環(huán)境微生物工程講稿2-45VIP

2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,1,2.4真核微生物凡有細(xì)胞核具有核膜、能進(jìn)行有絲分裂、細(xì)胞質(zhì)中存在線粒體或同時(shí)存在葉綠體等細(xì)胞器的微小生物，都稱為真核微生物，見圖2.4.1。,真核微生物主要包括：本節(jié)將主要討論屬于真菌界的酵母菌、霉菌和擔(dān)子菌。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,2,2.4.1酵母菌(Yeasts)酵母菌是一類真核微生物的俗稱。由于有許多例外，很難對它下一個(gè)確切的定義.,酵母菌具有以下五個(gè)特征；(1)個(gè)體一般以單細(xì)胞狀態(tài)存在；(2)多數(shù)以出芽方式繁殖，也有的可進(jìn)行裂殖或產(chǎn)子囊孢子；(3)能發(fā)酵糖類而產(chǎn)能；(4)細(xì)胞壁常含甘露聚糖；(5)喜在含糖較高，酸性的水生環(huán)境中生長。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,3,2.4.1酵母菌(Yeasts),將酵母菌如釀酒酵母(S.cereuisiae)作為基因工程中受體菌，近來年，巴斯德畢赤酵母(Pichiapastoris)成為一種新型的基因表達(dá)系統(tǒng)，與大腸桿菌相比，它具有高表達(dá)、高穩(wěn)定、高分泌、高密度生長及可用甲醇嚴(yán)格控制表達(dá)等優(yōu)點(diǎn)。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,4,2.4.1.1酵母菌的形態(tài)和大小酵母菌為單細(xì)胞。通常菌體呈圓形、卵形或橢圓形，見圖2.4.2；少數(shù)呈檸檬形、尖形等。在一定的培養(yǎng)條件下，有的酵母菌細(xì)胞分裂后，親代和子代細(xì)胞的細(xì)胞壁仍以狹小面積相連，呈藉節(jié)狀，稱為假絲酵母，見圖2.4.3。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,5,2.4.1.2酵母菌的細(xì)胞構(gòu)造酵母菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)已接近于高等生物，其典型構(gòu)造如圖2.4.1。一般具有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞核、一個(gè)或多個(gè)液泡、線粒體、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微體、微絲及內(nèi)含物等；此外，有的菌體還有出芽痕、誕生痕。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,6,2.4.1.2酵母菌的細(xì)胞構(gòu)造細(xì)胞壁(Cellwall)酵母菌的細(xì)胞壁不如細(xì)菌細(xì)胞壁堅(jiān)韌，其厚度0.10.3m。有的酵母菌細(xì)胞壁厚度隨菌齡增加。細(xì)胞壁重量占細(xì)胞重18%25%。電鏡下細(xì)胞壁呈“三明治”結(jié)構(gòu)：由內(nèi)外兩個(gè)電子密度較高層，夾著一層電子密度較低層。細(xì)胞壁的化學(xué)成分主要為葡聚糖(Glulcan)甘露聚糖，內(nèi)層主要是葡聚糖，中間一層主要是蛋白質(zhì)。據(jù)試驗(yàn)，維持細(xì)胞壁強(qiáng)度的物質(zhì)主要是位于內(nèi)層葡聚糖，見圖2.4.4。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,7,細(xì)胞質(zhì)膜(Cellmembrane)酵母菌的細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜基本相同，但有的酵母菌如釀酒酵母的細(xì)胞質(zhì)膜中含有甾醇，尤其以麥角甾醇居多。經(jīng)紫外線照射后，可形成維生素D2。據(jù)報(bào)道，發(fā)酵酵母(Saccharomycesfermentai)所含的總甾醇量可達(dá)細(xì)胞干重的22%，其中麥角甾醇量可達(dá)細(xì)胞干重的9.66%。酵母菌細(xì)胞膜也是由雙磷脂層構(gòu)成，其間鑲嵌著甾醇和蛋白質(zhì)。見圖2.4.5。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,8,核(Nucleus)酵母菌上具有由多孔核膜包裹著的細(xì)胞核。在電子顯微鏡下，可發(fā)現(xiàn)核膜是一種雙層單位膜，其上存在著大量的直徑為4070nm的核孔，用以增大核內(nèi)外的物質(zhì)交換，見圖2.4.6,顆粒區(qū)，為直徑(150200)10-10m的顆粒，含核糖核酸蛋白；纖維區(qū)，長（5080）10-10m的纖維，含核糖核酸蛋白；脫氧核糖核酸蛋白；無定形基質(zhì)。