液胞(Vacuoles)--细胞中存在的大形液泡,1个或多个,多为球形、透明。随着菌龄的增长而逐渐增多,并可汇合成大液胞,几乎占据整个细胞空间。液胞内含有核糖核酸酶、酯酶和蛋白酶等水解酶,也含有聚磷酸、氨基酸、糖、脂类及其他中间代谢物和金属离子等。液胞的功能:贮藏水解酶类和营养物质,调节细胞渗透压。
----微体(Microbody)--细胞内被单层膜包围的细胞器,圆或卵圆形,直径0.5~1μm。假丝酵母属(Candida)某些种的细胞内微体特别明显。微体内含有接触酶、乙醛酸循环酶系、细胞壁多糖降解酶等。
内质网-细胞内含有的双层膜系结构,两层膜之间的间隔为20nm。内质网上附有80S核糖体,是合成蛋白质的场所。内质网位于细胞膜与核膜间,可能起着联系细胞表面与内部结构的作用。
脂类颗粒--多数酵母细胞含有折光性很强的脂类颗粒,在电镜下呈透明状,用苏丹黑或苏丹红染色时呈蓝黑色或蓝红色。有的酵母细胞积累的脂类物质可达细胞干重的50%。
肝糖--一种白色无定形碳水化合物,可被淀粉酶水解为葡萄糖,用稀碘液染色呈红褐色。在营养良好,生长旺盛的幼龄细胞内可以看到大量肝糖,在营养缺乏时肝糖消失。肝糖浓度随酵母菌的菌龄而增加。发酵作用快结束时,肝糖含量逐渐减少,最后完全消失。肝糖在孢子生成时积累在子囊内,在孢子成熟时被孢子吸收。
二、酵母菌的繁殖与生活史
酵母菌的繁殖分有性和无性两种方式,以无性繁殖为主。繁殖方式对酵母菌鉴定极为重要,下面是酵母菌的几种代表性繁殖方式:
1、无性繁殖
芽殖(budding)--芽殖是酵母菌最常见的繁殖方式。在良好的营养和生长条件下,酵母生长迅速,所有细胞上都长有芽体,芽体上还可形成新芽体,进而出现呈簇状的细胞团。芽体形成过程:水解酶分解母细胞形成芽体部位的细胞壁多糖,使细胞壁变薄;大量新细胞物质——核物质(染色体)和细胞质等在芽体起始部位堆积,芽体逐步长大;芽体达到最大体积时在芽体与母细胞之间形成隔离壁,其成分为葡聚糖、甘露聚糖和几丁质复合物;子细胞与母细胞在隔离壁处分离。在母细胞上留下一个芽痕(bud scar),在子细胞上相应的留下一蒂痕(birth scar)。光学显微镜下无法直接看到酵母菌的芽痕。用钙荧光素(calcafluor)或樱草灵(Primulin)等荧光染料染色,可在荧光显微镜下看到芽痕、蒂痕。通过扫描电镜摄影,可以清晰地看到芽痕和蒂痕的细微结构。
图3-2 啤酒酵母菌
①、营养细菌;②、芽孢子;③、子囊内子囊孢子
殖(fission)--酵母菌的裂殖与细菌裂殖相似。其过程是细胞伸长,核分裂为二,细胞中央出现隔膜,将细胞横分为两个大小相等、各具一个核的子细胞。进行裂殖的酵母种类很少,裂殖酵母属的八孢裂殖酵母(Schizosaccharomyces octosporus)就是其中一种。
产生掷孢子(ballistospore)--掷孢子外形呈肾状。形成过程:在卵圆形营养细胞上生出小梗;梗上形成掷孢子;掷孢子成熟后通过特有喷射机制射出。掷抱酵母属的酵母通过产生掷孢子的方式进行无性生殖。用倒置培养器培养掷孢酵母时,器盖上会出现掷孢子发射形成的酵母菌落的模糊镜像。
节孢子和厚垣孢子--地霉属(Geotricum)酵母菌在培养初期菌体为完整的多细胞丝状,在培养后期从菌丝内横隔处断裂,形成短柱状或筒状,或两端钝圆的细胞,称为节孢子。
白假丝酵母(Candida albicans)在菌丝中间或顶端发生局部细胞质浓缩和细胞壁加厚,最后形成一些厚壁休眠体,称为厚垣孢子。厚垣孢子对不良环境有较强的抵抗力。
2、有性生殖
酵母菌以形成子囊和子囊孢子(ascospore)的方式进行有性繁殖。其过程是两个邻近的细胞各伸出一根管状原生质突起,然后相互接触并融合而成一个通道,细胞质结合(质配),两个核在此通道内结合(核配),形成双倍体细胞,并随即进行减数分裂,形成4个或8个子核,每一子核和其周围的原生质形成孢子。含有孢子的细胞称为子囊,子囊内的孢子称为子囊孢子。
图3-3 各种类型酵母菌的子囊孢子
酵母有性生殖产生的孢子有各种不同的形状,如球形、椭圆形、半球形、帽子形、柑桔形、柠檬形、纺锤形、土星形、镰刀形、针形等。孢子表面平滑或刺状,孢子的皮膜单层或双层。这些都是酵母菌种、属的鉴定特征。
3、酵母菌的生活史--酵母的生活史有3种类型
单倍体型--其过程是:①单倍体营养细胞借裂殖繁殖;②两个营养细胞接触形成接合管,发生质配后立即核配,两个细胞联合成一个合子;③双倍的核马上减数分裂,形成8个单倍体子囊孢子;④子囊破裂散出子囊孢子,每个子囊孢子起营养细胞作用,借裂殖繁殖。该类型的特点:在生活史中,单倍体营养阶段较长,双倍体不能独立生活,故双倍体价段较短。八孢裂殖酵母(Schizosaccharomyces octosporus)为这种过程的代表。
双倍体型--其过程是:①单倍体子囊孢子在子囊内成对结合,发生质配和核配;②结合后的双倍体细胞萌芽,穿破子囊壁;③双倍的营养细胞借芽殖繁殖;④营养细胞内核行减数分裂,该细胞则成为子囊,内含4个单倍体子囊孢子。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在,不能进行独立生活,该阶段较短。路氏类酵母(Saccharomycodes Ludwigii)为该类型的代表。
单双倍体型--其过程是:①单倍体营养细胞借芽殖繁殖;②两个性别不同的营养细胞结合,质配后发生核配,形成双倍体;③双倍体细胞并不立即进行核分裂,而以芽殖方式繁殖。成为双倍体营养细胞;④在特定条件下(在含醋酸钠的Mcclary培养基、石膏块、胡罗卜条、Gorodkowa培养基或Kleyn培养基上)双倍体营养细胞转变为子囊,核减数分裂形成4个子囊孢;⑤单倍体子囊孢子作为营养细胞芽殖繁殖。该类型的生活史特征为:单倍体和双倍体营养细胞都可以进行芽殖繁殖。通常双倍体营养细胞大,生活力强,发酵工业上多利用双倍体细胞进行生产。啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)为该类型的代表。