Грибы дрожжи могут встречаться в природе в нектаре на плодах

Обновлено: 04.10.2024

Дрожжи — это грибы, чьи клетки имеют микроскопические размеры (около 5 мкм) и почкуются, образуя подобие колоний. Дрожжи обычно не образуют мицелия. Форма дрожжевых клеток шарообразная.

В природе дрожжи обитают на поверхностях плодов, цветов, они присутствуют в поверхностных слоях почвы, пищеварительном тракте некоторых насекомых и др.

Дрожжи не являются какой-либо единой таксономической группой грибов. К дрожжам относят отдельные представители двух отделов грибов — аскомицетов и базидиомицетов. Дрожжи можно считать особой жизненной формой, возникшей у разных видов грибов. Всего видов дрожжей более 1000.

Почкование по-сути является вегетативным размножением дрожжей, т. е. образованием спор. На родительской клетке образуется выпуклость, которая постепенно растет, превращается во взрослую клетку и может быть отделена от родительской. Когда клетки почкуются, то дрожжи имеют вид ветвящихся цепочек.

Кроме вегетативного размножения у дрожжей бывает половой процесс, когда две дрожжевые клетки сливаются, образуется диплоидная клетка, которая впоследствии делится, образуя гаплоидные споры.

Дрожжи-аскомицеты отличаются от дрожжей-базидиомицетов своим жизненным циклом, синтезируемыми веществами, особенностями почкования и др.

Питание дрожжевых клеток в основном осуществляется сбраживанием низкомолекулярных углеводов (сахаров). Сахара сбраживаются дрожжами до спирта и углекислого газа. При этом выделяется энергия, идущая на процессы жизнедеятельности дрожжей.

Брожение — это анаэробное дыхание, т. е. получение энергии без кислорода. Однако дрожжи способны также дышать кислородом. Таким образом, их анаэробность является факультативной (необязательной). Когда дрожжи дышат кислородом, то выделяют углекислый газ, но не сбраживают сахара до спиртов. Однако если сахаров много, то дрожжи будут его сбраживать даже в присутствии кислорода.

Процесс брожения дрожжей используется человеком. В хлебопечении образующийся дрожжами углекислый газ делает тесто более пористым. Образование дрожжами спирта используется в виноделии и пивоварении. Также в процессе своего метаболизма дрожжи образуют другие вещества (различные масла, спирты и др.), которые придают готовым пищевым продуктам особый вкус.

Человек научился использовать дрожжи еще в древности. Отмечено их использование в древнем Египте. Однако то, что это микроскопические грибы обеспечивают поднятие теста или образование спирта, люди тогда не знали. Дрожжи сначала наблюдал А. Левенгук (в 1680 г.), затем их описал Шарль Каньяр де Ла-Тур (1838 г.). Однако только в 1857 г. Л. Пастер окончательное доказал, что брожение в сырых продуктах обеспечивают организмы, а это не просто химическая реакция.

Согласно классификации дрожжи относятся к микроскопическим грибам царства Mycota. Они представляют собой одноклеточные неподвижные микроорганизмы небольшого размера — 10-15 мкм. Несмотря на внешнее сходство дрожжей с крупными видами бактерий, к грибам их относят благодаря своей ультраструктуре клеток и методам размножения.

Рис. 1. Вид дрожжей на чашке Петри.

Место обитания дрожжей

Часто в природных условиях дрожжи встречаются на субстратах, богатых углеводами и сахарами. Поэтому их встречают на поверхности плодов и листьев, ягод и фруктов, на раневых соках, в нектаре цветков, в мертвой растительной массе. Кроме того их находят в почвах (как пример, в подстилке), воде. Дрожжевые организмы родов Candida или Pichia часто выявляют в среде кишечника человека и многих видов животных.

Рис. 2. Место обитания дрожжей.

Состав клеток дрожжей

Во всех дрожжевых клетках содержится около 75% воды, на 50-60% — это связанная внутриклеточная, а остальные 10 — 30% — освобожденная. В сухом веществе клетки в зависимости от возраста и состояния в среднем содержится:

азот 45—60 %;
сахар 15—40 %;
жир 2,5—13 %;
минералы 7—11 %.

