_1.Морфология и классификация мицелиальных грибов. Роль грибов в природе, сельском хозяйстве и промышленности.

Низшие эукариотные одноклеточные и мицелиальные хемоорганотрофные организмы. Их относят к особому царству – Mycota. Макромицеты образуют крупные плодовые тела, микромицеты плодовых тел не имеют. Общая характеристика: - Тело – мицелий, состоит из длинных нитей – гифов. У высших грибов гифы имеют перегородки – септы, низшие грибы – несептированные. - Грибы крупнее бактерий, диаметр гиф: 5-50 мкм и более. - Клеточная стенка из хитина. - Зернистая цитоплазма содержит много рибосом, есть митохондрии с дыхательными ферментами. включения волютина и жиров, ядро окружено мембраной. - Размножаются вегетативно, половым и бесполым путем. - Участки мицелия могут превращаться в спорангии, где формируются споры, необходимые для размножения или сохранения. Роль в природе: В природе обитают во всех естественных субстратах. Могут быть не только сапротрофами, но и паразитами и хищниками. В почве грибы участвуют в разложении органики(например, целлюлозы, лигнина). Могут вызывать порчу продуктов, деревянных построек, быть возбудителями заболеваний. Систематика: классифицируются грибы по способу размножения. 1. Отдел Myxomycota – Миксомицеты В определенные периоды цикла развития они сходны с амёбами. Их тело похоже на слизистую массу, не разделено на клетки, передвигаются миксомицеты псевдоподиями. Размножаются: а) Простым делением б) Половым путём: 2 слизистые массы сливаются => образуется плодовое тело со спорами => споры прорастают и образуют амебоидные гаметы => гаметы сливаются => зигота вырастает в новую слизистую массу 2. Отдел Eumycota – Истинные грибы 2а. Класс Chytridiomycetes: мицелий полностью отсутствует, либо он ценоцитный – неклеточный. Размножение половое(планогаметы) и бесполое(зооспоры). Это водные, почвенные обитатели, среди них есть сапротрофы и паразиты растений. 2б. Класс Zygomycetes: полностью утратили подвижные стадии в цикле развития. Размножение чаще половое, бесполое происходит с помощью спорангиеспор.К этому классу принадлежат мукоровые грибы: роды Mucor, Thamnidium, Rhizopus 2в. Класс Ascomycetes: самая обширная группа, имеют разветвленный многоклеточный мицелий. Размножение: а) Бесполое: конидиями б) Половое: аскоспорами, которые образуются после слияния гамет в сумке – аске. Аски находятся в аскокарпиях. В почве встречаются роды Aspergillus, Penicillum, также известный представитель – спорынья 2г. Класс Basidiomycetes: их мицелий состоит из многоклеточных гиф, имеют дифференцированное ядро. Размножение обычно половое: базидиями, в которых формируются по 4 базидиоспоры. Среди базидиомицетов известны многие вредители сельскохозяйственных растений, съедобные грибы. Многие из них – сапротрофы. 2д. Класс Deuteromycetes – несовершенные грибы. Тело состоит из расчленённых многоклеточных гиф. Размножаются только бесполым путём(конидии образуются на пикнидах). К дейтеромицетам относят грибы порядков Melanconiales и Moniliales, также группу грибов с неустановленным способом размножения – Mycelia sterilia

2. Спиртовое брожение, химизм, возбудители, биологическое и практическое значение.

Спиртовое брожение - микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

С₆ H₁₂ O₆ → 2 СНзCH₂ ОН + 2 СО₂ + Е

глюкоза этиловый спирт

Как и любое брожение — это сложный многоступенчатый процесс (см. 7.2), который протекает при участии комплекса ферментов. Наряду со спиртом могут образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи - сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10-15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты;

2. Анаэробные условия;

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20-28 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 5-10°С;

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 2-5 % об., а при 12-15 % об. брожение прекращается;

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 4-4,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

2С₆Н₁₂0₆ → 2CН₂0HCHOHСН₂0Н+СНзСН₂0Н+СНзСООН+2С0₂ + Е

глюкоза глицерин этиловый уксусная

спирт кислота

Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.

3. Морфология и классификация дрожжей. Роль дрожжей в природе, сельском хозяйстве и промышленности.

Дрожжи (дрожжевые грибки) – это высшие одноклеточные немицелиальные неподвижные грибы и выделение их в отдельную группу объясняется исключительно широким применениенм в ряде производств (хлебопечение, виноделие, производство спирта, пивоварение и т.д.). Большинство дрожжей относится к классу аскомицетов (сумчатых грибов) и дейтеромицетам.

Широко распространены в природе в виде так называемых диких дрожжей: встречаются в почве, на листьях, стеблях и плодах растений, в разнообразных пищевых субстратах растительного и животного происхождения.Дрожжи по отношению к кислороду делятся на факультативные анаэробы (в аэробных условиях осуществляют дыхание и активно накапливают биомассу, а в анаэробных условиях вызывают спиртовое брожение) и аэробы.

Морфологически дрожжи разнообразны. Они отличаются друг от друга размерами и формой клеток. Размеры клеток дрожжей в зависимости от вида варьируют в следующих пределах; от 2,5 до 10 микрометров в поперечнике и от 4 до 20 мкм в длину. Морфологическое разнообразие форм дрожжей изображено на рисунке.

Клетки дрожжей имеют удлиненную, овальную, колбасовидную, эллипсовидную, лимонообразную или шаро­видную форму. Форма и размеры дрожжевых клеток зависят от вида, возраста, питательной среды, способа культивирования. В процессе развития дрожжевой клетки форма ее может изменяться.

