Почему дрожжи относятся к царству грибов. Общая характеристика царства грибы

ТЕМА 2 ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ. ПЕРЕХОД К БАГАТОКЛІТИННОСТІ

§16. ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ГРИБЫ – ДРОЖЖИ

Вспомните строение и функции клеточной оболочки у клеток растений. Что такое биотехнология?

Какие организмы называют грибами? Вы уже знаете, что грибы объединяют в отдельную группу. Позже мы подробнее рассмотрим особенности строения, процессов жизнедеятельности и разнообразие этих организмов. Теперь лишь вспомним, что грибы, в отличие от растений, не способны к фотосинтезу. Они могут потреблять только растворы органических веществ. Клетка грибов имеет плотную клеточную оболочку подобно клеткам растений. В ее состав входит особый углевод - хитин.

Интересно знать, что углевод хитин также входит в состав покровов насекомых.

Рассмотрите рисунок 65, А. Большинство грибов имеет тело в виде отдельных нитей. Их совокупность называют грибницей.

Рис. 65. А. Схема строения шапинкового гриба: обратите внимание на грибные нити (1), расположенные в почве.

Бы. Строение клетки дрожжей:

1 - клеточная оболочка;

2 - цитоплазма; 3 - вакуоля

3 клеточным соком; 4 - ядро

Среди грибов есть как многоклеточные, так и одноклеточные. На этом уроке мы ознакомимся с одноклеточными представителями грибов - дрожжами. В отличие от большинства грибов, они не образуют грибных нитей. Клетки дрожжей имеют шаровидную или овальную форму (рис. 65, Б).

Дрожжи могут жить в водоемах, а на суше предоставляют преимущества местам, богатым на углеводы. Это может быть поверхность плодов и листьев, нектар цветков и тому подобное. Немного представителей дрожжей случается в почве. Наиболее известные среди дрожжей - сахарные, или пекарские, дрожжи.

Рис. 66. Процесс почкования у дрожжей:

1 - материнская клетка; 2 - образование почки (а); 3 - цепочки клеток

Размножаются сахарные дрожжи так называемым почкованием (рис 66). При этом от материнской клетки отделяется более мелкая дочерняя бутон. В других представителей дрожжей возможно размножение путем деления клетки пополам.

При благоприятных условиях (повышенная температура, достаточное количество сахаров, кислорода) пекарские дрожжи способны так быстро брунькуватись, что образуют цепочки клеток. Клетки в таких цепочках не держатся довольно крепко. Поэтому они легко могут отделяться друг от друга. Каждая материнская клетка может дать начало 20-30 почкам.

Каково значение дрожжей в природе и жизни человека? Дрожжи с давних времен человек использовал для выпекания хлеба. Археологические исследования показали, что в Древнем Египте сахарные дрожжи использовали при выпечке хлеба еще более 4500 лет назад.

Тесто, в котором применены дрожжи, становится рыхлым и приобретает приятных вкусовых качеств. Благодаря чему? В процессе жизнедеятельности дрожжей выделяется углекислый газ. Пузырьки этого газа поднимают тесто и делают его рыхлым и мягким.

Интересно знать, что пивные дрожжи богаты на витамины. Как вы знаете, витамины необходимы для нормального роста и развития нашего организма. Препараты из сухих пивных дрожжей можно купить в аптеках. Такие же витаминные препараты на основе дрожжей используют и для домашних животных.

Определенные виды дрожжей человек использует для изготовления пищевых добавок, богатых на белки. Дрожжевые добавки используют при изготовлении кормов для животных. Это так называемые кормовые дрожжи. Некоторые виды дрожжей применяют для очистки загрязненных нефтью водоемов.

Интересно знать, что в последнее время определенные культуры дрожжей используют для получения современного недорогого биологического топлива. Его изготавливают из растительного материала - соломы или отходов деревообрабатывающей промышленности.

В нашем организме, в частности кишечника, обычно обитают дрожжи рода Кандида и не наносят ему вреда. Но в случае массового размножения они могут вызвать заболевания у людей с ослабленной иммунной системой. Например, за длительного употребления антибиотиков. Такое заболевание носит название молочница. При этом поражаются ногти, слизистые оболочки рта и других органов. Эффективным средством для профилактики размножения грибов рода Кандида в кишечнике является регулярное употребление йогуртов и других молочнокислых продуктов, которые содержат полезные для нашего организма бактерии.

ОБОБЩИМ ЗНАНИЯ

Дрожжи - это одноклеточные грибы. их клетки имеют овальную или шаровидную форму. Они не образуют грибных нитей.

Дрожжи предпочитают средам с высоким содержанием сахара: поверхности плодов и листьев, нектара цветков и тому подобное.

Размножаются дрожжи почкованием.

Сахарные дрожжи широко применяют в хлебопекарной промышленности.

Пополните свой биологический словарь: грибница, дрожжи, почкование.

ПРОВЕРЬТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ

Выберите один правильный ответ

1. Сахарные дрожжи размножаются: а) делением пополам; б) почкованием; в) спорами.

2. В клетках сахарной дрожжей клеточная оболочка: а) есть; б) нет.

Дайте ответ на вопрос

1. В каких отраслях хозяйства человек использует дрожжи?

2. Какой вред дрожжи могут наносить человеку?

Подумайте. Почему дрожжевое тесто надо держать в теплом месте?

Грибы — древние гетеротрофные организмы, занимающие особое место в общей системе живой природы. Они могут быть как микроскопически малы, так и достигать нескольких метров. Поселяются на растениях, животных, человеке или на мёртвых органических остатках, на корнях деревьев и трав. Их роль в биоценозах велика и разнообразна. В цепи питания они являются редуцентами — организмами, питающимися мёртвыми органическими остатками, подвергающими эти остатки минерализации до простых органических соединений.

В природе грибы играют положительную роль: они пища и лекарства для животных; образуя грибокорень, помогают растениям всасывать воду; являясь компонентом лишайников, грибы создают среду обитания для водорослей.

