24.1: Характеристика грибів
- Page ID
- 1966
Навички для розвитку
- Перерахуйте характеристики грибів
- Опишіть склад міцелію
- Опишіть режим харчування грибів
- Поясніть статеве і безстатеве розмноження у грибів
Хоча люди використовували дріжджі та гриби ще з доісторичних часів, до недавнього часу біологія грибів була погано вивчена. Аж до середини 20 століття багато вчених класифікували гриби як рослини. Гриби, як і рослини, виникли в основному сидячими і, здавалося б, вкоріненими на місці. Вони володіють стеблоподібної структурою, схожою з рослинами, а також мають в грунті коренеподібний грибковий міцелій. Крім того, їх режим харчування був погано вивчений. Прогрес в області грибкової біології став результатом мікології: наукового дослідження грибів. Грунтуючись на викопних даних, гриби з'явилися в докембрійську епоху, близько 450 мільйонів років тому. Молекулярно-біологічний аналіз генома гриба демонструє, що гриби більш тісно пов'язані з тваринами, ніж рослини. Вони являють собою поліфілетичну групу організмів, які поділяють характеристики, а не поділяють єдиного спільного предка.
Кар'єрний зв'язок: Міколог
Мікологи - біологи, які вивчають грибки. Мікологія - це галузь мікробіології, і багато мікологів починають свою кар'єру зі ступеня мікробіології. Щоб стати мікологом, мінімально необхідні ступінь бакалавра біологічної науки (бажано за спеціальністю мікробіологія) і ступінь магістра з мікології. Мікологи можуть спеціалізуватися на таксономії та геноміці грибів, молекулярній та клітинній біології, патології рослин, біотехнології або біохімії. Деякі медичні мікробіологи концентруються на вивченні інфекційних захворювань, викликаних грибками (мікозами). Мікологи співпрацюють із зоологами та патологоанатомами рослин для виявлення та контролю складних грибкових інфекцій, таких як руйнівний каштановий фітороз, таємниче зниження популяції жаби у багатьох районах світу або смертельна епідемія під назвою синдром білого носа, яка знищує кажанів у Східна частина США.
Державні установи наймають мікологів як науковців-дослідників та техніків для моніторингу здоров'я сільськогосподарських культур, національних парків та національних лісів. Мікологи також працюють в приватному секторі компаніями, які розробляють хімічні та біологічні засоби контролю або нові сільськогосподарські продукти, а також компанії, які надають послуги з боротьби з захворюваннями. Через ключову роль, яку відіграють гриби в бродінні алкоголю та приготуванні багатьох важливих продуктів, вчені з хорошим розумінням грибкової фізіології регулярно працюють у галузі харчових технологій. Енологія, наука про виноробство, спирається не тільки на знання сортів винограду та складу ґрунту, а й на тверде розуміння особливостей диких дріжджів, які процвітають у різних виноробних регіонах. Можна придбати штами дріжджів, ізольовані з конкретних регіонів вирощування винограду. Великий французький хімік і мікробіолог Луї Пастер зробив багато своїх найважливіших відкриттів, працюючи над скромними пивними дріжджами, відкривши таким чином процес бродіння.
Структура і функції клітин
Гриби є еукаріотами, і як такі мають складну клітинну організацію. Як еукаріоти, грибкові клітини містять мембранно-пов'язане ядро. ДНК в ядрі обгорнута навколо гістонових білків, як це спостерігається в інших еукаріотичних клітинок. Кілька видів грибів мають структури, порівнянні з бактеріальними плазмідами (петлями ДНК); однак горизонтальна передача генетичної інформації від однієї зрілої бактерії до іншої рідко відбувається у грибів. Грибкові клітини також містять мітохондрії і складну систему внутрішніх мембран, включаючи ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі.
На відміну від рослинних клітин, грибкові клітини не мають хлоропластів або хлорофілу. Багато грибів демонструють яскраві кольори, що виникають з інших клітинних пігментів, починаючи від червоного до зеленого і закінчуючи чорним. Отруйний мухомор мухомор (мухомор) впізнаваний по яскраво-червоній капелюшку з білими вкрапленнями (рис.\(\PageIndex{1}\)). Пігменти у грибів пов'язані з клітинною стінкою і грають захисну роль від ультрафіолетового випромінювання. Деякі грибкові пігменти токсичні.