Помимо этого, клетки включают в себя ряд важных компонентов, необходимых для их метаболизма — ферменты, витамины. Энзимы дрожжевых организмов являются катализаторами разных видов брожения и дыхательных процессов.

Рис. 3. Клетки дрожжевых организмов.

Строение клетки дрожжей

Дрожжевые клетки имеют разную форму: эллипсов, овалов, палочек, шаров. Размерность также бывает разная: часто длина составляет 6-12 мкм, а ширина 2-8 мкм. Это зависит от условий их обитания или культивирования, питательных компонентов и факторов внешней среды. Наиболее стабильные по свойствам молодые дрожжи, поэтому характеристику и описание видов проводят именно по ним.

Дрожжевые организмы имеют все стандартные компоненты, присущие эукариотическим клеткам. Однако, помимо этого, обладают уникальными отличительными свойствами грибов и сочетают в себе признаки клеточных структур растений и животных:

стенки ригидны, как у растений,
нет хлоропластов и есть гликоген, как у животных.

Рис. 4. Разнообразие видов дрожжей: 1 — пекарские (Saccharomyces cerevisiae); 2 — мечниковия прекраснейшая (Metschnikowia pulcherrima); 3 — кандида земляная (Candida humicola); 4 — родоторула клейкая (Rhodotorula glutinis); 5 — родоторула красная (R. rubra); 6 — родоторула золотистая (R. aurantiaca); 7 — дебариомицес Кантарелли (Debaryomyces cantarelli); 8 — криптококк Лавра (Cryptococcus laurentii); 9 — надсония продолговатая (Nadsonia elongata); 10 — спороболомицес розовый (Sporobolomyces roseus); 11 — спороболомицес хольсатикус (S. holsaticus); 12 — родоспоридиум диобоватум (Rhodosporidium diobovatum).

Клетки содержат мембраны, цитоплазму, а также такие органоиды, как:

ядро;
Гольджи аппарат;
Митохондрии клеток;
рибосомный аппарат;
жировые включения, зерна гликогена, а также валютин.

Отдельные виды имеют в составе пигменты. У молодых дрожжей цитоплазма является гомогенной. В процессе роста внутри них появляются вакуоли (содержащие органические и минеральные компоненты). В процессе роста наблюдается образование зернистости, происходит увеличение вакуолей.

Как правило, оболочки включают нескольких слоев с включенными полисахаридами, жирами и азотосодержащими компонентами. Некоторые из видов имеют ослизнелую оболочку, поэтому часто клетки склеены между собой и в жидкостях образовывают хлопья.

Рис. 5. Строение клетки дрожжевых организмов.

Дыхательные процессы дрожжей

Для дыхательных процессов дрожжевым клеткам нужен кислород, но многие их виды (факультативно-анаэробные) могут обходиться временно и без него и получать энергию от процессов брожения (бескислородное дыхание), образуя при этом спирты. В этом заключается одно из главных их отличий от бактерий:

среди дрожжей нет представителей, способных жить абсолютно без кислорода.

Процессы дыхания с кислородом энергетически выгоднее для дрожжей, поэтому при его появлении клетки завершают брожение и переходят на кислородное дыхание, выделяя при этом углекислый газ, что способствует более быстрому росту клеток. Такой эффект носит название Пастера. Иногда, при большом содержании глюкозы наблюдается эффект Кребтри, когда даже если есть кислород, клетки дрожжей ее сбраживают.

Рис. 6. Дыхание дрожжевых организмов.

Чем питаются дрожжи

Многие дрожжи-хемоорганогетеротрофны, и для того, чтобы получить энергию для питания и получения энергии используют органические питательные компоненты.

В бескислородных условиях для своего питания дрожжи предпочитают использовать такие углеводы, как гексоза и синтезированные из нее олигосахариды. Некоторые виды могут усваивать также другие виды углеводов — пентозу, крахмал, инулин. При доступе кислорода они способны к потреблению более широкого круга веществ, в то числе – жировые, углеводородные, спиртовые и другие. Такие сложные виды углеводов, как, например, лигнины и целлюлозы, для усвоения им не доступны. Источниками азота для них, как правило, служат соли аммония и нитраты.

Рис. 7. Дрожжи под микроскопом.