,冰凍蝕刻,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,9,線粒體(Mitochondria)在原核生物中，氧化磷酸化作用在細(xì)胞膜上進(jìn)行，電子傳遞鏈中的酶及載體也分布在膜或中體上，而酵母菌等真核生物的生物氧化則集中線粒體上。線粒體是一種位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的粒狀或棒狀的細(xì)胞器，見圖2.4.7。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,10,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmicreticulum,ER)酵母菌與其他真核生物一樣，細(xì)胞質(zhì)中存在由不同形狀、大小的膜層相互密集或平行排列而成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。膜層之間存在空隙，并與細(xì)胞質(zhì)膜和核膜相通，見圖2.4.8。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,11,核糖體（Ribosome）與其他真核生物類似，酵母菌的核糖體為80S，由60S和40S大小兩個(gè)亞基構(gòu)成。它可以游離在細(xì)胞質(zhì)中，也可附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。S是指沉降系數(shù)（sedimentationcoefficient），用離心法時(shí)，大分子沉降速度的量度，等于每單位離心場的速度?；騍=v/2r。s是沉降系數(shù)，是離心轉(zhuǎn)子的角速度（弧度/秒），r是到旋轉(zhuǎn)中心的距離，v是沉降速度。沉降系數(shù)以每單位重力的沉降時(shí)間表示，并且通常為120010-13秒范圍，10-13這個(gè)因子叫做沉降單位s，即1S=10-13秒。70S是原核生物的，80S是真核生物的。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,12,出芽痕(Budscars)或誕生痕(Birthscars)酵母菌出芽生殖時(shí)，子細(xì)胞與母細(xì)胞分離，在子、母細(xì)胞壁上都會留下痕跡。在母細(xì)胞的細(xì)胞壁上出芽并與子細(xì)胞分開的位點(diǎn)稱出芽痕；子細(xì)胞壁上的位點(diǎn)，稱誕生痕；它通常在細(xì)胞長軸的末端。由于多重出芽，致使酵母細(xì)胞表面有多個(gè)小突起。每個(gè)細(xì)胞出芽數(shù)量是有限的。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,13,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物(Cytoplasmicgranulesubstance)脂肪粒(Lipidglobules)大多數(shù)酵母細(xì)胞含有可被脂溶性染料色的脂肪粒球體，如用蘇丹黑或蘇丹紅可將其染成黑色或紅色。聚磷酸鹽(Polyphosphates)細(xì)胞質(zhì)含有聚合度為300500的聚磷酸鹽，它們是作為高能磷酸鹽儲藏的。肝糖(Polysaccharideglycogen)。肝糖是酵母儲存碳水化合物的兩種主要形式之一。其分子量較大，約107。海藻糖(Trehalose)。屬非還原性雙糖；是酵母細(xì)胞儲存碳水化合物的第二種形式。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,14,2.4.1.3酵母菌的繁殖方式和生活史酵母菌的繁殖方式有多種類型?？煞殖蔁o性繁殖和有性繁殖兩大類：無性繁殖包括芽殖裂殖和產(chǎn)生無性孢子；有性繁殖主要是產(chǎn)子囊孢子?，F(xiàn)將幾種有代表性的酵母菌繁殖方式表解如下：有人將只進(jìn)行無性繁殖的酵母菌稱為假酵母，能進(jìn)行有性繁殖的酵母為真酵母。工業(yè)發(fā)酵中常見的酵母菌以無性繁殖中的芽殖為主要繁殖方式。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,15,2.4.1.3酵母菌的繁殖方式和生活史無性繁殖(Asexualreproduction)無性繁殖是指不經(jīng)過性細(xì)胞接合，由母體直接產(chǎn)生子代的生殖方式，如出芽繁殖、裂殖和無性孢子繁殖等。芽殖(Budding)。芽殖是酵母菌最常見的繁殖方式。在營養(yǎng)良好的培養(yǎng)條件下。酵母菌生長迅速，這時(shí)，可以看到所有細(xì)胞上都長有芽體，而且芽體上還可形成新的芽體。出芽過程2.4.9。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,16,有的酵母的芽長到正常大小后，仍不脫落，并繼續(xù)出芽，細(xì)胞成串排列，成為具發(fā)達(dá)分枝或不分枝的假菌線，見圖2.4.10。