Одноклеточные грибы дрожжи

Одноклеточные грибы — дрожжи

Дрожжевых грибов известно около 500 видов. Дрожжевые грибы встречаются в природе на поверхности растений, в нектаре цветков, на плодах, в сокоистечениях деревьев, в почве. Они не образуют типичного мицелия. Эти микроскопические грибы состоят из одной клетки, имеющей форму шарика. Размножаются дрожжи почкованием: на теле гриба образуется выпячивание (как почка), которое увеличивается, отделяется от материнского организма (почкуется) и ведёт самостоятельный образ жизни. Почкующиеся клетки дрожжей похожи на ветвящиеся цепочки.

С давних пор человек использует дрожжи для приготовления хлеба.

Дрожжи быстро растут, что определяется необычайно высокой скоростью их обмена веществ. При этом они значительно изменяют химический состав окружающей среды. Наиболее известный процесс, который они осуществляют, – спиртовое брожение. Дрожжи питаются сахаром, превращая его в спирт. При этом выделяется углекислый газ, который способствует подниманию теста, делают его лёгким и пористым.

Некоторые дрожжевые грибы люди используют в пивоварении, виноделии и как белковый корм в животноводстве.

Аскомицетные и базидиомицетные дрожжи

Различить дрожжи, принадлежащие к разным отделам грибов, можно как по характеристикам их жизненного цикла, так и без его наблюдения, только по признакам аффинитета. К ним относится:

синтез каротиноидов (встречается только у базидиомицетных дрожжей);
тип убихинонов (с 5—7 изопреноидными остатками у аскомицетных и с 8—10 у базидиомицетных, хотя есть исключения);
тип почкования (см. раздел жизненный цикл);
содержание ГЦ пар в ДНК (26—48 % у аскомицетных, 44—70 % у базидиомицетных);
наличие фермента уреазы (характерна за несколькими исключениями только базидиомицетным) и др.

Особенности метаболизма дрожжей

Дрожжи являются хемоорганогетеротрофами и используют органические соединения как для получения энергии, так и в качестве источника углерода. Им необходим кислород для дыхания, однако при его отсутствии многие виды способны получать энергию за счёт брожения с выделением спиртов (факультативные анаэробы). В отличие от бактерий, среди дрожжей нет облигатных анаэробов, гибнущих при наличии кислорода в среде. При пропускании воздуха через сбраживаемый субстрат дрожжи прекращают брожение и начинают дышать (поскольку этот процесс эффективнее), потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Это ускоряет рост дрожжевых клеток (эффект Пастера). Однако даже при доступе кислорода в случае высокого содержания глюкозы в среде дрожжи начинают её сбраживать (эффект Кребтри).

Клетки пекарских дрожжей, флюоресцентная микроскопия.

Дрожжи достаточно требовательны к условиям питания. В анаэробных условиях дрожжи могут использовать в качестве источника энергии только углеводы, причём в основном гексозы и построенные из них олигосахариды. Некоторые виды (Pichia stipitis, Pachysolen tannophilus, Phaffia rhodozyma) усваивают и пентозы, например, ксилозу. Виды Schwanniomyces occidentalis и Saccharomycopsis fibuliger способны сбраживать крахмал, вид Kluyveromyces fragilis — инулин. В аэробных условиях (при наличии кислорода) круг усваиваемых субстратов шире: помимо углеводов усваиваются также жиры, углеводороды, ароматические и одноуглеродные соединения, спирты, органические кислоты. Гораздо больше видов способно использовать пентозы в аэробных условиях. Тем не менее, сложные соединения (лигнин, целлюлоза) для большинства дрожжей (за исключением некоторых видов рода Trichosporon, проявляющих целлюлолитическую активность) недоступны.

Источниками азота для всех дрожжей могут быть соли аммония, примерно половина видов имеет нитратредуктазу и может усваивать нитраты. Пути усвоения мочевины различны у аскомицетовых и базидиомицетовых дрожжей. Аскомицетовые сначала карбоксилируют её, затем гидролизуют, базидиомицетовые — сразу гидролизуют ферментом уреазой.

