微生物 03 真核生物

1、第三章 真核微生物1 真核微生物概述真核微生物概述n真核生物（真核生物（Eukaryotes）？）？ 一大类具一大类具有核膜、核仁及有核膜、核仁及典型的染色体典型的染色体，能进行，能进行有丝有丝分裂分裂，细胞质中存在线粒体，细胞质中存在线粒体多种多种细胞器细胞器的生物。的生物。1.1 真核微生物的主要类群真核微生物的主要类群n菌物界菌物界（裘维蕃，（裘维蕃，1990，Mycetalia或广义的或广义的“Fungi”） 真菌（真菌（Eumycota）单细胞真菌单细胞真菌酵母菌酵母菌丝状真菌丝状真菌霉菌霉菌产大型子实体的真菌产大型子实体的真菌蕈菌蕈菌 粘菌（粘菌（Myxomycota） 假菌（假菌

2、（Chromista）n显微藻类（显微藻类（Algae）n原生动物（原生动物（Protozoa）菌物界菌物界：指与动物：指与动物界、植物界相并列界、植物界相并列的一大群的一大群无叶绿素无叶绿素、依靠细胞表面吸依靠细胞表面吸收有机养料收有机养料、细胞、细胞壁一般含有壁一般含有几丁质几丁质的真核微生物。的真核微生物。1.2 真核微生物的细胞结构真核微生物的细胞结构1.2.1 细胞壁细胞壁 真菌的细胞壁真菌的细胞壁n化学成分化学成分：多糖，少量蛋白质和脂类多糖，少量蛋白质和脂类 多糖：微纤维（多糖：微纤维（-1,4-单糖聚合物），无定形基质单糖聚合物），无定形基质 低等真菌：低等真菌：纤维素纤维素

3、酵母菌：酵母菌：葡聚糖葡聚糖 高等陆生真菌：高等陆生真菌：几丁质几丁质不同生长阶段，真菌细胞壁化学成分明显不同，不同生长阶段，真菌细胞壁化学成分明显不同，例如：例如：鲁氏毛霉鲁氏毛霉几丁质几丁质量量(Mucor roxianus) 菌丝菌丝9%孢囊梗孢囊梗18%孢囊孢子孢囊孢子2% 藻类的细胞壁藻类的细胞壁细胞壁厚度细胞壁厚度：一般为一般为10-20nm，有时仅为有时仅为3-5nm 多糖：微纤维（多糖：微纤维（-1,4-单糖聚合物），无定形基质单糖聚合物），无定形基质n细胞骨架细胞骨架 以微纤丝方式层状排列的纤维素以微纤丝方式层状排列的纤维素n间质多糖间质多糖 杂多糖：褐藻酸、岩藻素、琼脂杂多

4、糖：褐藻酸、岩藻素、琼脂1.2.2 鞭毛与纤毛鞭毛与纤毛 定义定义 某些真核微生物细胞表面长有或长或短的毛发状、具有运某些真核微生物细胞表面长有或长或短的毛发状、具有运动功能的细胞器：动功能的细胞器： 鞭毛：鞭毛：形态较长，数量较少，形态较长，数量较少，150-200m 纤毛：纤毛：形态较短，数量较多，形态较短，数量较多，5-10mn具有鞭毛的真核微生物：具有鞭毛的真核微生物： 鞭毛纲的原生动物，藻类，低等水生真菌的孢子或配子鞭毛纲的原生动物，藻类，低等水生真菌的孢子或配子n具有纤毛的真核微生物：具有纤毛的真核微生物： 纤毛纲的草履虫纤毛纲的草履虫n构造构造 基本构造基本构造 鞭杆鞭杆 基体基