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,17,產(chǎn)生擲孢子等無性孢子zhi擲孢子(Ballistoppore)是擲孢酵母屬等少數(shù)酵母菌產(chǎn)生的無性孢子，其外形呈腎狀，見圖2.4.11。這種孢子是在卵圓形的營養(yǎng)細(xì)胞上生出的小梗上形成的，孢子成熟后，通過一種特殊的噴射機(jī)制將孢子射出。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,18,有性繁殖(Sexualreproduction)有性繁殖是指通過兩個(gè)具有性差異的細(xì)胞相互接合，形成新個(gè)體的繁殖方式，酵母菌以子囊（Ascus）和子囊孢子(Ascospore)的形式進(jìn)行有性繁殖。當(dāng)酵母菌發(fā)育到一定階段，兩個(gè)性別不同的單倍體細(xì)胞接近，各伸出一管狀原生質(zhì)體突起。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,19,一定條件下，雙倍體細(xì)胞形成了囊(Ascus)并進(jìn)行減數(shù)分裂，形成子囊孢子。一般一個(gè)子囊只形成4個(gè)子囊孢子，見圖2.4.12。酵母菌子囊孢子。見圖2.4.13，這是酵母菌分類的特征之一。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,20,減數(shù)分裂是指有性生殖的個(gè)體在形成生殖細(xì)胞過程中發(fā)生的一種特殊分裂方式。不同于有絲分裂和無色分裂，減數(shù)分裂最終生成的生殖細(xì)胞中染色體數(shù)目減半。減數(shù)分裂是進(jìn)行有性生殖的生物，在產(chǎn)生成熟生殖細(xì)胞時(shí)進(jìn)行的染色體數(shù)目減半的細(xì)胞分裂。在減數(shù)分裂過程中，染色體只復(fù)制一次，而細(xì)胞分裂兩次。減數(shù)分裂的結(jié)果是，成熟生殖細(xì)胞中的染色體數(shù)目比原始生殖細(xì)胞的減少一半。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,21,酵母菌的生活史所謂生活史(Lifecycle)就是指生物在一生中所經(jīng)歷的發(fā)育和繁殖階段的全過程。各種酵母菌的生活史可分為三個(gè)類型：,營養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在。釀酒酵母是這類生活史的代表，圖2.4.14就是釀酒酵母生活史的示意圖。其特點(diǎn)是；在特定條件下進(jìn)行有性生殖。子囊孢子在合適條件下發(fā)芽產(chǎn)生單倍體的營養(yǎng)細(xì)胞；單倍體營養(yǎng)細(xì)胞不斷的出芽繁殖，構(gòu)成了單倍體世代；兩種不同性別的營養(yǎng)細(xì)胞彼此接合，質(zhì)配后即發(fā)生核配。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,22,營養(yǎng)體只能以單倍體形式存在。八孢裂殖酵母(Schizosaccharomycesoctosporus)是這種類型的代表，其主要特點(diǎn)是：營養(yǎng)細(xì)胞是單倍體；無性繁殖以裂殖方式進(jìn)行；雙倍體細(xì)胞不能獨(dú)立生活，故此階段很短。,其生活史為：單倍體營養(yǎng)細(xì)胞借裂殖進(jìn)行無性繁殖；兩個(gè)營養(yǎng)細(xì)胞接觸后形成接合管，發(fā)生質(zhì)配后即進(jìn)行核配，于是兩個(gè)細(xì)胞聯(lián)為一體；雙倍體的核分裂三次，第一次為染色體數(shù)目減半的分裂，繼而發(fā)生兩次有絲分裂，形成8個(gè)單倍體的子囊孢子。子囊破裂，釋放出子囊孢子。全部過程見圖2.4.15。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,23,營養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在。路德類酵母(Saccharomycesludwigii)是這類的典型代表。其特點(diǎn)是：營養(yǎng)體為雙倍體，不斷進(jìn)行芽殖，此階段較長。單倍體的子囊孢子在子囊內(nèi)發(fā)生接合。,單倍體階段僅以子囊孢子形成存在，故不能獨(dú)立生活，從圖2.4.16可以看到路德類酵母生活史的全過程：單倍體子囊孢子在孢子囊內(nèi)成為接合，并發(fā)生質(zhì)配和核配。接合后雙倍體細(xì)胞萌發(fā)，穿破子囊壁。雙倍體的營養(yǎng)細(xì)胞可以獨(dú)立生活，通過芽殖方式進(jìn)行無性繁殖。在雙倍體營養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)的核發(fā)生減數(shù)分裂，營養(yǎng)細(xì)胞成為子囊，其中形成4個(gè)單倍體的子囊孢子。