Грибы — бесхлорофилльные низшие организмы, объединяющие около 100 000 видов, от мелких микроскопических организмов до таких великанов, как трутовики, гигантский дождевик и некоторые другие.

В системе органического мира грибы занимают особое положение, представляя отдельное царство, наряду с царствами животных и растений. Они лишены хлорофилла и поэтому требуют для питания готовое органическое вещество (принадлежат к гетеротрофным организмам). По наличию в обмене мочевины, в оболочке клеток — хитина, запасного продукта — гликогена, а не крахмала — они приближаются к животным. С другой стороны, способом питания (путём всасывания, а не заглатывания пищи), неограниченным ростом они напоминают растения.

Грибы имеют и признаки, свойственные только им: почти у всех грибов вегетативное тело представляет собой грибницу, или мицелий, состоящий из нитей — гиф.

Это тонкие, как нити, трубочки, заполненные цитоплазмой. Нити, составляющие гриб, могут туго или рыхло переплетаться, ветвиться, срастаться друг с другом, образуя плёнки наподобие войлока или видимые простым глазом жгуты.

У высших грибов гифы разделены на клетки.

В клетках грибов может быть от одного до нескольких ядер. Кроме ядер, в клетках имеются и другие структурные компоненты (митохондрии, лизосомы, эндоплазматическая сеть и пр.).

Строение

Тело подавляющего большинства грибов построено из тонких нитчатых образований — гиф. Совокупность их образует грибницу (или мицелий).

Разветвляясь, мицелий образует большую поверхность, что обеспечивает всасывание воды и питательных веществ. Условно грибы делятся на низшие и высшие. У низших грибов гифы не имеют поперечных перегородок и мицелий представляет собой одну сильно разветвлённую клетку. У высших грибов гифы разделены на клетки.

Клетки большинства грибов покрыты твёрдой оболочкой, её нет у зооспор и вегетативного тела некоторых простейших грибов. В цитоплазме гриба содержатся структурные белки и не связанные с органоидами клетки ферменты, аминокислоты, углеводы, липиды. Органоиды: митохондрии, лизосомы, вакуоли, содержащие запасные вещества — волютин, липиды, гликоген, жиры. Крахмала нет. В клетке гриба имеется одно или несколько ядер.

Размножение

У грибов различают вегетативное, бесполое и половое размножение.

Вегетативное

Размножение осуществляется частями мицелия, специальными образованиями — оидиями (образующимися в результате распадения гиф на отдельные короткие клетки, каждая из которых даёт начало новому организму), хламидоспорами (образуются примерно так же, но имеют более толстую тёмноокрашенную оболочку, хорошо переносят неблагоприятные условия), путём почкования мицелия или отдельных клеток.

Для бесполого вегетативного размножения специальные приспособления не нужны, но потомков появляется не много, а мало.

При бесполом вегетативном размножении клетки нити, ничем не отличаются от соседних, вырастают в целый организм. Иногда, животные или движение среды разрывают гифу на части.

Бывает при наступлении неблагоприятных условий нить сама распадается на отдельные клетки, каждая из которых может вырасти в целый гриб.

Порой на нити образуются наросты, которые разрастаются, отпадают и дают начало новому организму.

Часто некоторые клетки наращивают толстую оболочку. Они могут выдерживать высыхание и сохраняют жизнеспособность до десяти и более лет, а в благоприятных условиях прорастают.

При вегетативном размножении ДНК потомков не отличается от ДНК родителя. При таком размножении не нужны специальные устройства, но количество потомков невелико.

Бесполое

При бесполом споровом размножении нить гриба образует специальные клетки, создающие споры. Эти клетки выглядят как веточки, неспособные расти и отделяющие от себя споры, или как крупные пузыри, внутри которых образуются споры. Такие образования называют спорангиями.

При бесполом размножении ДНК потомков не отличается от ДНК родителя. На образование каждой споры тратится меньше веществ, чем на одного потомка при вегетативном размножении. Бесполым путём одна особь производит миллионы спор, поэтому у гриба больше шансов оставить потомство.

Половое

При половом размножении появляются новые сочетания признаков. При этом размножении ДНК потомков образуется из ДНК обоих родителей. У грибов объединение ДНК происходит по-разному.

Разные способы обеспечить объединение ДНК при половом размножении грибов:

В какой-то момент сливаются ядра, а затем и нити ДНК родителей, обмениваются кусочками ДНК и разделяются. В ДНК потомка оказываются участки, полученные от обоих родителей. Поэтому потомок чем-то похож на одного родителя, а чем-то — на другого. Новое сочетание признаков может уменьшить, и увеличить жизнеспособность потомства.

Размножение состоит в слиянии мужских и женских половых гамет, в результате чего образуется зигота. У грибов различают изо-, гетеро- и оогамию. Половой продукт низших грибов (ооспора) прорастает в спорангий, в котором развиваются споры. У аскомицетов (сумчатых грибов) в результате полового процесса образуются сумки (аски) — одноклеточные структуры, содержащие обычно 8 аскоспор. Сумки образующиеся непосредственно из зиготы (у низших аскомицетов) или на развивающихся из зиготы аскогенных гифах. В сумке происходит слияние ядер зиготы, затем мейотическое деление диплоидного ядра и образование гаплоидных аскоспор. Сумка активно участвует в распространении аскоспор.

Для базидиальных грибов характерен половой процесс — соматогамия. Он состоит в слиянии двух клеток вегетативного мицелия. Половой продукт — базидия, на которой образуются 4 базидиоспоры. Базидиоспоры гаплоидны, они дают начало гаплоидному мицелию, который недолговечен. Путём слияния гаплоидного мицелия образуется дикариотический мицелий, на котором образуются базидии с базидиоспорами.

У несовершенных грибов, а в некоторых случаях и у других половой процесс заменяется гетерокариозом (разноядерностью) и парасексуальным процессом. Гетерокариоз состоит в переходе генетически неоднородных ядер из одного отрезка мицелия в другой путём образования анастомозов или слияния гиф. Слияние ядер при этом не происходит. Слияние ядер после, перехода их в другую клетку называется парасексуальным процессом.

