第二章 真核微生物的形态构造和功能――微生物学(周德庆主编)

第二章真核微生物的形态、构造和功能要求掌握真核微生物、真菌的概念、类群、特性；重点掌握酵母菌、霉菌的概念、类群特性、繁殖方式；掌握常见的真菌的生理特性以及用途；了解真菌与人类、自然的关系以及真菌与生产、应用的关系。第一节真核微生物概述第二节酵母菌第三节丝状真菌——霉菌第四节产大型子实体的真菌——蕈菌第一节真核微生物概述真核生物：凡是细胞核有核膜、细胞能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的生物，称为真核生物。一、真核生物与原核生物的比较二、真核微生物的主要类群真核微生物：是指一大类有完整细胞核、结构精巧的染色体和多种细胞器的微生物。（一）显微藻类：藻类是指除苔藓植物和维管束植物以外，基本上有叶绿体，可进行光合作用，并伴随放出氧气的一大类真核生物，它们大多属于只有通过显微镜才能观察到个体形态的微生物。但也有一些藻类个体很大。（二）原生动物：原生动物是一类缺少真正细胞壁，细胞通常无色，具有运动能力，并进行吞噬营养的单细胞真核生物。它们个体微小，大多数都需要显微镜才能看见。（三）真菌：真菌具有以下特点：1、不能进行光合作用；2、以产生大量孢子进行繁殖；3、一般具有发达的菌丝体；4、细胞壁多数含几丁质；5、营养方式为异养吸收型；6、陆生性较强。三、真核细胞结构（一）细胞壁：1、真菌的细胞壁化学成分：多糖，少量蛋白质和脂类多糖：微纤维β-1,4单糖聚合物、无定形基质低等真菌：纤维素酵母菌：葡聚糖高等陆生真菌：几丁质不同生长阶段，真菌细胞壁化学成分明显不同功能：固定细胞外形，保护细胞免受外界不良因子的损伤2、藻类的细胞壁细胞壁厚度一般为10-20nm，有时仅为3-5nm结构骨架以微纤丝方式层状排列的纤维素，50－80％DW间质多糖杂多糖：褐藻酸、岩藻素、琼脂2、原生质体的制备：真菌细胞壁可被蜗牛酶降解，从而获得原生质体。（二）细胞膜：呈流动镶嵌模型，具有典型的三层结构，主要成分是磷脂分子和蛋白质，其结构和功能与原核相似。项目原核生物真核生物甾醇无（除支原体）有磷脂磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺糖脂无有电子传递链有无基团转移有无胞吞作用无有真核生物与原核生物细胞质膜的差别（三）细胞核细胞遗传信息贮存、复制和转录的主要部位外形固定（球状或椭圆状）、核膜包裹数目：一个或多个真菌的菌丝顶端细胞，常找不到细胞核细胞核构成：核被膜、染色质、核仁和核基质染色体形状染色体数目小孔、染色质、核膜、核仁（四）细胞质及细胞器位于细胞质膜和细胞核间的透明、粘稠、不断流动并充满各种细胞器的溶胶，称为细胞质，包括细胞基质、细胞骨架和各种细胞器。1、细胞基质和细胞骨架（1）细胞基质：又叫细胞溶胶。指真核细胞中除细胞器以外的胶状溶液。它是细胞代谢的重要基地。（2）细胞骨架：是由微管、肌动蛋白丝（微丝）和中间丝3种蛋白纤维构成的细胞支架，具有支持、运输和运动等功能。2、线粒体(1)功能进行氧化磷酸化的细胞器——有机物转化为细胞生命活动的直接能源ATP(2)形态线粒体在活细胞中呈多形性，易变异等特点，形状多种多样，以线状和颗粒状最常见。(3)结构囊状：Φ0.5－1.0um，双层膜结构，外膜内膜嵴：管状嵴、板状嵴基粒：ATP合成酶复合体。脂蛋白复合物：电子传递链(呼吸链)的组成部分。(4)线粒体是半自主性复制的细胞器线粒体基质内含有环状DNA及自身转录RNA与翻译蛋白质的体系，但组成线粒体的各种蛋白质成分则是由核DNA和线粒体DNA编码的。3、核糖体核糖体又称核蛋白体，是存在于一切细胞中的无膜包裹的颗粒状细胞器，具有蛋白质合成功能。(1)功能是合成蛋白质的细胞器，它按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。(2)形态颗粒状的结构，无被膜包裹。(3)结构：主要成分是蛋白质和RNA，蛋白质分子分布在核糖体表面，RNA位于内层。为80s核糖体，由60s和40s大小亚基组成。4、内质网定义细胞质中一个与细胞基质相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统，由脂质双分子层围成，内侧与核被膜的外膜相通，核周间隙是内质网腔的一部分。