Малый практикум по микробиологии (стр. 13 )

Дрожжи

Термином «дрожжи» обозначают одноклеточные грибные организмы, которые в зависимости от наличия и типа полового процесса относят к трем классам грибов: Ascomycetes, Basidiomycetes и Deuteromycetes.

Дрожжи имеют достаточно сложную структурную организацию, типичную для эукариотных организмов. В клетках дрожжей, выращенных при определенных условиях, можно выявить включения запасных питательных веществ. При культивировании на средах с избытком сахара в цитоплазме накапливается гликоген в виде зерен, глыбок или крупных конгломератов. К характерным включениям дрожжей относятся липиды. В вакуолях часто обнаруживают полифосфатные гранулы – волютин.

Морфология. Клетки разных видов дрожжей морфологически разнообразны. Они бывают круглые, овальные, цилиндрические, яйцевидные, лимоновидные, колбовидные, треугольные, серповидные. Длина клеток варьирует у разных видов от 2 до 20–50, ширина – от 1,5 до 10 мкм. Некоторые дрожжи на определенной стадии развития могут образовывать мицелиальные структуры: псевдомицелий, истинный мицелий (рис. 31). Дрожжи – неподвижные организмы.

Рис. 31. Мицелиальные формы дрожжей:

1 – псевдомицелий, 2 – истинный мицелий; а – артроспоры, б – эндоспоры

Культуры дрожжей на плотных питательных средах растут в виде колоний различного цвета: белого, буровато-бежевого, желтого, оранжевого, красного. Колонии дрожжей на первый взгляд мало отличаются от бактериальных. Они не опушены мицелием, чаще всего бывают гладкими, густыми и плотными, реже – слизистыми, растекающимися. В жидких средах образуют муть, пленку и осадок.

Тип питания. Как и грибы, дрожжи являются органотрофами. Из соединений углерода лучше всего используют гексозы. Некоторые виды хорошо растут на средах с пентозами. Из полисахаридов чаще утилизируют инулин и крахмал. Известны дрожжи, растущие на средах с углеводородами и некоторыми спиртами, в том числе метанолом и этанолом, а также органическими кислотами и другими углеродными субстратами. В качестве источника азота используют обычно соли аммония, аминокислоты, пептиды, реже нитраты и нитриты.

Большинство дрожжей растет в границах рН от 3,0 до 8,0. Температурный диапазон от 0 до 48 – 50 °С.

Дрожжи – аэробы со сформированным аппаратом дыхания, но в анаэробных условиях осуществляют спиртовое брожение.

Способы размножения. Дрожжи размножаются вегетативным, бесполым и половым путем. Наиболее распространенным способом вегетативного размножения является почкование (рис. 32). К почкующимся дрожжам относятся, например, виды родoв Saccharomyces и Lipomyces. Если при почковании вновь возникающие клетки не отделяются друг от друга, то образуется псевдомицелий. Он отличается от истинного тем, что в зоне перегородок между клетками имеются перетяжки. Образование псевдомицелия характерно для дрожжей рода Candida. Размножение делением встречается реже. Оно свойственно, например, видам Schizosaccaromyces. Когда делящиеся клетки не расходятся, то образуется псевдомицелий. Между клетками истинного мицелия четко различается перегородка, но нет перетяжек. Почкующееся деление отличается от истинного почкования тем, что почка, закладывающаяся на широком основании и обычно у одного из полюсов клетки, после созревания не «отшнуровывается», а «откалывается» по образующейся в перешейке поперечной перегородке (см. рис. 32).

Рис. 32. Способы вегетативного разножения дрожжей:

1 – почкование, 2 – почкующееся деление, 3 – деление

Бесполое и половое размножение связано с формированием специализированных репродуктивных структур. При половом размножении их появлению предшествует слияние клеток и последующее объединение ядер, при бесполом размножении предварительное слияние клеток и ядер не происходит. Размножение бесполыми спорами – баллистоспорами – характерно для дрожжей, которые относятся к базидиомицетам (род Sporobolomyces, Sporidiobolus и другие). Баллистоспоры возникают на заостренных выростах клеток – стеригмах (рис. 33). После созревания они с силой отбрасываются на некоторое расстояние. Истинный мицелий таких дрожжей может распадаться на отдельные клетки, называемые артроспорами.

Рис. 33. Баллистоспоры на отдельных клетках в гифах мицелия:

1 – Sporobolomyces, 2 – Sporidiobolus

Большинство дрожжей относится к аскомицетам, у которых половое размножение связано с образованием асков и аскоспор. У одних (виды родов Saccharomyces, Debariomyces и других) образование асков происходит сразу после изо - или гетерогамной коапуляции почек или вегетативных гаплоидных клеток в диплоидную. У других (виды родов Saccharomyces, Schizosaccaromyces и других) аски формируются из ранее возникших диплоидных клеток партеногенетически, т. е. без непосредственно предшествующей копуляции. В асках в результате мейоза образуются гаплоидные аскоспоры. В каждом аске образуется, как правило, от 2 до 8 спор (рис. 34).

