第三章 真核微生物的形态、构造和功能.ppt

1、第三章 真核微生物的形态、构造和功能,要求掌握真核微生物、真菌的概念、类群、特性；重点掌握酵母菌、霉菌的概念、类群特性、繁殖方式；掌握常见的真菌的生理特性以及用途；了解真菌与人类、自然的关系以及真菌与生产、应用的关系。,真核生物与原核生物的比较,凡是细胞核具有核膜、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细胞器的微小生物，都称为真核微生物。,真核微生物(Eucarvotic microbes),真菌的分类,Ainsworth分类系统,G.W.Martin分类系统,真菌具有细胞壁，不含叶绿素，无根茎叶的分化，以产生大量孢子进行繁殖，以寄生 或腐生方式生存的真核微生物。,第一节 酵母菌

2、yeast,酵母菌是一类单细胞真菌的俗称，分类学上分属于子囊菌纲和半知菌类。,特征:1.个体一般以单细胞状态存在；2.多数营出芽生殖，有的裂殖；3.能发酵糖类产能；4.细胞壁常含有甘露聚糖；5.喜在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。,分布：偏酸性的含糖环境。水果、蔬菜、蜜饯的表面，果园 土壤中与环境有关。 种类：据1982年的资料，已知的酵母有56属，500多种。酵 母菌与人类的关系极其密切。,（一）酵母菌的形态和大小,细胞直径比细菌粗10倍左右，如Saccharomyces cerevisiae细胞的宽度为2.5-10m，长度为4.5-21m。因此在光学显微镜下可以模糊地看到它们细胞内的

3、各种结构分化。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.,（二）繁殖方式,根据能否进行有性繁殖，可将酵母菌分为： 假酵母：只有无性繁殖过程。 真酵母：既有无性繁殖，又有有性繁殖过程。,1、芽殖,是yeast无性繁殖的主要方式。 一个酵母能形成的芽数是有限的，（平均24个） 出芽方式： 多边出芽、两端出芽、三边出芽、单边出芽。 环境适宜时，可出现假菌丝,芽殖过程： 母细胞形成小突起（AD） 核裂（EG） 原生质分配（HI） 新膜形成（JK） 形成新细胞壁（L）,出芽痕和诞生痕： 酵母出芽繁殖时，子细胞与母细胞分离，在子、母细胞壁上都会留下痕迹。在母细胞的细胞壁上出芽并与子细

4、胞分开的位点称出芽痕，子细胞细胞壁上的位点称诞生痕。由于多重出芽，致使酵母细胞表面有多个小突起。,芽 痕,Bread Yeast with Bud,假菌丝:,Saccharomyces cerevisiae的芽殖过程,有的酵母菌进行芽殖后，长大的子细胞不与母细胞立即分离，并继续除芽，细胞成串排列，这种菌丝状的细胞串就称为假菌丝。假菌丝的各细胞间仅以狭小的面积相连，呈藕节状。而霉菌的菌丝为真菌丝，即相连细胞间的横隔面积与细胞直径一致，呈竹节状的细胞串，称为真菌丝。,借细胞横分裂法繁殖,与细菌类似.如Schizosaccharomyces octosporus（八孢裂殖酵母）。进行裂殖的酵母菌种类

5、较少.,2、裂 殖,掷孢子(ballistospore)是掷孢酵母属等少数酵母菌产生的无性孢子，外形呈肾状。这种孢子是在卵圆形的营养细胞上生出的小梗上形成的。孢子成熟后通过一种特有的喷射机制将孢子射出。因此，如果用倒置培养皿培养掷孢酵母并使其形成菌落，则常因其射出掷孢子而可在皿盖上见到由掷孢子组成的菌落模糊镜像。 此外，有的酵母如Candida albicans等还能在假菌丝的顶端产生厚垣孢子（chlamydospore）。,产生掷孢子等无性孢子,掷孢子,厚垣孢子,节孢子,适宜的条件下，二倍体细胞减数分裂形成子囊孢子殖。 1、有性繁殖的过程：一般通过邻近的两个性亲和性不同的细胞各自伸出一根管状

6、的原生质突起，随即相互接触、局部融合并形成一个通道，再经过质配、核配形成双倍体细胞接合子。接合子进行减数分裂，形成4个或8个子核，每一个子核和周围的细胞质一起，在其表面形成孢子壁后就形成子囊孢子，形成子囊孢子的细胞称为子囊。一般一个子囊可产生4-8个子囊孢子。孢子数目、大小、形状因种而异。,有性生殖,二倍体酵母细胞在一定条件下才能形成单倍体子囊孢子。 用营养充足的培养基和强壮活力旺盛的幼龄细胞（种子连续传代三次。） 培养时，温度：25-30。须接触大量空气，促进细胞氧化作用。 选择适当的生孢子培养基（营养贫瘠的培养基），使细胞处于饥饿状态。常用石膏块或醋酸钠琼脂斜面等。,3、实验室子囊孢子的获

