第二章真核微生物(二)

第二章真核生物的形态、构造与功能是指细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微小生物。真核微生物：真核生物的细胞结构真核微生物的主要类群:植物界：显微藻类动物界：原生动物菌物界：粘菌、假菌和真菌。真菌三个分支为：酵母、霉菌、蕈菌。真菌的习性√大部分真菌为陆生，生长在土壤或死亡的植物材料上。√有些为水生，生活在淡水或海水中。√对于自然界中有机碳的矿化起重要作用。√真菌也能引起谷类植物疾病，少部分真菌寄生在包括人类在内的动物体内。第二节酵母菌（yeast）泛指能发酵糖类并以芽殖或裂殖方式进行无性繁殖的一类单细胞真菌。这个术语无分类学意义。在分类学上归属于：子囊菌亚门担子菌亚门半知菌亚门凡是生活史中大部分以单细胞生活的、主要以出芽繁殖的一类低等真菌，统称为酵母菌。5个特点：个体一般以单细胞存在；多数以出芽繁殖；能发酵糖类产能；细胞壁常含甘露聚糖；常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。分布及与人类的关系（1）多分布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。如：水果、蔬菜、叶子、树皮等处，以及葡萄园和果园土壤中等。不能以CO2为主要碳源，必须以有机碳化合物，主要是葡萄糖等单糖为碳源和能源属化能异养型。（2）重要的微生物资源酵母是人类的第一种“家养微生物”酿酒，发面。医药、化工和食品发酵工业的重要原料和生产菌种：乙醇和甘油发酵；石油脱蜡；菌体蛋白、酵母片、提取核酸、麦角甾醇、辅酶A、细胞色素C、维生素和凝血质等生化药物；生产单细胞蛋白等等。（3）重要的科研模式微生物啤酒酵母（Saccharomycescerevisae）第一个完成全基因组序列测定的真核生物（1997）（4）有些酵母菌具有危害性皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道（白念珠菌）疾病；果酱、蜂蜜变质（高渗酵母）；污染发酵工业（酱油、酱类、腐乳表面生白花、产酸臭——醭膜酵母）一、酵母菌细胞形态与大小1.个体形态大多数为球状、卵圆、椭圆、圆柱等单细胞，有的酵母菌子代细胞连在一起成为链状，称为假丝酵母。六种1）圆形圆球酵母；2）椭圆形葡萄酒酵母；3）卵圆形啤酒酵母；4）柠檬形汉逊氏酵母；5）腊肠形巴斯德酵母；6）圆柱状裂殖酵母。假菌丝藕节状细胞串，即细胞间连接处面积小于细胞直径真菌丝竹节状细胞串，即细胞间横隔面与细胞直径一致细胞大小与培养方式、菌龄、制片方式有关。-----成熟细胞比幼龄细胞大；-----菌体在液体培养基中比在固体培养基中大。一般：（1~5）μm×（5~30）μm（比细菌粗10倍左右）发酵工业用酵母平均直径4~6μm一般用高倍镜（40×10）观察2.大小二、细胞构造典型真核细胞结构：细胞壁，细胞膜，细胞质，细胞核，液泡，线粒体等内含物。成分：“酵母纤维素”内层：葡聚糖(主要结构成分)三明治状外层：甘露聚糖中层：蛋白质（大多与多糖结合，也有以酶的形式与细胞壁结合）1.细胞壁厚：25nm，占细胞干重25%。以甘露糖为单体，主链通过α-1,6糖苷键结合，支链则通过α-1,2或α-1,3糖苷键结合以葡萄糖为单体，主链通过β-1,6糖苷键结合，支链则以β-1,3糖苷键结合酵母原生质体的制备：需要蜗牛酶（混合酶），包括甘露聚糖酶、葡聚糖酶、几丁质酶、脂酶和纤维素酶等30多种酶类。由于酵母子囊壁主要成分也是酵母纤维素，也可通过蜗牛酶水解而获得子囊孢子。酵母细胞壁除酵母纤维素外，其它化学成分还有脂类8.5~13.5%。有些酵母细胞壁中还含有少量几丁质，一般存在于出芽后的芽痕处，如酿酒酵母细胞壁中的几丁质约占细胞干重的1~2%，假丝酵母大于2%，而裂殖酵母中不含几丁质。有些酵母菌如隐球酵母属，在细胞壁外还覆盖有类似细菌的荚膜多糖物质。