Грибы-сапрофиты - это особые организмы, питающиеся оставшимся частями растений или животных. К категории сапрофитов в настоящее время относится большое количество грибов. Они питаются веществами, которые самостоятельно извлекают из останков. В качестве субстрата являются следующие останки:

• перегной;
• солома;
• ветки, пни;
• стволы;
• перья, рога;
• древесный уголь и другие.

Но не все сапрофиты предпочитают разнообразные субстраты. Например, известный опенок летний в основном питается останками лиственных деревьев. Ложные опята предпочитают только хвойные деревья. Другие разновидности, например, навозник белый или ризопогон желтоватый, отлично живут на территории, где существует большая концентрация азота.

Если для природы они являются полезными организмами, то для человека - нет. Эти грибы способны появиться на продуктах питания, которые после этого нельзя больше употреблять.

Ризопогон желтоватый живет на территории с избытком азота

Примеры организмов сапрофитов

Сапрофиты питаются отмершими организмами. Результат их деятельности основан на гниении и распаде. К ярким представителям сапрофитов относятся следующие представители:

1. Пеницилл.

Данный представитель относится к родовой ветке низших плесневых грибов класса зигомицетов. В общей сложности класс включает в себя 60 видов разнообразных грибов. Встретить их можно в верхнем слое земли, они могут развиваться на еде и органических частях. Некоторое количество мукора способно вызвать заболевание не только у животного, но и у человека.

Но есть ряд грибов, которые предназначены для применения в производстве антибиотиков или в качестве средства для закваски. В производстве применяются только те мукоровые грибы, которые имеют высокую ферментативную активность.

Размножение мукоровых грибов бывает бесполое и половое. В бесполом размножении оболочка зрелого гриба быстро и просто растворяется от влаги, при этом наружу выходят несколько тысяч спор. В половом виде размножения принимают участие две ветки: гомоталличные и гетероталличные. Они соединяются друг с другом в зиготу, после чего начинает прорастать гифа с зародышевым спорангием. В качестве закваски люди применяют мукор китайский и мукор улитковидный. Многие называют эти грибы китайскими дрожжами.

При помощи таких дрожжей люди могут получать этанол из картошки.

Мукор может вызвать заболевания у людей и животных

Данные грибы относятся к разряду грибов-сапрофитов. Они исходят из рода высших аэробных плесневых грибов. В состав класса входит несколько сотен разновидностей. Все разновидности широко распространены в разнообразных климатических поясах. Аспергиллы могут отлично приспосабливаться к разнообразным субстратам, при этом образуют пушистые колонии. Первоначально данные колонии имеют белый оттенок. Но в дальнейшем оттенок изменяется в зависимости от прогрессирования вида гриба.

Что касается мицелия гриба, то он довольно силен. Имеются в наличии перегородки. Как и многие сапрофиты, аспергиллы осуществляют размножение при помощи своеобразных спор. Аналогично мукору аспергилл может размножаться как бесполым, так и половым путем. В отличие от других грибов данный классовый представитель не имеет половой стадии развития. После того как появилась способность определять ДНК, ученые выяснили, что аспергилл близкородственен к аскомицетам.

Найти аспергилл можно в почвах, где имеется большое содержание кислорода. В основном он прорастает в виде плесени на верхней части субстрата. Разновидности данного сапрофита представляют собой опасные заражающие организмы, поражающие главным образом продукты питания, в составе которых имеется крахмал. Они также могут прорастать на поверхности или внутри дерева или растения.

Аспергилл - высший аэробный плесневый гриб

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. 

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.

Плесневые грибы из рода Penicillium относятся к растениям, которые очень широко распространены в природе. Это род грибов класса несовершенных, насчитывающий более 250 видов. Особое значение имеет зеленая кистевидная плесень – пеницилл золотистый, так как используется человеком для производства пенициллина.

