ОБЩАЯ И ПИЩЕВАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ЧАСТЬ I - Л. В. Красникова - 2016

5. ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ МИЦЕЛИАЛЬНЫХ ГРИБОВ

Цель работы: ознакомиться с морфологией наиболее распространенных мицелиальных грибов - возбудителей порчи пищевых продуктов.

Большинство плесневых грибов являются сапрофитами, но среди них встречаются и патогенные виды, вызывающие заболевания человека, животных, растений. Многие мицелиальные грибы вызывают порчу пищевых продуктов, размножаясь на их поверхности или внутри. Кроме того, некоторые грибы в процессе своей жизнедеятельности способны синтезировать ядовитые продукты метаболизма - микотоксины. Накопление микотоксинов в пищевых продуктах может вызывать пищевое отравление или оказывать гепатогенное, тератогенное или канцерогенное действие.

На плотных субстратах плесени образуют округлые, пушистые, паутинистые или бархатистые колонии разных цветов: черного, коричневого, зеленого, серо-голубого, желтоватого или белого цвета. Колонии плесеней состоят из большого количества ветвящихся нитей, называемых гифами, толщина которых колеблется от 1,0 до 15 мкм, длина может достигать 100 мм. Гифы ветвятся и переплетаются, образуя тело гриба - мицелий. Большая часть гифов развивается в воздухе, образуя воздушный мицелий; часть гифов врастает в субстрат, формируя субстратный мицелий. Цвет колоний плесневых грибов зависит от того, в какой цвет окрашены споры; гифы мицелия бесцветны.

5.1. Классификация грибов. Характеристика некоторых представителей

В настоящее время грибы относят к надцарству эукариот, царству Mycota (Fungi), в которое входят два отдела - грибы слизевики Myxomycota и настоящие грибы - Eumycota. Отдел Eumycota подразделяют на семь классов исходя из их строения и стадий развития: анаморфной (бесполой) и телеоморфной (половой). Четыре класса относятся к низшим грибам: Chytridiomycetes, Hyphochytridiomycetes, Oomycetes, Zygomycetes и три - к высшим: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.

Низшие грибы обладают двумя особенностями, которые позволяют отличить их от остальных грибов. Во-первых, они имеют одноклеточный мицелий, неразделенный поперечными перегородками и называемый несептированным (от греч. septum - перегородка). В связи с этим он является одноклеточным и многоядерным. Во- вторых, споры низших грибов (спорангиоспоры) всегда образуются эндогенно (от греч. endon - внутри) в особых клетках - спорангиях, находящихся на концах, плодоносящих гиф, - спорангиеносцах.

Высшие имеют хорошо развитый многоклеточный (септированный) мицелий, гифы у них разделены перегородками. Они размножаются как вегетативным путем с помощью экзоспор - конидий, так и половым путем с образованием аскоспор или базидиоспор.

Низшие грибы

1. Класс Chytridiomycetes (хитридиомицеты), как правило, не образуют мицелия, а тело представляет собой голый протопласт (плазмодий), который покрывается оболочкой в процессе превращения в спорангий. Внутри спорангия образуются подвижные зооспоры. Многие хитридиомицеты паразитируют на растениях. В пораженных клетках растений они образуют покоящиеся клетки - цисты, имеющие утолщенную оболочку.

Важнейшим представителем хитридиомицетов является возбудитель рака картофеля - Synchytrium endobioticum. На инфицированных клубнях около глазков образуются бугристые наросты - «опухоли». В наростах находится масса цист гриба. После разрушения наростов цисты попадают в почву и перезимовывают в ней. Весной цисты прорастают и превращаются в подвижные зооспоры, которые заражают молодые растения.

2. Класс Hyphochytridiomycetes (гифохитридиомицеты) - одноклеточные грибы, у которых отсутствует половая стадия размножения. Большинство видов этого класса являются внутриклеточными паразитами зеленых и бурых водорослей, культурных растений. В частности, вид Plasmodiophora rassica является возбудителем килы крестоцветных культур, а Spongospora subterranea - возбудителем порошистой парши картофеля.

