任务3 真菌的形态观察

学习要求

1.观察酵母菌的形态及出芽繁殖方式。

2.观察曲霉、青霉、根霉、毛霉的形态结构。

3.掌握真菌的基本特征及真菌与食品加工的关系。

知识准备

真菌一词来源于拉丁文的“蘑菇”（fungus，复数fungi）。现在这一词已远远超过了原来的概念，是微生物中一个庞大类群的总称，据统计，约有十几万种。由于真菌的种类极多，很难简明地加以概括，当前认为，真菌的菌体为单细胞或多细胞的分枝丝状体，或为单细胞的个体；真菌细胞中没有光合色素，不能进行光合作用；真菌属真核生物，细胞中具有与高等生物一样的真核，能进行有丝分裂，其繁殖方式主要靠孢子，包括有性孢子和无性孢子。

真菌在自然界中分布非常广泛，与人类关系密切，在食品加工中具有重要作用。很多食品都是应用真菌制造的，如各种酒类、面包、酱油、豆腐乳等。有些真菌可以直接用作食品，如蘑菇、木耳、银耳等，既是味道鲜美的菜肴，又是营养丰富的保健食品。用作名贵药材的灵芝、茯苓等也是真菌的菌体。此外，真菌在土壤中的有机质分解中起着重要的作用。在农业生产上，有些真菌可寄生于昆虫的体内，使昆虫致病并死亡，因此可用于害虫的防治。

但是，真菌也有对人类有害的一面，如许多霉菌可引起农产品、纺织品和其他工业产品的发霉。由于被真菌污染，食品发生腐败变质，因而降低或失去食用价值。此外，有些真菌可产生毒素，使人畜中毒；也有一些真菌是病原菌，可引起人类和动植物的病害，给人类带来危害甚至灾难。

真菌包括霉菌、酵母菌和蕈菌，此处主要讲解前两类。

一、酵母菌

酵母菌不是分类学上的名称，是非丝状真菌。酵母菌应用很早，与人类关系密切，在酿造、食品、医药工业等方面占有重要地位。早在四千年前的殷商时代，我国劳动人民就用酵母菌酿酒，多少世纪以来，它便以发酵果汁、面包、馒头和制造某些美味、营养的食品服务于人类。今天，酵母菌的用途更加广泛。酵母菌细胞蛋白质含量高达细胞干重的50%以上，并含有人体必需的氨基酸。据估计，如果每天生产450万千克酵母菌体，其蛋白质含量相当于一万头肉用牛。此外，利用酵母菌体，还可提取核苷酸、辅酶A、细胞色素C、凝血质、核黄素等贵重药物。加之酵母菌细胞体积小，表面积大，代谢旺盛，繁殖速度高于动物2000多倍。若以造纸厂、糖厂、淀粉厂、木材水解厂的废液为原料，通过通气培养方式，便可进行工业化的大批量生产，故有些国家酵母菌体生产已商品化，用以补充食物或饲料等。有的酵母菌体能大量产生维生素、有机酸，有的还具有氧化石蜡降低石油凝固点的作用，或者以烃类为原料发酵制取柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸、甘油、甘露醇、酒精等。

酵母菌也常给人类带来危害。腐生型酵母菌能使食物、纺织品和其他原料腐败变质，少数嗜高渗压酵母菌如鲁氏酵母、蜂蜜酵母，可使蜂蜜、果酱败坏；有的是发酵工业的污染菌，它们消耗酒精，降低产量或产生不良气味，影响产品质量。某些酵母菌可引起人和植物的病害，例如白假丝酵母（又称白色念珠菌）可引起皮肤、黏膜、呼吸道、消化道以及泌尿系统等多种疾病，新型隐球酵母可引起慢性脑膜炎、肺炎等。

酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上，特别是葡萄园和果园的土壤中，因而有人称其为糖菌。在牛乳和动物的排泄物中也可找到。空气中也有少数存在，它们多为腐生型，少数为寄生型。

