真菌的生长

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第五章真菌的生长,营养是生长的基础，生长是营养的表现形式。,丝状真菌和非丝状真菌的生长类型不同，但它们的生长机制相似。,与,维管植物,之间的一个重要区别是真菌细胞不能通过,分生组织,分裂而形成丝状真菌，丝状真菌的生长有两种方式：,顶端生长的方式,顶端之后的菌丝细胞壁变粗而不能延伸,通过顶端延长而生长成丝状体,分枝生长的方式,产生繁茂的分枝而构成真菌的菌落,第一节丝状真菌的生长,一、丝状真菌的,(,顶端）生长,1.,菌丝顶端生长的泡囊学说,丝状真菌由菌丝顶端的生长已经获得了形态学和细胞学的证据。放射自显影的研究表明，用,3,H,标记的,3,H-,葡萄糖和,3,H-,乙酰氨基葡萄糖的细胞壁的前体物掺入到细胞的顶端。,在顶端,1,2um,的区域含有大量的细胞质的,泡囊,，而缺乏所有的细胞器，在显微照片中这些泡囊呈现出与细胞质膜相融合的现象。,在许多子囊菌、担子菌和半知菌的菌丝顶端区域有一个小的、易染色的或有折射的小球，称为,顶体,(spitzenkorper),。,功能,不清楚，它们的,行为与菌丝生长相关,；,特性,仅存在于生长的菌丝中，且总是向菌丝的前边移动。,组成,由一群泡囊构成的，周围有网状纤丝，这些纤丝可能控制顶体在顶端细胞的移动。,卵菌纲,接合菌纲,有隔真菌,蜜环菌菌丝顶端,菌丝顶端囊泡排列的主要类型,Confocal images of hyphal tips of,Neurospora crassa,treated with the steryl dye FM4-64,to detect putative endocytosis.This steryl dye becomes internalised,and strongly labels the Spitzenk,rper and the plasma membrane of the hypha.The image shows the same hypha at 30 second intervals,demonstrating that the hypha continued to grow during confocal laser imaging.,Dye labelling(FM4-64)of the cytoplasmic membrane and Spitzenk,rper of different fungi,including Ascomycota(,Neurospora crassa,),Basidiomycota(,Sclerotinia,and,Rhizoctonia,),and mitosporic fungi(,Trichoderma viride,).,Phycomyces,(Zygomycota)also showed similar labelling(not shown in this image).,细胞质的泡囊起源于高尔基体，高尔基体、核、内质网一起存在于亚顶端部位。,泡囊的内含物,有细胞壁和原生质膜的前体物、水解酶,(,例如，纤维素酶、,-1,，,3-,葡聚糖酶和蛋白酶,),和多糖合成酶,(,如,-,葡聚糖合成酶,),。,壳质体,内存在几丁质合成酶，壳质体是一种小的微泡囊，外面由类膜包围的壳状颗粒，它能合成几丁质微纤丝，壳质体已经从所有的几丁质真菌中分离出来，它的功能是运输几丁质酶到细胞的表面。,Grove,等人,1970,年提出的,菌丝顶端生长的泡囊假说的模式。,细胞质的泡囊是从内质网上水泡状的形式转移至高尔基体，在高尔基体内进行浓缩加工，并把泡囊的类内质网膜转化成类原生质膜，然后，泡囊从高尔基体释放并转移至菌丝顶端，与原生质膜融合，释放它们的内含物到细胞壁中，这一融合过程不但使泡囊内含物进入膜壁之间，使泡囊内含物被用来合成细胞壁，而且泡囊的膜也并入原生质膜，使原生质膜增加了面积，从而导致了菌丝顶端的生长。