Сапрофитный гриб penicillium вырабатывает ферменты. Гриб пеницилл: строение, свойства, применение

Так или иначе с грибами знакомы все. Среди нас много поклонников «тихой охоты», ценящих неспешные прогулки по лесу, снимающие стрессы городской жизни. Собранные грибы идут на приготовление разнообразных вкусных блюд, неизменно украшающих дружеские застолья, а в сушеном, соленом или маринованном виде их запасают на длительный срок. Но немногие знают, насколько обширно царство грибов и как тесно наша жизнь связана с ним. Мы расскажем об этом в наших статьях.

Значение грибов

В повседневной жизни грибами называют лишь плодовые тела шляпочных грибов, и мало кто вспоминает о том, что к миру грибов относится огромное множество других видов организмов.

В настоящее время насчитывается до 100 тыс. видов грибов. Грибы очень разнообразны по размерам, облику и другим характеристикам. В разных состояниях и фазах своего развития они присутствуют повсеместно: в почве, воздухе, воде, внутри других живых организмов и на их поверхности. Роль грибов в нашем рационе гораздо разнообразнее, чем подозревает большинство людей, и, к сожалению, она не всегда благотворна.

Грибы – гетеротрофные организмы и для своего существования нуждаются в готовых органических веществах. Ферменты, выделяемые грибами, воздействуют на субстрат и способствуют его частичному перевариванию вне грибной клетки. Такой полупереваренный материал легко поглощается всей поверхностью клетки.

Велика роль грибов в круговороте веществ в природе. Как редуценты, т.е. разрушители органики, они минерализуют органическое вещество, делая вновь доступными для использования другими организмами двуокись углерода, соединения азота, фосфора, калия и другие элементы минерального питания. Поэтому грибы-сапрофиты, разрушающие мертвое органическое вещество, составляют важный элемент разнообразных растительных сообществ.

Однако помимо грибов, довольствующихся лесной подстилкой и другими растительными остатками, немало и таких, деятельность которых приносит ощутимый вред. Некоторым из них по вкусу наши съестные припасы – они их портят, а иногда и делают ядовитыми. Грибы разрушают деревянные постройки, многие материалы и изделия из них. Так, например, грибы могут портить ткани, кожу, бумагу, картон, краски и лаки, повреждая книги и картины, наносят подчас трудно восполнимый ущерб библиотекам и музеям. В списке материалов, поражаемых грибами, оказываются смазочные масла и другие нефтепродукты, изоляция кабелей и проводов, воск, фотопленка. Существуют виды грибов, способные поселяться на металлических изделиях и линзах оптических приборов, повреждая их в процессе своей жизнедеятельности. Особенно велик ущерб от грибов в условиях влажного и теплого климата. Например, во время второй мировой войны менее 50% военных грузов, направленных в тропики и субтропики, доходило туда пригодными к использованию без дополнительных ремонтных работ.

Давно замечено, что многие грибы в лесу растут вблизи определенных деревьев – это нашло отражение в их названиях: подберезовики, подосиновики и т.п. Такой выбор местообитаний связан с тем, что они тесно сотрудничают с высшими растениями, образуя с их корнями микоризу («грибокорень»). С другой стороны, всходы многих видов лесных деревьев плохо растут и даже погибают, если в почве отсутствуют необходимые им грибы-микоризообразователи. Образуя микоризу с растениями, грибы снабжают растения элементами минерального питания, в первую очередь фосфором, соединения которого в почве малодоступны. Растения, в свою очередь, делятся с грибами продуктами фотосинтеза.

Микориза свойственна большей части высших растений. Особенно сильную привязанность к грибам обнаруживает семейство орхидных: симбиоз с грибами для всех видов этого семейства обязателен – уже семена орхидных должны быть при прорастании заражены грибом, иначе развитие орхидей останавливается. Пока такая тесная связь орхидных с грибной флорой не была обнаружена, тропические виды орхидей не удавалось ввести в оранжерейную культуру в Европе.

Широко используются биохмические особенности грибов, в первую очередь дрожжей, расщепляющих сахар с образованием этилового спирта и углекислого газа. Спиртовое брожение лежит в основе целого ряда пищевых производств – хлебопечения, виноделия, пивоварения, а также производства технического спирта из отходов целлюлозно-бумажной промышленности. Некоторые виды грибов синтезируют антибиотики, первым из которых широкую известность получил пенициллин. Грибы из родов пенициллиум и аспергиллус нашли применение в производстве не только антибиотиков, но и некоторых органических кислот и ферментов. Операции по пересадкам сердца и других органов стали давать обнадеживающие результаты с начала 80-х гг., когда стал применяться выделенный из почвенного гриба циклоспорин: это вещество подавляет реакции отторжения, не давая побочных эффектов, свойственных применявшимся ранее лекарственным средствам.

Строение и размножение грибов

У большинства грибов вегетативное тело представляет собой мицелий (грибницу), состоящий из тонких, толщиной в несколько микрон, ветвящихся нитей-гиф с верхушечным ростом и боковым ветвлением. Мицелий пронизывает субстрат и всей поверхностью поглощает из него питательные вещества (субстратный мицелий ). Мицелий может также располагаться и на поверхности субстрата, и подниматься над ним (поверхностный и воздушный мицелий) – тогда его можно видеть невооруженным глазом или при помощи лупы как белую или окрашенную рыхлую сеточку, пушистый (иногда ватообразный) налет или пленочку. На воздушном мицелии обычно образуются органы размножения.

Различают неклеточный мицелий , лишенный перегородок и представляющий собой как бы одну гигантскую клетку с большим числом ядер, и клеточный мицелий , разделенный перегородками на отдельные клетки, содержащие одно, два или много ядер.

Продолжение следует

Порядок Эуроциевые (Eurotiales) (И. И. Сидорова)

Этот порядок называют также плектоасковыми (Plectascales) или аспергилловыми (Aspergillales). Он объединяет несколько сотен видов. Плодовые тела эуроциевых - клейстотеции с беспорядочно расположенными внутри прототуникатными сумками - образуются обычно на мицелии на поверхности субстрата или бывают погружены в него. Лишь у немногих представителей этой группы они развиваются в стромах, обычно напоминающих склероции.

Клейстотеции у большинства эуроциевых микроскопические (не более 1-2 мм в диаметре, чаще 100-500 мкм ). Исключение составляют только грибы семейства элафомицетовых (Elaphomycetaceae), подземные клейстотеции которых достигают нескольких сантиметров в диаметре.

У некоторых наиболее примитивных эуроциевых клейстотеции отсутствуют и сумки образуются группами на мицелии (например, Byssochlamys, рис. 71); у других перидий клейстотециев очень рыхлый, просвечивающий (например, Amauroascus).

Перидий клейстотециев имеет разнообразное строение, от рыхлого, паутинистого переплетения гиф, мало отличающихся от вегетативных (например, у Amauroascus, Arachniotus), до плотного псевдопаренхиматического (Elaphomyces granulatus).

Сумки у эуроциевых развиваются на аскогенных гифах различными способами - цепочками по ходу гифы (например, у Talaromyces flavus), из боковых выростов аскогенных гиф (Eupenicillium), по способу крючка (Eurotium, Sartorya). Они прототуникатные, с быстро разрушающейся оболочкой, шаровидные или грушевидные, с 2-8 аскоспорами. Аскоспоры всегда одноклеточные, бесцветные или окрашенные (красные, фиолетовые, коричневые), шаровидные, эллипсоидальные или линзовидные, часто с разнообразной орнаментацией. Освобождение аскоспор происходит пассивно после разрушения оболочки сумки и перидия клейстотеция.

В распространении большинства эуроциевых существенную роль играет бесполое размножение. Лишь немногие представители этого порядка имеют в цикле развития только сумчатую стадию. Наиболее распространены конидиальные спороношения двух типов - алевриоспоры и фиалоспоры (способы их образования см. в разделе о дейтеромицетах). Первые из них толстостенные, одноклеточные (например, у Emmonsiella capsulata) или многоклеточные, часто очень крупные, 1 до 150 мкм длиной (например, у дерматофитов, рис. 75, 76). Если алевриоспоры встречаются и у некоторых гемиаскомицетов, то второй тип конидий - фиалоспоры - впервые появляется именно у эуроциевых. Этот тип конидий характерен и для некоторых групп пиреномицетов, например гипокрейных. Спорогенные клетки - фиалиды - образуются одиночно на гифах мицелия, например у грибов рода эмерицеллопсис (Emericellopsis) или на специализированных конидиеносцах, часто сложного строения: конидиальные стадии пеницилл (Penicillium) и аспергилл (Aspergillus), характерные для некоторых родов семейств эуроциевых (рис. 231).

У эуроциевых наблюдается также аггрегация конидиеносцев - образование коремий , например у пенициллиопсиса (Penicilliopsis), и даже пикнид у пикнидиофоры (Pycnidiophora). Некоторые эуроциевые образуют мелкие шаровидные или продолговатые склероции.

Большинство эуроциевых - сапрофиты на различных субстратах растительного и животного происхождения, в том числе широко распространенные почвенные грибы, например роды эмерицелла (Emericella), сартория (Sartorya), таларомицес (Talaromyces) и многие другие. Некоторые представители этой группы, развиваясь на пищевых продуктах или различных промышленных материалах и изделиях, вызывают их плесневение и порчу (Byssochlamys fulva на фруктовых соках, многие виды пенициллов и аспергиллов). Кератинофильные эуроциевые образуют кератинолитические ферменты и поэтому могут развиваться на субстратах, содержащих кератин (нерастворимый фибриллярный белок),- на перьях, волосах, копытах, рогах (некоторые Gymnoascaceae), принимая участие в их разложении.

Среди эуроциевых есть также грибы, патогенные для человека и животных и вызывающие нередко тяжелые заболевания. Таковы дерматофиты, возбудители глубоких микозов (например, Emmonsiella capsulata).

Родственные эуроциевым несовершенные грибы из формального рода аспергиллус выделяют афлатоксин, вызывающий токсикоз у животных (см. о дейтеромицетах). Большинство используемых в производстве грибов - продуцентов антибиотиков, ферментов, органических кислот также относятся к этому порядку (виды эмерицеллопсис - продуценты антибиотика цефалоспорина С) или близки к эуроциевым (пенициллы и аспергиллы, см. о дейтеромицетах).

Семейство Гимноасковые (Gymnoascaceae)

Это семейство объединяет группу грибов с мелкими примитивными клейстотециями, шаровидными или неправильной формы, образующимися на поверхности субстрата. Их перидий состоит из рыхлого сплетения гиф, напоминающих вегетативные гифы, например у родов арахниотус (Arachniotus) и амауроаскус (Amauroascus), или из плотно переплетающихся и анастомозирующих гиф, часто с утолщенными стенками. На перидии часто образуются придатки различной длины и формы - простые, не отличающиеся от гиф, спирально закрученные у миксотрихум (Myxotrichum), артродерма (Arthroderma), гребневидные у ктеномицес (Ctenomyces) и ветвящиеся. Их форма - важный систематический признак, используемый при разграничении родов этого семейства.

У родов биссохламис (Byssochlamys) и псевдоарахниотус (Pseudoarachniotus) плодовых тел нет и сумки образуются группами или гроздьями на мицелии, напоминая голые сумки гемиаскомицетов. Однако, в отличие от последних, сумки гимноасковых всегда развиваются на аскогенных гифах.

Конидиальная стадия известна не у всех гимноасковых, хотя у многих представителей этого семейства она преобладает в цикле развития. Конидии обычно образуются по типу алевриоспор. Фиалоспоры в этом семействе встречаются редко. Иногда образуются артроспоры, бластоспоры и хламидоспоры.

Гимноасковые грибы - экологически разнообразная группа. Они обитают сапрофитно в почве, на растительных субстратах, на экскрементах животных. Среди гимноасковых широко распространена кератинофилия (Ctenomyces serratus, дерматофиты). Ряд представителей этой группы вызывает заболевания у человека и животных (дерматомикозы, гистоплазмоз).

Наиболее примитивные гимноасковые - грибы из родов биссохламис и псевдоарахниотус - еще не имеют плодового тела. Их шаровидные или овальные сумки образуют неправильную гроздь или пучок на мицелии (рис. 71). Эти роды различаются по характеру конидиального спороношения: у первого образуются фиалоспоры на конидиеносцах типа пециломицес (Paecilomyces); у второго - алевриоспоры или конидиальное спороношение отсутствует.

В роде биссохламис два вида. Буро-желтый биссохламис (Byssochlamys fulva) распространен во всем мире на большом числе разнообразных субстратов - на пищевых продуктах, особенно консервированных фруктах и соках, на различных изделиях и материалах, в почве. На естественных субстратах и в культуре этот гриб образует колонии от бледно-желтого до табачно-коричневого цвета, сначала с обильным конидиальным спороношением - фиалидами с цепочками конидий, расположенными на мицелии или конидиеносцах одиночно или мутовками. Позднее на мицелии образуются аскогоны - короткие завитки гифы, а из них вырастают аскогенные гифы, на которых развиваются грозди сумок с восемью бесцветными аскоспорами (см. рис. 71). Кроме того, в культуре образуются толстостенные хламидоспоры.