3. Класс Oomycetes (оомицеты) включает водные и наземные формы, размножающиеся как бесполым путем при помощи зооспор, так и половым путем с образованием ооспор. Грибы этого класса имеют хорошо развитый мицелий. К оомицетам относится возбудитель фитофтороза - Phytophthora infestans, поражающий картофель, помидоры, баклажаны. На коротких разветвленных спорангиеносцах развиваются лимоновидные спорангии, которые после созревания попадают в почву. В них образуются зооспоры, прорастающие в гифы.

4. Класс Zygomycetes (зигомицеты) - наземные грибы, широко распространенные в природе. К ним относятся грибы родов Mucor, Rizopus, Thamnidium.

Род Mucor. Мукоровые грибы имеют пушистый паутинистый мицелий, сначала белый, затем серый. От основного мицелия поднимаются многочисленные плодоносящие гифы - спорангиеносцы, которые на концах вздуваются, образуя крупные спорангии. Снаружи спорангий покрыт тонкими шипами из кристаллов оксалата кальция. В спорангиях бесполым путем образуются многочисленные спорангиоспоры. Мукоровые грибы хорошо размножаются на поверхности влажного зерна, солода, корнеплодов, пищевых продуктов.

Mucor mucedo (рис. 5.1) образует колонии желтоватосероватого цвета с неветвящимися спорангиеносцами, достигающими в длину до 4 см. Спорангии серые, иногда коричнево-черные.

Рис. 5.1. Mucor mucedo

Род Rhizopus. Грибы рода ризопус образуют войлокообразный мицелий серо-коричневого цвета. Отличается от мукоровых грибов дугообразно согнутыми побегами, называемыми столонами. К субстрату столоны прикрепляются тонкими отростками гифов - ризоидами, над которыми располагаются пучки (кустики) спорангиеносцев по 3-5 штук (иногда до 10). Спорангии шаровидные, сначала бесцветные, после созревания - черные. Грибы вида Rizopus nigricans (рис. 5.2) поражают ягоды, корнеплоды, вызывая их порчу - «мягкую гниль».

Рис. 5.2. Rizopus nigricans

Род Thamnidium. Грибы рода тамнидиум имеют мицелий серовато-белого цвета с длинными прямостоящими спорангиеносцами, на конце которых располагается крупный спорангий. На спорангиеносцах вырастают боковые ответвления, на которых образуются мелкие спорангиоли с небольшим количеством спорангиоспор.

Thamnidium elegans (рис. 5.3) хорошо растет при низких температурах, вызывая порчу мяса и мясопродуктов при холодильном хранении.

Рис. 5.3. Thamnidium elegans

Высшие грибы

5. Класс Ascomycetes (аскомицеты - от греч. ask - сумка). Грибы этого класса имеют хорошо развитый многоклеточный мицелий. При половом процессе аскомицеты образуют аск с аскоспорами. Многие аскомицеты могут размножаться и бесполым способом с помощью экзоспор - конидий. Такую форму спороношения называют несовершенной. Наиболее распространенными представителями аскомицетов являются грибы родов Pénicillium и Aspergillus.

Род Pénicillium. Эта группа многоклеточных грибов наиболее широко распространена в природе вследствие большой устойчивости к условиям окружающей среды. Грибы рода пенициллиум образуют на поверхности субстрата низкие бархатистые колонии серого, голубоватого или зеленого цвета с более светлыми краями. Конидиеносцы у пенициллов многоклеточные, ветвящиеся. На концах разветвлений находятся вытянутые клетки - стеригмы с цепочками конидий, при этом кончики плодоносящих гифов напоминают кисточку (от лат. pénicillium - кисть). Конидии гладкие или с шипами, округлые, окрашенные в разные цвета.

Pénicillium glaucum - зеленый пеницилл (рис. 5.4) имеет серовато-зеленые колонии с прямыми кистевидно разветвленными конидиеносцами. Цепочки конидий большей частью плотно прижаты одна к другой. Этот вид часто размножается на поверхности хлеба, сливочного масла, сыров, кондитерских и макаронных изделий, на мясных тушах при холодильном хранении и других пищевых продуктах.

Pиc. 5.4. Pénicillium glaucum

Грибы видов Pénicillium roqueforti и Pénicillium camamberti используют в производстве плесневых сыров: рокфора, бри, камамбера, дор-блю и др. Они придают этим сырам характерный специфический вкус и грибной запах.

