Лабораторна робота № 5
Мета роботи. вивчити особливості будови вегетативних та генеративних структур відділу Ascomycota.
1. Познайомитися з особливостями статевого процесу сумчастих грибів.
2. Вивчити життєвий цикл аскомицетов.
3. Розглянути класифікацію відділу і познайомитися з окремими представниками.
Аскоміцети - гриби з добре розвиненим септірованного гаплоидним міцелієм. Септи утворюються шляхом інвагінації, т. Е. Шляхом впячивания і зростання клітинної стінки від периферії до центру. Тому в перегородках між клітинами є пори, через які переміщаються не тільки розчинені речовини, а й органели. Складовими елементами клітинної стінки є полісахариди хітин і глюкани.
Характерна особливість грибів цього класу - освіту після статевого процесу сумок, або асков, що містять 4 - 8 (рідко одну) аскоспор (рис. 1). Крім того, діагностичною ознакою сумчастих грибів є наявність ламеллярной двухшарових клітинних стінок з тонким електронноплотного зовнішнім шаром і відносно товстим електронно-прозорим внутрішнім шаром.
Мал. 1. Статевий цикл аскомицетов на прикладі життєвого циклу Neurospora crassa. Стадії 1-4 - від проростання аскоспор до запліднення - вегетативна фаза; стадії 4-8 - від запліднення до дозрівання.
У базидіальних грибів вони багатошарові. Вегетативне розмноження здійснюється ділянками міцелію, брунькуванням або шляхом розчленування гіфи на окремі клітини і формування оидий, хламідоспор і т. Д.
Важливе місце в циклі розвитку аскомицетов грає безстатеве розмноження за допомогою конідій. Окремі групи грибів можуть розвивати декілька видів конідіального спороношення.
Типи статевого процесу визначаються рівнем організації гриба. У примітивних, найбільш просто влаштованих аскомицетов (клас голосумчатих) статевий процес полягає в злитті вмісту двох клітин (гаметангиев) міцелію і нагадує собою зигогамия або кон'югацію. Новоутворена зигота прямо на міцелії перетворюється в сумку. При цьому копуляціонное диплоидное ядро без періоду спокою зиготи ділиться редукційно, потім мітотичний, утворюючи 8 гаплоїдних ядер, які вдягаються цитоплазмой, формують оболонку і перетворюються таким чином в аскоспори. Сумки у них протунікатние, т. Е. З тонкою, слабо диференційованої оболонкою, яка ослизняется або руйнується при дозріванні аскоспор. Така сумка не бере участі в розсіюванні суперечка, а є лише їх вмістилищем.
У високоорганізованих аскомицетов (клас Плодосумчатие) формуються жіночі та чоловічі органи статевого розмноження - антеридии і архікарпи (рис. 2, а).
Мал. 2. Статевий процес у сумчастого гриба піронеми: а - антеридій (1) і архікарп (2) з трихогину (3); б - перехід вмісту антеридия в архікарп, в - утворення в аскогон дикаріон; г - освіту дикаріон аскогенних гіф (4); д, е - утворення зиготи на верхівці аскогенних гіфи; ж, з, і, до - мейоз і розвиток сумки з аскоспорами.
Архікарп складається з нижньої розширеної частини - аскогона і верхньої звуженої - трихогину. Вміст антеридия, недиференційоване на гамети, перетікає через трихогину в аскогон (рис. 2, б), де відбувається плазмогамия, а гаплоїдні ядра різної статі зближуються попарно, утворюючи дікаріони (рис. 2, в). Потім черевце аскогона проростає аскогенних гіфами, в яких закладаються поперечні перегородки, що утворюють клітини з одним або декількома дікаріонамн. На кінцях аскогенних гіф в результаті каріогамії з подальшим мейозом і митозом утворюються сумки з 8 аскоспорами (рис. 2, г, ж, з, і, к). Сумки виникають всередині або на поверхні плодових тіл, утворених сплетінням гіф міцелію.
Мал. 3. Типи плодових тіл аскомицетов: 1, 2 - клейстотеции; 3 - перітеціі; 4 - апотеции; 5 підставу гіменіального шару; 6 - сумка; 7 - парафіз; 8 - періфізи.
Розрізняють три типи плодових тіл: 1) клейстотеции - замкнуті плодові тіла з безладно розташованими всередині них сумками; 2) перітеціі мають отвір на вершині, а сумки утворюються пучком всередині плодових тіл (на дні) і здатні в міру дозрівання активно викидати суперечки; 3) апотеции - відкриті плодові тіла, на поверхні яких Палісадна шаром розвиваються сумки і безплідні гіфи - парафіз (рис. 3). Сукупність сумок і парафиз становить гіменіальний шар, або гимений. Поширення спір активніше, ніж в разі Перітеціі.