5、体 过渡区（过渡区（Hook）鞭毛构造鞭毛构造鞭毛运动鞭毛运动原核生物与真核生物鞭毛的比较原核生物与真核生物鞭毛的比较比较项目原核生物真核生物大小细长（0.010.02）m（1520）m粗长（0.120.17）m（150200）m主要构造上部鞭毛丝：由大量鞭毛蛋白亚基以螺旋状排列而围成；中空；从顶端伸长鞭杆：“9+2”型结构，即中央由中央鞘包裹的2条平行的微管蛋白，外周有9条微管二联体围绕。每条微管二联体上各长出多个动力蛋白臂、微管连丝蛋白和放射辐条中部钩形鞘过渡区基部基体：由L、P、S、M 4个圆环（G-细菌）或S、M 2个圆环（G+细菌）构成，环的中央有鞭毛杆串着基体：为“9+0”型结构，

6、即外周有一圈共9条微管三联体围绕，而中央无微管蛋白运动方式借基体中的圆环旋转带动鞭毛作旋转运动借鞭杆中微管二联体等的收缩带动鞭毛作挥鞭运动1.2.3 细胞质膜n真核细胞与原核细胞细胞质膜的比较项目原核生物真核生物甾醇无（支原体除外）有（胆甾醇、麦角甾醇等）磷脂种类磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺等磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺等糖脂无有（具有细胞间识别受体功能）电子传递链有无基团转移运输有无胞吞作用无有1.2.4 细胞核n功能：细胞遗传信息贮存、复制和转录的主要部位n特点：外形固定（球状或椭圆状），核膜包裹n数目：一个或多个 真菌的菌丝顶端细胞，常找不到细胞核n细胞核组成： 核被膜（核膜）、染色质、核仁和核

7、基质真核微生物细胞核1.2.5 细胞质与细胞器细胞质与细胞器n细胞基质与细胞骨架细胞基质与细胞骨架 细胞基质：真核细胞中，除细胞器以外的胶状物质细胞基质：真核细胞中，除细胞器以外的胶状物质 细胞骨架：由细胞骨架：由微管微管、肌动蛋白丝（微丝）肌动蛋白丝（微丝）和和中间丝中间丝3种种蛋白质纤维构成，具有蛋白质纤维构成，具有支持支持、运输运输和和运动运动等功能等功能各种细胞器的特点及其比较各种细胞器的特点及其比较真核生物真核生物n概念概念n包括的类群包括的类群一大类具一大类具有核膜有核膜，能进行，能进行有丝分裂有丝分裂，细胞质中存在线粒体，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种或同时存在叶绿体等

8、多种细胞器细胞器的生物。的生物。菌物界菌物界 真菌（真菌（Eumycota）单细胞真菌单细胞真菌酵母菌酵母菌丝状真菌丝状真菌霉菌霉菌产大型子实体的真菌产大型子实体的真菌蕈菌蕈菌 粘菌（粘菌（Myxomycota） 假菌（假菌（Chromista）显微藻类（显微藻类（Algae）原生动物（原生动物（Protozoa）真核微生物与原核微生物细胞结构差异真核微生物与原核微生物细胞结构差异n细胞壁细胞壁n细胞膜细胞膜n细胞质细胞质n细胞核细胞核n鞭毛鞭毛低等真菌：低等真菌：纤维素纤维素酵母菌：酵母菌：葡聚糖葡聚糖高等陆生真菌：高等陆生真菌：几丁质几丁质不含电子传递链不含电子传递链含有固醇含有固醇具有流

9、动性具有流动性内含多种细胞器内含多种细胞器真正细胞核真正细胞核鞭杆：鞭杆：“9+2”型结构型结构基体：基体：“9+0”型结构型结构挥鞭式运动挥鞭式运动2 酵母菌酵母菌能发酵糖类的各种单细胞真菌能发酵糖类的各种单细胞真菌2.1 概述概述2.1.1 酵母菌概念酵母菌概念 非分类学术语，泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。非分类学术语，泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。2.1.2 酵母菌特点酵母菌特点单细胞状态单细胞状态出芽繁殖出芽繁殖发酵糖类产能发酵糖类产能细胞壁含甘露聚糖细胞壁含甘露聚糖含糖量高，酸度较大的水生环境含糖量高，酸度较大的水生环境2.1.3 人类利用酵母菌的特点人类利用酵母菌的特点n利用历

