Saccharomyces, Pichia, Hansenula,и еще 14 родов

Дрожжи
История изучения дрожжей
• В 1803 впервые Луи Жак Тенар
указал на дрожжи как на
истинную причину брожения.
В 1831 появились, независимо
одна от другой, работы Коньяр
де ла Тура, Кютцинга, Шванна.
Авторы работ пришли к
выводу, что дрожжи являются
растением, размножающимся
путем почкования. Шванн
впервые наблюдал
спорообразование. Мейен
ввел (1838) родовое название
Saccharomyces и отнес
дрожжи к грибам.
Коньяр
Луи
Теодор
Жак
деШванн
Тенар
ла Тур
Систематика дрожжей
• Границы группы очерчены нечётко: многие грибы,
способные вегетативно размножаться в
одноклеточной форме и идентифицируемые
поэтому как дрожжи, на других стадиях жизненного
цикла образуют развитый мицелий, а в ряде
случаев и макроскопические плодовые тела. До
появления методов молекулярного анализа такие
грибы выделяли в особую группу дрожжеподобных,
но сейчас их все обычно рассматривают вместе с
дрожжами. Исследования 18S рРНК показали
близкое родство с типичными дрожжами видов,
способных к росту только в виде мицелия
Систематика по Кудрявцеву
Fungi
Fungi imperfecti
Ascomycetes
Unicellomycetales
Saccharomycetaceae
Saccharomyces, Pichia, Hansenula,и еще 14 родов
Schizosaccharomycetaceae
Schizosaccharomyces и Octosporomyces
Saccharomycodaceae
Saccharomycodes, Nadsonia, Saenkia и Hanseniaspora
Cryptococcaceae
Род Saccharomyces
• К роду Saccharomyces относится большинство дрожжей, применяемых
в бродильной промышленности. Они размножаются почкованием,
при неблагоприятных условиях дают споры.
•Сбраживают сахара
•Не восстанавливают нитраты
Род насчитывает свыше 40
видов, из которых не менее 20
используются в виноделии.
Цитология дрожжевой клетки
1 — ядро;
2 — ядрышко;
3 — центриоль;
4 — ядерная оболочка;
5 — митохондрии;
6 — липидные зерна;
7 — цитоплазматическая мембрана;
8 — вакуоль;
9 — метахроматическая корпускула;
10 — клеточная стенка:
11 — рубец от почкования;
12 — цитоплазма.
Клеточная стенка
• Клеточная стенка дрожжей относительно толстая
и жесткая. В ее состав входят полисахариды —
маннан и глюкан в примерно равном
соотношении. У некоторых дрожжей маннан
отсутствует. Кроме того, клеточная стенка
содержит белки, липиды, фосфаты, глюкозамин и
у большей части видов хитин. Внешний слой
стенки образуется в первую очередь маннаном,
глюкан же входит в состав промежуточного слоя,
богатого белками.
Клеточная стенка дрожжей
Запасные питательные вещества
• Основными запасными веществами у
дрожжей являются:
- Гликоген
- Липиды
- Полифосфаты
Гликоген
• Гликоген — полисахарид, довольно похожий на крахмал
растении, находится почти во всех дрожжах; в некоторых
условиях он может составлять до 40% их сухой массы. В начале
брожения гликоген в клетках появляется в виде небольших
скоплений с правильными очертаниями, разбросанных в
цитоплазме, которые в дальнейшем быстро сливаются в
большую массу, отталкивающую вакуоль и ядро к периферии.
Гликоген легко обнаружить: при окрашивании клеток
красителем с иодом он становится коричневым. К концу
брожения он постепенно исчезает. Когда дрожжи спорулируют,
гликоген накапливается в асках и используется аскоспорами во
время их прорастания. Он является резервным веществом.
Структура гликогена
Липиды
• Липиды находятся в плазме дрожжей в виде
гранул. Эти образования, преломляющие свет,
очень хорошо различимы под микроскопом у
пленчатых дрожжей, развивающихся на
поверхности вин. По составу, у дрожжей
преобладают триглицериды причем среди
насыщенных жирных кислот 75% составляет
пальмитиновая, а 25% - стеариновая кислота.