У деяких грибів формуються помилкові плодові тіла - аскостроми, за зовнішнім виглядом часто схожі на справжні перітеціі, але відрізняються від них відсутністю власного перід; їх оболонкою служить плектенхіма строми.
У циклі розвитку вищих сумчастих грибів закономірно змінюють один одного три ядерні фази: тривала гаплоидная, представлена долгоживущим міцелієм, на якому розвивається конідіальне спороношение, короткочасна дікаріотіческая - від плазмогамія до каріогамії (існує у вигляді аскогенних гіф) і сама короткочасна диплоидная (диплоидное ядро материнської клітини сумки) - від каріогамії до мейозу.
Сумчасті гриби - переважно сапротрофи на відмерлих рослинних рештках, грунті, харчових продуктах, різних промислових матеріалах і виробах, викликають їх пліснявіння і псування. Деякі сапротрофи є продуцентами антибіотиків та інших біологічно активних речовин. Серед сумчастих грибів зустрічаються їстівні види (сморчки, строчки, трюфелі) і паразити, збудники хвороб рослин, тварин і людини.
Сумчастих грибів налічують близько 30 000 видів. Аскоміцети поділяються на 4 класи: Археаскоміцети, Геміаскоміцети, або голосумчатих, Справжні сумчасті і Локулоаскоміцети. Систематика відділу заснована на розташуванні сумок: відкрито на міцелії, в особливих порожнинах (локулах) або плодових тілах, а також на особливостях їх будови (схема 1).
Схема 1. Класифікація відділу Ascomycota (на схемі клас Archaeascomycetes внесений в клас Hemiascomycetes).
Клас Археаскоміцети (Archaeascomycetes)
Клас включає одноклітинні і багатоклітинні гриби, у яких плодові тіла відсутні. Сумки у всіх представників класу еутунікатние, тобто з щільною оболонкою, часто з особливим апаратом для розтину і активного поширення спор.
Клас поділяють на кілька (від 2 до 5) порядків, основним з яких є порядок Тафрінальние. Порядок Тафрінальние (Taphrinales). До цього порядку відносяться виключно паразити на вищих рослинах, у яких вони викликають різні деформації уражених органів (курчавость листя, «відьомський мітли», кишеньки плодів, галлообразние здуття і ін.).
Справжній нитчастий міцелій розвивається під кутикулою або в межклетниках, однорічний або зимує в нирках і пагонах, легко розпадається на окремі членики. Сумки утворюються пучками або у вигляді суцільного гіменіального шару, який виступає на поверхні ураженого органу. Сумки відходять безпосередньо від міцелію або кожна поміщається на окремої подсумочной клітці у вигляді підставки, відділяється від сумки поперечною перегородкою. Сумкоспори шаро-, елліпсовідниє або довгасті, одноклітинні, безбарвні, по 4-8 в сумці, часто в ній почкующиеся. Конідіальноє спороношение у них відсутній.
В їх циклі розвитку спостерігається тривала дікаріотіческая фаза, а їх сумки мають еутунікатное будова і аскоспори з них викидаються активно. Припускають, що тафрінальние філогенетично пов'язані з дискомицетов, а відсутність у них плодових тіл - результат морфологічного спрощення в процесі пристосування до паразитизму.
Тафрінальние гриби об'єднані в одне сімейство тафрінових (Taphrinophyceae) з одним родом тафріна, що включає близько 100 видів, широко поширених у багатьох країнах світу Північної і Південної півкуль.
Рід тафріна (Taphrina) включає гриби з ендофітний міцелієм. Сумки утворюються безпосередньо на міцелії щільним шаром, що має схожість з гимением вищих сумчастих грибів. Шар сумок зазвичай має жовтий, червоний, рожевий або фіолетовий відтінок. За формою сумки можуть бути циліндричними, булавовидними або навіть подовженими. Вони досягають 60-110 мкм у висоту і 25 мкм в ширину. У підставі сумок знаходиться позбавлена протопласта клітина, що утворилася в результаті поділу аскогенних клітини і зберігає зв'язок сумки з гіфами. У сумці 8 аскоспор округлої або яйцевидної форми, 7-10 мкм в діаметрі. Вони здатні до брунькування, в результаті чого число їх в сумці може збільшуватися в 2-4 рази. Багато з тафрінових грибів гетероталлічни.
Мал. 4. Життєвий цикл тафріни. А - гаплоидная стадія (дріжджі); В - дікаріотіческая стадія (міцелій); З - диплоидная стадія (проаскі); D - розвиток асков і утворення статевих суперечка. 1 - аскоспори і почкующиеся бластоспори (конідії); 2 - дікаріотізація; 3 - дікаріотіческій міцелій на рослинній клітині, формування аскогенних покоління; 4 - кариогамия; 5 - мітоз диплоидного ядра, проаскі і формування базальних клітин; 6 - розвиток асков після мейозу; 7 - мітози гаплоїдних ядер, формування аскоспор; 8 - формування спорогенной покоління в рослинних клітинах.