Размножение дрожжей

В зависимости от вида дрожжи вегетативно могут размножаться почкованием (так размножаются дрожжи овальной формы), бинарным делением (характерно для дрожжей цилиндрической или палочковидной формы) или почкующимсяделением. Кроме вегетативного размножения, дрожжи – аскомицеты могут размножаться половым путем с образованием аскоспор.

Почкование заключается в том, что на материнской клетке образуется бугорок (почка), который постепенно увеличивается в размерах, растет. Между почкой и производящей ее клеткой появ­ляется перетяжка. Канал, соеди­няющий материнскую и вновь фор­мирующуюся клетку, постепенно суживается и, наконец, дочерняя клетка полностью отделяется от материнской. При почковании часть ядра, протоплазмы и других кле­точных элементов материнской клетки переходит в дочернюю. В благоприятных условиях процесс почкования длится около двух ча­сов.

Нередко молодые клетки не отшнуровываются от материнской, а остаются вместе с ней. При этом происходит почкование и молодых клеток. В результате образуется целое скопление соединенных ме­жду собой клеток, напоминающее мицелий плесневых грибов. Этот мицелий называется ложным, он легко разрушается.

Многие дрожжи способны размножаться и путем споро­образования. Споры образуются внутри дрожжевой клетки, количество их колеблется от двух до двенадцати. Спорообра­зование происходит бесполым или половым путем. При беспо­лом образовании спор ядро клетки дробится, каждая частица его окружается веществом протоплазмы и покрывается оболоч­кой, превращаясь, таким образом, в спору.

Образование спор при половом размножении происходит в результате слияния двух клеток.

Споры имеют чаще всего круглую или овальную форму. Они более устойчивы к внешним воздействиям, чем вегетативные клетки, и появление их связано с ухудшением условий обитания.

Дрожжи, способные размножаться почкованием и споро­образованием, называются истинными. Некоторые дрожжи не способны к спорообразованию и раз­множаются только путем почкования. Такие дрожжи назы­ваются ложными.

Систематика дрожжей

Дрожжи подразделяются на семейства, роды и расы. Расы – это разновидности видов, которые отличаются друг от друга отношением к температуре, устойчивостью к спирту, скоростью размножения, активностью образования углекислоты и т.д.

Из дрожжей, относящихся к классу аскомицетов, большое значение имеют дрожжи-сахаромицеты рода Saccharomyces, которыешироко используются в пищевой промышленности. Главным биохимическим признаком этих дрожжей является то, что они сбраживают сахара с образованием этилового спирта и диоксида углерода. Дрожжи, используемые в промышленности, называются культурнымидрожжами. Например, в хлебопекарном производстве и в производстве спирта используются верховые дрожжи рода Saccharomyces cerevisiae (сахаромицес церевизи), в производстве ржаного хлеба и кваса нашли применение дрожжи вида Saccharomyces minor (сахаромицес минор). В пивоварении используются низовые дрожжи Saccharomyces carlsbergensis (сахаромицес карлсбергенсис).

Дрожжи-сахаромицеты имеют овальную форму, вегетативно размножаются почкованием, в неблагоприятных условиях размножаются половым путем аскоспорами. Используется также в производстве различных вин, пива, кваса, молочнокислых про­дуктов (кефира, кумыса) и др.

Дрожжи отличаются высоким содержанием белков и вита­минов (В, D, Е),поэтому применяются для пищевых и кормо­вых целей как источники этих веществ.

Некоторые спорогенные дрожжи являются дикими дрожжами. Эти дрожжи так же, как и культурные, способны осуществлять спиртовое брожение, но помимо спирта образуют много побочных продуктов (таких как альдегиды, высшие спирты, эфиры и др.) и поэтому ухудшают органолептические показатели продукта. Эти дрожжи - вредители производства различных напитков (пива, вина, безалкогольных напитков), а также возбудителями порчи многих пищевых продуктов.

Дрожжи, размножающиеся только вегетативным путем, но не способные к спорообразованию, отнесены к классу несовершенных грибов (несахаромицеты, ложные дрожжи).

Дрожжи – дейтеромицеты (не сбраживающие сахара или сбраживающие их слабо), могут размножаться только вегетативным способом.

Некоторые из этих дрожжей (например, дрожжи рода Candida) используются в промышленности для получения кормового белка, органических кислот, витаминов и других продуктов микробного синтеза.

Дрожжи вида Torulopsis kefir (торулопсис кефир) входят в состав симбиотической закваски – кефирного грибка и применяется для приготовления молочнокислых продуктов, содержащих спирт (кефира и кумыса).Другие представители несовершенных (аспорогенных) дрожжей являются дикими дрожжами и вызывают порчу многих пищевых продуктов.

К дрожжам - вредителям производства относятся дрожжи родов Pichia, Hansenula, Candida, Rhodotorula, Torula, Torulopsis, Mycoderma, Trichosporon и др. (вызывают прокисание пива, сухих вин, образуют пленки на квашеных овощах, плодах, наносят вред в производ­стве уксуса и пекарских дрожжей).

Есть патогенные формы – Candida albicans (кандида альбика) – вызывает стоматит, некоторые виды (торула утилис - для получения пищевых и кормовых дрожжей) используются как кормовые дрожжи, которые из отходов сахарной, целлюлозно-бумажной промышленности образуют белки, используемые в производстве комбикормов.