Гранулы липидов в дрожжах
Вакуоль
• Вакуоли — это органоиды клетки, часто неправильной формы,
ограниченные одной мембраной. В цитоплазме молодых клеток
дрожжей содержится одна вакуоль, если они имеют сферическую или
эллиптическую форму, и две вакуоли, расположенные соответственно
на каждом из полюсов и связанных плотным цитоплазменным
мостом, в котором находится ядро, если клетки удлиненные.
• Содержащие жидкость с кислой реакцией вакуоли отделены
полупроницаемой мембраной от цитоплазмы, которая нейтральна
или обладает слабой щелочностью. Вакуоли играют большую роль в
явлениях осмоса, содержат соли, кислоты, сахара, белки и другие
вещества.
• Во время фазы роста вакуолярный аппарат не имеет видимых
элементов структуры. В старых клетках вакуоль имеет сферические
образования, состоящие из полиметафосфатов, которые за их легкую
окрашиваемость назвали «метахроматическими корпускулами», а
также полифосфатов, называемых волютином.
Вакуоли, окрашенные специфичными
маркерными флуорохромами
Размножение дрожжей
• В зависимости от условий возможны два
вида размножения спорогенных дрожжей:
вегетативное — бесполое и половое с
образованием спор, которые после
прорастания снова лают дрожжевые
клетки. Неспорогенные дрожжи
размножаются только бесполым
вегетативным путем.
Бесполое размножение
• При размножении почкованием
ядро клетки перемещается к
периферии, вытягивается; часть
его проникает в почку, которая
появляется на поверхности
клетки. Когда почка достигает
достаточных размеров, она
отделяется от материнской
клетки; образованная таким
путем новая клетка в свою
очередь будет почковаться.
Размножение делением
Половое размножение
Экология дрожжей
Виноградный сок был взят из ягоды посредством тонкой
стеклянной трубочки в асептических условиях.
Прокипяченное сусло в колбе, закрытой ватным тампоном,
может храниться неопределенно долгое время и, наоборот,
оно быстро забраживает, если в него ввести воду,
использованную для мойки зрелого винограда;
Грозди еще зеленого винограда, не отделяя их от куста,
накрывают стерильными банками и закрывают ватой. Когда
виноград созревает, раздавленные в сосудах ягоды не
бродят, так как на кожице ягод, изолированных от внешней
среды, не было дрожжей.
Таким путем Пастер установил, что на зеленом винограде
дрожжей не бывает; они появляются только на созревших
ягодах и приносятся туда воздухом.
Дрожжи и насекомые
• Сержан и Ружебьеф (1926) уточнили
определяющую роль насекомых в этом
явлении. Они помещали в начале июля
целые кусты винограда в три типа
клеток: первая — застекленная, куда не
могли проникнуть ни насекомые, ни
пыль; вторая — покрытая сеткой с очень
мелкими ячейками, через которые не
могли проникнуть насекомые, включая и
дрозофил, но свободно проходили
воздух и пыль; третья — с сеткой такого
же типа, но с более крупными ячейками,
пропускавшими насекомых.
Физиология дрожжей
Кривая роста культуры дрожжей
Влияние кислорода на рост
дрожжей
При полном отсутствии воздуха размножение дрожжей невозможно.
Контарелли (1956) провел эксперимент в строгих условиях и установил, что
дрожжи развиваются лишь в первых двух колбах за счет резерва ферментов в
окисленной форме. Уайт и Маннз (1951) в результате проведенных ими
экспериментов констатировали, что за счет резервов дыхательных ферментов в
окисленной форме у первых дрожжей могут образоваться от 4 до 5 генераций.
Влияние кислорода на рост
дрожжей
По Контарелли, 1956
Влияние температуры
Влияние кислорода на рост
дрожжей
1 — живые клетки в анаэробиозе; 2 — живые клетки в аэробиозе; 3— общее
число живых клеток в анаэробиозе; 4 — общее число живых клеток в
аэробиозе.
Влияние кратковременной аэрации
на рост популяции дрожжей
1 — контрольные живые клетки; 2 — аэрация на 8-й день; 3 —
аэрация на 4-й день; 4 — аэрация на 2-й день.
Сбраживающая способность
различных видов дрожжей
Вторичные продукты брожения