内质网的类型糙面内质网膜上附有核糖体颗粒，合成运送胞外分泌蛋白光面内质网：不含核糖体，与脂类与钙代谢相关5、高尔基体由4—8个排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起构成，膜囊周围有大量大小不等的囊泡结构。功能：浓缩核糖体合成的蛋白质形成糖蛋白和脂蛋白分泌6、叶绿体一种由双层膜包裹、能转化光能为化学能的绿色颗粒状细胞器，能够进行光合作用功能：具有进行光合作用即把CO2和H20合成葡萄糖并放出O2的重要功能，是植物细胞所特有的能量转换细胞器。叶绿体的形态与构造1）外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈凸透镜状。2）由3部分组成，包括叶绿体膜（或称外被）、类囊体和基质。3）叶绿体是真核细胞中的半自主性复制的细胞器。7、溶酶体溶酶体是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内的消化作用。8、微体：是一种由单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球形细胞器，其内所含的主要是氧化酶和过氧化氢酶，又称过氧化物酶体。(1)功能避免细胞受过氧化氢毒害氧化分解脂肪酸(2)微体（数目、形态、大小和功能）的微生物分布生物类型不同个体内外条件：糖、甲醇、脂肪酸9、液泡：存在于真菌和藻类中，由单位膜分隔。(1)液泡的成分贮藏物：糖原、脂肪、多磷酸盐碱性氨基酸：精、鸟、谷氨酰胺酶类(2)液泡的功能维持细胞的渗透压贮藏营养物溶酶体10、膜边体：又称须边体或质膜外泡，是真菌特有的位于菌丝细胞四周的质膜与细胞壁间，由单层膜包裹，膜边体形态多样，可互相结合。(1)形态：呈管状、囊状、球状、卵圆状或多层折叠膜状，其内含有泡状物或颗粒状物。(2)形成：由高尔基体或内质网的特定部位形成，各个膜边体能互相结合，也可与别的细胞器或膜相结合。(3)功能：可能与分泌水解酶或合成细胞壁有关。11、几丁质酶体是一种存在于菌丝顶端细胞的微小泡囊，又称壳体，其功能是将其中所含的几丁质酶运至菌丝顶端细胞合成几丁质纤维，保证菌丝的延伸。12、氢化酶体是一种由单层酶包裹的球状细胞器，内含氢化酶、氧化还原酶、铁氧还蛋白和丙酮酸等，通常存在于鞭毛附近，为鞭毛运动提供能量。（五）鞭毛以及纤毛某些真核微生物细胞表面长有或长或短的毛发状、具有运动功能的细胞器。其中形态较长、数量较少者为鞭毛，而形态较短、数量较多者为纤毛。由伸出细胞外的鞭杆、嵌埋在细胞质膜上的基体以及把这两者相连的过渡区共3部分组成。鞭杆：9+2型基体：9+0型第二节酵母菌一、概述非分类名词，一群能发酵糖类的单细胞微生物，属真菌类。1、特点（1）生活史中，个体主要以单细胞状态存在；（2）多数营出芽繁殖，也有的裂殖；（3）能发酵糖类产能；（4）细胞壁常含甘露聚糖；（5）喜在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。2、与人类的关系（1）重要的微生物资源；（2）重要的科研模式微生物；（3）有些酵母菌具有危害性。二、形态构造（一）形态大小1、个体形态：通常呈卵圆状、椭圆状、柱状或香肠状等。2、细胞大小：大小在1-5umX5-30um之间。（二）细胞结构：酵母菌为单细胞，无鞭毛，不运动。1、细胞壁（1）化学组成：三明治状的“酵母纤维素”：分三层，外层为甘露糖，内层为葡聚糖,其间夹有一层蛋白质分子。芽痕周围有少许几丁质。（2）原生质体的制备：用蜗牛消化酶水解细胞壁。2、细胞膜与原核基本相同，但含甾醇。由于有细胞器分化，功能不及细菌多，主要是调节渗透压、吸收营养、分泌代谢物等。3、细胞核真核：多孔核膜包裹起来的定形细胞核，大量核孔，可见染色体，一个或几个核仁，核膜外有中心体。酵母细胞核的观察活细胞细胞核：相差显微镜核内染色体：碱性品红或姬姆萨染色法4、其他细胞构造（1）大型液泡：存在于成熟的酵母菌细胞。内含有一些水解酶以及聚磷酸、类脂、中间代谢物和金属离子等。(2)线粒体：含有一环状DNA。呼吸酶系载体，“动力工厂”。