一般认为酵母菌具有以下五个特点：

（1）个体一般以单细胞状态存在；

（2）多数出芽繁殖，也有的裂殖；

（3）能发酵糖类产能；

（4）细胞壁常含有甘露聚糖；

（5）喜在含糖量较高、酸度较大的环境中生长。

（一）酵母菌的形态

酵母菌是一群单细胞的真核微生物，其形态因种而异，通常为圆形、卵圆形或椭圆形。也有特殊形态，如柠檬形、三角形、藕节状、腊肠形、假菌丝等。

（二）酵母菌的大小

酵母菌比细菌粗约10倍，其直径一般为2～5μm，长度为5～30μm，最长可达100μm。

酵母菌的大小、形态与菌龄、环境有关。一般成熟的细胞大于幼龄的细胞，液体培养的细胞大于固体培养的细胞。有些种的细胞大小和形态极不均匀，而有些种的酵母则较为均匀。

大多数酵母菌为单细胞，一般呈卵圆形、圆形、圆柱形或柠檬形。大小（1～5）μm ×（5～30）μm，最长的可达100μm。各种酵母菌有其一定的大小和形态，但也随菌龄及环境条件而异。即使在纯培养中，各个细胞的形状、大小也有差别。有些酵母菌细胞与其子代细胞连在一起成为链状，称为假丝酵母。

（三）酵母菌结构

一般具有：细胞壁、细胞膜、细胞核、液泡、线粒体、内质网、微体、微丝及内含物等，有的菌体还有出芽痕、诞生痕（图2－12）。

酵母菌细胞壁厚约1.2μm，不及细菌细胞壁坚韧。壁的化学成分主要是葡聚糖（30%～34%）和甘露聚糖（30%），此外含有脂类8.5%～13.5%，蛋白质6%～8%。几丁质含量因种而异，裂殖酵母属一般不含几丁质，酿酒酵母含1.2%，有的假丝酵母含量超过了2%。有的酵母菌如隐球酵母属，在细胞壁外还覆盖有类似细菌的荚膜多糖物质。

酵母菌的细胞膜与原核生物的基本相同。从化学组成上看，有的酵母菌和酿酒酵母的细胞膜中含有固醇，这在原核生物中是罕见的。固醇的作用还不清楚，也许能增强膜的强度。

经电子显微镜观察，得知酵母菌的细胞核由双层单位膜——核膜包围，核膜上具有大量的40～70nm的核孔，因此，它的透性比细胞中的任何膜都大。核内有可见的染色体，其数目因种而异，如汉逊酵母菌只有4条，而有的却达17条之多。

老龄酵母菌经适当染色（如中性红染色），在光学显微镜下可以看到细胞质中含有一个或几个透明的“小滴”，即液泡。在电子显微镜下，表现为电子透明区，并被单层膜所包围。球形、椭圆形酵母菌细胞，一般只有一个液泡。而长形酵母菌，有的在两端各有一个液泡。当酵母菌处于旺盛生长阶段，液泡中没有什么内含物，随着细胞老化，其中出现了异染颗粒、肝糖粒、脂肪滴等颗粒状贮藏物以及DNA酶、蛋白酶、脂酶等多种水解酶类。液泡可调节细胞渗透压，并与细胞质进行物质交换。

（四）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。无性繁殖又分芽殖、芽裂和裂殖，有的甚至可形成厚垣孢子和节孢子。有性繁殖方式是产生子囊孢子。凡具有性繁殖产生子囊孢子的酵母称为真酵母。尚未发现有性繁殖方式的酵母称为假酵母。

1.无性繁殖

（1）芽殖 酵母菌进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母菌细胞，先长出一个不定芽，芽细胞长到一定程度，脱离母细胞继续生长，尔后出芽又形成新个体。如此循环往复。一个成熟的酵母菌通过出芽繁殖可平均产生24个子细胞。

芽殖发生在细胞壁的预定点上，这个点可由细胞脱落时遗留的芽痕来识别。每个酵母细胞有数个至多个芽痕，只有在芽痕的位置上才能进行芽殖。酵母菌出芽的方式因种不同，形成的子细胞形状也随之而异，有多边出芽、两端出芽、三边出芽。

酵母菌的出芽过程：首先，邻近细胞核的中心体产生一个小的突起，同时细胞表面向外突出，出现小芽；然后，母细胞部分核物质、染色体、细胞质进入芽内，芽逐渐增大；最后，芽细胞从母细胞得到一套完整的核结构、线粒体、核糖体等而与母细胞分离，成为独立生活的细胞。