Рис. 34. Сумка дрожжей с аскоспорами

Обычно половой процесс у дрожжей чередуется с вегетативным размножением. Однако длительность гаплоидной и диплоидной фаз у разных дрожжей неодинакова. Например, у Saccharomyces cerevisiae преобладает диплоидное состояние, у Schizosaccaromyces pombe – гаплоидное.

Известны дрожжи, у которых половой процесс не обнаружен, например, представители родов Candida, Torulopsis, Cryptococcus. Их относят к классу несовершенных грибов.

Споры дрожжей отличаются значительной, хотя и меньшей, чем эндоспоры бактерий, устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Они имеют утолщенную клеточную стенку, под микроскопом выглядят как структуры, сильно преломляющие свет.

Покоящимися формами дрожжей являются хламидоспоры – толстостенные округлые клетки, образовавшиеся из вегетативных клеток и заполненные резервными веществами, главным образом липидами.

Распространение в природе и практическое значение дрожжей. Дрожжи приспособились к обитанию в различных местах, содержащих чаще всего углеводы. Они встречаются на поверхности сладких плодов, в нектаре цветков, в сокотечениях деревьев, на поверхности листьев, в лесной подстилке, почве, водоемах. Обитают в пищеварительном тракте человека и животных. Большинство дрожжей сапрофиты. Однако имеются и условно-патогенные и патогенные формы. Например, Candida albicans – комменсал ротовой полости, ЖКТ, влагалища, иногда кожи – при нарушениях функций иммунокомпетентных клеток или нормального микробного ценоза человека приводит к возникновению кандидозов. Представители рода Cryptococcus являются причиной криптококкоза обычно у людей с выраженным иммунодефицитом.

Дрожжи имеют большое практическое значение. Их традиционно используют в хлебопечении, для получения спирта, пива, вина и т. д. Наибольшее промышленное значение имеет вид Saccharomyces cerevisiae. Штаммы S. cerevisiae подразделяют на расы низового и верхового брожения. К расам низового брожения относится большинство винных и пивных дрожжей. К расам верхового брожения – спиртовые, хлебопекарные и некоторые пивные. Дрожжи низового брожения функционируют в производстве при температуре 6–10 °С и ниже (до 0 °С). В конце брожения оседают на дно, формируя плотный осадок. Дрожжи верхового брожения – обычно при температуре 14–25 °С. В конце брожения всплывают на поверхность и образуют «шапку». Способность верховых дрожжей подниматься на поверхность, обусловлена тем, что клетки после почкования остаются соединенными в небольшие цепочки и пузырьки СО2 поднимают их на поверхность.

Задание 1. Описать колонии мицелиальных грибов Mucor mucedo, Aspergillus niger, Penicillium sp., выращенных на среде Чапека по следующей схеме: форма колоний, диаметр (в мм), поверхность, наличие экссудата, окраска вегетативного и спороносящего мицелия, наличие растворимого пигмента. Результаты внести в таблицу 3:

Таблица 3

Морфология колоний мицелиальных грибов

Форма колонии	Диаметр, мм	Поверхность	Наличие эксудата	Окраска мицелия	Диффузия пигмента в среду
вегетативного	спороносящего

Задание 2. Просмотреть препараты мицелиальных грибов Mucor mucedo, Aspergillus niger и Penicillium sp.

Готовят препарат «раздавленная капля». Для этого на предметном стекле смешивают каплю воды и уксусной кислоты. Уксусную кислоту добавляют потому, что конидии грибов гидрофобны и плохо смачиваются водой. Препаровальной иглой захватывают участок колонии без агара, помещают его в каплю, осторожно расправляют мицелий, закрывают покровным стеклом и просматривают препарат, используя объективы 8× и 40×. При микроскопировании обращают внимание на расчлененность мицелия, строение споранигиев и конидиеносцев, форму спор. Микроскопическую картину зарисовывают.

Задание 3. Описать колонии Saccharomyces cerevisiae на сусловом агаре, отмечая признаки, принятые для бактерий (см. Занятие 12).

Задание 4. Приготовить и просмотреть препарат «раздавленная капля» S. cerevisiae.

При микроскопировании препарата обращают внимание на форму клеток, наличие почкующихся клеток и аскоспор. Микроскопическую картину зарисовывают.

Материалы и оборудование. Микроскоп, предметные и покровные стекла, спиртовка, бактериологическая петля, пинцет, стерильная вода в пробирках, стерильные пипетки на 1 мл, кристаллизатор, колба с водой, хлопчатобумажная салфетка, фильтровальная бумага, дезинфицирующий раствор.