7、得,酵母菌的细胞结构与其他真核生物基本相同，右图是电子显微镜下的酿酒酵母细胞结构示意图。,（三）细胞结构,(1)细胞壁的“三明治”结构,1.酵母细胞的细胞壁,(2)壁外成分： 有些菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的结构,包括异多糖、甘露聚糖和淀粉类物质。,(3) 细胞壁的少量组分-脂类和几丁质（chitin)：为聚乙酰氨基葡萄糖.几丁质并不是所有的酵母菌中都有，其含量也因种而异。裂殖酵母一般不含几丁质，酿酒酵母含1-2%，有的假菌丝酵母含量超过了2%。,2.细胞膜,酵母菌的细胞膜与原核生物的基本相同。但有的酵母菌如酿酒酵母中含有固醇类（甾醇）、VD的前体-麦角固醇，这在原核生物是罕见的。,3.细

8、胞核,核膜： 核孔40-70nm ，透性比任何生物膜都大。 染色体:由DNA和组蛋白牢固结合而成，呈线状, 数目因种而异。 核仁：核内有一或几个区域rRNA含量很高，这一区域为核仁，是合成核糖体的场所。 中心体: 在核膜外，由蛋白质亚基组成的细丝状结构，在细胞繁殖分裂中起作用。 细胞核的功能:携带遗传信息，控制细胞的增殖和代谢。,酵母细胞核是有双层膜结构的细胞器（核膜包裹，轮廓分明）,细胞质主要是溶胶状物质,在细胞质中含有各种功能不同的结构细胞器：核糖体、线粒体、内质网、高尔基体等。 核糖体 酵母菌的核糖体为80S，由60S和40S大小亚基构成。它游离在细胞质中或附着在内质网上。,4.细胞质,

9、 线粒体:,1.双层单位膜包围的 细胞器；其中含脂 类、蛋白质、少量 RNA和环状DNA。 2.其DNA可自主复制， 不受核DNA控制。决 定线粒体的某些遗 传性状。 3.生物氧化中心。,Shown here is an electron micrograph of a mitochondrion. Mitochondira are surrounded by two membranes; the inner membrane folds inward to make a series of chelves called cristae. These cristae play importan

10、t roles in the energy-releasing chemical reactions of cellular respiration that occur in the mitochondria.,1)单层膜包裹的细胞 器；含有机酸、盐 类 水溶液和水解 酶类。 2)调节渗透压； 与细胞质进行物质 交换； 储藏物质。 3)为细胞成熟的标志, 液泡:,1.单层膜包围的细胞器，内含过氧化 氢酶、乙醇酸氧化酶与尿酸酶等颗 粒状物质及DNA。 2.两种类型：一是过氧化物酶体，与 光呼吸有密切关系；另一种为乙醛 酸循环体，与脂肪代谢有关，能将 脂肪分解成糖。 3.当以葡萄糖为碳源时，细胞

11、无微 体，其功能由线粒体替代。, 微体:,是分布在整个细胞中的由膜构成的管道和网状结构。在细胞中和核膜或细胞膜相连在一起。 根据表面结构分为： 粗糙型内质网：膜外附着有核糖体。 光滑型内质网：表面没有附着的颗粒。 内质网功能： 起物质传递的作用，另外还合成脂类和脂蛋白, 内质网:,啤酒酵母,1. 菌落形态特征：大而厚，圆形，光滑湿润，粘性，颜色单调。常见白色、土黄色、红色。,(四) 酵母菌培养的特征,2.液体培养 在液体培养基上，不同的酵母菌生长的情况不同。 好气性生长的酵母可在培养基表面上形成菌膜或菌醭，其厚度因种而异。 有的酵母菌在生长过程中始终沉淀在培养基底部。 有的酵母菌在培养基中均匀

12、生长，使培养基呈浑浊状态。,（五）酵母菌的生活史,上代个体经一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部过程，称为该生物的生活史或生命周期。,各种酵母的生活史可分为三种类型： 1. 单倍体型 2. 双倍体型 3. 单双倍体型,1.单双倍体型,以酿酒酵母为代表 特点：单倍体营养细胞和双倍体营养细胞均可进行芽殖。营养体既可以单倍体形式也可以双倍体形式存在；在特定条件下进行有性生殖。 单倍体和双倍体两个阶段同等重要,形成世代交替,2.单倍体型,以八孢裂殖酵母为代表 特点:营养细胞是单倍体；无性繁殖以裂殖方式进行；双倍体细胞不能独立生活，因为双倍体阶段短，一经生成立即减数分裂。,八孢裂殖酵母的生活史 单