Для практического применения важны продукты вторичного метаболизма дрожжей, выделяемые в малых количествах в среду: сивушные масла, ацетоин (ацетилметилкарбинол), диацетил, масляный альдегид, изоамиловый спирт, диметилсульфид и др. Именно от них зависят органолептические свойства полученных с помощью дрожжей продуктов.

Распространение дрожжей

Места обитания дрожжей связаны преимущественно с субстратами, богатыми сахарами: поверхностями плодов и листьев (где дрожжи питаются прижизненными выделениями растений), нектаром цветов, раневыми соками растений, мёртвой фитомассой и т. д. Дрожжи распространены также в почве (особенно в подстилке и органогенных горизонтах) и природных водах. Дрожжи (роды Candida, Pichia, Ambrosiozyma) постоянно присутствуют в кишечнике и ходах ксилофагов (питающихся древесиной насекомых), богатые дрожжевые сообщества развиваются на листьях, поражённых тлёй. Представители рода Lypomyces являются типичными почвенными обитателями.

Жизненный цикл дрожжей

Отличительной особенностью дрожжей является способность к вегетативному размножению в одноклеточном состоянии. При сопоставлении с жизненными циклами грибов это выглядит как почкование спор или зиготы. Многие дрожжи также способны к реализации полового жизненного цикла (его тип зависит от аффинитета), в котором могут быть и мицелиальные стадии.

У некоторых дрожжеподобных грибов, образующих мицелий (роды Endomyces, Galactomyces, Arxula, Trichosporon), возможен распад мицелия на клетки (артроспоры). У родов Arxula и Trichosporon артроспоры после образования начинают почковаться. У грибов рода Trichosporon внутри клеток мицелия также образуются вегетативные эндоспоры.

Одноклеточные грибы

Ни один живой организм на Земле не обладает такими свойствами, как грибы. Они настолько сложны, что до сих пор их царство полностью не изучено. Их классификация, в отличии от таковой для растений или животных, весьма интересна хотя бы тем, что условное деление на «низшие» и «высшие» грибы она учитывает обязательно. Грибы стоят на своеобразной границе двух царств живой природы – растений и животных. На Земле существуют многоклеточные и одноклеточные грибы. Изучением грибов занимается наука микология, которую относят к ботаническим наукам, т.к. грибы ранее были включены в царство Растения.

Принцип деления грибов

Эти организмы подлежат классификации по наличию или отсутствию грибницы и плодового тела. Основные типы:

Дрожжи часто называют внетаксономической группой одноклеточных грибов, которые перешли к постоянному обитанию в средах (жидких и полужидких), богатых питательными веществами. Здесь есть виды относящиеся к аскомицетам, есть принадлежащие к базидиомицетам.

С каждым из этих видов человек неоднократно сталкивался в своей жизни. Почти все одноклеточные грибы относятся к дрожжевым, которые насчитывают около 1500 видов. Деление на группы низшие и высшие грибы основано на принципе строения грибницы:

Низшие: мицелий в своем строении не имеет перегородок, поэтому его называют еще неклеточным.
Высшие: мицелий разделен на клетки (клеточный).

По размерам организма идет деление грибов на следующие группы:

Микромицеты: микроскопически мелкие организмы, представляющие собой основную массу грибов.
Макромицеты: сюда включены грибы, имеющие плодовое тело, развивающееся над поверхностью почвы.

Описание одноклеточных

Некоторые факты заставляли ученых думать, что грибы относятся к особой группе растений без хлорофилла и хлоропластов.

С развитием науки, исследования показали наличие в их составе ферментов, свойственных животным. Было выявлено свойство двигаться в сторону света или пищи, что характерно для существ высшей ступени. Было доказано, что грибы имеют признаки животных, у которых есть органы передвижения.

Все одноклеточные грибы объединяют некоторые характерные идентификационные признаки:

состоят из 1 клетки;
быстро размножаются;
наличие многоядерного мицелия;
наличие гифов (тонких нитей);
микроскопические размеры;
отсутствие пластид;
размножение спорами;
гетеротрофное питание.

