天津工業(yè)大學(xué)考研微生物課件8

第二章

真核生物的形態(tài)、構(gòu)造與功能第二節(jié)酵母菌（yeast）

泛指能發(fā)酵糖類并以芽殖或裂殖方式進(jìn)行無(wú)性繁殖的一類單細(xì)胞真菌。這個(gè)術(shù)語(yǔ)無(wú)分類學(xué)意義。在分類學(xué)上歸屬于：子囊菌亞門擔(dān)子菌亞門半知菌亞門凡是生活史中大部分以單細(xì)胞生活的、主要營(yíng)出芽繁殖的一類低等真菌，統(tǒng)稱為酵母菌。5個(gè)特點(diǎn)：個(gè)體一般以單細(xì)胞存在；多數(shù)營(yíng)出芽繁殖；能發(fā)酵糖類產(chǎn)能；細(xì)胞壁常含甘露聚糖；常生活在含糖量較高、酸度較大的水生環(huán)境中。分布及與人類的關(guān)系（1）多分布在含糖的偏酸性環(huán)境，也稱為“糖菌”。如：水果、蔬菜、葉子、樹皮等處，以及葡萄園和果園土壤中等。不能以CO2為主要碳源，必須以有機(jī)碳化合物，主要是葡萄糖等單糖為碳源和能源屬化能異養(yǎng)型。

（2）重要的微生物資源酵母是人類的第一種“家養(yǎng)微生物”釀酒，發(fā)面。醫(yī)藥、化工和食品發(fā)酵工業(yè)的重要原料和生產(chǎn)菌種：乙醇和甘油發(fā)酵；石油脫蠟；菌體蛋白、酵母片、提取核酸、麥角甾醇、輔酶A、細(xì)胞色素C、維生素和凝血質(zhì)等生化藥物；生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等等。（3）重要的科研模式微生物啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisae）第一個(gè)完成全基因組序列測(cè)定的真核生物（1997）（4）有些酵母菌具有危害性皮膚、呼吸道、消化道、泌尿生殖道（白念珠菌）疾病；果醬、蜂蜜變質(zhì)（高滲酵母）；污染發(fā)酵工業(yè)（醬油、醬類、腐乳表面生白花、產(chǎn)酸臭——醭膜酵母）一、酵母菌細(xì)胞形態(tài)與大小1.個(gè)體形態(tài)

大多數(shù)為球狀、卵圓、橢圓、圓柱等單細(xì)胞，有的酵母菌子代細(xì)胞連在一起成為鏈狀，稱為假絲酵母。六種1）圓形圓球酵母；2）橢圓形葡萄酒酵母；

3）卵圓形啤酒酵母；4）檸檬形漢遜氏酵母；

5）臘腸形巴斯德酵母；6）圓柱狀裂殖酵母。假菌絲藕節(jié)狀細(xì)胞串，即細(xì)胞間連接處面積小于細(xì)胞直徑真菌絲竹節(jié)狀細(xì)胞串，即細(xì)胞間橫隔面與細(xì)胞直徑一致細(xì)胞大小與培養(yǎng)方式、菌齡、制片方式有關(guān)。

-----成熟細(xì)胞比幼齡細(xì)胞大；

-----菌體在液體培養(yǎng)基中比在固體培養(yǎng)基中大。一般：（1~5）um×（5~30）um

（比細(xì)菌粗10倍左右）發(fā)酵工業(yè)用酵母平均直徑4~6um一般用高倍鏡（40×10）觀察2.大小二、細(xì)胞構(gòu)造典型真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁，細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核，液泡，線粒體等內(nèi)含物。成分：“酵母纖維素”內(nèi)層：葡聚糖(主要結(jié)構(gòu)成分)三明治狀外層：甘露聚糖中層：蛋白質(zhì)（大多與多糖結(jié)合，也有以酶的形式與細(xì)胞壁結(jié)合）1.細(xì)胞壁厚：25nm，占細(xì)胞干重25%。以葡萄糖為單體，主鏈通過β-1,6糖苷鍵結(jié)合，支鏈則以β-1,3糖苷鍵結(jié)合以甘露糖為單體，主鏈通過α-1,6糖苷鍵結(jié)合，支鏈則通過α-1,2或α-1,3糖苷鍵結(jié)合酵母原生質(zhì)體的制備：需要蝸牛酶（混合酶），包括甘露聚糖酶、葡聚糖酶、幾丁質(zhì)酶、脂酶和纖維素酶等30多種酶類。由于酵母子囊壁主要成分也是酵母纖維素，也可通過蝸牛酶水解而獲得子囊孢子。酵母細(xì)胞壁除酵母纖維素外，其它化學(xué)成分還有脂類8.5~13.5%。有些酵母細(xì)胞壁中還含有少量幾丁質(zhì)，一般存在于出芽后的芽痕處，如釀酒酵母細(xì)胞壁中的幾丁質(zhì)約占細(xì)胞干重的1~2%，假絲酵母大于2%，而裂殖酵母中不含幾丁質(zhì)。有些酵母菌如隱球酵母屬，在細(xì)胞壁外還覆蓋有類似細(xì)菌的莢膜多糖物質(zhì)。固定外形；保護(hù)作用；存在酶和性結(jié)合物質(zhì)，利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)透過及細(xì)胞間性識(shí)別；抗原性。細(xì)胞壁的功能：與原核生物類似結(jié)構(gòu)類似原核生物，磷脂雙分子層中間嵌雜甾醇和蛋白質(zhì)分子多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（制霉菌素）與甾醇作用，可破壞膜的穩(wěn)定性。對(duì)原核生物膜無(wú)作用（支原體例外）蛋白質(zhì)（包括吸收糖和氨基酸的酶）甘油的單、雙、三酯甘油磷脂磷脂酰膽堿成分脂類磷脂酰乙醇胺甾醇麥角甾醇（居多）酵母甾醇