13、倍体营养细胞进行无性裂殖 两个营养细胞接触后形成接合管，发生质配后即行核配，两个细胞联成一体 每二倍体的核分裂3次，第一次为减数分裂 形成8个单倍体的子囊孢子 子囊破裂，释放子囊孢子,3.双倍体型,以路德类酵母为代表 特点：营养体为双倍体，不断进行芽殖，双倍体营养阶段长，单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，故不能独立生活。,路德类酵母的生活史 单倍体子囊孢子在孢子囊内成对接合，并发生质配和核配 接合后的二倍体细胞萌发，穿破子囊壁 二倍体的营养细胞可独立生活，芽殖无性繁殖 二倍体营养细胞内核发生减数分裂，营养细胞成为子囊，形成4个单倍体子囊孢子,（六）上面酵母与下面

14、酵母,并非分类学上的名称，而是在啤酒酿造业中根据酵母菌在容器内的情况而对酵母菌株进行的分类： 上面酵母在发酵过程中细胞浮游在液体上层，是较活跃的发酵剂； 下面酵母在发酵过程中细胞沉于容器底层，是较缓慢的发酵剂。,（七）噬杀酵母,噬杀酵母是指某些在其生长繁殖过程能向菌体外分泌一种称作噬杀毒素的毒性蛋白的酵母菌株。噬杀酵母对噬杀毒素具有免疫力。噬杀酵母能杀死同族及亲缘酵母，这种特性为一般酵母菌株所没有。 中性菌株既不能杀死别的酵母，也不能被噬杀酵母杀死的酵母菌株。 敏感酵母可以被噬杀酵母杀死的酵母菌株。,1、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae),是发酵工业上最常用最重要的菌

15、种之一。根据细胞的长与宽的比例可将其分为三组： 12，酿造饮料酒和制作面包、酒精发酵； 2，酿造葡萄酒和果酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒和 酵母生产； 大于2，台湾396号酵母为代表。我国南方常将其用于以 糖蜜原料生产酒精。其特点是耐高渗透压，可忍受高浓 度的盐。,（八） 工业上常见的酵母菌代表介绍,Saccharomyces cerevisiae 的子囊和子囊孢子,2、卡尔斯伯酵母（S. carlsbergensis）,卡尔斯伯是丹麦的一个啤酒厂的名字，卡尔斯伯酵母是该厂分离出来的，是啤酒酿造中典型的底面酵母。 其特点： 细胞为圆形或卵圆形，部分细胞的细胞壁有一平端 高温时，酿酒酵母比卡氏酵母

16、生长得更快 低温下，卡氏酵母生长得较快,3、异常汉逊氏酵母异常变种（Hansenula anomala),特点：圆形，椭圆形或腊肠形，甚至有长达30m，多边 芽殖。,应用： 异常汉逊氏酵母能产生乙酸乙酯，故它在调节食品风 味中起一定作用； 生产单细胞蛋白利用烃类、甲醇、乙醇和甘油作 为碳源； 积累L-色氨酸。,4、 假丝酵母 (Candida Berkhout),特点： 在液体培养基中，细胞为球形、椭圆形或圆柱形。 在马铃薯或玉米琼脂培养基上容易形成发达的假菌丝， 多极出芽。 生产单细胞蛋白；,产阮假丝酵母： 人们研究最多的微生物单细胞蛋白之一，产朊假丝酵母的蛋白质和维生素B含量均比啤酒酵母高

17、。特别重要的是它能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造纸工业的亚硫酸废液，也能利用糖蜜、土豆淀粉废料、木材水解液等生产出人畜可食用的单细胞蛋白。,解脂假丝酵母： 氧化烃类能力很强，是石油发酵生产单细胞蛋白的优良菌种。,热带假丝酵母： 氧化烃类的能力很强，可以利用煤油。,5、球拟酵母（Torulopsis Berlese）,特点：细胞球形、卵形或稍带长形，无假菌丝。多边 芽殖，不生子囊孢子及其它孢子。 应用：生产甘油等多元醇。,6、红酵母（Rhodotorula Harrison）,特点：细胞圆形、卵形或长形，多边芽殖，多数不形成假 菌丝，不生子囊孢子；有明显的红色或黄色色素。 应用：生产脂肪和-胡萝

