58 Дрожжи, сахаромицеты, микроскопические одноклеточные бесхлорофилльные организмы, принадлежащие к грибам.

Морфология дрожжей

Дрожжи имеют разнообразную форму: круглую, эллиптическую, овальную, реже лимонообразную и цилиндрическую, иногда сильно вытянутую в виде гиф. Форма и структура клеток непостоянна, она может изменяться в связи с изменением условий культивирования. Дрожжевая клетка состоит из клеточной мембраны, цитоплазмы, внутри которой расположены органоиды (ядро, митохондрии, рибосомы, вакуоль, Гольджи аппарат) и включения (запасные вещества) в виде капелек жира, зерен гликогена и волютииа (рис. 1).

Рис. /. Схема поперечного разреза дрожжевой клетки: 1 — цитоплазматическая мембрана; 2 — цитоплазма; 3 — аппарат Гольджи; 4 — эндоплазматическая сеть; 5 — жировые капельки; 6 — митохондрия; 7 — ядро; 8 — рубец, где отпочковалась клетка; 9 — ядрышко; 10 — гранулы волютина (метахроматина); 11 — рибосомы; 12 — вакуоль; 13 — клеточная оболочка.

Молодые клетки имеют гомогенную цитоплазму, иногда небольшую вакуоль. С возрастом клетки появляется зернистость, вакуоль увеличивается. Размер клеток варьирует от 5 до 7 мкм в диаметре и от 8 до 12 мкм в длину. При таких небольших размерах клеток поверхность их в 1л бродящего виноградного сусла может достигать 10 м². Такая большая поверхность определяет активный обмен дрожжей с окружающей средой. Относит, плотность клеток составляет 1,055—1.06. С наступлением неблагоприятных условий возникают более устойчивые покоящиеся клетки — артроспоры и сумки со спорами. Артроспоры сохраняют форму вегетативных клеток, но отличаются от них более плотной плазмой, наличием гликогена, капель жира и утолщенными оболочками. Сумки со спорами обычно повторяют форму и размер вегетативных клеток. Форма и размер спор у различного рода спорегенных дрожжей отличаются.

Размножение дрожжей

Существует 2 вида размножения дрожжей — вегетативное (бесполое) и половое с образованием спор. У большинства видов дрожжей вегетативное размножение осуществляется почкованием, редко делением (Schizosaccharomyces). Аспорогенные. дрожжи размножаются только почкованием. Половое размножение происходит при неблагоприятных условиях, когда дрожжи перестают почковаться и превращаются в сумки (аски) со спорами — аскоспоры. Половой процесс заключается в копуляции (слиянии) 2 вегетативных клеток путем сближения их и образования копуляционного канала, в котором происходит слияние частей плазмы и ядра клеток, называемое кариогамией, с образованием диплоидной зиготы, представляющей 2 клетки, соединенные копуляционным каналом. Редукционное деление, или мейоз, сопровождаемое уменьшением числа хромосом вдвое, происходит сразу, без полового процесса, и зигота превращается в аск с 4 гаплоидными спорами, поэтому вегетативное поколение таких спор гаплоидно. Споры прорастают без копуляции. Так происходит размножение у дрожжей Zygosaccharomyces (рис. 2Б). У дрожжей Saccharomyces половой процесс происходит при слиянии спор или проросших из них клеток с образованием диплоидной зиготы, которая сразу начинает почковаться, образуя диплоидное потомство (рис. 2А). Мейоз происходит непосредственно перед образованием спор.

Рис. 2. Половое размножение и цикл развития дрожжей: а — аскоспоры; б — оплодотворение; в — хромосомная редукция; г — диплоидные клетки, преобразующиеся в аски и образующие аскоспоры в количествах, изменяющихся в зависимости от вида. Гаплоидная генерация изображена пустыми фигурами, диплоидная — заштрихована. А — Saccharomyces; Б — Zygosacharomyces; В — Saccharomycodes

Рост и развитие дрожжей.