糖類（少量，多為甘露聚糖）2.細(xì)胞膜功能：不及原核細(xì)胞膜那樣具有多樣性，主要用于調(diào)節(jié)滲透壓、吸收營(yíng)養(yǎng)和分泌物質(zhì)，并參與細(xì)胞的一些合成作用。3.細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物1~20個(gè)/細(xì)胞，在缺氧情況下只形成無(wú)嵴的簡(jiǎn)單線粒體。幼齡細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)較稠密、均勻，老細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)常出現(xiàn)大的液泡和各種貯藏物質(zhì)，如異染粒、肝糖粒和脂肪滴。和原核生物不同的是，酵母細(xì)胞質(zhì)中還增加了一些細(xì)胞器，如線粒體、微體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，但不含葉綠體。“小菌落”（呼吸缺陷型菌落）：

酵母菌受理化因素刺激或自發(fā)突變會(huì)導(dǎo)致線粒體丟失或功能喪失，在固體培養(yǎng)基上由于能量代謝受阻而生長(zhǎng)緩慢，形成的菌落較小，習(xí)慣上將這種呼吸缺陷型的菌株形成的菌落稱為小菌落。這種呼吸缺陷株只能通過發(fā)酵過程獲取少量能量，由于不能進(jìn)行TCA循環(huán)產(chǎn)生能量，不能在以甘油為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。酵母細(xì)胞線粒體：液泡液泡的大小及其所含的化學(xué)組成隨菌齡和生理狀態(tài)而異。生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞中液泡較小，成熟酵母細(xì)胞中出現(xiàn)一個(gè)大的液泡。液泡功能：調(diào)節(jié)滲透壓；儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物（異染粒）；儲(chǔ)存水解酶類（蛋白酶，核酸酶，磷酸酯酶等）貯藏物中的異染粒一般形成于細(xì)胞質(zhì)，然后隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，定位于液泡中。肝糖粒在營(yíng)養(yǎng)良好時(shí)于細(xì)胞中大量積累；而當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，肝糖粒減少至消失。另外，肝糖粒還在酵母子囊孢子生成時(shí)在子囊內(nèi)積累，在孢子成熟時(shí)被利用。4.細(xì)胞核貯存酵母菌細(xì)胞的遺傳信息。具有完整的核膜、核仁和染色體。核膜外具有中心體，中心體可能和酵母菌出芽繁殖有關(guān)。釀酒酵母基因組有17條染色體，這些染色體從245到2200個(gè)堿基對(duì)不等，DNA總長(zhǎng)度為12052Kb，包含了約6500個(gè)基因。酵母還存在核外的遺傳物質(zhì)，如酵母細(xì)胞線粒體中的DNA，細(xì)胞質(zhì)中病毒樣顆粒的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，嗜殺酵母的dsRNA嗜殺質(zhì)粒，典型的2m質(zhì)粒等。2m質(zhì)粒結(jié)構(gòu)：閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，周長(zhǎng)2m

(6318bp)；

高拷貝存在（每個(gè)單倍體基因組含60~100個(gè)拷貝）；只攜帶與復(fù)制和重組有關(guān)的4個(gè)蛋白質(zhì)基因，不賦予宿主任何遺傳表型，屬隱秘性質(zhì)粒。用途：酵母菌分子克隆和基因工程的重要載體；研究真核基因調(diào)控和染色體復(fù)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)：裂殖酵母屬