18、卜素。,7、 白地霉（Geotrichum candidum link),特点：具真菌丝，有的分枝，横隔或多或少；裂殖， 节孢子单个或连接成链，呈长筒形、方形，也 有椭圆形或圆形，末端圆钝。菌落白色，呈毛 状或粉状。 应用：白地霉的营养价值并不比产朊假丝酵母差，因 此可供食用或作饲料；也可用于提取核酸。,本节提要： 霉菌的形态结构 霉菌的菌落特征 霉菌的繁殖及生活史 霉菌的代表属,概念 分类位置 分布 应用 危害,第二节 丝状真菌霉菌,1、霉菌的概念： （非分类名词）丝状真菌统称，通常指菌丝体发达而又不产生大型子实体的真菌。 2、生境： 陆生性较强，喜潮湿气候。 3、与人类的关系： （1）工业

19、应用 （2）生产各种传统食品：如风味食品 （3）用于基础理论研究 （4）引起工业产品霉变 （5）引起动植物病害：,一、概述：,1、菌丝和菌丝体 (1)菌丝 菌丝是霉菌营养体的基本单位，直径3-10m。 1）有隔膜菌丝：多细胞，高等真菌。 2）无隔膜菌丝多核单细胞，低等真菌。,(2)菌丝体 菌丝体是许多菌丝交织形成的菌丝集团。 1) 营养菌丝体：伸入培养基吸收营养； 2) 气生菌丝体：向空中生成，形成繁殖器官。,二、形态构造：,2、菌丝的特异化,(1) 营养菌丝体的特化 形态 假根：是根霉属真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝，在显微镜下假根的颜色比其它菌丝要深，它起固着和吸收营养的作用。

20、 匍匐菌丝：又称匍匐枝。毛霉目真菌在固体基质上形成的与表面平行、具有延伸功能的菌丝。,附着枝： 若干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，这种特殊的结构即附着枝。,吸器： 是某些寄生性真菌从菌丝上产生出来的旁枝，侵入寄主细胞内形成指状、球状或丛枝状结构，用以吸收寄主细胞中的养料。, 附着胞：许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面，这一结构就是附着胞，附着胞上再形成纤细的针状感染菌丝，以侵入宿主的角质层而吸取营养。,菌核：是一种休眠的菌丝组织。由菌丝密集地交织在一起，其外层较坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。有些寄生性真菌

21、与宿主共同形成假菌核。,菌环和菌网：捕虫菌目在长期的自然进化中形成的特化结构，特化菌丝交织成套状形成菌环，或菌丝交织成网状形成菌网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。,根状菌索： 高等真菌的菌丝体可以密结呈绳索状，为白色根状菌丝组织，具有促进菌体蔓延和抵御不良环境的功能。外层颜色较深，为皮层，由拟薄壁组织组成，其顶端有一个生长点，内层由疏丝组织组成，为心层(髓层)。根状菌索有的较粗, 长达数尺。在木材腐朽菌中根状菌索很普遍。,蜜环菌的菌索,(2)气生菌丝体的特化形态子实体 子实体： 是由真菌的营养菌丝和生殖菌丝缠结而成的具有一定形状的产孢结构。 结构简单的子实

22、体 1)产无性孢子的简单子实体： a.分生孢子头（穗）： 在幼小而活力旺盛时，菌丝体产生大量的分生孢子梗。分生孢子梗顶端膨大成为顶囊，一般呈球形，顶囊表面长满一层或两层辐射状小梗（初生小梗与次生小梗），最上层小梗瓶状，顶端着生成串的球形分生孢子，如曲霉。,分生孢子梗经多次分枝，产生几轮对称或不对称小梗，小梗顶端产生成串的分生孢子，形成分生孢子头，如青霉。 b.孢子囊（Sporangium）： 气生菌丝加长分化成孢囊梗，梗顶端膨大，并在下方生出横隔与菌丝分开而形成孢子囊（sporangium）。如根霉，毛霉。 2)产有性孢子的简单子实体：担子Basidium（担子菌） 由双核菌丝的顶端细胞膨大后

23、而形成的。, 结构复杂的子实体 a.产无性孢子的复杂子实体： (a)分生孢子器（Pycnidium） 一个内壁表面或底部长有极短的分生孢子梗（梗上生有分生孢子的球或瓶形结构。 (b)分生孢子座（Acervulus） 分生孢子梗紧密聚集成簇，梗顶端生有分生孢子而形成垫状的子实体。 (c) 分生孢子盘（Sporodochium） 一种在宿主的角质层或皮层下，由分生孢子梗簇生在一起而形成的盘状结构，带有刚毛。,b.产有性孢子的复杂子实体子囊果Ascocarp： 在子囊和子囊孢子发育过程中，从原来的雌器和雄器下面的细胞上生出许多菌丝，有规律地将产囊菌丝包围起来，形成一定结构的子囊果。有三类： (a)