Найбільш відомі 4 види: тафріна сливова (Т. pruni) вражає сливу, аличу, вишню, черемху, викликаючи утворення так званих «дутих плодів» або кишеньок; тафріна тернослівовая (Т. insititiae) викликає утворення «вед'міних мітел», хвилястість і курчавость листя слив і тернослив; тафріна тополевая (Т. rhizophora) і тафріна Візнера (Т. wiesneri), що паразитують відповідно на тополях і вишнях або черешнях.
Клас Геміаскоміцети, або голосумчатих (Hemiascomycetes)
Характерна ознака класу - відсутність у грибів аскогенних гіф і плодових тіл, за що вони і отримали назву голосумчатих. Сумки у них протунікатние, розвиваються на міцелії з зиготи або аскогенних клітин і розташовані безладно, а в одноклітинних - в живильному субстраті. Конідіальноє спороношение невідомо. Статевий процес нагадує зигогамия у мукоральних, однак, на відміну від зігоспори останніх, зигота голосумчатих не переходить в стан спокою, а відразу ж перетворюється в сумку.
Основний порядок, що виділяється за будовою вегетативного тіла, способу життя і особливостям циклу розвитку - сахароміцетальние.
Порядок Сахароміцетальние (Saccharomycetales). Порядок включає гриби, у яких сумки з 4-8 аскоспорами розвиваються поодиноко, прямо з зиготи. Зустрічаються також одно- і многоспоровие сумки. У більшості сахароміцетальних грибів справжнього міцелію немає, а вегетативне тіло представлено поодинокими клітинами, які розмножуються брунькуванням або рідше розподілом. Деякі представники мають добре розвинений, розгалужених, септірованний міцелій, у якого кінцеві гілочки часто розпадаються на дрожжевідние, здатні до брунькування клітини. На міцелії спочатку розвивається безстатеве спороношення - багатоядерні артроспори в ланцюжках (рідше подовжені спорангії), а потім статевий - гаметангии, В результаті статевого процесу утворюється зигота, яка перетворюється в одно- або многоспоровую сумку або проростає в міцелій.
Харчуються сахароміцетальние переважно сапротрофного, але деякі паразитують на тваринах і людині.
Рід сахароміцес (Saccharomyces) включає гриби, тіло яких складається з окремих округлих, овальних або подовжених нирки клітин. Іноді утворюється псевдомицелий. При брунькування можуть формуватися розгалужені короткі ланцюжки. При несприятливих умовах виникають елліпсовідниє, шаро- або булавоподібні артроспори або 1-4-спорові сумки з округлими, гладкими, безбарвними аскоспорами.
Описано понад 50 видів і кілька десятків різновидів, широко поширених по всій земній кулі. До роду відносяться так звані культурні дріжджі, т. Е. Види і раси, що набули широкого застосування в різних галузях харчової промисловості завдяки їх здатності до активної сбраживанию цукрів з утворенням найбільшого в порівнянні з іншими дріжджами кількості спирту (від 10 до 19% за обсягом) . З них найбільше практичне значення мають хлібні, або пекарські (S. cerevisiae), пивні (S. carsbergensis і S. uvarum) і винні (S. vini) дріжджі.
Пекарські дріжджі в природних умовах не зустрічається, а винні можна зустріти в природі там, де є зброджувані ними вуглеводи: на поверхні ягід винограду, фруктів, в нектарі квіток, слізетеченіях беріз, кленів та інших дерев.
1. Для приготування препарату тафріни необхідно мати фіксовані в спирті уражені листя або плоди персика, вишні, слив або черемхи. Зробити поперечні зрізи через уражені тканини. Зрізи рекомендується поміщати в 5-10% -ний розчин КОН. На поверхні зрізу видно шар сумок на різних стадіях дозрівання. У зрілих сумках міститься по 8 овальних безбарвних спор. Іноді можна спостерігати їх брунькування. Замалювати сумки зі спорами і хламідоспори. (Під сумкою добре помітна клітина - ніжка, порожня клітка міцелію або хламідоспори, виріст якої розвивається в сумку.)
2. Кінчиком скляної палички невелика кількість дріжджової маси перенести в краплю води на предметному склі і, закривши препарат покривним склом, розглянути його при великому збільшенні мікроскопа. Клітини хлібних дріжджів мають округло-елліпсовіднимі форму (одиночні або з'єднані по 2-4 в ланцюжки), а винні - у вигляді гіллястих колоній, що складаються з циліндричних клітин. На багатьох клітинах можна бачити маленькі випукліни - нирки. У мелкозернистом вмісті живих клітин дріжджів добре помітні великі, прозорі вакуолі, що займають зазвичай центральне положення. Замалювати клітини дріжджів обох видів.