1、53第四章 真菌的营养营养和生长是密切相关的，营养是生长的基础，生长是营养的一种表现形式。真菌的营养方式可分为腐生性和寄生性两大类，对营养物质的要求有差异。第一节 消化和吸收一、 消化真菌能够生长的基质非常广泛。简单的糖和氨基酸等小分子的营养物质，菌丝可以直接吸收大分子的不溶性的多聚物，如纤维素、淀粉、蛋白质等在被利用前需初步的消化。真菌能够分泌胞外酶去水解大分子变为小分子胞外酶大都是消化酶，具有专一性，只能控制那些营养需要的大分子水解。多聚物的消化是一个逐步过程，涉及许多不同的酶真菌消化能力，依靠真菌分泌的胞外酶，只有当真菌与基质发生联系时这些酶才发挥作用。二、吸收进入真菌细胞的所有离子和分
2、子必须通过细胞壁和质膜。细胞壁本身是多孔的，一般情况下允许离子和分子通过。54质膜是一种半透性的膜，自身可以调节溶质运输到细胞中。溶液中的非电解质可以通过浓度梯度，从高浓度向低浓度运动。溶液中的离子同样可以穿过细胞膜，但是它的推动力是依靠不同的电化学电位溶质以主动运输的方式进入细胞中，其原理涉及到原生质膜上的载体分子，靠载体运输溶质穿过原生质膜，而载体系统的启动需要由ATP提供能量。简单的扩散也涉及到载体系统，但它不同于主动运输过程，不能逆浓度梯度扩散，溶质是从高浓度向低浓度扩散穿过质膜被运输。几乎所有重要的离子是通过主动运输被吸收的，包括阳离子（如钾、镁、锰、铁和铅等离子）和阴离子（如磷酸根
3、和硫酸根等阴离子）。K +的吸收是显著的高效率的，只要从呼吸中提供能量，K +吸收则可以在浓度梯度达到5000:1的状态下进行，但是K +的吸收是与H +向胞外运输相匹配。在某些情况下，一种离子的吸收往往受其它离子的影响，例如，在酵母菌中，当PO43-吸收时，Mg 2+、Ca 2+和Mn 2+的吸收也同时发生，而且K +刺激这一吸收作用的进行。非电解质的吸收几乎都依赖于专门的运输系统来完成。糖类的吸收可通过主动运输和简单扩散；氨基酸的吸收通过主动运输；有机酸的吸收是通过专门运输和被动扩散。专门载体分子（透性酶）是为每一种营养物质运输而产生的，受许多内外因素所制约，如pH、温度、营养物的特殊结合
4、以及真菌自身的生理条件等。55三、酶诱导和抑制营养物质的吸收在很大程度上取决于酶和酶活性，消化酶分解培养基中的大分子，质膜上的载体分子也是一种酶，称为透性酶。具有特殊功能的酶不一定总是在细胞中出现，而这种酶的合成可以由一种特殊的营养物所诱导。有些真菌不含有消化淀粉的酶，但是当它被转移到含有淀粉的培养基上时，它可被诱导产生所需的酶去分解和利用淀粉。有些氮素营养物，如硝酸盐和亚硝酸盐，也需要由酶诱导的形式被真菌吸收和利用。一种营养物质的吸收将会受到另一种同样需要的营养物质的影响，例如，在培养基中加入混合的糖源，真菌首先利用葡萄糖而不能吸收另外也需要的果糖，直到葡萄糖被耗尽才能利用果糖。这种现象叫做
5、分解产物抑制。磷酸根抑制亚磷酸盐的吸收；含硫氨基酸抑制硫酸盐的吸收；铵或谷氨酰胺抑制硝酸盐的吸收；硝酸盐抑制亚硝酸盐的吸收。机理：负责运输代谢物穿过质膜的载体分子没有预先合成，或者是利用这种代谢物的代谢途径中的酶被改变。酶诱导和抑制是由基因控制的，涉及到结构基因和调节基因结构基因直接编码酶调节基因是调控酶的表达调节基因的正调控对于结构基因的表达是需要的调节基因的负调控导致结构基因的表达被抑制56第二节 碳素营养真菌细胞干重的一半是由碳组成的，重要性。碳提供了两种基本的功能(1)它对细胞关键组分的合成提供了所需的碳素，而且构成这些关键组分的基本骨架。例如，碳水化合物（糖类）、蛋白质、脂肪和核酸等