Як і рослинні клітини, грибкові клітини мають товсту клітинну стінку. Жорсткі шари грибкових клітинних стінок містять складні полісахариди, звані хітином і глюканами. Хітин, також міститься в екзоскелеті комах, надає структурну міцність клітинних стінок грибів. Стінка захищає клітку від висушування і хижаків. Гриби мають плазматичні мембрани, схожі на інші еукаріоти, за винятком того, що структура стабілізується ергостеролом: стероїдної молекулою, яка замінює холестерин, виявлений в мембранах клітин тварин. Більшість членів королівства Гриби є нерухомими. Джгутики виробляються тільки гаметами в примітивному Phylum Chytridiomycota.
Зростання
Вегетативне тіло гриба - одноклітинне або багатоклітинне слань. Диморфні гриби можуть змінюватися від одноклітинного до багатоклітинного стану в залежності від умов навколишнього середовища. Одноклітинні гриби прийнято називати дріжджами. Saccharomyces cerevisiae (пекарські дріжджі) і види Candida (збудники молочниці, поширеної грибкової інфекції) - приклади одноклітинних грибів (рис.\(\PageIndex{2}\)).
Більшість грибів є багатоклітинними організмами. Вони відображають дві різні морфологічні стадії: вегетативну і репродуктивну. Вегетативна стадія складається з клубка тонких ниткоподібних структур, званих гіфами (сингулярна, гіфа), тоді як репродуктивна стадія може бути більш помітною. Маса гіф - це міцелій (рис.\(\PageIndex{3}\)). Він може рости на поверхні, в грунті або гниючому матеріалі, в рідині або навіть на живій тканині. Хоча окремі гіфи повинні спостерігатися під мікроскопом, міцелій гриба може бути дуже великим, при цьому деякі види справді є «грибом гумонговим». Гігантський Армілярія твердне (медовий гриб) вважається найбільшим організмом на Землі, поширюючись на більш ніж 2000 акрів підземного ґрунту в східному Орегоні; за оцінками, йому не менше 2400 років.
Більшість грибкових гіф діляться на окремі клітини торцевими стінками, званими перегородками (сингулярні, перегородки) (рис.\(\PageIndex{4}\)). У більшості філ грибів крихітні отвори в перегородках дозволяють швидко перетікати поживні речовини і дрібні молекули з клітини в клітину вздовж гіфи. Вони описуються як перфоровані перегородки. Гіфи в хлібних формах (які належать до Phylum Zygomycota) не розділені перегородками. Натомість вони утворені великими клітинами, що містять багато ядер, розташування, описане як коеноцитарні гіфи (рис. 24.1.4).
Гриби процвітають у вологих і слабокислих середовищах і можуть рости зі світлом або без нього. Вони відрізняються своєю потребою в кисні. Більшість грибів - облігатні аероби, що вимагають кисню для виживання. Інші види, такі як Chytridiomycota, які мешкають в рубці великої рогатої худоби, є облігатними анаеробами, оскільки вони використовують лише анаеробне дихання, оскільки кисень порушить їх метаболізм або вб'є їх. Дріжджі є проміжними, будучи факульативними анаеробами. Це означає, що вони найкраще ростуть у присутності кисню за допомогою аеробного дихання, але можуть вижити за допомогою анаеробного дихання, коли кисень недоступний. Спирт, отриманий в результаті дріжджового бродіння, використовується у виробництві вина і пива.
