Клетка гриба состоит из клеточной оболочки (снаружи она часто бывает слизистым слоем-капсулой), ломасом, цитоплазмы с цитоплазматической мембраной, эндоплазматической сетью, митохондриями, рибосомами, диктиосомами и ядрами. Иногда в клетке грибов есть вакуоли и различные включения. Клеточная оболочка, осуществляющая у грибов многочисленные функции, в том числе активного всасывания питательных веществ из субстрата, в качестве основных компонентов содержит хитин, полисахариды, в том числе глюканы, белки и жиры. В клеточной оболочке грибов имеются также пигменты (меланины, хиноны), сюда же входят различные ионы и соли. Электронно-микроскопическое изучение оболочек клеток грибов показывает, что они состоят из нескольких слоев фибриллярного строения. Эти фибриллы, представляющие собой белковые микротрубочки образуют скелет, который служит основой для остальных компонентов оболочки. Клеточная оболочка придает форму клеткам гиф и органам размножения. Отличительными признаками клеточной оболочки некоторых представителей низших грибов является отсутствие в ней хитина и наличия только целлюлозы. В цитоплазме, у цитоплазматической мембраны, у грибов расположены ломасомы - губковидные электронно-прозрачные структуры.
Цитоплазмы грибной клетки представляет собой жидкую коллоидную среду, в которой содержатся структурные белки, клеточные организмы и не связанные с ними ферменты, аминокислоты, углеводы, липиды и другие вещества. Вакуоли - структуры округлой, реже неправильной формы, которые выполняют функцию депо для отложения запасных веществ или же токсических продуктов метаболизма. В качестве резервных веществ, здесь запасаются в основном полифосфаты (метахроматин, волютин), гликоген, липиды.
Мембранная система представлена эндоплазматической сетью в виде разветвленных в цитоплазме и связанных между собой мембранных канальцев, цистерн и полостей, выполняющих функцию внутриклеточной и межклеточной транспортной сети для метаболитов.
Ядро округлой или удлиненной формы, окружено двойной мембраной, имеет ядрышко и хромосомы с ДНК. Количество ядер в грибной клетке и их размеры различны. Известны как одноядерные клетки, так и клетки, количество ядер, в которых достигает нескольких десятков; размеры ядер также колеблются от 2-3 мкм в диаметре до нескольких десятков микрометров. Для грибов, которым свойственна дикариотическая фаза в развитии. Характерно наличие двух ядер, спаренных в виде дикариона. Также грибам характерны все остальные органы животной клетки.
Вегетативное тело грибов состоит из гиф, имеющих вид цилиндрических трубок до 10 мкм в диаметре, они обладают верхушечным (апикальным) ростом и обильным ветвлением. Внутри, гифы выполнены протоплазмой; у высших грибов имеются поперечные перегородки и образуются они обычно на определенном расстоянии от конца гифы. Значительного разнообразия достигает строение клеточных перегородок, или сент, которые являются производными клеточной оболочки и образуются путем инвагинации (выпячивания) цитоплазматической мембраны внутрь клетки. Это свойственный всем грибам способ возникновения сент. Через них осуществляется связь с цитоплазмой соседних клеток, происходит перемещение питательных веществ, миграция некоторых клеточных органов. Для большинства базидиомицетов характерен долипоровый тип, имеющих сложное строение. Гифы высших грибов, сплетаясь между собой, образуют мицелий, у отдельных видов он создает подобие ткани.
Грибы размножаются вегетативным бесполым или половым способами. Вегетативное размножение осуществляется фрагментами мицелия, которые, отделяясь, дают начало новому мицелию. У дрожжевых грибов и представителей порядков Agaricales и Plectascales известно вегетативное размножение путем почкования мицелия или его клеток, в результате чего образуются отдельные клетки-иодии, дающие начало грибному организму. Для целого ряда грибов характерно вегетативное размножение путем распада на отдельные клетки-артроспоры.
При бесполом размножении споры гораздо более высоко специализированы по строению и способы размножения. Среди спор бесполого размножения грибов по способу образования выделяют споры эндогенные и экзогенные.
Половое размножение у грибов бывает различных типов. Сущность его заключается в том, что происходит слияние двух половых клеток (гамет) - мужской и женской - или двух вегетативных талломов, функционирующих как половые клетки, в результате возникает новообразование (зигота). Сливающиеся гаметы содержат только половинный набор хромосом. В зиготе число хромосом соответственно удваивается. Гаметы являются структурами, которые находятся, имея половинный хромосом, в гаплоидной фазе, а зигота переходит уже в диплоидную фазу.
У высших грибов половой процесс протекает как слияние органов и клеток, не дифференцированных на гаметы. Образовавшаяся в результате слияния зигота (также не дифференцированная и обычно представляющая собой лишь соответствующее ядерное состояние) без периода покоя переходит к дальнейшему развитию; в ней формируются дикарионы ядер противоположных полов, которые потом попарно сливаются и претерпевают редукционное деление. Гаплоидные ядра, которые образовались в процессе редукционного деления, переходят в аскоспоры, образующиеся в сумках или в базидиоспоры, образующиеся на специальных клетках - базидиях - базидиомицетах экзогенно.