Тонкие нити (гифы) служат для переплетения и являются главными для формирования грибницы и плодового тела. В каждой клеточной стенке гриба есть хитин, а в продуктах распада мочевина.

Классификация

Одноклеточные грибы быстро размножаются

Все грибы одноклеточные и многоклеточные подлежат классификации и систематизации. К основным одноклеточным группам относятся такие:

Оомицеты: представители класса характеризуются хорошо развитым неклеточным мицелием. Самые простейшие грибы из порядка Сапролегниевые, напоминают собой хитридиомицеты. Представителями оомицет являются эктрогелла, лагена идр.
Хитридиомицеты: мицелий слабо развит, таллом представляет собой плазмодий (вегетативное тело представленное иассой плазмы со множеством ядер и не имеющее клеточной оболочки) с ризоидными гифами. Их представляют ольпидиум, синхитриум, спизелломы, моноблефаридовые и др. Они хорошо чувствуют себя как в воде, так и на суше. В большей степени паразитируют на растениях в воде и на животных на суше.
Зигомицеты: класс представлен грибами с хорошо развитым неклеточным или в зрелом состоянии разделенным на клетки мицелием для отделения от основной массы плазмы репродуктивных органов – органов размножения. Среди них встречаются паразиты у человека и животных. Иногда поражают растения. Примеры зигомицетов: трихомицеты, мукоры, зоопагалисы и др.
Аскомицеты (частично): в класс включены как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Типичными представителями одноклеточных аскомицетов являются дрожжи.

Особенности жизнедеятельности

Царство этих организмов огромно. Многие из представителей в процессе эволюции нашли для себя место в земле и в воде.

Все процессы, которые сопровождают их жизнь, ведут к выделению тех или иных ферментов, при помощи которых в последствии они получают себе пропитание.

Выпуская из себя образования, напоминающие ризоиды, они быстро присасываются ими к намеченному месту и поглощают пищу. Некоторые представители делают это своей поверхностью.

Зоопагалисы научились питаться мелкими насекомыми, членистоногими или простейшими, которые сами прилипают к их наружному слою.

Липкая поверхность постепенно переваривает все, что на ней оказалось. Поэтому зоопагалисов считают хищниками.

Дрожжи действуют иначе. Они вырабатывают в своем тела ферменты и химические соединения, которые позволяют им выжиывать, используя для своего питания сахар в процессе брожения. Жизнедеятельность других организмов позволяет получить необходимые вещества для создания лекарств.

В размножении простейшие грибы похожи, почти все делают это не половым путем. Общих черт у этих одноклеточных немного, объединить их сложно. Поэтому процессы жизнедеятельности, строение и описание каждого лучше рассматривать отдельно.

Описание видов

В мире очень много разновидностей одноклеточных грибов

У всех этих организмов есть определенные особенности образа жизни и размножения. Мицелий почти не развит, и передвижение происходит за счет жгутиков. Почвенные особи образуют микоризу с корнями растений. Их клеточный состав похож. В основном это паразиты, облигатные или факультативные, с которыми человечество сталкивается каждый день.

Плесевый гриб мукор

Самым ярким и известным представителем является плесень и в частности типичный ее образователь – гриб мукор. Она есть как на почве в виде серого, так и в сырых помещениях (в подвале или ванной комнате) или продуктах питания, хранящихся в не совсем надлежащих условиях уже длительное время.

Мицелий этого одноклеточного гриба характеризуется наличием многих ядер. и обладает большим ветвящимся мицелием, у него лишь одна клетка. Принадлежит к зигомицетам, из которых готовят китайскую закваску, похожую на наши дрожжи. Ферменты, которые данные организмы содержат в своем составе, используются в медицинских целях.

Ирина Селютина (Биолог):

Представители рода Мукор в странах Азиатского континента используются как одна из составляющих закваски («китайские дрожжи», «рага») или же непосредственно для получения сброженных продуктов питания, т.к. соевый сыр, темпе. Для приготовления используются бобы сои, злаки (рис и др.), ядра кокосового ореха. Также мукоровые находят свое применение и для получения спирта из клубней картофеля.

