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第一节 真菌的形态与结构

真菌为真核微生物,其形态结构都比较复杂。

一、 真菌的形态

(一) 单细胞真菌

单细胞真菌形态较为简单,包括酵母型和类酵母型真菌。

1. 酵母型真菌

酵母菌(yeast)为单细胞真菌,一般呈圆形、卵圆形或圆柱形,长5~ 30µm,宽3~5µm。以出芽方式繁殖,不产生菌丝。

2. 类酵母型真菌

也属单细胞真菌,与酵母型真菌的区别主要在于其延长的芽体不与母细胞脱落而形成假菌丝 (pseudohypha)(图2-1B)。假菌丝可伸入培养基内,形成类酵母型菌落。
图2-1 真菌形
A.酵母型真菌;B.类酵母型真菌;C.多细胞真菌

(二) 多细胞真菌

形态较复杂,由菌丝和孢子组成(图2-1C)。

1. 菌丝

菌丝(hypha)是由成熟的孢子在基质上萌发产生芽管,芽管进一步延长后形成管状结构,其横径一般为5~6µm。菌丝可长出许多分枝,并交织在一起被称为菌丝体(mycelium)。

(1) 菌丝按有无横隔分类

1) 有隔菌丝(septate hyp ha):菌丝间隔一定距离由横隔或隔膜(septum)将其分隔成多个细胞,每一个细胞含有一个至数个核(图2-2)。横隔中有小孔,可允许细胞质与核互相流通,如皮肤癣菌、曲霉菌等。
2) 无隔菌丝(nonseptate hypha):菌丝中无横隔将其分段,但其内有多个核,整条菌丝就是一个多核单细胞,如毛霉菌和根霉菌(图2-2)。
根据菌丝的功能,菌丝分为以下3类:①营养菌丝体(vegetative mycelium):是指伸入到培养基或被寄生的组织中吸取营养物质的菌丝体。②气生菌丝体(aerial mycelium):是指向空气中生长的菌丝体。③生殖菌丝体(reproductive mycelium):是指气生菌丝体中发育到一定阶段可产生孢子的那部分菌丝体。
图2-2 真菌的有隔菌丝与无隔菌丝
A.有隔菌丝;B.无隔菌丝

(2)菌丝还可按其形态进行分类:

如球拍状、螺旋状、结节状、梳状和鹿角状菌丝等(图2-3)。虽然不同种类的真菌其菌丝形态不同,但有时也可能会出现形态相似的菌丝,这是在真菌鉴别中必须加以注意的。

2. 孢子(spore)

图2-3 各种形态的真菌菌丝
孢子由生殖菌丝产生的一种繁殖体。一条生殖菌丝可形成多个孢子,而孢子在适宜生长的环境条件下又发芽长出芽管,并逐渐发育成菌丝体,因而孢子是真菌的繁殖结构,孢子也是真菌分类和鉴定的重要依据之一。虽然真菌孢子与细菌芽孢的英文名均为“spore”,但两者的生物学特性是截然不同的,它们的主要区别要点见表2-1。
表2-1 真菌孢子与细菌芽孢区分要点
真菌的孢子分为有性孢子和无性孢子两大类:

(1) 有性孢子(sexual spore):

是由同一菌体或不同菌体的两个细胞或性器官融合,经减数分裂后所产生的孢子。真菌有性孢子主要有卵孢子(oospore)、接合孢子(zygospore)、子囊孢子(ascospore)和担孢子(basidiospore)四种。

(2) 无性孢子(asexual spore):

是由菌丝上的细胞直接分化或出芽形成,不发生细胞融合。根据无性孢子形态,可将其分为分生孢子、叶状孢子和孢子囊孢子三大类,其形态见图2-4。大部分真菌都既能形成有性孢子,又能形成无性孢子,但半知菌亚门的真菌一般只能产生无性孢子。虽然目前已观察到半知菌亚门中有些有性生殖阶段,但为数不多。由于半知菌亚门与医学关系密切,故下面主要介绍真菌无性孢子。
图2-4 真菌无性孢子形态
A.分生孢子:①大分生孢子,②小分生孢子;B.叶状孢子:③芽生孢子,④关节孢子,⑤厚膜孢子;C.孢子囊孢子
1) 分生孢子(eonidium):由生殖菌丝末端及其分枝的细胞分裂或浓缩形成的单个、成簇或链状的孢子,称为分生孢子,是多细胞真菌中最常见的无性孢子。根据分生孢子的大小、组成和细胞的多少,分生孢子又分为大分生孢子和小分生孢子:①大分生孢子(macroconidium):由菌丝末端膨大分隔形成,体积较大,由多个细胞组成,常呈梭状或梨形。大分生孢子的大小、细胞数和颜色是鉴定半知菌类真菌的重要依据。②小分生孢子(microconidium):孢子体积较小,一个孢子即为一个细胞。小分生孢子有球形、卵形和梨形等各种形态,但因多细胞真菌都能产生小分生孢子,故小分生孢子对真菌的鉴别意义不大。
2) 叶状孢子(thallaspore):是在生殖菌丝内直接形成的孢子,它包括以下3种类型。①芽生孢子(blastospore):由生殖菌丝体细胞出芽形成的圆形或卵圆形孢子称为芽生孢子。当芽生孢子长到一定大小即与母细胞体脱离,若不脱离而相互连接形成链状,被称为假菌丝(pseudohypha)。酵母菌和白假丝酵母菌都以芽生孢子的方式繁殖,但白假丝酵母菌容易形成假菌丝。②厚膜孢子(chlamydospore):由生殖菌丝顶端或中间部分变圆,细胞质浓缩,细胞壁加厚所形成的孢子称为厚膜孢子。大多数真菌在不利的环境中都能形成厚膜孢子,并使其代谢降低和抵抗力增强;当环境有利其生长时,厚膜孢子又可出芽繁殖。③关节孢子(arthrospore):由生殖菌丝细胞壁增厚并出现许多隔膜,然后从隔膜处断裂而形成长方形节段,排列呈链状的孢子称为关节孢子。关节孢子多见于在陈旧的真菌培养物中。
3) 孢子囊孢子(sporangiaspore):即生在孢子囊内的孢子。孢子囊是由气生菌丝或孢子囊梗顶端膨大,并在下方生出横隔与菌丝分开而形成囊状结构,囊内含有许多孢子,孢子成熟后则破囊散出。如毛霉菌、根霉菌等均形成孢子囊孢子。
常见真菌在玫瑰红钠琼脂平板上的菌落形态见表2-2。
表2-2 常见真菌在玫瑰红钠琼脂平板上的菌落形态

