Лабораторная работа № 5

ОТДЕЛ АСКОМИКОТА (ASCOMYCOTA), ИЛИ СУМЧАТЫЕ ГРИБЫ

Цель работы: изучить особенности строения вегетативных и генеративных структур отдела Ascomycota.

1. Познакомиться с особенностями полового процесса сумчатых грибов.

2. Изучить жизненный цикл аскомицетов.

3. Рассмотреть классификацию отдела и познакомиться с отдельными представителями.

Теоретические сведения:

Аскомицеты — грибы с хорошо развитым септированным гаплоидным мицелием. Септы образуются путем инвагинации, т. е. путем впячивания и роста клеточной стенки от периферии к центру. Поэтому в перегородках между клетками имеются поры, через которые перемещаются не только растворенные вещества, но и органеллы. Составными элементами клеточной стенки являются полисахариды хитин и глюканы.

Характерная особенность грибов этого класса – образование после полового процесса сумок, или асков, содержащих 4 – 8 (редко одну) аскоспор (рис. 1). Кроме того, диагностическим признаком сумчатых грибов является наличие ламеллярных двуслойных клеточных стенок с тонким электронноплотным наружным слоем и относительно толстым электронно-прозрачным внутренним слоем.

Рис. 1. Половой цикл аскомицетов на примере жизненного цикла Neurospora crassa. Стадии 1-4 - от прорастания аскоспор до оплодотворения - вегетативная фаза; стадии 4-8 - от оплодотворения до созревания.

У базидиальных грибов они многослойные. Вегетативное размножение осуществляется участками мицелия, почкованием или путем расчленения гифы на отдельные клетки и формирования оидий, хламидоспор и т. д.

Важное место в цикле развития аскомицетов играет бесполое размножение при помощи конидий. Отдельные группы грибов могут развивать несколько видов конидиального спороношения.

Типы полового процесса определяются уровнем организации гриба. У примитивных, наиболее просто устроенных аскомицетов (класс Голосумчатые) половой процесс состоит в слиянии содержимого двух клеток (гаметангиев) мицелия и напоминает собой зигогамию или конъюгацию. Образовавшаяся зигота прямо на мицелии превращается в сумку. При этом копуляционное диплоидное ядро без периода покоя зиготы делится редукционно, затем митотически, образуя 8 гаплоидных ядер, которые облекаются цитоплазмой, формируют оболочку и превращаются таким образом в аскоспоры. Сумки у них протуникатные, т. е. с тонкой, слабо дифференцированной оболочкой, которая ослизняется или разрушается при созревании аскоспор. Такая сумка не участвует в рассеивании спор, а является лишь их вместилищем.

У высокоорганизованных аскомицетов (класс Плодосумчатые) формируются женские и мужские органы полового размножения – антеридии и архикарпы (рис. 2, а).

Рис. 2. Половой процесс у сумчатого гриба пиронемы: а – антеридий (1) и архикарп (2) с трихогиной (3); б – переход содержимого антеридия в архикарп, в – образование в аскогоне дикарионов; г – образование дикарионных аскогенных гиф (4); д, е – образование зиготы на верхушке аскогенной гифы; ж, з, и, к – мейоз и развитие сумки с аскоспорами.

Архикарп состоит из нижней расширенной части — аскогона и верхней суженной — трихогины. Содержимое антеридия, недифференцированное на гаметы, перетекает через трихогину в аскогон (рис. 2, б), где происходит плазмогамия, а гаплоидные ядра разного пола сближаются попарно, образуя дикарионы (рис. 2, в). Затем брюшко аскогона прорастает аскогенными гифами, в которых закладываются поперечные перегородки, образующие клетки с одним или несколькими дикарионамн. На концах аскогенных гиф в результате кариогамии с последующим мейозом и митозом образуются сумки с 8 аскоспорами (рис. 2, г, ж, з, и, к). Сумки возникают внутри или на поверхности плодовых тел, образуемых сплетением гиф мицелия.

Рис. 3. Типы плодовых тел аскомицетов: 1, 2 – клейстотеции; 3 – перитеции; 4 – апотеции; 5- основание гимениального слоя; 6 – сумка; 7 – парафизы; 8 – перифизы.

Различают три типа плодовых тел: 1) клейстотеции — замкнутые плодовые тела с беспорядочно расположенными внутри них сумками; 2) перитеции имеют отверстие на вершине, а сумки образуются пучком внутри плодовых тел (на дне) и способны по мере созревания активно выбрасывать споры; 3) апотеции — открытые плодовые тела, на поверхности которых палисадным слоем развиваются сумки и бесплодные гифы — парафизы (рис. 3). Совокупность сумок и парафиз составляет гимениальный слой, или гимений. Распространение спор активнее, чем в случае перитеция.

У некоторых грибов формируются ложные плодовые тела — аскостромы, по внешнему виду часто похожие на настоящие перитеции, но отличающиеся от них отсутствием собственного перидия; их оболочкой служит плектенхима стромы.