Часть мукоровых способна вызывать микозы (мукоромикозы) легких (ложный туберкулез), мозга или других органов человека, домашней птицы и сельскохозяйственных животных. К ним относятся, например, абсидия ветвистая, мукор мелкий, ризопус Кона.

Внешне, колония мукора похожа на серый пушок или бежевый налет. Вызывает разложение органики и служит природным санитаром.

Дрожжи

Дрожжевой грибок известен всем хозяйкам, которые хоть однажды сталкивались с домашней выпечкой. Этот организм живет постоянно почкующимися колониями. Состоит из одного мицелия, часть перегородки отсутствует.Их причисляют к полезным организмам. Некоторые штаммы были выведены искусственным путем.

По своей природе простейшие дрожжи относятся к факультативным паразитам. Как большинство живых организмов, они умеют дышать кислородом и выделять углекислый газ. При взаимодействии с сахаром происходит брожение. Разные виды питаются субстратами. Одни лучше взаимодействуют с гексозой, а другие – с липидами или белками. В результате их жизнедеятельности возникает диацетил, сивушные масла, диметилсульфид и изоамиловый спирт – результат брожения.

Паразиты

В числе одноклеточных есть опасные для человека представители, которые способны вызывать разнообразные заболевания. Список паразитических представителей достаточно велик. К самым известным относятся те, что вызывают болезни кожи, волос, ногтей у человека, вредят растениям и животным.

Кожные заболевания способны вызвать трихофитон и микроспорум. Кандида является причиной кандидоза у женщин. От дерматофитов страдают ногти. Лишай и черные пятна на теле вызывает пьедра.

Ирина Селютина (Биолог):

Диагнозы микоза волосистой части головы устанавливаются на основании данных т.н. клинической картины и микроскопии вырванного для исследования волоса (соскоба чешуек) во влажном препарате с использованием КОН. Изучение внешнего и внутреннего вида стержня волоса, размер спор – позволяют идентифицировать паразита и назначить лечение.

Для растений опасна фитофтора. Она поражает корневую систему и листовой покров. Возникает гниль, часть растений гибнет.

Одноклеточные грибы дрожжи

Дрожжевой антимикробный препарат

Выделена дрожжевая культура, превосходящая Sacharomyces (сахаромицеты) по антибиотическому эффекту и обладающая широким спектром ферментативной активности.

1.Дрожжи и их место в жизни человека

Дрожжи – сборная группа одноклеточных грибов, насчитывающая около 500 видов, которые подразделяют на три класса – аскомицеты, базидиомицеты и дейтеромицеты. Образуют ограниченные бесцветные (большинство дрожжей), желтые или красные (базидиомицеттовые) колонии.

Открывателем дрожжей считают Антонио Ван Левенгука ( Leeuwenhock ), нидерландского натуралиста, который изготовил линзы с 150-300-кратным увеличением и впервые наблюдал и зарисовал (1670-е годы) ряд простейших. В природе дрожжи растут и размножаются с большой скоростью, заметно изменяя окружающую среду. Инициируемый дрожжами процесс спиртового брожения с давних времен обусловил их широкое использование для изготовления спиртных напитков (2-6 тыс. лет до н.э.) теорию брожения создал французский ученый Луи Пастер ( Pasteur ) в 1870-е годы, установивший, что брожение является энергетическим процессом, замедляющим дыхание у микроорганизмов, которые живут без кислорода (в анаэробных условиях) [ 1 ] .

Дрожжи имеют огромное значение для пищевой промышленности в связи со способностью превращать углеводы в спирт и углекислый газ. Эти свойства дрожжей также широко используют в кондитерской и хлебопекарном производстве (сахаромицеты) [ 2 ] . Их применяют в фармацевтической промышленности как основу лекарственных средств и как продуцент получаемых методами биотехнологии лекарственных препаратов [ 3 ] . Кормовые белково-витаминные добавки на основе дрожжей используют в животноводстве [ 4 ] . По областям применения дрожжи подразделяют на шесть категорий: хлебные, спиртовые, винные, пивные, кормовые и технические. Столь широкий спектр использования дрожжей определяется их способностью производить ферменты, обеспечивающие переработку разнообразного сырья и получение разной продукции. Существует группа паразитических грибов, которые могут вызвать болезни человека и животных – микозы. Различают микозы кожи – дерматомикозы и микозы внутренних органов. Отравления животных – микотоксикозы – могут вызывать токсины грибов, поражающих растительные корма. Некоторыми микозами болеют только люди или животные, другими (например, микроспорией) человек заражается от животных [ 5 ] .

Наибольшее внимание дрожжи привлекают как продуценты биологически-активных соединений – витаминов, ферментов, антибиотиков, белков, аминокислот, пигментов и др., играющих значительную роль в регуляции обмена веществ [ 6 ] . Пища человека состоит из веществ, которые поступают из почвы и перерабатываются в структуре растений и организмах животных. Автохтоны – виды организмов, возникшие в процессе эволюции в данной местности и живущие в ней в настоящее время. Микрофлора (микробная флора) – совокупность микроорганизмов в определенной среде – почве, воде, воздухе, пищевых продуктах, в организмах человека, животных и растений. Эффективность пищи как материальной основы для построения и возобновления тканей, поддержания жизнедеятельности и восполнения организмом расходуемой энергии в большой мере зависит от распределения автохтонной микрофлоры [ 7-9 ] . Специфические структура и физиология дрожжевых клеток обусловливают широкое распространение дрожжей в аутохонной микрофлоре и их богатые биотехнологические возможности [ 10,11 ] . Обширная номенклатура дрожжевых метаболитов (промежуточных продуктов обмена веществ в клетках) обеспечивает очень широкий спектр применения дрожжей в производственной деятельности человека – от сельскохозяйственного производства до медицины [ 4,12-14 ] .

2. Исследуемая культура дрожжей

Необычная дрожжевая культура была обнаружена нами при изучении биологической активности ризосферной (живущей в слое почвы толщиной 2-3 мм, прилегающем к корням растений) микрофлоры овощных культур. Из корня хрена ( Armoracia ) выделены дрожжевые клетки, отличающиеся независимостью от других микроорганизмов. Таксономический анализ показал, что эти клетки следует отнести к роду Sacharomyces (сахаромицеты, сахарные грибы) – дрожжей класса аскомицетов. Из дрожжей этого рода наибольшее значение для человека имеют пекарские дрожжи ( Sacharomycescerevisiae ), на основе которых получены сотни рас, используемых в пищевой промышленности. Все сахаромицеты активно сбраживают простые углеводы до этилового спирта, синтезируют и аккумулируют витамины группы В, используются в медицине при авитаминозах. Патогенных форм среди сахаромицетов нет [ 15 ] .

По биологической активности выделенная культура превосходит известные нам семейства сахаромицетов. Она ассимилирует все без ограничения источники азота и углерода растительного и животного происхождения. Четко выражено ее антибиотическое действие по отношению к плесневым грибам, грамположительным и грамотрицательным бактериям. Эта дрожжевая культура инициирует специфический процесс брожения, приводящий к образованию молочной кислоты и протеаз – протеолитических ферментов, катализирующих расщепление пептидных связей в белках. На этом основании мы определили ее вид как Sacharomycesacedumlactum .

3. Медико-биологические аспекты применения исследуемой культуры

Дрожжи занимают доминирующее положение в биотехнологии благодаря тому, что продуцируемые ими метаболиты обладают повышенной лабильностью (функциональной подвижностью), которая обусловливает исключительно высокую эффективность ферментативной системы дрожжей. Эта особенность позволяет им выживать при значительных колебаниях температуры, влажности, состава и свойств питательных сред. Дрожжи длительно сохраняют присущие им биосистему и биопотенцию, переходя в анабиоз – состояние, при котором жизненные процессы организма резко замедляются, что способствует его выживанию в неблагоприятных условиях [ 11 ] . Широкое использование дрожжевой продукции в жизни и деятельности человека объясняется также тем, что они практически безвредны для животных и растений. Более того, некоторые дрожжи применяют для производства лечебно-профилактических препаратов [ 16-19 ] .