24、闭囊壳：完全封闭、呈球圆形 (b) 子囊壳：烧瓶形，有孔口 (c) 子囊盘：开口盘状的子囊果 (3)菌丝体在液体培养时的特化形态菌丝球 菌丝球： 真菌在液体培养基中进行通气搅拌或振荡培养时，菌丝体相互紧密纠缠形成的颗粒状悬浮物，从而有利于氧的传递以及营养物和代谢产物的输送。,3、菌丝的延伸 霉菌菌丝的生长是由菌丝顶端细胞的不断延伸而实现的。随着顶端的不断延伸，细胞壁和细胞质的形态、成分逐渐变化、加厚并趋向成熟。,4、显微镜观察方法： (1)制水浸制片观察法 (2)玻璃纸透析培养观察法 (3)载玻片培养观察法,Figure A. Tip growth of fungal hyphae. Thes

25、e three images from a videotape sequence were taken over a period of 20 minutes after a glass coverslip was placed on the margin of a colony of Neurospora crassa. The left-hand image is typical of a hypha, with extension growth at the hyphal apex, and branches arising from points behind the main ape

26、x. The addition of a coverslip disturbs the normal tip growth, causing several branches to emerge from the existing tips (centre and right-hand images).,霉菌细胞壁的成分有几丁质层、蛋白质层、匍聚糖蛋白层、匍聚糖层(与位置有关),霉菌的细胞膜、核线粒体和核糖体等成分与其它真核生物（酵母）基本相同。,5.霉菌的细胞结构,6. 真菌的鞭毛,菌落特征：霉菌的菌落大、疏松、干燥、不透明，多呈绒毛状、絮状或网状等，菌体可沿培养基表面蔓延生长，由于不同的真

27、菌孢子含有不同的色素，所以菌落可呈红、黄、绿、青绿、青灰、黑、白、灰等多种颜色。,液体培养时的特征： 如果是静止培养，菌丝往往在液体表面生长，液面上形成菌膜。如果是震荡培养，菌丝可相互缠绕在一起形成菌丝球，亦可形成絮片状，与震荡震荡速度有关。,三、霉菌的培养特征,四、霉菌的繁殖 方式,)：,孢囊孢子(sporangiospore),形成特征：形成于菌丝的特化结构孢子囊内。 孢子形态：近圆形。 举例：根霉、毛霉。,分生孢子(Canidinm):,形成特征：由分生孢子梗顶端细胞特化而成的单个或簇生的孢子。 孢子形态：极多样。 举例：曲霉、青霉。, 无性孢子结构复杂的子实体,节孢子(arthrosp

28、ore,又称粉孢子),形成特征：由菌丝断裂而成。 孢子形态：常呈成串短柱状。 举例：白地霉。,厚垣孢子,厚垣孢子（Chlamydospore),形成特征： 部分菌丝细胞质浓缩、变圆，周围生出厚壁而成。 孢子形态： 圆形、柱形等。 举例：总状毛霉。,有性结构与形态特征：由大小不同的配子囊结合后发育而成。 小配子囊称雄器；大配子囊称藏卵器。 分类地位：卵菌纲。,卵孢子（oospore),接合孢子(zygospore):,有性结构及其形态特征： 是由菌丝生出的结构大小相似、形态相同或略有不同两个配子囊接合后发育而成。 所属分类地位：接合菌纲,接合孢子形成过程:,根据产生接合孢子的菌丝来源或亲和力不同

29、,可将结合分为分为两种情况： 同宗配合(Hemothallism)： 是单一的孢子囊孢子萌发后形成的菌丝，甚至同一菌丝的分枝相互接触，而形成接合孢子的过程。 异宗配合(Heterothallism)：是不同菌系的菌丝相遇后，才能形成接合孢子，这两种有亲和力的菌系在形态上并无区别。,同宗配合与异宗配合：,子囊孢子（ascospore):,有性结构及其形态特征：在子囊中形成。 子囊：两性细胞接触以后形成的囊状结构。其方式有： 两个营养细胞直接交配而成，其外面无菌丝包裹； 从一个特殊的、来自产囊体菌丝（称为产囊丝）的结构上产生子囊，多个子囊外面被菌丝包围形成子实体，称为子囊果。 所属分类地位：子囊菌纲,子囊果的形状:,子囊果(Ascocarp)