成横隔配子囊隔膜消失质配、核配双倍体接合孢子。接合孢子内许多对融合的核中只有一个双倍体核存活到减数分裂一个双倍体核存活减数分裂四个单倍体的核接合孢子萌发时一个单倍体核中的进入芽管多次的有丝分裂在减数分裂孢子囊内产生同性的单倍体核。,有性孢子,无性孢子,(三)子囊孢子(ascospore)(P328)子囊孢子是子囊菌门的真菌有性生殖所形成的有性孢子。在较高等的子囊菌中，是由两个异形配子囊雄器和产囊体相结合（质配但不核配，有丝分裂）。在产囊体上形成许多丝状分枝的产囊丝（成对的核进入，分裂几次形成多核体，产生隔膜分割产囊丝，顶端始终为双核体）；产囊丝顶端细胞伸长并弯曲形成产囊丝钩，而后条件适合时，双核融合，形成一囊状的子囊母细胞。由子囊母细胞发育成子囊，在子囊内形成内生的单倍体子囊孢子。,子囊的形状多样,子囊盘,(四)担孢子(basidiospore)(P372376)担孢子是担子菌所产生的有性孢子。在担子菌中，两性器官多退化，以菌丝结合的方式产生双核菌丝。在双核菌丝的两个核分裂之前可以产生勾状分枝而形成锁状联合，有利于双核并裂。双核菌丝的顶端细胞膨大为担子，担子内两性细胞核配合后形成一个二倍体的细胞核，经过减数分裂后形成四个单倍体的核。同时在担子顶端长出四个小梗，小梗顶端稍微膨大，最后四个核分别进入小梗的膨大部位，形成四个外生的单倍体的担孢子。,上述的有性孢子可分为二类一类是两性结合后随即产生细胞核为双倍的厚壁休眠孢子，如卵孢子和接合孢子；一类是两性结合后产生细胞核为单倍的非休眠孢子，如子囊孢子和担孢子。这一类孢子产生时大都经过一个双核阶段，再核配、减数分裂，形成单倍体孢子。从有性孢子的形成过程也可体现出高等和低等真菌之间的差异。,第三节生殖器官的形态建成本节重点讨论激素与性分化的关系生殖器官，如性器官、配子体和子实体的形态建成是一个十分复杂的课题，可能由许多基因或内分泌控制着。近年来研究得较多，但仅在少数真菌中进行了详细的研究。从发表的研究资料中可以看出真菌的激素可以调控配子囊的分化，在接合过程中作为引诱剂，同时对子实体的形成起作用。但现仍不知道激素是如何在真菌中分布的，证明激素行为的资料相当少，而且证明激素存在的实验较为困难。,一、绵霉属（卵孢子）Raper于19401950年间关于卵菌纲绵霉属的研究首次证明了激素与有性生殖的相关性。选用两性不清绵霉和两性绵霉，它们是异宗配合的种。雄性和雌性结构分别称作雄器和藏卵器，有性生殖需要两个亲和菌丝。绵霉属的营养菌丝是双倍体，当两个亲和菌丝彼此生长而靠得很近时，雌性营养菌丝产生激素A，它诱导雄性菌丝分化而形成精子器菌丝；当精子器菌丝产生后分泌激素B，扩散到雌性菌丝，诱导初始藏卵器细胞的形成；初始藏卵器细胞形成后产生激素C，它诱导精子器菌丝沿着一个浓度梯度向卵原细胞方向生长，并形成精子器；雄性菌体产生激素D，它刺激藏卵器的形成和进一步发育。精子器和藏卵器形成之后，同时发生减数分裂，精子器中形成单核单倍体的受精管，藏卵器中形成120个单核单倍体的卵球，受精管和卵球之间发生质配和核配，形成双倍体的卵孢子。最终卵孢子从藏卵器中被释放，然后萌发并形成新的菌体(图619)。,Barksdale1963年和1969年的实验证据说明激素A既可以吸引精子器菌丝又可以刺激精子器菌丝，使之产生精子器，也就是说激素C是不存在的，而且对激素D的存在提出怀疑。激素A和激素B已被分离鉴定，分别为成雄器素和成雌器素。这两种激素均是类固醇化合物，在植物及真菌界中绵霉属是唯一有类固醇做中介进行生殖的例子。将成雄器素运输进入细胞是诱导形成精子器菌丝的关键性前提。用氚标记的成雄器素研究表明，该激素首先与细胞壁结合，然后被运入细胞内。一旦进入细胞，成雄器素很快启动细胞基因组。Horgen(1971)指出，成雄器素进入30min后，核糖体基因就被启动，且mRNA，rRNA和蛋白质的合成增加。实验证明激素A在水中的活性浓度低限是10-9molL。,二、异水霉属异水霉属(Allomyces)是壶菌类中有性生殖被仔细研究过的代表。此属中菌丝体阶段的生活史包含有单倍体和双倍体时期。双倍体时期游动孢子囊产生双倍体游动孢子进行无性繁殖。单倍体时期在不利的环境条件下，双倍体菌丝上形成厚壁孢子囊，这些孢子囊中发生减数分裂形成单倍体游动孢子，此游动孢子萌发形成单倍体或配子体菌丝。当营养物如氮源缺乏或当温度增高时，单倍体菌丝上便形成雄性和雌性的配子囊，而且“”和“”配子囊一个在另一个之上相邻产生，为同宗配合。配子囊破裂后“”和“”配子被释放，不久便融合形成合子（异形配子的配合），发育成孢子体菌丝。,1950-60年代Machlis及其同事研究了雌雄配子结合在一起的机制。发现雌配子体产生一种专一的能扩散的引诱剂诱雄激素(sirenin)，为双环的倍半萜烯，它是第一个被分离鉴定的真菌激素。雌配子释放诱雄激素来吸引雄配子，在雄配子接触雌配子后这种激素的释放停止。吸引雄配子的最适浓度为10-8molL，而在10-4molL较高浓度时却不能吸引雄配子。关于诱雄激素能引起对雄配子吸引的机理目前尚不清楚。一旦雄配子非常接近雌配子，激素便迅速失活，它们之间的吸引力就减少了，此时仅仅依赖随机运动确保它们之间的接触。一旦雌雄配子发生接触，细胞彼此识别，便发生质配过程。细胞的融合终止了诱雄激素的合成和分泌。,三、毛霉目毛霉目的菌是通过配子囊的接合进行有性生殖。在异宗配合的种中，两性菌株分别称为“+”和“-”。当两个亲和的菌株通过配子囊交配形成接合孢子。,1924年Burgeff研究了几个毛霉目的种，发现每一菌株都可以产生可扩散的挥发性物质刺激另一菌株形成原配子囊并且使其相互靠近，即使不同的成员都会彼此吸引，说明毛霉目真菌拥有一种或多种相同的激素。1967年配囊柄诱导激素被分离鉴定，命名为三孢酸，包括三孢酸B、三孢酸C和三孢酸A。三孢酸B和C的结构式如图6-24所示，据对三孢布拉霉和高大毛霉的研究表明，它们的三孢酸是不同的，无论是反式和顺式结构均有活性，而且每一种三孢酸都能诱导“+”、“-”菌株的配囊柄的形成。,14C标记的研究表明“+”、“-”菌株均能合成三孢酸，每一菌株分泌前激素扩散到相反的菌株中转化为三孢酸。单独生长的菌株不能合成激素。同宗配合的