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,24,2.4.1.4酵母菌的菌落酵母菌一般都是單細(xì)胞微生物，且細(xì)胞都是粗短的形狀，在細(xì)胞間充滿著毛細(xì)管水，故它們在固體培養(yǎng)基表面形成的菌落與細(xì)菌相似。一般都是濕潤、較光滑，有一定的透明度，容易挑起，菌落質(zhì)地均勻，正反面和邊緣、中央部位的顏色都很均一。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,25,酵母菌在液體培養(yǎng)基中，有的長在培養(yǎng)基的底部并產(chǎn)生沉淀；有的在培養(yǎng)基中均勻分布；有的在培養(yǎng)基表面生長并形成菌膜和菌醭，其厚度因種而異，有的甚至干而變皺。以上的生長之間的比較見表2.4.1。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,26,2.4.1.5酵母菌的分類1970年，羅德(LodderJ.)編寫的TheYeastsaTaxonomicStudy中描述酵母有39個(gè)屬，370多個(gè)種。酵母菌分屬于子囊菌綱，擔(dān)子菌綱，半知菌綱。通過菌落觀察和細(xì)胞鏡檢，如圖2.4.17所示簡便地將常見的酵母菌進(jìn)行分類。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,27,2.4.1.6工業(yè)上常見的酵母菌釀酒酵母(Saccharomycescereuisiae)釀酒酵母是發(fā)酵母是發(fā)酵工業(yè)最常用的菌種之一。除用于啤酒、白酒、果酒和酒精發(fā)酵及制作面包外，還能從中提取核酸、麥角質(zhì)醇、維生素C、凝血質(zhì)和輔酶A等。卡爾斯伯酵母(S.carlsbergensis)卡爾斯伯(Carsberg)是丹麥的一個(gè)啤酒廠的名字，卡爾斯伯酵母是該廠分離出來的。它是啤酒釀造中典型的底面酵母。異常漢遜氏酵母異變種(Hansenulaanomala)細(xì)胞為圓形（直徑47m）橢圓形或膜腸形大小為（2.56）m（4.520）m甚至有長達(dá)30m;多邊芽殖。生產(chǎn)乙酸乙酯、醬油熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)細(xì)胞呈卵形或球形，（48）m（511）m。液面有醭或無醭，有環(huán)。菌體沉淀于底部。氧化石油烴類的能力強(qiáng)。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,28,產(chǎn)朊假絲酵母(Candidautilis)細(xì)胞呈圓形、橢圓形和圓柱形，大小為(3.54.5)m(713)m液體培養(yǎng)無醭，有菌體沉淀，能發(fā)酵。麥芽汁培養(yǎng)基上的菌落為乳白色，平滑，有光澤或光澤，邊緣整齊或呈菌絲狀。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白SCP。解脂假絲酵母解脂變種(Candidalipolytica)細(xì)胞呈卵形或長形，卵形細(xì)胞（35）m（511）m，長細(xì)胞長度可達(dá)20m。液體培養(yǎng)時(shí)有菌醭產(chǎn)生，有菌體沉淀，不能發(fā)酵。石油脫蠟、降低凝固點(diǎn)。白地霉(Geotrichumcandidumlink)在2830的麥芽汁中培養(yǎng)一天，會產(chǎn)生白色的、呈毛絨狀或粉狀的醭；具真菌絲，遙分枝，橫隔或多或少，菌絲寬2.59m，一般為37m；裂殖，節(jié)孢子單個(gè)連接成鏈，呈長筒形、方形，也有橢圓形或圓形，末端圓鈍；作為飼料、提取核酸。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,29,2.4.2霉菌(Mould,Mold)霉菌與酵母菌同屬于真菌界。凡是在營養(yǎng)基質(zhì)上能形成絨毛狀、網(wǎng)狀或絮狀菌絲體的真菌通稱為霉菌，是俗名，意為發(fā)霉的真菌。按Smith分類系統(tǒng)，它們分屬菌界的藻狀菌綱、子囊菌綱和半知菌類。霉菌在自然界分布很廣，與人類日常生活密切，如傳統(tǒng)發(fā)酵的醬、醬油、豆腐乳、酒釀（niang）等。生產(chǎn)糖化酶、蛋白酶，纖維素酶和果膠酶等酶制劑。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,30,2.4.2.1霉菌的形態(tài)和構(gòu)造霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲(Hyphae)構(gòu)成。菌絲是真菌營養(yǎng)體的基本單位。許多菌絲分枝連接，交織在一起所構(gòu)成的形態(tài)結(jié)構(gòu)稱菌線體(Mycelium)。,菌絲可以是單細(xì)胞。即沒有隔膜，沒有隔膜的細(xì)胞一般含有許多核，而有隔膜的細(xì)胞一般含有12核，霉菌菌絲直徑210m，比桿菌、放線菌菌絲寬幾倍到十幾倍，與酵母的寬度相似。見圖2.4.18。