Грибы распространены повсеместно: их споры, обрывки мицелия, другие образования, встречаются на почве и в воздухе, на суше в воде. Они развиваются на всевозможных естественных субстратах растительного и животного происхождения, а также на искусственных материалах созданных человеком. В XX в. перед человечеством встала проблема увеличения естественных и искусственных источников белка, дефицит которого становится все ощутимее. В связи с этим возникла необходимость введения в культуру новых белоксодержащих организмов, среди которых одним из наиболее ценных являются съедобные грибы. Культивирование съедобных грибов позволяет предотвратить пищевые отравления, вызываемые потреблением дикорастущих грибов. Выращивать съедобные грибы можно круглый год вне зависимости от климатических и почвенных условий, на питательных субстратах, малопродуктивных для иных целей, например на разных не пищевых отходах; при этом субстрат обычно используется дважды: после сбора урожая грибов он становится ценным источников перегноя для садоводства и овощеводства. Повышение спроса на грибы на мировом рынке способствовало дальнейшему усовершенствованию методов их выращивания на основе глубокого изучения биологии культуры.
В наших исследованиях мы исследовали Вешенку обыкновенную . Она входит в сборную группу макромицеты (макро - крупные, мицеты - грибы). По строения вегетативного тела макромицеты принадлежат к высшим грибам. Их мицелий многолетний. Поселившись на определенном субстрате, он вырастает нередко на много метров в длину. По мере роста гифы ветвятся, переплетаются. В местах их соприкосновения возникают перемычки (анастомозы); эти перемычки объединяют гифы в единый организм, осуществляют связь между ними, передачу питательных веществ.
Дереворазрущающий мицелий Вешенки развивается в воздушный мицелий, похожий на пышные кусочки ваты.
Мицелий осуществляет все жизненноважные функции грибного организма - его питание, рост и развитие, размножение. По способу питания макромицеты, как и другие грибы, гетеротрофы, такт как лишены способности к фотосинтезу. Поэтому они живут только там, где уже имеется готовое органическое вещество, и добывают его из самых разнообразных источников.
Накопив достаточный запас питательных веществ, грибница становится способной к размножению. У макромицетов этот процесс связан с образованием грибного тела - той части грибного организма, которую мы обычно называем грибами, забывая или вовсе не зная о том, что это лишь органы размножения, возникающие на определенном этапе и предназначенные для развития спор и их защиты. Плодовые же тела разнообразны, располагаются, как правило, на поверхности субстрата - следовательно, их удобно рассматривать и изучать. Сложные плодовые тела макромицетов окружены грибной ложной тканью, или плектенхимы, которая состоит из более или менее плотного сплетения гиф.
Грибы и растения имеют следующие сходства - поступление питательных веществ в клетку, основанное, главным образом, на явлениях осмоса (диффузии веществ через полупроницаемые перегородки поверхности клеток), не является чисто физическим, но является физиологическим явлением. При поступлении питательных веществ в клетку гриба, клетка играет роль активную, а не пассивную, так как проницаемость протоплазмы, от которой она зависит, является величиной переменной. Кроме того, существует избирательная проницаемость для определенных веществ и при том различная в разном состоянии клеток организма. Отсюда появляется возможность применения сходным образом некоторых стимуляторов, например гетероауксина и эпина для грибов.
Дикариотная грибница способна на неограниченный рост - вегетативное тело грибов состоит из гиф имеющих вид цилиндрических трубок до 10 мкм в диаметре, они характеризуются верхушечным (апикальным) и неограниченным ростом и обильным ветвлением.
Отсутствие большей частью подвижности в вегетативном состоянии у высших растений тканевое строение возникает при делении клеток во всех направлениях. А у грибов мицелий делится только с образованием поперечных направлений, т.е. только в одном направлении. Поэтому принято считать, что у грибов нет настоящих тканей, а есть лишь ложные ткани. В зависимости от морфологических особенностей у грибов различают два типа тканей: параплектенхиму и прозоплектенхиму.
Кроме морфологического понятия существует и физиологическое понятие ткани у грибов. С точки зрения функционального назначения различают покровные, механические и проводящие ткани. Из покровной ткани состоит поверхность склероциев и плодовых тел высших грибов. Клетки такой ткани имеют утолщенные оболочки, на поверхности откладывается пигмент, поглощающий лучи солнечного спектра, тем самым выполняющий защитную роль. Механическая ткань представлена гифами сильно утолщенными стенками и суженым просветом, которые придают прочность плодовому телу или какой-либо его части. Типичной проводящей ткани у грибов нет, его функции выполняют особые специализированные гифы лишенные поперечных перегородок. Эти гифы, пронизывая плодовое тело в разных направлениях, снабжают его водой. Для продвижения органических веществ имеются гифы, являющиеся ответвлениями обычных гиф. Они отличаются густым окрашенным содержимым.
Все перечисленное - т.е. функциональное сходство тканей высших растений и специализированных гиф грибов говорит об еще одном сходстве.
Вегетативное размножение - вегетативное размножение осуществляется фрагментами мицелия, которые, отделяясь, дают начало новому мицелию. У агариковых известно вегетативное размножение путем почкования мицелия или его клеток, в результате чего образуются отдельные клетки - оидии, дающие начало новому грибному организму.
Съедобные грибы характеризуются заметным количеством минеральных веществ, содержание которых у отдельных видов может достигать 11,5% (в среднем 7,7%). Плодовые тела грибов богаты калием, фосфором, в незначительных количествах содержится в них натрий и кальций, содержание железа у макромицетов приблизительно аналогично тем количествам его, которое обнаруживают в большинстве растительных продуктов.
Т.е. налицо сходство в химическом составе плодовых тел высших грибов и продуктов высших растений. А теперь еще раз более схематично о размножении грибов.