Характерное свойство выделенной культуры дрожжей – четко выраженная антибиотическая активность. Антибиотики традиционно применяют в медицине, ветеринарии, сельском и лесном хозяйствах для лечения, повышения продуктивности животных и для защиты растений [ 20-22 ] . К сожалению, микродозы таких препаратов остаются в пище, изготовленной из этих растений и животных. В подпороговых концентрациях они оказывают мутагенное влияние (мутагены – физические и химические факторы, вызывающие наследственные изменения – мутации) на условно-патогенную микрофлору питающегося такой пищей человека. Его патогенная микрофлора приобретает устойчивость к действию антибиотиков, и при заболеваниях человекамногие лекарственные средства становятся неэффективными. Поэтому обязательны жесткие требования к антибиотикам по индивидуальной и профильной специализации, продуцентам, технологиям производства и применения [ 23-24 ] . Это стало основной причиной сокращения производства лечебных антибиотических препаратов из дрожжей.

Выделенная культура Sacharomycesacedumlactum тоже является продуцентом антибиотиков, но для практического использования гораздо важнее ее повышенная ферментативная активность. По этому критерию ее можно характеризовать как всеядную и суперзащищенную. Этот вид дрожжей растет и размножается практически на всех средах растительного и животного происхождения, не требуя стерильных условий для посева. Доминирование среди других микроорганизмов, по-видимому, возникает благодаря широкому антибиотическому спектру метаболитов выделенной дрожжевой культуры. Это может быть связано с ее необычной протеазной активностью. При ферментации разных питательных сред исследуемая культура продуцирует сильные протеолитические ферменты. Одним из них является аналог сычужного фермента (реннина, химозина), который издавна используют в сыроварении для створаживания молока. Дрожжи производят этот фермент при высоком значении рН

Препараты микробного происхождения – заменители сычужного фермента известны давно. Подобные ферменты продуцируют факультативные анаэробные бактерии Bacillusmesentericus , а также плесневые несовершенные грибы рода Aspergillus –niger ,flavus ,parasiticus ,terricola ,oryzae [ 25 ] . О дрожжах – продуцентах аналогов ренина нам ничего не известно.

Учитывая биологические достоинства выделенных дрожжей, целесообразно изучить возможности их использования для получения средств защиты растений, лекарственных средств для лечения диареи, отравлений и других заболеваний желудочно-кишечного тракта у животных, а также ферментных препаратов, прежде всего, для молочной и других отраслей пищевой промышленности.

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Плесневые грибы и дрожжи

Размножение мукора. (Анимация)

Однако большинство грибов – многоклеточные организмы.

Сапротрофные грибы выделяют самые разные пищеварительные ферменты (от лат. ферментум – «закваска»), расщепляющие (переваривающие) сложные органические вещества в окружающей среде, поэтому встречаются на любых питательных субстратах (от лат. субстрат – «подстилка», «подкладка»). Например, зеленая плесень – гриб пеницилл – вырастает на хлебе, на сырой коже, гниющих фруктах.

Из плесневых грибов получают и другие ценные лекарства, позволяющие бороться не только с бактериями, но и с патогенными грибами и болезнетворными амебами у человека.

Видеофрагмент «Плесневые грибы» — «Школфильм» 1971 г. (00:03:12)

Особое значение одноклеточные и плесневые грибы имеют в почвообразовании, участвуя в минерализации органических веществ и в образовании гумуса. Они могут перерабатывать даже клетчатку (целлюлозную клеточную оболочку) растений, на что не способны никакие другие организмы. Количество таких грибов в почве огромно, поэтому их роль в природе велика. Они перерабатывают органические вещества, имеющиеся в почве, обеспечивая ее плодородие.

Почкование дрожжей. (Анимация)

Кроме известных винных, пивных, пекарских дрожжей в промышленности используют дрожжи, вырабатывающие витамины. Некоторые виды дрожжей-симбионтов живут в кишечнике растительноядных насекомых и помогают им переваривать пищу. Другие виды вызывают заболевания человека, животных и растений (микозы).

Интерактивный урок-тренажёр «Разнообразие грибов»

( Пройдите все страницы урока и выполните все задания). (Скачать)