,因为目前大多数真菌尚未发现高尔基体，因此，用于菌丝顶端生长的泡囊，在缺少高尔基体的真菌中，泡囊是由内质网的特定区域产生。,2.,菌丝顶端生长的机制,菌丝顶端泡囊的聚集导致了顶端的延长生长。,泡囊三重作用：,运输细胞壁溶解酶去破坏原来壁组成之间的键；,运输新的壁物质,，并在壁合成酶的作用下并入细胞壁中，增加了壁的面积；,在生长期间增加了原生质膜的表面积。,合成新细胞壁所需泡囊数，约等于在生长期间为了新增原生质膜表面积而必须与质膜融合的泡囊数目。,细胞壁生长示意图,顶端生长被认为是,细胞壁水解、壁的合成和壁的膨压,之间的动态平衡，因此，破坏这一平衡会改变生长的模式，例如，加入多氧霉素,D(,几丁质合成酶的竞争性抑制物)到鲁氏毛霉培养物中，导致了菌丝顶端细胞壁的破裂，同样香豆素也是纤维素生物合成的抑制物，它能抑制纤维素细胞壁的真菌的生长和分枝。,3.,顶端生长的驱动力,对细胞质流、微管和电位势梯度的研究都支持和解释了泡囊移动现象。,A,细胞质的流动驱使和带动泡囊移向顶端；,B,泡囊借助于顶端和亚顶端区域之间水的电位势梯度而驱动；,C,在菌丝细胞中，微管与菌丝生长方向平行，因此，可能微管运输泡囊到菌丝顶端，如果菌丝顶端细胞有顶体的话，可能先运输泡囊到菌丝顶体，然后由顶体直接运输这些泡囊到质膜。,关于顶端生长的调节点可能是合成酶的激活和非激活状态决定的，合成酶处于激活状态时顶端生长便被启动。,细胞质的流动,对生长来说是非常,重要,的，在正常情况下，菌丝中原生质流动很快，菌丝逐渐硬化的细胞壁和逐渐扩大的液泡压力，使菌丝内原生质从衰老的部位向顶端移动。这同时满足了菌丝顶端生长所需的营养物质的供给。如果把菌丝顶端从菌丝上切下，那么，生长速度就缓慢下来，这证实了尽管菌丝顶端具备了生长的一切因素，如果缺乏营养物质的供给，也不能正常生长，而细胞质的流动可以源源不断地提供这些物质。,二、真菌的分枝生长,1.,真菌的分枝,由真菌的分枝产生一个真菌典型菌落的圆形轮廓；由于分枝的交替，彼此之间交错生长的菌丝易发生融合，发生异核现象和异质现象。对琼脂平板上生长的真菌菌落的观察，揭示出与真菌分枝行为有关的现象。,大多数菌丝的分枝是在菌丝顶端之后的某一距离发生，而且新的分枝总是向前或朝向菌落的边缘，显示真菌的顶端优势，但其机制不清。,菌丝的顶端彼此分离使菌丝间充满间隙，这保证了菌丝对营养的要求，同时它们会从存活菌丝营养耗尽的区域撤离。,Left:,Orientation of hyphal tips and orientated emergence of hyphal branches of,Achlya,and,Saprolegnia,spp.towards an agar disk(black circle)containing a mixture of amino acids.,Right:,Reorientation of hyphae from germinating spores of,Pythium aphanidermatum,towards a mixture of amino acids,在培养基中，菌落的密度和菌落形成分枝的数目直接与营养水平相关。,在极弱的培养基上菌落分枝稀少，在丰富的基质上菌落分枝稠密，然而培养基的丰富与否，对于作为一个整体的菌落的生长速度影响较小，也就是说在一定的时间范围内，培养基的丰富与贫乏对于真菌菌落的伸长影响并不大。因此，我们可以得到一个重要的概念，在菌落边缘生长的菌丝顶端似乎首先需要的是营养，基质中的营养物质对于维持分枝是有效的。,丝状真菌的生长有一个重复循环，相当于酵母和其他单细胞生物的细胞循环。,蛙粪霉,(,B,asidiobolus ranarum,),的分枝模式，它在蛙的后肠中生长时呈现一个大的单细胞生长，而在琼脂培养基上生长为一个发育不全的菌丝体，是全封闭隔膜。