Буро-желтый биссохламис имеет экономическое значение как возбудитель биоповреждений различных видов органических материалов. Когда-то этот вид представлял серьезную проблему для консервной промышленности. Он широко распространен в садовых почвах и на гниющих фруктах. Вместе с плодами он попадает на консервные заводы и заражает готовые продукты, вызывая затем их порчу. Гриб очень устойчив ко многим внешним воздействиям, убивающим другие грибы и бактерии. Его аскоспоры сохраняют жизнеспособность при нагревании их в течение 30 мин до 84-87° С, а при консервировании часть их выживает даже при температуре 98° С. Он может развиваться в герметически закрытых консервных банках, так как не требует высокого содержания кислорода. В конидиальной стадии (Paecilomyces varioti) этот вид обнаружен также на бумаге, хлопковой пряже, выделанной коже, разрушение которых он может вызывать.

Второй вид этого рода - белоснежный биссохламис (В. nivea) - распространен в почве, а также встречается на влажных ботанических препаратах, хранящихся в спирте. Грибы этого вида образуют снежно-белые колонии, с возрастом слегка желтеющие. На мицелии развиваются слабо ветвящиеся конидиеносцы с фиалидами, а затем группы шаровидных сумок, иногда, в отличие от желто-бурого биссохламиса, окруженных рыхло расположенными белыми вегетативными гифами (см. рис. 71).

Грибы рода биссохламис хорошо развиваются при повышенных температурах (30-37° С), образуя много сумок. При более низкой температуре (20-24° С) рост более слабый, образуется только конидиальное спороношение.

У грибов рода псевдоарахниотус (Pseudoarachniotus), встречающихся в почве и на экскрементах животных, конидиальное спороношение обычно отсутствует. Аскоспоры часто окрашенные - красные или оранжевые, лимонно-желтые.

Все остальные гимноасковые имеют клейстотеции с перидием . У видов из родов арахниотус (Arachniotus) и амауроаскус (Amauroascus) гифы перидия тонкостенные и напоминают гифы вегетативного мицелия. Перидий слабо развит и представляет очень рыхлое, паутинистое переплетение гиф. Эти роды различаются по окраске аскоспор: у первого они бесцветные или светлоокрашенные, у второго - коричневые или коричнево-фиолетовые. Кроме того, у видов арахниотус стенки сумок очень быстро разрушаются и аскоспоры выходят из клейстотеция через отверстия между гифами перидия.

Наиболее распространенные виды этих родов белоснежный арахниотус (Arachniotus candidus) с белыми шаровидными клейстотециями, часто встречающийся в Европе на экскрементах животных, на птичьих перьях, нередко его можно обнаружить в птичьих гнездах; красный арахниотус (A. ruber) с оранжевыми или красными клейстотециями около 0,5 мм в диаметре, копрофил; бородавчатый амауроаскус (Amauroascus verrucosus) с белыми, после созревания аскоспор темнеющими клейстотециями, обитающий на гниющей коже.

Для родов гимноаскус (Gymnoascus), миксотрихум (Myxotrichum), артродерма (Arthroderma), наницция (Nanizzia) и других характерен перидий из толстостенных гиф, хорошо отличающихся от гиф вегетативного мицелия, а также образование гифами перидия придатков различного строения.

На конском навозе, а также в почве очень часто встречается гимноаскус Рисса (Gymnoascus reessii), образующий белые паутинистые дерновинки, а на них - многочисленные шаровидные желтые, желто-бурые, а иногда оранжевые клейстотеции, часто сливающиеся в корочки. Перидий клейстотециев состоит из толстостенных, обильно ветвящихся под прямым углом, желтоватых или бурых гиф, с прямыми или изогнутыми в виде багра короткими придатками (рис. 72). Конидиальное спороношение отсутствует. Гимноаскус Рисса нередко развивается также на тканях и других материалах и вызывает их порчу.

Род миксотрихум (Myxotrichum) отличается от предыдущего придатками двух типов - короткими шиловидными и длинными, часто спирально закрученными на концах (рис. 73), а также более темным перидием. Виды этого рода встречаются в почве, на экскрементах, различных растительных субстратах, а некоторые - на бумаге и других целлюлозосодержащих материалах (Myxotrichum chartarum).

Очень характерные придатки образуются на мелких оранжево-красных клейстотециях пильчатого ктеномицеса (Ctenomyces serratus), распространенного в Европе, Северной и Центральной Америке и Африке сапрофита на птичьих перьях. Эти придатки отходят от толстостенных гиф перидия, слегка изогнуты и состоят из 5-11 толстостенных клеток, каждая из которых образует длинный вырост. Все выросты придатка направлены в одну сторону, и он напоминает гребень (рис. 74).

К гимноасковым относится большая группа грибов-дерматофитов, обитающих на волосах, ногтях, коже, а иногда и в тканях и вызывающих дерматомикозы - заболевания человека и многих животных (трихофитию, микроспорию, фавус и т. п.). Дерматофиты, обладая кератинолитическими ферментами и относительной устойчивостью к кожным выделениям животных, занимают своеобразную экологическую нишу, недоступную для большинства других микроорганизмов и относительно свободную поэтому от антагонистов. Кроме того, некоторые дерматофиты образуют антибиотики, например пенициллин у грибов трихофитон (Trichophyton). Антибиотики подавляют развитие сопутствующей микрофлоры.

Дерматофиты - одни из первых обнаруженных патогенных грибов. Начиная с середины прошлого века описано большое число их видов. Однако заболевания, вызываемые ими, были известны задолго до открытия их возбудителей. Например, фавус (парша) был известен уже в течение многих столетий. Длительное время дерматофиты относили к несовершенным грибам, так как у них были известны только бесполые стадии.

В естественных условиях дерматофиты образуют мицелий, распадающийся на артроспоры, а в культуре на питательных средах - обычно обильный и разнообразный рост (различные видоизменения мицелия, макроконидии и микроконидии типа алевриоспор). По характеру макроконидий конидиальные спороношения дерматофитов относят к трем родам: микроспорум (Microsporum) с толстостенными шероховатыми веретеновидными макроконидиями с перегородками, трихофитон (Trichophyton) с тонкостенными гладкими макроконидиями и эпидермофитон (Epidermophyton) с толстостенными гладкими макроконидиями (рис. 75-76). У двух первых родов образуются также микроконидии.

Предположение о связи дерматофитов с гимноасковыми было высказано еще в конце XIX в.

Эта гипотеза была подтверждена затем А. Наницци, обнаружившим в 1927 г. на кератиновом субстрате в почве клейстотеции гипсовидного микроспорума (Microsporum gypseum). Наконец, в 50-х годах, когда получил распространение метод приманок (волосы, перья), предложенный... Р. Ванбрейзегемом для изучения дерматофитов в почве, были получены сумчатые стадии нескольких видов микроспорумов и трихофитонов, относящиеся к родам наницция (Nanizzia) и артродерма (Arthroderma). Таким образом, были окончательно доказаны родственные связи дерматофитов с гимноасковыми.

Клейстотеции родов артродерма и наницция имеют много общих черт (рис. 77-78). Они шаровидные, 300-700 мкм в диаметре, белые, затем желтеющие. Их перидий состоит из обильно ветвящихся толстостенных бородавчатых или шиповатых гиф, клетки которых часто имеют перетяжки. Придатки - гладкие тонкостенные гифы (прямые, заостренные или в виде спирали с 3-50 витками). Клейстотеции содержат восьмиспоровые сумки с быстро разрушающейся оболочкой, образующиеся по способу крючка. Среди этих грибов встречаются гомоталличные и гетероталличные виды.

Для наницции характерно конидиальное спороношение типа микроспорум, а также заостренные придатки клейстотеция и клетки перидия с несколькими перетяжками. К этому роду относится сумчатая стадия гипсовидного микроспорума - загнутая наницция (Nanizzia incurvata). Конидиальные стадии рода артродерма - это трихофитон и некоторые другие. В перидии имеются многочисленные гантелевидные клетки. Кроме дерматофитов, к артродермам относятся также сапрофиты на растительных остатках, экскрементах, а также сапрофитные кератинофилы.

Сумчатые стадии образуются у почвенных кератинофилов, геофильных и некоторых зоофильных дерматофитов. Антропофильные дерматофиты полностью их утратили.

Большинство дерматофитов - космополиты. Например, гипсовидный микроспорум распространен на всех континентах. Некоторые виды (Microsporum ferrugineum, Trichophyton coucentricum) распространены преимущественно в более теплых районах земного шара, а в умеренной зоне дают лишь эндемические вспышки при ввозе.

Кроме дерматомикозов, гимноасковые могут вызывать и глубокие микозы. В 1972 г. был описан монотипный род эммонсиелла (Emmonsiella) с видом капсульная эммонсиелла (Е. сарsulata) - сумчатой стадией капсулъной гистоплазмы (Histoplasma capsulatum), вызывающей у человека гистоплазмоз - тяжелое поражение ретикуло-эндотелиальной системы, часто со смертельным исходом. Это заболевание было обнаружено в начале нашего века в зоне Панамского канала, но его возбудитель был неправильно отнесен сначала к простейшим. Гистоплазмоз распространен преимущественно в странах с мягким климатом. Его локальные очаги известны в некоторых штатах США, странах Южной Америки, Азии, Африки и Европы.

Источником инфекции многие исследователи считают почву. Капсульная гистоплазма часто выделяется из почвы и воды эндемических районов, однако значительно чаще она встречается в экскрементах различных животных - скворцов, летучих мышей, кур и др. Известны случаи, когда гистоплазмозом заболевали группы спелеологов после посещения пещер, содержащих большое количество гуано летучих мышей.

Клейстотеции гриба белые, позднее буроватые, шаровидные, неправильно звездчатые, 80-250 мкм в диаметре. Перидий состоит из гиф двух типов - спирально скрученных и отходящих от них ветвящихся волнистых гиф.

Семейство Эуроциевые (Еurotiасеае)

К семейству эуроциевых относятся плектомицеты с хорошо развитыми клейстотециями, перидий которых псевдопаренхиматический или имеет четко выраженную гифенную структуру.

За немногими исключениями, грибы из этого семейства - широко распространенные сапрофиты. Они обитают в почвах различных климатических областей, а также на разнообразных субстратах растительного, реже животного происхождения, на которых они образуют плесени. Некоторые эуроциевые - термофилы и развиваются на разнообразных саморазогревающихся субстратах (например, в компосте, влажном сене и др.) при температуре 30-60 °С. Отдельные виды вызывают заболевания теплокровных животных и растений.

Человек в своей деятельности часто встречается с грибами из этой группы. Это не только многочисленные и всем хорошо известные зеленые, голубые и черные плесени на разнообразных пищевых продуктах. Они развиваются также на различных промышленных изделиях и материалах. В благоприятных для развития условиях, особенно в тропиках, они могут за короткий срок вызывать разрушение тканей, кожи, различных синтетических материалов (например, электроизоляции), ускорять процессы коррозии металлов, повреждать приборы, оптику и многие другие изделия. С другой стороны, некоторые из эуроциевых и близких к ним несовершенных грибов из формальных родов аспергилл (Aspergillus) и пеницилл (Penicillium) широко используют в микробиологической промышленности как продуценты антибиотиков (пенициллины, цефалоспорин С и др.), ферментов и органических кислот, а также для приготовления некоторых пищевых продуктов - сыров (рокфор, камамбер) и соусов.

В распространении большинства эуроциевых большую роль играет конидиальная стадия. Нередко она преобладает в цикле развития, а клейстотеции образуются лишь спорадически. У большой группы грибов, связанных по происхождению с эуроциевыми, сумчатые стадии утрачены полностью и конидиальное спороношение - единственный способ размножения. К этой группе относятся такие широко распространенные почвенные грибы, как многие пенициллы и аспергиллы, а также некоторые виды из рода акремониум (Acremonium). Они принадлежат к классу дейтеромицетов, или несовершенных грибов.

Преобладающий у эуроциевых тип конидий - фиалоспоры. Они образуются на фиалидах в базипетальных цепочках, а иногда собираются в ложные головки. Фиалиды расположены поодиночке на недифференцированных гифах мицелия, например у рода эмерицеллопсис (Emericellopsis) в конидиальной стадии типа акремониум, но значительно чаще - на хорошо развитых конидиеносцах сложного строения (конидиальные стадии типа пеницилл и аспергилл, характерные для многих родов эуроциевых). Конидиеносцы обычно одиночные, однако у некоторых грибов из этого семейства они объединяются в коремии, например у пенициллиопсис (Penicilliopsis). В 1955 г. был описан род эуроциевых с конидиями, развивающимися в пикнидах,- пикнидиофора (Pycnidiophora).

Образованию клейстотециев предшествует дикарионтизация, которая может происходить у эуроциевых несколькими путями. У одних представителей этого семейства наблюдается типичный для высших аскомицетов половой процесс (например, у Monascus purpureus). Однако у многих эуроциевых происходит его морфологическая редукция. У ползучего эуроциума (Eurotium repens) и желтого таларомицеса (Talaromyces flavus) антеридии образуются, но не функционируют, а у неосартории Фишера (Neosartorya fischeri) они вообще отсутствуют. В этих случаях в дикарионы объединяются ядра самого аскогона. Наконец, у лежачей эмерицеллы (Emericella nidulans) и ряда других видов гаметангии не образуются и дикарионтизация происходит соматогамно, в результате слияния двух обычных клеток вегетативного мицелия.