有氧条件：杆状或球状线粒体无氧条件：无嵴、无氧化磷酸化功能的线粒体(3)“2um质粒”：闭合环状超螺旋DNA分子，外源DNA载体。(4)线状质粒：(5)微体：只有一层约7nm单位膜包裹、直径约3µm的圆形或卵圆形的细胞器。其功能可能是参与甲醇和烷烃的氧化。（三）显微镜观察方法1、通过美蓝染液水浸片可观察酵母的形态和出芽生殖方式,还可鉴别死活细胞；2、用孔雀绿染液初染,脱色后用蕃红复染,用油镜可观察到子囊孢子呈绿色,菌体和子囊呈粉红色。三、培养特征（一）菌落特征与细菌菌落相似，较细菌菌落大而厚些，表面湿润粘稠，易被挑起，不透明，多呈乳白色，只有少数呈红色,个别为黑色，多有悦人的酒香味。（二）液体培养在液体培养基中，有的酵母菌生长产生沉淀，有的在液体中均匀生长，有的则形成菌膜，有的菌膜较厚，有的很薄，有的则在容器壁上形成一圈菌环。四、繁殖方式与生活史（一）繁殖方式只能进行无性繁殖的酵母：假酵母具有有性生殖的酵母菌：真酵母1、无性繁殖：是指不经两性细胞结合而进行的繁殖。(1)芽殖：酵母菌最常见的繁殖方式。芽殖Budding：良好的生长和营养条件假菌丝（Pseudohyphae）：藕节状，连接面积狭小真菌丝（Euhyphae）：横隔面积与细胞直径一致芽体，芽孢子（BuddingSpore）的形成过程细胞壁变薄新细胞积聚新细胞壁形成芽痕（BuddingScar）：母细胞上的蒂痕（BirthScar）：只有一个（2）裂殖：酵母菌的裂殖与细菌的裂殖相似：细胞伸长、核分裂为二、细胞中央出现隔膜，将细胞横分为两个相等大小的、各具有一个核的子细胞。（3）产生掷孢子等无性孢子无性孢子是指不经过两性细胞结合而直接由菌丝分化形成的繁殖性小体。2、有性繁殖——产生子囊及子囊孢子有性孢子是指经过两性细胞结合，经质配、核配、减数分裂形成的繁殖性小体。（1）子囊是一种含有有性孢子即子囊孢子的呈球形、棒形、或圆筒形的囊状结构。（2）子囊孢子是接合子的产物，即由雄的与雌的核融合后经两次减数分裂在子囊内形成。(3)子囊孢子的形成过程接触融合质配核配减数分裂形成子核孢子壁形成3、形成孢子条件（1）营养充足强壮幼龄细胞（2）适当温、湿度（25-30，80%）（3）空气要流通（4）适当的生孢子培养基（二）生活史个体经一系列生长、发育阶段后而产生下一代个体的全部过程，就称为该生物的生活史或生命周期。酵母菌的生活史可分为三个类型：1、营养体既可以单倍体（n）也可以二倍体（2n）形式存在——酿酒酵母2、营养体只能以单倍体（n）形式存在——八孢裂殖酵母3、营养体只能以二倍体（2n）形式存在——路德类酵母1、营养体既可以单倍体（n）也可以二倍体（2n）形式存在——酿酒酵母(1)特点：1)一般情况下都以营养体状态进行出芽繁殖；2)营养体既可以单倍体形式存在，也能以二倍体形式存在；3)在特定条件下进行有性繁殖。(2)生活史的过程子囊孢子发芽产生单倍体营养细胞单倍体营养细胞出芽繁殖异性营养细胞接合，质配核配，形成二倍体细胞二倍体营养细胞不进行核分裂，出芽繁殖二倍体细胞变成子囊，减数分裂，形成4子囊孢子子囊破壁后释放出单倍体子囊孢子(3)啤酒酵母二倍体营养细胞的特点体积大生活力强常用于工业生产，科学研究，遗传工程等领域2、营养体只能以单倍体（n）形式存在——八孢裂殖酵母(1)特点1)营养细胞为单倍体2)无性繁殖以裂殖方式进行3)二倍体细胞不能独立生活，故此阶段很短(2)八孢裂殖酵母的生活史单倍体营养细胞进行无性裂殖两个营养细胞接触后形成接合管，发生质配后即行核配，两个细胞联成一体每二倍体的核分裂3次，第一次为减数分裂形成8个单倍体的子囊孢子子囊破裂，释放子囊孢子3、营养体只能以二倍体（2n）形式存在——路德类酵母(1)特点：1)营养体为二倍体，不断进行芽殖，此阶段较长；2)单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合；3)单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，故不能进行独立生活(2)路德类酵母的生活史单倍体子囊孢子在孢子囊内成对接合，并发生质配和核配接合后的二倍体细胞萌发，穿破子囊壁二倍体的营养细胞可独立生活，芽殖无性繁殖二倍体营养细胞