当环境条件适宜而生长繁殖迅速时，酵母菌出芽形成的子细胞尚未与母细胞分开，又长出新芽，于是形成了成串的细胞，犹如假丝状，故称假丝酵母。热带假丝酵母、解脂假丝酵母等均以此方式繁殖。有的酵母菌在液体培养基中或缺氧情况下，也可形成像藕一样的节及可分枝的假丝。

（2）芽裂 母细胞总在一端出芽，并在芽基处形成隔膜，子细胞呈瓶状。这种在出芽的同时又产生横隔膜的情况称为芽裂或半裂殖。有的甚至两端芽殖中均产生横隔膜，此称两端芽裂。这种方式很少出现。

（3）裂殖 少数种类的酵母菌与细胞一样，借细胞横分裂而繁殖。如裂殖酵母属，圆形或卵圆形细胞，长到一定大小后，细胞进一步增大或伸长，核分裂，然后在细胞中产生一隔膜，将两个细胞分开，末端变圆。两个新细胞形成后又长大而重复此循环。在快速生长中，细胞可以没有形成隔膜而核分裂，或者形成隔膜而子细胞暂时分不开，类似于菌丝，但最后仍会分开。

2.有性繁殖

酵母菌以形成子囊孢子进行有性繁殖。有性繁殖是指通过两个具有性差异的细胞相互接合形成新个体的繁殖方式。有性繁殖过程一般分为三个阶段，即质配、核配和减数分裂。

质配是两个配偶细胞的原生质融合在同一细胞中，而两个细胞核并不结合，每个核的染色体数都是单倍的。核配即两个核结合成一个双倍体的核。减数分裂则使细胞核中的染色体数目又恢复到原来的单倍体。

当酵母菌细胞发育到一定阶段，邻近的两个性别不同的细胞各自伸出一根管状原生质突起，随即相互接触，接触处的细胞壁溶解，融合成管道，然后通过质配、核配形成双倍体细胞，该细胞在一定条件下进行1～3次分裂，其中第一次是减数分裂，形成四个或八个子核，每一子核与其附近的原生质一起，在其表面形成一层孢子壁后，就形成了一个子囊孢子，而原有的营养细胞就成了子囊。子囊孢子的数目可以是四个或八个，因种而异。

酵母菌形成子囊孢子的难易程度因种类不同而异。有些酵母菌不形成子囊孢子；而有些酵母菌几乎在所有培养基上都能形成大量子囊孢子；有的种类则必须用特殊培养基才能形成；有些酵母菌在长期的培养中会失去形成子囊孢子的能力。形成子囊孢子的酵母菌也可以芽殖，芽殖的酵母菌也可能同时裂殖。

酵母菌的生活史，或分为三种类型。

第一种：在其生活史中，单倍体营养阶段较长，二倍体营养阶段很短。

第二种：在其生活史中，二倍体营养阶段较长，单倍体营养阶段较短。

第三种：在其生活史中，单倍体营养阶段和二倍体营养阶段都可以出芽方式继续繁衍，所以两个阶段是同等重要的，这就使生活史形成了世代交替（图2－13）。

二、霉菌

霉菌不是真菌分类中的名词，而是丝状真菌的通称。凡是在营养基质上能形成绒毛状、网状或絮状菌丝体的真菌（除少数外），统称为霉菌。

霉菌在自然界中广泛分布，与食品的关系密切，是人类在实践活动中最早利用的一类微生物，如制曲做酱和酱油；霉菌可用于生产有机酸、抗生素、酶制剂等。但是霉菌也可引起食品腐败变质，或产生毒素，影响人体健康。

（一）霉菌的形态

霉菌的菌体由分枝或不分枝的菌丝构成。许多分枝菌丝相互交织在一起构成菌丝体。菌丝是中空管状结构，直径2～10μm。

霉菌菌丝的类型可按以下分类。

（1）按形态分

无隔菌丝：为长管状单细胞，细胞质内含多个核（图2－14）。其生长表现为菌丝的延长和细胞核的增多。这是低等真菌所具有的菌丝类型。

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，每个细胞内有一至多个核。隔膜上有单孔或多孔，细胞质和细胞核可自由流通，每个细胞功能相同（图2－14）。这是高等真菌所具有的类型。