10、史为起源早、发展快、应用广与普及深。利用历史为起源早、发展快、应用广与普及深。 “ 第一种家养微生物第一种家养微生物”n酿造酒和蒸溜酒及及含醇饮料已成为世界重要工业之一。酿造酒和蒸溜酒及及含醇饮料已成为世界重要工业之一。n与酵母菌相关的产品种类繁多。与酵母菌相关的产品种类繁多。 酒类的生产酒类的生产 面包的制作面包的制作 乙醇甘油发酵乙醇甘油发酵 石油及油品脱腊石油及油品脱腊 饲用药用饲用药用 单细胞蛋白（单细胞蛋白（SCP）生产生产 活性物质提取活性物质提取 微生物学研究微生物学研究 真核表达系统真核表达系统 人类疾病人类疾病2.2 酵母细胞的形态结构酵母细胞的形态结构n细胞大小：细菌的细胞

11、大小：细菌的10倍倍n细胞形态：球状、卵圆状、柱状、香肠状细胞形态：球状、卵圆状、柱状、香肠状 Saccharomyces cerevisiae（酿酒酵母）酿酒酵母） 大小大小 2.5104.521m酵母菌细胞构造酵母菌细胞构造2.2.1 细胞壁细胞壁n厚度：厚度：25nmn重量：重量：25DWn成分：三明治状的成分：三明治状的“酵母纤维素酵母纤维素”酵母菌酵母菌外层外层：甘露聚糖：甘露聚糖Mannan中间中间：蛋白质，多种酶，葡聚糖酶和甘露聚糖酶：蛋白质，多种酶，葡聚糖酶和甘露聚糖酶内层内层：葡聚糖：葡聚糖Glucan，赋予细胞壁机械强度赋予细胞壁机械强度芽痕周围有少许几丁质芽痕周围有少许几

12、丁质n酵母细胞壁及子囊壁的水解（酵母原生质体的制备）酵母细胞壁及子囊壁的水解（酵母原生质体的制备） 蜗牛消化酶蜗牛消化酶n酵母菌细胞壁的结构n不同种属酵母菌壁成分差异 酿酒酵母 葡聚糖与甘露聚糖(Saccharomyces cerevisiae) 点滴酵母(Saccharomyces guttulatus) 葡聚糖为主 掷孢酵母(Saccharomyces roseus) 几丁质与甘露聚糖2.2.2 细胞膜细胞膜n结构及主要成分结构及主要成分酵母菌酵母菌蛋白质蛋白质：包括一些酶：包括一些酶脂类脂类糖类糖类：甘露聚糖等：甘露聚糖等甘油的单、双、三酯甘油的单、双、三酯甘油磷脂（磷脂酰胆碱和磷脂酰乙

13、醇胺）甘油磷脂（磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺）甾醇（麦角甾醇，酵母甾醇）甾醇（麦角甾醇，酵母甾醇）n 酵母细胞膜的功能酵母细胞膜的功能 渗透屏障，渗透屏障， 部分酶的合成和作用场所，部分酶的合成和作用场所， 膜为大分子的生物合成与装配基地。膜为大分子的生物合成与装配基地。2.2.3 细胞核细胞核n结构及主要成分结构及主要成分 多孔核膜包裹起来的定形细胞核多孔核膜包裹起来的定形细胞核n功能：遗传信息的主要贮存库功能：遗传信息的主要贮存库n其它其它DNA：酵母线粒体，：酵母线粒体，“ 2m质粒质粒”，少数酵母菌的线，少数酵母菌的线状质粒状质粒2.2.4 其它构造其它构造n大型液泡：存在于成熟的酵母菌细