Нити гриба прирастают поперечным делением (вдоль клетки нити не делятся). Цитоплазма соседних клеток гриба составляет единое целое — в перегородках между клетками есть отверстия.

Питание

Большинство грибов имеет вид длинных нитей, всасывающих питательные вещества всей поверхностью. Грибы всасывают нужные вещества из живых и мёртвых организмов, из почвенной влаги и воды природных водоёмов.

Грибы выделяют наружу вещества, разрывающие молекулы органических веществ на такие части, которые гриб может впитать.

Но в определённых условиях организму полезнее быть нитью (как гриб), а не комочком (циста) как бактерия. Проверим, так ли это.

Проследим за бактерией и растущей нитью гриба. Крепкий раствор сахара показан коричневым цветом, слабый — светло-коричневый, вода без сахара — белым.

Можно сделать вывод: нитевидный организм, разрастаясь, может оказаться в местах богатых пищей. Чем длиннее нить, тем больше запас веществ, который насытившиеся клетки могут расходовать на рост гриба. Все гифы ведут себя, как части одного целого, и участки гриба, оказавшись в богатых пищей местах, питают весь гриб.

Плесневые грибы

Плесневые грибы поселяются на увлажнённых остатках растений, реже животных. Одним из наиболее распространённых плесневых грибов является мукор, или головчатая плесень. Грибницу этого гриба в виде тончайших белых гифов можно обнаружить на залежавшемся хлебе. Гифы мукора не разделены перегородками. Каждая гифа представляет собой одну сильно разветвлённую клетку с несколькими ядрами. Одни ответвления клетки проникают в субстрат и поглощают питательные вещества, другие поднимаются вверх. На верхушке последних образуются чёрные округлые головки — спорангии, в которых образуются споры. Созревшие споры распространяются воздушными потоками или при помощи насекомых. Попав в благоприятные условия, спора прорастает в новую грибницу (мицелий).

Вторым представителем плесневых грибов является пеницилл, или сизая плесень. Грибница пеницилла состоит из гифов, разделённых поперечными перегородками на клетки. Некоторые гифы поднимаются вверх, и на конце их образуются разветвления, напоминающие кисточки. На конце этих разветвлений образуются споры, с помощью которых пеницилл размножается.

Дрожжевые грибы

Дрожжи — одноклеточные неподвижные организмы овальной или удлинённой формы, размером 8-10 мкм. Настоящего мицелия не образуют. В клетке имеется ядро, митохондрии, в вакуолях накапливается много веществ (органических и неорганических), в них происходят окислительно-восстановительные процессы. Дрожжи накапливают в клетках волютин. Вегетативное размножение почкованием или делением. Спорообразование наступает после многократного размножения почкованием или делением. Оно совершается легче при резком переходе от обильного питания к незначительному, при поступлении кислорода. В клетке число спор парное (чаще 4-8). У дрожжей известен и половой процесс.

Дрожжевые грибы, или дрожжи, встречаются на поверхности плодов, на содержащих углеводы растительных остатках. От других грибов дрожжи отличаются тем, что не имеют грибницы и представляют одиночные, в большинстве случаев овальные клетки. В сахаристой среде дрожжи вызывают спиртовое брожение, в результате которого выделяются этиловый спирт и углекислый газ:

С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2 + энергия.

Этот процесс ферментативный, протекает при участии комплекса ферментов. Освобождающаяся энергия используется дрожжевыми клетками на жизненные процессы.

Размножаются дрожжи почкованием (некоторые виды — путём деления). При почковании на клетке образуется выпуклость, напоминающая почку.

Ядро материнской клетки делится, и одно из дочерних ядер переходит в выпуклость. Выпуклость быстро растёт, превращается в самостоятельную клетку и отделяется от материнской. При очень быстром почковании клетки не успевают разъединяться и в результате получаются короткие непрочные цепочки.

Не менее ¾ всех грибов — сапрофиты. Сапрофитный способ питания связан преимущественно с продуктами растительного происхождения (кислая реакция среды и состав органических веществ растительного происхождения более благоприятны для их жизни).

Грибы-симбионты связаны преимущественно с высшими растениями, мохообразными, водорослями, реже — с животными. Примером могут быть лишайники, микориза. Микориза — это сожительство гриба с корнями высшего растения. Гриб помогает растению усваивать труднодоступные вещества гумуса, способствует поглощению элементов минерального питания, помогает своими ферментами в углеводном обмене, активизирует ферменты высшего растения, связывает свободный азот. От высшего растения гриб, очевидно, получает безазотные соединения, кислород и корневые выделения, способствующие прорастанию спор. Микориза очень распространена среди высших растений, она не обнаружена лишь у осоковых, крестоцветных и водных растений.

Экологические группы грибов

Почвенные грибы

Почвенные грибы участвуют в минерализации органического вещества, образовании гумуса и т.п. В этой группе выделяют грибы, попадающие в почву только в определённые периоды жизни, и грибы ризосферы растений, живущие в зоне их корневой системы.

Специализированные почвенные грибы:

• копрофиллы - грибы, обитающие на почвах, богатых перегноем (навозные кучи, места скопления помёта животных);
• кератинофиллы - грибы, обитающие на волосах, рогах, копытах;
• ксилофиты - грибы, разлагающие древесину, среди них различают разрушителей живой и мёртвой древесина.

Домовые грибы

Домовые грибы — разрушители деревянных частей построек.

Водные грибы

К ним относится и группа микоризных грибов-симбионтов.

Грибы, развивающиеся на промышленных материалах (на металле, бумаге и изделиях из них)

Шляпочные грибы

Шляпочные грибы поселяются на богатой перегноем лесной почве и из неё получают воду, минеральные соли и некоторые органические вещества. Часть органических веществ (углеводы) они получают от деревьев.

Грибница — главная часть каждого гриба. На ней развиваются плодовые тела. Шляпка и ножка состоят из плотно прилегающих друг к другу нитей грибницы. В ножке все нити одинаковы, а в шляпке они образуют два слоя — верхний, покрытый кожицей, окрашенной разными пигментами, и нижний.

У одних грибов нижний слой состоит из многочисленных трубочек. Такие грибы называют трубчатыми. У других нижний слой шляпки состоит из радиально расположенных пластинок. Такие грибы называют пластинчатыми. На пластинках и на стенках трубочек образуются споры, с помощью которых грибы размножаются.

Гифы грибницы оплетают корни деревьев, проникают в них и распространяются между клетками. Между грибницей и корнями растений устанавливается полезное для обоих растений сожительство. Гриб снабжает растения водой и минеральными солями; заменяя на корнях корневые волоски, дерево уступает ему часть своих углеводов. Только при такой тесной связи грибницы с определёнными породами деревьев возможно образование плодовых тел у шляпочных грибов.

Образование спор

В трубочках или на пластинках шляпки образуются особые клетки — споры. Созревшие мелкие и лёгкие споры высыпаются, их подхватывает и разносит ветер. Разносят их насекомые и слизни, а также белки и зайцы, поедающие грибы. Споры не перевариваются в пищеварительных органах этих животных и выбрасываются наружу вместе с помётом.

Во влажной, богатой перегноем почве споры грибов прорастают, из них развиваются нити грибницы. Грибница, возникающая из одной споры, может образовывать новые плодовые тела лишь в редких случаях. У большинства видов грибов плодовые тела развиваются на грибницах, образованных слившимися клетками нитей, берущих начало от разных спор. Поэтому клетки такой грибницы двухъядерные. Грибница растёт медленно, лишь накопив запасы питательных веществ, она образует плодовые тела.

Большинство видов этих грибов — сапрофиты. Развиваются на перегнойной почве, отмерших растительных остатках, некоторые на навозе. Вегетативное тело состоит из гиф, образующих находящуюся под землёй грибницу. В процессе развития на грибнице вырастают зонтикоподобные плодовые тела. Пенёк и шляпка состоят из плотных пучков нитей грибницы.

У части грибов на нижней стороне шляпки от центра к периферии радиально расходятся пластинки, на которых развиваются базидии, а в них споры — это гименофор. Такие грибы называют пластинчатыми. У отдельных видов грибов имеется покрывало (плёночка из неплодных гиф), защищающее гименофор. При дозревании плодового тела покрывало разрывается и остаётся в виде бахромы по краям шляпки или кольца на ножке.

У некоторых грибов гименофор имеет трубчатую форму. Это трубчатые грибы. Их плодовые тела мясистые, быстро загнивают, легко повреждаются личинками насекомых, поедаются слизнями. Размножаются шляпочные грибы спорами и частями мицелия (грибницы).

Химический состав грибов

В свежих грибах вода составляет 84-94% общей массы.

Белки грибов усваиваются только на 54-85% — хуже, чем белки других растительных продуктов. Усвоению препятствует плохая растворимость белков. Жиры, углеводы усваиваются очень хорошо. Химический состав зависит от возраста гриба, его состояния, вида, условий произрастания и др.

Роль грибов в природе

Многие грибы срастаются с корнями деревьев и трав. Их сотрудничество взаимовыгодно. Растения дают грибам сахар и белки, а грибы разрушают находящиеся в почве мёртвые остатки растений и всасывают всей поверхностью гиф воду с растворёнными в ней минеральными веществами. Корни, сросшиеся с грибами, называют микоризой. Большинство деревьев и трав образуют микоризу.

Грибы играют в экосистемах роль разрушителей. Они уничтожают мёртвую древесину и листья, корни растений и трупы животных. Все мёртвые остатки они превращают в углекислый газ, воду и минеральные соли — в то, что могут усвоить растения. Питаясь, грибы набирают вес и становятся пищей животных и других грибов.

Теодор Шван (1810-1882) назвал дрожжевые клетки Zuckerpilz, сахарными грибами, и это имя дальше трансформировалось в сахаромицеты, saccharomyces - род к которому принадлежат все дрожжи.

Дрожжи принадлежат к царству грибов, подразделяются на два больших типа: базидомицеты, почкообразующие дрожжи, названные так, поскольку они делятся с образованием почки; и аскомицеты имеющие палочкообразную форму и делящиеся удлинением одного из концов.

Большинство дрожжей используют почкообразующий тип деления. Хотя простой рост на культуральной среде клеток вида saccharomyces cerevisiae, как и большинство других видов дрожжей, дает ограниченное количество почек, около 20. Как бы то ни было, в культуре только половина клеток делится, и совсем немногие дают до 20 почек. Отравление, мутации, температура и другие факторы влияют на жизнеспособность дрожжей. Ближе к концу брожения много дрожжей собирается в комки, феномен известный, как флокуляция. Процесс флокуляции не полностью ясен, но известно, что он вызывается двухвалентными ионами - такими как магний, кальций, и марганец.

Биология

Дрожжи - живые организмы образованные одной клеткой. Каждая клетка, сферической или яйцевидной формы - гриб, размером не превышающий 6-8 тысячной части миллиметра.

Дрожжи, как и любой другой живой организм, живут благодаря присутствию кислорода (аэробиозис). Но у них есть способность адаптироваться к окружающей среде, лишённой кислорода (анаэробиозис).

Для обеспечения себя энергией они могут использовать разные углеводные субстраты, в основном сахара:

• глюкоза - наиболее предпочтительная пища для Saccharomyces cerevisiae
• сахароза - сразу же трансформируется в глюкозу и фруктозу ферментами дрожжей
• мальтоза - основной эндогенный субстрат французского хлебного брожения
• многие другие сахара

В своей интересной научной работе Vern J. Elliot показал, как дрожжи используют разные типы сахаров. Если вы посмотрите на график, вы увидите скорость роста дрожжей во времени при питании их разными сахарами.