Размножение грибов
У макромицетов различают половое, бесполое и вегетативное размножение. Вегетативное размножение, в основе которого лежит способность организма к регенерации, может осуществляться при помощи частей мицелия. Способность грибов к вегетативному размножению широко используется при искусственном размножении культивируемых грибов, а также при пересевах чистых культур в лабораториях, производящих посевной мицелий.
Более специализированным считается способ, при котором мицелий распадается на отдельные клетки, которые впоследствии прорастают, образуя мицелий. К органам вегетативного размножения относятся оидии, хламидоспоры, которые, хотя и сравнительно редко, образуют некоторые виды высших грибов. Хламидоспоры - это толстостенные участки гиф, обособившиеся от мицелия и покрытые темной, плотной оболочкой. Они способны сохранять жизнеспособность от года до десяти лет. При наступлении благоприятных условий они прорастают в новый мицелий. Оидии - короткие цилиндрические тонкостенные участки гиф, образованные в результате полного распадения мицелия при влажных условиях. При прорастании дают начало новому мицелию.
Для многих макромицетов характерно и бесполое размножение. Оно осуществляется при помощи специализированных клеток или многоклеточных структур (спор), которые прорастают в мицелий.
Не останавливаясь на разнообразии форм полового размножения грибов, рассмотрим половой процесс у базидиальных грибов, который называется соматогамия. Он состоит в слиянии двух клеток вегетативного мицелия путем образования анастомозов между нитями мицелия или другим путем и образования дикари-отического мицелия, на котором образуются базидии с базидиоспорами. Базидиоспоры гаплоидны, они дают начало гаплоидному мицелию, и все начинается сначала.
Мицелий высших грибов, являясь аэробным организмом, растет и развивается в естественных условиях вегетативным путем, избегая чрезмерно влажных и заболоченных мест. При определенных условиях внешней среды он достигает биологической зрелости и образует репродуктивные органы - плодовые тела. В них развиваются споры, которые служат для размножения и распространения вида в природе половым путем. При отсутствии условий для образования плодовых тел мицелий высших грибов продолжает расти и развиваться только вегетативным путем посредством удлинения и разветвления гиф, а у некоторых видов образуются оидиоспоры и хламидоспоры.
Цикл жизни гриба
Гаплоидные базидиоспоры - Haploid basidiospores прорастают в подходящей окружающей среде и превращаются в недолгий гаплоидный мицелий - haploid mycelia.
Гифы - hyphae от двух противоположных типов гаплоидного мицелия - haploid mycelia спариваются, сливая свои плазмы - plasmogamy.
Создавая дикариотный мицелий - dikaryotic mycelium, который растет быстрее, чем родительский гаплоидный мицелий - haploid mycelium, и, в конечном счете, заполняет собой все пространство. Мицелий - Mycellium гриба, иллюстрированный здесь (Cortinarius) формирует микоризу - mycorrhizae с деревьями. Факторы окружающей среды типа дождя, температурных изменений, и, для mycorrhizal разновидности, сезонные изменения в хозяине - растении играют огромную роль в жизни гриба.
Дикариотный мицелий - dikaryotic mycellium формирует компактные массы, которые развиваются в грибы. Цитоплазма - Cytoplasm, струящаяся в мицелии - mycellium и также, притекающая от микоризы - mycorrhizae, раздувает гифы - hyphae грибов, заставляя их "выскочить" внезапно. Не случайно, с арабского, грибы называются "футар" - вылезать наружу, прорезать, раскалывать, внезапно оказываться наруже, схоже с русским "утро" (грибы собирают рано утром).
Дикариотный базидиомицет - Dikaryons basidiomycetes долговечен, вообще производя новый урожай - плодовое тело - basiocarps (грибы, в этом случае) каждый год.
Karyogamy - слияние клеток происходит в терминале дикариотной - dikaryotic ячейки, которые покрывают поверхности жабр.
Каждая ячейка раздувается, чтобы формировать диплоидный базидий - diploid basidium, который быстро подвергается мейозу - meiosis и образует четыре гаплоидных - haploid ядра.
Базидий - Basidium тогда выращивает четыре придатка, и одно гаплоидное - haploid ядро входит в каждый придаток и развивается в базидиоспору - basidiospore.
Когда созреют, базидиоспоры - basidiospores продвигаются слегка (электростатическими силами) в места между жабрами - пластинками шляпки. После того, как споры высыпаются из шляпки. Они рассеиваются ветром. Причем в шляпке гриба созревает от сотни миллионов до миллиарда спор. Это притом, что для образования дикариотного мицелия нужны всего две споры.
Эти биологические особенности высших грибов характерны и при культивировании в искусственных условиях.
Физиология высших грибов служила объектом изучения еще в прошлом веке, но более глубокие исследования начались в последние два-три десятилетия, когда было открыто, что некоторые плесени обладают антибиотическими свойствами, а другие могут служить источником ряда органических соединений (Фостер, 1950).
Рост и развитие каждого отдельного организма находятся в прямой зависимости от типа питательного субстрата, в котором происходят сложные физиологические и биохимические процессы, их интенсивность определяется наследственными и потенциальными качествами самого организма и факторами внешней среды. К факторам, определяемым самим организмом, относятся вид и штамм гриба, происхождение, возраст культуры, количество посевного материала, способность к вегетативному размножению и, образованию биологически активных веществ, интенсивность дыхания и др.
При искусственном культивировании съедобных грибов кроме факторов, приобретенных организмом в процессе эволюции, необходимо учитывать и регулировать факторы внешней среды, влияющие на физиологические и биохимические процессы, происходящие в субстратах, на формирование плодовых тел, и урожайность культуры.