Рост дрожжей складывается из 2 различных процессов: возрастания числа клеток и увеличения их биомассы, что вызывает изменение морфологических и физиологических свойств клеток дрожжей — их развитие. В процессе развития в жидкой питательной среде дрожжи проходят 4 осн. фазы роста. Кривая роста описывает логарифмическую зависимость числа клеток от времени и позволяет различить несколько фаз роста, сменяющих друг друга в определенной последовательности (рис. 3). Лаг-фаза характеризуется интенсивной метаболической активностью, хотя количество дрожжей не увеличивается или увеличивается незначительно. Она включает латентный (скрытый) этап, когда дрожжи адаптируются к новым условиям среды путем синтеза РНК и ферментов и подготавливаются к быстрому росту, который должен наступить за лаг-фазой. Количество РНК и белка возрастает в 8—12 раз, а содержание ДНК остается постоянным. Логарифмическая, или экспоненциальная фаза характеризуется максимальной скоростью роста, увеличением числа клеток в геометрической прогрессии. Культура состоит из „стандартных клеток”. Однако вследствие потребления источников питания и накопления в среде продуктов обмена наступает стационарная фаза. Число клеток остается постоянным, число образующихся новых клеток равно приблизительно числу отмерших. В ней достигается максимальная плотность популяции. Кривая параллельна оси абсцисс. Фаза отмирания наступает с дальнейшим истощением среды и накоплением вредных продуктов обмена. Число живых клеток уменьшается, мертвых — возрастает. Начинается процесс автолиза мертвых клеток. Продлить время логарифмической фазы можно при использовании непрерывного метода брожения, когда состав среды остается постоянным вследствие непрерывного обновления. В виноделии непрерывные методы широко используются при сбраживании виноградного сусла, в производстве шампанского и хереса. Скорость роста выражается абсолютными и относительными показателями: абсолютный (валовой) прирост биомассы, удельная скорость роста, время генерации и др. Важным показателем физиологического состояния культуры является экономический коэффициент — отношение количества образовавшейся биомассы к количеству потребленного субстрата. Переход дрожжей из одной фазы в другую обусловлен изменением содержания в клетках физиологически важных соединений — аминокислот, белка, фосфатов, нуклеиновых кислот и др. По фазам роста на определенных участках кривой можно судить о стадиях развития и физиологическом состоянии дрожжей В основе жизни микроорганизмов лежит непрерывный обмен веществ, или метаболизм, состоящий из 2 процессов — диссимиляции и ассимиляции. Дрожжи являются факультативными анаэробами. Процессы брожения и дыхания, аэробный и анаэробный распад углеводов играют основную роль в метаболизме дрожжевой клетки (см. также брожение спиртовое, дыхание дрожжей, энергия брожения).

59Грибы - широко распространённая группа живых организмов, относящихся к низшим споровым растениям, которые размножаются при помощи спор. Они не содержат пигментов хлорофилл, а значит не могут самостоятельно осуществлять фотосинтез и нуждаются в притоке готовых органических веществ из вне, т.е по типу питания они относятся к гетеротрофам. Грибы всегда растут на поверхности субстрата, либо могут вдаваться в него, если там есть полости, заполненные воздухом ( плесневение головки сыра, зерна), т.е. по типу дыхания они строгие аэробы.

Тело гриба называется грибница (мицелий), он состоит из ряда тонких белых (неокрашенных) сильно переплетённых, сросшихся между собой нитей-гифов. Растёт гриб концами своих гифов от центра к периферии.

Тело гриба устроено однотипно, представлено мицелием, но грибам присуще большое разнообразие способов размножения.

1. Кусочками мицелия

2. Почкованием (дрожжи)

3. Деление клетки пополам

4. При помощи спор, спорообразование является основным способом размножения. Споры могут образовываться бесполым и половым способом.

Бесполое спорообразование протекает по разному у высших и назших грибов. Низшие размножаются при помощи внутренних спор эндоспоры, которые называют спарангиоспоры, при этом на определённой стадии развития мицелия, перпендикулярно его поверхности отрастает гиф- спарангеоносец. На нём вызревает крупная клетка- спарангий, а внутри спарангия образуются споры- спарангиоспоры. Иногда спарангиоспоры приобретают жгутики и становятся подвижными. Они называются зооспоры.

Высшие грибы размножаются при помощи экзоспор, т.е. наружных спор ,конидий. Они вызревают на специальных гифах(конидееносцах), которые отрастают перпендикулярно поверхности мицелия. Строение конидееносцев различно,2 основных:

1.одноклеточный неразветвлённый конидееносец, на нём вызревают бутылочковидные клетки-стеригмы, а от них в окружающую среду отходят конидии, соединённые в цепочку.

Такой конидееносец напоминает вызревший одуванчик, или струйки воды, выливающиеся из лейки. Такие грибы называются леечными, леечной плесенью, относятся к роду Aspergyllys.

2.многоклеточный, многократно разветвление от него в окружающую среду-кониди, соединенные в цепочки. Такой конидееносец напоминает кисточку или кисть руки, такие грибы называются кистевыми грибами. Род Penicillium.

Половое спорообразование происходит после предварительного слияния двух клеток, при этом могут образовываться споры двух типов:

1.аскоспоры - вызревают в мешковидно-вытянутых клетках – асках. Обычно таких спор 8.

2.базидиоспоры - в грушевидно подобных клетках- базидиях. Могут быть одноклеточные и многоклеточные.

- одноклеточные - грушевидная клетка, от неё отходит 4 стеригмы, каждая из которых заканчивается базидиоспорой.

- многоклеточные - состоят из 4 клеток, каждая из которых заканчивается стеригмой с базидиоспорой

3. зиготоспоры- образовываются слиянием клеток двух гифов при этом если сливаются 2 внешне подобные клетки, образовав зигоспоры. Если сливаются 2 различные клетки, образуются полуспоры.