Поскольку в эксперименте изучались 250 видов дрожжей, разные виды дрожжей показали похожие результаты: сахароза приводила к самому быстрому росту. Можно предположить, что и ваши дрожжи дадут подобный результат.

Что это значит? Если использовать меньше дрожжей и больше тростникового сахара (сахарозы), можно получить длительное выделение CO 2 . С другой стороны, количество и продолжительность выделения CO 2 больше зависит от вида дрожжей, чем от типа сахара. Существуют специфические мутированные виды дрожжей. Также продолжительность жизни культуры дрожжей, прежде чем она вымрет из-за отравления, больше зависит от количества выделяемого спирта, чем от вида сахара. Кислотность играет менее существенную роль, чем принято думать. В общем, резоннее всего использовать сахарозу, хоть это и не обязательно.

В зависимости от условий окружающей среды, дрожжи запускают два типа метаболизма: аэробный, анаэробный.

Аэробное состояние

В присутствии кислорода дрожжи продуцируют из сахара и кислорода диоксид углерода, воду и огромное количество энергии. Этот метаболический процесс называется дыхание. В этих условиях окисление глюкозы происходит полностью (цикл Кребса):

Глюкоза + Кислород -> Диоксид углерода + Вода + Энергия.

Вся энергия, содержащаяся в глюкозе, высвобождается. Эта энергия необходима дрожжам для жизни. Они также способны синтезировать органику для роста и размножения. Это в том случае, если они найдут необходимые питательные элементы в окружающей среде, в частности азот.

Анаэробное состояние

Без кислорода дрожжи тоже могут использовать сахар для получения энергии в необходимых для жизни количествах. Этот метаболический процесс называется брожением (гликолиз). Сахара трансформируются в диоксид углерода и спирт. Глюкоза окисляется не полностью:

Глюкоза -> Диоксид углерода + Спирт + Энергия
или
C 6 H 12 O 6 + Saccharomyces cerevisiae = 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 !

Спирт, который образуется в результате этого преобразования, всё ещё содержит огромное количество энергии. Это только часть энергии, содержащейся в молекуле глюкозы, одна двадцатая часть вырабатываемой при дыхании энергии. Этот процесс обеспечивает минимум энергии для жизни, но не позволяет делиться быстро.

Описание видов дрожжей

Пекарские дрожжи

Пекарские дрожжи - самые легкодоступные. Их наверняка можно купить в ближайшем супермаркете. Это высушенные активные дрожжи. Большинство из них продаются в маленьких пакетиках.

Прессованные дрожжи

Также называемые кондитерскими. Прессованные дрожжи состоят из примерно 30 % сухого вещества и 70 % сырого содержимого. Они очень быстро портятся и их следует хранить в морозилке.

Прессованные дрожжи живут приблизительно две недели от момента их производства и распаковки, если они хранились при температуре 23 °C. При температуре 0-5 °C прессованные дрожжи теряют приблизительно 10 % их газообразующих способностей каждые 4 недели. При температуре 7 °C они теряют 4 % активности в неделю. При температуре 35 °C половина активности теряется в 3-4 дня. Их можно хранить два месяца при −1 °C, тогда производство CO 2 можно получить от дрожжей хранившихся два месяца.

Для прессованных дрожжей используйте тёплую воду.

Активные сухие дрожжи

Активные сухие дрожжи состоят примерно на 92 % из сухого остатка и на 8 % из смеси. Их хранят в холодном сухом месте при температуре не выше 25 °C. Время жизни активных сухих дрожжей при комнатной температуре - около 2 лет с момента производства. Открытые дрожжи желательно хранить в герметичном контейнере в холодильнике, где они будут сохранять активность около 4 месяцев.

Растворять активные сухие дрожжи следует в четырёх объёмах тёплой воды, через 10 минут после растворения их нужно перемешать. Вода не должна быть горячей, не теплее 35 °C.

Быстрорастворимые активные сухие дрожжи

Быстрорастворимые активные дрожжи состоят на 96 % из твёрдого остатка и на 4 из % смеси. Я бы рекомендовал их хранить в прохладном сухом месте при температуре не выше 25 °C.

Время жизни быстрорастворимых дрожжей при комнатной температуре - около 2 лет с момента изготовления. Открытые быстрорастворимые дрожжи можно хранить в герметичной упаковке в холодильнике, где они сохраняют активность до 4 месяцев. Для растворения этих дрожжей их надо залить пятью объёмами теплой воды, подождать 10 минут и перемешать.

Не имеет значения как вы храните дрожжи в холодильнике, но если вы их замораживаете, то вы продлеваете их время жизни. Единственный аргумент против заморозки - это перепады температуры в холодильнике при открывании и закрывании дверей и циклах разморозки. Перепады температуры разрушают дрожжевые клетки.

После разморозки дрожжам надо дать время нагреться до комнатной температуры перед растворением их в тепловатой воде. В противном случае температурный шок может разрушить дрожжевые клетки.

Пивные дрожжи

Это специфический вид дрожжей, используемых в пивоварении. Существует множество видов дрожжей, которые используются в приготовлении разных видов пива с совершенно разными вкусовыми характеристиками. Это не «…чистая горная вода…», или «…любимые руки пивного мастера…». Это всё делают дрожжи. Используя разные виды дрожжей, получают разный вкус пива. Saccharomyces cerevisiae, и Saccharomyces uvarum - это виды темного и светлого пива соответственно.

Первичные виды дрожжевых культур производят пиво во всем мире. Дрожжи для эля - особый штамп S. cerevisiae, который лучше адаптирован к повышенному содержанию спирта. Большинство таких живых культур находятся в жидкой форме, они не требуют процесса растворения, как сухие дрожжи.

Винные или шампанские дрожжи

Они могут бродить в более высоком диапазоне температур и более терпимы к высокому уровню спирта в растворе, который токсичен для большинства других дрожжей.