6、；(2)碳源的氧化过程为真菌基本生命过程提供了能源。真菌做为一个类群，能够利用大量种类的碳源，这些碳源的范围从小分子的糖、有机酸、乙醇到大分子的多聚物，如蛋白质、脂类、多糖和木质素等。一、 单糖和双糖单糖真菌利用单糖及其衍生物的能力差异较大，尽管某些单糖在生化性质方面是密切相关的，但是不同种的甚至同种而不同株系的真菌，对其都有它自己的选择。 葡萄糖、半乳糖、甘露糖都是六碳的已醛糖，其中葡萄糖几乎是所有真菌都喜欢利用的良好碳源，甘露糖次之，半乳糖也可被许多真菌利用。 果糖是五碳的酮醛糖，是仅次于葡萄糖的良好的碳源。其它的单糖，如山梨糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖都是很少被真菌利用的单糖，可能对一些个
7、别的真菌是很好的碳源。例如，在木糖上生长的某些57真菌与在葡萄糖上生长的一样好。真菌利用某一单糖的能力依赖于它被转化成磷酸化的葡萄糖衍生物的难易程度，因为这个衍生物可以进入呼吸途径。 许多糖醇，如山梨糖醇、甘露糖醇和甘油等，可以被真菌吸收做为碳源利用，但是通常不及单糖的效果好。甘露糖醇是一个例外，因为它是从果糖或甘露糖还原衍化而来，它可以使一些真菌获得与在葡萄糖上同样的生长效果。双糖许多真菌能够利用单糖而不能利用同一种单糖组成的双糖或较大分子的糖，这归因于这些真菌缺乏分解双糖的能力。 最普遍存在的双糖有麦芽糖、纤维二糖、蔗糖和乳糖。麦芽糖是淀粉水解的产物，由葡萄糖分子通过糖苷键连接组成；纤维二
8、糖由葡萄糖分子组成，是通过糖苷键连接，纤维二糖是纤维素的分解产物；蔗糖是一分子葡萄糖和一分子果糖；乳糖是牛奶的成分，是由一分子葡萄糖和一分子半乳糖组成。这些双糖可分别由麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶和乳糖酶消化。麦芽糖和纤维二糖被真菌广泛利用，少数真菌利用蔗糖，更少数的真菌利用乳糖。 在碳源利用中的这些差异的生理学基础是什么呢？在所有真菌中，能够利用低分子量的碳水化合物做58为碳源主要依赖于(1)一种专门载体蛋白携带转移通过原生质膜；(2)取决于这种碳源化合物进入细胞后的生化代谢途径中能量的释放和各种酶的形成。如果缺乏相应载体或生化代谢途径中酶的改变，都会影响对碳源的吸收和利用。 啤酒酵母对糖的
9、转移运输系统啤酒酵母对糖的转移运输系统，一般来说可以做为碳源吸收的模式体系。在啤酒酵母中主要糖的吸收系统扼要的摘于表4-2中。表4-2 啤酒酵母中基本的糖吸收系统携带系统 被转移的糖的样品 基本的/诱导的非特异性的吡喃糖系统D-葡萄糖L-葡萄糖 2-脱氧-D-葡萄糖D-果糖D-木糖D-甘露糖D-阿拉伯糖D-来苏糖D-山梨糖基本的半乳糖系统 D-半乳糖D-墨角藻糖D-木糖D-阿拉伯糖D-古洛糖半乳糖诱导的双糖系统 D-葡萄糖 麦芽糖可诱导的59海藻糖非特异性-甲基-D- 葡糖苷系统D-葡萄糖 麦芽糖海藻糖-甲基-D-葡糖苷-硫乙基-D-吡喃葡糖苷可诱导的对于葡萄糖和结构相似的糖至少有一个转移系统
10、，这一系统是基本的另外三种吸收系统是可诱导的，它们只是在培养基中加入一定的诱导物后才能形成。例如，当一个生长旺盛的培养菌株从葡萄糖培养基上转移到含有半乳糖为主要碳源的培养基中，菌株生长变慢甚至停止生长，这是由于基本转移系统不能运输半乳糖的原因。当继续培养4小时后（或更长时间），半乳糖的吸收增加而恢复旺盛的生长。在这一时间内，转移半乳糖所涉及的携带蛋白的基因密码被翻译，从而合成新的依赖蛋白，使菌株恢复生长，这被称做适应性生长。像表4-2中所列的半乳糖系统中被转移的五种糖，半乳糖依赖蛋白可以运输它们，然而半乳糖是唯一有效的诱导物。有人曾指出半乳糖诱导过程中并没有合成一个新的载体，而是一种“透性酶(