Естественной средой обитания пенициллов является почва. Пенициллы часто можно увидеть в виде зеленого или голубого плесневого налета на разнообразных субстратах, в основном, растительных. Гриб пеницилл имеет сходное строение с аспергиллом, также относящимся к плесневым грибам. Вегетативный мицелий пеницилла ветвящийся, прозрачный и состоит из множества клеток. Отличие пеницилла от мукора в том, что его грибница многоклеточная, тогда как у мукора – одноклеточная. Гифы гриба пеницилла либо погружены в субстрат, либо расположены на его поверхности. От гиф отходят прямостоячие или приподнимающиеся конидиеносцы. Эти образования ветвятся в верхнем отделе и формируют кисточки, несущие цепочки одноклеточных окрашенных спор – конидий. Кисточки пенициллов могут быть нескольких видов: одноярусные, двухярусные, трехярусные и несимметричные. У некоторых видов пенициллов конидии образуют пучки – коремии. Размножение пеницилла происходит с помощью спор.

Многие из пенициллов обладают положительными качествами для человека. Они продуцируют ферменты, антибиотики, что обусловливает их широкое применение в фармацевтической и пищевой промышленности. Так, антибактериальный препарат пенициллин получают при использовании Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum. Изготовление антибиотика происходит в несколько этапов. Вначале культуру гриба получают на питательных средах с добавлением кукурузного экстракта для лучшей продукции пенициллина. Затем выращивают пенициллин по способу погруженных культур в особых ферментаторах объемом в несколько тысяч литров. После извлечения пенициллина из культуральной жидкости проводится его обработка органическими растворителями и растворами солей до получения конечного продукта – натриевой или калиевой соли пенициллина.

Также плесневые грибы из рода Penicillium широко применяются в сыроварении, в частности, Penicillium camemberti, Penicillium Roquefort. Эти плесени используются в изготовлении «мраморных» сыров, к примеру, «Рокфор», «Горнцгола», «Стилтош». Все перечисленные виды сыров имеют рыхлую структуру, а также характерный вид и запах. Культуры пенициллов применяются на определенном этапе изготовления продукта. Так, при производстве сыра «Рокфор» используется селекционный штамм гриба Penicillium Roquefort, который может развиваться в рыхло спрессованном твороге, так как отлично переносит низкую концентрацию кислорода, а также устойчив к повышенному содержанию солей в кислой среде. Пеницилл выделяет протеолитические и липолитические ферменты, оказывающие воздействие на молочные белки и жиры. Сыр под влиянием плесневых грибов приобретает маслянистость, рыхлость, характерный приятный вкус и запах.

В настоящее время ученые проводят дальнейшие исследовательские работы по изучению продуктов обмена веществ пенициллов, чтобы в будущем их можно было использовать на практике в разных отраслях хозяйства.

Пенициллы по праву занимают первое место по распространению среди гифомицетов. Естественный резервуар их - почва, причем они, будучи в большинстве видов космополитами, в отличие от аспергиллов, приурочены больше к почвам северных широт.

Как и аспергиллы, они наиболее часто обнаруживаются в виде плесневых налетов, состоящих в основном из конидиеносцев с конидиями, на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения.

Представители этого рода были обнаружены одновременно с аспергиллами благодаря их в общем сходной экологии, широкому распространению и морфологическому сходству.

Мицелий пенициллов в общих чертах не отличается от мицелия аспергиллов. Он бесцветный, многоклетный, ветвящийся. Основное различие между этими двумя близкими родами заключается в строении конидиального аппарата. У пенициллов он более разнообразен и представляет собой в верхней части кисточку различной степени сложности (отсюда его синоним «кистевик»). На основе строения кисточки и некоторых других признаков (морфологических и культуральных) в пределах рода установлены секции, подсекции и серии.

Самые простые конидиеносцы у пенициллов несут на верхнем конце только пучок фиалид, образующих цепочки конидий, развивающихся базипетально, как у аспергиллов. Такие конидиеносцы называют одномутовчатыми или моновертициллятными (рис 1 и 2).