二、 真菌的结构

真菌的细胞结构比细菌复杂,具有典型的真核细胞结构。但真菌也有一些有别于其他真核细胞的特征性结构,如含有特殊成分与结构的细胞壁以及结构特殊的隔膜等。真菌结构的阐明有助于了解真菌的致病机制,并为真菌病的诊断、预防和治疗提供重要的依据。

(一) 细胞壁外成分

部分真菌在细胞壁外有一层低电子密度的黏液,其化学成分和功能与细胞壁完全不同。如新生隐球菌的荚膜层,在电镜下可见到直径3~4nm的微细纤维,呈放射状伸出细胞壁,由甘露醇、木糖及尿苷酸等酸性多糖组成,该成分与新生隐球菌的毒力、致病性均有密切关系。

(二) 细胞壁

细胞壁位于细胞膜外层,具有保持真菌营养物质的进入,使气体及酶能通透而不被代谢,维持真菌形态和保护真菌细胞免受外界渗透压的影响,组成真菌重要的抗原成分等多种功能,因而目前对真菌细胞壁的研究越来越深入。

1. 化学组成

真菌细胞壁成分不同于细菌细胞壁,它的主要成分是多糖而不是肽聚糖,其多糖可占细胞壁干重的80%~90%。真菌细胞壁也含有少量蛋白质(2%~13%)、脂质(2%~8%)及无机盐类。多糖有组成细胞壁骨架的微细纤维和填入骨架缝隙的基质两种存在形式。骨架的微细纤维以几丁质(chitin)和葡聚糖为主,几丁质的基本成分是N-乙酰葡糖胺残基的直链多聚体,不同种类的真菌几丁质含量差别很大,其中以丝状真菌的含量最高,其作用与芽管形成和菌丝生长有关。葡聚糖广泛存在于各类真菌的细胞壁内,但以酵母型真菌的含量最高,是真菌细胞外形坚硬性的分子基础。基质由多种多糖组成,大多与蛋白质形成复合物,其中以甘露聚糖蛋白复合物含量最高,其作用可能与维持真菌的形态有关。脂质中以磷脂为主,不饱和脂肪酸也较多,脂质具有保持真菌水分不被蒸发的作用。无机盐中以磷为主,并含有少许钙、镁等元素。

2. 结构

真菌细胞壁一般可分为四层结构,最外层是不定形的葡聚糖层,厚度达87nm。第二层为糖蛋白形成的粗糙网,厚度约49nm。第三层是蛋白质层,厚9nm。最内层为几丁质微纤维层,厚度约18nm。虽然不同真菌的细胞壁结构不完全相同,但均可用蜗牛酶消化脱壁制成真菌原生质体。

(三) 隔膜

隔膜(septa)位于菌丝或细胞间,是真菌进化过程中适应陆地环境生存的进化表现。不同真菌其隔膜各异,低等真菌的隔膜是完整的,但随着真菌的进化,其隔膜出现不同大小的小孔,可调节两侧细胞质的流动,而担子菌纲类真菌的隔膜还形成特殊的桶状结构。不同结构的隔膜也是真菌分类的依据之一。

(四) 其他

与其他真核细胞相比,真菌的细胞核呈圆形,但比较小,仅1~5nm大小。一个细胞或菌丝节段可含有1~2个细胞核,甚至可多达20~30个。核仁位于中心,核仁与核膜在细胞分裂期仍然存在。真菌的核蛋白体也有别于细菌,沉降系数为80S,由60S和40S两个亚基组成。此外,真菌细胞内还有线粒体和内质网系统等多种细胞器。