Виды P. chrysogenum и P. notatum известны как продуценты антибиотика пенициллина.

Род Aspergillus. Конидиеносцы у аспергиллов несептированы, их утолщенные верхушки заканчиваются стеригмами, от которых отшнуровываются цепочки конидий. Конидии аспергиллов при созревании приобретают различную окраску, что иногда выражается в видовом названии гриба и определяет наряду с другими признаками их видовую принадлежность.

Aspergillus niger (черный аспергилл - рис. 5.5) в начальной стадии образует белоснежный мицелий, на котором при созревании появляются конидиеносцы с коричнево-черными головками, поэтому колония гриба приобретает черную окраску.

Рис. 5.5. Aspergillus niger

Aspergillus glaucum (зеленый аспергилл) образует бархатистые колонии желтовато-зеленого цвета с короткими конидиеносцами.

Среди черных (А. niger, A. awamori), коричневых (A. terreus), желто-зеленых (A. orysae, A. flavus) аспергиллов выделены активные продуценты различных ферментов, органических кислот, антибиотиков. Некоторые аспергиллы вызывают заболевания дыхательных путей, кожи, слизистой полости рта. A. flavus образует ядовитые вещества - афлатоксины.

Род Claviceps. Главным представителем этого рода является Claviceps purpurea - фитопатогенный гриб, возбудитель спорыньи - заболевания, поражающего, в основном, рожь, реже пшеницу и ячмень в период цветения (рис. 5.6). В соцветиях пораженных спорыньей растений хорошо заметны склероции, имеющие вид рожков темнофиолетового цвета. При уборке урожая склероции осыпаются, попадают в почву и там перезимовывают. Весной склероции набухают и прорастают, образуя плодовые тела в виде головок на нитевидных ножках. Из каждого склероция развивается несколько стром, имеющих красноватую окраску. Внутри головки стромы имеются полости, в которых происходит половой процесс, включающий формирование аскогона, антеридия, а также плазмогамию и кариогамию. Процесс завершается образованием сумок (асков), содержащих по восемь нитевидных аскоспор. Созревшие аскоспоры выбрасываются на цветы злаков в период их массового цветения и там прорастают в спороносный мицелий. Через несколько дней после заражения развивается кони- диальная стадия гриба. Большую роль в распространении конидий гриба насекомыми играет «медвяная роса», в которую погружены конидии. В пораженной завязи к моменту созревания ржи мицелий уплотняется и вместо зерен формируются рожки (склероции). При повышенной влажности склероции образуются уже через неделю после появления «медвяной росы»; в сухую погоду - через две недели.

Рис. 5.6. Колос, пораженный спорыньей, и проросший склероций

Заболевание спорыньей снижает урожай зерна. Кроме того, попадание склероций в зерно может вызвать сильные отравления человека и животных (токсикозы). Описано большое количество токсинов спорыньи и их производных, обладающих высокой биологической активностью. Токсины представлены, главным образом, алкалоидами, являющимися производными эрготиновой и лизергиновой кислот. Употребление в пищу хлеба из муки, содержащей рожки спорыньи, вызывает слабость, головокружение, судороги (отравление, называемое «эрготизмом»). Примесь рожков спорыньи в зерне не должна превышать 0,05 %.

6. Класс Basidiomycetes (базидиомицеты). Это обширная группа высокоразвитых многоклеточных грибов, насчитывающая более 30 тыс. видов. Особенностью грибов этого класса является наличие специального органа - базидии, на которой в результате полового процесса развиваются базидиоспоры. К базидиомицетам относятся:

• шляпочные грибы (трубчатые, пластинчатые, игольчатые), которые имеют однолетнее плодовое тело в виде шляпки, прикрепленной к ножке;

• трутовые грибы, растущие на стволах деревьев и разрушающие древесину;

• домовые грибы, размножающиеся на деревянных частях зданий. При развитии этих грибов древесина постепенно разрушается, сгнивает;

• паразитические грибы, поражающие полевые, огородные и садовые растения. Их важнейшими представителями являются головневые (порядок Ustilaginales) и ржавчинные (порядок Uredinales) грибы.

Головневые грибы поражают преимущественно зерновые культуры, вызывая заболевание, называемое головней.

Различают твердую, пыльную и пузырчатую головню. В настоящее время широко распространена твердая (мокрая) головня пшеницы, ячменя, ржи, возбудителями которой являются виды Tilletia caries, Tilletia hordei. Головневые споры прорастают на наклюнувшемся семени еще до образования всходов. Мицелий проникает в проросток зерна и растет вместе с растением. К моменту цветения мицелий гриба проникает в завязь, и в фазе молочной зрелости внутренняя часть зерна заполняется головневыми спорами, или телеоспорами. В колосе вместо зерновки образуются округлые мешочки, наполненные массой черных хламидоспор. Пораженный колос имеет темноватый оттенок и напоминает обугленную лучину - отсюда произошло название «головня» (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Пыльная головня зерновых культур

Во время уборки урожая и при обмолоте мешочки разрушаются и споры попадают на поверхность здорового зерна. Зерно приобретает запах селедочного рассола вследствие присутствия в спорах триметиламина. Споры твердой головни гигроскопичны, при отсыревании легко мажутся. Мука из зерна, пораженного твердой головней, приобретает темный оттенок, неприятный запах и вкус, может вызвать раздражение слюнных желез и расстройство функций кишечника.

7. Класс Deuteromycetes (дейтеромицеты - несовершенные грибы). К этому классу относятся многоклеточные грибы, которые размножаются бесполым путем с помощью экзоспор - конидий или артроспор (оидий); половой процесс у них отсутствует или он не обнаружен. Иногда отсутствует и конидиальное спороношение, образуются только склероции.

Дейтеромицеты широко распространены в природе; многие из них размножаются на культурных растениях и пищевых продуктах, вызывая их порчу.

Род Cladosporium - гроздевидная плесень, на поверхности субстрата образует бархатистые колонии оливково-зеленого цвета. Мицелий многоклеточный, слабоветвистый. Кладоспориум образует бластоспоры, развивающиеся на концах конидиогенной клетки в виде вздутий и затем отделяющиеся от нее перегородкой. Оборотная сторона колоний, прилегающая к субстрату, имеет черную окраску. Cladosporium herbarum размножается при холодильном хранении на поверхности мяса, сливочного масла, сыра (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Cladosporium herbarum: а - конидии; б - конидиеносцы

Род Endomyces образует белый бархатистый мицелий, гифы которого распадаются на отдельные клетки - оидии, называемые также артроспорами (рис. 5.9). Представителем рода является молочная плесень Endomyces lactis (синоним Geotrichum candidum), которая часто развивается на поверхности кисломолочных продуктов, сыров, сливочного масла. Мицелий молочной плесени никогда не темнеет и не образует цветного плодоношения. Молочная плесень обладает активными протеазами и липазами, поэтому ее размножение в молочных продуктах вызывает их прогоркание и появление неприятного специфического запаха.

Рис. 5.9. Endomyces lactis (синоним Geotrichum candidum)

Род Fusarium образует белые или окрашенные в ярко-розовый цвет колонии. Фузариум имеет два типа конидий: макроконидии - серповидные, которые развиваются на коротких конидиеносцах, и микроконидии - более мелкие, овальные, бесцветные (рис. 5.10). Макроконидии имеют характерную серповидную форму с одной или несколькими поперечными перегородками. Микроконидии - мелкие, овальные, бесцветные, одноклеточные или с одной-двумя перегородками. Среди грибов этого рода много паразитических видов, вызывающих заболевания плодов и овощей - «фузариозы». Наиболее распространенным является вид Fusarium avenaceum. Некоторые виды накапливают микотоксины.

Рис. 5.10. Fusarium avenaceum: а - макроконидии; б - мицелий

Род Botrytis. Ботритис развивается на субстрате в виде стелющегося серого или коричневато-оливкового налета. Иногда образует склероции (скопления мицелия из плотно переплетающихся гифов), богатые запасными веществами и служащие для сохранения гриба в неблагоприятных условиях. Они окрашены в коричневый или черный цвет и видны невооруженным глазом. Botrytis имеет древовидно разветвленные конидиеносцы, на концах которых образуются короткие, густо сидящие стеригмы с гроздьями конидий (рис. 5.11). Конидии - эллипсовидные, иногда шаровидные, бесцветные. Botrytis cinerea (от греч. botrytis - гроздь, cinerea - серый) вызывает заболевания яблок, груш, ягод. Поверхность пораженных плодов покрывается пушистым серым налетом, растительная ткань буреет, размягчается под действием активных пектиназ гриба.