Рис. 1. Строение конидиеносцев у аспергилл

Рис. 2. Строение конидиеносцев у пеницилл

Более сложная кисточка состоит из метул, т. е. более или менее длинных клеток, расположенных на вершине конидиеносца, а на каждой из них находится по пучку, или мутовке, фиалид. При этом метулы могут быть или в виде симметричного пучка, или в небольшом количестве и тогда одна из них как бы продолжает основную ось конидиеносца, а другие располагаются на нем не симметрично. В первом случае они называются симметричными (секция Biverticillata-symmetrica), во втором - асимметричными. Асимметричные конидиеносцы могут иметь еще более сложное строение: метулы тогда отходят от так называемых веточек. И наконец, у немногих видов как веточки, так и метулы могут быть расположены не в один «этаж», а в два, три и больше. Тогда кисточка оказывается как бы многоэтажной, или многомутовчатой.

Детали строения конидиеносцев (гладкие они или шиповатые, бесцветные или окрашенные), размеры их частей могут быть различны в разных сериях и у разных видов, так же как форма, строение оболочки и размеры зрелых конидий. Так же как у аспергиллов, у некоторых пенициллов имеется высшее спороношение - сумчатое (половое). Сумки так же развиваются в нлейстотециях, похожих на клейстотеции аспергиллов. Эти плодовые тела были впервые изображены в работе О. Брефельдом.

Интересно, что у пенициллов существует та же закономерность, которая отмечена для аспергиллов, а именно: чем проще строение конидиеносного аппарата (кисточки), тем у большего числа видов мы находим клейстотеции. Таким образом, чаще всего они обнаруживаются в секциях Monoverticillata и Biverticillata-Symmetrica. Чем сложнее кисточка, тем меньше в этой группе встречается видов с клейстотециями. Так, в подсекции Asymmetrica-Fasciculata, характеризующейся особенно мощными конидиеносцами, объединенными в коремии, нет ни одного вида с клейтотециями. Из этого можно заключить, что эволюция пенициллов шла в направлении усложнения конидиеносного аппарата, возрастающей продукции конидий и угасания полового размножения. По этому поводу можно высказать некоторые соображения. Так как у пенициллов, как и у аспергиллов, имеется гетерокариозис и парасексуальный цикл, то эти особенности представляют собой ту базу, на основе которой могут возникать новые формы, приспосабливающиеся к разным экологическим условиям и способные завоевать новые жизненные пространства для особей вида и обеспечивать его процветание. В соединении с тем огромным количеством конидий, которые возникают на сложном конидиеносце (оно измеряется десятками тысяч), в то время как в сумках и в нлейстотециях в целом количество спор несоизмеримо меньше, общая продукция этих новых форм может быть очень велика. Таким образом, наличие парасексуального цикла и эффективного образования конидий, по существу, обеспечивает грибам ту выгоду, которую другим организмам доставляет половой процесс по сравнению с бесполым или вегетативным размножением.

В колониях многих пенициллов, как у аспергиллов, имеются склероции, служащие, по-видимому, для перенесения неблагоприятных условий.

Таким образом, в морфологии, онтогенезе и других особенностях аспергиллов и пенициллов имеется очень много общего, что позволяет предполагать их филогенетическую близость. Некоторые пенициллы из секции Monoverticillata имеют сильно расширенную верхушку конидиеносца, напоминающую вздутие конидиеносца аспергиллов, и, как аспергиллы, встречаются чаще в южных широтах.

Внимание к пенициллам возросло, когда у них впервые была открыта способность образовывать антибиотик пенициллин. Тогда в изучение пенициллов включились ученые самых разнообразных специальностей: бактериологи, фармакологи, медики, химики и т. д. Это вполне понятно, так как открытие пенициллина было одним из выдающихся событий не только в биологии, но и в ряде других областей, особенно в медицине, ветеринарии, фитопатологии, где антибиотики нашли затем самое широкое применение. Именно пенициллин был первым открытым антибиотиком. Широкое признание и применение пенициллина сыграло большую роль в науке, так как ускорило открытие и введение в лечебную практику других антибиотических веществ.