К важнейшим факторам, определяющим активность гетеротрофных организмов, следует отнести наличие в среде элементов питания, создание оптимальных условий температуры, влажности, света, реакции среды.
Cтраница 1
Клетки грибов, как правило, грамположительны. Окраска по Граму помогает выявить сопутствующие бактериальные клетки и обнаружить капсулу у криптококков. Тушевая (негативная) окраска по Бурри позволяет выявить инкапсулированные клетки Cryptococcus neoformans в препаратах ликвора при криптококковом менингите. Окраска по Романовскому-Гимзе используется для обнаружения в мокроте трофозоитов Pneumocystis carinii, в крови или костном мозге (как и окраска по Райту) - дрожжевую форму возбудителя гистоплазмоза. Для выявления нокардий и других кислотоустойчивых грибов применяют метод окраски по Цилю - Нильсену или модифицированный метод Хенкса.
Клетки грибов (гифы) покрыты оболочкой, по составу отличающейся от бактериальных и растительных оболочек; компонентами грибных оболочек являются полисахариды и хитин. Принадлежность к определенному классу по В. И. Билай до некоторой степени предопределяет химический состав клеточных оболочек. Так, в классе фикомицетов (подкласс зигоми-цетов) у многих видов оболочка состоит из целлюлозно-хити-нового комплекса; у некоторых видов из классов сумчатых и несовершенных - хитино-глюканового, у дрожжей - маннано-глюканового. Итак, в состав клеточных оболочек грибов входят в качестве основных компонентов: глюканы, хитин, белки и жиры. Хитин - вещество, свойственное животному миру. Из хитина состоят жесткие покровы насекомых. Для грибных оболочек целлюлоза не характерна, но в оболочках, например фитофторы, она обнаружена.
Клетки Грибов и водорослей по своей организации похожи на клетки высших растений. В состав оболочки входит целлюлоза. Протоплазма представляет собой сложное коллоидное образование с резко выраженным поверхностным натяжением. В этой коллоидной системе непрерывной фазой является вода, а дисперсной фазой - липопротеи-новые соединения. В протоплазме одноклеточных грибных организмов-дрожжей - легко обнаруживаются вакуоли, представляющие собой пустоты, заполненные клеточным соком. При делении вакуоли дочерней клетки образуются путем отпочковы-вания от вакуоли материнской клетки. В протоплазме имеются также мельчайшие гранулы - - рибосомы (микросомы), размеры которых составляют 200 ммк, обнаружить их можно лишь методом электронной микроскопии.
Клетка грибов в большинстве покрыта твердой оболочкой - клеточной стенкой.
Клетки грибов и водорослей по своей организации похожи на клетки высших растений. В состав оболочки входит целлюлоза: Протоплазма представляет собой сложное коллоидное образование с резко выраженным поверхностным натяжением. В этой коллоидной системе непрерывной фазой является вода, а дисперсной фазой - липопротеи-новые соединения. В протоплазме одноклеточных грибных организмов - - дрожжей - легко обнаруживаются вакуоли, представляющие собой пустоты, заполненные клеточным соком. При делении вакуоли дочерней клетки образуются путем отпочковы-вания от вакуоли материнской клетки. В протоплазме имеются также мельчайшие гранулы - рибосомы (микросомы), размеры которых составляют 200 ммк, обнаружить их можно лишь методом электронной микроскопии.
Клетки грибов по своему строению существенно не отличаются от бактериальных и состоят из тех же элементов.
Поступая в клетки грибов, некоторые фунгициды способны оказывать влияние на внутриклетрчные мембраны. Предполагается, что данное соединение ннгибирует липидный метаболизм, нарушая синтез таких компонентов клеточных мембран, как жирные кислоты и стероиды.
Подавляет деление клеток грибов.
Ядро в клетках грибов и водорослей представляет собой четко оформленное образование, окруженное мембраной. На некоторых стадиях деления клеток мембрана исчезает. При делении клеток в ядрах появляются специфические образования - хромосомы.
Рост грибов и влияние внешних факторов на ростовые процессы
Рост грибов. Процесс увеличения размеров клеток, а следовательно, и общей массы характеризуется понятием «рост». Он осуществляется у мицелиальных грибов путем растяжения внутренней оболочки верхушечной клетки. Необходимое условие роста - наличие питательных веществ и поступление к растущей клетке цитоплазмы из соседних предверхушечных клеток. Не меньшее значение имеют активные процессы синтеза, в ходе которых образуются ядро, клеточные органоиды и элементы клеточной стенки. У дрожжевых грибов рост новых дочерних клеток происходит неразрывно путем почкования или деления. Эта способность характерна и для некоторых мицелиальных грибов.
Растущий участок гифы содержит повышенное количество цитоплазмы, белковых веществ, нуклеиновых кислот, ферментов, т. е. он наиболее активен в физиологическом отношении. За растущими клетками располагаются вакуолизированные, цитоплазма которых через поры поперечных перегородок под влиянием сил осмотического давления выталкивается к верхушечной клетке. В вакуолизированных предверхушечных клетках содержатся запасные питательные вещества, в том числе гликоген, используемые для образования оболочки.
Скорость роста грибов, произрастающих на твердых питательных средах, чаще всего определяют путем измерения диаметра или радиуса и общей площади колонии мицелия, а скорость роста спор - по увеличению объема их биомассы при набухании.