Что синтезируют дрожжи

Чаще всего дрожжи продуцируют при обмене веществ различные виды спиртов – большую часть составляют этиловые, пропиловые, изоамиловые, бутиловые, изобутиловые виды. Кроме того, обнаружено образование летучих жирных кислот, например, выявлен синтез уксусной, пропионовой, масляной, изомасляной, изовалериановой кислот. Помимо этого, при жизнедеятельности они в небольших концентрациях могут выделять в окружающую среду ряд веществ — сивушных масел, ацетоинов, диацетилов, альдегидов, диметилсульфида и прочих. Именно с такими метаболитами часто связывают органолептические свойства получаемых при их использовании продуктов.

Процессы размножения дрожжей

Рис. 8. Размножение дрожжей.

От чего зависит рост дрожжей

Процессы роста дрожжевых организмов зависят от разнообразных факторов внешней среды – температуры, влажности, кислотности, осмотического давления. Большинство дрожжей предпочитают среднюю температуру, среди них практически нет видов-экстремофилов, которые предпочитают чересчур высокую или, напротив, низкую температуру. Известно существование видов, способных переносить неблагоприятные условия окружающей среды. Подавить рост и развитие некоторых дрожжевых организмов можно, используя антибиотики.

Рис. 9. Производство дрожжей.

Чем полезны дрожжи

Часто дрожжи применяются в домашнем хозяйстве или промышленности. Человек уже давно начал их использование для своей жизнедеятельности, например, при приготовлении хлеба и напитков. Сегодня их биологические способности применяются при синтезе полезных веществ — полисахаридов, ферментов, витаминов, органических кислот, каротиноидов.

Рис. 10. Bино — продукт, получаемый за счет деятельности дрожжей.

Применение дрожжей в медицине

Дрожжи используют в биотехнологических процессах при производстве лекарственных веществ — инсулин, интерферон, гетерологичные белки. Медики часто прописывают пивные дрожжи ослабленным людям при аллергических заболеваниях. Применяют их и в косметологических целях для укрепления волос, ногтей, улучшения состояния кожи.

Рис. 11. Дрожжи в косметологии.

Кроме того, среди дрожжей встречаются виды (к примеру, Saccharomycesboulardii), способные поддерживать и восстанавливать микрофлору желудочно-кишечного тракта, а также снимающие симптомы и риск возникновения диарей и снижающие сокращения мускулатуры у пациентов с синдромами раздражённого кишечника.

Существуют ли вредные дрожжи?

Известно, что размножение дрожжей в продуктах питания способно вызывать их порчу (например, происходят процессы вспучивания, изменения запахов и вкусов). Кроме того, по данным специалистов-микологов, среди них бывают патогенные, способные вызвать различные нарушения живых организмов, а также ряд серьезных болезней людей, у которых ослаблен иммунитет.

Среди болезней человека выделяют, например, кандидозы, вызываемые дрожжами Candida, и криптококкозы, возбудителем которого служит Cryptococcusneoformans. Показано, что данные патогенные виды дрожжей часто бывают нормальными обитателями микрофлоры человека и начитают активно размножаться именно при ослаблении, при получении различных травм, при возникновении ожогов, после хирургических вмешательств, при долгом приеме антибиотиков, иногда у маленьких или, напротив, пожилых людей.

Дрожжи в биологии (еще их называют сахаромицеты) — особая сборная группа одноклеточных грибов, не образующих типичный для других грибов мицелий и существующих в виде способных к почкованию отдельных клеток и их колоний.

Грибы дрожжи характеризуются более высокой скоростью обмена веществ в сравнении с мицеллярными грибами (в пересчете на единицу массы).

Самый часто встречающийся способ размножения дрожжей — почкование. Происходит он так:

Вначале на поверхности клетки появляется постепенно увеличивающийся бугорок.
Далее в материнской клетке происходит деление ядра с последующим переходом одного из дочерних ядер в новую клетку.
Происходит отделение новообразованной клетки от материнской. На материнской клетке остается шрам, который называется почковый рубец. На поверхности одной клетки можно обнаружить до 40 таких рубцов.

При неблагоприятных условиях вегетативного размножения дрожжи образуют сумки со спорами (аксоспорами).