Лечебные свойства плесеней, образуемых колониями пенициллов, были впервые отмечены русскими учеными В. А. Манассеиным и А. Г. Полотебновым еще в 70-х годах 19-го века. Они использовали эти плесени для лечения кожных заболеваний и сифилиса.

В 1928 г. в Англии профессор А. Флеминг обратил внимание на одну из чашек с питательной средой, на которую была посеяна бактерия стафиллококк. Колония бактерии перестала расти под действием попавшей из воздуха и развивавшейся в этой же чашке сине-зеленой плесени. Флеминг выделил гриб в чистую культуру (зто оказался Penicillium notatum) и продемонстрировал его способность продуцировать бактериостатическое вещество, которое он назвал пенициллином. Флеминг рекомендовал использовать это вещество и отметил, что его можно применять в медицине. Однако значение пенициллина стало очевидным в полной мере лишь в 1941 г. Флори, Чейн и другие описали методы получения, очистки пенициллина и итоги первых клинических испытаний этого препарата. После этого была намечена программа дальнейших исследований, включавшая поиски более подходящих сред и способов культивирования грибов и получения более продуктивных штаммов. Можно считать, что именно с работ по повышению продуктивности пенициллов началась история научной селекции микроорганизмов.

Еще в 1942-1943 гг. было установлено, что способностью продуцировать большое количество пенициллина обладают также некоторые штаммы другого вида - P. Chrysogenum.

Penicillium chrysogenum. Фото: Carl Wirth

Конидиеносцев у пеницилл под микроскопом. Фото: AJ Cann

Вначале пенициллин получали, используя штаммы, выделенные из различных природных источников. Это были штаммы P. notaturn и P. chrysogenum. Затем были отобраны изоляты, дававшие более высокий выход пенициллина, сначала в условиях поверхностной, а потом и погруженной культуры в особых чанах-ферментерах. Был получен мутант Q-176, отличающийся еще более высокой продуктивностью, который и использовался для промышленного получения пенициллина. В дальнейшем на основе уже этого штамма были селекционированы еще более активные варианты. Работа по получению активных штаммов ведется непрерывно. Высокопродуктивные штаммы получают преимущественно при помощи сильнодействующих факторов (рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, химические мутагены).

Лечебные свойства пенициллина очень разнообразны. Он действует на гноеродные кокки, гонококки, анаэробные бактерии, вызывающие газовую гангрену, в случаях различных абсцессов, карбункулов, раневых инфекций, остеомиелита, менингита, перитонита, эндокардитов и дает возможность спасти жизнь больных, когда другие лечебные препараты (в частности, сульфамидные) бессильны.

В 1946 г. удалось осуществить синтез пенициллина, который был идентичен природному, полученному биологическим путем. Однако современная пенициллиновая промышленность базируется на биосинтезе, так как он дает воз можность массового изготовления дешевого препарата.

Из секции Monoverticillata, представители которой чаще встречаются в более южных районах, наиболее распространен Penicillium frequentans. Он образует на питательной среде широко растущие бархатистые зеленые колонии с красновато-коричневой обратной стороной. Цепочки конидий на одном конидиеносце обычно соединены в длинные колонки, хорошо видимые при малом увеличении микроскопа. P. frequentans продуцирует ферменты пектиназу, используемую для просветления фруктовых соков, и протеиназу. При низкой кислотности среды этот гриб, как и близкий к нему P. spinulosum, образует глюконовую кислоту, а при более высокой кислотности - лимонную.

Пенициллиновая плесень. Фото: Steve Jurvetson

Продуценты пенициллина - P. chrysogenum и P. notatum. Они встречаются в почве и на различных органических субстратах. Макроскопически их колонии сходны. Они имеют зеленую окраску, и для них, как и для всех видов серии P. chrysogenum, характерно выделение на поверхности колонии эксудата желтого цвета и такого же пигмента в среду, оба эти вида вместе с пенициллином часто образуют эргостерол.

