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第三章 真菌的形态学
真菌形态学在真菌鉴定方面起着主要作用。真菌的孢子发生,菌丝顶端生长,产生孢子,有各种不同形态,产生的各种色素、大小、形态、分隔等,可作为真菌鉴定的参考依据。有的真菌不需减数分裂而产孢的是无性时代,即无性期;需要减数分裂而产孢的称有性时代,即有性期。
一、真菌细胞内组成
真菌属于真核细胞,有核膜包裹的核孔复合物,核中有核小体和线性染色体,胞浆中有细胞骨架微丝,大部是由肌动蛋白组成的,还有含微管蛋白的微管。胞浆中还含有各种细胞器,如线粒体、高尔基体、空泡、囊泡、核糖体等。
二、细胞壁的组成
细胞膜初步组成是由碳水化合物和共价蛋白质联合而成的。真菌细胞壁的主要物质为碳水化合物,先在质膜结构上形成,包括一些晶状物质,如α-葡聚糖、几丁质、β(1,3)葡聚糖联合的N-乙酰糖胺聚合物。晶状物可使真菌细胞壁坚固、结实,其他多糖成分包括基质,如甘露糖蛋白,可使细胞壁有通透性。
三、真菌菌落形态
真菌孢子和菌丝经大量生长繁殖后可形成真菌集团叫菌落(colony)。
(一)酵母型菌落
酵母型菌落(yeast type colony)柔软,光滑,湿润,似奶酪样。在光镜下可见单细胞性的芽生孢子,无菌丝。
(二)类酵母型菌落
类酵母型菌落(yeast-like type colony)外观与酵母型菌落一样,但有假菌丝。
(三)丝状型菌落
丝状型菌落(filmentons type colony)呈绒毛状、棉毛状、粉末状等,在光镜下有或无隔,分支或不分支,有色或无色的各种类型的菌丝。
(四)双相真菌(dimorphic fungus)
在室温培养时呈丝状型菌落,而37℃培养时则呈现酵母型或类酵母型菌落。
四、真菌的超微形态结构
(一)菌丝体生长
菌丝体生长时,顶端有许多液泡积聚至菌丝顶端,使之肿胀,形成顶端体,或形成抹刀样菌丝。有酶学证实,当菌丝生长时,几丁质(甲壳质)、葡聚糖等聚集于距顶端1μm处。还有证据表明,在质膜之外,有几丁质微丝的聚合作用。在细胞膜控制之下,产生几丁质粒,很像小的泡囊。没有其他细胞器,如核、线粒体、胞浆内质网、核糖体等。小泡囊存在于大泡囊周围微丝网状通道内,据推测,肌动蛋白、肌球蛋白与蛋白质为主的物质可能参与其结构。几丁质粒是细胞壁的主要组成成分。但微丝的基质不是由几丁质微丝组成的。有人认为,几丁质粒起源于胞浆网状物质,或多泡囊体,几丁质体能独立形成,也可能与质膜融合,或通过膜达到特殊部位,如顶尖。
真菌细胞壁分化时,也会有溶解酶,改变细胞微丝的基质,维持其弹性。β-(1,3)葡聚糖合成干扰甘露聚糖的合成。β-(1,3)葡聚糖是细胞的支柱,有证据表明,菌丝细胞壁有溶解酶的存在,形成新的几丁质微丝和细胞壁的伸展,维持真菌的生长及部分溶解,以调整真菌生长的形态。
(二)芽孢的生长
芽孢顶端没有尖端体,有许多线粒体、脂滴、网体(didyosome),伴有增生的小泡囊。孢子发生时,菌丝出现分隔,菌丝停止生长,分生孢子与产孢细胞之间,出现胞浆微管。出现一个或多个分生孢子,是由于支持菌丝出现有孔隔膜所限定的,这些细胞器自由移动,产孢细胞的菌丝,可能停止生长,或是连续产生芽生分生孢子。切片显示,线粒体、类脂体和网体与增生的小槽在一起,有大量的胞浆微管在分生孢子和产孢细胞之间的岬部,猜想这些胞浆是直接向顶端流动的,胞浆的改变,可能会有同样大小的细胞壁的改变和生长。
五、真菌的繁殖
菌丝有无分隔,分隔有何不同,涉及真菌的分类标准,如接合菌无分隔或不规则分隔,有合胞体,胞浆和核可以自由流动。子囊菌和半知菌有中央孔,被沃鲁宁(Woronin)体阻塞。担子菌较为复杂,横隔的中央孔被桶状的中央小体阻塞,称桶孔隔膜。有桶孔隔膜的菌丝,有时生出钩状菌丝,联结菌丝细胞,称锁状联合。生长于基质中的菌丝,称为营养菌丝(浸没菌丝),空气中生长的称为气中菌丝。有的菌产生菌核,圆形或不规则形,是休眠体。抵抗不良环境,环境好转则可出芽,酵母菌发芽多从两极部位出芽,也有的可以在任何部位发芽。出芽一般比母细胞小,有的连续发芽,形成链状,发芽繁殖形成菌丝,称为假菌丝。
(一)无性繁殖
酵母繁殖主要包括出芽和裂殖两个类型。菌丝繁殖包括孢子囊孢子、发芽形成分生孢子、隔膜断离形成关节孢子三种类型。许多真菌繁殖,不止一种方式,如毛孢子菌有出芽和关节孢子两种繁殖方式。
1.酵母菌
繁殖方式包括芽生和裂殖,酵母的芽生是从细胞壁的某一点发芽,母细胞进行核分裂,一部分核进入子细胞,以后在母细胞和子细胞之间产生横隔,成熟后从母体分离,母体上遗留一个瘢痕。裂殖是指首先细胞加长,核一分为二,中央产生横隔,分成两个子细胞,如马内菲青霉在组织内是裂殖繁殖的,着色芽生菌病的致病菌在组织内也是裂殖繁殖的。
2.孢子囊孢子
由接合菌产生,见于毛霉、根霉、犁头霉等,孢子囊、孢囊孢子和孢囊梗各有不同,可作为菌种鉴定依据。孢囊发生于菌丝分支或其顶端,菌丝的核及胞浆移至菌丝顶端,顶端肿胀产生孢囊,中央有囊轴产生,发育时胞浆中产生孢囊孢子,成熟时孢囊破裂,释放孢囊孢子。猜想是胞浆膜进入孢囊中间,形成多核的孢囊孢子,继发的分裂,形成单核的孢囊孢子。
3.分生孢子
见于半知菌、子囊菌和担子菌,多种多样。
(二)有性繁殖
有同宗配合和异宗配合之分,同宗配合是在同一纯菌落里,不需要交配,产生同宗真核有性期,如波氏假性阿利什霉(子囊菌)、蛙粪霉(接合菌),担子菌无同宗配合。异宗配合需要交配株,才能产生有性期孢子,如荚膜阿耶罗菌、新生线性黑粉菌(担子菌)等。有性繁殖有三个因素:①胞质融合(两个原生质体互相融合);②核融合(两个核融合);③减数分裂。
1.接合孢子
产生于接合孢子囊中,是由两个同等的或不同等的配子囊互相融合而成。配子囊可以从同一菌丝产生(同宗),也可由菌丝融合产生(异宗)。在两个配囊柄之间,当两个配子囊互相融合后,横隔消失,前接合孢子囊形成,以后囊增大、壁加厚,核融合,形成一接合孢子。
2.子囊孢子
有产囊体和产精器,在节皮菌中,产囊体好像一个短的棒状菌丝分支,而产精器像一个盘绕的分支菌丝。荚膜阿耶罗菌的产囊体像一个菌丝分支肿胀的末端,而产精器像一个盘绕的菌丝。在互相接近融合产精器的核移向产囊体中,但两核并不立即融合,双核一般进行减数分裂,成为幼稚的子囊,四个单倍体的核,在互相结合之前,可以发生或不发生有丝分裂。大囊的囊壁向内形成皱折,在核与子囊孢子之间划定界限。大多数致病菌,四个单倍体的核,进行有丝分裂,产生8个子囊孢子,但一般子囊菌的子囊孢子,可以是16个,32个或更多。
子囊果或囊实体。子实体裸露的子囊称为子囊果。分五个型:
(1)闭囊壳:
囊壁完全闭锁,只在完全成熟破裂后才释放孢子。
(2)裸囊壳:
是一个子囊果,外面有一层疏松网状包被,还有多少不等的菌丝,当成熟时,包被崩解,子囊孢子被过滤出来。
(3)子囊壳:
是闭锁子囊果,顶端有孔,包被常由假性间质细胞层组成,成熟后由开口释放孢子。
(4)子囊盘:
是一个杯状开品的囊果。
(5)子囊座:
由子座硬的真菌组织形成,从子囊腔释放出孢子。
3.担孢子
发生在外面的称为担子(basidium),产生担孢子。担子产生于子实体者,称为担子果。但有些真菌没有担子果,担子直接生于体细胞菌丝上,如新生隐球菌有性期,是由厚壁的休眠孢子称冬孢子产生的。大多数孢子菌体细胞菌丝有两个核(双核)。同宗配合时两个菌丝的核,融合成为一个,异宗配合时两性菌丝融合,核也融合。有的双核不融合,但同时进行有丝分裂,在双核细胞准备分裂时,一个在两个核之间,有一钩状短枝伸出,称为锁状联合,两个核之一游走至此之内,两个核同时分裂,子核在锁状联合内形成,母核仍留在原菌丝内,沿纵轴分裂,当锁状联合与菌丝联结时,产生隔膜。末端成对的核甚至可以在核融合后,进行减数分裂,形成担子。
六、分生孢子发生
主要在半知菌中。半知菌分为丛梗孢科、暗色孢科、瘤座孢科和束梗孢科。分生孢子发生主要有叶状和芽生孢子发生两大类。
(一)叶状孢子发生
叶状孢子发生是由菌丝转变为分生孢子。
1.关节孢子
横隔断离或关节孢子断离,如白地霉,白地霉的孢子发生方式为全节孢子型(holoarthric),而球孢子菌的关节孢子发生方式则为内关节孢子发生(enteroarthric)。
2.叶状单生型(thallic-solitary)
如皮肤癣菌(毛癣菌、小孢子菌、表皮癣菌),菌丝顶端肿胀,壁加厚,产生横隔,称为粉孢子(aleuriospore),也称粉分生孢子(aleurioconidium),如皮肤癣菌的大小分生孢子。
3.厚壁孢子
属于叶状孢子发生,但产生厚壁。如白念珠菌在玉米吐温培养基上产生厚壁孢子,某些毛霉中的真菌也可产生厚壁孢子。
(二)芽生孢子发生
生育的菌丝,其顶端好像被吹起一个气泡,形成一个分生孢子,此一过程可以产生单一的分生孢子,称单一型(solitary):分生孢子的形成是从产孢细胞的末端和(或)侧面产生。可以是向基性的连续产孢,如瓶梗产孢或环痕产孢。也可由退缩性产孢细胞产生。其次是总状型或葡萄串型,分生孢子簇生,常从产孢细胞肿胀的尖端产生,可以是同步的或是不同步的。再有就是串珠样型(catenulate)分生孢子形成一个向顶性的链,单个或分支,从产孢细胞顶端或侧面产生。再看产孢细胞的发生,有三种形态:①限定的:产生末端的芽生分生孢子后,产孢细胞不再生长,如黑孢子菌。②退缩型:连续产生分生孢子后,产孢细胞缩短,如粉红单端孢。③增长型:连续产生分生孢子,产孢细胞不断加长,如节菱孢。
1.全壁芽生型
在芽生分生孢子基部产生横隔,断离时全壁均切断。产孢方式多为合轴(假单轴)产孢(sympodium reproduction),即围绕一个菌丝(产孢细胞)为主轴,产生芽生孢子如申克孢子丝菌、裴氏着色霉等。
2.内芽生型(enteroblastic)
产孢细胞壁顶端外壁破裂,连续向基性产生孢子,是为瓶梗(phialide)产孢,如青霉、曲霉、瓶霉、镰刀菌、枝顶孢等,有各种分生孢子梗。环痕(annelide)产孢是指环痕梗外壁破裂,梗与孢子之间产生横隔,孢子脱落,梗向前生长,遗留一圈环痕,如外瓶霉、帚霉、赛多孢子菌等。孔出产孢(porospore)是由母细胞顶端孔中产生,子细胞的外壁是母细胞的内壁,可以成串产生。如链格孢、离蠕孢、凸脐孢等。
(谢婷 范瑞强 )