Клейстотеции эуроциевых обычно достигают 100-500 мкм в диаметре и заметны невооруженным глазом в виде маленьких шариков. Часто они ярко окрашены (желтые, оранжевые), но могут также быть белыми, светлоокрашенными или темными. У большинства видов этого семейства они образуются на мицелии на поверхности субстрата, но у некоторых его представителей имеются небольшие стромы, часто по твердости напоминающие склероции, и клейстотеции развиваются внутри них, например у рода петромицес (Petromyces). Перидий клестотециев образуется обычно из переплетающихся гиф, но у некоторых видов (Pseudoeurotium multisporum и др.) он имеет тканевое строение, развиваясь в результате многократного деления одной или нескольких клеток гифы.

Аскоспоры эуроциевых всегда одноклеточные, бесцветные или разнообразно окрашенные (у эмерицеллы - фиолетовые, красные, пурпурные, у эмерицеллопсиса - коричневые), овальные или линзовидные, часто с разнообразной орнаментацией - шероховатые, с экваториальной бороздкой, ребрами, крыловидными выростами.

Большую группу эуроциевых составляют грибы, конидиальные стадии которых относятся к формальным родам несовершенных грибов: пепицилл (Penicillium) и аспергилл (Aspergillus). Эти два рода объединяют многочисленные виды грибов, широко распространенных в почвах всего земного шара от Арктики до тропиков, а также на различных субстратах растительного происхождения. У многих из них известны только конидиальные стадии, такие виды отнесены к несовершенным грибам и описаны в соответствующем разделе.

Однако у некоторых пенициллов и аспергиллов, по традиции также относимых к несовершенным грибам, известны сумчатые стадии, принадлежащие к различным родам эуроциевых.

Согласно Международному кодексу ботанической номенклатуры, основным наименованием плеоморфных грибов является наименование их совершенной стадии. Поэтому мы рассматриваем эти грибы в настоящем разделе.

Для формального рода аспергилл характерны простые конидиеносцы, на вершине вздутые в виде пузыря различной формы. На нем располагаются фиалиды, образующие цепочки одноклеточных конидий. У некоторых аспергиллов фиалиды располагаются не на самом пузыре, а на образующихся на нем профиалидах (рис. 231). Подробное описание конидиального аппарата у этого рода приведено в разделе о дейтеромицетах. Конидиальные стадии этого типа известны у девяти родов эуроциевых. Интересно отметить, что виды одного рода обычно имеют конидиальные стадии, относящиеся к одной или близким группам рода аспергилл.

Наиболее обширный род этой группы - эуроциум (Eurotium) - включает 18 видов. Его представители часто встречаются в природе на разнообразных медленно разлагающихся растительных субстратах. Они образуют зеленые, желтоватые или красно-желтые плесени, в зависимости от условий среды (температуры, влажности) и, соответственно, преимущественного развития конидиальной или сумчатой стадии (табл. 16). Клейстотеции грибов этого рода обычно шаровидные, очень мелкие (50-175 мкм в диаметре), желтые, с однослойным перидием, покрыты рыхлой сетью гиф с желтоватыми или красноватыми гранулами. Оболочки сумок разрушаются очень рано, и зрелые клейстотеции содержат массу бесцветных или желтоватых линзовидных аскоспор с экваториальной бороздкой. Конидиальные стадии относятся к группе Aspergillus glaucus.

Первый крупный вид этого рода - гербарный эуроциум (Eurotium herbariorum) - был обнаружен Г. Ф. Липком в 1809 г. на сухом гербарном образце. Его связь с конидиальной стадией из рода Aspergillus - сизым аспергиллом (A. glaucus) - была доказана значительно позднее, в 1854 г., А. де Бари .

В почве эуроциумы встречаются в небольшом количестве. Обычный субстрат многих видов из этого рода - хранящиеся растительные продукты. Многие из его представителей - ксерофиты, развивающиеся в условиях пониженной влажности, неблагоприятных для роста других грибов. Ползучий эуроциум (Eurotium repens), например, вызывает плесневение зерна и многих других продуктов при влажности 13-15%. В результате его развития освобождается вода и на зерне начинают расти другие плесневые грибы. Ползучий эуроциум очень быстро распространяется в хранилищах, так как обитающие там долгоносики и клещи, охотно питаясь его гифами и спорами, разносят их по всем помещениям.

Большое значение имеют эуроциумы и как возбудители биоповреждений различных промышленных изделий и материалов. Развиваясь при минимальных влажности и питании, они вызывают разложение текстиля, целлофана, резины, пластмасс (Е. repens, Е. amstelodami). Грибы этого рода (например, Е. tonophilum) встречаются даже на стеклах оптических приборов, вызывая их порчу. Они ускоряют также процессы коррозии металлов, вероятно, вследствие образования большого количества органических кислот.

Эуроциумы обычно осмофильны и могут развиваться на средах с высоким осмотическим давлением, например с повышенным содержанием сахара (20% и более). Ползучий эуроциум часто встречается на заплесневелых джемах и вареньях, где образует обильные конидии и клейстотеции. Галофилъный эуроциум (Е. halophilicum) плохо растет на средах с низким осмотическим давлением. Для его нормального развития необходимо высокое содержание в среде сахара (более 20-40%) или эквивалентной молярной концентрации хлористого натрия. Е. tonophilum хорошо растет и образует клейстотеции на средах с еще большим осмотическим давлением, содержащих до 60% сахара.

Второй крупный род эуроциевых с конидиальной стадией Aspergillus - эмерицелла (Emericella) - объединяет 13 видов. Они имеют шаровидные, довольно крупные клейстотеции (300- 400 мкм в диаметре), обычно ярко-желтые, окруженные массой крупных толстостенных клеток. Встречаются в почвах различных районов земного шара, довольно часты на различных растительных материалах.

Один из наиболее распространенных видов - лежачая эмерицелла (Emericella nidulans, конидиальная стадия A. nidulans) образует широко растущие колонии, окраска которых варьирует от зеленой до ярко-желтой, в зависимости от степени развития конидий и клейстотециев. Клейстотеции желтые, хорошо видны невооруженным глазом. Лежачая эмерицелла обычно встречается на различных растительных субстратах, в почвах умеренной зоны и субтропиков, иногда развивается в дыхательных путях теплокровных животных. В генетике грибов этот вид занимает второе место после видов рода нейроспора (Neurospora).

Другие грибы рода эмерицелла встречаются преимущественно в почвах более теплых и сухих районов: эмерицелла мелкоморщинистая (Е. rugulosa), четырехлинейная (Е. quadrilineata) или в тропических лесных почвах - эмерицелла гетероталличная (Е. heterothallica).

Для грибов рода неосартория (Neosartorya) характерны шаровидные, обычно белые клейстотеции, в зрелости окруженные рыхлой сетью стерильных гиф, придающих им вид маленьких ватных шариков (табл. 16). Их перидий состоит из слоя псевдопаренхимы, толщиной в несколько клеток. Аскоспоры бесцветные, с экваториальными гребнями. Конидиальные стадии - из группы Aspergillus fumigatus. Наиболее распространенный вид этого рода - неосартория Фишера (N. fischeri) - обитает в почве и на различных органических субстратах. При температуре ниже +25 °С он образует желтовато-белые колонии с обильными белыми клейстотециями (150-200 мкм в диаметре). Если те же культуры этого гриба выращивать при повышенных температурах (30-37 °С), они образуют преимущественно конидии, придающие колониям голубовато-зеленую окраску. Клейстотеции в этих условиях не образуются или бывают немногочисленны (табл. 16).

В отличие от перечисленных родов для грибов монотипного рода петромицес (Petromyces) характерны клейстотеции, образующиеся не на мицелии, а в твердых стромах, напоминающих склероции. Единственный вид этого рода - чесночный петромицес (P. alliaceus), его конидиальная стадия - A. alliaceus. Гриб обнаружен в почвах Европы, Азии, Америки и Австралии. Он встречается также на поврежденных луковицах чеснока, лука и других растений. В культуре гриб образует быстро растущие колонии с многочисленными склероциеподобными стромами, расположенными концентрическими зонами. Стромы обычно эллиптические, 1-3 мм длиной, из толстостенных клеток. Их окраска варьирует от серебристо-серой до черной (табл. 16). Клейстотеции образуются внутри этих стром по 1-8 в каждой, в зависимости от ее размера. Их созревание происходит очень медленно, в зрелости они заполняют весь склероций. Тонкая собственная оболочка клейстотециев быстро разрушается, и строма выглядит как один клейстотеций с толстой оболочкой (до 200 мкм толщиной). У грибов другого строматического рода - склероклейста (Sclerocleista) - каждая строма содержит лишь один клейстотеций.

Виды формального рода пеницилл, к которому относятся конидиальные стадии трех родов эуроциевых - эупенициллиум (Eupenicillium), таларомицес (Talaromyces) и хамигера (Hamigera),- образуют конидиеносцы, имеющие вид кисточки (рис. 231). Их строение разнообразно: кисточки состоят из одной мутовки фиалид на конидиеносце или они двухъярусные и состоят из метул и расположенных на них фиалид, наконец, конидиеносец может ветвиться, обычно несимметрично. Сумчатые стадии известны у немногих видов этого формального рода.

У видов рода эупенициллиум клейстотеции шаровидные или неправильной формы, развиваются из псевдопаренхиматических, иногда очень твердых и напоминающих склероции стром. Созревание клейстотеция идет от центра стромы, а его бесцветный или окрашенный перидий состоит из толстостенных клеток стромы. Сумки образуются на боковых веточках аскогенных гиф, одиночно или цепочками. Аскоспоры обычно линзовидные, бесцветные, желтоватые или бледно-коричневые, часто с экваториальным гребнем или бороздкой (табл. 15). В этом роде сейчас насчитывается более 30 видов, обитающих в почве, но часто встречающихся на различных растительных субстратах. У одного из наиболее распространенных видов этого рода - эупенициллиума Брефелъда (Е. brefeldianum, конидиальная стадия - P. brefeldianum) - клейстотеции обычно развиваются из параплектенхиматических, иногда слабосклероциальных стром. Они кремовые или песочного цвета, 100-200 мкм в диаметре. Их созревание происходит за 10-14 дней. Этот вид обитает преимущественно в южных почвах (Центральная Америка, Африка), но встречается также в почвах умеренной зоны.

У других видов рода эупенициллиум, например у мелкого эупенициллиума (Е. parvum, конидиальная стадия - P. parvum), развитие клейстотециев длится не менее 20-30 дней, а у корковидного (Е. crustaceum, конидиальная стадия - P. kewense) и эупенициллиума Шира (Е. shearii, конидиальная стадия - P. shearii) склероциевидные клейстотеции созревают за 4-6 недель, а иногда вообще не образуют сумок.

Пеницилл Тома (Penicillium thomii) - гриб, часто встречающийся в лесных почвах, а также на древесине и других растительных субстратах. Он образует розовые склероции, очень похожие по форме и консистенции на молодые клейстотеции эупенициллиумов мелкого, Шира и корковидного. Однако они никогда не содержат сумок и представляют, вероятно, рудиментарные клейстотеции. Это подтверждается и тем, что у эупенициллов иногда клейстотеции недоразвиваются и не образуют сумок.

Род таларомицес объединяет 13 видов с мелкими шаровидными или неправильными клейстотециями с неограниченным ростом. Яркие желтые или оранжево-желтые клейстотеции образуются в изобилии и придают характерную желтую окраску колониям грибов из этого рода (табл. 16). Их перидий развит в разной степени, от очень тонкого, просвечивающего (Т. flavus, Т. wortmannii) до плотного (Т. thermophilus). Сумки образуются цепочками из клеток аскогенных гиф, их оболочки быстро разрушаются.

Виды этого рода обитают в почве и на разнообразных органических материалах. Желтый таларомицес (Т. flavus, конидиальная стадия - P. vermiculatum) и m. Вортмана (Т. wortmannii, конидиальная стадия - P. wortmannii) - космополиты, широко распространенные в почве и часто вызывающие биоповреждения различного оборудования и материалов, особенно в тропиках и субтропиках.

Интересны термофильные виды рода таларомицес - термофильный (Т. thermophilus, конидиальная стадия - P. dupontii) и Эмерсона (Т. emersonii, конидиальная стадия - Р. emersonii). Они развиваются в почве, компосте, саморазогревающемся влажном сене и других субстратах в границах температуры 25-60 °С. При 45 °С они быстро растут и образуют обильное конидиальное спороношение. У первого из них клейстотеции развиваются только в частично анаэробных условиях, на стерильном зерне. Они шаровидные, около 1 мм в диаметре, серые или коричневатые. Клейстотеции таларомицеса Эмерсона типичного для этого рода желтого или оранжевого цвета, более мелкие (50-300 мкм в диаметре), обычно сливаются и образуют слой или корочку на поверхности среды. Их развитие происходит в температурных границах 35-50 °С, в аэробных условиях.

К термофильным грибам относится также оранжевый термоаскус (Thermoascus aurantiacus), образующий быстро растущие кремово-белые колонии, на которых сначала развивается конидиальное спороношение типа пециломицес (Paecilomyces), которое быстро сменяется сумчатым - ярко-оранжевыми или кирпично-красными клейстотециями неправильной формы. Этот вид часто развивается на саморазогревающихся субстратах. Он хорошо переносит анаэробные условия в течение нескольких дней.