Очень большое значение имеют пенициллы из серии P. roqueforti. Они обитают в почве, но преобладают в группе сыров, характеризующихся «мраморностью». Это сыр «Рокфор», родиной которого является Франция; сыр «Горгонцола» из Северной Италии, сыр «Стилтош» из Англии и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. Дело в том, что соответствующие культуры грибов используются в определенный момент процесса изготовления сыров. P. roqueforti и родственные виды способны расти в рыхло спрессованном твороге потому, что хорошо переносят пониженное содержание кислорода (в смеси газов, образующихся в пустотах сыра, его содержится меньше 5%). Кроме того, они устойчивы к высокой концентрации соли в кислой среде и образуют при этом липолитические и протеолитические ферменты, воздействующие на жировые и белковые компоненты молока. В настоящее время в процессе изготовления указанных сыров применяют селекционированные штаммы грибов.

Из мягких французских сыров -«Камамбер», «Бри» и др. - выделены P. camamberti и Р. саseicolum. Оба эти вида так давно и настолько адаптировались к своему специфическому субстрату, что из других источников почти не выделяются. В заключительной стадии изготовления сыров «Камамбер» или «Бри» творожную массу помещают для созревания в специальную камеру с температурой 13-14 °С и влажностью 55-60%, воздух которой содержит споры соответствующих грибов. В течение недели вся поверхность сыра покрывается пушистым белым налетом плесени толщиной 1-2 мм. Примерно в течение десяти дней плесневый налет приобретает голубоватый или зеленовато-серый цвет в случае развития P. camamberti или остается белым при преимущественном развитии Р. саseicolum. Масса сыра под воздействием ферментов грибов приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.

P. digitatum и P. Italicum на цитрусовых

P. digitatum выделяет этилен, вызывающий более быстрое созревание здоровых плодов цитрусовых, находящихся поблизости от плодов, пораженных этим грибом.

P. italicum представляет собой сине-зеленую плесень, вызывающую мягкую гниль плодов цитрусовых. Этим грибом чаще поражаются апельсины и грейпфруты, чем лимоны, в то время как P. digitatum развивается с равным успехом на лимонах, апельсинах и грейпфрутах. При интенсивном развитии P. italicum плоды быстро теряют свою форму и покрываются пятнами слизи.

Конидиеносцы P. italicum часто соединяются в коремии, и тогда плесневый налет приобретает зернистость. Оба гриба имеют приятный ароматический запах.

В почве и на различных субстратах (зерне, хлебе, промышленных товарах и т. п.) часто встречается P. expansum.Но особенно известен он как причина быстро развивающейся мягкой коричневой гнили яблок. Потери яблок от этого гриба при хранении составляют иногда 85-90%. Конидиеносцы этого вида также образуют коремии. Массы спор его, присутствующие в воздухе, могут вызывать аллергические заболевания.

Некоторые виды коремиальных пенициллов приносят большой вред цветоводству. Р. согутbiferum выделяется с луковиц тюльпанов в Голландии, гиацинтов и нарциссов в Дании. Установлена также патогенность P. gladioli для луковиц гладиолусов и, по-видимому, для других растений, имеющих луковицы или мясистые корни.

Некоторые пенициллы секции Asymmetrica (P. nigricans) образуют антигрибной антибиотик гризеофульвин, который показал хорошие результаты в борьбе с некоторыми болезнями растений. Его можно использовать для борьбы с грибами, вызывающими заболевания кожи и волосяных луковиц у людей и животных.

По-видимому, наиболее процветающими в природных условиях оказываются представители секции Asymmetrica. Они имеют более широкую экологическую амплитуду, чем другие пенициллы, лучше других переносят пониженную температуру (P. puberulum, например, может образовывать плесневые налеты на мясе в холодильниках) и относительно меньшее содержание кислорода. Многие из них встречаются в почве не только в поверхностных слоях, но и на значительной глубине, особенно коремиальные формы. Для некоторых видов, как, например, для P. chrysogenum, установлены очень широкие температурные границы (от -4 до +33 °С).

Имея широкий набор ферментов, пенициллы заселяют различные субстраты и принимают самое активное участие в аэробном разрушении растительных остатков.

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.