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,31,霉菌的細(xì)胞膜、細(xì)胞核、線粒體和核糖體等細(xì)胞結(jié)構(gòu)與其他真核生物（如酵母）基本相同。霉菌的菌絲由孢子發(fā)芽而成。長在培養(yǎng)基內(nèi)，以吸收營養(yǎng)為主的菌絲稱為營養(yǎng)（基內(nèi)）菌絲(Vegetativemycelium)伸出培養(yǎng)基長在空氣中的菌絲稱為氣生菌絲（Aerialmycelium）。在一定生長階段，部分氣生菌絲分化成為孕育(繁殖)菌絲(Reproductivemycelium)。見圖2.4.19。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,32,2.4.2.2霉菌菌落的形態(tài)特征將霉菌接種的培養(yǎng)基上，經(jīng)歷一定時(shí)間的生長繁殖，逐漸可以看到絲聚合而成的群體，這就是霉菌的菌落。霉菌菌落的形狀、大小、顏色、紋飾及結(jié)構(gòu)等特征隨種而異。因菌絲粗細(xì)、組合的緊密程度、菌絲伸展的長度等差異可出現(xiàn)不同外觀的霉菌菌落，如蛛網(wǎng)狀、棉絮狀和絲絨狀等。圖2.4.20為青霉菌的菌落。由于孢子絲或菌核的形成，而使有些菌落表面呈顆粒狀；霉菌菌落的直徑一般為12cm或更大，比細(xì)菌菌落大幾倍到幾十倍。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,33,(1)根霉(Rhizopus)在Smith分類系統(tǒng)中屬于藻狀菌綱毛霉目根霉屬。根霉因有假根(Rhizoid)而得名，假根的功能是在培養(yǎng)基上固著，并吸收營養(yǎng)。,匍匐菌絲在毛霉目真菌中常見，它是由營養(yǎng)菌絲產(chǎn)生的，靠近培養(yǎng)基表面橫向生長的，并連接假根；當(dāng)生長到一定階段，菌絲在與假根相艱對位置，會向上生長出孢梗（單生或成簇），頂端形成孢子囊，內(nèi)生孢囊的囊軸明顯，囊軸基部與柄相連處成囊托。見圖2.4.21。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,34,毛霉(Mucar),毛霉在Smith分類系統(tǒng)中屬于藻狀綱毛霉目毛霉屬。毛霉的外形呈毛狀，屬于單細(xì)胞，菌絲無隔，多核。菌絲有分枝。主要有兩個(gè)類型：單軸式，假軸式。見圖2.4.22。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,35,根霉與毛霉毛霉目，它們在形態(tài)結(jié)構(gòu)上較為接近，但也有一些容易區(qū)分的特征。見表2.4.2。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,36,（3）曲霉(Aspergillus)曲霉在Smith分類系統(tǒng)中屬于子囊菌綱曲霉屬。曲霉為多細(xì)胞，菌絲有分隔。營養(yǎng)菌絲大多匍匐生長，無假根。,分生孢子梗從厚壁而膨大的菌絲細(xì)胞（足細(xì)胞）生出，并略垂直，分生孢子梗常頂端膨大而形成棍棒形、橢圓形、半球形、球形的頂囊。頂囊表面產(chǎn)生小梗，單層或雙層，見圖2.4.23。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,37,（3）曲霉(Aspergillus)圖2.4.24少數(shù)曲霉有團(tuán)囊殼。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,38,青霉(Penicillium)青霉在Smith分類系統(tǒng)中屬于子囊綱青霉屬。青霉也是多細(xì)胞，菌絲有分隔，有分枝，與曲霉相似，但大多無足細(xì)胞。分生孢子梗具橫隔；分生孢子結(jié)構(gòu)與曲霉不同：分生孢子梗頂端不膨大，無頂囊，經(jīng)多次分枝產(chǎn)生輪小梗，小梗頂端產(chǎn)生成串分生孢子，狀如掃帚。小梗有單輪生，對稱多輪生，非對稱多輪生，見圖2.4.25。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,39,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,40,2.4.2.4霉菌的繁殖方式霉菌涉及了藻狀菌綱、子囊菌綱和半知菌類的微生物，它們的進(jìn)化程度不同，繁殖方式也是多樣的，有的只能無性繁殖，有的既能進(jìn)行無性繁殖，又能采取有性繁殖的方式。霉菌的無性繁殖(Asexualreproduction)霉菌的無性繁殖主要通過產(chǎn)生以下四種類型的無性孢子來實(shí)現(xiàn)：孢子囊孢子（Sporangiospre）。分生孢子(Canidium)。厚垣孢子(Chlamydospore)。節(jié)孢子(Arthrospore)。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,41,孢子囊孢子（Sporangiospre）或稱孢囊孢子，先是營養(yǎng)菌絲上長出伸向空間的繁殖菌絲，菌絲發(fā)育成孢囊梗，其頂端膨大形成孢子囊。