•固定外形；•保护作用；•存在酶和性结合物质，利于营养物质透过及细胞间性识别；•抗原性。细胞壁的功能：与原核生物类似结构类似原核生物，磷脂双分子层中间嵌杂甾醇和蛋白质分子蛋白质（包括吸收糖和氨基酸的酶）甘油的单、双、三酯甘油磷脂磷脂酰胆碱成分脂类磷脂酰乙醇胺甾醇麦角甾醇（居多）酵母甾醇糖类（少量，多为甘露聚糖）2.细胞膜多烯大环内酯类抗生素（制霉菌素）与甾醇作用，可破坏膜的稳定性。对原核生物膜无作用（支原体例外）功能：不及原核细胞膜那样具有多样性，主要用于调节渗透压、吸收营养和分泌物质，并参与细胞的一些合成作用。3.细胞质和内含物1~20个/细胞，在缺氧情况下只形成无嵴的简单线粒体幼龄细胞的细胞质较稠密、均匀，老细胞的细胞质常出现大的液泡和各种贮藏物质，如异染粒、肝糖粒和脂肪滴。和原核生物不同的是，酵母细胞质中还增加了一些细胞器，如线粒体、微体、内质网等，但不含叶绿体。“小菌落”（呼吸缺陷型菌落）：酵母菌受理化因素刺激或自发突变会导致线粒体丢失或功能丧失，在固体培养基上由于能量代谢受阻而生长缓慢，形成的菌落较小，习惯上将这种呼吸缺陷型的菌株形成的菌落称为小菌落。这种呼吸缺陷株只能通过发酵过程获取少量能量，由于不能进行TCA循环产生能量，不能在以甘油为唯一碳源的培养基上生长。酵母细胞线粒体：液泡液泡的大小及其所含的化学组成随菌龄和生理状态而异。生长旺盛的细胞中液泡较小，成熟酵母细胞中出现一个大的液泡。液泡功能：调节渗透压；储存营养物（异染粒）；储存水解酶类（蛋白酶，核酸酶，磷酸酯酶等）贮藏物中的异染粒一般形成于细胞质，然后随着细胞的生长，定位于液泡中。肝糖粒在营养良好时于细胞中大量积累；而当营养缺乏时，肝糖粒减少至消失。另外，肝糖粒还在酵母子囊孢子生成时在子囊内积累，在孢子成熟时被利用。4.细胞核贮存酵母菌细胞的遗传信息。具有完整的核膜、核仁和染色体。核膜外具有中心体，中心体可能和酵母菌出芽繁殖有关。酿酒酵母基因组有17条染色体，这些染色体从245到2200个碱基对不等，DNA总长度为12052Kb，包含了约6500个基因。酵母还存在核外的遗传物质，如酵母细胞线粒体中的DNA，细胞质中病毒样颗粒的反转录转座子，嗜杀酵母的dsRNA嗜杀质粒，典型的2m质粒等。2m质粒结构：闭合环状双链DNA分子，周长2m(6318bp)；高拷贝存在（每个单倍体基因组含60~100个拷贝）；只携带与复制和重组有关的4个蛋白质基因，不赋予宿主任何遗传表型，属隐秘性质粒。用途：酵母菌分子克隆和基因工程的重要载体；研究真核基因调控和染色体复制的理想模型。三、酵母菌繁殖方式和生活史芽殖（budding）:最普遍裂殖(fission)：裂殖酵母属无性繁殖芽裂节孢子产无性孢子掷孢子厚垣孢子有性繁殖：产子囊和子囊孢子酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母（一）繁殖方式1、酵母菌的无性繁殖（1）芽殖即出芽繁殖，繁殖后在母细胞上留下一个芽痕，在子细胞上留下一个蒂痕多边出芽（最普遍），两端出芽，三端出芽。假菌丝藕节状细胞串，即细胞间连接处面积小于细胞直径真菌丝竹节状细胞串，即细胞间横隔面与细胞直径一致（2）裂殖裂殖是少数酵母进行的繁殖方式。即酵母细胞延长，核分裂为二，细胞中央出现隔膜，将细胞横分为两个具有单核的子细胞，如八孢裂殖酵母(Schizosaccaromycesoctosporus)。以芽裂方式繁殖的酵母很少见。母细胞总在一端出芽，同时在芽基处又形成隔膜，这种在出芽的同时又产生横隔的方式为芽裂或半裂殖。厚垣孢子：有些酵母，如白假丝酵母可以在假菌丝的顶端形成厚壁的厚垣孢子，具有较强的抗逆特性。节孢子：地霉属的菌可以形成节孢子，菌丝依靠隔膜裂断而产生的孢子,故又称裂生孢子。掷孢子：掷孢酵母属可以在其营养细胞上生出的小梗上形成小孢子，孢子成熟后通过一种特殊的喷射方式将孢子射出，这种孢子称为掷孢子。