14、胞大型液泡：存在于成熟的酵母菌细胞n线粒体：线粒体：呼吸产能的场所呼吸产能的场所2.3 酵母细胞的繁殖方式和生活史酵母细胞的繁殖方式和生活史酵母菌的酵母菌的繁殖方式繁殖方式无性无性有性（产子囊孢子）有性（产子囊孢子）：酵母属（：酵母属（Saccharomyces）、）、接合酵接合酵母属（母属（Zygosaccharomyces）等等芽殖：芽殖：各属酵母菌都存在各属酵母菌都存在裂殖：裂殖：在裂殖酵母属（在裂殖酵母属（Schizoszccharomyces）产无性孢子产无性孢子节孢子：地霉属（节孢子：地霉属（Geotricum）掷孢子：掷孢酵母属（掷孢子：掷孢酵母属（Sporobolomyces）

15、厚垣孢子：白假丝酵母等产生厚垣孢子：白假丝酵母等产生2.3.1 无性繁殖无性繁殖n假酵母（或拟酵母）假酵母（或拟酵母）：只只能进行能进行无性繁殖无性繁殖的酵母的酵母n真酵母真酵母：具有：具有有性生殖有性生殖的酵母菌的酵母菌1. 芽殖（芽殖（budding）n酵母菌酵母菌最主要最主要的繁殖方式的繁殖方式n假菌丝假菌丝（Pseudohyphae）：）：藕节状藕节状n真菌丝真菌丝（Euhyphae）：）：竹节状竹节状n芽痕芽痕（bud scar）：）：母细胞母细胞上的，可有上的，可有多个多个n蒂痕蒂痕（birth scar）：）：子细胞子细胞上的，只有上的，只有一个一个n测定胞龄测定胞龄：以：以芽痕

16、数芽痕数推测知推测知n酵母群体酵母群体：50%无芽痕、无芽痕、25%有一个芽痕、有一个芽痕、12.5%有二个有二个芽痕等。芽痕等。酵母细胞的芽殖酵母细胞的芽殖酵母细胞的出芽方式酵母细胞的出芽方式2. 裂殖（裂殖（Fission）n裂殖酵母属（裂殖酵母属（Schizoszccharomyces）n 二分裂方式，类似细菌二分裂方式，类似细菌3. 无性孢子繁殖无性孢子繁殖n节孢子（节孢子（arthrospore）：地霉属（）：地霉属（Geotricum）n 掷孢子（掷孢子（ballistospore）：掷孢酵母属（）：掷孢酵母属（Sporobolomyces）n 厚垣孢子（厚垣孢子（chlamydo

17、spore）：白色念珠菌（）：白色念珠菌（Candida albicans）2.3.2有性繁殖有性繁殖 酵母菌以形成酵母菌以形成子囊（子囊（ascus）和和子囊孢子（子囊孢子（ascospore）的形式的形式进行有性繁殖：进行有性繁殖：1）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；2）接触处细胞壁消失，）接触处细胞壁消失，质配质配；3）核配核配，形成二倍体核的接合子。，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；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下次有性繁殖前进行减数分裂减数分裂。B、进行进行减数分

18、裂减数分裂，形成，形成4个或个或8个子囊孢子，而原有的营养个子囊孢子，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。细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。酵母菌子囊孢子形成示意图2.3.3 酵母菌的生活史（酵母菌的生活史（life history）什么是生活史（生活周期，什么是生活史（生活周期，life cycle） 上一代生物个体经过一系列生长、发育阶段而产生下一代个上一代生物个体经过一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部过程。体的全部过程。n酵母菌的生活史酵母菌的生活史 酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有

19、三种类型：仅单倍体形式的营养体（仅单倍体形式的营养体（Schizo.octosporus）仅双倍体形式的营养体（仅双倍体形式的营养体（S.ludwiggi）单倍体或二倍体形式的营养体（单倍体或二倍体形式的营养体（S.cerevisiae）1.单倍体或二倍体形式的营养体单倍体或二倍体形式的营养体（ S.cerevisiae ） 特点：特点：一般情况下都以营养体状态一般情况下都以营养体状态进行进行出芽出芽繁殖；繁殖；营养体有两种存在形式；营养体有两种存在形式；特定条件特定条件下进行下进行有性繁殖有性繁殖。2. 仅单倍体形式的营养体仅单倍体形式的营养体 （Schizo.octosporus） 特点：