Ростовые процессы сильно зависят от генетических особенностей, условий культивирования и действия внешних факторов. Скорость роста разных грибов далеко не одинакова. В связи с этим их подразделяют на быстрорастущие (Neurospora, Trichoderma, Muco-rales, Aspergillus), отдельные представители которых могут расти с высокой скоростью - до 3-6 мм/ч, и медленнорастущие (Phellinus ріnі, Polystictus circinatus). Прирост быстрорастущих дереворазрушающих грибов Fomes fomentarius и Pleurotus ostrealus составляет 9-14 мм в сутки, а медленнорастущего Piptoporus betulinus - лишь 1,5-3,0. Е. В. Ветровой доказано, что скорость роста гетерокарионов выше, чем гомокарионов.
Рост мицелия прекращается при полном использовании питательной среды или при переходе гриба в следующие стадии развития, связанные с размножением. Таким образом, вегетативный рост - подготовительный этап, создающий благоприятные условия для размножения. Микроскопические исследования мицелия позволили выделить у грибов ряд возрастных стадий, характеризующихся определенными признаками.
I стадия - прорастание конидий (спор). Включает два этапа: первый - набухание конидий (длится 4-10 ч), второй - образование ростовых трубок и первичного мицелия из нескольких клеток. Цитоплазма не дифференцирована, в клетке содержатся мелкие вакуолярные пятна.
II стадия - разрастание мицелия и его ветвление (лагфаза). Ядро приобретает характерный для грибов вид. Образуются мелкие гранулы липидов.
III стадия - равномерный интенсивный рост, сопровождающийся активными обменными процессами и накоплением нуклеиновых кислот.
IV стадия - замедленный рост, старение мицелия, спорообразование, накопление вторичных метаболических продуктов.
V стадия - принята для условного обозначения полного автолиза мицелия.
Применительно к отдельным грибам, в частности к продуцентам пенициллина, детально описаны все возрастные изменения. Так, у Penicillium chryzogenum описано 7 возрастных стадий.
Продолжительность роста грибов в той или иной стадии зависит от экологических факторов, генетических особенностей, условий культивирования и др.
Влияние внешних факторов на ростовые процессы. Условия окружающей среды - температура, рН среды, свет, аэрация, влажность - на протяжении всего жизненного цикла грибов постоянно оказывают свое воздействие. Прежде всего они сказываются на характере и особенностях ростовых процессов, т. е. скорость роста - один из ведущих показателей ответной реакции грибов на влияние внешних факторов.
Температурные факторы. Достаточное количество тепла - одно из основных условий жизни гриба. Причем активная жизнедеятельность каждого вида возможна в пределах определенных температурных границ. Наиболее гармоничное течение обменных процессов наблюдается при температурном оптимуме. Воздействие слишком низких или слишком высоких температур приводит к глубоким нарушениям в координации процессов жизнедеятельности, к необратимым повреждениям цитоплазмы. Если температура снижается и переходит в критическую, прекращается движение цитоплазмы, утрачивается полупроницаемость мембран и клетка гибнет. Высокая температура также приводит к гибели клетки вследствие "нарушения мембран, наступающего в результате инактивации и денатурации белков и расстройства обменных процессов.
Нижний предел, при котором прекращается рост клеток абсолютного большинства грибов,- 0-3° С, а верхний - не превышает 40° С. Единственного температурного оптимума для грибов не существует, так как потребность в температуре для роста мицелия, образования плодовых тел и прорастания спор не одинакова. Например, оптимум температуры для прорастания спор у заборного трутовика Qloephillurn seriarium составляет 30-34° С, а для роста грибницы - 36° С.
Снижение интенсивности роста или полное отсутствие его у грибов при определенной температуре в некоторых случаях вызвано неспособностью синтезировать необходимые аминокислоты и витамины. В опытах Д. Фриза культуры Coprinus fimetarius отличались хорошим ростом даже при температуре 44° С, если в среде содержался гидролизат казеина, активным компонентом которого является метионин. Очевидно, блокировка синтеза этой аминокислоты при повышенной температуре служит причиной прекращения роста мицелия. В зависимости от потребности в температуре грибы подразделяются на три группы: холодолюбивые, тепловыносливые и теплолюбивые.
Отсутствие роста у грибов при температуре ниже нуля не означает, что они гибнут. Некоторые плодовые тела семейства Polyporaceae способны выдерживать пониженные температуры до -100° С, а мицелий Lentinus lepideus, Fomitopsis carnea выносит сухой жар до +100° С, хотя увлажненный воздух вызывает отмирание грибницы еще при 55° С. Вместе с тем плодовые тела, имеющие мясистую или мягкую кожистую консистенцию и относящиеся к однолетним (Роlyporus, Polystictus и др.), зимой погибают от морозов. В свою очередь, деревянисты и пробковые плодовые тела грибов из родов Fomes, Daedalea и другие отличаются высокой устойчивостью к низким температурам и с наступлением весны вновь начинают вегетировать.
Показательны экологические модификации различного географического происхождения. Так, среднесуточный рост Fusarium sporotrichioides у северных культур (якутских) обычно ниже, чем у южных изолятов (азербайджанских и краснодарских).
Возможность развития каждого гриба, прежде всего, определяется рН среды, или реакцией субстрата в естественных условиях. Питательная среда, содержащая все необходимые вещества, но приготовленная без учета необходимой кислотности (или щелочности), может совсем исключить возможность развития организма или не окажет на него сильного ингибирующего действия. Это объясняется образованием аммиака и органических кислот, повышающих рН, вследствие неодинакового поглощения компонентов среды, усвоения катионов и анионов. При физиологических исследованиях важно сохранять исходное значение рН среды, используя мел, щелочи или фосфатный буфер.
Оптимальное значение рН для большинства грибов ниже 7 (в пределах 5,0-6,0), что соответствует слабокислой реакции среды. Вместе с тем есть грибы, приспосабливающиеся к субстрату с более кислой реакцией. К ним относятся дереворазрушающие, подстилочные и микоризные грибы, образующие органические кислоты. М. И. Бойко, определивший рост Hetero-basidion annosum у 9 штаммов гриба, показал, что их рост может осуществляться в диапазоне рН от 2,5 до 9,5, причем накопление биомассы при рН от 5,5 до 9,5 уменьшается. У некоторых представителей микоризных грибов рода Boletus оптимум рН находится в пределах 3.
Показано, что рН среды оказывает влияние на активность протеаз. Так, у гриба Emericellopsis glabra при изменении значения рН реакционной смеси от 6,0 до 12 активность протеаз увеличивается в 5,6 раза.
Рост грибов на питательных средах в большинстве случаев сопровождается изменением рН в сторону подкисления. Оригинальные опыты были проведены И. Г. Коневской по определению изменения рН среды, в качестве которой была взята бумага (сульфатная, льняная, сульфитная, хлопковая и газетная), инокулированная целлюлозоразрушающим грибом Chaetomium globosum. После 60 суток опыта рН сульфатной, хлопковой, льняной и сульфитной бумаги изменилась в сторону подкисления, а газетной - в сторону подщелачивания.
Световые факторы и излучение. Солнечная радиация оказывает существенное воздействие на процессы жизнедеятельности грибов, хотя действие разных участков спектра солнечного излучения неодинаково. Так, длинноволновое излучение вызывает активацию тепловых рецепторов, мутагенный эффект оказывают ультрафиолетовые лучи, а видимый свет влияет на фотозащитные и фотохимические процессы. Большинство грибов растет с примерно одинаковой интенсивностью на свету и в темноте. Однако под влиянием яркого света наблюдается угнетение роста мицелия и прорастания спор у представителей Trichoderma, Penicillum и других грибов, особенно с бесцветными оболочками. Весьма значительно свет действует на формирование органов плодоношения. Плодовые тела Heterobasidion annosum, Polystictus abietinus, Armillariella mellea и многих других высших грибов при выращивании на искусственных питательных средах образуются только в условиях рассеянного освещения. Показательно, что различное действие света на спорообразование можно обнаружить даже внутри одного рода. Если Botrytis cinerea спороносит на свету и в темноте, то В. gladiolorum - только на свету. При одностороннем освещении наблюдается фототропическая реакция спороносных органов в сторону источника света. Хорошо заметные положительные фототропические изгибы дают представители Mucorales, в частности спорангиеносцы Pilobolus cry-stallinus, виды родов Phycomyces, Spinellus, Hirschio-porus и др. Для некоторых пиреномицетов характерен изгиб хоботка перитеция, у сумчатых аналогичным образом изгибаются сумки, а у шляпочных базидиомицетов - ножки.
Полное отсутствие света у одних грибов (Pilobolus, Lentinus, Coprinus и др.) вызывает стерильность грибницы, в то время как у других (Aspergillus, Me-rulius, Schizophyllum и др.) спороносные органы могут развиваться и в темноте. Нормальное развитие плодовых тел у Lentinus edodes наблюдается при интенсивности освещенности от 5 лк и выше. При отсутствии света образуются светлоокрашенные гипертрофированные плодовые тела. Под действием света в мицелии и спорах некоторых грибов образуются пигменты.
Слово «пигмент» происходит от латинского pigmentum - краска. Благодаря «цветности» пигментов они способны поглощать определенные лучи спектра. Пигментация оболочек спор значительно повышает их устойчивость к действию прямых солнечных лучей при перемещении воздушными течениями. Пигменты грибов подразделяются на несколько групп. 1. Пигменты, образующиеся в результате превращения орилпирувата (терфенилхиноны и их производные - атроментин, полипровал, телефоровая, пульвиновая, вариегатовая кислоты и др.). 2. Пигменты, происходящие по ацетатно-мевалонатному пути (скутигерал, траметин, дермоцибин, дерморубин, дермолютеин, эмодин и др.). 3. Пигменты, образующиеся по мевалонатному пути (лактаровиолин, лактарофульвин, Различные каротиноиды, в первую очередь (каротин, а также лакопин, кантаксантин и др.). 4. Азотсодержащие пигменты (циннабарин, трамесангвин), а также Ряд пигментов различной структуры и происхождения (азахионы, индиго и др.).
Следует подчеркнуть, что свет не является необходимым условием для синтеза у грибов всех пигментов. Так, биосинтез синего пигмента индиго у гриба Schizophyljum находится в зависимости от образования яблочной кислоты, накапливаемой в мицелии по мере его развития. Этот пигмент образуется лишь в культуре, утратившей способность к синтезу яблочной кислоты. В то же время при добавлении к среде ионов меди содержание яблочной кислоты снижается и увеличивается количество индиго.
Для некоторых дрожжей, в частности Candida pulcherria, характерен ярко-красный пигмент пульхерримин.
Многочисленную и широко распространенную у низших грибов Mucoraceae, Choanephoraceae, Могtierellaceae и др.) группу пигментов составляют каротиноиды. Интенсивным синтезом каротина обладают BlakesJea trispora и Choanephora cucurditarum, которые могут быть использованы для получения 3-каротина. В опытах Е. П. Феофиловой, показано, что на синтез каротиноидов сильное влияние оказывает дифениламин. У гриба Blakeslea trispora мицелий, отмытый от дифениламина, синтезирует каротин значительно быстрее, чем в контрольной культуре, что связывают с накоплением бесцветного предшественника, который далее используется на синтез каротина. Если же мицелий не отмыт от дифениламина, то в нем не происходит образования жировых включений, накопленных оранжевыми гранулами каротина. Наряду с этим изменяется и морфология клеток мицелия. У других грибов дифениламин вызывает накопление фитоина и фитофлуина, т. е. проявляется специфическое воздействие указанного соединения на биосинтез пигментов.
Каротиноиды - производные изопрена, представляющие собой ненасыщенные соединения терпенового ряда, принадлежат к нерастворимым в жирах пигмеитам. Найдены эти вещества у грибов всех систематических групп, хотя у многих они содержатся в небольшом количестве. Например, у базидиомицета Clitocybe venutissima - и каротины составляют 0,17 % сухой массы плодовых тел. Повышенное содержание каротина характерно для аскомицетов (порядки Taphrinales, Protomycetales и др.) и базидиомицетов, особенно ржавчинных грибов, имеющих желтую и оранжевую окраску. Каротиноидные пигменты найдены у многих несовершенных грибов как темноокрашенных (Cladosporium, Curvularia и др.), так и светлоокрашенных (Cephalosporium, Trichotecium и др.). Роль их в организме грибов весьма разнообразна и прежде всего связана с реакциями фототропизма и фототаксиса.
Грибы содержат много пигментов - производных хинона (атрометин, лейкомелон, аураутиацин и др.), антрахинона, бензохинона и нафтохинона. Большое число разных типов хинонов содержится у несовершенных грибов порядка гифомицеты (Penicillium, Аlternaria, Aspergillus и др.). Хиноны обладают антибиотическим и токсическим действием, окрашены в фиолетовый или почти черный цвет. Пигменты грибов имеют самую различную окраску - желтую, коричневую, красную, черную, зеленую, фиолетовую и др. Они вызывают окрашивание не только мицелия и плодовых тел, но и питательной среды, на которой произрастают грибы.
Многие грибы содержат темные пигменты - меланины, представляющие собой высокополимерные соединения, образующиеся при ферментативном окислении фенолов. Меланиновые ферменты придают ряду видов грибов высокую устойчивость к экстремальным Условиям существования.
Из лучей солнечного спектра наиболее сильное влияние оказывают ультрафиолетовые, которые могут вызывать мутации, а при высоких дозах облучения - полностью подавлять жизнедеятельность грибов.
Имеются сведения о большой интенсивности действия на некоторые грибы сине-фиолетовых лучей.
У Aspergillus clavatis при воздействии синими лучами формируются удлиненные конидиеносцы, под действием же красных лучей размер конидиеносцев резко уменьшается. Степень освещенности сильно влияет и на скорость освобождения спор из плодовых тел. У некоторых аскомицетов (Podospora curvula, Nectria cinnabarina) - спорообразование наступает лишь в дневные часы, у других (Hypoxylon fuscum) - только в ночное время. В ряде опытов показано угнетающее воздействие инфракрасных лучей на рост домовых (Serpula lacrymans, Poria vaporaria, Coniophora cerebella) и дереворазрушающих (Heterobasidion annosum) грибов.
Сильное влияние на грибы оказывает ионизирующее облучение, хотя темноокрашенные грибы выделяются своей резистентностью к облучению. Получены косвенные доказательства того, что ионизирующая радиация вызывает повреждение ДНК. Особой чувствительностью к радиоизлучению обладают мутанты Aspergillus nidulans, Coprinus lagopus и др. Дозы, оказывающие летальное действие на грибы, главным образом плесневые, используются для защиты материалов от микодеструкторов, спасения художественных ценностей и археологических документов.
Свет оказывает влияние на половую и бесполую репродукцию у грибов. Одним из соединений, индуцирующих репродуктивные процессы, является гормоноподобное вещество, получившее название Р310, выделенное из мицелия Ascochytapisi, подвергнутого действию ближнего ультрафиолета и других несовершенных грибов.
Аэрация. Среди грибов нет облигатных анаэробов. Наиболее типичные факультативные анаэробы - дрожжи. Потребность их в кислороде для нормального развития далеко не одинакова, даже у грибов, относящихся к одному и тому же роду. Так, Fusarium oxyporus выживает в анаэробных условиях в течение 13 недель, тогда как F. eumartii погибает менее чем через три недели.
Влажность среды. Большинство грибов для своего роста нуждается в сравнительно высокой влажности. Так, съедобные грибы обычно появляются в дождливую теплую погоду. Развитие плесневых грибов также возможно лишь на субстратах, отличающихся повышенной влажностью. Дереворазрушающие грибы наибольшую скорость роста имеют при абсолютной влажности древесины 30-80 %, хотя минимальная и максимальная влажность, при которой они развиваются, находится в пределах от 20 до 150 %.
Влажность древесины может служить фактором, ограничивающим рост и разрушительную деятельность ряда грибов. Эту особенность используют, в частности, для предохранения древесины от поражения грибами, насыщая ее влагой методом дополнительного увлажнения или дождевания. Этот прием применяют для повышения сохранности свежесрубленной древесины. Методика его подробно разработана А. Т. Вакиным.