,孢子囊內(nèi)有許多核，每個(gè)核外包圍原生質(zhì)，逐漸圍繞著核生成壁，于是產(chǎn)生了孢子囊孢子。孢子成熟后，孢子囊破裂，釋放出孢子囊孢子，見圖2.4.26。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,42,孢子囊孢子（Sporangiospre）孢子囊孢子按其運(yùn)動性又可分為兩類：一類是游動孢子(Zoospore)，藻狀菌綱水霉目的無性繁殖方式是菌絲頂端產(chǎn)生棒狀的孢子囊。其中產(chǎn)生的孢子成熟后，由孢子囊頂端小孔釋放出大量的孢子，這些孢子呈梨形，頂端生有兩根鞭毛，可以游動，稱為游動孢子。見圖2.4.27。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,43,分生孢子(Canidium)分生孢子是大多數(shù)子囊菌綱及全部半知菌的無性繁殖方式。這是一種外生孢子，其作用可能是有利于借助空氣傳播。分生孢子是由菌絲分化并在胞外形成的，各類分生孢子形成的模式見圖2.4.28。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,44,厚垣孢子(Chlamydospore)又稱厚壁孢子，它的形成類似細(xì)菌芽孢。菌絲頂端或中間部分細(xì)胞的原生質(zhì)濃縮、變圓，細(xì)胞壁加厚形圓形、紡錘形或長方形的厚壁孢子。有的表面還有刺或疣的突起。很多真菌都能形成這類孢子，如毛霉目的總狀毛霉往往在菌絲中間形成這樣的孢子，見圖2.4.29。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,45,卵孢子(Oospore)卵孢子由二個(gè)大小不同的配子囊結(jié)合后發(fā)育而成，小的配子囊稱雄器，大的配子囊稱藏卵器，藏卵器內(nèi)有1個(gè)或數(shù)個(gè)稱為卵球的原生質(zhì)團(tuán)，當(dāng)雄器與雌器配合時(shí)，雄器中的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核通過藏卵器上的受精管進(jìn)入藏卵器，并與卵球配合。此后，受精卵球生出外壁即成雙倍體的卵孢子。圖2.4.30為水霉卵孢子的產(chǎn)生過程。,霉菌的有性繁殖(Sexualreproduction)霉菌的有性繁殖是通過產(chǎn)生有性孢子而進(jìn)行的。霉菌的有性繁殖主要包括三個(gè)階段：質(zhì)配(Plasmogamy)、核配(Karyogamy)和減數(shù)分裂(Meiosis)質(zhì)配后，兩個(gè)性細(xì)胞的核共存于一個(gè)細(xì)胞中，每個(gè)核的染色體數(shù)目都是單倍的(即n+n)；核配后產(chǎn)生了雙倍體的接合子核，核的染色體數(shù)目是雙倍的(即2n)。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,46,菌絲與菌絲之間的接合有兩個(gè)情況，一種是單一的孢囊孢子萌發(fā)后形成菌絲體。當(dāng)兩根菌絲，甚至同一菌絲的分枝相互接觸，而形成接合孢子的過程，這種方式稱為同宗配合(Hemothallism)，這里的“宗”是指同一物種內(nèi)形態(tài)特征不穩(wěn)定的群體；第二種情況是不同菌系的菌絲相遇后。才能形成接合孢子，這兩種有親和力的菌系的形態(tài)上并無區(qū)別，所以，常用“+”，“一”來表示之。這種由不同的母體產(chǎn)生的菌絲間發(fā)生的配合現(xiàn)象，稱異宗配合(Heterothallism)，毛霉目的大多數(shù)霉菌采取此方式。圖2.4.31是接俁孢子的形成過程。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,47,圖2.4.32是桃吉爾霉(Gilbertellapersicaria)接合孢子囊的電子顯微鏡圖片。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,48,子囊孢子(Ascospore)在子囊內(nèi)形成的有性孢子，稱為子囊孢子。形成子囊孢子是子囊菌綱的主要特征，是有隔膜菌采取的有性生殖方式。子囊量一種囊狀結(jié)構(gòu)，球形、棒形或圓筒形，還有的為長方形，因種而異，見圖2.4.33。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,49,子囊內(nèi)孢子常18或2n個(gè)。典型的子囊有8個(gè)孢子。子囊孢子的形狀、大小、顏色也各不相同，見圖2.4.34。子囊菌形成子囊的方式各異。最簡單的是兩個(gè)營養(yǎng)細(xì)胞接合后直接形成，釀酒酵母。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,50,在這頂端細(xì)胞內(nèi)發(fā)生核配，成子囊母細(xì)胞(Ascusmothercell)。再經(jīng)兩次有絲分裂，一次減數(shù)分裂，即成為8個(gè)子核。