Род эмерицеллопсис (Emericellopsis) объединяет почвенные грибы с маленькими шаровидными клейстотециями, одетыми тонким, просвечивающим перидием из двух или более слоев клеток и характерными коричневыми аскоспорами с крыловидными придатками. При росте на питательных средах виды этого рода образуют медленно растущие колонии, на свету приобретающие розовую или оранжевую окраску вследствие образования пигментов из группы каротиноидов. Сначала развивается конидиальное спороношение типа акремониум,- одиночные фиалиды с фиалоспорами, соединенными слизью в ложные головки. Клейстотеции образуются на поверхности среды, на гифах воздушного мицелия, или погружены в среду. Их размеры от 15 до 400 мкм , самые мелкие содержат только по 1-2 сумки. Аскоспоры овальные, коричневые, с крыловидными гребнями различной формы и размера, часто проходящими по всей споре, от полюса до полюса. После массового образования клейстотециев колонии темнеют, так как коричневые аскоспоры просвечивают через тонкий перидий (табл. 16).

Представители рода эмерицеллопсис встречаются в различных типах почв в Европе, Азии, Африке и Северной Америке. Их можно обнаружить как в окультуренных, так и неокультуренных почвах, например лесных. Они часто обитают в сильно увлажненных почвах - в мангровых болотах, торфяниках, в иле (например Е. minima, Е. glabra).

Некоторые виды этого рода (Е. glabra, Е. terricola) - активные продуценты антибиотика цефалоспорина С, близкого по структуре и свойствам к пенициллинам, но менее активного, чем последний. На основе этого антибиотика в последние годы были получены полусинтетические производные, которые не только превосходят по активности исходный препарат, но и действуют на те группы организмов, которые устойчивы к действию пенициллина,- грамотрицательные бактерии и устойчивые к пенициллину стафилококки. Полусинтетические цефалоспорины - цефалотин и цефалоридин - выпускаются промышленностью и используются в медицинской практике.

Виды из рода монаскус (Monascus), вызывающие плесневение различных растительных продуктов, образуют колонии с характерной красной или пурпурной окраской, обусловленной присутствием пигмента монасцина. На концах гиф мицелия у грибов из этого рода образуются шаровидные клейстотеции с перидием из рыхло переплетающихся гиф. Стенки сумок быстро разрушаются, и зрелый клейстотеций содержит массу свободных аскоспор. Наиболее известный вид - красный монаскус (М. ruber) - встречается на гнилых яблоках и других растительных субстратах. Другой вид этого рода - пурпурный монаскус (М. purpureus) - используется в Юго-Восточной Азии для получения окрашенного риса. Гриб выращивают на рисе, из которого затем готовят порошок и используют его для приготовления соусов. В благоприятных для роста условиях этот гриб вызывает плесневение каучука.

Некоторые тропические эуроциевые образуют хорошо дифференцированные стромы, на которых образуются довольно крупные клейстотеции. Так, у рода батистия (Batistia) клейстотеции образуются на псевдопаренхиматических ножках и достигают 3-4 мм в диаметре. У грибов рода пенициллиопсис стромы шаровидные или неправильно лопастные, 2-7 мм в диаметре, одиночные или собранные гроздьями, на коротких ножках. Представители этого рода встречаются на плодах и семенах различных растений в тропической Африке, Юго-Восточной Азии, Бразилии.

Семейство Элафомицетовые (elaphomycetасеае)

Грибы этого семейства образуют крупные подземные клейстотеции с толстым прочным перидием. Шаровидные или грушевидные 8-споровые сумки расположены в них в беспорядке, обычно группами, разделенными стерильными "жилками". После созревания сумок их оболочка разрушается и аскоспоры заполняют клейстотеций в виде порошка.

Элафомицетовые вследствие сходства условий обитания имеют конвергентное сходство с трюфелевыми, поэтому некоторые микологи переносят их в этот порядок. Однако по развитию плодовые тела элафомицетовых отличаются от подземных апотециев трюфелевых, представляя типичные клейстотеции.

Центральный род семейства - элафомицес (Elaphomyces) - объединяет около 25 видов, распространенных в Европе, Азии, Северной Америке и Австралии. Для многих из них установлено образование микоризы с различными деревьями. Клейстотеции элафомицетов образуются в почве на глубине нескольких сантиметров, шаровидные или клубневидные, 1-5 см в диаметре. В зрелости они содержат порошок аскоспор, обычно темного цвета. Перидий их плотный, с гладкой или бугорчатой поверхностью, сверху часто покрыт коркой, состоящей из гиф (рис. 81). Иногда в нее вплетаются концы корней деревьев, окружающих клейстотеции. У некоторых видов корка легко снимается.

Наиболее распространенный вид - олений трюфель , или зернистый элафомицес (Elaphomyces granulatus),- часто встречается осенью в хвойных лесах, особенно на песчаной почве. Его клейстотеции шаровидные, желто-коричневые, размером 1-4 см , с мелко бородавчатой поверхностью (рис. 81). Мицелий гриба, характерного желтого цвета, оплетает корни деревьев. Он образует микоризу с хвойными (сосна, ель) и некоторыми лиственными деревьями.

В горных лесах грибы этого вида и сетчатого элафомицеса (Е. reticnlatus) встречаются на высоте до 2700-2800 м над уровнем моря.

Пестрый элафомицес (Е. variegatus) имеет желтовато-серые или черновато-бурые клейстотеции с более бугорчатой поверхностью, чем предыдущий. Он образует микоризу с буком, дубом и хвойными. Реже встречается угольно-черный элафомицес (Е. anthracinus) с черным перидием, образующий микоризу с березой и буком. Он распространен в Центральной Европе и некоторых районах Северной Америки.

3.1. Грибы (Fungi)

3.1.1. Основные свойства и систематика грибов

Грибы - это эукариоты, утратившие хлорофилл, и, следовательно они являются такими же гетеротрофами, как животные. Вместе с тем у них имеется жесткая клеточная стенка, и они не способны передвигаться, как и растения. В силу сложившихся традиций грибы всегда относили к растениям * , но в более современных системах, например в классификации, которая приведена на рис. 3.1, их выделяют в отдельное царство. Систематика и основные признаки грибов представлены на рис. 3.2 и в табл. 3.2. Две самые большие и наиболее высокоорганизованные группы - это Ascomycota и Basidiomycota.

* (Одно время грибы получили статус класса и вместе с классом водорослей составляли тип Thallophyta растительного царства. К Thallophyta относили такие растения, тело которых можно было назвать талломом. Таллом - это слоевище, чаще всего уплощенное, не дифференцированное на истинные корни, стебли и листья и не имеющее настоящей проводящей системы. )

3.1. Составьте таблицу различий между грибами и содержащими хлорофилл растительными клетками; пользуясь теми сведениями о царстве грибов, которые приведены в табл. 3.2.

Строение

Строение тела грибов уникально. Оно состоит из массы тонких ветвящихся трубчатых нитей, которые называются гифами (в единственном числе - гифа), а вся эта масса гиф называется мицелием . Каждая гифа окружена тонкой жесткой стенкой, основным компонентом которой является хитин - азотсодержащий полисахарид. Хитин является также структурным компонентом наружного скелета членистоногих (разд. 5.2.4). В некоторых случаях клеточная стенка содержит целлюлозу. Гифы не имеют клеточного строения. Протоплазма гиф либо совсем не разделена, либо разделяется поперечными перегородками, которые называют септами . Такие септы делят содержимое гиф на отдельные отсеки (компартменты), внешне похожие на клетки. В отличие от нормальных клеточных стенок образование септ не связано с делениями ядер. В центре септы, как правило, остается небольшое отверстие (пора), через которое протоплазма может перетекать из одного компартмента в другой. В каждом компартменте может находиться одно, два или несколько ядер, которые располагаются вдоль гифы на более или менее одинаковых расстояниях друг от друга. Гифы, не имеющие перегородок, называются нечленистыми (несептированными, асептированными) или ценоцитными . Последний термин применяют к любой массе протоплазмы, в которой находится много ядер, но которая не разделена на отдельные клетки. Гифы, имеющие перегородки, называются членистыми или септированными . В цитоплазме гиф располагаются митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, рибосомы, вакуоли и другие органеллы, обычные для эукариот. В старых участках мицелия вакуоли крупнее, а цитоплазма занимает лишь небольшое место на периферии. Время от времени гифы агрегируют с образованием более плотных структур, как, например, плодовые тела Basidiomycota.

Питание

Сапрофиты. Сапрофитные грибы вырабатывают самые разнообразные ферменты. Если гриб способен секретировать пищеварительные ферменты трех основных классов, а именно карбогидразы, липазы и протеазы, он может использовать самые разные субстраты, и его можно назвать поистине вездесущим, например какой-либо из видов Penicillium, который образует зеленую или голубую плесень на таких субстратах, как почва, сырая кожа, хлеб или гниющие фрукты.

Для гиф сапрофитных грибов обычно характерен хемотропизм, т. е. они растут направленно в ту сторону, где находятся вещества, диффундирующие из субстрата (разд. 15.1.1).

Грибы-сапрофиты обычно образуют большое количество легких устойчивых спор. Это позволяет им легко распространяться на другие продукты. Примерами таких грибов могут служить Мисоr, Penicillium или Agaricus.

Сапрофитные грибы и бактерии образуют вместе группу так называемых редуцентов , без которых немыслимы круговороты элементов в природе. Особенно важны те немногие грибы, которые секретируют целлюлазу - фермент, расщепляющий целлюлозу. Целлюлоза представляет собой важнейший структурный компонент клеточных стенок растений. Гниение древесины и других растительных остатков отчасти достигается и за счет деятельности редуцентов, секретирующих целлюлазу.

Некоторые грибы-сапрофиты имеют важное хозяйственное значение; к числу таких грибов относятся, например, дрожжи Saccharomyces или Penicillium (разд. 3.1.6).

Если хозяином служит растение, то гифы гриба проникают через устьица, или прямо сквозь кутикулу и эпидермис, или же через раны. Попав внутрь растения, гифы обычно ветвятся, распространяясь между клетками; иногда они выделяют пектиназы, которые переваривают ткань растения, и таким образом прокладывают себе дорогу через срединную пластинку. Заболевание может быть системным, т. е. захватывать все ткани хозяина, или же может ограничиваться небольшой частью растения.

Симбиоз . Грибы участвуют в создании двух очень важных типов симбиотического союза, а именно лишайников и микоризы. Лишайник - это симбиотическая ассоциация гриба и водоросли. Гриб в этом случае обычно либо сумчатый, либо базидиальный, а водоросль - либо зеленая, либо сине-зеленая. Лишайники, как правило, поселяются на обнаженных скалах или на стволах деревьев; в сырых лесах они еще и свешиваются с деревьев. Полагают, что водоросль снабжает гриб органическими продуктами фотосинтеза, а гриб поглощает воду и минеральные соли. Кроме того, гриб запасает воду, что позволяет некоторым лишайникам расти в таких сухих условиях, где не могут существовать никакие другие растения.

Тело лишайника невелико и не похоже ни на одного из партнеров, настолько далеко зашел этот союз. Лишайники растут очень медленно и очень чувствительны к загрязнению окружающей среды, особенно к сернистому газу, этому столь распространенному отходу промышленного производства. Поэтому лишайники представляют собой идеальное средство для контроля за загрязнением среды, так как их численность и видовое разнообразие резко возрастают с увеличением расстояния от источника загрязнения.

Микориза - это симбиотическая ассоциация гриба с корнями растений. Вероятно, большинство наземных растений способно вступать в такого рода связь с почвенными грибами. Гриб образует чехол вокруг центральной части корня (эктотрофная микориза ) или же проникает в ткани растения-хозяина (эндотрофная микориза ). Микориза первого типа встречается главным образом у таких лесных деревьев, как хвойные, бук и дуб, и образуется при участии грибов, относящихся к отделу Basidiomycota. Их "плодовые тела" (то, что мы зовем грибами) обычно можно видеть вблизи деревьев. Гриб получает от дерева углеводы и витамины и в свою очередь расщепляет до аминокислот белки почвенного гумуса; часть аминокислот при этом поглощается и используется деревом. Кроме того, гриб обеспечивает дерево большей поверхностью всасывания, что особенно важно, когда дерево растет на бедной почве с недостатком азота.

Эндотрофная микориза встречается у самых разнообразных растений, но о ее роли в симбиозе известно очень мало.

3.1.2. Отдел Oomycota

Явные признаки гнили на листьях проявляются обычно в августе, хотя, как правило, заражение происходит еще весной, когда гриб проникает в листья растений, выросших из клубней, в которых перезимовал мицелий.

Мицелий, состоящий из разветвленных нечленистых гиф, ветвится в межклеточном пространстве внутри листьев, образуя разветвленные гаустории , которые проникают в клетки мезофилла и высасывают из них питательные вещества (рис. 3.3 и 3.4). При избытке влаги и тепла на мицелии возникают длинные тонкие структуры, которые называют спорангиеносцами . Спорангиеносцы, проникая через устьица или раны, свешиваются с нижней поверхности листьев. Они ветвятся и дают начало спорангиям (рис. 3.4). При теплой погоде спорангии ведут себя как споры, т. е. переносятся ветром или вместе с брызгами от капель дождя на другие растения, распространяя таким образом инфекцию. Затем из спорангия вырастает гифа, которая проникает через устьица, чечевички или повреждения внутрь ткани растения. В холодных условиях содержимое спорангия делится с образованием подвижных зооспор (этот признак характерен для примитивных организмов), которые высвобождаются из спорангия и плавают в тонком слое жидкости, адсорбированной на поверхности листа. Зооспоры могут инцистироваться и в таком состоянии дожидаться, пока условия не станут более благоприятными для роста гиф; тогда-то и начинается новое заражение растений.