Эти дрожжи осаждаются на дно, в отличие от хлебных и пивных дрожжей, которые скапливаются у поверхности клейкой массой. Шампанские дрожжи обычно не образуют пены на поверхности. То есть, при использовании их в дрожжевых генераторах для аквариума, возникает гораздо меньше проблем с попаданием дрожжей в трубки.

Что нужно учесть

Природа дрожжей такова, что они могут выдержать высушивание, дробление, прессование. Основное правило при работе с брожением - это чистоплотность. Дрожжи могут не выжить с другими бактериями, их ёмкость надо содержать в максимальной чистоте и стерильности.

Стерильность

Тщательно промывайте дрожжевые генераторы горячей водой, не используйте мыло. Храните запасные бутылки плотно закрытыми крышками. Кипятите воду, которую вы хотите использовать, стерилизуйте крышки. Ошпаривайте вашу двухлитровую бутыль с помощью воронки. Пока вода горячая, добавьте сахар и плотно закройте стерильной крышкой. Потрясите. пока сахар не растворится. Это простерилизует бутыль, воду и сахар, не открывайте бутылку пока вода не остынет до комнатной температуры и вы не будете готовы добавить дрожжи.

Активация сухих дрожжей

Если вы планируете использовать сухие дрожжи, нужно сначала активировать культуру. Как ранее обсуждалось, дрожжи нуждаются в аэробном окружении при старте, после чего они с готовностью переключатся на анаэробные условия. Многие пропускают этот этап и наливают смесь прямо в бутылку. Многие дрожжи погибают из-за того, что они не успели закончить свою аэробную фазу жизни перед сменой её на анаэробную и из-за разрушения клеточных стенок.

Плесневые грибы появились на нашей планете около 200 миллионов лет назад. Плесень способна как лишить жизни, так и спасти от смерти. Плесень выглядит красиво, но при этом других чувств, кроме отвращения, не вызывает. Плесневые грибы – это разнообразные грибы, формирующие ветвящиеся мицелии без крупных плодовых тел. Плесень относится к микромицетам. Это грибы и грибообразные, имеющие микроскопические размеры. Плесневые грибы широко распространены в природе, они развиваются практически повсеместно. Большие колонии растут на питательных средах при высокой температуре и повышенной влажности, причем рост плесени не ограничен при условии наличия пищи. Плесневые грибы отличаются неприхотливостью к среде обитания и пище.

Рис.1. Строение мицелия и вегетативных органов размножения плесневых грибов

В строении плесневых грибов различают ветвящиеся гифы, образующие грибницу, или мицелий. Грибы, относящиеся к плесневым, чрезвычайно разнообразны, но для них всех характерны типичные черты. Мицелий (грибница) плесневых грибов является основой их вегетативного тела и выглядит как комплекс ветвящихся тонких нитей (гиф). Гифы гриба расположены на поверхности или внутри субстрата, на котором поселился гриб. В большинстве случаев плесени образуют грибницы больших размеров, занимающие обширную поверхность. Низшие грибы имеют неклеточную грибницу, тогда как у большинства плесневых грибов грибница поделена на клетки.

Размножение плесневых грибов

Грибы способны размножаться различными способами. Наиболее простым, свойственным всем грибам, является размножение частями мицелия. Каждая часть мицелия (грибница), попав на новый участок субстрата, при благоприятствующих обстеятельствах становится самостоятельной и развивается как целый организм, а часть мицелия, которая погружена в питательный субстрат, играет основную роль в обеспечении организма плесневого гриба питательными веществами, влагой и минеральными веществами. Воздушная же часть, поднимающаяся над поверхностью субстрата, как правило, служит для образования различных телец, с помощью которых плесневые грибы размножаются (оидии, споры, конидии и др.).

Оидии - это тельца, представляющие собой части мицелия. Образуются они некоторыми многоклеточными грибами, у которых зрелый мицелий распадается на множество мелких участков, приобретающих плотную оболочку.

Споры - тельца различной формы, имеющие размеры до нескольких микрон; обычно находятся на концах гиф воздушной части мицелия, внутри особых образований овальной и полукруглой формы - спорангий.

Спор ангиоспоры образуются путем распада многоядерной цитоплазмы молодого спорангия на множество отдельных участков, которые постепенно покрываются собственной оболочкой и превращаются в споры.

Нити воздушного мицелия, несущие спорангии, носят название спорангиеносцев. Такое образование спор характерно для одноклеточных грибов. У многоклеточных формируются так называемые экзоспоры, т. е. внешние, или наружные, которые чаще именуют конидиями, а воздушные гифы, несущие их,- конидиеносцами. Конидии образуются путем отделения непосредственно от конидиеносцев или особых клеток, расположенных на их вершине. Эти клетки обычно имеют продолговатую форму и называются стеригмами. Конидии располагаются на конидиеносцах (или на стеригмах) поодиночке, цепочками и др.

Спорангиеносцы и конидиеносцы на поверхностях материалов, пораженных грибами, образуют видимый пушистый налет. Различная окраска его (зеленая, черная, оливковая, розовая, белая, серая и др.) зависит от окраски конидий, спор, оидии, которые па достижении грибами физиологической’зрелости образуются в громадном количестве. Мицелий грибов, как, правило, бесцветен.

Многие грибы, размножаясь тем или иным вегетативным способом, при подходящих условиях развития могут размножаться и половым путем. Процесс этот у разных грибов неодинаков. Однако всегда при этом образуются особые плодовые тела, в отдельных случаях достигающие огромных размеров (шляпочные, пластинчатые, трубчатые и другие встречаемые в природе грибы представляют собой плодовые тела плесневых грибов).

Половые споры располагаются на пластинках или во вместилищах - сумках. Примером последних могут служить различные виды дождевиков, строчки. Грибы, способные размножаться Хламидоспоры и склероции грибовполовым путем, называют совершенными. Некоторые грибы вообще не размножаются половым путем. Их относят к несовершенным. Знание особенностей строения мицелия, органов вегетативного размножения, строения плодовых тел необходимо в практической работе для распознавания конкретных возбудителей тех или иных процессов.