Значение и распространение дрожжей

Дрожжи имеют большое практическое значение, являясь возбудителями процесса спиртового брожения. В результате такого брожения образуется спирт и происходит выделение углекислого газа: он поднимает тесто или пену на поверхность бродящей жидкости. Благодаря такой особенности дрожжи широко используются для выпечки хлеба, в виноделии и пивоварении.

То, что дрожжи вызывают процесс брожения, было доказано в 50-х гг. 19 века французским ученым Луи Пастером.

Люди использовали дрожжи для изготовления алкогольных напитков из сока фруктов и злаков, а также выпекания хлеба еще более 6 тысяч лет д. н. э. Об этом свидетельствуют археологические раскопки в Египте и Междуречье. К примеру, в Древнем Египте был напиток, напоминающий современное пиво.

В природе дрожжи можно встретить везде, где присутствуют сахаристые вещества:

в нектаре цветков;
на поверхности сочных сладких плодов;
в сладком соке, который вытекает из деревьев;
в молочных продуктах;
в почве.

Отдельные дрожжи могут оказывать патогенное влияние на организм растений, животных и людей.

Со временем сахаромицеты изучили настолько, что стали их выращивать искусственным способом.

Широко известны пивные или хлебные дрожжи (исключительно культурные расы), кефирные, винные и прочие, активно используемые человеком.

Прочие виды дрожжей, которые отличаются нежелательным действием, заранее уничтожают путем пропускания через сернистый газ.

В будущем человечество планирует использовать дрожжи в качестве неограниченного источника энергии. Даже сейчас некоторые автомобили заправляют смесью бензина и спирта, который получен из растительного сырья при помощи действия дрожжей — это такой эксперимент. Многие ученые надеются, что таким образом удастся получить спирт, полностью заменяющий бензин.

Некоторые виды дрожжей употребляют в пищу, поскольку они могут накапливать в клетках белки, жиры, углеводы, витамины группы B.

Выращивание дрожжей дало возможность микробиологической промышленности выпускать каждый год свыше 1 млн тонн кормового белка. Также дрожжи позволяют получить кормовую добавку лизин. 1 тонна такой добавки заменяет 125 тонн фуражного зерна.

Для получения 1,5-2 кг кристаллической лимонной кислоты необходимо переработать тонну лимонов. В этом случае помогают дрожжи, которые выращиваются на сахаре.

В медицине активно используют пивные дрожжи: они улучшают секрецию поджелудочной железы и повышают сопротивляемость организма различным инфекциям.

Клетки дрожжей длиной 8–10 мкм, шириной 2–7 мкм. Размножаются в основном почкованием, при котором возникают круглые, яйцевидные или овальные клетки, которые образуют бесцветные, жёлтые или красные колонии. Наиболее интенсивно размножение дрожжей происходит при температуре 22–30 °С, рН среды 5,5–6 и при содержании сахара в питательной среде около 1%. При температуре 50–55 °С погибают.

В дрожжах содержатся углеводы, витамины группы В, ауксины, различные ферменты. Характерная физиологическая особенность большинства дрожжей – способность вызывать спиртовое брожение сахаров, при котором происходит разложение сахара на этиловый спирт и углекислый газ.

Различают дикие и культурные дрожжи. В природе дрожжи встречаются на поверхности растений, в нектаре цветков, на плодах, ягодах и т.д.

Существуют специальные заводы по производству медицинских, пекарских и кормовых дрожжей. Для производства медицинских и пекарских дрожжей используются пивные дрожжи. (Saccharomyces cerevisiae).

На территории РТ пекарские дрожжи выпускает Буинский сахарный завод.

Жидкие пивные дрожжи повышают сопротивляемость организма человека к инфекциям. Их назначают при анемиях, сахарном диабете, фурункулёзе, язвенной и др. болезнях.

Среди дрожжей и дрожжеподобных грибов встречаются и патогенные формы, вызывающие болезни человека и животных, в том числе бластомикоз и кандидамикоз.

Для производства кормовых дрожжей используют дрожжи видов Torula utilis, Monilia murmanica и др. Выращивают их на отходах древесины, спиртового производства, в соломе, используют в качестве белково-витаминной добавки.

Читайте также: