Плесневые грибы и дрожжи: строение, брожение и использование
Сравним нитчатые плесени и одноклеточные дрожжи, объясним брожение и безопасные способы изучения без выращивания неизвестной плесени дома.
Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс
Грибы. Лишайники. Бактерии
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Плесневые грибы: мукор и пеницилл
- Дрожжевые грибы
- Размножение и жизнедеятельность
- Значение в природе, пищевой и фармацевтической промышленности
- Изучение готовых препаратов плесневых грибов
Как это устроено
Мукор и пеницилл оба часто называются плесенями, но их спороносные структуры устроены по-разному. У мукора на учебном препарате виден спорангий с внутренними спорами, у пеницилла — цепочки наружных конидий на разветвлённых гифах. Разницу устанавливают под микроскопом на подготовленных образцах, а не по цвету пятна на хлебе.
Сравните и саму грибницу, а не только её концы. У типичного молодого мукора разветвлённые гифы имеют общую цитоплазму со многими ядрами без регулярно повторяющихся поперечных стенок: это ценоцитное строение. У пеницилла септы разделяют гифу на участки; поры связывают соседние участки и допускают обмен. Поэтому школьные слова «одноклеточный мукор» и «многоклеточный пеницилл» описывают разницу организации мицелия, но скрывают детали: большая гифа мукора многоядерна, а участки пеницилла не обязательно полностью изолированы. У мукоральных перегородки могут возникать с возрастом или вокруг специальных частей, так что один увиденный участок с септой не опровергает принадлежность всей линии.
Мысленно проследите путь от гифы к споре. У мукора на специализированной гифе формируется округлый спорангий, и споры созревают внутри него. У пеницилла спороносная гифа ветвится, а конидии располагаются снаружи цепочками на её ответвлениях. Общее слово «плесень» описывает видимый налёт, но не отменяет разницы жизненных циклов и родства. На фотографии без масштаба, проверки препарата и подходящего микроскопа нельзя уверенно назвать род по цвету.
Дрожжи — грибы, но типичная пекарская клетка одноклеточная и может размножаться почкованием. В тесте дрожжи используют доступные сахара; выделяемый углекислый газ образует пузырьки, а при выпечке структура теста закрепляется. При наличии кислорода дрожжи способны использовать и кислородное дыхание, поэтому слово «брожение» относится к определённым условиям и пути обмена.
При спиртовом брожении продукты распада сахара превращаются в этанол и CO₂; этот путь помогает клетке продолжать получать энергию через гликолиз без участия кислородной дыхательной цепи. Кислородное дыхание — другой путь обмена. У пекарских дрожжей присутствие кислорода не является простым переключателем «брожение выключено»: при избытке сахара они могут выделять этанол и в его присутствии. Поэтому пузырьки в тесте показывают выделение газа, но сами по себе не измеряют долю дыхания и брожения.
Грибы важны для разложения остатков и промышленности. Подобранные виды и штаммы используют для пищевых продуктов и получения отдельных веществ. История пенициллина показывает значение грибов для медицины, но лекарство и случайный грибной налёт не равны: чистота, дозировка и безопасность требуют специального производства и проверки.
Слово «штамм» помогает понять промышленное применение: для конкретной задачи отбирают изученную линию гриба и контролируют производство. Пенициллин исторически связан с пенициллами, но налёт на продукте может включать другие организмы и вещества; из него нельзя делать лекарство. Так же хлебопекарные дрожжи — определённый пищевой материал, а неизвестные дрожжи на поверхности еды не становятся безопасной закваской из-за внешнего сходства.
Не выращивайте неизвестную плесень дома для школьной работы: споры могут раздражать дыхательные пути, а вид и свойства налёта без лабораторной идентификации неизвестны. Для учебной микроскопии достаточно готовых герметичных препаратов или изображений. Заплесневелую пищу не используют как экспериментальный материал и не пробуют.
Грибные заболевания человека нельзя свести к отравлению или вдыханию плесени. Микоз — инфекция, при которой гриб развивается на покровах или в тканях; в уроке о шляпочных грибах даны готовые ситуации для сравнения микоза стопы с отравлением грибными веществами. Разные механизмы требуют разных профилактических мер. Внешний вид пятна на коже не позволяет ученику назначить лечение; симптомы обсуждают со взрослым и медицинским специалистом.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Плесневые грибы
Разные группы грибов, которые обычно образуют заметный налёт из гиф на влажном субстрате; внешнее слово «плесень» не обозначает один биологический вид.
