任务1.2真核微生物

任务1.2　真核微生物

真核微生物是指一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。主要包括酵母菌、霉菌、担子菌、藻类和原生动物等。

1.2.1　酵母菌

酵母菌是一群以出芽繁殖进行无性繁殖的单细胞真菌的统称，不是分类学上的定义。在真菌分类系统中属于子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门。已知酵母菌约有370种，多数腐生，少数寄生，分布于含糖丰富、偏酸的环境中。大多具有发酵糖类产生酒精的能力，广泛应用于食品工业。有些酵母菌引起食品腐败变质，少数引起人类疾病。

1）酵母菌的生物学特性

（1）酵母菌的形态大小和细胞结构

酵母菌的形态多样，基本形态为圆形、椭圆形、卵圆形、柠檬形、香肠形等，常见的形态多为卵圆形。细胞的大小与种类有关，一般长5～30μm，宽1～5μm，最大的可达100μm。有些可形成假菌丝。

酵母菌是单细胞真核微生物，具有典型的细胞结构（表1.3），有核膜和核仁，能进行有丝分裂，细胞质中有线粒体、中心体、内质网和高尔基体等细胞器（图1.10）。在光学显微镜下，可清晰分辨个体细胞及模糊地看到细胞内的结构。

表1.3　酵母菌细胞结构简明表

图1.10　酵母细胞的基本结构

（2）酵母菌菌落的形态特征

酵母菌的菌落特征是菌种鉴定的重要依据之一。在平板上，酵母菌菌落的形态与细菌很相似，光滑、湿润、黏稠，易被接种环挑起，比细菌菌落要大而厚；酵母菌菌落的颜色较单调，大多为乳白色，少数为红色、黑色等。有些酵母菌因培养时间过长，会起皱、干燥、颜色变暗。假丝酵母因其边缘产生丰富的藕节状假菌丝，故细胞易向外围蔓延，使菌落较大，扁平而无光泽，边缘不整齐。

2）酵母菌的繁殖方式

酵母菌的繁殖方式有无性繁殖和有性繁殖两种。一般以无性繁殖为主，分为出芽繁殖和分裂繁殖。有性繁殖则产生子囊孢子。

（1）无性繁殖

①芽殖：出芽繁殖简称芽殖，是酵母菌的主要繁殖方式。芽殖开始时，成熟的母细胞液泡产生一根小管，同时在细胞表面形成一个小突起，小管穿过细胞壁进入小突起内；接着母细胞的细胞核分裂成两个子核，一个随母细胞的部分原生质进入小突起内，小突起逐渐变大成为芽体；当芽体长大到母细胞大小的一半时，两者相连部分收缩，芽体脱离母细胞成为新细胞（图1.11）。芽体脱落时，在母细胞表面留下的痕迹称为芽痕。大多数酵母菌可在母细胞的各个方向进行出芽，称为多边芽殖；有的在细胞两端出芽，称为两端芽殖；极少数可在三端出芽，使细胞呈三角形。一个成熟的酵母细胞平均可产24个子细胞。在良好的环境中，酵母菌生长繁殖旺盛，芽殖形成的子细胞不脱离母细胞，又可进行出芽繁殖，形成成串的细胞群，像霉菌的菌丝，因此称为假菌丝。

图1.11　酵母菌芽殖过程示意图

②裂殖：分裂繁殖简称裂殖，是少数酵母菌的繁殖方式，类似细菌的二分裂。如裂殖酵母属，当细胞长到一定大小后，细胞核分裂，细胞中央产生隔膜，将母细胞分成两个单独的子细胞。