20、特点： 营养细胞为单倍体；营养细胞为单倍体； 无性繁殖以裂殖方式进无性繁殖以裂殖方式进行；行； 二倍体细胞不能独立生二倍体细胞不能独立生活。活。3. 仅二倍体形式的营养体仅二倍体形式的营养体（ S.ludwiggi ） 特点：特点：营养细胞为二倍体，不断营养细胞为二倍体，不断进行芽殖，阶段较长；进行芽殖，阶段较长；单倍体的子囊孢子在子囊单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合；内发生接合；单倍体阶段仅以子囊孢子单倍体阶段仅以子囊孢子的形式存在，不能独立生的形式存在，不能独立生活。活。2.4 酵母菌的菌落特征酵母菌的菌落特征 温润、光滑、粘稠、一定透明度、易被挑起、正反及边缘温润、光滑、粘稠、一定透明度

21、、易被挑起、正反及边缘和中央颜色均一、大而隆、色以红、白烛色多、易挑起，和中央颜色均一、大而隆、色以红、白烛色多、易挑起，有宜人酒香味道等。有宜人酒香味道等。 与细菌菌落相似。与细菌菌落相似。酵母菌的菌落特征酵母菌的菌落特征3 丝状真菌丝状真菌霉菌（霉菌（Mold）引起物品霉变的真菌引起物品霉变的真菌3.1 概述概述3.1.1 什么是霉菌（什么是霉菌（mold）？）？ 菌丝体较发达，菌丝体较发达，形成形、色各异的无性或有性孢子，但形成形、色各异的无性或有性孢子，但不产不产生肉质子实体结构的生肉质子实体结构的“丝状真菌（丝状真菌（Filamentous fungi）”。3.1.2 霉菌的分布及与

22、人类的关系霉菌的分布及与人类的关系 1）在自然界分布极广；）在自然界分布极广； 2）食物、工农业制品的霉变；）食物、工农业制品的霉变； 3）有用物品的生产；）有用物品的生产； 4）引起动植物疾病；）引起动植物疾病； 5）腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用。）腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用。3.2 霉菌的细胞形态和构造霉菌的细胞形态和构造3.2.1 菌丝菌丝（hypha） 霉菌营养体的霉菌营养体的基本单位基本单位1. 菌丝的分类菌丝的分类1） 菌丝中是否有隔膜菌丝中是否有隔膜菌丝菌丝无隔膜菌丝无隔膜菌丝有隔膜菌丝有隔膜菌丝根霉（根霉（Rhizopus），），毛霉（毛霉

23、（Mucor）曲霉（曲霉（Aspergillus），），青霉（青霉（Penicillium）2）根据菌丝的功能）根据菌丝的功能菌丝菌丝营养菌丝营养菌丝气生菌丝气生菌丝繁殖菌丝繁殖菌丝2. 菌丝细胞结构菌丝细胞结构 菌丝体成熟过程中的成分变化菌丝体成熟过程中的成分变化顶端（延伸区、硬化区）：几顶端（延伸区、硬化区）：几丁质和蛋白质丁质和蛋白质亚顶端（次生壁形成区）：几亚顶端（次生壁形成区）：几丁质、蛋白质和糖蛋白网丁质、蛋白质和糖蛋白网成熟区：几丁质、蛋白质、糖成熟区：几丁质、蛋白质、糖蛋白网和无定形葡聚糖层蛋白网和无定形葡聚糖层隔膜区：由几丁质和无定形蛋隔膜区：由几丁质和无定形蛋白质构成的环片

24、状构造白质构成的环片状构造 3.2.2 菌丝体（菌丝体（ mycelium ）及其各种分化形式及其各种分化形式 菌丝体菌丝体 营养菌丝体（营养菌丝体（vegetative mycelium） ：密布于培养基内：密布于培养基内、执行吸取营养功能。、执行吸取营养功能。 气生菌丝体（气生菌丝体（aerial mycelium） ：伸展到空气中菌丝体：伸展到空气中菌丝体， 适应相应环境，呈现各种适应相应环境，呈现各种 特殊形态与功能。特殊形态与功能。1. 营养菌丝体的特化形态营养菌丝体的特化形态特化的营养菌丝特化的营养菌丝吸取养料吸取养料附着附着休眠休眠延伸延伸捕食线虫捕食线虫假根假根吸器吸器附着胞附