（2）按分化程度分

营养菌丝（基内菌丝）：伸入到培养基内部，以吸收养分为主的菌丝（图2－15）。

气生菌丝：向空中生长的菌丝。气生菌丝发育到一定阶段可分化成繁殖菌丝（图2－15）。

（二）霉菌的细胞结构

霉菌由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、核糖体、内质网及各种内含物（肝糖、脂肪滴、异染粒等）等组成。

幼龄菌往往液泡小而少，老龄菌具有较大的液泡。

细胞壁：除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素外，大部分霉菌细胞壁主要由几丁质组成。组成真菌细胞壁的另一类成分为无定型物质，主要是一些蛋白质、甘露聚糖和葡聚糖，它们填充于上述纤维状物质构成的网内或网外，充实细胞壁的结构。

霉菌的细胞膜、细胞核、线粒体、核糖体等结构与其他真核生物（如酵母）基本相同。

（三）霉菌的无性繁殖

无性繁殖：不经过两个性细胞的结合，只是由营养细胞分裂或分化而形成同种新个体的过程。霉菌的无性繁殖主要通过产生以下四种类型的无性孢子来实现。

（1）孢囊孢子 由于生于孢子囊内，又称内生孢子。

它是由气生菌丝顶端膨大形成特殊囊状结构——孢子囊，孢子囊逐渐长大，在囊中形成许多核，每一个核外包以原生质并产生细胞壁，形成孢囊孢子。带有孢子囊的梗称孢子囊梗，孢子囊梗伸入到孢子囊中的部分称囊轴或中轴。孢子囊成熟后释放出孢子。如藻状菌纲毛霉目及水霉目一些属以这种方式繁殖。

（2）分生孢子 是霉菌中常见的一类无性孢子，生于细胞外，所以又称外生孢子，是大多数子囊菌纲及全部半知菌的无性繁殖方式。

分生孢子是由菌丝顶端细胞，或由分生孢子梗顶端细胞经过分割或缩缢而形成的单个或成簇的孢子。分生孢子的形状、大小、结构、着生方式、颜色因种而异。

例如：曲霉属分生孢子梗的顶端膨大成球形的顶囊，孢子着生于顶囊的小梗之上；青霉属分生孢子着生在帚状的多分支的小梗上（图2－16）；还有些霉菌的分生孢子着生在分生孢子垫或分生孢子器等特殊构造上。

（3）节孢子（又称粉孢子）如：白地霉，它是由菌丝断裂形成的外生孢子。当菌丝长到一定阶段，出现许多横膈膜，然后从横膈膜处断裂，产生许多孢子。孢子是成串的短柱状、筒状或两端钝圆的细胞。

（4）厚垣孢子 这类孢子具有很厚的壁，又称厚壁孢子。菌丝顶端或中间的个别细胞膨大、原生质浓缩、变圆，然后细胞壁加厚形成圆形、纺锤形或长方形的厚壁孢子。厚垣孢子也是霉菌的休眠体，对热、干燥等不良环境抵抗力很强。

（四）霉菌的菌落

由于霉菌的菌丝较粗而长，菌丝体疏松，因而所形成的菌落也比较疏松，呈绒毛状、棉絮状或蜘蛛网状。一般比细菌和放线菌的菌落大几倍到几十倍。

有的霉菌的菌丝蔓延有局限性，在培养基上可见局限性菌落。有的无局限性，可无限伸延，其菌落可扩展到整个培养皿。

由于霉菌形成的孢子，有不同的形状、构造和颜色，所以菌落表面呈不同结构和色泽。菌落特征是鉴定霉菌的主要依据之一。霉菌菌落的大小、形状、颜色、边缘以及菌落表面的状况，如各种纹饰等，都是霉菌的重要培养特征。

（五）霉菌的代表属

在这里主要介绍与食品有关的属。

1.毛霉属

毛霉属种类较多，在自然界广泛分布。如土壤、空气中常发现，是食品工业的重要微生物。毛霉的淀粉酶活力很强，可把淀粉转化为糖。在酿酒工业上多用作以淀粉质原料酿酒的糖化菌。毛霉还能产生蛋白酶，有分解大豆蛋白质的能力，多用于制作豆腐乳和豆豉。有些毛霉还能产生草酸、乳酸、琥珀酸和甘油等。但毛霉也常常引起谷物、果品及蔬菜等食品的腐败变质。