У больных растений на отдельных листьях видны небольшие мертвые ("гнилые") зоны коричневого цвета. Если присмотреться повнимательнее, то на нижней поверхности зараженных листьев вокруг мертвой зоны можно разглядеть бахрому из белых спорангиеносцев. При теплой сырой погоде зоны некроза быстро распространяются по всей поверхности листа и переходят на стебель. Некоторые спорангии падают на землю и заражают клубни картофеля, при этом инфекция распространяется очень быстро и вызывает своего рода сухую гниль, при которой ткань клубня приобретает ржаво-коричневую окраску, неравномерно распространяющуюся от периферии к центру клубня.

Фитофтора, как правило, зимует в состоянии спящего мицелия внутри слегка инфицированных клубней картофеля. Считается, что в отличие от Peronospora этот гриб редко размножается половым путем, если, конечно, не говорить о тех местах (Мексике, Центральной и Южной Америке) откуда произошел картофель. Половое размножение гриба можно индуцировать в лабораторных условиях. Как и Peronospora, фитофтора образует устойчивые покоящиеся споры. Толстостенная ооспора образуется в результате слияния антеридия и оогония. Она может перезимовать в почве, а на следующий год вызвать новую инфекцию.

В прошлом эпидемии * , вызываемые Phytophthora, приводили к очень серьезным последствиям. Полагают, что эту болезнь случайно завезли в Европу из Америки в конце 30-х годов прошлого века. В результате по Европе прокатилась целая война эпифитотий, которые в 1845 г. и последующие годы полностью уничтожили посевы картофеля в Ирландии. Наступил голод, который привел к гибели многих людей, оказавшихся жертвами не только самой болезни картофеля, но и сложных политических и экономических факторов. В результате многие ирландские семьи были вынуждены эмигрировать в Северную Америку.

* (Массовые заболевания растений называются эпифитотиями. - Прим. перев. )

Этот гриб интересен для нас еще и потому, что в 1845 г. Беркли (Berkeley) впервые четко показал микробную природу фитофтороза. Беркли продемонстрировал, что гриб, связанный с картофельной гнилью, сам вызывает болезнь, а не является побочным продуктом разложения.

Выяснение жизненного цикла возбудителя картофельной гнили привело к разработке методов борьбы с этой болезнью. Ниже перечислены эти методы.

1. Надо тщательно следить за тем, чтобы не был высажен ни один зараженный клубень.

2. Поскольку гриб может сохраняться в почве почти целый год, не следует сажать картофель там, где было обнаружено это заболевание в прошлом году. В этом случае помогают правильные севообороты.

3. Все больные части зараженных растений следует уничтожить еще до выкапывания клубней, например сжечь их или опрыскать едким раствором, таким, как серная кислота. Это необходимо делать потому, что гнилая ботва (т. е. стебли) и надземные части могут заразить и клубни.

4. Так как этот гриб может зимовать в не выкопанных клубнях, нужно тщательно следить, чтобы на зараженных полях были выкопаны все клубни.

5. Гриб можно обработать медьсодержащими фунгицидами, например бордоской жидкостью. Опрыскивание следует проводить в строго определенное время, чтобы успеть предупредить заболевание, так как пораженные растения уже ничто не спасет. Растения обычно опрыскивают через каждые две недели, начиная с того момента, когда они вырастут на несколько сантиметров, и до тех пор, пока полностью не созреют клубни. Отобранный "семенной" картофель можно простерилизовать снаружи, погрузив клубни в разбавленный раствор хлорида ртути (II).

6. Постоянное наблюдение за метеорологическими условиями и раннее оповещение фермеров могут помочь определить, когда же надо опрыскивать посевы.

7. Одно время проводили селекцию на устойчивость картофеля к гнили. Как известно, дикий картофель Solanum demissum обладает высокой устойчивостью к фитофторе, поэтому его использовали в опытах по селекции. Самое большое препятствие для получения нужного иммунитета заключается в том, что существует много штаммов гриба, поэтому до сих пор не удалось вывести ни одного сорта картофеля, который был бы устойчив ко всем этим штаммам. По мере введения в культуру новых сортов картофеля появляются и новые штаммы грибов. Эта проблема давно знакома фитопатологам; она лишний раз напоминает нам о необходимости сохранения генофонда диких предков наших современных сельскохозяйственных культур как источника генов устойчивости к различного рода заболеваниям.

3.1.3. Отдел Zygomycota

Основные признаки Zygomycota приведены в табл. 3.2. Как и Oomycota, это немногочисленная группа грибов, которую принято считать менее высокоорганизованной, чем два основных отдела Ascomycota и Basidiomycota.

В качестве примера приведем Rhizopus. Это обыкновенный сапрофит, похожий по внешнему виду и строению на Мисоr, но гораздо более распространенный. И Rhizopus, и Мисоr называют головчатыми плесенями по причине, о которой вы узнаете позднее (см. особенности бесполого размножения). Один из самых обычных видов Rhizopus stolonifer обыкновенная хлебная плесень. Он растет также на яблоках и других фруктах, вызывая мягкую гниль в хранилищах.

Строение

Строение мицелия и индивидуальной гифы изображено на рис. 3.5. Мицелий обильно ветвится и не имеет септ. В отличие от Мисоr такой мицелий образует воздушные столоны, которые изгибаются дугой над поверхностью среды, снова касаются ее и образуют гифы, которые называются ризоидами. В этих точках и развиваются спорангиеносцы.

Рис. 3.5. А. Микрофотография части мицелия Mucor hiemalis, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа. Хорошо видны спорангии, × 85

Жизненный цикл

Жизненный цикл Rhizopus stolonifer схематически представлен на рис. 3.6.

Бесполое размножение

После двух-трех дней культивирования Rhizopus образует вертикально растущие гифы, которые называются спорангиеносцами . Они обладают отрицательным геотропизмом. Кончик каждого спорангиеносца набухает и превращается в спорангий . Спорангий отделяется (рис. 3.7) от спорангиеносца выпуклой поперечной перегородкой, которая называется колонкой . Протоплазма спорангия делится на части, затем вокруг каждой такой части появляется своя клеточная стенка и образуется спора, содержащая несколько ядер. По внешнему виду спорангиеносцы и спорангии похожи на подушечку, утыканную булавками. Поэтому Rhizopus и другие близкие к нему грибы, например Мисоr, называют головчатыми плесенями или черными плесенями. По мере созревания спорангий чернеет и высыхает; в конце концов стенка спорангия лопается и из него высыпается масса сухих мелких, как пыль, спор. Колонка расплющивается, как это видно на рис. 3.7, и получается широкая стартовая площадка, с которой легко сдуваются и разлетаются споры. В дождливую погоду спорангии не высыхают и не растрескиваются, что препятствует выбросу спор в неблагоприятных условиях. Попав на подходящий субстрат, гаплоидные споры прорастают, и образуется новый мицелий.

3.2. Для чего нужны спорангиеносцы?

Половое размножение

Многие грибы существуют в виде двух штаммов, различающихся по поведению в процессе полового размножения. Половое размножение возможно только между разными штаммами, даже если у обоих этих штаммов образуются и мужские, и женские репродуктивные органы. Такие автостерильные грибы называются гетероталличными , а такие штаммы обычно обозначают как (+) - и (-) - штаммы (ни в коем случае их нельзя называть мужскими и женскими). Штаммы не отличаются друг от друга по строению, между ними существуют лишь небольшие физиологические различия. Грибы, у которых имеется только один такой штамм и которые поэтому автофертильны, называются гомоталличными . Преимущество гетероталлизма заключается в перекрестном оплодотворении, что обеспечивает возникновение большей изменчивости.

Rhizopus stolonifer - гетероталличный гриб. Все стадии полового размножения схематично изображены на рис. 3.8. Исходные события вызываются диффузией гормонов от штамма к штамму. Такие гормоны стимулируют рост длинных гиф, соединяющих отдельные колонии. Эти гифы, по-видимому, выделяют какие-то летучие химические вещества, которые служат сигналом для привлечения штамма противоположного "пола", т. е. наблюдается своего рода хемотропизм.

Типичных гамет не образуется, и оплодотворение сводится к попарному слиянию ядер, как это изображено на рис. 3.8. Поскольку гаметангии не отличаются друг от друга по размеру, такой процесс полового размножения получил название изогамия.

После слияния ядер образуется зигоспора, в которой находится множество диплоидных ядер. Полагают, что все эти ядра, кроме одного, дегенерируют. Оставшееся ядро претерпевает мейотическое деление с образованием четырех гаплоидных ядер, из которых вновь сохраняется лишь одно. Будет ли это (+) - или (-) - штамм - дело случая.

В отличие от спор, получающихся при бесполом размножении, зигоспора предназначена не для расселения, а для своего рода "спячки"; для этого у нее есть и запас питательных веществ, и толстая защитная стенка. Расселение происходит сразу же после прорастания зигоспоры, когда, как это показано на рис. 3.8, образуются спорангии, и начинается бесполое размножение. Во время прорастания оставшееся гаплоидное ядро делится митотически; в результате многократно повторяющихся делений образуется большое число гаплоидных ядер, при этом каждое из них дает начало одной из спор в спорангии. Поэтому все эти споры принадлежат к одному и тому же штамму. Все стадии полового размножения схематически представлены на рис. 3.6.

3.1.4. Отдел Ascomycota

Основные признаки Ascomycota приведены в табл. 3.2. Это самая многочисленная и сравнительно высокоорганизованная группа грибов, которая отличается большей, чем у Zygomycota, сложностью строения, особенно строения репродуктивных органов. К Ascomycota относятся дрожжи, ряд обычных плесеней, настоящие мучнеросные грибы, плодосумчатые грибы, сморчки и трюфели.

Penicillium - широко распространенный сапрофит; он образует голубую, зеленую, а иногда и желтую плесень на самых разных субстратах. Бесполое размножение пеницилла осуществляется с помощью конидий . Конидии представляют собой споры, которые образуются на конце особых гиф, называющихся конидиеносцами . Конидии не заключены в спорангии; напротив, они оголены и свободно рассеиваются по мере созревания. Строение Penicillium изображено на рис. 3.9, А. Мицелий этого гриба образует круглые колонии небольшого размера, а специфическую окраску колониям придают споры, поэтому самый молодой внешний край колонии - обычно белый, а более зрелая центральная часть мицелия, где образуются споры, окрашена. Хозяйственное значение различных видов Penicillium мы обсудим в разд. 3.1.6.

Aspergillus обычно растет на тех же самых субстратах, что и Penicillium, и очень на него похож. Этот гриб образует черные, коричневые, желтые и зеленые плесени. Для сравнения с Penicillium на рис. 3.9, Б изображен мицелий, размножающийся бесполым путем.

Рис. 3.9. Бесполое размножение у двух типичных представителей Ascomycota. A. Penicillium; конидиеносец имеет вид микроскопической кисточки. Б. Aspergillus (шаровидно вздувшийся на вершине конидиеносец несет радиально расходящиеся цепочки конидий). В. Микрофотография конидиеносца Aspergillus niger, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа. × 1372

* (Англоязычные термины "mushrooms" - грибы и "toadstools" - поганки в действительности являются синонимами, хотя иногда съедобные грибы называют mushrooms, а ядовитые - toadstools. )

Agaricus (Psalliota) принадлежит к группе несъедобных шляпочных грибов. То, что мы называем "поганка" или "гриб", это на самом деле недолговечное "плодовое тело". Мицелий шляпочных грибов растет сапрофитно на органическом материале почвы и может жить там много лет. Он образует толстые нити, которые называются ризоморфами . Гифы в этих нитях собраны очень плотно, так что образуется своего рода ткань. При неблагоприятных условиях ризоморфы переходят в состояние покоя и находятся в таком состоянии до тех пор, пока вновь не наступит хорошая погода. Они растут за счет удлинения верхушки и обеспечивают вегетативный рост грибницы. Характерный облик Agaricus показан на рис. 3.10, где также показано строение пластинок.

В умеренных широтах "плодовые тела", или спорофоры , появляются осенью; они целиком состоят из гиф, которые расположены очень плотно, образуя некое подобие ткани. Края пластинок состоят из базидий , из которых образуются споры (базидиоспоры ). Пластинки обладают положительным геотропизмом и поэтому свешиваются вниз строго вертикально. Споры, которых образуется очень много (у большого гриба примерно полмиллиона спор в минуту), с силой выбрасываются из базидий, падают вертикально вниз между пластинками и уносятся прочь воздушными потоками.

3.1.6. Хозяйственное значение грибов

Полезные грибы

Грибы и плодородие почвы . Сапрофитные грибы играют важную роль в круговоротах биогенных элементов. Вместе с сапрофитными бактериями они образуют группу редуцентов , разлагающих органический материал (рис. 9.31 и разд. 2.3.1).