無(wú)性繁殖

芽裂

節(jié)孢子

產(chǎn)無(wú)性孢子擲孢子

厚垣孢子

有性繁殖：產(chǎn)子囊和子囊孢子

酵母菌中尚未發(fā)現(xiàn)其有性階段的被稱為假酵母（一）繁殖方式1、酵母菌的無(wú)性繁殖（1）芽殖即出芽繁殖，繁殖后在母細(xì)胞上留下一個(gè)芽痕，在子細(xì)胞上留下一個(gè)蒂痕多邊出芽（最普遍），兩端出芽，三端出芽。（2）裂殖裂殖是少數(shù)酵母進(jìn)行的繁殖方式。即酵母細(xì)胞延長(zhǎng)，核分裂為二，細(xì)胞中央出現(xiàn)隔膜，將細(xì)胞橫分為兩個(gè)具有單核的子細(xì)胞，如八孢裂殖酵母(Schizosaccaromycesoctosporus)。以芽裂方式繁殖的酵母很少見。母細(xì)胞總在一端出芽，同時(shí)在芽基處又形成隔膜，這種在出芽的同時(shí)又產(chǎn)生橫隔的方式為芽裂或半裂殖。厚垣孢子：有些酵母，如白假絲酵母可以在假菌絲的頂端形成厚壁的厚垣孢子，具有較強(qiáng)的抗逆特性。節(jié)孢子：地霉屬的菌可以形成節(jié)孢子。擲孢子：擲孢酵母屬可以在其營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞上生出的小梗上形成小孢子，孢子成熟后通過一種特殊的噴射方式將孢子射出，這種孢子稱為擲孢子。（4）產(chǎn)生無(wú)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）過程：

1）兩個(gè)不同接合型的單倍體細(xì)胞靠近，各伸出原生質(zhì)突起相互接觸；

2）接觸處細(xì)胞壁消失，質(zhì)配；

3）核配，形成二倍體核的接合子：

A、以二倍體方式進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖，獨(dú)立生活；下次有性繁殖前進(jìn)行減數(shù)分裂。

B、進(jìn)行減數(shù)分裂，形成4個(gè)或8個(gè)子囊孢子，而原有的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞就成為子囊。子囊孢子萌發(fā)形成單倍體營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。幾個(gè)概念：?jiǎn)伪扼w細(xì)胞(n)：細(xì)胞核中只含一套染色體的細(xì)胞。（不管細(xì)胞中有多少個(gè)核）雙倍體細(xì)胞(2n)：細(xì)胞核中只含二套染色體的細(xì)胞。（不管細(xì)胞中有多少個(gè)核）只有單倍體細(xì)胞才具有接合能力:單倍體有兩種接合型，a型和α型(或+和-型)，兩者接合后形成二倍體細(xì)胞(a/α)。接合型由細(xì)胞遺傳特性決定。二倍體細(xì)胞是由二個(gè)性別不同的單倍體親本接合而來(lái)，成對(duì)染色體分別來(lái)自父本和母本。形成子囊孢子的條件：1)首先必須是二倍體細(xì)胞2)營(yíng)養(yǎng)充足的強(qiáng)壯幼齡細(xì)胞；3)適當(dāng)?shù)臏囟龋?5℃）和濕度（80%以上）；通風(fēng)良好；4）適當(dāng)?shù)纳咦优囵B(yǎng)基，營(yíng)養(yǎng)貧瘠；（棉子糖醋酸鈉培養(yǎng)基，石膏塊）實(shí)踐意義：1）利用形成單倍體進(jìn)行雜交育種，人工定向培育新品種2）檢驗(yàn)生產(chǎn)菌是否被野生酵母污染（依據(jù)：子囊孢子的形成速度，子囊中子囊孢子的數(shù)目和形狀）（二）生活史（lifecycle）指上代個(gè)體經(jīng)一系列生長(zhǎng)發(fā)育階段而產(chǎn)生下一代個(gè)體全部歷史。酵母菌生活史有三種類型：

1）單、雙倍體型：營(yíng)養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在,都可進(jìn)行出芽繁殖。

2）單倍體型：營(yíng)養(yǎng)體只能以單倍體形式存在（核配后立即進(jìn)行減數(shù)分裂）

3）雙倍體型：營(yíng)養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在（核配后不立即進(jìn)行減數(shù)分裂）1.單雙倍體型特點(diǎn)：一般情況以營(yíng)養(yǎng)體狀態(tài)進(jìn)行出芽繁殖；營(yíng)養(yǎng)體既可以單倍體（n）也可以雙倍體(2n)形式存在；在特定條件下進(jìn)行有性繁殖。代表：釀酒酵母（Sacharomyces

cerevisiae

）（2）單倍體型代表：八孢裂殖酵母(Schizosaccharomyces

octosporus)特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞為單倍體；以裂殖方式進(jìn)行無(wú)性繁殖；二倍體細(xì)胞不能獨(dú)立生活（只是生活史中一部分，階段很短）（3）雙倍體型代表：路德氏酵母（Saccharomycodes

ludwigii）特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)體為雙倍體形，以出芽方式繁殖；單倍體子囊孢子在子囊內(nèi)發(fā)生接合。單倍體階段僅以子囊孢子形式存在，不能獨(dú)立生活，階段很短。四、菌落特征與細(xì)菌菌落類似，但一般較細(xì)菌菌落大且厚，表面濕潤(rùn)，粘稠，易被挑起，多為乳白色，少數(shù)呈紅色，個(gè)別為黑色。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，卡爾斯伯酵母)：

易凝集沉淀，發(fā)酵度低。

區(qū)別：根據(jù)棉子糖發(fā)酵

半乳糖+葡萄糖+果糖=棉子糖（三糖）蜜二糖蔗糖