Многие грибы при наступлении неблагоприятных условий способны образовывать покоящиеся стадии в виде так называемых склероций. Это крепкие, твердые с поверхности, обычно темные, а внутри белые желвачки различных размеров и форм, образованные из плотно переплетенных гиф. Склероций, попадая в благоприятные для развития условия, прорастают и образуют те или иные (в зависимости от вида гриба) органы размножения. Они часто образуются в колосьях злаков. Другой покоящейся стадией являются хламидоспоры. При их образовании цитоплазма внутри гиф собирается в виде комочков, образуя новую оболочку, обычно толстую и окрашенную, и гифы становятся похожими на цепочки или четки, состоящие из хламидоепор. Иногда хламидоспоры образуются только на концах гиф. Многоклеточное строение, дифференциация жизненных функций между частями гриба - воздушным и глубинным мицелием - свидетельствуют о том, что плесневые грибы являются более высокоорганизованными, сложными организмами по сравнению с бактериями.

Питание грибов

Рис.2. Плесневые грибы Fungus aspergillus fumigatus

В природе встречаются множество видов плесени, например, Penicillium spp, Mycorales, Aspergillus, Fusarium, Dematiaceae, Saccharomycetaceae, т.д. Большое значение для человека имеют грибы рода пенициллум. Пеницилл представляет собой плесень зеленого цвета, развивающуюся на растительных субстратах, в том числе пищевых продуктах. Пеницилл продуцирует антибиотик пенициллин – первый открытый в мире антибактериальный препарат. Также важно использование человеком в хозяйстве дрожжей, относящихся к сахаромицетовым грибам. Дрожжи – это грибы, которые не формируют классический мицелий, а их вегетативные клетки размножаются почкованием или делением. Дрожжевые грибы могут жить как отдельные одиночные клетки в течение всего жизненного цикла. С древних времен дрожжи широко используются человеком, так как эти грибы участвуют в процессе спиртового брожения. Это свойство дрожжей применяют в производстве спирта и спиртсодержащих продуктов, виноделии, хлебопечении, кондитерском деле, продукции кормового белка для питания скота.

Много видов плесневых грибов обладают патогенными свойствами, то есть могут спровоцировать заболевания человека, животных, растений. Другие виды плесени вредят хозяйству человека, потому что портят пищевые продукты, в том числе овощи и фрукты, при длительном хранении, вызывают повреждение лесоматериалов, тканей.

Дрожжи, их строение и размножение

Дрожжи представляют собой одноклеточные неподвижные организмы. Они могут быть различной формы: эллиптической, овальной, шаровидной и палочковидной. Длина клеток колеблется от 5 до 12 мкм, ширина - от 3 до 8 мкм. Форма и размеры дрожжевых клеток непостоянны и зависят от рода и вида, а также от условий культивирования, состава питательной среды и других факторов. Более стабильны молодые клетки, поэтому для характеристики дрожжей используют молодые культуры. Дрожжевая клетка состоит из клеточной оболочки, прилегающей к ней цитоплазматической мембраны, цитоплазмы или протоплазмы, внутри которой расположены органоиды и включения (запасные вещества) в виде капелек жира, зерен гликогена и волютина.

Рис.3. Схема строения дрожжевой клетки

1 - делящееся ядро; 2 - гликоген; 3 - волютин; 4 - митохондрии

Дрожжи относятся к классу сумчатых грибов (Ascomycetes - аскомицетов) к подклассу простейших сумчатых (Protoascales - протоасков). В основу классификации дрожжей положены способ размножения и некоторые физиологические признаки. Главным систематическим признаком является способность к образованию спор. По этому признаку дрожжи делятся на две группы: спорогенные дрожжи - дрожжи, способные образовывать споры, и аспорогенные дрожжи - не образующие спор, т. е. не имеющие полового размножения.

По мнению некоторых исследователей, вторую группу дрожжей следует отнести к классу несовершенных грибов (Fungi imperfecti - фунги имперфекти), хотя потеря способности к половому размножению вторична, и они могут быть также отнесены к сумчатым грибам. Классификация спорогенных грибов предложена в 1954 г. В. И. Кудрявцевым. В ее основу положен способ вегетативного размножения. В. И. Кудрявцев предлагает объединить все дрожжи в один порядок одноклеточных грибов (Unicellomycetales - уницелломицетов).

Спорогенные дрожжи он делит на три семейства по признаку вегетативного размножения:

Семейство Saccharomycetaceae (сахаромицетаце) - размножаются почкованием. К этому семейству относятся роды Saccharomyces (сахаромицес), имеющий наибольшее практическое значение, Pichia (пихия), Наsеnulа (ганзенула) и др. (всего 17 родов). Различаются они по форме спор и способу их образования и прорастания.

Семейство Schizosaccharomycetaceae (шизосахаромицетаце) - размножаются делением. К этому семейству относятся два рода: Schizosaccharomyces (шизосахаромицес) и Octosporomyces (октоспоромицес).

Семейство Saccharomycodaceae (сахаромикодаце) - размножение начинается почкованием и заканчивается делением. Главные роды этого семейства Saccharomycodes (сахаромикодес) и Наnsеniаsроrа (ганзениаспора).

Аспорогенные дрожжи классифицируются по системе Ж. Лоддер и Крегера ван Рий, предложенной в 1952 г. В основу классификации положены способность микроорганизмов образовывать ложный мицелий и способность к брожению. Главными родами этой группы являются Саndidа (кандида) и Torulopsis (торулопсис).

Дрожжи могут размножаться вегетативным путем (почкованием или делением) и при помощи спор. При почковании на материнской клетке возникает бугорок – почка, которая растет и, достигнув определенных размеров, отделяется от материнской клетки. При благоприятных условиях процесс почкования длится около 2 ч. У некоторых дрожжей дочерние клетки не отделяются от материнских, а остаются соединенными, образуя ложный мицелий (пленчатые дрожжи).

У большинства дрожжей при неблагоприятных условиях, например при резком переходе от хорошего питания к плохому, происходит образование спор, хотя существуют аспорогенные дрожжи, никогда не образующие спор (Candida, Torulopsis). Споры большей частью образуются бесполым путем, хотя ядро клетки перед этим претерпевает редукционное деление, так что споры обладают гаплоидным (одинарным) набором хромосом.

В клетке возникает от 2 до 8 аскоспор, которые при созревании могут продолжать размножаться почкованием, давая ослабленное гаплоидное поколение. В результате слияния двух гаплоидных аскоспор образуется диплоидная зигота, дающая впоследствии нормальное поколение. Образование половых спор наблюдается у дрожжей Zigosaccharomyces (зигосахаромицес). У них образованию спор предшествует слияние клеток (копуляция).

Практическое значение дрожжей

Наибольшее практическое значение имеют дрожжи Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces ellipsoideus. Дрожжи Sacch. cerevisiae могут иметь форму округлую или овальную. Широко используются в хлебопечении, пивоварении, квасоварении и для производства спирта. Под влиянием условий среды отдельные виды дрожжей приобрели некоторые обособленные признаки. Эти разновидности дрожжей принято называть расами. В различных отраслях промышленности применяют свои расы дрожжей. Спиртовая промышленность, например, применяет расы XII, XV, II, Я. М и др. Они обладают способностью активно сбраживать сахара при температуре 28-30° С и сравнительно устойчивы к спирту. Для приготовления пива используют расы с медленным брожением при сравнительно низких температурах (4-10°С), придающие напитку аромат, с небольшим содержанием спирта. В хлебопечении применяют расы, обладающие быстротой размножения, энергией брожения и подъемной силой.

Дрожжи Sacch. ellipsoideus (Sacch. vini). Эта группа дрожжей эллипсоидной формы. Они чаще всего используются в виноделии. Имеется несколько рас со свойствами придавать винам характерный вкус и аромат (букет). Представители группы дрожжей Sacch. lactis вызывают спиртовое брожение в кисломолочных продуктах.

Наряду с полезными представителями имеются виды из рода Saccharomyces (например, Sacch. Pasteurianum, Sacch. intermedius, Sacch. validus, Sacch. turbidans), которые являются вредителями пивоваренного производства. При своем развитии в пиве придают ему неприятный вкус и запах, напиток получается мутным. К классу аскомицетов относят ряд дрожжей и дрожжеподобных организмов, которые утратили способность к спорообразованию. Некоторые из них вызывают порчу сырья и готовой пищевой продукции.

Дрожжи относятся к группе одноклеточных грибов, которые утратили мицелиальное строение, потому что средами их обитания стали субстраты жидкой или полужидкой консистенции, содержащие в большом количестве органические вещества. В группу дрожжевых грибов входят 1500 видов, которые принадлежат к классам базидиомицетов и аскомицетов.

В природе дрожжи широко распространены и обитают на субстратах, богатых сахарами, питаясь нектаром цветов, соками растений, мертвой фитомассой, т.д. Дрожжевые грибы могут жить в почве и воде, в кишечнике животных.

Дрожжи - это грибы, которые живут в течение всего или большей части жизненного цикла в форме отдельных одиночных клеток. Размеры дрожжевых клеток составляют в среднем от 3 до 7 мкм в диаметре, но встречаются некоторые виды, клетки которых могут достигать 40 мкм. Дрожжевые клетки неподвижны и имеют овальную форму. Хотя мицелия дрожжи не образуют, у них отмечаются все признаки и свойства грибов. Дрожжевые грибы представляют собой органотрофные эукариоты с абсорбционным видом питания. Эти грибы используют органические вещества для получения углерода и необходимой для жизнедеятельности энергии. Для дыхания дрожжам нужен кислород, но при отсутствии его доступа многие виды факультативных анаэробов дрожжевых грибов получают энергию в результате брожения с образованием спиртов. Брожение дрожжей приостанавливается или прекращается совсем, если кислород начинает поступать к сбраживаемому субстрату, так как дыхание - более эффективный процесс для получения энергии. Но если в питательной среде концентрация сахаров очень велика, то даже при доступе кислорода процессы дыхания и брожения осуществяются одновременно. К условиям питания дрожжевые грибы очень требовательны. В анаэробной среде дрожжи усваивают только глюкозу, тогда как в аэробной они могут использовать в качестве источников энергии также углеводороды, жиры, ароматические соединения, органические кислоты, спирты.

Рост и размножение дрожжей происходит с огромной скоростью, провоцируя при этом характерные изменения в окружающей среде. Так, благодаря процессу спиртового брожения, дрожжи получили широкое распространение во всем мире. Считается, что дрожжи являются самыми древними из растений, культивируемых человеком.

Размножение дрожжей осуществляется почкованием (делением). Возможен и половой путь размножения. При этом образовавшаяся зигота трансформируется в «сумку», в которой заключены 4-8 спор. В одноклеточном состоянии дрожжи способны осуществлять вегетативное размножение. Так, могут почковаться споры или зиготы. Разделение дрожжей на группы (классы Ascomycetes или Basidiomycetes) основано на способах их полового размножения. Существуют виды дрожжей, не имеющие полового размножения. Их ученые включили в класс несовершенных грибов (Fungi Imperfecti, или Deuteromycetes).

Определенные виды дрожжей издревле используются человеком при изготовлении вина, пива, хлеба, кваса, при промышленном производстве спирта, т.д. Некоторые виды дрожжей применяют в биотехнологии, благодаря их важным физиологическим особенностям. В современном производстве используя дрожжи, получают пищевые добавки, ферменты, ксилит, очищают воду от загрязнения нефтью. Но есть и отрицательные свойства дрожжей. Некоторые виды дрожжей способны вызывать у людей заболевания, так как являются факультативными, или условно патогенными микроорганизмами. К таким заболеваниям относятся кандидоз, криптококкоз, питириаз.