（4）产生无性孢子（3）芽裂2、酵母菌的有性繁殖（1）方式：形成子囊和子囊孢子（2）过程：1）两个不同接合型的单倍体细胞靠近，各伸出原生质突起相互接触；2）接触处细胞壁消失，质配；3）核配，形成二倍体核的接合子：A、以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。B、进行减数分裂，形成4个或8个子囊孢子，而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。几个概念：单倍体细胞(n)：细胞核中只含一套染色体的细胞。（不管细胞中有多少个核）双倍体细胞(2n)：细胞核中只含二套染色体的细胞。（不管细胞中有多少个核）只有单倍体细胞才具有接合能力:单倍体有两种接合型，a型和α型(或+和-型)，两者接合后形成二倍体细胞(a/α)。接合型由细胞遗传特性决定。二倍体细胞是由二个性别不同的单倍体亲本接合而来，成对染色体分别来自父本和母本。形成子囊孢子的条件：1)首先必须是二倍体细胞2)营养充足的强壮幼龄细胞；3)适当的温度（25℃）和湿度（80%以上）；通风良好；4）适当的生孢子培养基，营养贫瘠；（棉子糖醋酸钠培养基，石膏块）实践意义：1）利用形成单倍体进行杂交育种，人工定向培育新品种2）检验生产菌是否被野生酵母污染（依据：子囊孢子的形成速度，子囊中子囊孢子的数目和形状）（二）生活史（lifecycle）指上代个体经一系列生长发育阶段而产生下一代个体全部历史。酵母菌生活史有三种类型：1）单、双倍体型：营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在,都可进行出芽繁殖。2）单倍体型：营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）3）双倍体型：营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂）1.单双倍体型特点：一般情况以营养体状态进行出芽繁殖；营养体既可以单倍体（n）也可以双倍体(2n)形式存在；在特定条件下进行有性繁殖。代表：酿酒酵母（Sacharomycescerevisiae）（2）单倍体型代表：八孢裂殖酵母(Schizosaccharomycesoctosporus)特点：营养细胞为单倍体；以裂殖方式进行无性繁殖；二倍体细胞不能独立生活（只是生活史中一部分，阶段很短）（3）双倍体型代表：路德氏酵母（Saccharomycodesludwigii）特点：营养体为双倍体形，以出芽方式繁殖；单倍体子囊孢子在子囊内发生接合。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，不能独立生活，阶段很短。四、菌落特征与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色，个别为黑色。上面啤酒酵母（S.cerevisiae）：不易凝集沉淀而浮在上面。下面啤酒酵母(S.carlsbergensis，卡尔斯伯酵母)：易凝集沉淀，发酵度低。区别：根据棉子糖发酵半乳糖+葡萄糖+果糖=棉子糖（三糖）蜜二糖蔗糖上面啤酒酵母：不含蜜二糖酶，只能发酵1/3棉子糖下面啤酒酵母：能发酵全部棉子糖五、工业上常用的酵母菌1.啤酒生产酿酒酵母（Sacharomycescerevisiae）用途：啤酒，葡萄酒，白酒，酒精，面包，食用、药用和饲用酵母，提取核酸、麦角甾醇和维生素C等。发酵特性热带假丝酵母（C.tropicalis）：氧化烃类能力强，利用石油生产SCP。产朊假丝酵母(C.utilis)：利用五碳糖和六碳糖，既可利用造纸工业的亚硫酸纸浆废液，也能利用糖蜜和木材水解液等生产SCP。2.假丝酵母属（Candida）五、工业上常用的酵母菌3.异常汉逊氏酵母产乙酸乙酯，用于酱油和白酒等增香（增香菌）本节重点一、酵母菌的形态和大小二、酵母菌的细胞结构三、繁殖方式四、生活史（比较三种生活史，图示并说明酿酒酵母生活史及特点）五、原核生物与真核微生物的比较