③芽裂殖：芽裂殖简称芽裂，是芽殖和裂殖的中间类型。少数酵母菌在一端出芽的同时在芽基处形成隔膜，把母细胞和子细胞分开。

有些酵母菌还可形成一些无性孢子进行繁殖，如形成掷孢子、厚垣孢子、节孢子或在小梗上形成孢子等。

（2）有性繁殖

酵母菌的有性繁殖是以形成子囊和子囊孢子的方式来进行的，一般分为三个阶段，即质配、核配和减数分裂。生长到一定阶段的两个性别不同的酵母细胞彼此靠近，各伸出哑铃状突起而接触，接触处的细胞壁变薄，细胞壁和细胞膜逐渐溶解，形成一个通道，两细胞质接触融合，形成质配。两核向通道移动、融合，形成二倍体的核，称为核配。二倍体接合子在融合管垂直方向上长出芽体，其核进入芽体内，芽体脱落，形成二倍体细胞。二倍体营养细胞因其个体大、生活力强，广泛应用于生产、研究中。当二倍体细胞接入营养贫乏的培养基，会停止营养生长而进入繁殖阶段，经过减数分裂，染色体减半后形成2、4或8个子核，每个子核的周围包有细胞质并长出细胞壁，形成孢子，称为子囊孢子。原来的二倍体细胞成为子囊（图1.12）。成熟后子囊破裂，子囊孢子释放，萌发长成单倍体酵母细胞。

图1.12　酵母菌子囊孢子的形成过程

1～4.两个细胞结合；5.接合子；6～9.核分裂；10～11.核形成子囊孢子

（3）酵母菌的生活史

在酵母菌的生活史中，既可进行无性繁殖，也可进行有性繁殖。单倍体细胞和二倍体细胞都可独立存在、进行无性繁殖。根据两种细胞存在时期长短，可把酵母菌生活史分为三种类型。

①单倍体型：以八孢裂殖酵母为代表，特点是在生活史中单倍体阶段较长，二倍体阶段较短。过程是单倍体细胞进行裂殖，质配后立即进行核配，二倍体细胞进行减数分裂形成8个子囊孢子。

②二倍体型：以路德氏酵母为代表，特点是在生活史中单倍体阶段较短，二倍体阶段较长。过程是子囊孢子在孢子囊内就成对接合，发生质配和核配，形成二倍体；该二倍体进行芽殖，产生的二倍体细胞转变为子囊，子囊内的核减数分裂形成4个子囊孢子。单倍体阶段仅以子囊孢子的形式存在，故不能进行独立生活。

③单双倍体型：以啤酒酵母为代表，特点是在生活史中单倍体阶段和二倍体阶段都可以较长，都能进行芽殖。过程是单倍体营养细胞进行出芽繁殖，在一定条件下质配、核配，形成二倍体；二倍体不立即进行减数分裂，而是进行芽殖，成为二倍体营养细胞；二倍体营养细胞在适宜条件下转变成子囊，减数分裂形成4个子囊孢子。

3）食品中常见的酵母菌

食品中常见的酵母菌分酵母菌属、毕赤氏酵母属等（见表1.4）。

表1.4　食品中常见的酵母菌简明表

1.2.2　霉　菌

霉菌是“丝状真菌”的总称。凡生长在营养基质上形成绒毛状、絮状或蜘网状菌丝体的小型真菌，都统称为霉菌。在分类学上它属于鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门和半知菌亚门；喜偏酸性、糖质环境；大多数为好氧性微生物；多为腐生菌，少数为寄生菌。霉菌在自然界分布广泛，种类繁多，在食品加工中具有重要意义。但很多霉菌能引起粮食和食品腐败变质。

1）霉菌的生物学特性

（1）霉菌的形态

霉菌的营养体由分支或不分支的菌丝构成。菌丝交织形成菌丝体。在光学显微镜下，菌丝是一种管状的细丝，直径一般为2～10μm，比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍。菌丝在功能上分化为两种：伸入培养基内吸收养料的，称为营养菌丝或基内菌丝；伸向空气中的，称为气生菌丝。