25、着胞附着枝附着枝菌核菌核菌索菌索匍匐枝匍匐枝菌环菌环菌网菌网1） 假根假根（rhizoid）和匍匐菌丝和匍匐菌丝（stolon）固着和吸取养料固着和吸取养料囊轴囊轴囊托囊托孢囊梗孢囊梗孢子囊孢子囊2）附着胞）附着胞3）吸器）吸器4）附着枝）附着枝5）菌核）菌核6）菌索）菌索7）菌环和菌网）菌环和菌网2. 气生菌丝体的特化形态特化的气生菌丝（子实体）简单复杂无性有性无性有性分生孢子头孢子囊担子分生孢子器分生孢子座闭囊壳子囊盘子囊壳分生孢子盘n子实体（fruiting body, sporocarp , fruetification） 指在其里面或上面可产无性或有性孢子，有一定形状和构造的任何菌丝

26、体组织。1） 分生孢子头（conidial head）（P56图2-12）2）孢子囊（sporangium） 根霉属（Rhizopus）和毛霉属（Mucor）3）分生孢子器 （pycnidium）、 分生孢子座（sporodochium）和分生孢子盘 （acervulus）4）子囊果（ascocarp）5）担孢子（basidiospore）真菌菌丝体的分化真菌菌丝体的分化3.3 霉菌的繁殖方式和生活史3.3.1 霉菌的繁殖方式 霉菌的繁殖方式无性孢子有性孢子菌丝断片1. 无性繁殖方式 不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。 无性孢子有：厚垣孢子、节孢子

27、、分生孢子、孢囊孢子等。霉菌的繁殖方式霉菌的繁殖方式n霉菌的无性孢子厚垣孢子厚垣孢子节孢子节孢子孢囊孢子孢囊孢子芽生孢子芽生孢子分生孢子分生孢子霉菌的繁殖方式霉菌的繁殖方式n霉菌的无性孢子霉菌的无性孢子1. 无性孢子繁殖无性孢子繁殖厚垣孢子厚垣孢子节孢子节孢子孢囊孢子孢囊孢子芽生孢子芽生孢子分生孢子分生孢子2. 有性繁殖方式 性细胞结合 质配、核配、减数分裂 有性孢子有：接合孢子、卵孢子、子囊孢子、担孢子等。n霉菌有性孢子繁殖的特点： 霉菌的有性繁殖不如无性繁殖那么经常与普遍，多发生在特定条件下，往往在自然条件下较多，在一般培养基上不常见。 有性繁殖方式因菌种不同而异，有的两条营养菌丝就可以直

28、接结合，有的则由特殊的性细胞（性器官）-配子囊或由配子囊产生的配子来相互交配，形成有性孢子。 核配后一般立即进行减数分裂，因此菌体染色体数目为单倍，双倍体只限于接合子。 霉菌的有性繁殖存在同宗配合和异宗配合两种情况。霉菌的繁殖方式霉菌的繁殖方式n霉菌的有性孢子n子囊孢子子囊孢子n霉菌的孢子n霉菌孢子与细菌芽孢的比较3.3.2 霉菌的生活史 无性繁殖阶段：菌丝体（营养体）在适宜的条件下产生无性孢子，无性孢子萌发形成新的菌丝体，多次重复。 有性繁殖阶段：在发育后期，在一定条件下，在菌丝体上分化出特殊性器官（细胞），质配、核配、减数分裂后形成单倍体孢子，再萌发形成新的菌丝体。有一些霉菌，至尽尚未发现其生活史中有有性繁殖阶段，这类真菌称为半知菌。n根霉的无性及有性繁殖n青霉的无性及有性繁殖3.4 霉菌的菌落n菌落形态：大，质地疏松，干燥，不透明，呈蛛网状、绒毛状、棉絮状或毡