特征：菌丝头部有一个膨大的孢子囊。

2.根霉

根霉有假根和匍匐丝，能产生果胶酶，引起果实的腐烂和甘薯的软腐。少孢根霉是印尼传统菌的食品——丹贝（Temp）的生产菌种。

3.曲霉属

曲霉属在国民经济中有重要作用，包括许多发酵工业中应用的菌种。我国古代已利用曲霉菌制曲酿酒及制酱，曲霉菌还可以用于制造蛋白酶及柠檬酸等一些有机酸。曲霉菌在自然界中分布很广，空气中经常含有曲霉菌的孢子，引起食品、衣服、皮革等物品的发霉、腐烂，有的菌还可产生毒素。

特征：顶囊上生辐射状小梗，小梗可能是一层或两层。

4.青霉菌属

青霉菌在自然界的分布也非常广泛。土壤中有大量的青霉菌存在，在水果和粮食上都经常发现青霉菌，可引起病害。但有些青霉菌能产生有经济价值的有机酸，如柠檬酸、葡萄糖酸等。在医药上常用的青霉素的产生菌是产黄曲霉菌。

特征：孢子梗的板端产生对称或不对称的扫帚状的分枝。

5.红曲霉属

红曲霉由于能产生红色色素，可用作食品加工中天然红色色素的来源。如在红腐乳饮料、肉类加工中用的红曲米，就是用红曲霉制作的，常用的菌种为紫红曲。

6.木霉属

木霉分解纤维素的能力很高，可用来制备纤维素酶。

7.赤霉属

赤霉可引起秧苗疯长，它产生一种激素称为赤霉素，能刺激植物生长，还能打破种子和块茎器官的休眠，对蔬菜，特别是叶菜类的增产有一定的作用。

材料用具

啤酒酵母、假丝酵母、汉逊酵母、产黄青霉、黑曲霉、黑根霉、总状毛霉等菌种或装片；显微镜、载玻片、盖玻片、接种针、酒精灯；棉蓝染色液、乳酸苯酚固定液、树胶、透明胶带、载玻片、玻片搁架、盖玻片、细口滴管、镊子、显微镜、接种环。

任务实施

一、实训步骤

1.镜检酵母菌装片

将各种酵母菌的装片置于载物台上，先用低倍镜然后用高低倍镜观察酵母的形态和出芽情况。

2.镜检霉菌装片

将霉菌装片直接置于低倍镜和高倍镜下观察曲霉、青霉、毛霉、根霉等霉菌的形态，重点观察菌丝是否分隔，曲霉和青霉的分生孢子形成特点，曲霉的足细胞，根霉和毛霉的孢子囊和孢囊孢子。

3.霉菌粘片观察

取一滴棉蓝染色液置于载玻片中央，取一段透明胶带，打开霉菌平板培养物，粘取菌体，粘面朝下，放在染液上，镜检。

4.制成霉菌永久装片

把观察到霉菌形态较清晰、完整的片子，制成标本作较长期保存。制备方法：轻轻揭去盖玻片，滴加少量乳酸苯酚固定液，盖上清洁盖玻片，在盖玻片四周滴加树胶封固。

二、实训报告

1.绘图说明所观察到的酵母形态特征

菌名：酿酒酵母 放大倍数：100 ×10（×5）特殊结构：芽体（出芽繁殖）

2.绘制霉菌镜检形态图

（1）毛霉和根霉形态图，示各部。

（2）青霉和曲霉形态图，示各部。

菌名：青霉（Penicillium）

放大倍数：100 ×10（×5）

特殊结构：分生孢子梗（帚状分枝）

菌名：毛霉（Circinella）

放大倍数：100 ×10（×5）

特殊结构：孢子囊

菌名：曲霉（Aspergillus）

放大倍数：模式图

特殊结构：足细胞

菌名：根霉（Rhizopus）

放大倍数：100 ×10（×5）

特殊结构：假根

3.记录各种霉菌的载玻片标本观察结果

【问题思考】

1.在显微镜下，酵母菌有哪些突出的特征区别于一般细菌？

2.真菌与人类有哪些密切的关系？