Органы полового размножения обычно развиваются в воздушной среде, и для них более благоприятна несколько большая сухость по сравнению с оптимумом для роста мицелия. Показательно также, что у одних грибов, преимущественно плесневых, даже небольшое снижение влажности воздуха задерживает образование спор, в то время как у других, например мучнисторосяных Erysiphales, число образующихся конидий значительно увеличивается.
Споры грибов отличаются высокой устойчивостью к неблагоприятным факторам и в условиях низкой влажности длительно сохраняют жизнедеятельность.
Существуют грибы, преимущественно из гастеромицетов, приспособившиеся к жизни в засушливых пустынных условиях (виды родов Simblum, Podaxis и др.). Они выносят полное обезвоживание, а в период дождей восстанавливают свою жизнедеятельность. Развитие грибов на растворах питательных веществ может сдерживаться осмотическим давлением окружающей среды, т. е. вода в этом случае становится недоступной, повышение концентрации осмотически деятельных веществ вызывает плазмолиз клеток и полностью останавливает их рост. Вместе с тем величина переносимого клетками осмотического давления неодинакова и определяется как специфическими особенностями грибов, так и природой находящихся в растворе веществ. По данным В. Лилли и Г. Барнет, гриб Rhizopus nigricans переносит осмотическое давление глюкозы в 63,2-10 2 кПа (63,2 атм), сахарозы- 42,1-102 кПа (42,1 атм), KNО 3 - 27,5-10 2 кПа (27,5 атм). Сосущая сила клеток мицелия разных штаммов грибов Trichoderma находится в пределах (45-48) 10 2 кПа (45-48 атм). Высокой устойчивостью к осмотическому давлению раствора отличаются фитопатогенные грибы, сосущая сила клеток которых значительно выше, чем клеток растения-хозяина.
Загрязнение воздуха. Содержание в воздухе промышленных отходов в повышенных концентрациях оказывает отрицательное воздействие на ростовые процессы грибов. Так, обработка сернистым газом 5-дневной культуры Heterobasidion annosum в концентрации 134 мг/л снижала рост мицелия в зависимости от штамма на 75-95 %. При введении NO x в концентрации 66,7 мг/л в 7-дневную культуру рост мицелия замедлялся на 45 %, а у некоторых штаммов вообще прекращался. Примерно аналогичная зависимость обнаружена и в накоплении биомассы под влиянием SО 2 и NO x . В опытах с воздействием тяжелых металлов найдено, что наибольшей токсичностью к Н. annosum обладают соли свинца и никеля, в меньшей степени - соли меди и марганца, а соли цинка в испытываемых концентрациях рост корневой губки не ингибировали.
Определение содержания фтора в плодовых телах съедобных грибов порядка Agaricales показали, что содержание фтора зависит от вида гриба, места и года сбора и может достигать 1 мг на 100 г сухого вещества, т. е. свидетельствует о влиянии окружающей среды на содержание фтора в плодовых телах. Как правило, концентрация минеральных элементов в шляпках выше, чем в ножках.
Доказано, что плодовые тела съедобных грибов способны аккумулировать кадмий и ртуть, меченные радиоактивными изотопами. Так, у Pleurotus flabella-tus обнаружено 75 % внесенного в субстрат кадмия и 38,5 % ртути, в то время как у Agaricus bisporus соответственно 1,27 % и 8,42 %. Таким образом, перенос металлов в плодовые тела у различных видов происходит с неодинаковой интенсивностью.
Литература
1. Жданова Н.Н., Василевская А.И. Экстремальная экология грибов. - К., 1982
2. Биосинтетическая деятельность высших грибов / А.Н. Шиврина, О.П. Мезковская, Н.Н. Фалина и др. - Л., 1969
3. Беккер 3.Э. Физиология грибов и их практическое использование. - М., 2003
4. Денисова Н.И. Природа и биологическая роль протеиназ базидиальных грибов//Микология и фитопатология.- 1984 - Т. 18, №2. -С. 116-121.
Антиметаболит аргинина, лизина или гистидина, синтезируемое Act. macrosporus (термофилл). 2. Единицы биологической активности. Выражение величин биологической активности антибиотиков обычно производят в условных единицах, содержащихся в 1 мл раствора (ед/мл) или в 1 мг препарата (ед/мг). За единицу антибиотической активности принимают минимальное количество антибиотика, способное подавить...
Просмотренных. Наблюдение проводят на 1, 2, 3, 7, 15-е сутки. Стекла микроскопировали, учитывая прорастание спор (%), длину проростков (в мкм) (Кураков, 2001). ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА МИКРОМИЦЕТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ СУБСТРАТАХ Объектами исследования явились 10 штаммов коллекционных микроскоскопических грибов родов Aspergillus: A. niger, A. ustus, A. terreus, A. flavus, A. fumigatus, а также...
И болезней. Но эти методы в основном негативно сказываются на качестве продукции и на окружающей среде. В наших исследованиях по изучению влияния регуляторов роста растений на физиолого-биохимические показатели и урожайность сои мы применяли только экологически безопасные препараты. Это продукты жизнедеятельности микроорганизмов и идентичные по своему происхождению природным соединениям, ...
Препаратов. Масштабы этих работ быстро возрастали и продолжают расширяться в настоящее время. Синтезированы многие тысячи самых разнообразных химических соединений, многие из которых оказались высокоэффективными регуляторами роста и других жизненных процессов растений. В нашей стране работы по изучению действия и применению синтетических регуляторов роста стали быстро развиваться с 1936 г. На...