每個(gè)子核與周圍原生質(zhì)形成孢子，即子囊孢子，子囊細(xì)胞即成為子囊，見圖2.4.35。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,51,在子囊和子囊孢子發(fā)育過程中，雄器與雌器下面的細(xì)胞生出許多菌絲，并有規(guī)律地將產(chǎn)囊絲包圍住，形成子囊(Ascocarp)。子囊果主要有三種類型：（a）完全閉合的圓球形，稱閉囊殼(Cleistothecium)（b）沒有完全閉合，留有小孔，似燒瓶狀，稱為子囊殼(Perthecium)。(c)開口呈盤狀，稱為子囊盤(Apothecium)。見圖2.4.36。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,52,2.4.2.5霉菌的生活史霉菌的生活史是指霉菌從一個(gè)孢子開始經(jīng)過一定的生長發(fā)育，到最后又產(chǎn)生孢子的過程，它既包括霉菌的無性世代又包括霉菌的有性世代。,無性世代就是指霉菌的絲體在適宜條件下產(chǎn)生無性孢子（孢子囊孢子和分生孢子等），無性孢子又萌發(fā)成菌絲全的整個(gè)過程；有性世代就是指在霉菌生長的后期，菌絲形成配子囊，從而發(fā)生質(zhì)配、核配形成雙倍體的接合子細(xì)胞，接著發(fā)生減數(shù)分裂，形成單倍孢子（子囊孢子等）的整個(gè)過程；霉菌的雙倍體僅出現(xiàn)在接合子階段，見圖2.4.37。工業(yè)發(fā)酵中主要是利用霉菌的地?zé)o性世代。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,53,匍枝根霉的整個(gè)生活史見圖2.4.38。其無性世代：孢子囊孢子從孢子囊破裂的同時(shí)被釋放，在適宜條件下出芽生出絮狀白色氣生菌絲。,菌絲生出許多匍匐菌絲，并長出假根。在假根上方生出1多根孢子梗。孢子梗頂端膨大，形成孢子囊，中心形成囊軸，外圍形成許多孢子囊孢子，孢子囊壁破裂后孢子釋放。匍枝根霉的有性世代：相反宗系的菌絲體彼此接觸（即異宗配合），長出原配子囊。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,54,煙色紅曲霉的菌絲為多細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞多核，菌絲體有聯(lián)結(jié)現(xiàn)象。其無性世代：在菌絲或分枝的頂端直接產(chǎn)生分生孢子。分生孢子單生或兩個(gè)至數(shù)個(gè)成鏈。,閉囊殼成熟后，其中子囊壁溶解，子囊孢子成堆留在殼內(nèi)。當(dāng)閉囊殼破裂后，散出子囊孢子，子囊孢子萌發(fā)后又成多核菌絲。見圖2.4.39。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,55,2.4.3擔(dān)子菌(Basidiomycetes)擔(dān)子菌綱是真菌中最高級的一個(gè)綱，它包括人們熟悉的蘑菇、木耳、馬勃和鬼筆等。它們的重要特征是形成特殊的產(chǎn)孢器“擔(dān)子”(Basidium)，擔(dān)子產(chǎn)生的孢子稱為“擔(dān)孢子”(Basidiospore)見圖2.4.40,擔(dān)子菌沒有明顯的生殖器官，兩性的接合，而且接合時(shí)，只行質(zhì)配，并不立即發(fā)生核配，以鎖狀聯(lián)合(Clampconnection)的方式形成新的雙核細(xì)胞，兩性細(xì)胞核在形成擔(dān)孢子之前才發(fā)生核配，隨即進(jìn)行減數(shù)分裂，產(chǎn)生單倍體的擔(dān)孢子。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,56,二生菌絲以鎖狀聯(lián)合方式增殖細(xì)胞，兩個(gè)核同時(shí)分裂，由“鎖狀聯(lián)合機(jī)制”控制形成兩個(gè)子細(xì)胞。每個(gè)子細(xì)胞具有兩個(gè)不同的子核。二生菌絲可獨(dú)立營養(yǎng)并占據(jù)生活史的大部分。鎖狀聯(lián)合過程（見圖2.4.41）,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,57,三個(gè)菌絲也是雙核本（n+n），由二生菌絲特化形成。特化菌絲形成各種子實(shí)體(Fruitbody)。子實(shí)體是真菌產(chǎn)生孢子的構(gòu)造，上繁殖菌絲和營養(yǎng)菌絲組成，其形態(tài)因種而異。如蘑菇，香菇等子實(shí)體呈傘狀，由菌蓋，菌柄菌褶等組成。菌褶處著生擔(dān)子和擔(dān)孢子。見圖2.4.42。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,58,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,59,雙核菌絲的頂細(xì)胞逐漸增大，形成幼擔(dān)子，其中兩核發(fā)生核配，而后減數(shù)分裂，產(chǎn)生4個(gè)單倍體核；同時(shí)，擔(dān)子頂端長出4個(gè)小梗，頭部膨大，4個(gè)核進(jìn)入小梗，到達(dá)膨大處，發(fā)育形成4個(gè)單倍體的擔(dān)孢子。