Пример: Мукор и пеницилл могут образовывать налёт на питательных материалах, но относятся к разным грибным линиям.
- Мукор
Род нитчатых грибов с разветвлённым, обычно ценоцитным молодым мицелием: без регулярных поперечных септ, с общей цитоплазмой и многими ядрами. Бесполые споры образуются внутри спорангиев.
Пример: На готовом микропрепарате мукора видны шаровидные спорангии на гифах.
Важно: Школьное «одноклеточный мукор» подчёркивает отсутствие регулярных перегородок в грибнице, а не маленькое одноядерное тело. Септы могут появляться с возрастом или отделять специальные части.
- Пеницилл
Род плесневых грибов с септированными гифами: поперечные перегородки разделяют их на участки, обычно связанные порами. На специализированных спороносных структурах образуются наружные конидии, у типичного школьного образца — кистевидными ветвями.
Пример: В готовом препарате пеницилла спороносные структуры могут напоминать небольшую кисточку.
Важно: Род пеницилл разнообразен: не каждый его вид или случайный налёт подходит для производства лекарства или пищевого продукта.
- Септа гифы
Поперечная клеточная перегородка в гифе, разделяющая её на участки. Септа может иметь пору, поэтому разделение не обязательно означает полную изоляцию цитоплазмы соседних участков.
Пример: У пеницилла на качественном изображении видны поперечные перегородки гифы; на схеме показаны отверстия-поры.
- Ценоцитная гифа
Гифа с общей многоядерной цитоплазмой без регулярного разделения поперечными септами. Это описание организации, а не утверждение, что во всём организме одна маленькая клетка с одним ядром.
Пример: Типичный молодой мицелий мукора содержит много ядер в связанных участках разветвлённой гифы.
Важно: Редкие или поздние септы возможны; термин не запрещает их появления у конкретного образца.
- Септированная гифа
Гифа с поперечными септами, разделяющими нить на клеточные участки. У многих нитчатых грибов поры в септах позволяют обмен между соседними участками.
Пример: Мицелий пеницилла в школьном сравнении септирован, в отличие от типичного молодого ценоцитного мицелия мукора.
Важно: Наличие септы не позволяет автоматически утверждать, что в каждом участке строго одно ядро.
- Спорангий
Мешковидная спороносная структура некоторых грибов, внутри которой образуются споры. У мукора она находится на конце специализированной гифы; не следует называть спорангием наружную цепочку конидий пеницилла.
Пример: На учебной схеме мукора спорангий показан как округлая структура на конце гифы.
- Конидии
Бесполые споры грибов, формирующиеся снаружи на специализированных гифах, а не внутри закрытого спорангия.
Пример: У пеницилла цепочки конидий располагаются на концах разветвлённых спороносных гиф.
- Дрожжи
Группа преимущественно одноклеточных грибов, способных использовать сахара; некоторые виды и штаммы применяют в хлебопечении и брожении.
Пример: Пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae используют сахар в тесте и выделяют углекислый газ.
- Штамм микроорганизма
Линия клеток внутри вида, поддерживаемая при размножении и отличающаяся от других линий некоторыми наследуемыми свойствами. Свойства пищевого или промышленного штамма нельзя переносить на любой дикий гриб того же рода.
Пример: Для хлебопечения выбирают определённые штаммы Saccharomyces cerevisiae; случайная дрожжевая клетка на поверхности плода не обязана вести себя так же в тесте.
- Почкование
Способ бесполого размножения, при котором на материнской клетке возникает вырост, растёт и отделяется или остаётся связанным с ней.
Пример: На готовом препарате пекарских дрожжей можно увидеть маленькую дочернюю клетку-почку рядом с крупной.
- Спиртовое брожение
Путь получения клеткой энергии из сахаров без кислородного дыхания, при котором у дрожжей образуются этанол и углекислый газ.
Пример: Пузырьки углекислого газа разрыхляют хлебное тесто при работе пекарских дрожжей.
Важно: Дрожжи могут и дышать при доступе кислорода; но некоторые, включая пекарские, способны бродить и при его наличии, особенно при избытке сахара. По пузырькам одним нельзя определить путь обмена.
- Кислородное дыхание дрожжей
Использование клеткой кислорода в цепи реакций для извлечения энергии из органических веществ. У дрожжей оно возможно при подходящих условиях, но наличие кислорода само по себе не гарантирует полного прекращения брожения.
Пример: Пекарские дрожжи могут использовать кислород при росте, а в богатой сахаром среде часть клеток одновременно выделяет продукты брожения.