Харчування
Як і тварини, гриби є гетеротрофами; вони використовують складні органічні сполуки як джерело вуглецю, а не фіксують вуглекислий газ з атмосфери, як це роблять деякі бактерії та більшість рослин. Крім того, гриби не фіксують азот з атмосфери. Як і тварини, вони повинні отримувати його зі свого раціону. Однак, на відміну від більшості тварин, які ковтають їжу, а потім перетравлюють її внутрішньо в спеціалізованих органах, гриби виконують ці кроки в зворотному порядку; травлення передує прийому всередину. Спочатку екзоферменти транспортуються з гіф, де вони переробляють поживні речовини в навколишньому середовищі. Потім менші молекули, що виробляються цим зовнішнім травленням, всмоктуються через велику площу поверхні міцелію. Як і у тваринних клітин, полісахаридом зберігання є глікоген, а не крохмаль, що міститься в рослині.
Гриби - це переважно сапроби (сапрофіт - еквівалентний термін): організми, які отримують поживні речовини з гниючої органічної речовини. Вони отримують свої поживні речовини з мертвої або розкладається органіки: переважно рослинної сировини. Грибкові екзоферменти здатні розщеплювати нерозчинні полісахариди, такі як целюлоза і лігнін мертвої деревини, на легко засвоювані молекули глюкози. Таким чином, вуглець, азот та інші елементи виділяються в навколишнє середовище. Через різноманітні метаболічні шляхи гриби виконують важливу екологічну роль і досліджуються як потенційні інструменти біоремедіації. Наприклад, деякі види грибів можуть використовуватися для розщеплення дизельного палива і поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАУ). Інші види займають важкі метали, такі як кадмій і свинець.
Деякі гриби паразитують, заражаючи або рослини, або тварин. Хвороба сажки та голландського в'яза вражають рослини, тоді як стопа спортсмена та кандидоз (молочниця) є медично важливими грибковими інфекціями у людини. У середовищах, бідних азотом, деякі гриби вдаються до хижацтва нематодами (дрібними несегментованими круглими черв'яками). Види грибів Arthrobotrys мають ряд механізмів для уловлювання нематод. Один механізм передбачає звуження кілець всередині мережі гіф. Кільця набрякають, коли торкаються нематоди, захоплюючи її в щільному утриманні. Грибок проникає в тканини хробака шляхом розширення спеціалізованих гіф, які називаються гаусторії. Багато гриби-паразити мають гаусторіями, так як ці структури проникають в тканини господаря, виділяють травні ферменти всередині організму господаря, поглинають перетравлені поживні речовини.
розмноження
Гриби розмножуються статевим та/або безстатевим шляхом. Ідеальні гриби розмножуються як статевим, так і безстатевим шляхом, тоді як так звані недосконалі гриби розмножуються тільки безстатевим шляхом (шляхом мітозу).
Як при статевому, так і при безстатевому розмноженні гриби виробляють спори, які розходяться з материнського організму, або плаваючи на вітрі, або катаючись на тварині. Спори грибів дрібніше і легше насіння рослин. Гігантський гриб puffball лопається і випускає трильйони суперечок. Величезна кількість випущених суперечок збільшує ймовірність висадки в середу, яка буде підтримувати зростання (рис.\(\PageIndex{5}\)).
безстатеве розмноження
Гриби розмножуються безстатевим шляхом фрагментації, бутонізації або вироблення спор. Фрагменти гіф можуть наростати новими колоніями. Соматичні клітини в дріжджах утворюють бутони. Під час бутонізації (різновид цитокінезу) на стороні клітини утворюється опуклість, ядро ділиться мітотично, і брунька в кінцевому підсумку відривається від материнської клітини (рис.\(\PageIndex{6}\)).
Найбільш поширеним способом безстатевого розмноження є утворення безстатевих суперечок, які виробляються лише одним батьком (через мітоз) і генетично ідентичні цьому батькові (рис.\(\PageIndex{7}\)). Спори дозволяють грибам розширювати своє поширення і колонізувати нові середовища. Вони можуть бути звільнені від батьківського сланця або зовні, або всередині спеціального репродуктивного мішка, який називається спорангієм.