Очистка сточных вод (см. также разд. 2.3.2). Сапрофитные грибы вместе с простейшими и сапрофитными бактериями являются составной частью той желеобразной пленки из живых существ, которая покрывает камни "загрузки фильтра" в очистных сооружениях.

Бродильное производство (см. также разд. 2.3.4). Старейшее бродильное производство - пивоварение. Пиво получают из ячменя, который предварительно немного проращивают, чтобы превратить крахмал, запасенный в семенах, в сахар мальтозу. Для ускорения этого процесса и строгого контроля за ним используют гиббереллины (разд. 15.2.6). Дальнейшее сбраживание проводят в больших чанах, где "работают" одноклеточные грибы - дрожжи из рода Saccharomyces (например, S. cerevisiae или S. carlsbergensis). На этом этапе сахар превращается в двуокись углерода и спирт, конечная концентрация которого достигает 4-8%. На ранней стадии брожения вносят хмель, который придает пиву аромат и подавляет развитие других микроорганизмов.

Виноделие основано на сбраживании виноградного сока дикими дрожжами, находящимися на кожуре ягод. Конечная концентрация спирта достигает 8-15%, а этого вполне достаточно, чтобы дрожжи погибли. После этого вино выдерживают (правда, не всегда) несколько лет, чтобы оно созрело. При этом остается часть неизрасходованного сахара.

Из других обычных напитков, получаемых в результате брожения, можно упомянуть сидр, приготовляемый из яблочного сока, и японское сакэ, которое делают из риса.

Из побочных продуктов брожения, таких, как меласса, в которой много сахара, можно получить технический спирт.

Другая важная отрасль бродильного производства, где тоже применяют дрожжи, хлебопекарная. В пекарнях используются специальные штаммы дрожжей, которые выделяют много двуокиси углерода, помогающей тесту подняться. Одновременно образуется и спирт, но он улетучивается во время выпечки хлеба. Еще один продукт, который до сих пор получают из грибов, - это лимонная кислота (2-гидрок-сипропан - 1,2,3 - трикарбоновая кислота), широко применяемая в пищевой и фармацевтической промышленности. Ее образует гриб Aspergillus niger.

В сыроварении одновременно используют и бактерии, и грибы (разд. 2.3.4). Некоторые знаменитые сорта сыра вызревают благодаря "работе" различных видов Penicillium: это рокфор (P. roqueforti), камамбер (P. camemberti), голубой датский сыр и итальянская горгонцола.

Антибиотики (см. также разд. 2.3.5). Первым антибиотиком, который стали применять в клинической практике, был пенициллин . Его образуют некоторые виды Penicillium, в частности P. notatum и P. chrysogeпит. При этом последний вид до сих пор служит источником промышленного производства этого антибиотика. Когда в начале 40-х годов стали применять пенициллин, казалось, что его возможности беспредельны, так как этот антибиотик был активен против всех стафилококковых инфекций и самых разных грамположительных бактерий; к тому же он оказался практически нетоксичным для человека. До сих пор пенициллин остается самым важным антибиотиком, а в лечебную практику постоянно вводят все новые и новые, более эффективные синтетические производные, исходным сырьем для которых по-прежнему остается природный пенициллин, в больших количествах получаемый из промышленной культуры этого гриба. Как действует пенициллин, мы уже говорили в разд. 2.2.2.

Гризеофульвин - еще один антибиотик, который получают из Penicillium (особенно из P. griseofulvum). Он обладает противогрибковым действием и особенно эффективен (при пероральном введении) против грибковых заболеваний ног и стригущего лишая. Фумагиллин - это антибиотик особого типа, который получают из Aspergillus fumigatus. Его часто применяют при амебной дизентерии.

Генетика . Некоторые грибы оказались чрезвычайно удобными для генетических исследований; это прежде всего Neurospora (разд. 22.5.1). В будущем для генетической инженерии могут быть использованы и дрожжи.

Новые источники пищи . В разд. 2.3.6 мы уже говорили о том, что белок одноклеточных используют в пищу. Один из таких примеров - непрерывная культура дрожжей Candida на углеводородах нефти, которая была начата в 1971 г. компанией "Бритиш петролеум" в Грэнджмаусе в Шотландии. К середине 70-х годов эта культура давала в год 4000 т белкового концентрата, который шел на корм животным.

Грибы, вредные для человека

Порча пищевых продуктов и материалов . Сапрофитные грибы играют весьма важную роль в биосфере, однако они причиняют достаточно хлопот человеку, разрушая многие органические материалы. Поэтому при хранении зерна, фруктов и других продуктов необходимо применять самые различные защитные меры. Порча продуктов - это постоянная проблема, которая стоит перед человечеством. Натуральные ткани, кожа и другие товары потребления, изготовляемые из природного сырья, тоже разрушаются грибами. Так, например, грибы, живущие на целлюлозе, вызывают гниль различных лесоматериалов и тканей. На сохранение всех этих материалов расходуются большие средства.

1) (Склероции (ед. ч. - склероций) - устойчивые, покоящиеся тела с твердой стенкой, которые образуются у некоторых грибов, часто как приспособление для зимовки. )

Грибы поражают самые разные органы растений: рак картофеля - подземные части; ржавчина, настоящая и ложная мучнистая роса и черная пятнистость -листья; головня и спорынья - цветки; мягкие гнили и плесени - спелые плоды.

3.1.7. Практические занятия

При работе с грибами во многих случаях применяются такие же методики, что и для работы с бактериями, т. е. стандартные микробиологические приемы. Многие сапрофитные грибы, как и бактерии, можно выращивать на питательном агаре, а если нужна чистая культура грибов, следует воспользоваться приемами работы в стерильных условиях, описанными в разд. 2.7.2. Для обычной культуры вполне годятся Mucor, Rhizopus, Penicillium и Aspergillus, а из сред лучше всего подходит 2%-ный солодовый агар, разлитый по чашкам Петри. Выбранный вами гриб можно выделить из смешанной культуры, которая выросла сама по себе на хлебе, фруктах или других сочных продуктах. Споры переносят в культуральную среду стерильным шприцем. Культуру лучше всего рассматривать в стереоскопическом микроскопе при малом увеличении.

Цель занятия:

– освоить технику приготовления простейших микроскопических препаратов и методику их светового микроскопирования;

- ознакомиться с особенностями биологии и морфологии наиболее распространенных плесневых грибов и дрожжей;

- получить дополнительную информацию об использовании грибов в качестве продуцентов современной биотехнологии.

1. Общая характеристика грибов

Грибы – это одна из самых больших и процветающих групп организмов; к ней относится около 80 000 описанных видов. Размеры грибов колеблются от одноклеточных форм (например, дрожжей) до больших, имеющих так называемое плодовое тело, и используемых в пищу. Грибы занимают самые разные экологические ниши, как в воде, так и на суше. Грибы имеют большое значение в связи с той ролью, которую они играют в биосфере, и в связи с тем, что они используются людьми для медицинских и хозяйственных целей.

К грибам относятся бесчисленные плесени, разнообразные дрожжи и многочисленные другие организмы, населяющие нашу планету. Среди грибов известно много возбудителей болезней как животных и человека, так и растений.

Изучением грибов занимается наука микология (от греч.mykes-гриб). Это одно из направлений микробиологии, так как большая часть методик, применяемых при исследовании грибов, практически не отличаются от методик, используемых при изучении бактерий.

Грибы – это эукариоты, утратившие хлорофилл, и являющиеся такими же гетеротрофами, как и животные. Вместе с тем у них имеется жесткая клеточная стенка, и они, как и растения, не способны к передвижению.

В настоящее время грибы выделяют в отдельное царство Fungi . Современная систематика грибов представлена следующим образом:

Две самые большие и наиболее высокоорганизованные группы – это Ascomycota и Basidiomycota.

У представителей царства грибов имеет место как бесполое, так и половое размножение. Однако, последнее встречается только у более высокоорганизованных форм (отдел Ascomycota). Бесполое размножение может осуществляться либо с помощью спор, либо путем почкования клетки (см. далее).

Для большинства грибов характерно наличие мицелия. Такие грибы часто называют плесенями. Более академичное название – мицелиальные грибы . Соответственно те грибы, у которых мицелий отсутствует, называют безмицелиальными .

2. Биология мицелиальных грибов. Их практическая значимость.

2.1. Общие представления о морфологии мицелиальных (плесневых) грибов.

Мицелиальные грибы, как было уже сказано, все имеют так называемое вегетативное тело – мицелий, (или грибницу), состоящую из тонких ветвящихся нитей, называемых гифами. В микологии гифы определяют как нитчатые вегетативные органы. Различают субстратный мицелий (погруженный в субстрат), и необходимый для питания организма, и воздушный (поверхностный), развивающийся на поверхности среды и служащий для размножения. Мицелий бывает септированный (разделенный перегородками) и несептированный . Иногда мицелий грибов образует ризоиды – корешкообразные выросты, при помощи которых крепится к субстрату и получает питательные вещества.

2.2. Общие представления о размножении мицелиальных (плесневых) грибов.

Для плесневых грибов характерно бесполое (вегетативное) размножение . При бесполом размножении вертикально растущие гифы воздушного мицелия дифференцируются в так называемые спорангиеносцы, которые заканчиваются расширением – спорангием (см. строение Mucor). Спорангий делится на части, вокруг каждой из которых впоследствии появляется собственная клеточная стенка. Образовавшиеся структуры называют спорами (см. строение Mucor). Именно из споры и развивается новая вегетативная клетка, то есть осуществляется процесс размножения. Следует отметить, что такая спора и исходная материнская, а также образовавшаяся дочерняя клетка, по набору генов идентичны друг другу.

Иногда споры образуются не в спорангии, а просто на конце спорангиеносца. В этом случае такие споры принято называть конидиями, а вместо термина спорангиеносец используется термин конидиеносец. В любом случае, споры освобождаются и, попадая в благоприятные условия, дают начало новой плесени. Таки образом, споры служат для размножения грибов . Это один из вариантов бесполого размножения. Конидиеносцы бывают иногда разветвленными. Тогда они имеют на конце ветвления верхушечные клетки шиловидной или веретеновидной формы, называемые стеригмами . Часто встречаются многоярусные стеригмы (см. строение Aspergillus).

Однако, образование спор у грибов может происходить и по иному (см. Н.Грин, т.1,с.52, рис.3.8). Образующиеся в этом случае споры принято называть зигоспорами. Такой способ размножения очень близок к половому, однако в строгом смысле этого термина таковым не является. В современной биологии для обозначения подобного явления пользуются термином парасексуальный процесс.

2.3. Краткая характеристика грибов, относящихся к отделу Zygomycota.

Это немногочисленная группа грибов, которую принято считать менее высокоорганизованной, чем два основных отдела Ascomycota и Basidiomycota. Для них характерно бесполое размножение с помощью спор, образующихся внутри спорангиев. Помимо этого имеет место и уже упомянутый выше парасексуальный процесс ( или процесс вегетативной гибридизации) , который никак нельзя отнести к половому размножению, хотя некоторые авторы для упрощения используют термин «половое размножение» (см. Н.Грина, т.1, с.52, рис.3.8.). Мицелий представителей зигомикот несептированный, что считается признаком более низкой организации среди грибов.

2.3.1. Представители рода Mucor (см. Н.Грин, т.1, стр.50, рис.3.5) имеет крупные шаровидные спорангии на одиночных, простых или ветвящихся спорангиеносцах. Спорангиеносцы на концах купалообразно вздуваются, образуя спорангий, который отделяется перегородкой. Снаружи спорангий покрыт тонкими шипами из кристаллов щавелевокислого кальция. В спорангиях в результате дифференцировки клеток спорангиеносца образуются многочисленные споры: округлые и элептические, гладкие, бесцветные, иногда сероватые. Цвет мицелия мукоровых грибов вначале белый, затем серовато-оливковый, общий вид – войлокоподобный. Мукоровые грибы растут на поверхности влажного зерна, солода, корнеплодов, стенках сырых помещений и т.п. Некоторые виды грибов р.Mucor используются для производства органических кислот, ферментных препаратов, каротиноидов, стероидов .

2.3.2. Представители рода Rhizopus (см. Н.Грин, т.1, стр.51, рис.3.7.) отличаются дугообразно согнутыми побегами-столонами. К субстрату столоны прикрепляются тонкими отростками гиф (ризоидами) , над которыми располагаются пучки спорангиеносцев. Спорангии шаровидные или приплюснутые, сначала бесцветные, при созревании черные. Споры угловатые или эллипсовидные, гладкие, иногда с шипами или бороздками.

Грибы этого рода являются патогенными для ряда растений, они поражают ягоды, корнеплоды, клубни, вызывая “мягкую” гниль.

Некоторые виды р. Rhizopus используют в биотехнологии для получения ферментных препаратов.

2.4. Краткая характеристика грибов, относящихся к отделу Ascomycota.

Отдел Ascomycota считается самой многочисленной и сравнительно высокоорганизмованной группой грибов, которая отличается большей сложностью строения, особенно строения репродуктивных органов.