当顶端细胞的原生质累积到一个临界体积时，大的中心核分裂，而且形成隔膜，把核二等分到顶端细胞，倒数第二个细胞对顶端的进一步生长没有帮助，因为隔膜是完全封闭的，顶端细胞继续生长，而分枝是从亚顶端细胞开始。,细胞质的体积、核的分裂和分枝之间有一个明显的相关性，也在其他一些真菌中被证实。,Trinci 1974,年提出了一个菌丝生长单位,(,G),与菌丝分枝数目的相关公式。,G,菌丝总长度/菌丝顶端数目,在菌落生长中，任何一种的菌丝生长单位是,不变,的，所以菌丝顶端的数目总是与菌丝的长度和细胞质的体积保持一定的比例。当细胞质的体积超过现存顶端数目时，新的顶端就产生了。,（菌丝直径与真菌种类有关，而与环境条件的关系不大。）,一个真菌菌落的生长是借助于“单位”数目的增加，顶端的数目大都依赖于菌落的营养状况和被合成的细胞质的数量，因此，在一定营养范围内，真菌菌落在贫瘠的培养基上几乎像在丰富培养基上一样很快的铺开，但是产生的分枝少，这在实验室内是可以证明的。从上述的观察看来，一些丝状真菌的顶端细胞在一定的时间周期内重复其本身。,2.,分枝的产生,分枝顶端的形成与菌丝顶端的生长机制是相似的，新顶端的产生也伴随着泡囊的聚集。,新顶端可在菌丝的侧壁上或隔膜上产生，但通常是从菌丝的形态学,前端,产生顶端，显示了,菌丝固有的极性,。而在有的实验条件下，能够从菌丝侧壁的任何一点诱发分枝，所以它们似乎没有预定的分枝点。,伏鲁宁体,菌丝分枝是顶端生长的一种改变形式,在一些种内，分枝是在隔膜之后形成的，可能是泡囊在朝向顶端迁移的过程中在隔膜后被吸引，而且开始积累，并启动细胞壁的水解、膨胀，其后形成分枝。,在许多种内，隔膜的部位和分枝没有相关性，有人提出了两种基本假设来解释分枝形成的模式：,第一种假设认为泡囊和特殊的细胞质区段之间的电位势引起局部的泡囊积累；,另一种解释认为当菌丝顶端泡囊与质膜合并的速率低于泡囊产生的速率时，泡囊将大量积累，一旦细胞质的体积超过临界量，过量的泡囊无论在菌丝的哪个部位，都将引起产生一个新的分枝。,3.生长的动力学,单细胞生物的生长曲线，像液体培养的酵母，是以细胞数目或干重的对数相对于时间作图,(,图,5,7),。在这个典型的生长曲线中分为五个时期，即,延迟期、指数期、减速期、稳定期和衰亡期,。,第二节 单细胞真菌生长,丝状真菌的生长是以,顶端细胞延长,的方式进行，非丝状真菌例如酵母的生长借助,裂殖和芽殖,两种方式增加细胞数目。,（一）酵母的生长方式,1.,酵母出芽方式：,一端芽殖、两端芽殖和多端芽殖,。,一端芽殖总是在细胞的相同部位形成芽体，如路德类酵母。,多端芽殖表现为整个细胞表面都可形成芽体，如啤酒酵母。,两端芽殖表现为在细胞的两极出芽。,2.,有一些酵母是以裂殖方式进行生长，但是这种裂殖不同于原核细胞的裂殖方式。如在粟酒裂殖酵母中，裂殖开始之前，母体的一端或两端拉长，形成一个,圆柱体,并进行有丝分裂。在接近母体中间的部位产生一个隔膜，然后从这一隔膜的中间劈开，产生两个相等大小的子细胞(图59)。,酵母出芽生长的机理，酵母细胞在它出芽之前必须达到一定大小，在早期出芽的部位有大量原生质的泡囊聚集，而且这些泡囊含有细胞壁生长的水解酶和合成酶，微管也排列在这一区域，可能是起到泡囊向出芽部位流动的作用。,酵母的生长借助,顶端生长和赤道扩张,相联合的方式进行的。,应用放射自显影技术已证实葡萄糖掺入到芽体壁的葡聚糖中，甘露糖掺入到甘露聚糖中，因为泡囊向芽体初始形成的部位定向沉积，在沉积的部位很快建立起顶端生长。,随着芽体的扩张，泡囊束向外展开，随之泡囊沉积的甘露糖由顶部向两边展开。,一旦芽体生长完成，芽体和母体相连的部位形成隔膜。首先是原生质膜和初生的几丁质隔膜向心生长，随后葡聚糖一甘露聚糖的次生隔膜在芽体和母体两边形成。在隔膜分开时，,初生隔膜,残留于母体形成,芽痕,(,budscar),，,次生隔膜,残留于芽体形成所谓的,胎痕,(,birth scar),。,几丁质仅在隔膜上出现，几丁质合成是在一个特殊的部位和生活循环的特殊周期被触发的。,啤