Існує багато видів безстатевих суперечок. Конідіоспори - це одноклітинні або багатоклітинні суперечки, які виділяються безпосередньо з кінчика або збоку гіфи. Інші безстатеві спори походять при фрагментації гіфи, утворюючи поодинокі клітини, які виділяються як спори; деякі з них мають товсту стінку, що оточує фрагмент. Ще інші відходять від вегетативної батьківської клітини. Спорангіоспори виробляються в спорангіумі (рис.\(\PageIndex{8}\)).
статеве розмноження
Статеве розмноження вносить генетичні варіації в популяцію грибів. У грибів статеве розмноження часто відбувається у відповідь на несприятливі умови навколишнього середовища. Під час статевого розмноження виробляються два види спарювання. Коли обидва типи спарювання присутні в одному міцелії, його називають гомоталічним, або самоплодним. Гетеротальній міцелії для статевого розмноження потрібні дві різні, але сумісні міцелії.
Хоча існує багато варіацій статевого розмноження грибів, всі включають наступні три етапи (рис.\(\PageIndex{7}\)). По-перше, під час плазмогамії (дослівно «шлюб або об'єднання цитоплазми») дві гаплоїдні клітини зливаються, приводячи до дикаріотичної стадії, коли два гаплоїдних ядра співіснують в одній клітині. Під час каріогамії («ядерного шлюбу») гаплоїдні ядра зливаються, утворюючи диплоїдне ядро зиготи. Нарешті, мейоз має місце в органах гаметангии (сингулярний, гаметангіум), в яких генеруються гамети різних типів спаровування. На цьому етапі суперечки поширюються в навколишнє середовище.
Посилання на навчання
Перегляньте характеристики грибів, відвідавши цей інтерактивний сайт від Wisconsin-online.
Резюме
Гриби - це еукаріотичні організми, які з'явилися на суші більше 450 мільйонів років тому. Вони є гетеротрофами і не містять ні фотосинтетичних пігментів, таких як хлорофіл, ні органел, таких як хлоропласти. Оскільки гриби харчуються гниючої і мертвою речовиною, вони є сапробами. Гриби є важливими розкладачами, які виділяють необхідні елементи в навколишнє середовище. Зовнішні ферменти перетравлюють поживні речовини, які засвоюються організмом гриба, який називається сланом. Товста клітинна стінка з хітину оточує клітину. Гриби можуть бути одноклітинними як дріжджі, або розвивати мережу ниток, званих міцелієм, яку часто описують як цвіль. Більшість видів розмножуються безстатевими і статевими репродуктивними циклами і демонструють чергування поколінь. Інша група грибів не має статевого циклу. Статеве розмноження передбачає плазмогамію (злиття цитоплазми) з подальшою каріогамією (злиття ядер). Мейоз регенерує гаплоїдні особини, в результаті чого виникають гаплоїдні суперечки.
Глосарій
- коеноцитарна гіфа
- одиночна гіфа, яка не має перегородок і містить багато ядер
- факульативні анаероби
- організми, які можуть виконувати як аеробне, так і анаеробне дихання і можуть виживати в багатих киснем і бідному киснем середовищі
- гаусторія
- модифіковані гіфи на багатьох паразитарних грибах, які проникають в тканини їх господарів, виділяють травні ферменти та/або поглинають поживні речовини від господаря
- гетероталічні
- описує, коли в окремому міцелії присутній лише один тип спарювання
- гомоталічних
- описує, коли обидва типи спарювання присутні в міцелії
- гіфа
- грибкова нитка, що складається з однієї або декількох клітин
- каріогамія
- злиття ядер
- міцелій
- маса грибкових гіф
- мікологія
- наукове дослідження грибів
- облігатні аероби
- організми, такі як люди, які повинні виконувати аеробне дихання, щоб вижити
- облігатні анаероби
- організми, які виконують лише анаеробне дихання і часто не можуть вижити в присутності кисню
- плазмогамія
- злиття цитоплазми
- сазонд
- організм, який отримує поживні речовини з гниючих органічних речовин; також сапрофіт
- перегородки
- поділ клітинної стінки між гіфами
- спорангіум
- репродуктивний мішок, який містить спори
- слань
- вегетативне тіло гриба
- дріжджі
- загальний термін, що використовується для опису одноклітинних грибів