Рис. 5.11. Botritis cinerea: а - конидии; б - конидиеносец

Род Trichothecium имеет стелющийся мицелий, на поверхности субстрата образует мучнистый налет, состоящий из конидиеносцев и конидий. Конидиеносцы прямые, с редкими перегородками. Конидии продолговатые, образуются по одной на верхушке конидиеносца или составляют головку, которая быстро распадается (рис. 5.12). Trichothecium roseumобразует пушистые колонии абрикосоворозового цвета.

Рис. 5.12. Trichothecium roseum: а - развитие конидий; б - конидиеносцы; в - мицелий с конидиями

Род Alternaría (рис. 5.13) образует низкие паутинистые колонии сначала оливково-зеленого, а затем коричнево-черного цвета. От мицелия отходят короткие конидиеносцы, на которых находятся многоклеточные конидии грушевидной или заостренной формы. Гриб выделяет пигмент, который окрашивает субстрат под колонией в черный цвет. Грибы данного рода размножаются на сливочном масле и сыре, образуя темные пятна на их поверхности. Разные виды этого рода вызывают у растений заболевание - альтернариоз (черная гниль).

Рис. 5.13. Alternaria radicina: а - конидии; б - мицелий

Род Trichoderma (рис. 5.14). Плесень растет в виде рыхлых колоний с клочковатой поверхностью. Мицелий ползучий, бесцветный, с возрастом становится темно-зеленым. Конидиеносцы ветвящиеся, приподнятые над мицелием. На их концах развиваются заостренные стеригмы, на которых находятся головки конидий, по 20 штук в каждой. Споры между собой склеены слизью. Trichoderma lignorum имеет колонии изумрудно-зеленого цвета. Конидиеносцы вырастают на мицелии как боковые ветви.

Рис. 5.14. Trichoderma Ugnorum: а - конидии; б - конидиеносец

Род Phoma (рис. 5.15) образует на поверхности субстрата сначала белый паутинистый мицелий, который затем темнеет и на нем появляются черные пятна пикнидий. Шаровидные пикниды погружены в субстрат, имеют небольшое круглое отверстие. Оболочка пикнид темно-коричневая, почти черная. Конидиеносцы неразветвленные, конидии овальные или яйцевидные. Phoma вызывает заболевание корнеплодов - фомоз. Например, Рhoma betae вызывает сердцевинную гниль свеклы, Рhoma rostrupii - фомозную гниль моркови. Иногда Рhoma встречается в толще монолита сливочного масла в виде темных пятен.

Рис. 5.15. Phoma betae

Род Catenularia (рис. 5.16) образует мелкие, медленно растущие колонии шоколадно-коричневого цвета. Конидии блестящие, желто-коричневые, отходящие от концевых гифов воздушного мицелия в виде длинных цепочек. Catenularia fuliginea часто размножается в сгущенном молоке с сахаром, образуя комки или «пуговицы» шоколадного цвета.

Рис. 5.16. Catenularia fuliginea

Род Monilia. Это переходная форма от дрожжей к мицелиальным грибам. Вначале колонии сходны с колониями дрожжей, лишь позднее клетки удлиняются и образуют настоящий мицелий, от которого поднимаются воздушные нити. Мицелий эндогенный, выступает на поверхность в виде плотных пучков. Конидии формируются в цепочки, а затем распадаются на отдельные клетки. Многие виды рода Monilia могут поражать семечковые и косточковые культуры. Monilia fructigena вызывает плодовую гниль яблок, груш, айвы и др. Moniliadnerea развивается на вишне, сливе, вызывая серую гниль.

Monilia nigra образует на корке твердых сыров черные пятна, проникающие внутрь сыра. Monilia roseum способна размножаться на поверхности сливочного масла, образуя розовые пятна.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам отличают низшие грибы от высших?

2. Перечислите классы высших и низших грибов.

3. Назовите представителей низших грибов.

4. Назовите представителей грибов класса аскомицетов.

5. Назовите представителей грибов класса базидиомицетов.

6. Назовите представителей грибов класса дейтеромицетов.

7. Какую роль играют плесневые грибы в пищевой промышленности?