11、permease)”催化了半乳糖的结构。为了诱导半乳糖载体（或是产生透性酶），必须有半乳糖同时葡萄糖不能存在。假若在半乳糖培养基中加入葡萄糖，那么半乳糖的吸收会停止而开始利用葡萄糖，这可能是半乳糖携带蛋白被葡萄糖的基因密码所抑制，而合成葡萄糖的携带蛋白。因为在其它糖类存在的情况下，葡萄糖优先被基本的吸收系统所利用，只有在葡萄糖被基本系统用尽的时候，细胞将利用能量去合成一个60新的携带系统来维持生存。 糖的吸收是以协助扩散和主动运输两种方式来完成的。在啤酒酵母中，半乳糖的吸收在未诱导的细胞中是协助扩散，在被半乳糖诱导的细胞中是主动运输。葡萄糖的吸收也是采用了协助扩散和主动运输，海藻糖和麦芽糖的吸
12、收是主动运输。二、大分子碳水化合物的利用许多真菌能够利用寡糖和多聚糖做为碳源，但这些分子完整的转移进细胞是太大了。必须首先水解为亚单位。许多真菌能够分泌各种酶到周围环境中分解复杂的碳水化合物。这些酶包括纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、几丁质酶、聚葡萄糖酶、木聚糖酶、-1.3-葡聚糖酶，甚至DNAase 和RNAase 。（一）纤维素纤维素是存在于植物组织中的多聚糖，对真菌来说它是自然界中有潜力的碳源。许多植物病原真菌和腐生真菌能产生分解纤维素的一系列酶，通称纤维素酶。过程：不溶性的结晶纤维素 C1纤维素酶 可溶性的纤维素可溶性的纤维素 Cx纤维素酶 单糖纤维二糖 纤维二糖酶 葡萄糖61许多真菌能够合
13、成这种复合的纤维素酶，使它能够降解各种纤维素的结构，在自然界物质循环中起着重要的作用。（二）淀粉淀粉是另一种植物多聚糖。淀粉能够被大多数真菌利用，利用淀粉做为碳源的真菌，在其培养基中能够检测出淀粉酶的存在。如果培养基中淀粉被其它碳源所替代，那么淀粉酶的产生明显下降，甚至停止分泌。由此证明淀粉酶是一个可诱导的酶，只有在淀粉存在时它才能被合成。（三）木质素木质素是多年生植物的主要组成成分，在自然界它是仅次于纤维素的丰富的有机多聚物，它对于寄生和腐生真菌来说是一种具有广泛潜力的碳源。木质素这一名称是一个密切相关的、结构复杂的、高分子量的化合物类群，它是包括三个取代醇的聚合物，这三个取代醇是香豆素醇、
14、松柏苷醇和芥子醇(图4-3) ，这些亚单位的相互比例因种而异。图4-3 木质素的结构图木质素的结构使它阻止了大多数微生物的利用，而某些真菌类群能够利用它作为碳源。能够利用木质素的CHCHCH2OOHR1 R2 香豆素醇，R 1=R2=H松柏苷醇，R 1=H，R 2=OCH3芥子醇，R 1=R2=OCH362真菌主要是白腐菌(white-rot)和少量的担子菌，此外，还有褐腐菌(brown-rot，担子菌)和软腐菌(soft-rot ，子囊菌)以及一些局部降解木质素的半知菌。对木质素降解的机制目前知道的较少，只知道真菌产生的胞外酶氧化芳香环和脂肪族的侧链，产生低分子量的产物，然后被真菌利用。酚氧
15、化酶如漆酶和过氧化物酶是木质素降解中不可缺少的酶，实验已证明不能产生酚氧化酶的真菌不能降解木质素，同时也证明在木质素降解中酚氧化酶并不是唯一的酶，涉及一些其它的酶系统。三、醇类某些真菌能够利用醇类做为主要碳源。酵母菌是工业上重要的生产菌，它能由发酵反应产生酒精。产朊假丝酵母( Candida utilis)培养在含有乙醇或丙烷醇的培养基上，获得了大量的生长，但是在其它的醇类上几乎不生长，同时用乙酸和乙酸盐做为对照，虽然能够生长，但是生长量不及乙醇或丙烷醇。构巢曲霉( A.nidulans)能在乙醇做为碳源的培养基上生长并产生分生孢子，产孢过程乙醇比葡萄糖更有效。假密环菌( Armillariella mellea)，乙醇、丙醇和丁醇都是优秀的碳源。裂褶菌( Schizophyllum commune)在乙醇培养基上生长的很弱毛盘孢属( Colletotrichum)和盘长孢属(Gloeosporium)的一些种不能利用乙醇。多羟醇也能被许多真菌做为碳源利用，甘油就是多羟醇做为碳源的良好材料。对 Hansenula miso(一种汉逊氏酵母)，进行了各种醇类做为碳源的实验，发现乙