根据菌丝中是否存在隔膜，可把霉菌菌丝分成两种类型（图1.13）：一种是无隔菌丝，菌丝无隔膜，整个菌丝为长管状单细胞，含有多个细胞核，其生长只表现为细胞核的增多和菌丝的伸长，如毛霉属和根霉属等低等真菌的菌丝。另一种是有隔菌丝，菌丝中有隔膜，被隔膜隔开的一段菌丝就是一个细胞，菌丝由多个细胞组成，每个细胞内有一个或多个细胞核。在隔膜上有小孔，使细胞质、细胞核和营养物质可以相互流通。菌丝生长时，顶端细胞分裂，使细胞数目不断增加，如木霉属、青霉属和曲霉属等大部分真菌的菌丝。

图1.13　霉菌的营养菌丝

（2）霉菌菌丝的细胞结构

霉菌菌丝的细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核及各种内含物。霉菌细胞壁厚0.1～0.3μm，主要由几丁质组成。少数低等的水生霉菌细胞壁以纤维素为主。细胞膜厚7～10nm，其组成与酵母菌基本相同。细胞质中含有线粒体、核糖体和各种内含物。幼龄菌丝的细胞质充满整个细胞，老龄细胞中出现较大的液泡。细胞核有核膜、核仁和染色体，核的直径为0.7～3μm，在光学显微镜下经常消失，在菌丝的顶端细胞中也常找不到细胞核。

（3）霉菌菌落的形态特征

由于霉菌的菌丝较粗且长，所以形成的菌落较疏松，呈绒毛状、絮状或蛛网状，一般比细菌和放线菌菌落大几倍到几十倍。有些霉菌，如毛霉、根霉、脉胞菌等生长迅速，呈扩散性蔓延，以致菌落没有固定大小。菌落最初常呈浅色或白色，当长出各种不同形状、构造和颜色的孢子后，菌落表面会呈现肉眼可见的不同结构和色泽，如黄、绿、青、黑、橙等。有些霉菌的菌丝能分泌水溶性色素扩散到培养基内，使培养基的正反面颜色不同。霉菌菌落中心的菌丝菌龄比边缘的菌丝菌龄大，使菌落中央与边缘颜色不一致。

2）霉菌的繁殖方式

霉菌的繁殖能力强，方式多样，但主要通过产生无性和有性孢子进行繁殖。

（1）无性繁殖

霉菌的无性繁殖是不通过两性细胞的结合，而只通过营养菌丝分裂或分化而形成新个体的过程。霉菌的无性繁殖主要通过产生无性孢子来实现。无性孢子有：孢囊孢子、分生孢子、节孢子、厚垣孢子和芽孢子。

孢囊孢子为内生孢子（图1.14）。气生菌丝或孢囊梗顶端膨大，形成圆形、椭圆形或梨形的孢子囊，囊内的原生质分化成许多小块，每一小块内都有一个细胞核，外面产生壁将原生质包围起来，最终形成孢子囊孢子。连接孢子囊壁的菌丝称为孢囊梗，孢子囊与孢囊梗之间的隔膜称为囊轴。孢子成熟后，孢子囊破裂，孢囊孢子即分散出来，如毛霉、根霉等。

图1.14　根霉的孢囊孢子

分生孢子为外生孢子。分生孢子是真菌中最常见的一类无性孢子。在气生菌丝的顶端细胞或分生孢子梗的顶端细胞上，分割缢缩而形成的单个或成簇的孢子，称为分生孢子，如曲霉、青霉等。

节孢子是菌丝生长到一定阶段，出现许多横隔膜，然后从隔膜处断裂，产生许多成串、圆柱形的单个孢子。如白地霉的衰老菌丝可断裂形成节孢子。

厚垣孢子是菌丝顶端或中间部分的原生质浓缩、变圆、细胞壁加厚，形成圆形、纺锤形或长方形的休眠体。如总状毛霉、白地霉等。

芽孢子是菌丝细胞像发芽一样产生小突起，经过细胞壁缢缩而形成的圆形或椭圆形孢子，如毛霉和根霉在液体培养基中就能形成芽孢子。

（2）有性繁殖

霉菌的有性繁殖是通过不同性别的细胞或菌丝结合后，经过质配、核配和减数分裂产生有性孢子的过程。有性孢子包括卵孢子、接合孢子和子囊孢子等。

同一菌丝分化为大小不同的两个配子囊，大配子囊叫藏卵器，小配子囊叫雄器。在配子囊内细胞核进行减数分裂，藏卵器内形成一个或数个单倍体卵球，雄器内形成相应的单倍体配子核。配子核通过受精管进入藏卵器，与卵球接合经过质配、核配形成二倍体的卵孢子。