- Антибиотик
Вещество, способное подавлять рост или уничтожать определённые бактерии; некоторые антибиотики исторически были получены из грибов и затем разработаны для контролируемого медицинского применения.
Пример: Пенициллин связан с исследованиями отдельных штаммов пеницилла, но лекарство производят и проверяют по строгим стандартам.
Важно: Плесень на еде не является лекарством, а антибиотики применяют только по медицинским правилам.
Пример по шагам
В тесте появились пузырьки. Доказано ли это тем, что дрожжи «дышат кислородом и выделяют кислород»?
- Уточните газ: при использовании сахара пекарские дрожжи выделяют углекислый газ.
- При брожении нет выделения кислорода; дрожжи — не фотосинтезирующие растения.
- Пузырьки поддерживают объяснение образованием CO₂, но не показывают сами по себе, какая часть газа возникла при брожении и какая при дыхании; нужен контроль без живых дрожжей и дополнительные измерения.
Вывод: Разрыхление теста связано с выделением углекислого газа, а не кислорода.
Практическая работа
Мукор и пеницилл на готовых препаратах
- Получите герметичные готовые микропрепараты или качественные микрофотографии мукора и пеницилла с подписями.
- При малом увеличении найдите гифы, затем сравните округлые спорангии и ветвящиеся кистевидные спороносные структуры.
- Зарисуйте различия, не объявляя цвет налёта диагностическим признаком и не открывая препарат.
Что можно заключить: Микроскопия показывает различия спороношения, которые не всегда видны невооружённым глазом.
Безопасность: Не культивируйте, не вскрывайте и не нюхайте плесень; пользуйтесь только готовыми герметичными препаратами и мойте руки.
Практическая работа
Мукор и пеницилл: сравнение предоставленных схем гиф
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Карточка | Устройство гифы на схеме | Спороношение на схеме |
|---|---|---|
| А | Разветвлённая гифа с общей цитоплазмой и многими ядрами; регулярные поперечные перегородки не показаны | Округлый спорангий со спорами внутри |
| Б | Гифа разделена септами на участки; в септах показаны поры; участки содержат ядра | Кистевидные ветвящиеся структуры с наружными цепочками конидий |
| В | Видна нить; ядра и перегородки не различимы из-за качества изображения | Спороносные структуры вне кадра |
Схематические признаки типичных учебных образцов; числа ядер, размеры и виды не определяются по этому рисунку. У мукоральных грибов септы могут появляться с возрастом и отделять специальные участки, поэтому «перегородок никогда не бывает» — неверное обобщение.
- Сопоставьте схему гиф рядом с уроком и готовые карточки А и Б. Найдите наружную стенку, ядра, а там, где они есть, поперечные перегородки и поры. Это учебный рисунок, не ваша микрофотография.
- Отнесите карточки к типичному молодому мицелию мукора и мицелию пеницилла. Обоснуйте отдельно устройством гифы и спороношением; объясните, почему «одноклеточный мукор» не означает одну маленькую одноядерную клетку.
- Карточка В: на непроверенном снимке видна только длинная нить, но ядра и поперечные стенки не различимы. Можно ли уверенно назвать её мукором и определить число ядер?
Что можно заключить: А соответствует типичному ценоцитному мицелию мукора: общая многоядерная цитоплазма без регулярных септ и спорангий. Б — септированному мицелию пеницилла с конидиями. Пора связывает соседние участки, а не делает перегородку отсутствующей. В недостаточна для обоих выводов: «не видно» не равно «нет». Школьные «одноклеточный/многоклеточный» здесь описывают устройство грибницы, а не число ядер и не размер организма.
Безопасность: Только готовые схемы, проверенные изображения или герметичные препараты от учителя. Не выращивайте, не вскрывайте, не нюхайте и не пробуйте неизвестную плесень.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- ФРП биологии 5–9 классов, базовый уровень
- OpenStax Microbiology: плесени, дрожжи и почкование
- OpenStax Biology 2e: спорангии и конидии грибов
- OpenStax Biology 2e: брожение и гликолиз
- PubMed: брожение пекарских дрожжей при наличии кислорода
- CDC NIOSH: воздействие плесени на дыхательные пути
- New Mucorales from opposite ends of the world: строение и септы мукоральных
- Identification and nomenclature of the genus Penicillium: микроморфология
- Исследование пор септ у нитчатого аскомицета: связь участков гифы
- CDC: грибная инфекция кожи и её профилактика