Представители рода Aspergillus (см. Н.Грин, т.1, стр.53, рис.3.8 Б ) имеют хорошо развитый ветвящийся мицелий с многочисленными септами. Однако конидиеносцы несептированы, верхние концы их грушевидно или шаровидно расширены в виде небольшой головки. На головке располагаются как правило несколько ярусов шаровидные или элипсовидные конидии. Головки конидиеносцев и радиально расходящиеся цепочки конидий напоминают струйки воды, выливающиеся из лейки. Отсюда возникло название “леечная плесень” (aspergere по латыни – поливать, опрыскивать). Конидии аспергиллов при созревании приобретают различную окраску: бежевую, темно-коричневую, желтовато-зеленую, зеленую, темно-серую, черную, что определяет наряду с другими признаками их видовую принадлежность. Благодаря огромному количеству конидий вся колония гриба кажется окрашенной в соответствующий цвет.

Среди черных (Asp. niger, Asp. usa mii , Asp . awamori , Asp . foetidus ), коричневых (Asp . terreus , Asp . terricola , Asp . itaconicus , Asp . nidulans ) и желто-зеленых грибов (Asp . oryzae , Asp . flavus , Asp . fumigatus ) выделены активные продуценты амилолитических, протеолитических, пектолитических ферментных препаратов, органических кислот, антибиотиков .

Антибиотик фумагиллин , образуемый культурой Asp. Fumigatus, обладает противоамёбным действием, он также активен в отношении бактериофага стафилококка, практически не действует на бактерии и грибы. Было показано, что фумагиллин обладает широким спектром противоопухолевого действия.

Кроме этого, различные штаммы Asp. niger применяется в качестве продуцента лимонной кислоты , а также β-фруктофуранозидазы - фермента, участвующего в образовании ценнейших фруктоолигосахаридов. На фруктоолигосахариды возлагают надежды как на средства, улучшающие кишечную микрофлору, а также как на вещества, вызывающие снижение в организме человека холестерина и нейтральных липидов.

Следует отметить, что многие из вышеперечисленных грибов известны как возбудители порчи пищевых продуктов.

2.4. Характеристика грибов рода Penicillium. Их использование в качестве продуцентов современной биотехнологии.

Грибы рода Penicillium (см. Н.Грин, т.1, стр.53, рис.3.8. А) также относят к отделу Ascomycota. Представители этого рода имеют разветвленный септированный мицелий. Конидии развиваются на концах приподнятых конидиеносцев , которые разделены поперечными перегородками. В верхней части конидиеносцы разветвлены и образуют характерную кисточку (penicillium по латыни – кисть), напоминающую кисть руки или рисовальную кисточку. На конечных веретенообразных или цилиндрических с конусообразным заостренным стеригмах формируются цепочки конидий. Конидии чаще эллиптической или шаровидной формы, гладкие, шиповатые или слегка морщинистые. Отдельные конидии – бесцветные, но в массе – зеленые, серовато-зеленые, сине-зеленые.

К роду Реnicillium относится большое число видов, которые используются в биотехнологии для получения антибиотика пенициллина (P.chrysogenum). В 1929 году известный английский бактериолог Александ Флеминг опубликовал сообщение о литическом действии «зеленой плесени» на культуру патогенного стафилококка. Он выделил гриб, который оказался уже описанным к тому времени Penicillium notatum . Культуральная жидкость, в которой культивировался этот гриб, содержащая антибактериальное вещество, и была названа Флемингом пенициллином. Попытки Флеминга выделить активное начало такой культуральной жидкости не увенчались успехом. В 1940 году английские ученые Флори и Чейн получили препарат пенициллин в очищенном виде. В 1942 году в блокадном Ленинграде под руководством З.В.Ермольевой во всесоюзном институте экспериментальной медицины был получен первый отечественный пенициллин под названием крустозин, сыгравший огромную роль в спасении жизней советских воинов, раненых на полях сражений второй мировой войны. В результате большого числа работ удалось установить, что пенициллин могут образовывать многие виды Penicillium (Penic. chrisogenum, Penic. brevicompactum, Penic. nigricans, Penic.turbatum и др.), а также некоторые виды Аspergillus (Asp. flavus, Asp. flavipes, Asp. janus, Asp. nidulans и др.).

Однако дальнейшее изучение каждого из видов показало, что именно Penicillium chrysogenum обладает целым рядом преимуществ, одним из которых является его способность расти в жидких и более дешевых средах, давая высокий выход продукта. В связи с этим он наиболее широко используется в промышленности для получения антибиотика и его производных. Кроме того, было установлено, что Penicillium chrysogenum в процессе жизнедеятельности образует различные типы пенициллинов, отличающиеся строением радикала молекулы, что имеет большое практическое значение.

Многочисленные наблюдения показывают, что пенициллин – наиболее ценное и мощное из известных средств для лечения заболеваний, вызываемых кокками и некоторыми анаэробными палочками. Такими заболеваниями являются: сепсис (общая гнойная инфекция), перитонит, пневмония, сифилис.

Грибы рода Penicillium продуцируют еще один важный антибиотик, названный гризеофульвином. Он образуется клетками Penic . nigricans , Penic . raistrichi и др. Гризеофульвин является хорошим средством против стригущего лишая, вызываемого грибом Trichophyton rubrum. Он проявляет положительное действие при лечении ряда кожных заболеваний и болезней ногтей. Гризеофульвин – эффективный препарат для борьбы с мучнистой росой клубники, огурцов, с возбудителями увядания цитрусовых; он проявляет биологическое действие против возбудителя килы капусты.

Близкий по химическому строению пенициллину антибиотик цефалоспорин образуется грибами, относящимися к другому роду плесневых грибов – роду Cefalosporium (биологию этих грибов разбирать мы не будем). Цефалоспорин подавляет развитие как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, но антибиотическая активность его гораздо ниже, чем у пенициллинов.

2.5. Краткая характеристика других родов плесневых грибов. Их практическая значимость.

Род Botrytis развивается в виде стелющегося серооливкового многолеточного мицелия, пронизывающего субстрат. Конидиеносцы септированные, бесцветные, дымчатые или бурые, древовидно разветвленные, реже – простые, на концах слегка вздутые. На конидиеносцах образуются короткие, густо сидящие зубчиковидные стеригмы с гроздями или головками конидий. Botrutis cinerea (botrutis – по гречески гроздь, cinerea – серая, как зола) вызывает гниль сахарной свеклы, винограда, плодов, ягод и других культурных растений, продуцируют целлюлозолитические, пектолитические и другие ферменты.

Род Trichoderma растет в виде рыхлых колоний с клочковатой или войлокоподобной поверхностью. Мицелий ползучий, быстрорастущий, бесцветный, с возрастом становится темно-зеленым. При микроскопировании видны ветвящиеся конидиеносцы, приподнимающиеся над мицелием. На их концах развиваются бутыльчатой формы стеригмы с собранными в округлые головки одноклеточными бесцветными, в массе – зеленоватыми шаровидными или яйцевидными конидиями, склеенными слизью. Trichoderma koningi, Trichoderma viride продуцируют целлюлозолитические ферменты .

Род Trichothecium имеет стелющийся мицелий, на поверхности субстрата образует мучнистый налет, состоящий из конидиеносцев и конидий. Trichothecium roseum продуцирует целлюлозолитические ферменты, а также антибиотик трихотецин , который способен подавлять развитие некоторых фитопатогенных грибов и грибов, вызывающих дерматомикозы у животных.

Род Alternaria характеризуется своеобразными многоклеточными с поперечными и продольными перегородками, темноокрашенными грушевидными или заостренно-вытянутыми конидиями, одиночными или соединенными в цепочки, сидящими на слабо развитых конидиеносцах. Колонии вначале светлые, пушистые, затем зеленовато-серые или оливково-черные, бархатистые, ворсистые. Выделяемый пигмент диффундирует в среду, окрашивая ее в черный цвет.

Разные виды Alternaria широко распространены в почве, вызывают у сельскохозяйственных растений альтернариоз (черную гниль).

Род Cladosporium – мицелий и конидии окрашены в темнооливковый цвет, грибница погружена в субстрат или стелется на поверхности. Конидиеносцы прямостоящие, слаборазвитые, на них развиваются быстро опадающие цепочки конидий разнообразной формы и размеров, в начале бесцветные, затем оливковые или светло-бурые. Плесень выделяет в среду темный пигмент. На пищевых продуктах образует бархатистые темно-оливковые (почти черные) пятна.

Род Endomyces образует сильно разветвленный, септированный, белый, мучнистоподобный мицелий. Гифы легко распадаются на прямоугольные или овальные оидии, напоминающие дрожжи. Endomyces lactis развивается в виде бархатистого белого налета (пятен) на поверхности хранящихся кисломолочных продуктов, сливочного масла, сыров, квашеных овощей, прессованных дрожжей, на стенках оборудования и сырых помещений.

Род Phoma растет в виде серо-дымчатого воздушного мицелия. Конидиеносцы простые, не разветвленные и малозаметные. Конидии одноклеточные, овальные или яйцевидные. Phoma betae – активный возбудитель гнили сахарной свеклы.

Род Catenularia – мицелий септированный, на воздушных гифах образуются длинные цепочки коричневых конидий. Catenularia fuliginea вызывает порчу сгущенного молока с сахаром.

3. Биология грибов, не имеющих мицелия (безмицелиальных грибов).

К отделу Ascomyco t a относится также большая группа грибов, утративших мицелий. Эту группу принято называть истинными дрожжами. Кроме этого, в микологии выделяют еще одну особую группу, называемую несовершенными дрожжами и относящуюся к отделу Fungi imperfect i (см. Н.Грин, т.1, с.44).

Дрожжи играют огромную роль в микробиологических производствах, являясь продуцентами этилового спирта, витаминов группы В и провитамина D, фермента кислой протеазы, кормового и пищевого белка, аминокислоты триптофана. В последние годы из дрожжей получают препараты с противоопухолевым действием .

Не вдаваясь в особенности классификации дрожжей, которая очень сложна и запутана, мы остановимся на рассмотрении только тех групп, которые имеют значение в производственных процессах, включая биотехнологию.

3.1. Общая характеристика дрожжей. Их практическая значимость.

Группу истинных дрожжей, насчитывающую свыше 3000 видов, по способу размножения разделяют на три семейства. Мы в нашем курсе рассмотрим представителей только одного семейства (сем. Saccharomycetaceae), а также кратко обсудим использование в биотехнологии дрожжей семейства Schizoasaccharomycetaceae.

К несовершенным дрожжам Fungi imperfect i также относится большое количество родов и видов. Из них мы кратко остановимся только на представителях рода Candida.

Форма вегетативных клеток дрожжей разнообразна: округлая, овальная, яйцевидная (р. Saccharomyces), цилиндрическая (р. Schizosaccaharomyces), лимоновидная (р. Saccharomucodes). Несовершенные дрожжи имеют более характерную форму, отличающую их от других видов: стреловидную, треугольную, серповидную, колбовидную. В среднем диаметр клеток дрожжей, применяемых в пищевой промышленности, колеблется от 3 до 5 мкм и длина от 6 до 10 мкм. При световом микроскопировании в клетке дрожжей хорошо видно ядро.

Для дрожжей типичным способом размножения является почкование, хотя у истинных дрожжей, по мнению ряда авторов, имеет место и половой процесс. Почкование рассматривается как способ не только размножения, но и роста дрожжей. Процесс почкования начинается с выпячивания клеточной стенки, в которое постепенно выходит часть цитоплазмы материнской клетки. Образующаяся таким образом дочерняя клетка постепенно дорастает до размера материнской, после чего происходит их отделение друг от друга.

Некоторые обычно почкующиеся грибы могут расти и в виде гиф. В этом случае происходит рост клеток в длину (подобие гифы) с одновременным почкованием. В результате этого получаются структуры, получившие название псевдомицелия. Псевдомицелий имеет место у некоторых несовершенных дрожжей, в частности у представителей рода Candida.

Источником углерода для дрожжей является глюкоза. Поскольку у дрожжей отсутствуют экзоферменты (экзоамилазы), способные расщеплять крахмал, дрожжи нуждаются в обязательном наличии названного моносахарида в окружающей среде.

Дрожжи могут существовать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При отсутствии кислорода в их клетках происходит процесс превращения молекулы глюкозы в две молекулы этилового спирта. Такой процесс принято называть спиртовым брожением. Спиртовое брожение сопровождается выделением большого количества углекислого газа, что и лежит в основе использования дрожжей для производства хлеба. Наличие такого типа брожения позволяет использовать дрожжи в производстве спирта и алкогольных напитков, включая водку, вина и пиво. В присутствие же кислорода дрожжи переходят на более совершенный в энергетическом отношении процесс окисления глюкозы с участием ферментов так называемой дыхательной цепи. При этом они интенсивно растут и делятся, но этанол при этом не образуется. В качестве запасного вещества дрожжи, как и животные, накапливают гликоген , который легко обнаружить, поместив дрожжевые клетки на некоторое время в раствор Люголя.

Дрожжи рода Candida (р.Candida) уникальны тем, что при отсутствии глюкозы, они могут переходить на утилизацию углеводородов (н-алканов). Эта биохимическая особенность позволила использовать эти микроорганизмы для утилизации нефтяных загрязнений. Кроме того, поскольку дрожжи р.Candida являются продуцентами аминокислот и полноценных белков, их выращивают на питательных средах, содержащих углеводороды, являющиеся отходами нефтеперерабатывающей промышленности. Таким образом можно получать ценные продукты (кормовые добавки) на дешевом сырье, одновременно осуществляя утилизацию вредных отходов. Следует отметить, что среди представителей р.Candida имеются патогенные виды, вызывающие ряд кожных заболеваний (микозов), называемых кандидозами.