,有性繁殖擔(dān)子菌的有性繁殖就是產(chǎn)生擔(dān)孢子，其過程見圖2.4.44。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,60,2.4.3.3擔(dān)子菌的生活史典型擔(dān)子菌的生活史就是它的有性世代，見圖2.4.45。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,61,2.5非細(xì)胞型微生物19世紀(jì)末，已經(jīng)分離得到許多引起傳染病的細(xì)菌，但對某些傳染病如口蹄疫、煙草花葉病等卻一直無法獲得其病原細(xì)菌。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,62,1892年俄國學(xué)者伊萬諾夫斯基(Hbaahobckhh)首次發(fā)現(xiàn)煙草花葉病的感染因子可以通過細(xì)菌濾器。1898年荷蘭生物學(xué)家貝哲林克(M.W.Beijerinck)進(jìn)一步肯定了伊萬諾夫斯基的結(jié)果，并將這類感染因子稱為病毒(Virus)。1935年，美國生物化學(xué)家斯坦萊(W.M.Stanley)從煙草花葉病灶中分離獲得病毒結(jié)晶，后來又證明了結(jié)晶中只含有蛋白質(zhì)和核酸兩種成分。只有核酸具感染疾病和復(fù)制的能力。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,63,病毒是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)、但具有遺傳、變異等生命特征的一類微生物。其主要特征是：個(gè)體極小，能通過細(xì)菌濾器。需借助電子顯微鏡觀察；專性寄生，沒有獨(dú)立的代謝功能，只能在特定的宿主細(xì)胞內(nèi)繁殖；沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，大多數(shù)病毒只是蛋白質(zhì)和核酸組成的大分子，且只含單種核酸(DNA或RNA)；繁殖方式是依靠宿主的代謝體系進(jìn)行“復(fù)制”；它對一般的抗生素不敏感，但對于擾素敏感?？傊?，病毒是一類超顯微、沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)、專性寄生的大分子微生物，它們在體外具有生物大分子的特征，只有在宿主體內(nèi)才表現(xiàn)出生命特征。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,64,2.5.1.1病毒的形態(tài)及構(gòu)造（1）病毒的大小和形態(tài)，絕大多數(shù)病毒是能通過細(xì)菌濾器的微小顆粒，因此必須借助于電子顯微鏡才能觀察其具體形態(tài)和大小。測定病毒大小的單位是納米（nm,10-9m），多數(shù)病毒粒子的直徑在100nm以下，見表2.5.1較形象地表示了一些代表性病毒的大小和形態(tài)。,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,65,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,66,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,67,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,68,典型病毒個(gè)體形態(tài),2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,69,AviruscanhaveeitherDNAorRNAbutneverboth!,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,70,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,71,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,72,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,73,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,74,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,75,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,76,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,77,2013年9月11日,化工學(xué)院生物化工實(shí)驗(yàn)室,78,2.5.1.6干擾素(I