В цикле развития высших сумчатых грибов закономерно сменяют друг друга три ядерные фазы: длительная гаплоидная, представленная долгоживущим мицелием, на котором развивается конидиальное спороношение, кратковременная дикариотическая – от плазмогамии до кариогамии (существует в виде аскогенных гиф) и самая кратковременная диплоидная (диплоидное ядро материнской клетки сумки) – от кариогамии до мейоза.

Сумчатые грибы — преимущественно сапротрофы на отмерших растительных остатках, почве, пищевых продуктах, различных промышленных материалах и изделиях, вызывают их плесневение и порчу. Некоторые сапротрофы являются продуцентами антибиотиков и других биологически активных веществ. Среди сумчатых грибов встречаются съедобные виды (сморчки, строчки, трюфели) и паразиты, возбудители болезней растений, животных и человека.

Сумчатых грибов насчитывают около 30 000 видов. Аскомицеты подразделяются на 4 класса: Археаскомицеты, Гемиаскомицеты, или Голосумчатые, Настоящие сумчатые и Локулоаскомицеты. Систематика отдела основана на расположении сумок: открыто на мицелии, в особых полостях (локулах) или плодовых телах, а также на особенностях их строения (схема 1).

Схема 1. Классификация отдела Ascomycota (на схеме класс Archaeascomycetes внесен в класс Hemiascomycetes).

Класс Археаскомицеты (Archaeascomycetes)

Класс включает одноклеточные и многоклеточные грибы, у которых плодовые тела отсутствуют. Сумки у всех представителей класса эутуникатные, то есть с плотной оболочкой, часто с особым аппаратом для вскрывания и активного распространения спор.

Класс подразделяют на несколько (от 2 до 5) порядков, основным из которых является порядок Тафринальные. Порядок Тафринальные (Taphrinales). К этому порядку относятся исключительно паразиты на высших растениях, у которых они вызывают различные деформации пораженных органов (курчавость листьев, «ведьмины метлы», кармашки плодов, галлообразные вздутия и др.).

Настоящий нитчатый мицелий развивается под кутикулой или в межклетниках, однолетний или зимует в почках и побегах, легко распадается на отдельные членики. Сумки образуются пучками или в виде сплошного гимениального слоя, выступающего на поверхности пораженного органа. Сумки отходят непосредственно от мицелия или каждая помещается на отдельной подсумочной клетке в виде подставки, отделяющейся от сумки поперечной перегородкой. Сумкоспоры шаро-, эллипсовидные или продолговатые, одноклеточные, бесцветные, по 4–8 в сумке, часто в ней почкующиеся. Конидиальное спороношение у них отсутствует.

В их цикле развития наблюдается длительная дикариотическая фаза, а их сумки имеют эутуникатное строение и аскоспоры из них выбрасываются активно. Предполагают, что тафринальные филогенетически связаны с дискомицетами, а отсутствие у них плодовых тел — результат морфологического упрощения в процессе приспособления к паразитизму.

Тафринальные грибы объединены в одно семейство тафриновых (Taphrinophyceae) с одним родом тафрина, включающем около 100 видов, широко распространенных во многих странах мира Северного и Южного полушарий.

Род тафрина (Taphrina) включает грибы с эндофитным мицелием. Сумки образуются непосредственно на мицелии плотным слоем, имеющим сходство с гимением высших сумчатых грибов. Слой сумок обычно имеет желтый, красный, розовый или фиолетовый оттенок. По форме сумки могут быть цилиндрическими, булавовидными или даже удлиненными. Они достигают 60—110 мкм в высоту и 25 мкм в ширину. В основании сумок находится лишенная протопласта клетка, образовавшаяся в результате деления аскогенной клетки и сохраняющая связь сумки с гифами. В сумке 8 аскоспор округлой или яйцевидной формы, 7—10 мкм в диаметре. Они способны к почкованию, в результате чего число их в сумке может увеличиваться в 2—4 раза. Многие из тафриновых грибов гетероталличны.

Рис. 4. Жизненный цикл тафрины. А – гаплоидная стадия (дрожжи); В – дикариотическая стадия (мицелий); С – диплоидная стадия (проаски); D – развитие асков и образование половых спор. 1 – аскоспоры и почкующиеся бластоспоры (конидии); 2 – дикариотизация; 3 – дикариотический мицелий на растительной клетке, формирование аскогенного поколения; 4 – кариогамия; 5 – митоз диплоидного ядра, проаски и формирование базальных клеток; 6 – развитие асков после мейоза; 7 – митозы гаплоидных ядер, формирование аскоспор; 8 – формирование спорогенного поколения в растительных клетках.

Наиболее известны 4 вида: тафрина сливовая (Т. pruni) поражает сливу, алычу, вишню, черемуху, вызывая образование так называемых «дутых плодов» или кармашков; тафрина терносливовая (Т. insititiae) вызывает образование «ведъминых метел», волнистость и курчавость листьев слив и тернослив; тафрина тополевая (Т. rhizophora) и тафрина Визнера (Т. wiesneri), паразитирующие соответственно на тополях и вишнях или черешнях.