Среди дрожжей-сахаромицетов, относящихся к роду Saccharomyces (сем. Saccharomycetaceae ) наибольшее практическое значение имеет вид дрожжей Saccharomyces cervisiae , используемый в спиртовом, хлебопекарном, дрожжевом производствах, а также вид Saccharomyces vini , применяемый в виноделии, и вид Saccharomyces carlsbergensis – в пивоварении. Родовое название Saccharomyces принято сокращать до Sacch. В настоящее время в пределах названных видов получено большое количество штаммов, обладающих рядом особенностей. Например, получены штаммы, устойчивые к заражению вирусами, штаммы способные к слипанию в конце процесса (флоккулирующие штаммы), штаммы, уничтожающие виды диких дрожжей, которые загрязняют производственный процесс, и т.п.

Род Schizosaccaharom y ces (сем. Schizoasaccharomycetaceae ) объединяет виды дрожжей палочковидной формы. Они размножаются бинарным делением. Дрожжи этого рода активно сбраживают в спирт не только глюкозу, но и галактозу, маннозу, сахарозу, мальтозу, различные декстрины. При этом они размножаются при повышенной температуре (около 36С). Эти свойства используются в производстве спирта на гидролизных заводах. В принципе с помощью этих дрожжей можно получать этанол, утилизируя отходы сельского хозяйства, а также некондиционный крахмал и ряд отходов сахарного производства.

Гаустории - "орган" ответственный за выделение ферментов у грибов

У мучнисторосяных грибов с поверхностным мицелием гаустории развиваются следующим образом: аппрессорий, прикрепляясь к клетке растения-хозяина, выделяет специфические ферменты, разрыхляющие клеточную кутикулу, и через разрушенные участки от основания аппрессориев выходит росток, внедряющийся в полость растительной клетки. В образовавшуюся гаусторию перетекает ядро. У ржавчинных грибов с межклеточным мицелием гаустории являются продолжением вегетативных гиф, которые, проникнув в клетку хозяина, изменяют свой внешний вид.

Для растительной клетки гриб является инородным телом, внедрение которого не проходит бесследно: клетка растения реагирует на присутствие гриба образованием каллозного чехла, препятствующего дальнейшему росту гаустории.

Гаустории состоят из трёх частей: материнской грибной клетки, шейки гаустории - части, пронизывающей клеточную стенку, и собственно гаустории, расположенной внутри клетки хозяина. Иногда из одной материнской клетки может прорастать несколько гаусторий.

Установлено, что чем больше выражены сапрофитные свойства гриба, тем большим набором ферментов он обладает, что позволяет ему поселяться на самых различных субстратах и осваивать их как источник питания. Некоторые сапрофитные грибы обладают свойством вырабатывать около 20 различных ферментов, причем состав последних может быть непостоянным и меняться в зависимости от субстрата.

Ферменты грибов обладают изумительными свойствами. С их помощью грибы могут легко разрушать такие материалы, которые с трудом поддаются воздействию химических реагентов. Изучая механизм разрушительной работы грибов, специалисты находят пути использования его для нужд нашей жизни. Так, например, с помощью ферментных препаратов хлебопекам удается быстрее готовить тесто, а хлеб выпекать более румяным, с хрустящей корочкой. Этот препарат получают из гриба аспергима. У ферментов есть специализация, благодаря которой они действуют акцентировано только на какое-либо одно, определенное вещество. В случаях, когда предстоит «раскусить» очень сложное по строению вещество, всегда набирается несколько ферментов, действующих совместно или в определенной последовательности друг за другом. Таким образом, функции ферментов, направлены к превращению нерастворимых органических соединений в растворимое вещество, главным образом в сахар, то в их деятельности наблюдается преемственность, вследствие чего нерастворимое образование постепенно расщепляется на отдельные части, из которых затем вырабатывается растворимая глюкоза. Отсюда и присутствие в живых клетках грибных гиф разнообразных, иногда многочисленных ферментов.

Большой интерес представляют трутовики. Они вызывают обычную бурую или белую гниль. Те, что вызывают бурую гниль, «выедают» целлюлозу с помощью фермента целлюлозы. Вот этот-то фермент привлек к себе внимание специалистов. Ведь целлюлоза, или клетчатка, содержится не только в древесине. Ее много в морковке, капусте, горохе и, конечно, в грубых кормах. Этими ферментами обработали силос - и он стал лучше усваиваться животными, в нем прибавилось сахаров; макароны - и они стали усваиваться гораздо быстрее. После обработки ферментами лучше усваиваются горох, фасоль и другие продукты. Исходя из полученных данных ученые-микологи задумываются над еще более сложной задачей - как с помощью ферментов изменить процесс работы гидролизных заводов, где из древесины получают спирт и кормовые дрожжи. Тогда не потребуется кислот, пара и весь процесс пойдет при комнатной температуре. Но где же взять фермент? Какой трутовик выбрать? Пока остановились на окаймленном трутовике. Гриб дает отличный фермент, но мало.

Количество ферментов в грибах подчиняется общему правилу. Чем более специально приспособлен к определенному субстрату вид (например, мухомор, растущий на почве хвойных и смешанных лесов), тем меньшим количеством ферментов он обладает (у мухомора их не более четырех). Многие низшие грибы, поражающие большое количество субстратов, и высшие, дереворазрушающие (трутовики, вешенка), которым приходится находить провиант в сложных соединениях древесины, обладают достаточно большим ассортиментом ферментов. Этим объясняется тот факт, что выделенные из естественной среды произрастания грибы хорошо развиваются в искусственных условиях в научных лабораториях. Здесь они растут в так называемой чистой культуре.

Основным продуктом питания грибов являются углеводы, в частности простые сахара, высшие спирты и многоосновные кислоты, которые они используют для построения тела и в качестве источника энергии. Такой важный элемент, как азот, большинством видов усваивается как из неорганических, так из органических соединений. К необходимым элементам питания грибов относятся калий, магний, железо, цинк, сера, фосфор, марганец, медь, скандий, молибден, галлий, ванадий. Некоторые из названных элементов усиливают действие ферментов, а некоторые входят в состав их молекул. Для нормальной жизнедеятельности грибам необходимы также витамины и ростовые вещества (биотин, инозит, пиридоксин, никотиновая и пантотеновая кислоты). При отсутствии этих веществ замедляется или прекращается рост грибов.

Ферменты в работе

По характеру своей деятельности ферменты делятся на несколько групп. Первая группа включает в себя ферменты так называемого гидролитического действия. Оно проявляется в следующем. «Команда» из нескольких ферментов расщепляет какое-либо вещество, одновременно присоединяя к его молекулам воду. Конечный результат такой работы - разжижение этого вещества. Характерным примером может служить картина развития какого-либо гриба на поверхности желатина. Верхний слой желатина расплывается лужицей от растворения его твердых составляющих материалов-белков. Таким следом отмечаются обычно ферменты-протеазы.

Протеазы

Протеазы, протеиназы, протеолитические ферменты - ферменты из класса гидролаз, которые расщепляют пептидную связь между аминокислотами в белках.

Протеазы могут быть разделены на две основные группы: экзопептидазы (отщепляют аминокислоты от конца пептида) и эндопептидазы (расщепляющие пептидные связи внутри пептидной цепи). Эндопептидазы нашли более широкое промышленное применение, чем экзопептидазы. Так же пептидазы классифицируют по оптимуму рН работы фермента (кислые, щелочные или нейтральные протеиназы), по субстратной специфичности (коллагеназы, кератиназы, эластаза и др.), и по их гомологии с хорошо изученными белками (трипсино-подобные, пепсино-подобные). Классификация по строению активного центра протеаз включает:

Сериновые протеазы (трипсин химотрипсин, субтилизин, протеиназа К);
- аспартатные протеазы (пепсин, ренин, микробные аспартатные протеазы);
- цистеиновые протеазы (папаин, фицин, бромелаин);
- металлопротеазы (коллагеназа, эластаза, термолизин).

Сериновые протеазы (сериновые эндопептидазы) - ферменты, способные разрезать белки рассечением пептидных связей и отличающиеся от других протеаз наличием в своём активном центре аминокислоты серина.
Сериновые протеазы содержатся как в многоклеточных, так и в одноклеточных организмах, они есть как у эукариотов, так и у прокариотов. Их подразделяют на кланы по особенностям структуры, а кланы, в свою очередь, делятся на семейства, члены которых имеют схожие последовательности.
Протеолитические ферменты могут быть получены из растительных (папаин, фицин и др.), животных (трипсин, ренин и др.) источников и микроорганизмов. Среди микроорганизмов, основными продуцентами являются бактерии, представители родов Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas и микроскопические грибы родов Aspergillus, Mucor, Penicillium и др.

Пектиназы

Название пектиназа дано этим ферментам не случайно, и произошло оно от их способности утилизировать такое вещество, как пектин. Пектином свойственно именовать межклеточное вещество растительных тканей, склеивающее смежные клетки. Более-менее значительные полости между клетками и скоплениями из них заполнены до предела пектином. Если грибу, имеющему в своем арсенале пектиназы, предложить в качестве субстрата материал с обильным содержанием пектина - например, ломти турнепса или моркови, - то по прошествии некоторого времени обнаруживается довольно любопытное зрелище. Пектиназы буквально выгрызают межклеточное вещество из растительной ткани, вследствие чего она распадается на отдельные мелкие части. По сути пектиназы представляют собой гетерогенную группу ферментов катализирующих деградацию пектина (структурный компонент клеточной стенки растений). В составе пектиназ выделяют следующие группы ферментов:
Пектинэстеразы катализируют отщепление метильных групп пектина с образованием пектиновой кислоты;
Полигалактуроназы осуществляют гидролиз α-1,4-гликозидных связей в цепи пектиновых веществ. Разделяют на полиметилгалактуроназы (действуют на пектин) и полигалактроназы (действуют на пектиновую кислоту):
Пектинлиазы катализируют негидолитическое ращепление пектина.
Пектолитические препараты разделяют на две группы в зависимости от рН-оптимума работы ферментов: кислые и щелочные. Эти свойства определяют возможность применения пектиназ для разных отраслей промышленности. Кислые пектиназы применяют в производстве соков и вин, а щелочные − для текстильной промышленности.
Пектиназы, полученные с помощью грибных штаммов продуцентов, активны в кислых значениях рН, в то время как щелочные ферменты производятся бактериальными штаммами. Наиболее распространенной технологией является получение пектиназы из Aspergillus niger с использованием методов глубинного и поверхностного культивирования.

Липаза

Жиры также подвергаются влиянию грибов. При этом «необходимые полномочия» делегируются ферментам - липазам. Липаза (англ. Lipase), иногда Стеапсин (англ. steapsin) - водорастворимый фермент, который катализирует гидролиз нерастворимых эстеров - липидных субстратов, помогая переваривать, растворять и фракционировать жиры.
Большинство липаз действует на специфический фрагмент глицеринового скелета в липидном субстрате (A1, A2 или A3).
Липаза вместе с желчью переваривает жиры и жирные кислоты, а также жирорастворимые витамины A, D, E, K, обращая их в тепло и энергию.
Липопротеинлипаза расщепляет липиды (триглицериды) в составе липопротеинов крови и обеспечивает таким образом доставку жирных кислот к тканям организма. Их контакт с жирами заканчивается «полной потерей лица» последних, вынужденных «согласиться» на превращение в жидкую эмульсию. Из числа гидролизирующих ферментов грибов особый интерес представляют уреазы. Они ориентированы на разложение мочевины. Мочевина накапливается в грибных тканях как отброс. Причем это происходит только в случае усиленного питания грибницей азотистыми веществами на фоне углеводного голодания. Как только в питательной среде появляется достаточное количество углеводов, грибница начинает поглощать их в избытке, игнорируя при этом азотсодержащие элементы питания. Необходимый для обмена веществ азот при помощи уреаз извлекается из мочевины и тут же поглощается.

Оксидазы

Ферменты класса оксидоредуктаз; широко распространены в природе, катализируют в живых клетках окислительно-восстановительные реакции, в которых акцептором водорода служит кислород воздуха. При переносе на O 2 водорода от окисляемого субстрата образуется вода (H 2 O) или перекись водорода (H 2 O 2) По структуре одни Оксидиазы - металлоферменты (так, тирозиназа, аскорбинатоксидаза содержат медь), другие - флавопротеиды (например, глюкозооксидаза). Они способствует окислению (разложению) накопленных грибницей запасных веществ. В результате этого вырабатывается необходимая энергия для проявления жизнедеятельности грибных клеток. Деятельность этих ферментов напоминает печку, сжигающую топливо. Образующееся при этом тепло разогревает окоченевшие члены, придавая им тем самым возможность двигаться. Типичные представители ферментов-оксидаз - лакказа и пероксидаза. В растительном мире лакказа встречается, например, в соке лакового дерева. Благодаря ей этот сок быстро твердеет и темнеет, образуя такой известный материал, как японский лак.
Еще одна группа ферментов - зимазы - принимает активное участие в процессе дыхания грибов. Поэтому чаще их называют дыхательными ферментами. Эти ферменты при наличии кислорода превращают накопленный в грибнице сахар в углекислоту и воду.
Перечисленные три группы ферментов считаются основными у грибов. Каждая из них несет свою функцию и назначение.