两个相邻的菌丝相遇，各向对方伸出极短的侧枝，互相接触，顶端各自膨大并产生横隔，形成配子囊。配子囊下面的部分称为配子囊柄。接触处的隔膜溶解，两个菌丝内的细胞质和细胞核相互融合，同时外面形成厚壁，内部形成二倍体的接合孢子。接合孢子萌发时，经过减数分裂形成大量单倍体的孢囊孢子（图1.15）。

图1.15　接合孢子

子囊孢子是子囊菌的主要特征。两条菌丝先分化出配子囊，两个配子囊结合后发育成子囊。在子囊中核配形成二倍体，二倍体再经减数分裂、有丝分裂，形成单倍体的子囊孢子。子囊是一种囊状结构，呈球形、棒形或圆筒形，每个子囊中能形成2～8个子囊孢子。

（3）霉菌的生活史

霉菌的生活史是指霉菌从孢子开始，经过一定的生长和发育，直至又产生同一种孢子的过程。整个生活史包括无性阶段和有性阶段。无性繁殖阶段是指一个无性孢子从萌发菌丝体，再由菌丝体产生无性孢子的过程。有性繁殖阶段是指在菌丝体上形成配子囊，配子囊经过质配、核配形成二倍体的细胞核，再经过减数分裂，形成单倍体的有性孢子的过程。一般的霉菌都具有这两个繁殖阶段，半知菌亚门目前只发现无性繁殖，尚未发现有性繁殖。

3）食品中常见的霉菌

食品中常见的霉菌有毛霉属、曲霉属、青霉属等（见表1.5）。

表1.5　食品中常见的霉菌简明表

知识链接

原核微生物与真核微生物的区别

自然界里存在的细胞微生物，按其细胞核的结构特点，又可分为原核微生物和真核微生物两大类型。真核微生物主要有酵母菌、霉菌和蕈类等真菌，而原核微生物主要有细菌、放线菌、立克次氏体、螺旋体、衣原体、蓝细菌等。原核生物细胞与真核生物细胞主要有以下几点区别：

1）细胞核

原核微生物细胞中具有一个絮状的核区，核区内只有一条由双螺旋脱氧核糖核酸（DNA）构成的基因体，亦称为染色体，它附着在细胞膜或中间体上。由于核外没有核膜包围，故称为原核。

真核微生物细胞具有明显的胞核，核外由核膜包围，故称为真核。核内含有由多条染色体组成的基因群体。DNA与组蛋白结合，形成复合物。

2）细胞膜

原核细胞的细胞膜形成大量褶皱，向内陷入细胞质中，折叠形成管状或囊状结构的中间体，它们是能量代谢与许多合成代谢的场所。

真核细胞的细胞膜不内陷，细胞质中有各种细胞器，如线粒体和叶绿体等，这些细胞器外表均有一层膜包围。而这些膜与细胞膜没有关系。

3）核糖核蛋白体

核糖核蛋白体又叫核糖体，分布在细胞质中，是蛋白质合成的场所。原核细胞中核糖体较小，沉降系数为70S。真核细胞中核糖体较大，沉降系数为80S。

在原核细胞蛋白质合成中，DNA的转录和转译是在细胞质中同时进行的；而在真核细胞蛋白质合成中，DNA的转录是在核中进行的，而转译则是在细胞质中进行的。

4）繁殖

原核细胞以无性的二分裂法繁殖为主，极少有接合的。真核细胞则是有性和无性繁殖兼有，接合是其繁殖方式的一部分。